KR101259685B1 - 셀 내 패턴화된 1/4-파장 지연판을 갖는 반투과성 수직정렬 액정 디스플레이 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 패턴화된 1/4-파장 호일(QWF)을 포함하는 반투과성 수직 정렬(VA) 액정 디스플레이(LCD)에 관한 것이다. 디스플레이(10)는 구체적으로 투명한 기판(11a, 11b) 상에 LC 매질(12)을 사이에 끼워서 제공되는 전방 및 후방 전극(14a, 14b, 14c)을 포함하여, 반사성 부화소(10a) 및 투과성 부화소(10b)을 한정한다. 바람직하게는 LC 셀의 내부에 제공되는(셀 내 적용) 패턴화된 QWF(16)는 한정된 지연을 제공하고 반사성 부화소(10a)를 덮는 영역(16a) 및 축방향 지연을 갖지 않고 투과성 부화소(10a)를 덮는 영역(16b)을 갖는다.
반투과성 수직 정렬 액정 디스플레이, 셀 내 패턴화된 1/4-파장 지연판.

Description

셀 내 패턴화된 1/4-파장 지연판을 갖는 반투과성 수직 정렬 액정 디스플레이{TRANSFLECTIVE VERTICALLY ALIGNED LIQUID CRYSTAL DISPLAY WITH IN-CELL PATTERNED QUARTER-WAVE RETARDER}
본 발명은 패턴화된 1/4-파장 호일(QWF)을 포함하는 반투과성 수직 정렬(VA) 액정 디스플레이(LCD)에 관한 것이다.
휴대 전화, 개인 정보 단말기(PDA), 디지털 카메라 및 랩탑 컴퓨터의 인기가 증가하고 있기 때문에, 얇고 경량이며 동력이 낮지만 모든 주위 광 조건에서 선명하고 밝은 컬러 이동 디스플레이에 대한 요구가 증가되고 있다. 이들 장치가 변화되는 주위 조건에서 작동해야 하고 높은 배터리 동력을 필요로 한다는 사실로 인해, 디스플레이를 밝게 하는데 백라이트(backlight)를 사용하지만 밝은 조건에서는 주위 광을 사용함으로써 동력 소비를 줄일 수 있는 반투과성 컬러 액정 디스플레이에 대한 관심이 고조되어 왔다.
종래 기술에서는, 각각의 화소가 반사성 부화소 및 투과성 부화소로 분할되는, TN(트위스티드 네마틱; twisted nematic) 및 ECB(전기로 조절되는 복굴절률; elctrically controlled birefringence) 같은 트위스티드 및 비-트위스티드 모드의 반투과성 디스플레이를 개시한다[예를 들어 쿠보(Kubo) 등, IDW 1999, 페이지 183-187; 백(Baek) 등, IDW 2000, 페이지 41-44; 루센달(Roosendaal) 등, SID Digest 2003, 페이지 78-81 및 WO 03/019276 A2 호 참조]. 투과성 부화소는 투명한 전방 및 후방 전극을 갖는 반면, 반사성 부화소는 투과성 전방 전극 및 반사성 후방 전극을 가져서, 예를 들어 "거울중 정공(hole-in-mirror)" 기법에 의해 달성되는 패턴화된 전극 구조체를 필요로 한다.
투과성 모드에서는 1/2-파장(λ/2) 광 변조(λ=입사광의 파장)를 이용하고 반사성 모드에서는 1/4-파장(λ/4) 광 변조를 이용하기 때문에, 부화소에 대해 상이한 셀 간격(또는 LC 층 두께)을 사용하여 반사성 부화소가 투과성 부화소의 셀 간격의 약 반을 갖도록 함이 제안되었다.
반사성 부화소를 투과성 부화소와 함께 작동시키기 위하여, 원형 편광을 생성시키는데 수색성(또는 "와이드-밴드") 1/4-파장 호일(AQWF)이 요구된다(AQWF는 바람직하게 전체 가시광 스펙트럼을 포괄하는 넓은 파장 대역에서 λ/4의 광학 지연을 나타내고, 예를 들어 QWF를 1/2-파장 호일(HWF, λ/2의 광학 지연을 가짐)과 조합함으로써 제조된다). AQWF는 또한 투과성 화소를 덮으며, 따라서 해당 AQWF가 셀의 백라이트 쪽에 위치되어야 한다.
