KR100641746B1

KR100641746B1 - 광위상변조판 및 이를 제조하는 방법

Info

Publication number: KR100641746B1
Application number: KR1020040032846A
Authority: KR
Inventors: 김태민
Original assignee: 김태민
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2004-05-10
Publication date: 2006-11-02
Also published as: KR20050107965A

Abstract

광위상변조판 및 그의 제조방법이 개시된다. 광위상변조판은, 진공상태에서 기판상에 이온 빔 또는 프라즈마빔을 조사하여 기판의 표면을 배향 처리하고, 표면 배향 처리된 기판에 광가교성 액정을 코팅한 후에 광을 조사하여 고분자 액정 필름을 제조함으로써 제작된다. 이러한 광위상변조판은 그 제조시 액정 배향막이 필요치 않으므로 구성이 간단하고, 제작 원가가 대폭 절감된다. 또한, 액정 배향막을 사용한 광위상변조판에 비해 투과율 등 전반적인 품질이 우수하며, 기판의 재질에 영향을 덜 받으므로 액정셀의 내외에 모두 적용할 수 있다.

광위상변조판, 입체영상표시, 표면 배향 처리, 액정 배향막, 광축

Description

광위상변조판 및 이를 제조하는 방법{Optical Retarder and Method for manufacturing the same}

도 1은 종래의 롤 방식의 러빙(rubbing)을 통한 배향막 형성 공정에 대한 개념도다.

도 2는 종래의 광배향 방법에 대한 개념도다.

도 3은 종래의 배향막을 가지는 광위상변조판에 대한 개념도다.

도 4는 본 발명의 기판에 광을 조사하는 방법에 대한 개념도다.

도 5는 본 발명의 기판에 소정의 각도로 광을 조사하는 방법에 대한 개념도다.

도 6은 본 발명의 광위상변조판에 대한 개념도다.

도 7은 광축이 형성되어 있는 고분자 액정 필름으로 이루어진 네가티브 씨 플레이트(negative c plate)에 관한 개념도다.

도 8은 액정 셀의 외면에 액정 고분자 필름이 형성되어 있는 LCD에 대한 개념도다.

도 9 및 도 10은 액정 셀의 내면에 액정 고분자 필름이 형성되어 있는 LCD에 대한 개념도다.

도 11은 디스코틱(discotic) 액정의 배열에 관한 개념도다.

도 12는 콜레스테릭(cholesteric) 액정의 배열에 관한 개념도다.

도 13은 λ/4 위상 변조 특성을 가지는 고분자 액정 필름을 채용한 안경식 입체 영상 디스플레이 장치의 작동 원리를 나타내는 개념도이다.

도 14은 λ/2 위상 변조 특성을 가지는 고분자 액정 필름을 채용한 안경식 입체 영상 디스플레이 장치의 작동 원리를 나타내는 개념도이다.

도 15는 λ/2 위상 변조 특성을 가지는 고분자 액정 필름 및 편광자를 채용한 무안경식 입체 영상 디스플레이 장치의 작동 원리를 나타내는 개념도이다.

도 16은 λ/4 위상 변조 특성을 가지는 고분자 액정 필름 및 편광자를 채용한 무안경식 입체 영상 디스플레이 장치의 작동 원리를 나타내는 개념도이다.

도 17은 λ/2 위상 변조 특성을 가지는 반투과 반반사 액정 디스플레이에 관한 개념도이다.

도 18은 λ/4 위상 변조 특성을 가지는 반투과 반반사 액정 디스플레이에 관한 개념도이다.

*** 도면의 주요부에 대한 설명 ***

10 : 롤러 20 : 배향막

41 : 빔광원 43 : 이온빔 또는 프라즈마빔

44 : 진공실 50 : 자외선

100 : 기판 200 : 고분자 액정 필름층

210a, 210b : 고분자 액정 필름 220a : 수평 방향 편광 방향 표시

220b : 수직 방향 편광 방향 표시 250 : λ/2 편광판

260 : λ/4 편광판 300 : 액정

310 : 액정층 410 : 편광자

420 : 칼라 필터 기판 430 : 배향막

440 : 어레이 기판 450 : 백라이트 유닛

500 : 공통전극 510 : 반사전극

510a, 510b, 510c, 510d : 광축/편광 방향 표시

520 : 페시베이션층(passivation layer)

530 : 투명 전극 540 : 프리즘판(prism sheet)

550 : 백라이트 광원 560 : 액정층의 액정

본 발명은 광위상변조 기능을 수행하는 광위상변조판 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 고분자 액정 필름을 포함하고 있는 광위상 변조판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

3차원 입체 영상 기술은 양안 시차 방식(stereoscopic technique), 복합 시차 방식(autostereoscopic technique)으로 크게 분류할 수 있다. 그리고, 양안 시차 방식은 가장 입체효과가 큰 좌우 눈의 시차 영상을 이용하는 것으로서, 안경 방식과 무안경 방식이 있다.

