블랙-최적화의 쌍안정 네마틱 스크린을 갖춘 디스플레이장치 및 상기 장치의 정의를 위한 방법 document_id A220623030824

180° 차이나는 2개 텍스처들 사이에서 스위칭하는 쌍안정 액정 디스플레이 이 발명에서 고려되는 쌍안정 액정 디스플레이의 유형은, (그것의 쌍안정성으로부터) 인가되는 전계가 없는 상태에서 안정한, 서로 π의 각도만큼 상이한, 2개 텍스처들 사이에서 스위칭하는 디스플레이이다. 텍스처들 중 하나에 대해, 셀의 2개 표면들상의 액정 분자 디렉터들(liquid crystal molecule directors)에 의해 형성되는 각도(ΦU)는 0 내지 ±20°정도이다. 분자들은 그들 사이에서 거의 평행한 상태를 유지하며, 이 텍스처를 U라고 할 것이다. 두번째 텍스처(T)는 비틀림각(twist angle;ΦT=ΦU±π)을 갖는다. 분자들은, 이러한 텍스처(T)에서, 셀의 2개 표면들 사이에서 약 ±180°(±20°)의 회전을 수행한다. 네마틱 액정은, 2개 텍스처들의 에너지들을 등화하기 위해, 셀 두께(d)의 4배에 가까운 자발적 피치(p0)를 제시하도록 키랄(chiral)화된다. 따라서, 셀 두께(d)와 자발적 피치(p0)간의 비, 즉, d/p0는 약 0.25 +/- 0.1이고, 바람직스럽기로는 0.25 ± 0.005이다. 전계가 없는 상태에서, 이들은 최소 에너지의 상태들이다. 오늘날까지, 이 원리를 사용해 2가지 디스플레이들이 설명되어 왔다. Document[1]은 특정 형태의 전계 펄스를 인가하는 것에 의해 2개 텍스처들(U 및 T) 사이에서 스위칭을 수행하는 디스플레이를 설명한다. 이 디스플레이는 정렬 표면들 중 하나에서의 액정 분자에 대한 방위도 앵커링(zenithal anchoring) 중단에 기초하는데(Document [2] 및 [3]), 다시 말해, 분자는 한쪽 또는 다른쪽으로 다시 떨어지기 전에 전계에 의해 들어 올려짐으로써 2개 텍스처들(U 및 T)이 획득될 수 있게 한다. 이 경우, 필드의 인가를 위해 필요한 전극들의 구조는 TN 또는 STN 유형의 액정 디스플레이들을 위해 사용되는 것과 동일한 표준형이다. 이 디스플레이를 일반적으로 BiNem®이라 한다. 또한, Document[4]는, 앵커링 중단 및 ("콤형 전극들(comb shaped electrodes)"이라고 하는) 특정 전극 유형을 사용해, 전계의 횡방향 성분, 즉, 기판에 평행한 성분을 획득할 수 있게 하는 디스플레이도 설명한다. 2개 텍스처들 사이에서의 스위칭은, 이 경우, 저자에 의해 방위각 앵커링 중단(azimuthal anchoring break)으로서 명명된 효과에 의해 수행된다(Documents [5] 및 [6]). 이 발명에서 스위칭 방법은 중요하지 않다. 사실, 스위칭 모드에 상관없이(방위도 또는 방위각 앵커링 중단), 액정 분자들의 텍스처들은 동일하고, 스위칭은 낮은 뒤틀림 각(ΦU)을 가진 U라고 하는 일 텍스처와 높은 뒤틀림 각(ΦT=ΦU±π)을 가진 T라고 하는 다른 텍스처 사이에서 발생한다. 그리고, 디스플레이의 광학 거동은 액정 분자들의 텍스처들에만 의존한다. 이러한 디스플레이들의 광학 모드들 첨부된 도 1은, 본 발명이 적용될 수 있는, 앞서 설명된 유형의 액정 디스플레이를 도해하여 나타낸다. 이 디스플레이는, ㆍ 관찰자쪽의 분석계 편광기(10;analyser polarizer), ㆍ 네마틱 액정 분자들을 거리 d만큼 분리시키는 2개 평판들(20, 30), 및 ㆍ 디스플레이 배면, 즉, 관찰자에 대해 반대쪽에 정렬되어 있는 편광기(40)를 구비한다. 정규화된 직교 기준 x'', y'', z''이 도 1에 표현되어 있는데, x'' 및 y''의 방향들은 광선들의 전파 방향에 수직인 평면을 정의하고, z''은 이러한 전파 방향에 평행이다. 평판(20)상의 분자들에 대한 네마틱 디렉터(즉, 이 평판(20)에서의 앵커링 방향)는 22로 참조된다. 평판(30)에서의 네마틱 디렉터는 32로 참조된다. 평판들(20 및 30)에서의 앵커링들은, 네마틱 액정 분자들의 각기 안정한 2개 상태들(U 및 T) 사이에서의 스위칭을 허용하도록 적응되어 있는데, 각기 안정한 2개 상태들(U 및 T)은, 앞서 언급된 문서들에서 설명된 공지 방식들에 따라 평판들(20 및 30)에 제공되어 있는 전극들에 인가되는 전기 신호들의 인가에 의해 π 정도의 뒤틀림만큼 서로 상이하다. 