그러나, 디스플레이의 투과성 부분에 원형 편광을 사용하면, 트위스티드 LC 모드가 원형 편광을 반대쪽 편광면으로 전환시킬 때 덜 효과적이고, 따라서 디스플레이의 밝기를 감소시키고 90° 트위스티드 모드를 덜 효과적이도록 만드는 불리한 부작용을 갖는다.
반투과성 디스플레이의 투과성 부분에 원형 편광을 사용하는데 따른 문제점을 해결하기 위하여, 반사성 부화소를 덮는 QWF 지연을 갖는 구역 및 투과성 부화소를 덮는 비-지연 구역의 패턴을 갖는 패턴화된 QWF를 사용할 것이 제안되었다[WO 03/019276 호; 반 데르 잔드(Van der Zande) 등, Proceedings of the SID 2003, 페이지 194-197]. 이에 의해, 반사성 부화소 및 투과성 부화소를 별도로 최적화시켜 투과성 부분에서 선형 편광을 사용할 수 있도록 한다.
예를 들어, US 2004/0075791 A1 호, US 2004/0032552 A1 호 및 US 2003/0160928 A1 호에서는 수직 정렬(VA) 모드의 반투과성 디스플레이를 사용할 것이 또한 제안되었다.
VA 모드의 디스플레이는 전형적으로 구동되지 않는 상태에서 호메오트로픽 배향을 갖고 전기장이 인가될 때 평면 배향으로 전환되는 음의 유전 이방성 Δε을 갖는 LC 매질을 포함한다. 멀티도메인 VA(MVA) 디스플레이에서, LC 셀은 추가로 복수개, 전형적으로는 4개의 수직 도메인으로 분할되는데, 이 때 (전기장-온 상태에서) LC 디렉터는 상이한 방향으로 배향됨으로써 대칭적인 시야각 특징 및 우수한 색상 성능을 제공한다. MVA-LCD의 복수개의 도메인은 다양한 방법에 의해, 예를 들어 패턴화된 정렬 층, 특수한 셀 표면 구조체 또는 슬롯을 갖는 전극을 사용하거나 또는 LC 매질에 중합체 물질을 첨가함으로써 제조될 수 있다.
반투과성 VA-LCD는 또한 AQWF(즉, QWF+HWF)가 반사 모드 및 투과 모드 둘 다로 작동할 것을 요구한다. 그러나, AQWF의 존재는 감소된 시야각 및 증가된 색도 를 야기한다. AQWF가 또한 백라이트 쪽에서 우수한 투과 및 반사 성능을 제공해야 하는 바, 또 다른 단점은 4개 이상의 필름, 즉 관찰자 쪽에서 QWF와 HWF 및 백라이트 쪽에서 QWF와 HWF를 필요로 하기 때문에 제조 비용이 증가하는 것이다.
그러므로, 상기 기재된 종래 기술의 디스플레이의 단점을 갖지 않는 반투과성 디스플레이가 여전히 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 상기 언급된 단점을 갖지 않고, 높은 콘트라스트, 우수한 밝기 및 넓은 시야각 범위에 걸쳐 낮은 색상 변화를 나타내고 시간- 및 비용-효과적인 방식으로 제조하기 용이한 반투과성 디스플레이를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 하기 상세한 설명으로부터 당해 분야의 숙련자가 즉시 알 수 있을 것이다.
본 발명의 발명자들은 디스플레이 성능을 개선시키고 특히 반사성 모드에서 감소된 색도를 생성시키는, LC 셀 내부에 패턴화된 QWF를 포함하는 본 발명에서 청구되는 반투과성 VA-LCD를 제공함으로써, 이들 목적을 달성할 수 있음을 발견하였다. 뿐만 아니라, 디스플레이의 광학 구성요소의 배열 및 배향의 적절한 선택에 의해 광학 성능, 특히 색도, 콘트라스트 및 밝기를 개선시킬 수 있다.
용어의 정의
용어 '필름'은 기계적 안정성을 갖는 강성 또는 가요성의 자기-지지 또는 자유-직립형 필름, 및 지지 기판 상의 또는 두 기판 사이의 코팅 또는 층을 포함한다.