안경 방식에서는 직시형 디스플레이나 프로젝터에 좌우 시차 영상의 편광 방 향을 바꿔서, 또는 시분할 방식으로 표시하고, 각각 그 편광 안경 또는 액정셔터 안경을 사용하여 3차원 입체영상을 보게 된다. 편광 안경 방식에서는 디스플레이 장치의 전면에 큰 면적의 액정셔터 패널을 설치하는 편리한 방식도 제안되고 있다.

무안경 방식은 일반적으로 좌우 시차 영상의 광축을 분리하기 위한 패럴랙스 배리어 등의 광학판을 표시화면의 앞에 또는 뒤에 설치하는 방식이다. 이들 방식은 일반적으로 유효 시야가 상당히 좁고, 한 사람 밖에 이용하지 못했지만, 시점추종 광축 제어방식 등에 의한 광시역화로 발전되었고, 최근 복수의 관찰자도 시청할 수 있는 멀티시점 추종방식도 발표되어 주목을 받고 있다.

이상과 같은 양안시차 방식은 인간의 자연적인 입체지각 메커니즘에 비해, 초점/폭주점의 불일치 등 불완전한 면이 있고, 영상 내용이나 이용방법이 안경을 사용해야 하는 단점과 시각적인 피로를 야기할 수 있다.

상기 액정 셔터 방식의 기술로는 대한민국특허출원 제 10-2001-0017482호에 개시된 입체영상액정표시장치가 있으며, 상기 특허는 액정 셔터 안경을 통해 좌우 양안으로 입체 영상을 인식하도록 하는 기술을 개시하고 있다.

그러나, 이러한 액정 셔터 안경 방식은 디스플레이 속도가 100Hz이상이 되어야 효과적인 시청이 가능하며, 액정 셔터 안경의 개폐 속도가 빨라야 하는 문제점이 있다.

한편, 대한민국특허출원 제 10-2001-0011617호는 편광 안경 방식의 입체 영상 액정 표시 장치에 대한 기술을 개시하고 있다. 상기 특허는 다수의 미소 편광 영역을 갖는 표시 장치를 구성하고, 상기 미소 편광 영역은 선편광판과 미소 도메 인의 영역으로 분리된 카이랄 도우펀트(chiral dopant)가 첨가된 고분자 액정 필름으로 구현되는 것을 특징으로 한다.

그러나, 이러한 방식은 빨강, 초록, 파랑의 3가지 광이 서로 다른 편광 상태를 가져 편광 안경의 양안에 의해 인식되는 좌우 화면이 명확하게 분리되지 않고 약간씩 혼합되어 인식되어 입체감이 떨어지고, 시청자의 쉽게 피로감을 느끼게 되는 문제점이 있다.

상기 입체 영상 기술에서는 액정을 이용한 광위상변조판을 활용하는 경우가 많다. 통상적인 액정을 이용한 광위상변조판은, 기판(100), 상기 기판(100)에 코팅하여 표면 배향 처리되는 배향막(20), 및 상기 배향막 위에 코팅되어 배향되는 액정으로 구성되어 있다. 그리고, 상기 액정은 광반응성 액정으로 배향막(20) 상에서 표면 배향된 후 자외선 등의 광조사에 의해 가교 고상화되어 고분자 액정 필름 형태로 되는 것이 보통이다. 그리고, 상기 배향막(20)의 표면 배향 방향에 준하여 액정의 배향 방향에 따라 형성된 광축이 광위상 변조 기능을 수행하게 된다.

이때, 지금까지의 배향 방식은 부드러운 직물로 감긴 롤(10)을 이용하여 배향막(20)을 러빙(rubbing)하여, 러빙 방향에 따라 표면 배향 방향을 설정하거나, 편광된 자외선 등을 배향막에 조사하여 편광 방향에 따라 표면 배향 방향을 설정하는 것이 일반적이었다. 도 1과 도 2는 이러한 방식을 보여주고 있으며, 도 3은 종래의 방식으로 제조되는 배향막(20)을 가지는 광위상변조판을 도시하고 있다.

