KR20170058429A - Ｌｃ―기재 광학 디스플레이 시스템 - Google Patents

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KR20170058429A
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이섬 리서치 디벨러프먼트 컴파니 오브 더 히브루 유니버시티 오브 예루살렘 엘티디.
큐라이트 나노테크 리미티드
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Abstract

광학적 활성 구조 및 디스플레이 디바이스가 제시된다. 광학적 활성 구조를 활용한 디바이스는 펌핑 광에 응답하여 하나 이상의 미리 결정된 범위들에서 광을 방출하도록 구성된 액정 재료 및 복수의 나노막대들을 포함한다. 액정의 배향에서의 변화는 나노막대들의 배향 및 그로부터의 변조된 광 방출을 변화시킨다.

Description

ＬＣ―기재 광학 디스플레이 시스템{LC-BASED OPTICAL DISPLAY SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 광학 디스플레이 시스템들의 분야이며, 보다 구체적으로는 플랫 패널 디스플레이 시스템들의 분야이다.
플랫 패널 디스플레이 시스템들은 컴퓨터 모니터들, 랩탑 컴퓨터들, 모바일 폰들, 텔레비전 세트들 등과 같은 다양한 디바이스들/시스템들에서 널리 사용된다. 일반적으로, 플랫 패널 디스플레이들이 시장에서 메인 디스플레이 타입이 되었다.
액정 (LC) 기재 디스플레이 디바이스 시스템들은 다양한 플랫 스크린 디스플레이 시스템들에서 주된 부분을 취한다. LC 기재 디스플레이 시스템들은 분자들 사이에서 결정형 오더와 함께 소정의 액체 특성들을 결합하는 분자 재료들을 활용한다. 액체 특성들의 존재는 외부 필드, 예를 들어 전기장에 응답하여 LC 재료의 배향을 변화시키는 것을 허용한다. LC 분자들의 상이한 배향들은 통상적으로 편광된 광의 복굴절 및/또는 투과 또는 회전과 같은 상이한 광학 특성들을 갖는 것에 의해 구별가능하다.
일반적으로, LC 기재 디스플레이 시스템은 디바이스의 표면에 걸쳐 대체로 균일한 광 및 고 강도를 제공하는 대응 후면 조명 유닛들을 이용한다. 디스플레이 시스템의 LC 패널은 표면을 따라 상이한 영역들로부터 도착하는 광을 완전히 또는 부분적으로 차단하는 것에 의해 균일한 후면 조명에 변조를 제공한다. 충분한 변조를 제공하기 위해, 후면 조명에 의해 조명된 광은 (예를 들어, LC 셀의 하부 부분에 부착되는 입력 편광자에 의해) 편광된 광으로 변환되는 한편 LC 재료의 페이즈 변화 (예를 들어, 회전) 는 그 투과를 편광된 광으로 변화시킨다.
US 특허들 제 5,384,065 호 및 제 5,599,480 호에 기재된 것과 같은 음의 유전율 이방성을 갖는 LC 재료들에 기초한 디바이스들을 포함한, LC 기재 디스플레이들의 다양한 타입들이 당업계에 알려져 있다.
부가적으로, 나노입자들, 예들 들어 나노 도트들 및 막대 형상의 나노입자들의 광학 방출을 활용하는 유닛들을 포함한, 후면 조명 유닛들의 다양한 타입들이 알려져 있다. 그러한 광학 디스플레이 디바이스 및 조명 유닛들은, 본 출원의 양수인에게 모두 양도된, 예를 들어 US 특허 제 8,471,969 호 및 US 특허 공개들 제 2013/181,234 호 및 제 2014/009,902 호에 기재되어 있다. 그러한 나노입자들 기재 광학 유닛들은, 에너지 비용들을 감소하고, 일부 경우들에서, 편광 필터링에 대한 필요성을 제거하거나 적어도 감소하면서, 원하는 컬러 온도를 고 강도 조명에 제공할 수 있다.
추가로, 몇몇 디스플레이 디바이스 구성들은 디스플레이 시스템의 후면 측으로부터 도착하는 광에 소정의 투명성을 제공한다. 적어도 부분적으로 투명한 디스플레이를 제공하는 일부 알려진 기술들은, 반투명 홀로그래픽 프로젝션 시스템들; 투명 유기 LED (TOLED) 디스플레이; 반사 헤드업 디스플레이 (HUD); 블루 반사 두꺼운 시트 기재 디스플레이; 및 투명 LCD 를 포함한다. 이들 기법들은 디스플레이를 통한 광의 투과가 디스플레이 시스템의 후면 측 장면의 사용자 뷰를 가능하게 하는 것을 허용하면서 사용자에게 디스플레이를 제공한다.
예를 들어, US 2014/0292839 는 액정 패널을 포함하는 투명 디스플레이를 제공한다. 액정 패널은 컬러 필터 기판, 어레이 기판, 액정층, 제 1 편광자 및 제 2 편광자를 포함한다. 제 1 편광자는 액정층으로부터 멀리 컬러 필터 기판 측 상에 배치된다. 제 2 평광자는 액정층으로부터 멀리 어레이 기판 측 상에 배치된다. 컬러 필터 기판은 투명 기재, 및 투명 기재 상에 형성된 컬러 필터를 포함한다. 컬러 필터는 복합 화소 영역들을 포함하고, 복합 화소 영역들의 각각은 컬러 서브 화소 영역들 및 투명 서브 화소 영역들을 갖는다. 제 2 편광자는 컬러 필터에서 투명 서브 화소 영역에 공간적으로 대응하는 비편광 패턴을 포함하며, 광은 비편광 패턴을 통과한 후, 편광 상태가 변경되지 않은 상태를 유지한다.
위에 나타낸 바와 같이, LC-기재 디스플레이 디바이스들은 통상적으로 변조된 조명을 제공 (즉, 이미지를 디스플레이) 하기 위해 광학 투과의 변화를 이용한다. 보다 구체적으로, 디스플레이 상에 보여지는 이미지는, 디바이스의 상이한 영역들/화소들을 통한 광 투과를 차단하거나 부분적으로 차단하는 것에 의해 생성된다. 그러한 투과 차단 기반 디스플레이 기법들은 이들이 에너지 효율에서 뒤떨어지게 하는 고 강도 후면 조명을 필요로 한다.
부가적으로, 투명 또는 부분적 투명 디스플레이 시스템들의 종래 구성은 제한된 시야각들, 낮은 콘트라스트 및 휘도, 및 디스플레이 사이즈 확대의 어려움과 같은 다양한 제한들을 겪는다. 본 발명의 기법은, 시스템의 투명도 (예를 들어, 디스플레이를 통과하는 가시광의, 15% 이상, 바람직하게 30%, 더욱 바람직하게 40% 이상의 투과) 를 유지하면서 바람직하게 고 휘도를 제공할 수 있는 투명 디스플레이 시스템을 제공하기 위해 광학적 활성 나노입자들, 특히 나노막대들 및 이들로부터의 광학 방출을 활용한다. 따라서, 당업계에는 디스플레이 디바이스의 신규 구성에 대한 필요성이 있다. 본 발명은 디스플레이 디바이스들에서 사용하기 위해 구성된 광학적 활성층/구조를 제공한다. 광학적 활성 구조는 디스플레이 디바이스가 증가된 에너지 효율로 수행하는 것을 허용할 수 있다. 부가적으로, 발명의 광학적 활성 구조의 사용은 광학적 투명 디스플레이 시스템들의 설계를 가능하게 한다. 발명의 광학적 활성 구조는 액정 (LC) 분자 매트릭스 내에 임베딩된 복수의 광학적 활성 막대 형상 나노입자들을 갖는 하나 이상의 층들을 포함한다. 막대 형상 나노입자들은 바람직하게 LC 분자들의 배향 변화가 LC 분자들과 함께 나노입자들의 회전/시프팅을 야기하도록 LC 재료와 정렬된다.
광학적 활성 막대 형상 나노입자들은, 통상적으로 청색 광과 UV 사이의 범위에 대응하고, 통상적으로 UVA 범위 (320-400 nm) 범위 및/또는 보라색 파장 범위 (380-450nm) 를 포함하는 미리 결정된 제 1 파장 범위의 광을 흡수하고, 응답하여 하나 이상의 제 2 파장 범위들 (일반적으로 가시 스펙트럼 내) 의 광을 방출하도록 선택된다. 제 2 파장 범위의 파장들은 나노입자들의 사이즈, 기하학적 형상 및 재료 조성에 따라 결정된다는 것을 유의해야 한다. 유사하게, 제 1 파장 범위의 광의 흡수는 통상적으로 나노입자들의 재료 조성에 따라 결정된다. 일부 바람직한 실시형태들에 따라, 나노입자들은 이방성 나노입자들이도록, 즉 일 축이 다른 축들 보다 더 길도록 선택된다. 부가적으로, 일부 바람직한 실시형태들에 따라, 나노입자들은 막대 형상 반도체 나노입자들이도록 선택된다. 그러한 막대 형상 나노입자들 (또한, 나노막대들로도 지칭됨) 은 코어 쉘, 코어 더블 쉘, 또는 코어 멀티 쉘 구조를 가질 수도 있으며, 여기서 코어는 제 1 재료 조성으로 형성되고, 하나 이상의 쉘들은 하나 이상의 다른 재료 조성들로 형성된다. 부가적으로, 코어 그 자체는 단일 재료 코어, 코어 쉘 또는 코어 멀티 쉘일 수도 있고 이방성 기하학적 구조이거나 아닐 수도 있다.
막대 형상 나노입자들 (나노막대들) 은 일반적으로 광학 또는 전기 펌핑 에너지에 응답하여 다이폴형 광학 방출을 나타낸다. 부가적으로, 나노막대들은 통상적으로 방출된 광의 상대적으로 높은 편광 비 (PR) 를 갖는 광학 방출을 제공한다. 이를 위해, 편광 비는 일반적으로 나노막대들의 정렬 축에 대해 평행 편광 및 수직 편광을 갖는 광의 방출된 강도 사이의 비로서 정의된다. 보다 구체적으로, 적절한 펌핑 시, 나노막대들은 나노막대들의 파라미터들에 따라 결정된, 미리 결정된 파장 범위의 광을 방출하고, 방출된 광은 실질적으로 나노막대들의 장축에 수직인 방향들로 전파한다. 부가적으로, 나노막대들에 의해 방출된 광은 실질적으로 선형 편광되며, 즉 나노막대 긴 정렬 축에 대한 평행 및 수직 편광의 나노막대들의 방출들의 강도 사이에서 측정된 비로서 정의된, 1.5 보다 높거나, 또는 바람직하게 4 보다 높은, 편광 비 (PR) 를 가질 수도 있다. 따라서, 나노막대들의 회전은 이로부터 방출된 광의 전파의 방향을 변화시키고, 또한 방출된 광의 편광 및 편광 배향을 변화시킬 수도 있다.
이를 위해서, 나노막대들이 임베딩되는, LC 층은, 외부 필드에 응답하여 LC 분자들의 배향을 변화시키도록 구성된다. 일반적으로, LC 층은 LC 분자들의 배향을 변화시키는 것에 의해, 직류 (DC) 또는 교류 (AC) 필드인, 외부 전기장에 응답하기 위해 구성된다. 일부 실시형태들에서, LC 분자들은 일 배향 (평면 배향) 에서 층의 표면에 평행하게 배열되고 제 2 배향 (수직/호메오트로픽 배향) 에서 층의 표면에 수직으로 배열되도록 구성된다. 부가적으로, LC 재료의 회전은 바람직하게 거기에 임베딩된 나노막대들의 배향을 또한 변화시키도록 구성된다. 나노막대들의 이러한 회전은 하기에서 추가로 더 상세하게 기채될 바와 같이 나노막대들로부터 방출되는 광의 하나 이상의 특성들 및 나노막대들에 의한 펌핑 에너지의 흡수 중 적어도 하나의 결과를 가져올 수도 있다.