이런 셀은, - 액정에 대한 인덱스들(△n)의 차이와 셀 두께의 곱인 셀 지연(△nd), - 그것의 뒤틀림(φ), 및 - (도 1에 따르면 x'' 축과 임의의 일치하는) 고정된 기준과 P 입력 또는 배면 편광기(40) 및 A 출력 또는 분석계 편광기(10)(분석계)에 의해 각각 형성되는 각도들(P 및 A)에 의해 특징지워진다. 관찰자쪽에 배치되어 있는 출력 편광기(10)는 항상 투과형이다. 광학 모드는 배면 편광기(40)의 특징에 의해 판정된다: ㆍ 순수한 투과 모드에서, 스크린은 투명한 것으로 동작하고, 광학 아키텍처는 소스-스크린-관찰자이다. 편광기(40)는 투과형이다. ㆍ 반투과 모드에서, 편광기(40)는 반투과, 즉, 부분적으로 반사되는데 편광의 일부는 투과되고, 나머지 부분은 반사된다. 이로 인해, 스크린은 그것이 배면 소스(rear source)에 의해 조명될 경우에는 투과 모드에서 또는 그것이 역광되지 않을 경우에는 주변광을 광원으로서 사용하는 반사 모드에서 동작할 수 있다. ㆍ 반사 모드에서, 편광기(40)는 반사형이다. 그 다음, 스크린은 이 편광기(40)에 의해 반사된 주변광에 의해 배타적으로 조명된다. Documents [4] 및 [6]은, 이 파장(예를 들어, 550nm)에 대해 2개의 텍스처들 중 하나에 대해서는 광투과 T=0(블랙 상태)를 그리고 또 하나의 텍스처에 대해서는 광투과 T=1을 동시에 획득할 수 있게 하는, 정확한 파장을 위한 광투과 모드를 계산한다. 계산에 의해, 저자들은 셀 특징들에 대한 값들(△nd, φ, P 및 A)의 몇가지 세트들을 획득한다. 최단 광 지연(△nd)에 대응되는 모든 값들이, 첨부된 표 1에 도시되어 있다. 최적 값들의 이 계산은, 다수 간행물들(예를 들어, Documents [7] 또는 [8])에서 제시된 파라미터들(△nd, φ, P 및 A)의 함수로서 액정 셀의 광투과에 대한 분석적인 형태를 사용해 수행된다. Document [8]에서 주어진 수식은 다음의 수학식 1 및 수학식 2와 같다. [수학식 1] [수학식 2] 이 수식에서, α 및 β는, 각각, 같은 쪽에 배치되어 있는 액정 디렉터(32, 22)와 편광기(40) 및 분석계(10)에 의해 각각 형성되는 각도들이다. φP 및 φA는 기준 x''y''z''의 x'' 축과 디렉터들(32 및 22)에 의해 형성되는 각도들이라고 한다. 그러면, P = α+ φP 및 A = β + φA이다(도 1 참고). 액정 셀 텍스처의 뒤틀림 값은 셀의 면들 중 하나의 액정 디렉터(22)와 다른 면의 디렉터(32) 사이의 차이를 구하는 것에 의해 획득된다(φ = φA - φP). 수학식 1은 α 및 β 대신에 A 및 P의 함수로서 획득될 수도 있다. 표기 방법들을 간략화하기 위해, 편광기(40)상의 액정 디렉터(32)를 x'' 방향을 따르게, 즉, φP = 0 및 φA = φ가 되게 할 것이므로, P = α 및 A = β + φ이다. Documents [4] 및 [6]의 저자들은, 소정 파장에 대해, 투과를 제거하는 조건들과, 다음으로 π만큼 증가된 뒤틀림에 대해, 1의 최대값을 획득할 수 있게 하는 조건들을 연구하고 있다. 2가지 계산들에 대해 취해지는 지연(△nd)은 당연히 같아야 한다. 그에 따라 획득되는 화이트 및 블랙 상태들의 개개 투과들은, 파장의 함수로서, 첨부된 도 2에서 주어진다. 가시 스펙트럼(visible spectrum) 모두에 걸쳐 계산된 블랙 상태 및 화이트 상태의 정규화된 휘도들의 값 뿐만 아니라 2개 휘도들의 콘트라스트(CR) 비도 표 1에 도시되어 있다. 이들 값들은 최첨단 기술에 따라 제시되는 구성들 및 본 발명의 범위내에서 제시되는 구성들을 비교할 수 있게 한다. 정규화된 휘도들은 다음과 같이 계산되는데, 여기에서, T(λ)는 액정 셀의 광투과이고, 는 눈의 민감도이며, s(λ)는 광원의 스펙트럼인데, 이것은 상수이며 1인 것(소위 "플랫(flat)" 스펙트럼인 것)으로 가정된다. 이러한 계산 모드는, - 고정된 파장에서, π만큼 차이나는 2개 텍스처들을 위한 완벽한 블랙 및 완벽한 화이트를 동시에 확인하는 점들을 추구하며, - 모든 셀 파라미터들이 독립적이라는 원리에 기초해 수행된다.