그러나, 이러한 액정 배향막 방식은 광위상변조판이 구성 요소로 포함되어 있기 때문에 광위상변조판의 광투과 효율 및 전반적인 품질이 저하되고 비싼 단가 로 인하여 원가가 상승된다는 단점을 가진다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액정 배향막을 필요로 하지 않는 광위상변조판 및 이를 제조하는 방법을 제시하는 것이다. 또한, 상기 광위상변조판에 적어도 하나 이상의 고분자 액정 필름을 효과적으로 적층하여 입체영상액정표시장치의 편광 방식을 변경하여 입체감 및 선명도를 향상시킴으로써 눈의 피로를 최소화할 수 있는 광위상변조판 및 그 제조 방법을 제시하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 광위상변조판을 활용하는 입체 영상 디스플레이 장치, 광위상변조평행벽 및 액정 칼라 필터를 제시하는 것이다.

상기한 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위하여

소정의 각도에서 출사되는 이온빔 또는 프라즈마빔으로 조사되어 표면 배향 처리된 기판; 및 상기 기판상에 형성되며, 소정의 방향으로 배열된 광가교성 액정을 광조사 처리하여 형성되는 적어도 하나 이상의 고분자 액정 필름층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광위상변조판을 제시한다.

그리고, 상기 액정을 광조사 처리하는 광은 자외선일 수 있다.

상기 고분자 액정 필름층은 액정의 배열 방향이 상이한 2종 이상의 면영역의 집합으로 구성된 것일 수 있으며, 상기 2종 이상의 면영역은 소정 패턴의 마스크를 상기 기판 표면에 덧대어 상기 이온빔 또는 프라즈마빔을 조사함으로써, 상기 기판 의 영역별로 다른 방향으로 표면 배향 처리된 상기 기판 상에 광가교성 액정을 배열시킨 후 상기 액정을 광조사처리하여 형성된 것일 수 있다.

또한, 상기 고분자 액정 필름층은 λ/(n+1) (단, n은 정수)의 위상 지연특성을 가지는 것이 바람직하다.

상기 고분자 액정 필름층은, 소정의 각도에서 출사되는 이온빔 또는 프라즈마빔으로 조사하여 상기 필름층의 표면을 개질시키고, 상기 표면 개질된 고분자 액정 필름층의 표면에 광가교성 액정을 소정의 방향으로 배열시킨 후, 상기 액정을 광조사 처리하여 광가교 반응을 일으켜 소정 방향으로 배향되는 액정 필름층을 더 포함하는 것일 수 있으며, 상기 고분자 액정 필름층은 2개의 액정 필름층으로 구성되며, 각 액정 필름층의 광축 방향이 서로 상이한 것일 수 있다.

상기 액정은 네마틱(nematic), 디스코틱(discotic) 및 콜레스테릭(cholesteric) 특성을 갖는 액정 군 내에서 선택된 어느 하나 이상인 것일 수 있으며, 상기 액정의 배열 방향은 상기 기판과 소정의 선경사각을 이루는 것일 수 있다.

상기 기판은 유리 재질판, 플라스틱 재질판, 유기물 재질판, 무기물 재질판 및 평판디스플레이 용도로 전극과 화소가 형성된 판 중 어느 하나인 것일 수 있다.

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 상기 광위상변조판 및

편광막을 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상디스플레이 장치 및 평면 디스플레이 장치 부착용 입체영상디스플레이 장치를 제시한다.

그리고, 상기 광위상변조판을 액정 셀(cell)의 내부에 포함하는 액정표시장 치 및 선편광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 광위상변조평행벽을 제시한다.

상기의 광위상변조판; 상기 광위상변조판의 일면에 위치하는 편광자;상기 광위상변조판의 타면에 위치하는 투명 기판; 및 상기 투명 기판의 상기 광위상변조판의 반대면에 위치하는 공통전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판을 제시한다.

상기 광위상변조판은, λ/4 위상 지연 특성을 가지는 광위상변조판, 및 λ/2 위상 지연 특성을 가지는 광위상변조판으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.

본 발명의 또다른 목적을 달성하기 위하여,

a) 기판의 법선 방향에 대하여 소정의 각도로 이온 빔 또는 프라즈마빔을 조사하여 기판의 표면을 배향 처리하는 단계;

b) 상기 표면 배향 처리된 기판에 광가교성 액정을 코팅하는 단계; 및

c) 상기 광가교성 액정에 광을 조사하여 상기 액정을 광가교시켜 액정 고분자 필름을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광위상변조판 제조 방법을 제시한다.

