반투과형 액정 디스플레이 document_id A220623038147

휴대폰, 개인 디지털 단말기(PDA), 디지털 카메라 및 랩탑 컴퓨터의 인기가 증가함에 따라, 얇고 가벼우며 저-전력이면서 모든 주변광 조건에서 깨끗하고 밝은 컬러 모바일 디스플레이에 대한 요구가 증가해 왔다. 이들 장치는 다양한 주변 조건에서 작동해야 하며 높은 배터리 전력을 필요로 한다는 점에서, 백라이트(backlight)를 사용하여 디스플레이를 조명하지만 밝은 조건에서는 주변광을 사용함으로써 전력 소비를 감소시킬 수 있는 반투과형 컬러 액정 디스플레이에 대한 관심이 증가되어 왔다. 종래 기술에서, TN(비틀린 네마틱(twisted nematic)) 및 ECB(전기적으로 제어된 복굴절(electrically controlled birefringence))와 같은 비틀린 모드 및 비틀리지 않은 모드의 반투과형 디스플레이가 개시되어 있는데, 여기서 각각의 픽셀은 반사성 및 투과성 서브픽셀(subpixel)로 나뉜다(예를 들어, 문헌[Kubo et al., IDW 1999, page 183-187; Beak et al., IDW 2000, page 41-44; Roosendaal et al., SID Digest 2003, page 78-81] 및 WO 2003/019276 A2 참고). 투과성 서브픽셀이 투명한 전면 전극 및 배면 전극을 갖는 반면, 반사성 서브픽셀은 투과성 전면 전극 및 반사성 배면 전극을 갖는데, 이들은 예를 들어 "홀-인-미러(hole-in-mirror)" 기술에 의해 달성되는 패턴화된 전극 구조를 요구한다. 투과성 모드가 1/2파장(λ/2) 광학 변조(λ= 입사광의 파장)를 이용하고 반사성 모드가 1/4파장(λ/4) 광학 변조를 이용하므로, 반사성 서브픽셀이 투과성 서브픽셀의 셀 갭(cell gap)의 약 1/2을 갖도록 상이한 서브픽셀의 셀 갭(또는 LC층 두께)을 사용할 것이 제안되었다. 반사성 서브픽셀이 투과성 서브픽셀과 함께 작동하도록 만들기 위해, 원형 편광을 생성하도록 무색(또는 "광대역(wide-band)") 1/4파장 호일(achromatic quarter wave foil, AQWF)이 요구된다(AQWF는, 바람직하게는 전체 가시 스펙트럼을 포함하는 넓은 광 파장에서 λ/4의 광학 위상차를 보이며, 예를 들어 QWF와 1/2파장 호일(HWF, λ/2의 광학 위상차를 가짐)을 결합시킴으로써 형성된다). 또한, AQWF는 투과성 픽셀을 덮으며, 이에 따라 동등한 AQWF가 셀의 백라이트 측에 위치될 필요가 있다. 그런데, 디스플레이의 투과성 부분에 원형 편광을 사용하면, 원형 편광을 반대 방향성으로 전환하는데 비틀린 LC 모드가 덜 효율적이어서, 디스플레이의 휘도를 감소시키고 90°비틀린 모드를 덜 효과적으로 만든다는 불리한 부작용을 갖는다. 반투과형 디스플레이의 투과성 부분에서의 원형 편광의 문제를 해결하기 위해, 반사성 서브픽셀을 덮는 QWF 위상차 영역 및 투과성 서브픽셀을 덮는 비위상차 영역의 패턴을 갖는 패턴화된 QWF를 사용할 것이 제안되었다(WO 03/019276 및 문헌[Van der Zande et al., Proc.of the SID 2003, page 194-197]). 이로써, 반사성 서브픽셀 및 투과성 서브픽셀을 개별적으로 최적화하여, 투과성 부분에서의 선형 편광의 사용을 가능하게 한다. 디스플레이에서 필름 수 및 제조 공정 단계 수의 감소는 비용을 감소시키고 제조 공정을 더욱 용이하게 만드는데 있어서 매우 중요하다. 이상적인 상황은 패턴화된 AQWF를 개발하는 것인데, 이는 디스플레이의 투과성 부분 및 반사성 부분을 독립적으로 최적화할 수 있고, 셀의 백라이트 면에 불필요한 필름이 요구되지 않아 필름의 수를 2개 감소시킬 수 있음을 의미하기 때문이다. 그러나, 상이한 각도로 정렬된 두 층을 패턴화하는데는 많은 기술적 어려움이 있다. 따라서, 하나의 패턴화된 QWF의 사용이 바람직하다. 이는 무색의 반사성 모드를 어떻게 달성하는가 하는 문제를 야기한다. 이는 패턴화된 QWF와 결합하여 AQWF를 생성하는 외부 HWF를 사용함으로써 달성될 수 있으나, 이는 투과 상태의 명암비(contrast) 및 색에 영향을 주므로, 보상을 위해 백라이트 면에 제 2 HWF가 요구된다(문헌[Roosendaal et al., Proceedings of the SID 2003, page 78-81] 참고). 한편, 표준 설정에서 하나의 패턴화된 QWF를 갖는 패턴화된 반투과형 90°비틀린 셀을 사용하는 것은 너무 큰 각 색상 변화를 일으키며 반사성 명암비를 감소시킨다. 따라서, 상기한 바와 같은 종래 기술의 디스플레이의 결점을 갖지 않는 패턴화된 QWF를 포함하는 반투과형 디스플레이에 대한 요구가 여전히 존재한다. 