용어 '액정 또는 메소제닉 물질' 또는 '액정 또는 메소제닉 화합물'은 하나 이상의 봉형, 보드형 또는 원반형 메소제닉 기, 즉 액정(LC) 상 행태를 유도하는 능력을 갖는 기를 포함하는 물질 또는 화합물을 의미한다. 봉형 또는 보드형 기를 갖는 LC 화합물은 또한 당해 분야에서 '칼라미틱(calamitic)' 액정으로도 알려져 있다. 원반형 기를 갖는 LC 화합물은 당해 분야에서 '디스코틱(discotic)' 액정으로도 공지되어 있다. 메소제닉 기를 포함하는 화합물 또는 물질은 반드시 그 자체로 LC 상을 나타내어야 할 필요는 없다. 이들은 다른 화합물과 혼합될 때에만, 또는 메소제닉 화합물 또는 물질 또는 이들의 혼합물이 중합될 때 LC 상 행태를 나타낼 수도 있다.
간단히 하기 위하여, 용어 '액정 물질'은 이후 메소제닉 물질 및 LC 물질로 사용된다.
하나의 중합가능한 기를 갖는 중합가능한 화합물은 또한 '일반응성' 화합물로도 칭해지며, 2개의 중합가능한 기를 갖는 화합물은 '이반응성' 화합물로도 칭해지고, 2개보다 많은 중합가능한 기를 갖는 화합물은 '다반응성' 화합물이라고도 일컬어진다. 중합가능한 기를 갖지 않는 화합물은 또한 '비-반응성' 화합물로도 칭해진다.
용어 '반응성 메소젠'(RM)은 중합가능한 메소제닉 또는 액정 화합물을 의미한다.
용어 '디렉터'는 종래 기술에서 공지되어 있고, LC 물질의 메소제닉 기의 긴 분자축(칼라미틱 화합물의 경우) 또는 짧은 분자축(디스코틱 화합물의 경우)의 바 람직한 배향 방향을 의미한다.
1축 양성 복굴절성 LC 물질을 포함하는 필름에서, 광축은 디렉터에 의해 주어진다.
용어 '호메오트로픽 구조' 또는 '호메오트로픽 배향'은 광축이 필름 평면에 실질적으로 수직인 필름을 지칭한다.
용어 '평면 구조' 또는 '평면 배향'은 광축이 필름 평면에 실질적으로 평행한 필름을 나타낸다.
용어 'A 플레이트'는 그의 특수 축이 층의 평면에 평행으로 배향된 1축 복굴절성 물질 층을 사용하는 광학 지연판을 일컫는다.
용어 'C 플레이트'는 그의 특수 축이 층의 평면에 수직인 1축 복굴절성 물질 층을 사용하는 광학 지연판을 말한다.
균일한 배향을 갖는 광학 1축 복굴절성 액정 물질을 포함하는 A-플레이트 및 C-플레이트에서, 필름의 광축은 특수 축의 방향에 의해 주어진다.
양의 복굴절률을 갖는 광학 1축 복굴절성 물질을 포함하는 A 플레이트 또는 C 플레이트는 또한 '+ A/C 플레이트' 또는 '양의 A/C 플레이트'라고도 불린다. 음의 복굴절률을 갖는 광학 1축 복굴절성 물질의 필름을 포함하는 A 플레이트 또는 C 플레이트는 또한 '- A/C 플레이트' 또는 '음의 A/C 플레이트'라고도 일컬어진다.
"E-모드"는 입력 편광 방향이 디스플레이 셀에 들어갈 때 LC 분자의 디렉터에 실질적으로 평행한(즉, 특수 (E) 굴절률을 따르는) 트위스티드 네마틱 액정 디스플레이(TN-LCD)를 일컫는다. "O-모드"는 입력 편광이 디스플레이 셀에 들어갈 때 디렉터에 실질적으로 수직인(즉, 보통(O) 굴절률을 따르는) TN-LCD를 일컫는다.
달리 언급되지 않는 한, 선형 편광판의 "편광 방향"이라는 용어는 편광판 소광 축을 의미한다. 예를 들어 이색성 요오드계 염료를 포함하는 연신된 플라스틱 편광판 필름의 경우, 소광 축은 통상 연신 방향에 상응한다.
발명의 개요
본 발명은 반사성 부화소 및 투과성 부화소로 분할되고, 전기장이 인가될 때 상이한 배향 사이에서 전환될 수 있는 LC 층을 사이에 끼우고 있는 전방 전극 층 및 후방 전극 층(이들 전극은 바람직하게는 투명한 기판 내부에 제공됨)을 포함하는 LC 셀 및 LC 셀을 중간에 끼우고 전방 편광 방향 및 후방 편광 방향을 갖는 전방 편광판 및 후방 편광판을 포함하는 하나 이상의 화소를 포함하는 반투과성 수직 정렬(VA) 액정 디스플레이(LCD)에 관한 것으로, 이는 전방 편광판과 LC 층 사이에 위치하고 1/4-파장(λ/4) 지연을 갖는 영역 및 실질적으로 지연을 갖지 않는 영역의 패턴을 가지며 λ/4-영역이 본질적으로 반사형 부화소만을 덮도록 배열되는 하나 이상의 1/4-파장 지연 필름(QWF)을 포함함을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 반투과성 VA-LCD를 도시한다.