따라서, 상술한 바와 같이, 일부 실시형태들에 따라, 본 발명은 입력 펌핑 에너지 (예를 들어, 펌핑 광) 에 응답하고, 제어 유닛으로부터의 동작 커맨드들에 따라, 디바이스로부터 방출된 구조화된 광을 제공하도록 구성되고 동작가능한, 광학적 활성 구조를 갖는 디스플레이 시스템을 제공한다. 일부 실시형태들에서, 디스플레이 시스템은 가시 광에 적어도 부분적으로 투명하도록 구성된다. 디스플레이 디바이스는 통상적으로 프레젠테이션 (예를 들어, 비디오 디스플레이) 의 미리 결정된 시간들을 갖는 하나 이상의 출력 이미지들을 생성하기 위해 그로부터 방출된 광을 변화시키도록 구성된다.
이에 따라, 하나의 폭 넓은 양태에 따라, 적어도 하나의 층 내에 함께 혼합된 액정 재료 및 복수의 광학적 활성 나노막대들을 포함하는 적어도 하나의 층을 포함하는 광학적 활성 구조를 제공하며, 액정 재료의 일 배향에서, 나노막대들은 하나 이상의 미리 결정된 제 2 파장 범위들의 광을 제 1 강도 레벨로 방출하는 것에 의해 제 1 펌핑 파장 범위의 입력 방사에 응답하고, 액정 재료의 다른 배향에서, 나노막대들로부터의 방출은 제 2 강도 레벨로 감소된다.
광학적 활성 나노막대들은 적어도 하나의 제 2 파장 범위의 광을 방출하기 위한 재료 조성 및 기하학적 구조를 갖는 것으로 선택될 수도 있다.
액정 재료는 바람직하게 외부 전기장에 응답하여 그 배향을 변화시키도록 구성된다. 또한, 이에 따라서 액정 재료의 배향에서의 변화는 바람직하게 광학적 활성 나노막대들의 정렬 축의 회전을 야기하며, 이에 의해 광학적 활성 나노막대들로부터 방출되고 이에 의해 흡수된 광의 특성들을 변화시킨다. 액정 재료의 배향에서의 변화는 나노막대들로부터의 광의 방출의 연속적인 변화를 제공할 수도 있다.
일반적으로, 광학적 활성 나노막대들에서의 액정 재료는 일 배향 상태에서 구조의 표면에 평행한 미리 결정된 축을 따라 정렬되고, 다른 배향 상태에서 구조의 표면에 수직인 미리 결정된 축을 따라 정렬되도록 그 배향을 변화시킬 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 액정 재료는 음의 유전율 이방성으로 구성될 수도 있다.
나노막대 재료는 외부 전기장에 응답하여 그 방출 특성들을 변화시키도록 선택되거나 구성될 수도 있다; 전기장들의 존재 시 광 방출의 강도를 감소시키는 광의 나노막대 방출의 퀀칭 (quenching) 을 야기할 수도 있다. 하지만, 나노막대들의 재료는 바람직하게, 외부 전기장의 존재가 실질적으로 방출의 파장을 현저하게 변화시키지 않도록 선택되고, 이것은 방출 강도가 감소될 때 컬러 변화를 회피하는 것임을 유의해야 한다.
광학적 활성 구조는, 그 구조의 복수의 별도 동작가능한 화소들을 정의하는 복수의 전극 엘리먼트들을 포함하는 전극 배열을 더 포함할 수도 있고, 전극 배열의 상기 전극 엘리먼트들은 대응 화소들에 전기장을 선택적으로 인가하도록 구성되어 이에 의해 액정 재료 및 광학적 활성 나노막대들의 회전을 야기한다.
광학적 활성 구조는 2 이상의 타입의 광학적 활성 나노막대들을 포함할 수도 있고, 각각의 타입은 다른 타입들의 나노막대들의 파장 범위와 상이한 선택된 파장 범위에서 광학 방출을 제공하도록 선택된 재료 조성 및 치수들을 갖는 광학적 활성 나노막대들을 포함한다. 배열될 수도 있는 상이한 타입의 광학적 활성 나노막대들은 구조의 복수의 화소 영역들이고 이에 의해 원하는 조명 온도의 백색 광을 방출하는 화소 영역들 및/또는 방출된 광의 선택적 공간 및 시간 변화에 의해 컬러 이미지 형성 (적색, 녹색 및 청색 화소 영역들) 을 가능하게 한다.
일부 실시형태들에서, 광학적 활성 구조, 액정 및 그 광학적 활성 나노막대들은 가시 스펙트럼의 광에 광학적으로 부분 투명하도록 구성될 수도 있다. 광학적 활성 나노막대들은 가시광 (UV) 또는 보라색 조명을 포함하는 제 1 파장 범위에서 펌핑 광에 응답하여 가시 스펙트럼의 광을 방출하도록 구성될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 액정 재료는 네마틱 액정 재료를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 광학적 활성 구조는 상기 액정 재료와 물리적 접촉하여 위치된 적어도 하나의 정렬층을 더 포함할 수도 있고, 상기 적어도 하나의 정렬층은 그 휴지 (rest) 상태에서 액정 재료를 정렬시키도록 구성된다. 적어도 하나의 정렬층은 폴리머 안정화된 수직 정렬층을 포함할 수도 있다.
광학적 활성 구조는, 그 구조의 하나 또는 2 측에서 액정 재료 및 나노막대 재료와 물리적 접촉하여 위치된 하나 이상의 도메인 세퍼레이터들을 더 포함하여 이에 의해 액정 재료 및 대응 나노막대들의 멀티 도메인 정렬을 제공할 수도 있다.
통상적으로, 광학적 활성 구조는 디스플레이 디바이스에서 사용하기 위해 구성될 수도 있다는 것을 유의해야 한다.
하나의 다른 폭 넓은 양태에 따라, 본 발명은 원하는 패턴 (이미지) 를 선택적으로 디스플레이하도록 구성된 디스플레이 디바이스를 제공하고, 디바이스는,
제 1 펌핑 파장 범위의 광학 조명을 제공하도록 구성된 펌핑 광 소스,
정렬된 나노막대들 및 LC 재료를 포함하는 광학적 활성 구조로서, 나노막대들이 펌핑 광에 응답하여 하나 이상의 선택된 제 2 파장 범위들의 광을 방출하도록 구성되는, 상기 광학적 활성 구조, 및
외부 전기장를 제공하여 이에 의해 LC 재료 및 나노막대들의 배향을 국부적으로 변화시킴으로써, 나노막대들로부터의 광 방출을 변조하도록 구성된, 전극 배열을 포함하고, 일반적으로 LC 의 배향에서의 변화는 나노막대들의 배향에서 대응 변화를 유도하고 이로써 디스플레이 디바이스의 원하는 화소 영역들로부터 광 방출을 선택적으로 변조하도록 구성된다.
디스플레이 디바이스는 가시 스펙트럼의 일 부분의, 또는 가시 파장 범위의 광에 적어도 부분적으로 투명하도록 구성될 수도 있다.
디스플레이 디바이스는 영화들과 같은 비정적 이미지들을 디스플레이하는 것을 제공하기 위해 동적으로 제어되도록 구성될 수도 있다. 이를 위해 디스플레이 디바이스는, 하나 이상의 이미지들에 대응하는 이미지를 생성하고, 선택된 화소 영역들에서 LC 재료의 배향을 온 (ON) 및/또는 오프 (OFF) 모드들 뿐만 아니라 오프 및 온 모드 중간의 중간 레벨들로 변화시키도록 광학적 활성 구조의 전극 배열을 동작시킴으로써, 원하는 이미지들을 생성하도록 구성되고 동작가능한 제어 유닛을 포함하거나 이와 연관될 수도 있다.
디스플레이 디바이스는, 그 디바이스와 그 후면 장면으로부터 도착하는 광 사이에 위치된 차단/확산층을 더 포함할 수도 있고, 차단/확산 층/엘리먼트는 디바이스의 후면 장면으로부터 도착하는 미리 결정된 파장 범위의 광을 선택적으로 차단하거나 확산하여, 예를 들어 사용될 때 활성층의 형광성을 최소화하는 UV 펌핑 광과 같은 펌핑 광의 파장의 광 또는 스펙트럼의 모든 가시 부분 (400-700) nm 의 일부를 차단하고, 이로써 디스플레이 뒤에서 장면의 후면 조명을 디밍하고 및/또는 비투명 디스플레이 모드를 제공한다.
발명의 또 다른 폭 넓은 양태에 따라, 원하는 이미지를 생성하는 패터닝된 조명을 생성하도록 구성된 광학적 활성 구조를 포함하는 디스플레이 시스템이 제공되며, 광학적 활성 구조는 펌핑 에너지에 응답하여 미리 결정된 파장 범위의 출력 광을 방출하도록 구성된 광학적 활성 나노막대들, 및 액정 재료를 포함하는 적어도 하나의 층을 포함한다. 디스플레이 시스템은 가시광에 적어도 부분적으로 투명하도록 구성될 수도 있다. 적어도 하나의 층은, 액정 재료의 배향에서의 변화가 상기 광학적 활성 나노막대들의 배향에서의 대응 변화를 야기하도록 상기 액정 재료 및 상기 광학적 활성 나노막대들의 혼합물을 포함할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 광학적 활성 나노막대들은 제 1 미리 결정된 파장 범위의 광학적 펌핑인 펌핑 에너지에 응답함으로써, 하나 이상의 제 2 파장 범위들의 광을 방출하도록 구성될 수도 있다. 제 1 파장 범위는 다음: 보라색 광 및 자외선 광 파장들 중 적어도 하나를 포함할 수도 있고, 상기 하나 이상의 제 2 파장 범위들은 가시광을 포함할 수도 있다.
디스플레이 디바이스는 그 광학적 활성 구조와 연관되고 상기 액정 재료 상으로 그 배향의 변화를 야기하기 위해 전기장을 선택적으로 인가하도록 구성된 전극 배열을 포함할 수도 있다. 전극 배열은 상기 광학적 활성 구조의 복수의 별도로 동작되는 화소 영역들을 정의하는 복수의 전극 엘리먼트들을 포함할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 광학적 활성 나노막대들은 2 이상의 타입들의 나노막대들을 포함할 수도 있고, 각각의 타입은 미리 결정된 상이한 파장 범위의 광을 방출하기 위한 나노막대들의 치수 및 구조와 조성에 따라 선택된다. 2 이상의 타입들의 나노막대들은 나노막대들의 적어도 3 타입들을 포함할 수도 있고, 각각의 타입은 프라이머리 컬러에 대응하여 미리 결정된 파장 범위의 광을 방출하도록 선택된다.
디스플레이 디바이스는 제 1 파장 범위의 광학 펌핑의 형태로 펌핑 에너지를 제공하여 이에 의해 상기 광학적 활성 나노막대들이 하나 이상의 제 2 파장 범위들의 광을 방출하게 하도록 구성된 펌핑 광 소스를 더 포함할 수도 있다. 펌핑 광 소스는 상기 광학적 활성 구조로부터 미리 결정된 거리에 위치되도록 구성될 수도 있고, 상기 미리 결정된 거리는 1 센티미터 보다 크거나, 5 센티미터 보다 크다. 일부 구성들에서, 펌핑 광 소스는 디스플레이 디바이스의 광학적 활성 구조로부터, 50 cm 보다 크거나, 1 미터 보다 큰 거리에 위치될 수도 있다.
일부 실시형태들에 따라, 디스플레이 디바이스는 원치 않는 파장 범위들의 광을 필터링하도록 구성된 적어도 하나의 필터층을 더 포함할 수도 있다. 필터층은 펌핑광 (예를 들어, 자외선) 조명의 투과를 차단하고 배경 및/또는 발광 광 (예를 들어, 가시 스펙트럼) 의 투과를 허용하도록 구성될 수도 있다.
광학적 활성 구조의 액정 재료 및 상기 광학적 활성 나노막대들은, 그 구조의 소정의 영역에서 상기 액정 재료의 배향에서의 변화가 상기 영역에서 상기 광학적 활성의 회전의 변화를 야기하도록 함께 혼합됨으로써, 펌핑 에너지에 응답하여 상기 나노막대들의 광학 방출을 증가 또는 감소시킬 수도 있다.