상기 방법에서 d) 상기 광위상변조판을 진공실에 위치시키고 상기 액정 고분자 필름층의 법선 방향을 기준으로 소정의 각도로 상기 액정 고분자 필름층에 이온빔 또는 프라즈마빔을 조사하여 상기 액정 고분자 필름의 표면을 개질하는 단계;

b') 상기 표면 개질된 액정 고분자 필름에 광가교성 액정을 코팅하는 단계; 및

c') 상기 광가교성 액정에 자외선을 포함하는 광을 조사하여 상기 액정을 광가교시켜 액정 고분자 필름을 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광위상변조판 제조 방법을 제시한다.

상기 광위상변조판에 상기 d), b') 및 c') 단계를 적어도 1회 이상 더 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광위상변조판 제조 방법을 제시한다.

상기 a) 단계에서 빔을 조사할 때, 소정 패턴의 마스크를 상기 기판 표면에 덧대어 빔을 조사함으로써, 상기 기판을 소정의 영역별로 다른 방향으로 표면 배향 처리하는 것을 특징으로 하는 광위상변조판 제조 방법을 제시한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

상기 광위상변조판은 기판(100)의 일면 상에 고분자 액정 필름층(200)이 형성되어 있는 구조로 되어 있다. 이 구조에서는 도 6에 자세하게 도시되어 있다.

이때, 상기 광위상변조판을 제조할 때 먼저 상기 기판(100)의 배향 처리가 우선된다. 기판(100)의 배향 처리는 기판(100)에 이온빔이나 프라즈만 빔을 조사하는 방식으로 수행된다. 이 과정을 도 4를 참조하여 설명한다.

이온 빔(ion beam)이나 프라즈마빔(plasma beam)은 그 조사의 대상이 되는 물체에 충돌할 때 빔의 에너지에 의해 대상 물체의 표면에 물리적, 화학적 변화를 유도하는 성질이 있어, 대상 물체의 막 표면 개질에 널리 사용되어 오고 있다. 본 발명에서는 이온 빔이나 프라즈마빔의 표면 개질 특성을 이용하여 기판(100)의 표면을 개질시켜 액정을 배향시킬 수 있도록 하였다. 본 발명에서 사용된 이온 빔이나 프라즈마빔 설비는 이온이나 프라즈마 소스(source)부와 이를 방출하는 디스차 지(discharge)부 및 빔이 목표물에 도달하여 조사되는 빔콜리메이팅(beam collimating)부를 포함하고 있다. 이때, 소스는 Ar, He, Ne, He, Xe, Kr, N2, O2, CO 및 SF3 등으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상일 수 있다.

상기 빔의 조사는 진공 상태에서 수행되는 것이 바람직하며, 상기 기판(100)은 유리 등을 포함하는 무기물, 유기물로 이루어진 투명한 또는 불투명한 플라스틱 또는 평판 디스플레이 용도로 전극과 화소가 형성된 기판(100) 등이 본 발명의 기판(100) 재료가 될 수 있다. 빔의 조사 시 경사각은 기판(100) 표면에 대해서 0도에서 90도 사이의 다양한 각도가 가능하나, 30도 내지 60가 바람직하다.

빔의 조사에 의하여 빔의 경사 방향이 액정 배열 방향(director)이 되며, 경사각은 배열된 액정이 기판(100)면과 이루는 선경사각(pretilt)를 결정한다. 도 5는 본 발명의 기판(100)에 소정의 각도로 광을 조사했을 때 액정이 소정의 각도의 광축을 가지는 과정을 도시하고 있다.

이때, 상기의 이온 빔이나 프라즈마 빔을 기판(100)에 조사할 때 일정한 패턴의 마스크를 사용하여 기판(100)의 영역별로 다른 방향으로 조사되게 할 수 있다. 이 경우, 이 위에 코팅되는 액정의 배열 방향을 영역별로 달리할 수 있는 유리한 효과가 발생한다.

이어, 배향 처리된 기판(100) 표면 위에 광가교성 액정이 코팅될 수 있다. 이때, 액정은 네마틱(nematic) 특성이나, 디스코틱(discotic) 특성이나, 콜레스테릭(cholesteric) 특성 등을 갖는 액정 중에서 어느 하나 이상이 사용될 수 있다. 도 11 및 도 12는 각각 디스코틱 액정 및 콜레스테릭 액정의 배열에 관한 개념도이 며, 각각의 도면에서 각 특성을 갖는 액정이 어떤 형태로 배열되는지를 알 수 있다.