도 2는 종래 기술에 따른 반투과성 VA-LCD의 광학 층의 상대적인 배향을 도시한다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 반투과성 VA-LCD의 광학 층의 상대적인 배향을 도시한다.
도 8 내지 도 10은 투과 모드(A) 및 반사 모드(B)의 실시예 2에 따른 반투과성 VA-LCD(종래 기술)의 계산된 각 휘도, 밝은 상태의 색도 및 각 콘트라스트를 도시한다.
도 11 내지 도 25은 투과 모드(A) 및 반사 모드(B)의 본 발명의 실시예 3 내지 7에 따른 반투과성 VA-LCD의 계산된 각 휘도, 밝은 상태의 색도 및 각 콘트라스트를 도시한다.
본 발명에 따른 바람직한 LCD는, 서로 평행한 제 1 기판 평면 및 제 2 기판 평면(이들중 하나 이상은 입사광에 투명함), 액정(LC) 셀의 개별적인 화소를 개별적으로 스위칭하는데 사용될 수 있는 상기 기판중 하나상의 비선형 전기 소자의 어레이(이는 바람직하게는 트랜지스터, 매우 바람직하게는 TFT 같은 능동 소자임), 상기 기판중 하나, 바람직하게는 비선형 소자의 어레이를 갖는 기판의 반대쪽 기판 상에 제공되고 삼원색인 적색, 녹색 및 청색(R, G, B)중 하나를 투과시키는 상이한 화소의 패턴을 가지며 임의적으로는 평탄화 층에 의해 덮이는 컬러 필터 어레이, 상기 제 1 기판의 내부에 제공되는 제 1 전극 층, 상기 제 2 기판의 내부에 제공되는 제 2 전극 층, 임의적으로는 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 상에 제공되는 제 1 정렬 층 및 제 2 정렬 층, 전기장의 인가에 의해 둘 이상의 상이한 배향 사이에서 전환될 수 있는 LC 매질을 포함하는 액정(LC) 셀; LC 셀의 제 1 면 상의 제 1 선형 편광판; LC 셀의 제 2 면 상의 제 2 선형 편광판; 및 LC 셀의 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 위치되고 상이한 지연 및/또는 배향을 갖는 영역의 패턴을 갖는 하나 이상의 패턴화된 QWF를 포함하고, 이 때 편광판, QWF 및 LC 층의 배향 방향은 상기 및 하기에서 정의되는 바와 같다.
반투과성 VA 디스플레이에서, LC 층은 바람직하게는 음의 유전 이방성 Δε을 갖는 LC 매질을 포함한다. 전기장-오프 상태의 LC 매질은 실질적으로 호메오트로픽 디렉터 배향을 갖는다. 전기장을 인가할 때, 이는 경사진 평면 배향으로 바람직하게 전환된다.
본 발명에 따른 반투과성 VA-LCD에서, AQWF 더블릿(doublet)의 QWF 및 HWF는 패턴화된 필름(들), 예컨대 패턴화된 QWF 또는 패턴화된 QWF 및 패턴화된 HWF로 대체되어, 반사성 부화소 위에 QWF 또는 AQWF 지연을 갖는 영역이 생성되고 투과성 부화소 위에 축방향 지연을 갖지 않는 영역이 생성되도록 한다.
패턴화된 (A)QWF의 지연 영역에서, 광축은 바람직하게는 필름 평면에 평행하다(A-플레이트 대칭). 패턴화된 (A)QWF의 비-지연 영역은 예컨대 광학 등방성 물질을 포함하거나, 또는 필름 평면에 수직인 광축을 갖는다(C-플레이트 대칭).