일부 실시형태들에 따라, 액정 재료 및 대응 나노막대들의 배향의 변화는, 나노막대들이 출력 광 전파의 일반적인 방향에 평행한 그 장축과 정렬되는 오프 상태, 및 나노막대들이 상기 적어도 하나의 층의 표면에 평행한 그 장축과 정렬되고 펌핑 에너지에 응답하여 광을 방출하는 온 상태를 제공할 수도 있다. 디스플레이 디바이스는 또한 액정 재료의 배향과 연관된 하나 이상의 중간 상태들을 제공하기 위해 구성되어 이에 의해 하나 이상의 화소 영역들로부터 광학 방출의 하나 이상의 중간 레벨들을 가능하게 할 수도 있다.
일부 실시형태들에 따라, 디스플레이 시스템은 디바이스와 그 후면 장면으로부터 도착하는 광 사이에 위치된 차단/확산층을 더 포함할 수도 있고, 차단/확산 엘리먼트는 디바이스의 후면 장면으로부터 도착하는 미리 결정된 파장 범위의 광을 선택적으로 차단하거나 확산하도록 구성되고, 이로써 디스플레이 디바이스의 "스마트 유리" 능력들을 제공한다.
본 명세서에 개시된 청구물을 더 잘 이해하고 그것이 실제로 어떻게 수행될 수 있는지를 예시하기 위해서, 첨부 도면들을 참조하여, 한정이 아닌 예시에 의해서만, 실시형태들이 이제 기재될 것이다.
도 1a 및 도 1b 는 온 및 오프 상태들에서 각각 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 임베딩된 나노막대들을 갖는 LC 층을 포함하는 광학적 활성층을 활용하는 디스플레이 디바이스의 일 부분을 개략적으로 도시한다.
도 2a 및 도 2b 는 온 및 오프 상태들에서 각각 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 임베딩된 나노막대들을 갖는 수직으로 정렬된 LC 층을 활용하는 디스플레이 디바이스의 일 부분을 도시한다.
도 3a 및 도 3b 는 온 및 오프 상태들에서 각각 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 임베딩된 나노막대들을 갖는 멀티 도메인 화소 셀에서 수직으로 정렬된 LC 층을 활용하는 디스플레이 디바이스의 일 부분을 도시한다.
도 4a 및 도 4b 는 온 및 오프 상태들에서 각각 본 발명의 일부 실시형태들에 따른 임베딩된 나노막대들을 갖는 패터닝된 전극 화소 셀에서 수직으로 정렬된 LC 층을 활용하는 디스플레이 디바이스의 일 부분을 도시한다.
도 5a 및 도 5b 는 디스플레이 디바이스의 3 개의 인접 화소들의 측면 (도 5a) 및 상면 (도 5b) 도들을 개략적으로 도시한다.
도 6 은 발명의 일부 실시형태들에 따른 투명 디스플레이 유닛의 층상형 구조를 도시한다.
도 7 은 발명의 일부 실시형태들에 따른 투명 디스플레이 유닛의 사용을 예시한다.
본 발명은 액정층에 삽입되거나 임베딩된 형광성 이방성 나노재료에 기초한 디스플레이를 제공한다. 이방성 나노재료는 바람직하게 증가된 컬러 품질을 갖는 광학 조명을 제공하는 한편 액정에서의 이방성 나노재료의 혼합이 간략화된 구조 및 그로부터 방출의 변조에 대해 제공하도록 구성될 수도 있다.
온 (도 1a) 및 오프 (도 1b) 상태들에서 나타낸, 본 발명에 따른 광학적 활성 구조 (층)(10) 을 활용하는 디스플레이 디바이스의 일 부분 (예들 들어, 화소 셀) 의 횡단면을 개략적으로 도시하는 도 1a 및 도 1b 에 대한 참조가 이루어진다. 광학적 활성 구조 (10) 는 바람직한 축을 따라 함께 정렬되고 인가된 외부 필드에 응답하여 배향을 변화시키도록 구성된 액정 (LC) 분자들 (14) 및 이방성 나노재료 입자들 (12)(나노막대들) 의 혼합물을 포함한다. 디스플레이 디바이스 (100) 의 활성층 (10) 은 일반적으로, 바람직하게 가시 스펙트럼의 광, 그리고 또한 가능하다면 자외선 조명에 투명한, 상부 (104) 및 하부 (102) 기판들 사이에 인클로징될 수도 있고, 구체적으로, 상부 및 하부 기판들은 제 1 파장 범위의 펌핑 광 및 제 2 파장 범위들의 방출된 광에 투명할 수도 있다. 부가적으로, 디바이스는 예를 들어, 러빙된 폴리이미드들의 층에 의해 형성된, 하나 이상의 정렬/배향 층 (106) 을 포함할 수도 있고, 2 개의 그러한 층들이 도면들에 나타나 있다. 디바이스는 또한, LC 재료 (14) 의 배향에서의 변화를 촉진하는 전기장 변조를 선택적으로 제공하도록 구성된 전극 배열 (107) 을 포함하거나 이와 연관될 수도 있다. 일반적으로 LC 재료 (14) 의 배향에서의 변화는 나노재료 입자들 (12) 의 배향에서 변화를 유도하고 이로써 디바이스 (100) 의 광학 활동의 변조를 제공한다. 일부 구성들에서, 전극 배열 (107) 은 투명 전극들, 예를 들어 ITO (인듐-티타늄 산화물) 기재 전극들을 포함하여, 그를 통한 광학 방사의 투과를 허용한다. 광학적 활성층 (10) 의 나노막대들 (12) 은 하나 이상의 제 2 파장 범위들의 광 (110) 을 방출하는 것에 의해, 제 1 파장 범위 (예를 들어, 청색, 보라색, UV 또는 나노막대들의 재료 조성 및 원하는 디바이스 어플리케이션들에 기초한 임의의 적절한 파장) 의 입력 펌핑 광 (108) 에 응답하도록 선택되고 구성된다. 디스플레이 디바이스 (100) 는 디스플레이된 이미지에서 간섭을 방지하기 위해 펌핑 광의 흡수되지 않은 성분들을 차단하도록 구성된 펌핑 광 차단기 (105) 를 포함할 수도 있다. 도 1a 및 도 1b 뿐만 아니라 다음의 도면들은 개략적이며 상이한 엘리먼트들의 실제 사이즈들과 관련되지 않는다는 것을 유의해야 한다. 보다 구체적으로, 나노막대들의 사이즈에 대한 LC 재료의 상대적 사이즈는 일반적으로 균형이 맞지 않으며 도면들로부터 학습될 수 없다. 본 발명에 따른 사용을 위해 일반적으로 적합한 나노막대 재료는, 8-500 nm 또는 바람직하게 10 내지 160 nm 사이의 길이 (장축) 이고, 몇 나노미터 (예를 들어, 3 nm 내지 50 nm) 의 폭 또는 직경을 가질 수도 있으며, 장축을 따르는 길이와 단축을 따르는 길이 사이의 비인, 종횡비가 1.5 보다 크고, 바람직하게는 3 보다 클 수도 있다. LC 분자들 (14) 은 외부 전기장에 응답하여 회전하고 상기 전기장이 널 (null) 일 때 역 회전하도록 구성된다. 도 1a 및 도 1b 는 디스플레이 디바이스 (100) 의 온/오프 상태들의 일 예를 도시한다. 도 1a 에서, LC 재료 (14) 는 그 휴지 배향에 있고, 구조 (10) 의 표면에 평행한 축을 따라 정렬된다. 이 구성은 나노막대들 (12) 이 구조 (10) 의 표면에 평행한 유사한 축을 따라 LC 분자들과 함께 정렬되게 한다. 이 배향에서, 나노막대들 (12) 은 입력 펌핑 광 (108) 의 방향에 수직이고 출력 방출 광 (100) 의 전파의 원하는 방향에 수직인 그 장축과 정렬된다. 이것은 나노막대들 (12) 에 의한 펌핑 광의 효율적인 흡수, 및 원하는 방향에서 그 상당한 부분의 전파를 갖는 하나 이상의 제 2 파장 범위들의 광의 방출을 제공하여 디바이스에 의한 이미지를 투영한다. 따라서, 나노막대들로부터 방출되는 제 2 파장 범위의 출력 방출 광 (110) 은 도 1a 에 나타낸 바와 같이 뷰어들 쪽으로 그리고 디스플레이로부터 원하는 방향으로 전파할 수도 있다.
적절한 전기장이 전극 배열 (107) 의 전극들 사이에 인가될 때, LC 재료의 분자들 (14) 은 이에 따라서 회전하고 층 (10) 에 임베딩된 나노막대들 (12) 의 대응 회전을 야기한다. 이 예에서, 도 1b 에 나타낸 바와 같이, 나노막대들 (12) 은 오프 상태에서 그 장축이 층 (10) 의 표면에 수직이도록 배향된다. 이 구성에서, 나노막대들로부터 방출된 광은 실질적으로 층 (10) 내에서 전파하고 층 외부에서 실질적으로 전파하지 않는다. 부가적으로, 전극들 (107) 에 의해 인가된 외부 전기장에 의해 야기된 형광성 나노막대들에 대한 퀀칭 (quenching) 효과의 결과 뿐만 아니라 나노막대들 (12) 의 배향의 결과로서 후면 조명에서의 펌핑 광 (108) 의 흡수를 위한 횡단면이 크게 감소된다. 따라서, 선택된 영역 (화소) 에서 나노막대들 및 LC 재료의 배향의 적절한 변화는, 나노막대들에 의한 광학 방출의 국부적 변조를 제공하고 중간 상태들을 포함한 온 및 오프 상태들 사이의 광학적 활성층의 영역을 턴 (turn) 하는 것을 가능하게 한다.
일반적으로, 이 발명의 나노결정들 (12) 은 시드된 나노막대들, 나노막대들 또는 코어/쉘 나노막대들과 같은 반도체 장방형 (elongated) 구조들이다. 나노막대들은, 표면 리간드들 등의 어태치먼트와 같은, 부가 표면 개질 프로세스들로 또는 이러한 프로세스들 없이 적절한 액정 재료 (14) 에 삽입된다. 나노막대들은 LC 분자 배향들에 의해 LC 층 내에 정렬될 수도 있다. LC 분자들은 러빙된 폴리이미드층을 사용하는 것 또는 포토 정렬에 의해서와 같은 임의의 적절한 기법에 의해 정렬될 수도 있다. 디스플레이 디바이스의 선택된 전극들로의 전기장의 인가는, 장축이 전기장에 평행 또는 실질적으로 평행하도록 (예를 들어, ± 10 도의 각도 허용범위로) 나노막대들과 함께 LC 재료에 국부적 회전 (예를 들어, 화소 영역 내에서) 을 유도한다. 이것은 온, 오프 및 중간 상태들 사이에서 디스플레이의 선택된 대응 영역을 스위칭한다. 도 1a 및 도 1b 에서는 전기장이 인가되지 않을 때 온 상태가 기재되고 전기장의 인가에 의해 야기되는 것으로 오프 상태가 기재되지만, 이것은 하기 본 명세서에서 기재되는 바와 같은 상이한 실시형태들의 구성에 의해 선택된다는 것을 유의해야 한다. "온 상태" 용어는 뷰어로의 광의 강한 방출을 갖는 상태를 지칭하고, "오프 상태" 용어는 뷰어의 방향에서 광의 약한 방출 또는 방출이 없는 상태를 지칭한다. 또한, 도 1b 에 나타낸 층의 표면에 수직으로 정렬되는 장축을 갖는 나노막대들의 배향은 광학적 활성층으로부터 출력 광을 상승 작용으로 감소 및 최소화하는 몇몇 효과들을 제공한다는 것을 유의해야 한다.
첫번째로, 나노막대들의 장축에 평행한 방향을 갖는, 나노막대들에 인가된 전기장은 나노막대들의 광학적 활동의 퀀칭을 제공한다. 퀀칭은 전기장 하에서 전자-정공 분리에 의해 야기되며 나노막대들 장축의 동일한 방향에서 인가된 DC 및 AC 전기장들 중 임의의 것에 의한 퀀칭을 기재하는 US 특허 제 8,471,969 호에 상세하게 기재되어 있다. 기재된 바와 같이, 나노막대들에 인가된 전기장은 방출된 광의 충분한 퀀칭을 초래한다. 하지만, 나노막대들의 재료 및 구성은 바람직하게, 예컨대 외부 전기장의 결과로서 방출의 파장에서의 시프트들을 제거하거나, 또는 적어도 상당히 감소시키기 위해, 선택된다는 것을 유의해야 한다. 이것은 디스플레이 디바이스에 의한 이미지 형성으로부터 야기되는 컬러 변화를 회피하기 위해서이다.