배향 처리된 기판(100) 표면 위의 액정은 일정한 방향으로 배열될 수 있고, 배열된 후의 액정에 광을 조사하여 액정 배열 방향에 따른 소정의 광축을 갖는 고분자 필름 형태로 만들 수 있다. 이때, 코팅된 액정의 두께, 액정의 굴절율이방성에 따라 광위상변조 특성이 달라지게 된다. 그리고, 이와 같이 형성되는 액정층은 수 마이크로미터 이하의 두께를 가지는 것이 일반적이다.

이때, 상기 액정은 용매에 희석되어 코팅에 사용될 수 있으며, 용매는 건조 과정을 통해서 증발하게 된다. 코팅 방식은 스핀 코팅, 롤코팅, 디스펜싱 코팅 또는 그라비아 코팅 등의 방법이 사용될 수 있는데, 코팅 방법에 따라 용매의 종류와 희석 비율 등이 결정되는 것이 일반적이다.

상기 기판(100)에 배열된 광가교성 액정에 자외선 등의 광을 조사하여 액정을 광가교시키면 소정의 광축을 가지면서 광위상변조특성을 갖는 액정 고분자 필름이 형성되게 된다.

상기의 고분자 액정 필름의 표면을 개질시킬 필요가 있는 경우, 상기 고분자 액정 필름을 진공실(44)에 위치시키고, 상기 빔을 조사할 수 있다. 이때 빔의 강도는 기판(100)에 조사되는 것과 다를 수 있다. 이어, 표면 개질된 고분자 액정 필름 위에 상기의 광가교성 액정을 다시 코팅하고, 자외선을 조사하여 액정을 광가교시켜 고분자 액정 필름층(200)을 형성시킬 수 있다.

상기와 같은 공정을 거치면 도 6에서 도시한 바와 같은 배향막이 없는 본 발 명의 광위상 변조판이 제조된다.

이때, 상기의 일련의 공정을 반복하여 2층 이상의 고분자 액정 필름을 연속적으로 적층할 수도 있다.

본 발명의 상기 광위상변조판은 상기 광가교성 액정의 굴절율이방성과 코팅된 필름의 두께에 따라 λ/(n+1) (n=정수)의 다양한 광위상 변조 특성을 가지게 된다. 이러한 광위상 변조 특성을 가지는 고분자 액정 필름은 다양하게 응용될 수 있다. 즉, 고분자 액정 필름의 층수 및 광위상변조특성에 따라, 액정 배열 방향에 따라 결정되는 광축에 따라, 고분자 액정 필름의 배향 방향을 달리하여 광축이나 액정의 선경사각을 영역별로 달리하거나 구성되는 고분자 액정 필름의 층별로 광축 또는 액정의 선경사각을 서로 달리하는 등의 다양한 조합을 통해 다양한 분야에 응용될 수 있다.

먼저 이러한 응용예로 보상 필름을 들 수 있다. 이하, 도 7 내지 도 10을 참조하면서 상세히 설명한다.

기존의 보상 필름은 수직 배향 모드(mode)를 이용한 LCD에 사용되는 네가티브 씨 플레이트(negative c plate)로서, 이는 투명한 고분자 필름을 서로 다른 2축으로 연신하여 연신된 축 방향으로 위상 지연 특성을 부여함으로써 수직 배양 모드를 이용한 LCD의 시야각 특성을 보상하도록 한 것이었다.

본 발명의 보상 필름으로는, 고분자 액정 필름(210a, 210b)을 2층으로 구성하고 각 층의 광축을 서로 달리하여 기존의 2축 연신과 같은 시야각 보상 효과를 갖는 고분자 액정 필름으로 이루어진 네가티브 씨 플레이트(negative c plate)가 가능하다. 도 7은 제 1 고분자 액정 필름은 수평방향으로 광축(510b)이 형성되어 있으며, 제 2 고분자 액정 필름은 수직 방향으로 광축(510a)이 형성되어 있음을 보여 주고 있다. 이러한 소정의 광축을 갖는 고분자 액정 필름(210a, 210b)은 필요에 따라 2층 이상 적층될 수도 있다.