본 발명에 따른 반투과성 LCD에서, 패턴화된 지연 필름은 바람직하게는 전환가능한 LC 셀을 생성시키고 전환가능한 LC 매질을 함유하는 기판 사이에 제공된다("셀 내" 적용). 광학 지연판이 통상 LC 셀과 편광판 사이에 위치하는 종래의 디스플레이에 비해, 광학 지연 필름의 셀 내 적용은 몇 가지 이점을 갖는다. 예를 들어, 광학 필름이 LC 셀을 형성하는 유리 기판 외부에 부착되는 디스플레이는 통상 시차(parallax) 문제를 가지며, 이 시차 문제는 시야각 특성을 심각하게 손상시킬 수 있다. 지연 필름이 LC 디스플레이 셀 내부에 마련되는 경우, 이들 시차 문제는 감소되거나 심지어는 없어질 수 있다.
바람직하게는, 셀 내 지연 필름은 컬러 필터와 LC 매질 사이에, 매우 바람직하게는 컬러 필터와 상응하는 가장 인근의 전극 층 사이에, 또는 평탄화 층이 존재하는 경우에는 컬러 필터와 평탄화 층 사이에 위치한다.
셀 내 QWF 및 HWF의 두께는 바람직하게는 0.5 내지 3.5마이크론, 매우 바람직하게는 0.6 내지 3마이크론, 가장 바람직하게는 0.7 내지 2.5마이크론이다.
셀 내 QWF의 축방향 지연(즉, 0° 시야각)은 바람직하게는 90 내지 200nm, 가장 바람직하게는 100 내지 175nm이다.
셀 내 HWF의 축방향 지연(즉, 0° 시야각)은 바람직하게는 180 내지 400nm, 가장 바람직하게는 200 내지 350nm이다.
다르게는 또는 셀 내 HWF에 덧붙여, HWF를 LC 셀 외부에 적용할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 LCD의 어셈블리가 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 도 1의 상부는 디스플레이의 전방, 즉 관찰자 쪽에 상응한다. 도 1의 저부는 디스플레이의 후방, 즉 백라이트 쪽에 상응한다. 도 1은 예컨대 유리 기판 같은 2개의 투명하고 평행한 평면 기판(11a/b) 사이에 한정된 전환가능한 LC 매질(12)의 층, 및 기판을 사이에 끼운 교차 편광 방향을 갖는 2개의 편광판(13a/b)을 포함하는 LCD의 화소(10)를 예시적으로 도시한다.
디스플레이는 LC 층의 전방에 투명한 전극(14c)을, 또한 LC 층의 후방에 반사성 전극(14a) 및 투명한 전극(14b)의 패턴을 추가로 포함함으로써, 반사성 부화소(10a) 및 투과성 부화소(10b)의 세트 2개를 구성한다. 투명한 전극(14c/14b)은 예를 들어 산화주석인듐(ITO)의 층이다. 반사성 전극(14a)은 예를 들어 ITO 층(14a1) 및 LC 매질을 통해 투과된 광을 관찰자 쪽으로 다시 되돌리는(구부러진 화살표로 표시됨) 반사성 층(14a2)을 포함한다. 반사성 층(14a2)은 예를 들어 금속 층(예컨대, Al)이거나, 또는 정공을 갖는 거울(거울 구역은 반사성 부화소에 존재하고, 정공은 투과성 부화소에 존재함)로서 생성될 수 있다. 전극 층(14a1) 및 거울(14a2)은 인접한 층일 수 있거나 또는 도 1에 도시된 바와 같이 공간적으로 분리될 수 있다.
디스플레이는 적색, 녹색 및 청색 화소를 갖는 컬러 필터(15) 및 패턴화된 셀 내 지연 필름(16)을 추가로 포함한다. 셀 내 지연판(16)은 한정된 지연(<0 또는 >0의 값을 가짐)을 갖는 영역(16a) 및 축방향 지연을 갖지 않는 영역(16b)의 패턴을 갖는다. 지연 영역(16a)은 반사성 부화소(10a)를 덮고, 비-지연 영역(16b)은 투과성 부화소(10b)를 덮는다.
디스플레이가 도 1에 도시된 바와 같이 능동-매트릭스 유형인 경우, 이는 또한 LC 셀의 한 쪽, 바람직하게는 컬러 필터(15) 쪽의 반대쪽에서 예컨대 TFT 같은 개별적인 화소를 개별적으로 스위칭시키는데 사용되는 비선형 전기 소자의 어레이(17)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이 TFT 층(17)이 후방에 위치하고 컬러 필터(15)가 전방에 위치하거나, 또는 그 반대도 가능하다.