두번째로, 위에 나타낸 바와 같이, 나노막대들로부터의 광학적 방출은 실질적으로 다이폴형 분포를 갖는다. 보다 구체적으로, 대부분의 광은 나노막대들의 장축에 법선인 방향으로 방출되고 단지 매우 적은 광만이 장축의 방향으로 방출된다. 나노막대들을 뷰어에서 지향된 그 장축과 정렬하는 것에 의해, 방출된 광의 매우 작은 부분만이 뷰어 쪽으로 전파하다. 따라서, 방출된 광의 강도의 대부분은 적절한 흡수체들이 광의 누설을 방지하기 위해 배치될 수도 있는 측면들로 지향될 것이다.
세번째로, 나노막대들에 의한 펌핑 광의 흡수는 흡수를 위한 대응 횡단면에 의존한다. 도 1b 에 나타낸 이른바 "오프 구성" 에서, 나노막대들은 그 장축이 펌핑 광의 전파의 방향에 평행하도록 배향된다. 이것은 펌핑광의 흡수를 위한 횡단면을 최소화하고 이로써 나노막대들로부터의 방출을 감소시킨다.
발명의 일부 실시형태들에서, LC 재료의 배향 변화는 나노막대들에 의해 방출된 광의 편광의 회전을 위해 또한 사용될 수도 있다는 것을 유의해야 한다. 디바이스는 통상적으로 광 전파의 일반적인 방향에 대해 광학적 활성 구조 (10) 의 하류에 위치된 편광 필터를 포함할 수도 있다. 따라서, 디바이스의 영역이 온 상태일 때, LC 재료는 나노막대들에 의해 방출된 광이 편광 회전 없이 전파하고 부가 편광 필터에 의해 투과되는 것을 허용하며, 오프 상태에서, LC 는 방출된 광의 적어도 일부의 편광을 회전하는 것을 보조하여 이에 의해 이러한 부분이 부가 편광 필터에 의해 필터링되도록 할 수도 있다.
따라서, 나노막대들의 배향의 변화는, LC 재료에 대해 전기장을 인가하는 것에 의해, 펌핑 광에 응답하여 나노막대들의 광학적 방출을 제거 또는 적어도 상당히 감소시키기 위해 제공한다. 하지만, 나노막대들의 광학적 방출이 완전히 제거되지 않는 일부 구성들에서, 배향 변화는 밖으로 향하는 방향에서의 (뷰어들에게) 방출을 적어도 상당히 감소시키기 위해 화소 영역들 사이에 위치된 적절한 광 흡수체들에서 흡수되도록 방출된 광을 지향하는 것을 초래한다. 이것은 디바이스의 화소 엘리먼트의 온 상태의 경우이며, 일반적으로 나노막대들로부터 광학적 방출을 방지하는 효과가 없고 흡수 횡단면이 오프 상태와 비교하여 훨씬 더 커서, 결과가 펌핑 광에 응답하여 높은 광학 방출이라는 것이다. 따라서, 온 상태에서, 나노막대들은 광학적 활성 구조 (10) 의 평면에 평행하게 배향되어, 입력 펌핑 광의 흡수를 위한 높은 횡단면을 제공하여 이에 의해 이로부터 광학 방출을 야기한다. 이에 따라, 나노막대들은 강하게 흡수하고, 그 최대 방출을 방출하며 방출의 지향성이 디스플레이의 출력 방향 쪽으로 지향된다. 이러한 상태에서, 나노막대들의 배향은 인접 화소들의 방향들에서 방출된 광이 최소이도록 구성되고 뷰잉 방향에서의 광 강도가 최대일 수도 있도록 하는 것이다. 부가적으로, 나노막대들로부터 방출된 광을 반사하면서 펌핑 광을 투과하도록 통상 구성될 수도 있는, 적절한 후면 반사기가 바람직한 방향에서 광의 더 큰 부분들을 지향하기 위해 사용될 수도 있다.
이와 관련하여, 또한 중간 전압들의 인가는 중간 광 강도 출력 (보통 그레이스케일 능력으로서 지칭됨) 을 제공하는 것을 유의해야 한다. 보다 구체적으로, 중간 필드 진폭은 광학적 활성층 (10) 에 대해 수직과 인 플레인 (in plane) 사이인 배향에 대해 LC 및 나노막대들의 회전을 야기함으로써, 뷰어 쪽으로 원하는 방향에서 감소된 광 강도의 방출 및 특히 광 전파를 초래한다. 이것은 모노크롬 이미지를 제공하는 나노막대들의 일 타입을 사용하여 "그레이-스케일" 패턴의 생성을 허용한다. 부가적으로, 복수의 화소 엘리먼트들을 활용하는 디스플레이에 있어서, 소정의 화소들로부터 출력된 광의 강도의 변화는 이미지 품질을 개선하는데 시용될 수도 있다. 그러한 "멀티-화소" 디스플레이 시스템에서, 상이한 화소 영역들은 상이한 광학 방출 특성들의 나노막대들, 즉 일 화소에서 적색 광을 방출하는 나노막대들 및 이웃 화소 영역에서 녹색광을 방출하는 나노막대들을 포함한다. 이러한 구성은 컬러 이미지들을 제시하기 위한 능력을 디바이스에 제공한다.
부가적으로, 그리고 종래 LC 기재 디스플레이 시스템들과는 상이하게, 본 발명의 기법은 디스플레이 상에 이미지들의 생성 및 광학적 방출의 변조를 위해 임의의 편광 필터의 사용을 필요로 하지 않는다. 하지만, 위에 나타낸 바와 같이, 일부 실시형태들에서, 그러한 편광 필터의 사용이 이익일 수도 있다. 나노막대들로부터 출력된 광의 변조는 일반적으로 나노막대들의 배향을 변화시켜 그로부터의 방출을 감소시킴으로써 달성되고, 이로써 광 필터링이 특별히 요구되지 않는다. 편광 필터의 이러한 생략은 보다 양호한 컬러들과 함께 더 양호한 에너지 효율 및 더 낮은 비용을 제공할 수도 있다.
또한, 본 발명의 기법은 완전 투명 디스플레이 디바이스, 즉 투과형 (see-through) 디스플레이 디바이스를 구성하는 것을 허용한다. 이것은 광학적 투명 전극 배열 (예를 들어, ITO 전극들) 및 광학적 투명 반송 (carrying) 기판들을 활용하는 것에 의해 달성될 수 있다. 이러한 구성에서, 펌핑 광은 바람직하게 디스플레이의 후면 및/또는 그 측면들로부터 도착하는 UV 파장 범위의 것일 수도 있다. 이것은 디스플레이 디바이스 뒤에 위치된 오브젝트들로부터 도착하는 가시 스펙트럼의 광이 디바이스를 통해 투과되는 경우이다. 이것은 펌핑 광 (108) 및 방출 광 (110) 에 부가하여 배경 장면 ("부가") 광 입력 (109) 및 출력 (114) 을 나타내는, 도 1a 및 도 1b 에 예시되어 있다.
위에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 광학적 활성 구조 (10) 및 디스플레이 디바이스는 원하는 광학 활동 및 그 변조를 제공하기 위해 2 개의 주 재료 그룹들을 활용한다. 광학적 활성 구조 (10) 는 일반적으로 다음을 포함한다:
1. 액정 재료 (LC)
2. 이방성 형광 반도체 나노구조들 (나노막대들).
하지만, 리간드들 및 첨가제들과 같은 부가 성분이 광학적 활성층에 사용되어, 액정으로의 나노구조들의 삽입을 가능하게 및/또는 간단하게 할 수도 있다는 것을 유의해야 한다.
액정 재료들 및 혼합물들의 다양한 타입들은 나노막대들과 조합하여 사용될 수 있다. 이들 재료들은 바람직하게 균질 (평면형 (planar) 으로서 또한 알려짐) 정렬로 정렬할 수 있다. LC 재료는 바람직하게 네마틱 LC 재료일 수도 있지만, LC 재료의 다른 타입들이 사용될 수도 있다. 네마틱 LC 재료는 유전율 음의 또는 양의 이방성을 가질 수도 있다. LC 의 정렬은 통상적으로 광학적 활성층의 LC 재료와 접촉하는 기판 표면의 경계 조건들에 의해 및/또는 외부 전기장에 의해 유도된다. 예를 들어, 선택적으로 러빙되는 기판의 폴리이미드 코팅은 기판 표면에 평행한 LC 분자들을 정렬할 수 있다. LC 재료들의 다른 조합들 및 페이즈들이 또한 사용될 수 있다.
적절한 LC 재료들은 일반적으로 종래에 알려져 있다. 재료 특성들은 정렬의 바람직한 모드 및 광학적 활성 구조의 스위칭에 따라 선택될 수도 있다. 바람직한 모드에서, 유전율 음의 LC 재료가 선택될 수도 있다. 이것은 바람직하게 기판에 관하여 LC 재료의 수직 정렬을 갖는 구성에서 사용되어 나노막대들로부터 광 방출의 상술한 변조를 최적화하는 것을 가능하게 한다.
발명의 다양한 실시형태들에 유용한 광학적 활성 이방성 나노입자들 (나노막대들) 은 반도체 재료들, 예를 들어 II-VI, III-V, 또는 IV-VI 반도체들 뿐만 아니라 이들의 다양한 조합들로 이루어질 수도 있다. 그러한 재료들은 또한 본 출원의 양수인들에게 양도된 특허 공보들 US 2014/009,902 및 US 2013/115,455 및 US 특허 제 8,471,969 호를 포함한 위에 나타낸 특허 공보들에 더 상세하게 기재되어 있다. 반도체 재료는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, GaAs, GaP, GaAs, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, AlAs, A1P, AlSb, Cu2S, Cu2Se, CuInS2, CuInSe2, Cu2(ZnSn)S4, Cu2(InGa)S4, Ti02 그 합금들 및 그 다양한 혼합물로부터 선택될 수도 있다. 이러한 재료들의 리스트는 막대 재료 (나노막대들의 경우), 코어 및 쉘 재료들 (코어/쉘 나노막대들에서), 또는 시드된 로드 구조들에서의 시드 및 막대 재료들 중 어느 하나를 지칭할 수도 있다. 시드된 나노막대들은 장방형 쉘 내에 비대칭으로 위치된 시드 (또는 코어 ) 를 가질 수도 있지만, 다른 위치들이 또한 가능할 수도 있다. 코어는 통상적으로 장방형 파티클 상에서 길이의 약 1/4 내지 1/2 에 위치될 수도 있다. 시드에 대한 통상적인 사이즈들은 직경에 있어서 1 내지 20 nm 사이이고 특히 2 내지 10 nm 사이일 수도 있다. 제 1 쉘에 부가하여, 추가 쉘 층들이 안정성 및 광학적 기능을 위해 포함될 수도 있다. 나노막대들의 재료 조합 및 치수들은 통상적으로 어플리케이션에 대한 필요에 따라 원하는 컬러들로의 광학적 튜닝을 제공하기 위해 튜닝된다.
전체 나노막대 구조들의 길이는 예시적으로 8 nm 내지 500 nm 사이 범위이고 10 내지 160 nm 사이가 더 양호할 수도 있다. 막대의 전체 직경은 예시적으로 1-20 nm 사이이고, 특히 1-10 nm 사이일 수도 있다. 통상적인 나노막대는 1.5 보다 높은, 또는 바람직하게는 3 보다 높은 길이/직경인 종횡비를 갖는다. 사이즈 및 조성들의 제어를 통해, 이방성 나노막대들의 방출 컬러가 상이한 샘플들에 대해 튜닝되어 디스플레이의 필요한 베이스 컬러들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 막대 샘플의 단일 타입은 모노크롬 디스플레이에 대한 모노크로마틱 후면광 소스에 대해 사용될 수 있고, 또는 상이한 컬러들에서 방출하는 2 이상의 상이한 막대들의 조합이 컬러 디스플레이를 위해 사용될 수 있다. 위에 나타낸 바와 같이, 나노막대들의 치수, 구조, 및 재료/화학적 조성 (예를 들어, 나노막대들의 코어 및/또는 다양한 쉘들의 상이한 조성, 종횡비, 기하학적 형상 등) 은 일반적으로 그 방출 파장을 제어하기 위해 사용된다. 예를 들어, 시드 및 막대의 직경 변화들은 방출의 파장을 제어하는데 사용된다.