또한 이와 같은 보상 필름을 LCD에 적용할 때 필요에 따라 액정 셀의 외면 또는 내면에 선택적으로 형성할 수 있다는 장점도 있다. 도 8은 액정 셀의 외면에 액정 고분자 필름이 형성되어 있는 LCD를 도시하고 있으며, 도 9와 도 10은 액정 셀의 내면에 액정 고분자 필름이 형성되어 있는 LCD를 도시하고 있다.

또한 광가교성 디스코틱(discotic)액정을 배열하거나, 소정의 선경사각을 갖게 한 고분자 액정 필름을 단층 또는 다층으로 구성할 경우 수평배향 모드를 이용한 LCD의 광시야각 보상 필름으로 사용할 수 있다. 도 11은 디스코틱(discotic) 액정(310)이 배열된 모습을 도시하고 있다.

그리고, 광가교성 콜레스테릭(cholesteric) 액정을 배열한 고분자 액정 필름을 단층 또는 다층으로 구성할 경우, 색상 보상, 휘도 향상 등의 목적으로 사용되는 기능성 광학 필름으로도 사용할 수 있다. 도 12는 콜레스테릭(cholesteric) 액정(320)이 배열된 모습을 도시하고 있다.

본 발명의 또 다른 응용예로 안경식 3차원 입체 영상 디스플레이용 패턴화된 위상 지연판을 들 수 있다. 이하, 도 13 내지 도 14를 참조하면서 상세히 설명한다.

일반적으로 입체 영상 디스플레이는 좌안과 우안에 서로 다른 영상을 인식시 키거나 또는 좌안과 우안의 간격을 고려하여 공간에 두 개의 영상의 초점을 두게 함으로써 영상 내용물의 깊이 등 입체 실감도를 느끼게 하는 것이다.

안경식 입체 영상 디스플레이용 장치의 경우 좌안과 우안에 서로 90도 교차 편광된 영상으로 서로 90도 교차 편광된 2개의 편광 렌즈(또는 편광판)을 구비한 편광 안경을 통하여 각기 양안에 따로 인식시켜서 입체 실감도를 느낄 수 있도록 한다.

일반적으로 LCD의 출사광은 편광이므로 이를 각기 A, B 영역으로 나누어, A 영역은 출사 편광 방향을 유지하도록 상기 광위상변조판의 광축을 형성하고, B 영역은 출사 편광을 90도 회절시키도록 상기 광위상변조판의 광축을 형성하여 서로 90도 교차 편광된 영상을 출사하도록 할 수 있다.

이때, 출사 편광 방향을 유지하기 위해서는 광위상변조판의 광축을 편광 방향(510a)과 같게 하면 되고, 출사 편광을 90도 회절(시계 방향)하기 위해서는 λ/2 광위상 변조판의 경우에는 출사편광에 대해서 45도(시계방향), λ/4의 경우에는 출사 편광에 대해 시계 방향으로 각기 22.5도와 67.5를 갖는 광위상변조판을 복층(210a, 210b)으로 구성하면 된다. 이 밖에도 이러한 편광 회절 및 유지를 위한 다양한 각도의 구성 및 다양한 다층의 구성이 가능할 수 있다.

또한, 출사광이 편광이 아닌 PDP, EL, FED의 경우에는 이러한 광위상변조판의 구성과 편광막(410)을 조합하여 상기 디스플레이 장치의 표면에 부착하여 안경식 입체 영상 디스플레이를 구성할 수 있다. 이때, 출사광이 편광이 아닌 빛일 경우, 상기 빛이 상기 편광막(410)을 통과하면 편광이 되기 때문에, 편광막(410)이 광위상변조판과 결합할 경우, LCD에 사용되는 광위상변조판과 동등한 효과를 나타내게 된다. 도 14는 위상 지연이 λ/2의 고분자 액정 필름층(200)을 가지는 광위상변조판이 사용된 경우에 대한 것이며, 도 15는 위상 지연이 λ/4의 고분자 액정 필름이 2개의 복층(210a, 210b) 형태로 존재하여 전체적으로 λ/2의 위상 지연이 있게 되는 광위상변조판의 작동 양태를 도시하고 있다.

본 발명의 또 다른 응용예로 무안경식 3차원 입체 영상 디스플레이용 패턴화된 위상 지연판을 들 수 있다. 이하, 도 15 및 도 16을 참조하면서 상세히 설명한다.