본 발명의 목적은, 상기 단점들을 갖지 않으며, 광범위한 시야각에 걸쳐 높은 명암비, 우수한 휘도 및 낮은 색 변화를 보이고, 시간- 및 비용-효율적 방식으로 제조하기 쉬운 디스플레이를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 하기 발명의 상세한 설명으로부터 당업자에게 즉시 명백하다. 본 발명의 발명자들은 본 발명에 따른 디스플레이를 제공함으로써 상기 목적이 달성될 수 있음을 발견하였다. 이들 디스플레이는 AQWF를 완성하기 위한 1/2파장 호일에 대한 필요 없이, 90°-비틀린 반투과형 셀과, 반사성 모드에서 감소된 색도를 생성하는 패턴화된 QWF의 특정 조합을 사용한다. 편광기에 대한 90°-비틀린 셀의 회전은, LC 셀 표면에서의 LC 분자의 방향자(director)가 각각의 인접한 편광기의 편광 방향에 대해 특정 각으로 배향되도록, 단일 유색(chromatic) QWF로 인한 색도를 효과적으로 감소 또는 제거시킨다. 용어의 정의 용어 "필름"은 기계적인 안정성을 갖는 강성 또는 가요성 자가-지지 또는 자유-직립 필름뿐만 아니라 지지 기판 상 또는 두 개의 기판 사이의 코팅 또는 층을 포함한다. 용어 "액정 또는 메소제닉 물질" 또는 "액정 또는 메소제닉 화합물"은 하나 이상의 막대(rod)-형, 보드(board)-형 또는 디스크-형의 메소제닉 기(즉, 액정(LC)상(phase) 거동을 유도하는 능력을 지닌 기)를 포함하는 물질 또는 화합물을 의미한다. 또한, 막대-형 또는 보드-형 기를 갖는 LC 화합물은 당해 분야에 "칼라미틱(calamitic)" 액정으로서 공지되어 있다. 또한, 디스크-형 기를 갖는 LC 화합물은 당해 분야에 "디스코틱(discotic)" 액정으로서 공지되어 있다. 메소제닉 기를 포함하는 화합물 또는 물질은 반드시 LC상 그 자체를 나타내야만 하는 것은 아니다. 또한, 이들은 단지 다른 화합물과의 혼합물에서, 또는 메소제닉 화합물 또는 물질, 또는 이들의 혼합물이 중합될 때 LC상 거동을 보이는 것이 가능하다. 간단하게 하기 위해, 이하에서는 용어 "액정 물질"이 메소제닉 물질 및 LC 물질 모두를 위해 사용된다. 또한, 한 개의 중합성 기를 갖는 중합성 화합물은 "단일반응성" 화합물로서 지칭되고, 두 개의 중합성 기를 갖는 화합물은 "이반응성" 화합물로서 지칭되며, 세 개 이상의 중합성 기를 갖는 화합물은 "다반응성" 화합물로서 지칭된다. 또한, 중합성 기를 갖지 않는 화합물은 "비반응성" 화합물로서 지칭된다. 용어 "반응성 메소제닉(RM)"은 중합성 메소제닉 또는 액정 화합물을 의미한다. 용어 "방향자"는 종래 기술에 공지되어 있으며 LC 물질에서 메소제닉 기의 긴 분자축(칼라미틱 화합물의 경우) 또는 짧은 분자축(디스코틱 화합물의 경우)의 바람직한 배향 방향을 의미한다. 단일축 포지티브 복굴절 LC 물질을 포함하는 필름에서, 광학축은 일반적으로 방향자에 의해 주어진다. 용어 "호메오트로픽(homeotropic) 구조" 또는 "호메오트로픽 배향"은 층의 평면에 실질적으로 수직으로 배향된 LC 분자층을 지칭한다. 용어 "평면 구조" 또는 "평면 배향"은 층의 평면에 실질적으로 평행하게 배향된 LC 분자층을 지칭한다. 달리 명시되지 않는 한, 선형 편광기의 "편광 방향"은 편광기 소광축(extinction axis)을 의미한다. 예를 들어 이색성(dichroic) 요오드계 염료를 포함하는 연신된 플라스틱 편광기 필름의 경우, 일반적으로 소광축은 연신 방향에 상응한다. 발명의 개요 본 발명은 - 전면 전극과 배면 전극 사이에 개재되어 있고, 전기장 인가시, 상이한 배향들 사이에서 전환될 수 있고(switchable) 전기장이 인가되지 않는 경우 비틀림각 Φ를 갖는 LC층, - 상기 LC층을 개재시키며 전면 및 배면 편광 방향을 갖는 전면 및 배면 편광기, 및 - 필름 평면에 평행한 광학축을 갖고, 1/4파장(λ/4) 위상차를 갖는 영역 및 위상차가 실질적으로 없는 영역의 패턴을 포함하며, 상기 λ/4-영역이 본질적으로 상기 반사성 서브픽셀만을 덮도록 정렬되어 있는, 상기 전면 편광기와 상기 LC층 사이의 하나 이상의 1/4파장 위상차 필름(QWF) 을 포함하고 반사성 및 투과성 서브픽셀로 나누어지는 하나 이상의 픽셀을 포함하는, 바람직하게는 비틀린 네마틱(TN) 모드의 반투과형 액정 디스플레이(LCD)에 관한 것으로서, - 상기 QWF의 광학축이 상기 전면 및 배면 편광기 방향에 대해 약 45°의 각으로 배향되고, - 상기 전면 전극 대향면에서의 LC층의 방향자가 상기 전면 편광기의 편광 방향에 대해 5°내지 45°의 각(θ1)으로 배향되며, - 상기 배면 전극 대향면에서의 LC층의 방향자가 상기 배면 편광기의 편광 방향에 대해 5°내지 45°의 각(θ2)으로 배향되는 것을 특징으로 한다.