나노막대들은 나노막대들의 각각의 타입이 상대적으로 좁은 대역폭을 갖고 가시 스펙트럼에서의 파장 범위로 광을 방출하도록 구성된다. 일반적으로, 나노막대들은 디스플레이 산업에서 보통 사용되는 가시 컬러들 (예를 들어, 적색, 녹색 및 청색) 의 광을 방출하기 위해 선택되지만, 부가 컬러들 및 컬러들의 조합이 이미지 품질을 강화하기 위해 사용될 수도 있다. 통상적으로 나노막대들은 반치 전폭 (Full Width Half Maximum; FWHM) 으로 광을 방출하도록 선택되어 이에 의해 고품질 컬러들을 제공할 수도 있으며, 하기 일부 경우들에서는 45 nm 이하의 FWHM 으로 방출한다.
나노막대들은 나노막대들의 광학적 특성을 강화할 수 있는 분자 리간드들에 의해 커버되고/둘러싸일 수도 있고, 일부 구성들에서, LC 재료와 나노막대들의 공통 회전을 제공하는 것을 돕는다. 분자 리간드들은 또한 층 내에서 LC 및나노막대들의 분산을 증가시키고 광학적 활성층 내에서 나노막대들의 분산을 균일하게 한다. 나노막대들의 리간드 커버리지는 나노막대들의 합성 스테이지에서 획득될 수도 있고 또는 나노막대들이 합성된 후 교환될 수 있다. 다양한 리간드들은 나노막대들을 수성 또는 유기 용액들에 전달하기 위해 사용된다.
따라서, 디스플레이 디바이스의 화소 구조를 제공하기 위해서, 광학적 활성층은 복수의 화소 영역들로 구성되고, 각각은 하나 이상의 파장 범위들의 광을 방출하기 위해 선택된 LC 및 나노막대들을 포함한다 (통상적으로 각각의 화소는 하나의 컬러의 광을 방출하도록 구성된다). 구체적으로, 광학적 활성층은 2 개의 (바람직하게 투명) 기판들 사이에 위치되고, 예를 들어 기판들의 양자 모두 또는 하나 상에, 구조를 따라 (그 표면을 가로질러) 배열된 복수의 바람직하게 투명 전극들을 포함한 전극 배열을 포함하여, 상이한 화소 영역들에 적절한 전기장을 선택적으로 인가할 수도 있다. 전극 배열의 상이한 전극들은 광학적 활성 구조 상에 국부화된 전기장을 생성하도록 구성되어 이에 의해 층의 화소 영역들을 정의하고 동작한다. 일부 구성들에서, 적어도 하나의 기판은 배향층, 예를 들어 폴리이미드 재료, 또는 기판의 평면에 대해 특정 방향으로 LC 재료의 정렬을 제공하기 위해 또는 러빙에 의해 구성되는 임의의 다른 재료에 의해 코팅된다. 상술한 바와 같이, LC 재료는 바람직하게 광학적 활성층의 표면에 평행하게 정렬되도록 구성된다. 하지만, 하기에 더 기재될 바와 같이, LC 재료의 부가 배향들이 사용될 수도 있다.
도 1a 및 도 1b 를 다시 참조하면, 광학적 활성 구조는 바람직하게 입력 펌핑 광 (예를 들어, UV 광) 을 흡수하면서, 디바이스 (100) 를 통한 가시광의 투과를 허용하도록 구성되어 온 및 중간 상태들에서 나노막대들에 의한 출력광의 방출을 야기할 수도 있다는 것을 유의한다. 이와 관련하여, 구조는 그 구조의 일 측으로부터 도착하는 광의 적어도 15%, 그리고 바람직하게 40% 이상이 이를 통해 투과될 수도 있는 것을 의미하는데 있어서 가시 스펙트럼의 주변 광에 광학적으로 투과될 수도 있는 것을 유의해야 한다. 통상적으로, 발명의 광학적 활성 구조에서 액정 재료의 사용은, 그 구조를 통과하는 광의 부분이 그 편광 상태들에 따라 반사 또는 흡수될 수도 있는 것과 관련하여, 이를 통과하는 광의 편광에서의 회전을 야기한다. 광학적 활성 구조 및 그 구조를 활용하는 디스플레이 디바이스는 디스플레이 품질을 강화하기 위해 하나 이상의 편광자 필터들을 활용할 수도 있고 또는 활용하지 않을 수도 있다는 것을 또한 이해해야 한다. 그러한 편광자 필터들은 디바이스를 통한 주변 광의 광학적 투과를 감소시킬 수도 있다.
부가적으로, 펌핑 에너지 (예를 들어, 펌핑 광) 로 또는 펌핑 에너지 없이 인가된 필드에 대한 광학적 활성 구조의 응답의 정확한 프로파일은 실제로 구조의 복수의 설계 파라미터들에 의존한다. 이들 파라미터들은 LC-나노막대 정렬 응답의 측정, 전기장에 대한 나노막대의 응답 (예를 들어, 외부 전기장에 기인한 퀀칭 방출), 광학적 활성 나노막대들의 메커니컬 특성들, LC 층에서의 나노막대들의 농도 및 LC 와 나노막대들에 영향을 미치는 인가된 필드의 주파수 및 파형을 포함한다.
위에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일부 실시형태들에 따라, LC 및 나노막대 층은 제로 전기장에 의해 온 상태로 되고 전기장의 인가 시 턴 오프 되도록 구성될 수도 있다. 이 구성은 네마틱 액정들을 활용하여 제공될 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, "온 상태" 는 전기장의 인가 시 획득될 수도 있는 한편 "오프" 상태는 전기장의 무 인가로 획득된, 디바이스의 휴지 상태이다. 이것은 다양한 수직 정렬 (VA) 타입 액정 기재 디바이스들에 공통으로 사용된 바와 같이, 호메오트로픽 (homeotropic) 액정 재료를 사용하여 제공될 수도 있다. 발명의 일부 실시형태들에 따른 디스플레이 디바이스의 오프 (도 2a) 및 온 (도 2b) 상태들을 도시하는 도 2a 및 도 2b 에 대한 참조가 이루어진다. 도 2a 는 임베딩된 나노막대들 (12) 을 갖는 호메오트로픽 LC (14) 를 나타낸다. 전기장이 전극들 (107) 에 의해 제공될 때, LC 재료의 층은 광학적 활성층과 인 플레인이도록 회전함으로써 대응 나노막대들을 회전하고 방출된 광이 층의 외부로 지향되는 것을 허용한다. 도면에 나타낸 바와 같이, LC 재료 (14) 의 층/영역은 층 (10) 의 전체 영역을 따라 그 배향을 변화시키도록 또는 LC 재료 (14) 의 일 부분은 회전하는 한편 일 부분은 휴지 상태로 남겨지도록 구성될 수도 있다. 이것은 광학적 활성 나노막대들 (12) 의 회전을 제공하여 펌핑 광 (108) 에 응답하여 그로부터 광학 방출 (110) 을 가능하게 한다.
도 3a 및 도 3b 는 광학적 활성층의 멀티 도메인 수직 정렬 (MVA) 구성을 도시한다. 이 구성은 LC 의 정렬을 변화시키도록 기판으로부터 연장하는 도메인 분리 엘리먼트들 (116) 을 포함한다. 일반적으로, 도 3a 는 전기장이 인가되지 않는 오프 상태를 나타내고 도 3b 는 영역에 전기장이 인가될 때의 온 상태들을 나타낸다. 분리 피처들 (예를 들어, 돌출부들)(116) 은 단일 화소를 정의하는 구조의 영역 내에 액정 재료 (14) 의 멀티 도메인 정렬을 생성하기 위해 LC/나노막대 혼합물 영역의 하나 또는 2 개의 측면들 상에 위치된다.
도 4a 및 도 4b 는 패터닝된 수직 정렬 (PVA) 층을 활용하는 부가 구성을 도시한다. 이 구성에서 2 개의 분리된 전극들 (117) 이 화소 영역의 부근에 위치되고 상부 기판 부분에 대해 동일한 크기의 전압을 인가하도록 구성된다. 도 4a 는 전기장이 인가되지 않는 오프 상태를 나타내고 도 4b 는 영역 상에 전기장이 인가되는 온 상태들을 나타낸다. 광학적 활성 구조 (100) 의 그러한 구성은 구조 (100) 의 단일 화소 내에 및/또는 단일 측면 상에 위치되는 패터닝된 전극들 (117) 을 포함한 전극 배열의 사용을 가능하게 한다. 부가적으로 또는 대안으로, 전극 엘리먼트들의 하나 이상은 특정 화소 영역에 선택적 액세스를 제공하도록 패터닝될 수도 있다. 이것은 다른 전극 엘리먼트가 패터닝될 수도 또는 패터닝되지 않을 수도 있는 경우이다.
전극 배열은 선택적으로 구성된 복수의 전극 엘리먼트들 (117) 의 배열을 포함하고 바람직하게 구조 (100) 의 상이한 화소 영역들에 전기장을 인가하며, 이로써 광학적 활성 구조를 활용한 디스플레이 시스템이 원하는 이미지들을 형성할 수도 있다는 것을 유의해야 한다. 추가로, 본 발명의 일부 실시형태에 따라, 전극 배열은 광학적 활성 구조의 일 측과 상이한 화소 영역들과 연관된 복수의 전극 엘리먼트들의 배열을 포함할 수도 있는 한편, 단일 전극 엘리먼트는 광학적 활성 구조의 다른 측의 접지 접촉을 제공한다는 것을 유의해야 한다. 일부 다른 실시형태들에서, 광학적 활성 구조의 양 측들은 복수의 화소 전용 전극 엘리먼트들을 활용할 수도 있다. 또한, 광학적 활성 구조 (액정 재료) 의 멀티 도메인 수직 정렬 (MVA) 구성을 활용한 일부 실시형태들에서, 단일 화소는 화소 영역의 상이한 도메인들의 하나 이상에 인가된 전기장을 변화시키는 복수의 전극 엘리먼트들과 연관될 수도 있다.
예를 들어, 폴리머 안정화된 수직 정렬 (PS-VA) 층을 활용하는, 액정 재료의 일부 부가 구성들 및 그 배향이 사용될 수도 있다. 나노막대들을 포함하는 LC 재료의 배향은 활성층에서 (예를 들어, 액정 재료와 접촉하여) 중합가능 첨가제 (예를 들어, 반응성 메소젠 (mesogens)) 층의 부가에 의해 안정화되고 최적화될 수도 있다. 이에 의해 스위칭 성능이 개선될 수 있고 도 3a 에 나타낸 정렬 돌출부들 (엘리먼트 (116)) 이 생략될 수도 있다.
일부 VA 기반 디바이스들에 있어서, 온 상태는 수직으로 지향되는 것이 아니라 수평 방향에 있고 이로써 반드시 균질하게 정렬되지 않는 나노막대들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, MVA (도 3a 및 도 3b) 및 PVA (도 4a 및 도 4b) 타입 구조들에서, 상이한 화소의 상이한 영역들은 기판 평면 상의 수평 투영에 관하여 상이한 각도로 정렬되는 나노막대들 및 액정 분자들을 포함할 수도 있다. 부가적으로, VA 기재 디바이스들은 도 1a 및 도 1b 에 나타낸 것들과 상이한 부가 전극 패터닝 피처들 및 정렬 피처들을 가질 수도 있다.