광위상변조판을 이용한 무안경식 3차원 입체 영상 디스플레이의 경우 광위상변조판과 추가적인 선편광판으로 구성된 광위상변조평행벽(retarder parallax barrier)을 이용할 수 있다.

LCD의 출사 편광을 광축이 A, B 영역으로 분할되어 형성된 고분자 액정 필름을 통과시키고 이를 다시 선편광자에 통과시킴으로써 두 영역의 평행벽(parallax barrier) 효과에 의해 무안경식 3차원 입체 영상 LCD가 가능하게 된다. 이때 A영역은 출사 편광과 광축을 동일하게 형성하고(220a), B 영역은 출사 편광에 대해, 예를 들면, λ/2의 위상 지연 특성의 위상 지연판인 경우 시계 방향으로 45도로 광축(220b)이 형성되도록 하며, λ/4의 경우에는 고분자 액정 필름을 복층(210a, 210b)으로 하여 적절히 광축을 조절하여 같은 효과를 내게 할 수 있다.

또한, 상기의 광위상변조판과 편광막을 조합하여 출사광이 편광이 아닌 PDP, EL, FED 등의 표면 부착용 입체 영상 디스플레이도 구성할 수 있다.

또한 광위상변조판에 의한 편광 회절에서 1층의 λ/2를 사용할 경우에는 디스플레이에서 출사되는 적색, 녹색 및 청색을 균일하게 회절시키기 어려워서 화면 섞임 현상이나 모아레(moire) 현상 등이 발생할 수 있다. 하지만, 2층의 λ/4 광위상변조판과 같은 1층 이상의 λ/(n+2) (n= 정수) 특성을 갖는 다층의 위상 변조판을 사용하여 편광 회절하는 경우 위와 같은 단점을 보완할 수 있다.

상기에 설명된 입체 영상 디스플레이용 광위상변조판은 기존 디스플레이의 앞면에 부착하여 기능을 수행할 수 있다. 또한, LCD의 경우 이러한 입체 영상을 위한 패턴화된 광위상변조판을 액정셀의 내면 또는 외면에 선택적으로 적용할 수 있다. 내면에 적용하는 경우에는 출사 편광판을 셀의 내면에 장착해야 하므로 인셀(in cell) 편광판을 함께 사용할 필요가 있다.

이러한 패턴화된 광위상변조판을 셀 내에 내장할 경우 앞면 유리 두께 만큼 빛의 경로를 줄일 수 있으므로 시야각이 넓어지고 좌우안에 인식되는 각 영상의 섞임 현상이 줄어드는 장점이 있다.

본 발명의 또 다른 응용예로 반투과 반반사 액정 디스플레이를 들 수 있다.이하, 도 17 및 도 18를 참조하면서 설명한다.

이때, 공통 전극(500)과 편광판(410) 사이에 위치하는 λ/2 또는 λ/4 광위상변조판을 고분자 액정 필름(250)으로 기판(100)의 내면 또는 외면에 직접 형성시킬 수 있으며, 상기 광위상변조판을 복층으로 구성하여 더욱 명확한 광학 특성을 구현하는 것도 가능하다.

또한 본 발명의 위상변조판은 기존의 배향막을 필요로 하지 않는 장점으로 인하여 상기와 같은 예 외에도 LCD의 다양한 구성에 삽입 또는 포함될 수 있으며 평판디스플레이 외의 다양한 광학도구로써의 응용이 가능하다 하겠다.

본 발명의 고분자 액정 필름을 이용한 광위상변조판은 그 제조시 액정 배향막이 필요치 않으므로 그 구성이 간단하며, 원가의 대폭적인 절감이 가능하다. 그리고, 액정 배향막을 사용한 광위상변조판에 비해 투과율 등 전반적인 품질 또한 우수하며, 기판(100)의 재질에 영향을 덜 받으므로 액정셀의 내외에 모두 적용할 수 있는 등 그 응용 범위가 넓다.