상술한 광학적 활성 구조 (100) 는, 발명의 일부 실시형태들에 따라 디스플레이 디바이스에서 패터닝된 광 방출 구조로서 사용될 수도 있다. 이를 위해서, 디스플레이 디바이스는 통상적으로 광학적 활성 구조, 및 그 구조의 원하는 화소 영역들에 전기장을 선택적으로 인가하도록 구성된 전극 배열을 포함할 수도 있다. 따라서, 온 및 오프 상태들 사이에서 선택된 화소들을 조정하는 것을 가능하게 함으로써 뷰어에게 가시적인 이미지를 생성한다. 통상적으로, 광학적 활성 구조는 또한, 인접 화소 영역들이 상이한 3 이상의 파장 범위들 (컬러들) 의 광을 방출하는 나노막대들을 포함하도록 구성될 수도 있다. 통상적으로, 그러한 상이한 컬러들은 프라이머리 컬러들, 예를 들어 적색, 녹색 및 청색을 포함하여, 이에 의해 혼합에 의한 전체 컬러 이미지들을 제공한다. 일부 구성들에 있어서, 광학적 활성 구조는 4 이상의 상이한 컬러들의 화소 영역들을 포함할 수도 있어서, 이에 의해 이미지 품질의 강화를 가능하게 한다.
이와 관련하여, 발명의 디스플레이 시스템의 예시적인 부분 (250) 을 개략적으로 도시하는 도 5a 및 도 5b 에 대한 참조가 이루어지며, 디스플레이 시스템 부분 (250) 은 상술한 바와 같이 디스플레이 디바이스의 화소들의 2 차원 어레이 외부에 3 개의 화소들을 포함한다. 상술한 전자 접속들 및 제어 구조들은 도시를 단순화하기 위해 구체적으로 나타내지 않는다. 화소 어레이 (220) 는 선택된 상이한 화소 영역들 내에서 선택된 (상이한) 방출 특성들의 나노막대 재료를 배치하는 것에 의해 형성된다. 일반적으로, 전극 엘리먼트들의 유효 영역에 의해, 즉 전극 배열에 의해 정의될 수도 있다. 하지만, 일부 구성들에서, 상이한 인접 화소 영역들은 화소들 사이에서 LC 및 나노막대들의 혼합을 방지하기 위해 이들 사이에서 물리적으로 분리될 수도 있다. 도 5a 및 도 5b 에 나타낸 예에서, 각각의 화소 또는 화소들의 각각의 로우/컬럼은 상이한 나노막대 그룹들로부터의 재료들로 구성되고 세퍼레이터들 (210) 에 의해 인접 영역들의 화소들로부터 분리된다. 세퍼레이터들 (210) 은 인접 화소 영역들의 재료를 분리하도록 구성될 수도 있고 또한 화소 영역들 사이에서 광의 누설을 방지하기 위해 대응 화소 및 그 인접 화소들로부터 방출되는 광의 차단 또는 흡수를 제공할 수도 있다. 이를 위해, 분리 영역들 (210) 의 재료 조성은 바람직하게 가시 스펙트럼 범위의, 또는 적어도 대응 나노막대들의 방출의 파장 범위들의 광에 대해 높은 흡수도 및 낮은 반사도를 갖는 것으로서 선택될 수도 있다. 예를 들어, 세퍼레이터들 (210) 은 흡수 안료들을 갖는 수지 또는 다른 적절한 재료로 구성될 수도 있다.
부가적으로, 도 5a 및 도 5b 에 또한 예시된 바와 같이, 디스플레이 시스템 (250) 은 상이한 컬러들 (221, 222, 223) 의 필터 셀들의 어레이를 갖는, 부가 컬러 필터층 (220) 을 활용할 수도 있다. 필터 셀들의 어레이는 통상적으로 각각의 필터 셀이 화소 영역에 대응하도록 화소 배열과 정렬된다. 화소 영역들 및 필터 셀들은 화소 영역들의 방출의 컬러에 기초하여 페어링된다. 컬러 필터 (220) 는 인접 화소 영역들로부터의 광 누설 및/또는 주변 광의 누설을 감소하는 것을 보조하도록 구성된다.
발명의 일부 실시형태들에서, 디스플레이 시스템 (250) 은 인접 화소들 사이에 세퍼레이터들 (210) 의 사용을 필요로 하지 않으면서 구성될 수도 있다는 것을 유의해야 한다. 이를 위해, 상이한 파장 범위들에서 방출하는 선택된 나노막대들의 혼합물은 하나 이상의 화소 영역들 내에서 함께 혼합될 수도 있어서, 이에 의해 2 이상의 컬러들, 통상적으로 적색, 녹색 및 청색의 결합된 방출을 생성한다. 따라서, 일반적으로 백색 광 조명을 제공한다. 상이한 화소 영역들로부터 방출을 변화시키기 위한 전극 배열의 동작은 상이한 컬러들의 나노막대들의 방출에 영향을 미치며, 일반적으로 대응 화소 영역으로부터 방출된 광의 강도를 제어한다. 즉, 상이한 컬러들에서 방출하는 상이한 화소들을 갖는, 컬러 디스플레이를 제공하기 위해서, 디스플레이 시스템 (250) 은 이와 같이 컬러 필터 셀들 (221, 222, 223) 에 의해 예시된 바와 같은 컬러 필터 어레이를 활용하여 상이한 화소 영역들의 방출을 필터링하고 상이한 화소들로 하여금 상이한 컬러들의 광을 방출하게 할 수도 있다. 이러한 구성은 에너지 효율이 적은 디스플레이를 제공할 수도 있지만, 경계 영역 구조 (세퍼레이터들 (210)) 의 사용을 필요로 하지 않을 수도 있고 이것은 제조 복잡도를 감소시킨다.
본 발명에 따른 디스플레이 시스템 (250) 은, 광 방출을 변조하기 위해 임의의 편광 필터들로 예시되지도 않고, 또한 그 필터들의 사용을 필요로 하지도 않는다는 것을 유의해야 한다. 이것은 액정 재료의 편광 회전 특성에 의존하는 대부분의 액정 기재 디스플레이와 대조적이다. 부가적으로, 종래 LC 기재 디스플레이 시스템들, 및 대부분의 종래 디스플레이 시스템들은, 광의 투과의 차단에 기초한다. 이것은 발명의 디스플레이 시스템이 상이한 화소 영역들 내에서 나노막대들의 광 방출의 변조에 기초하는 경우이다. 광 방출 나노막대들의 광학적 여기 및 이로부터 형광성을 야기하는 본 발명의 디스플레이 디바이스가 획득된다. 부가적으로, 디스플레이 디바이스 상에 이미지를 생성하기 위한 발출된 광의 변조는 나노막대들의 흡수 및 방출 특성들의 변조에 의해 제공된다. 부분적으로, 변조 효과는 다이폴 방출기들 (즉, 나노막대들) 의 지향성, 나노막대들의 방출의 퀀칭을 유도하는 전기장을 생성하는 것 및 펌핑 광의 흡수를 감소시키는 것 및 나노막대들의 상이한 배향을 위한 이러한 효과들의 변화들에 기초한다. 따라서, 발명의 디스플레이 시스템은 더 높은 광 투과 (디스플레이 시스템의 투명도) 를 제공하도록 구성될 수도 있다. 디스플레이 시스템을 통한 주변 광의 투과는 일반적으로 나노막대들의 농도 뿐만 아니라 가시 범위에서 나노막대들의 흡수 및 화소 어레이의 충진 팩터에 의존한다.
하지만, 여기에 구체적으로 나타내지 않은, 하나 이상의 편광자 필터들이 디스플레이 시스템 (250) 에 여전히 사용될 수도 있다는 것을 유의해야 한다. 일반적으로, 편광자 필터들의 하나 이상은 기판 상면 위에, 즉 뷰어들을 지향하여 위치되어, 온 및 오프 상태들 사이에서 부가 콘트라스트를 제공할 수도 있다. 편광 필터는 나노막대들의 고유 편광 방출 및 그 오프 배향에서, 임의의 작은 방출 강도가 상이한 편광들의 광 성분들을 포함하는 사실을 활용한다. 발명에 따른 디스플레이 시스템 (250) 의 콘택스트에서 사용된 용어들 "콘트라스트" 또는 "콘트라스트 비" 는 정규 LCD 디바이스에서 백색 화소 및 흑색 화소 사이의 비를 측정하기 위해 보통 사용되는 용어를 지칭하지 않는다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 이들 용어들은 온 상태에서 그리고 오프 상태에서 화소 영역으로부터 형광성 방출 사이의 비의 측정을 정의하며, 이로써 콘트라스트 비는 실제로 디스플레이의 투명도의 레벨에 관련된다.
위에 나타낸 바와 같이, 온 상태에서 나노막대들은 광학적 활성 구조 내에서, 즉 구조/층의 표면에 평행하게 정렬되고, 이에 따라 이로부터 방출된 광은 나노막대들의 정렬 방향을 따라 실질적으로 편광된다. 이것은 오프 상태에 있는 경우이고, 나노막대들은 그들의 팁들 상에서 "스탠딩" 정렬, 즉 디스플레이 시스템의 표면에 수직인, 뷰어들 쪽으로의 광 전파의 일반적인 방향에 평행하게 배열되며, 이에 따라 바람직하지 않은 정렬 또는 편광이 없는 광을 방출한다. 따라서, 편광자 필터의 사용은 콘트라스트 비를 거의 2 배 달성할 수도 있는데, 이는 편광자가 오프 상태에서 방출된 비편광 광의 약 50% 를 차단하고 온 상태에서 방출된 편광 광의 대부분을 투과하기 때문이다. 하지만, 오프 상태에서의 광 방출은 실질적으로 무시할 수 있도록 구성되는 것을 유의해야 한다. 이러한 효과는 대부분 화소 영역 내에서 상대적으로 균질한 액정 배열을 활용하는 디스플레이 디바이스에 관련된다는 것을 또한 유의해야 한다. 이것은 통상적으로 화소 영역들의 멀티 도메인 타입이 편광자 필터들의 사용에 이익일 수도 있는 경우이다.
따라서, 위에 나타낸 바와 같이, 발명의 광학적 투명 디스플레이 시스템/디바이스는 투과된 후면 장면 광 상에 이미지를 제시하면서 디바이스 뒤에 위치된 장면의 광을 투과할 수 있다. 이러한 어플리케이션에서, LC 스택에서 발생하는 광학적 흡수를 낮추는 이점이 있다. 도 6 은 발명의 일부 실시형태들에 따른 투명 디스플레이 시스템 (250) 의 층상형 구조를 개략적으로 도시한다. 디스플레이 디바이스 (250) 는 일반적으로 낮은 스캐터링 및 높은 투명도를 갖고, 펌핑 광 소스 (310) 에 의해 방출되는 광을 LC 스택 상으로 지향하도록 구성된 광가이드 층 (305), 및 광학적 활성 구조의 화소 영역들에 매우 근접하여 위치된 복수의 전극 엘리먼트들을 통상적으로 포함하는 전극 배열 (350) 에 의해 동작가능한 디바이스의 광학적 활성 구조/층 (380) 를 포함할 수도 있다. LC 스택은 2 개의 투명 지지 기판들 (102 및 104) 및 이들 사이에 위치된 광학적 활성 LC/나노막대층 (380) 을 포함할 수도 있다. 여기에 나타내지는 않았지만, 광 가이드는 경우에 따라 원격 펌핑 광 소스로 대체될 수도 있다는 것을 유의해야 한다. 도 6 에 나타낸 바와 같은 광 가이드 (305) 는 디스플레이 디바이스 (250) 뒤의 영역에서 개방 UV 램프를 허용하기 위한 필요성 없이 제공될 수 있는 펌핑 광을 도시한다. 상술한 바와 같이, 디스플레이 디바이스 (250) 는 LC 스택 상에 배치되고 각각의 화소 영역의 원하는 출력 컬러 (방출된 광의 파장 범위) 에 대응하는 하나 이상의 컬러 필터들 (220) 을 포함할 수도 있다. 본 명세서에 예시된 바와 같이 디스플레이 디바이스 (250) 의 광학적 스택은 하나의 상부 편광자 (330), 2 개의 편광자들 (상부 편광자 (330) 및 하부 편광자 (340)), 하나의 하부 편광자 (340) 를 포함할 수도 있고, 또는 편광자들을 전혀 구비하지 않고 구성될 수도 있다. 상이한 편광자들의 구성들은 선택된 어플리케이션에 대해 대응하는 상이한 이점들 및 성능들을 제공한다. 도 6 은 또한, 디스플레이 디바이스 (250) 의 후면 측에 위치된, 기계적 또는 전자적 변조 광 차단기/확산기, 또는 "스마트 유리" 층 (385) 을 도시한다. 스마트 유리층 (385) 은 일반적으로 하기에서 또한 더 상세하게 기재될 바와 같이 이를 통한 광 투과를 선택적으로 투과 또는 차단하도록 구성된다.
부가적으로, 디스플레이 디바이스 (250) 는 광학 스택을 따라 선택된 위치들에 배치된 하나 이상의 선택적 광 리사이클링 엘리먼트들 (명시적으로 도시되지 않음) 을 포함할 수도 있다. 이들 광 리사이클링 엘리먼트들은 선택적 파장 투과 특성들 또는 선택적 편광 특성들을 가질 수도 있다. 예를 들어, 펌핑 광 (예를 들어, UV 광) 을 반사하는 필름이 컬러 필터들 (220) 아래의 다양한 포지션들에 배치될 수도 있다. 그러한 펌핑 광 반사기는 바람직하게 광학적 활성 구조 (380) 의 전극 측 상에 배치되고, 바람직하게 펌핑 광 범위의 광을 반사하고 방출된 파장 범위의 광 (예를 들어, 가시 광) 을 투과하도록 구성된다. 그러한 광 리사이클링 및 반사 엘리먼트들은 나노막대들에 의한 광학 방출을 개선하고 및/또는 더 낮은 재료의 사용 (광학적 활성 구조 (380) 에서 나노막대들의 양) 을 가능하게 하면서 주어진 펌핑 소스 강도에 대해 방출 강도를 유지하기 위해 구성될 수도 있다. 더 적은 재료가 필요한 경우, 전극들 사이의 갭은 LC 농도에서 동일한 나노막대에 대해 더 작을 수도 있고, 이로써 일부 구성들에서 동일한 전압에 대해 더 높은 전기장의 사용을 허용한다. 결국 이것은 더 높은 전기장을 활용하는 인가된 전압에 의해 나노막대들의 방출의 더 큰 퀀칭을 제공할 수도 있다. 부가 반사 광학 엘리먼트 (320) 가 광 가이드 (305) 아래에 배치될 수도 있고, 반사 광학 엘리먼트 (320) 는 바람직하게 펌핑 파장에 대한 높은 반사 및 가시 광에 대한 높은 투과를 갖도록 구성되며 광학적 활성 LC/NR 층 (380) 에 더 많은 펌핑 광을 지향하는 것을 제공한다.
위에 나타낸 바와 같이, 발명의 디스플레이 디바이스는, 일부 어플리케이션들에서, 원하는 성능을 획득하기 위해 임의의 편광자들을 사용하지 않는 것에 의해 이익일 수도 있다. 이 경우, 화소 영역의 온 상태에서, 나노막대들은 광을 방출하고 이로써 디스플레이 상에 이미지를 생성할 수 있다. 그 오프 상태에서 화소 영역들은 대부분 투명할 것이고 형광성 광을 방출하지 않을 것이다. 이러한 구성에 대하여, 높은 투과율이 달성될 수도 있고 편광자의 사용을 생략하는 것은, 하부 편광자에 의해 차단되지 않는, 펌핑 광 투과 및 투명도에서 50% 보다 많은 이득을 제공할 수도 있다. 이것은 소정의 광 강도가 하나 또는 2 개의 편광자들이 사용되는 경우 차단되거나 반사되는 경우이다. 또한, 대략 3 의 팩터 (예를 들어, 백색 광의 경우) 만큼 더 높은 투과율을 생성하는 컬러 필터 층 (220) 을 생략하는 것이 또한 가능할 수도 있다. 이 경우, 상이한 화소 영역들은 상술한 바와 같이 화소 영역의 방출의 원하는 컬러에 대응하는 상이한 선택된 광학적 방출 특성의 나노막대들을 포함하도록 구성된다.
일부 어플리케이션에 대하여, 특정 성능을 획득하기 위해 하나 또는 2 개의 편광자들을 사용하는데 이익이 있다 일부 실시형태들에서, 광학적 활성 구조 (380) 또는 그 광학적 스택의 2 측면들 상에 2 개의 편광자들 (330 및 340) 을 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 편광자들의 상대적 방향들의 선택, LC 러빙 방향 및 LC 의 복굴절 특성들은 여러 원하는 디스플레이 특성들을 제공한다. 일부 실시형태들에서, 상부 (330) 및 하부 (340) 편광자들은 나노막대 재료의 방향과 동일한 방향으로 정렬될 수도 있다. 그러한 구성들에서, LC 재료는 입력 편광된 광을 90 도 만큼 회전하도록 구성되고 이로써 방출된 광이 상부 편광자 (330) 에 의해 차단되게 할 수도 있다. 이것은 나노막대 재료의 최대 형광성을 제공하면서 온 상태에서 후면-장면 광 성분 (도 1 내지 도 4 에서 109) 을 차단하게 한다. 오프 상태에서, LC 재료는 수직으로 정렬되고 이로써 이를 통과하는 광의 편광을 회전하지 않는다. 이것은 나노막대들이 또한 수직으로 정렬되고 실질적으로 광을 방출하지 않는 경우이다. 이에 따라, 이 구성에서 오프 상태는 투명 화소를 제공하고, 온은 화소 강도를 제공하며 후면 장면 광을 차단한다.
인클로저 (예를 들어, 쇼룸 박스, 냉장고 등)(410), 본 발명의 투명 디스플레이 디바이스 (420), 오브젝트 (430)(이 경우 한쌍의 신발들) 및 나노막대들에 펌핑 에너지를 제공하기 위해 UV 또는 보라색 광선 (450) 의 펌핑 광을 방출하도록 구성된 광 소스 (440) 를 포함하는 투명 디스플레이 시스템 (400) 을 도시하는 도 7 에 대한 참조가 이루어진다. 일반적으로, 펌핑 광 소스 (440) 와 디스플레이 디바이스 (420) 의 광학적 활성 구조 사이의 거리는, 디스플레이 사이즈, 인클로저의 치수 및 구성, 및 펌핑 광 소스의 조명 프로파일에 따라 선택될 수도 있다. 예를 들어, 레이저 타입 펌핑 광 소스를 활용하는 것은 거리를 매우 큰 거리로 증가시키는 것을 허용할 수도 있다. 하지만, 통상적으로, 펌핑 광 소스 (440) 와 디스플레이 디바이스 (420) 사이의 거리는, 몇 센티미터 내지 1 또는 2 미터 (예를 들어, 2 cm 내지 200 cm) 사이일 수도 있고, 이로써 펌핑 강도 및 균일한 조명을 유지한다. 부가적으로, 펌핑 광 소스 (440) 와 디스플레이 디바이스 (420) 사이의 통상적인 거리는 대형 디스플레이 영역에 대해 증가되고 소형 디스플레이 영역에 대해 감소될 수도 있다.
부가 조명이 오브젝트 (430)(여기에서는 도시되지 않음) 를 조명하기 위해 포함될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 펌핑 광 (450) 또는 펌핑 광의 부분은 예를 들어 도 6 에 나타낸 바와 같은 광 가이드에 부착된 LED 또는 CCFL 에 의한 에지 조명을 사용하는 별도의 투명 후면 광에 의해 제공될 수도 있다. 또 다른 실시형태 (미도시) 에서, 펌핑 광은 디스플레이 디바이스의 뷰어의 측으로부터 디스플레이에서 지향될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, UV 펌핑 광은 바람직한 원하는 편광 방향에서 디스플레이 디바이스로 편광되고 지향될 수도 있다. UV 편광 방향이 온 상태 나노막대의 장축 방향과 일치하는 경우, 나노막대들은 입력 편광 방향에 민감하지 않은 오프 상태와 비교하여 증가된 광 흡수를 제공한다. 이것은 추가로 2 의 팩터로 획득된 콘트라스트 비를 증가시킬 수 있다. 디스플레이 디바이스는 또한, 디스플레이 디바이스에 의해 방출된 광의 광학적 경로에 위치되고 뷰어들 쪽으로 전파하는, 부가 필터, 예를 들어 파장 선택 필터를 포함할 수도 있다. 부가 필터는 배경 및/또는 방출된 광과 같은 가시 파장 범위의 광을 투과하면서, 펌핑 파장 범위의 광, 예를 들어 UV (UVA) 또는 보라색 광의 통과를 차단 및/또는 확산하기 위해 사용될 수도 있다 부가 필터는 디스플레이 그 자체에서 흡수되지 않은 광을 흡수하기 위해 구성될 수도 있다. 펌핑 광은 가시성이 없거나 매우 적은 가시성을 갖기 때문에, 디스플레이가 발광 이미지를 제공할 수 있도록 펌핑 광을 증가시키는 것이 가능하다. 이것은 가시 광에 의한 오브젝트의 조명을 펌핑 광을 사용하는 디스플레이의 것과 분리하는 것을 허용한다. 이것은 동일한 가시광이 디스플레이를 가능하게 하고 오브젝트 및 그 주변을 조명하기 위해 사용되는 정규 투명 디스플레이들에 대해 이점을 제공한다.
출력을 위해 디스플레이에 대해 필요한 광의 양이 주위의 주변 광 레벨에 따라 변화될 수도 있기 때문에, 발명의 디스플레이 디바이스는 뷰어의 측면 상의 디스플레이의 부근에서 포토 센서 그리고 가능하다면 디스플레이의 오브젝트 측 상으로 광 센서를 포함할 수도 있다. 이들 센서들은 그 주위에서 광 강도를 검출하고 광 레벨들을, 디스플레이를 위한 최적 광 조건들을 제공하기 위해 오브젝트를 조명하는 가시 광 및 펌핑 광의 강도를 변조하도록 구성된 제어기 모듈로 전송하도록 구성된다. 예를 들어, 일광에 있어서, 펌핑 광의 강도는 뷰어들 주위의 높은 강도 주변 광에 매칭하도록 증가되어야 한다. 이것은 야간에 (상대적 어둠) 펌핑 광이 스크린의 밝기를 주위의 것으로 조정하도록 감소되어야 하는 경우이다. 이 예에서, 오브젝트에 지향된 가시광은 일광 (어둠) 에서 또한 증가 (감소) 될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 본 발명에 따른 투명 디스플레이 디바이스는 하나 이상의 선택적 광 필터링 엘리먼트들과 함께 사용될 수도 있어서, 디스플레이 디바이스가 그 투명 또는 비투명 모드들 중 어느 하나에서 동작하는 것을 허용한다. 보다 구체적으로, 선택적 광 필터링 엘리먼트(들) 은 디스플레이 디바이스를 형광성 비투명 디스플레이로 변환하기 위해 사용될 수도 있어서, 즉 "정규 모드" 기능을 갖고, 이로써 상이한 화소 영역들에 의해 생성된 이미지의 디스플레이를 제공하면서 디바이스 뒤로부터의 광이 뷰어들에 도달하는 것을 방지한다. 선택적 광 필터링 엘리먼트는, 도 6 에 나타낸 바와 같이 투명 디스플레이 디바이스의 후면 광 입력과 디스플레이 뒤에 위치된 오브젝트들/장면 사이에 위치된, 광 차단/확산층 (엘리먼트 (385)) 일 수도 있다. 차단/확산층은 임의의 오브젝트로부터 및/또는 디스플레이 뒤에 위치된 전체 장면으로부터 들어오는 광을 차단하거나 적어도 강하게 확산할 수도 있다.
차단/확산 컴포넌트의 사용은 나노막대들에 의해 방출된 형광성 광이 디스플레이 상에 이미지를 형성하는 것을 허용하면서, 디스플레이를 통한 후면 장면 광의 투과를 회피한다. 부가 기계적 스크린들 또는 셔터들이, 수동으로 또는 전자 제어에 의해 사용되고 포지셔닝되어 후면 장면 광의 원하는 차단 및/또는 확산을 제공할 수도 있다. 바람직하게 차단/확산 엘리먼트는 디스플레이에 펌핑 광을 반사하도록 구성되어 이에 의해 펌핑 에너지를 디스플레이 디바이스의 나노막대에 제공한다.