Claims

소정의 각도에서 출사되는 이온빔 또는 프라즈마빔으로 조사되어 표면 배향 처리된 기판; 및

상기 기판상에 형성되며, 소정의 방향으로 배열된 광가교성 액정을 광조사 처리하여 형성되는 적어도 하나 이상의 고분자 액정 필름층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광위상변조판.
제 1항에 있어서,

상기 액정을 광조사 처리하는 광은 자외선인 것을 특징으로 하는 광위상변조판.
제 1항에 있어서,

상기 고분자 액정 필름층은 액정의 배열 방향이 상이한 2종 이상의 면영역의 집합으로 구성된 것을 특징으로 하는 광위상변조판.
제 3항에 있어서,

상기 2종 이상의 면영역은, 소정 패턴의 마스크를 상기 기판 표면에 덧대어 상기 이온빔 또는 프라즈마빔을 조사함으로써, 상기 기판의 영역별로 다른 방향으로 표면 배향 처리된 상기 기판 상에 광가교성 액정을 배열시킨 후 상기 액정을 광 조사처리하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광위상변조판.
제 1항에 있어서,

상기 고분자 액정 필름층은 λ/(n+1) (단, n은 정수)의 위상 지연특성을 가지는 것을 특징으로 하는 광위상변조판.
제 1항에 있어서,

상기 고분자 액정 필름층은, 소정의 각도에서 출사되는 이온빔 또는 프라즈마빔으로 조사하여 상기 필름층의 표면을 개질시키고, 상기 표면 개질된 고분자 액정 필름층의 표면에 광가교성 액정을 소정의 방향으로 배열시킨 후, 상기 액정을 광조사 처리하여 광가교 반응을 일으켜 소정 방향으로 배향되는 액정 필름층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광위상변조판.
제 1항에 있어서,

상기 고분자 액정 필름층은 2개의 액정 필름층으로 구성되며, 각 액정 필름층의 광축 방향이 서로 상이한 것을 특징으로 하는 광위상 변조판.
제 1항에 있어서,

상기 액정은 네마틱(nematic), 디스코틱(discotic) 및 콜레스테릭(cholesteric) 특성을 갖는 액정 군 내에서 선택된 어느 하나 이상인 것 을 특징으로 하는 광위상변조판.
제 1항에 있어서,

상기 액정의 배열 방향은 상기 기판과 소정의 선경사각을 이루는 것을 특징으로 하는 광위상변조판.
제 1항에 있어서,

상기 기판은 유리 재질판, 플라스틱 재질판, 유기물 재질판, 무기물 재질판 및 평판디스플레이 용도로 전극과 화소가 형성된 판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광위상변조판.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 기재된 바와 같은 광위상변조판; 및

편광막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 입체영상디스플레이 장치.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 기재된 바와 같은 광위상변조판; 및

편광막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 평면 디스플레이 장치 부착용 입체영상디스플레이 장치.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 기재된 바와 같은 광위상변조판을 액정 셀(cell)의 내부에 포함하는 액정표시장치; 및

선편광판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 광위상변조평행벽.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 기재된 바와 같은 광위상변조판;

상기 광위상변조판의 일면에 위치하는 편광자;

상기 광위상변조판의 타면에 위치하는 투명 기판; 및

상기 투명 기판의 상기 광위상변조판의 반대면에 위치하는 공통전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판.
제 14항에 있어서,

상기 광위상변조판은, λ/4 위상 지연 특성을 가지는 광위상변조판, 및 λ/2 위상 지연 특성을 가지는 광위상변조판으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판.
a) 기판의 법선 방향에 대하여 소정의 각도로 이온 빔 또는 프라즈마빔을 조사하여 기판의 표면을 배향 처리하는 단계;

b) 상기 표면 배향 처리된 기판에 광가교성 액정을 코팅하는 단계; 및

c) 상기 광가교성 액정에 광을 조사하여 상기 액정을 광가교시켜 액정 고분자 필름을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광위상변조판 제조 방법.
제 16 항에 있어서,

d) 상기 광위상변조판을 진공실에 위치시키고 상기 액정 고분자 필름층의 법선 방향을 기준으로 소정의 각도로 상기 액정 고분자 필름층에 이온빔 또는 프라즈마빔을 조사하여 상기 액정 고분자 필름의 표면을 개질하는 단계;

b') 상기 표면 개질된 액정 고분자 필름에 광가교성 액정을 코팅하는 단계; 및

c') 상기 광가교성 액정에 자외선을 포함하는 광을 조사하여 상기 액정을 광가교시켜 액정 고분자 필름을 제조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광위상변조판 제조 방법.
제 17 항에 있어서,

상기 광위상변조판에 상기 d), b') 및 c') 단계를 적어도 1회 이상 더 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광위상변조판 제조 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 a) 단계에서 빔을 조사할 때, 소정 패턴의 마스크를 상기 기판 표면에 덧대어 빔을 조사함으로써, 상기 기판을 소정의 영역별로 다른 방향으로 표면 배향 처리하는 것을 특징으로 하는 광위상변조판 제조 방법.