대안으로 또는 부가적으로, 하나 이상의 전자적으로 제어되는 투명 매체들이 선택적 광 필터(들) 로서 사용될 수도 있고, 그러한 선택적 투과층은 도 6 에 예시되어 있다 (엘리먼트 (385)). 전자적으로 제어되는 투명 매체들은 이를 통한 광 투과에 관하여 투명이거나 불투명/확산적일 수도 있다. 그러한 전자적으로 제어되는 필터들은 "스마트 윈도우들" 로서 일반적으로 알려져 있다.
"스마트 유리" 디스플레이 디바이스들은 일반적으로 디바이스를 통한 후면 장면 광의 투과를 선택적으로 허용하거나 차단하는 한편, 디바이스의 적어도 일 표면 상에 원하는 이미지들을 디스플레이하기 위해 본 발명의 디스플레이 디바이스를 동시에 그리고 독립적으로 허용하도록 구성될 수도 있다. 높은 투명성 및 광 차단 또는 광 확산 상태들 사이의 스위칭 뿐만 아니라 디스플레이된 이미지들의 변화는, 상술한 바와 같은 전극 배열 뿐만 아니라 차단/확산 엘리먼트 그리고 또한 가능하다면 펌프 및 오브젝트 광 소스들에 접속된 전용 제어 유닛에 의해 제공될 수도 있다. "스마트 유리" 디바이스들은: 전기 영동 디바이스들, 전기 습윤 디바이스들, 부유 입자 디바이스들 (SPD들), 일렉트로크로믹 디바이스들, 폴리머 분산형 액정 디바이스들 및 마이크로 블라인드들과 같은, 디바이스들의 기술들을 활용하는 다양한 물리 및 화학적 현상을 사용할 수도 있다.
위에 열거되지 않은 부가 기술들이 유사한 기능을 제공하기 위해 사용될 수도 있다. "스마트 유리" 엘리먼트들은 전압의 전기적 제어에 의해 불투명 및 또는 확산층을 제공할 수 있고, 이로써 정규 디스플레이로의 투명 디스플레이의 변환 또는 간단한 전기적 제어에 의한 광 차단 스크린을 허용한다. "스마트 유리" 는 또한 광 방출 출력을 증가시키기 위해 펌핑 광을 NC-LC 층으로 역 반사하도록 또한 구성될 수도 있다.
따라서, 본 발명은 광학적 활성층을 활용한 디스플레이 디바이스를 제공한다. 활성층은 LC 재료 및 광 방출 나노막대들을 포함하여 펌핑 광에 응답하여 바람직하게 변조된 조명을 제공한다. 디바이스는 디바이스 뒤에 위치된 오브젝트들의 배경 광의 투과 상에 컬러 이미지를 제공할 수 있는 투명 디스플레이를 제공하도록 구성될 수도 있다. 당업자는 첨부된 청구항들에 의해 그리고 청구항들에 정의된 그 범위로부터 벗어나지 않으면서 다양한 수정들 및 변경들이 앞에 기재된 바와 같은 본 발명의 실시형태들에 적용될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.

Claims (34)

  1. 원하는 이미지를 생성하는 패터닝된 조명을 생성하도록 구성된 광학적 활성 구조를 포함하는 디스플레이 시스템으로서,
    상기 광학적 활성 구조는, 펌핑 에너지에 응답하여 미리 결정된 파장 범위의 출력 광을 방출하도록 구성된 광학적 활성 나노막대들, 및 액정 재료를 포함하는 적어도 하나의 층을 포함하는, 디스플레이 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 시스템은, 가시광에 적어도 부분적으로 투명한, 디스플레이 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 층은, 상기 액정 재료의 배향에서의 변화가 상기 광학적 활성 나노막대들의 배향에서 대응 변화를 야기하도록 상기 광학적 활성 나노막대들 및 상기 액정 재료의 혼합물을 포함하는, 디스플레이 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학적 활성 나노막대들은 제 1 미리결정된 파장 범위의 광학적 펌핑인 펌핑 에너지에 응답함으로써, 하나 이상의 제 2 파장 범위들의 광을 방출하도록 구성되는, 디스플레이 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    제 1 파장 범위는 다음: 보라색 광 및 자외선 광 파장들 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 하나 이상의 제 2 파장 범위들은 가시광을 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학적 활성 구조는 상기 액정 재료 상으로 전기장을 선택적으로 인가하여 이에 의해 그 배향에서의 변화를 야기하도록 구성된 전극 배열을 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전극 배열은 상기 광학적 활성 구조의 복수의 별도 동작 화소 영역들을 정의하는 복수의 전극 엘리먼트들을 포함하는, 디스플레이 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학적 활성 나노막대들은 2 이상의 타입들의 나노막대들을 포함하고, 각각의 나노막대들의 타입은 미리 결정된 상이한 파장 범위의 광을 방출하도록 상기 나노막대들의 치수 및 구조와 조성에 따라 선택되는, 디스플레이 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 2 이상의 타입들의 나노막대들은 나노막대들의 적어도 3 타입들을 포함하고, 각각의 타입은 프라이머리 컬러와 대응하는 미리 결정된 파장 범위의 광을 방출하도록 선택되는, 디스플레이 디바이스.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 디바이스는 제 1 파장 범위의 광학적 펌핑의 형태로 펌핑 에너지를 제공하여 이에 의해 상기 광학적 활성 나노막대들이 하나 이상의 제 2 파장 범위들의 광을 방출하게 하도록 구성된 펌핑 광 소스를 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 펌핑 광 소스는 상기 광학적 활성 구조로부터 미리 결정된 거리에 위치되도록 구성되고, 상기 미리 결정된 거리는 1 센티미터보다 큰, 디스플레이 디바이스.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    원치 않는 파장 범위들의 광을 필터링하도록 구성된 적어도 하나의 필터층을 더 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 필터층은 자외선 조명의 투과를 차단하고 가시 스펙트럼의 광의 투과를 허용하도록 구성되는, 디스플레이 디바이스.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학적 활성 구조의 상기 액정 재료 및 상기 광학적 활성 나노막대들은, 상기 구조의 소정 영역에서 상기 액정 재료의 배향에서의 변화가 상기 영역에서 상기 광학적 활성의 회전의 변화를 야기하도록 함께 혼합됨으로써, 펌핑 에너지에 응답하여 상기 나노막대들의 광학적 방출을 증가 또는 감소시키는, 디스플레이 디바이스.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액정 재료 및 대응 나노막대들의 배향의 변화는, 상기 나노막대들이 출력 광 전파의 일반적인 방향에 평행한 그 장축과 정렬되는 오프 (OFF) 상태, 및 상기 나노막대들이 상기 적어도 하나의 층의 표면에 평행한 그 장축과 정렬되고 펌핑 에너지에 응답하여 광을 방출하는 온 (ON) 상태를 제공하는, 디스플레이 디바이스.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 광학적 활성 구조는 또한, 상기 액정 재료의 배향과 연관된 하나 이상의 중간 상태들을 제공함으로써 하나 이상의 화소 영역들로부터 광학적 방출의 하나 이상의 중간 레벨들을 가능하게 하기 위해 구성되는, 디스플레이 디바이스.
  17. 적어도 하나의 층 내에 함께 혼합된 액정 재료 및 복수의 광학적 활성 나노막대들을 포함한 상기 적어도 하나의 층을 포함하는 광학적 활성 구조로서,
    상기 액정 재료의 일 배향에서, 상기 나노막대들은 하나 이상의 미리 결정된 제 2 파장 범위들의 광을 제 1 강도 레벨로 방출하는 것에 의해 제 1 펌핑 파장 범위의 입력 방사에 응답하고,
    상기 액정 재료의 다른 배향에서, 상기 나노막대로부터의 방출이 제 2 강도 레벨로 감소되는, 광학적 활성 구조.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 광학적 활성 나노막대들은 적어도 하나의 제 2 파장 범위의 광을 방출하기 위한 재료 조성 및 기하학적 구조를 갖는 것으로 구성되는, 광학적 활성 구조.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 액정 재료는 외부 전기장에 응답하여 그 배향을 변화시키도록 구성되고, 이에 따라 상기 액정 재료의 배향에서의 변화는 상기 광학적 활성 나노막대들의 회전을 야기함으로써, 상기 나노막대들에 의한 광의 방출을 변화시키는, 광학적 활성 구조.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 액정 재료의 배향에서의 변화는 상기 나노막대들로부터의 광의 방출의 연속적인 변화를 제공하는, 광학적 활성 구조.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 광학적 활성 나노막대들에서 상기 액정 재료는 일 배향 상태에서 상기 구조의 표면에 평행한 미리 결정된 축을 따라 정렬되고, 다른 배향 상태에서 상기 구조의 표면에 수직인 미리 결정된 축을 따라 정렬되도록 그 배향을 변화시키는, 광학적 활성 구조.
  22. 제 17 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액정 재료는 음의 유전율 이방성을 갖는, 광학적 활성 구조.
  23. 제 17 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조의 복수의 별도 동작가능한 화소들을 정의하는 복수의 전극 엘리먼트들을 포함하는 전극 배열을 더 포함하고,
    상기 전극 배열의 상기 전극 엘리먼트들은 대응 화소들에 전기장을 선택적으로 인가하여 이에 의해 상기 액정 재료 및 광학적 활성 나노막대들의 회전을 야기하도록 구성되는, 광학적 활성 구조.
  24. 제 17 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    2 이상의 타입의 광학적 활성 나노막대들을 포함하고,
    각각의 타입은 다른 타입들의 나노막대들의 파장 범위와 상이한 선택된 파장 범위로 광학 방출을 제공하도록 선택된 재료 조성 및 치수들을 갖는 광학적 활성 나노막대들을 포함하는, 광학적 활성 구조.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상이한 타입의 광학적 활성 나노막대들은 상기 구조의 복수의 화소 영역들인 배열들이고 이에 의해 방출된 광의 선택적 공간 및 시간 변화에 의해 컬러 이미지 형성을 가능하게 하는, 광학적 활성 구조.
  26. 제 17 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학적 활성 구조, 그 액정 및 광학적 활성 나노막대들은, 가시 스펙트럼의 광에 광학적으로 부분 투명하도록 구성되고,
    상기 광학적 활성 나노막대들은 자외선 (UV) 또는 보라색 조명을 포함하는 제 1 파장 범위에서 펌핑 광에 응답하여 가시 스펙트럼의 광을 방출하도록 구성되는, 광학적 활성 구조.
  27. 제 17 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액정 재료는 네마틱 액정 재료를 포함하는, 광학적 활성 구조.
  28. 제 17 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액정 재료와 물리적 접촉하여 위치된 적어도 하나의 정렬층을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 정렬층은 그 휴지 상태에서 상기 액정 재료를 정렬하도록 구성되는, 광학적 활성 구조.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 정렬층은 폴리머 안정화된 수직 정렬층을 포함하는, 광학적 활성 구조.
  30. 제 17 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조의 하나 또는 2 측면들에서 상기 액정 재료 및 나노막대 재료와 물리적 접촉하여 위치된 하나 이상의 도메인 세퍼레이터들을 더 포함하고 이에 의해 상기 액정 재료 및 대응 나노막대들의 멀티 도메인 정렬을 제공하는, 광학적 활성 구조.
  31. 제 17 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    디스플레이 디바이스에서 사용하기 위해 구성된, 광학적 활성 구조.
  32. 디스플레이 디바이스로서,
    제 1 펌핑 파장 범위의 광학적 조명을 제공하도록 구성된 펌핑 광 소스;
    제 17 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 기재된 광학적 활성 구조; 및
    상기 광학적 활성 구조의 원하는 화소 영역들에 선택적으로 전기장을 인가하여 이에 의해 상기 디스플레이 디바이스의 원하는 화소 영역들에서 나노막대들의 광 방출을 변조하도록 구성된 전극 배열을 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 디스플레이 디바이스는 가시 파장 범위의 광에 적어도 부분적으로 투명한, 디스플레이 디바이스.
  34. 제 32 항 또는 제 33 항에 있어서,
    상기 디바이스와 그 후면 장면으로부터 도착하는 광 사이에 위치된 차단/확산층을 더 포함하고, 차단/확산 엘리먼트는 상기 디바이스의 후면 장면으로부터 도착하는 미리 결정된 파장 범위의 광을 선택적으로 차단하거나 확산하도록 구성되는, 디스플레이 디바이스.
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