컬러 능동 매트릭스 디스플레이에서, 거울(14a2)은 예컨대 TFT 층(컬러 필터가 전방 기판 상에 존재하는 경우) 또는 컬러 필터 층(TFT 층이 전방 기판 상에 존재하는 경우) 상에 제작될 수 있다.
반사성 및 투과성 부화소(10a/b)는 바람직하게는 도 1에서 양방향 화살표로 표시되는 바와 같이 상이한 셀 간격을 갖는다. 바람직하게는, 투과성 부화소(10b)의 셀 간격은 반사성 부화소(10a)의 셀 간격의 2배이다.
상이한 셀 간격을 달성하기 위하여, 반사성 부화소는 예컨대 투명한 수지(예컨대, 포토레지스트)로부터 제조될 수 있는 단(18)을 포함한다. 단(18)은 LC 층의 컬러 필터 쪽에, 또는 도 1에 도시된 바와 같이 컬러 필터 쪽의 반대쪽에 존재할 수 있다.
전극(14a/b/c)은 또한 정렬 층(도시되지 않음)으로 덮여서 LC 매질(12)에 목적하는 표면 정렬을 유도하거나 향상시킬 수도 있다. 임의적으로는, 컬러 필터(15)와 패턴화된 셀 내 지연 필름(16) 사이에 정렬 층(도시되지 않음)이 제공되기도 한다. 디스플레이는 또한 그의 후방에 백라이트(도시되지 않음)도 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, VA LCD는 멀티-도메인 VA(MVA) 디스플레이이며, 여기에서는 투과성 부화소가 전기장-온 상태에서 LC 디렉터의 상이한 배향 방향을 갖는 복수개, 예를 들어 4개의 도메인으로 다시 분할되어, 시야각 특징을 개선시킨다. 멀티-도메인 정렬을 달성하는 적합한 수단 및 방법은 당해 분야의 숙련자에게 공지되어 있고 종래 기술에 기재되어 있다. 예를 들면, 특수한 표면 구조체, 바람직하게는 LC 분자를 바람직한 방향으로 경사지게 하는 정사각형에 기초한 피라미드 구조체를 사용하여, 또는 수직 방향으로부터 멀리 경사진 방향으로 전기장을 생성시키는 오프셋 전극을 사용하여, LC 분자가 목적하는 비축(off-axis) 방향으로 정렬되도록 함으로써, 멀티-도메인 정렬을 달성할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 VA-LCD에서, 투과성 부화소는 45°, 135°, 225° 및 315°의 배향 방향(전기장-온 상태에서)을 갖는 4개의 도메인을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 VA-LCD가 반투과성 디스플레이이기 때문에, 이는 반사성 모드로도 투과성 모드로도 작동될 수 있다. 도 1에 도시된 본 발명에 따른 LCD의 작동이 아래에 예시적으로 기재된다.
본 발명에 사용되는 패턴화된 지연판 덕분에, 디스플레이의 투과성 부분은 표준 투과성 VA 디스플레이 같이 작동할 수 있다. 낮은 전압의 어두운 상태에서, 백라이트로부터 방출된 광은 후방 편광판에 의해 편광되고, 호메오트로픽 정렬된 LC 셀을 통해 변화하지 않은 상태로 통과하고, 후방 편광판의 소광 축에 수직인 소광 축으로 배향되는 전방 편광판에 의해 차단된다. 전압 구동되는 밝은 상태에서, 전기장은 LC 분자의 음의 유전 이방성에 따라 작용하여, LC 분자가 통상 전방 및 후방 편광판의 소광 축으로부터 45°, 135°, 225° 및 315°인 선호 방향으로 평면 쪽으로 경사지도록 한다. 이 축방향 복굴절률의 변화는 셀의 두께를 통한 유효 지연을 야기하고, 이는 편광의 상태를 선형으로부터 타원형을 거쳐 후방 편광 방향에 ±90° 편광 배향된 선형으로 변화시켜, 광이 전방 편광판을 통해 통과하도록 한다.
반사 상태는 단일의 패턴화된 QWF를 사용함으로써, 또는 예컨대 패턴화된 QWF와 표준 HWF로부터 또는 이중의 패턴화된 QWF 및 HWF로부터 제조되는 AQWF를 사용함으로써 원형 편광을 생성시킬 것을 요구한다. 구동되지 않는 어두운 상태에서, 원형 편광은 셀(여기에서 원형 편광은 반사되고 반대쪽 편광면으로 변화됨)을 통해 변화되지 않은 상태로 통과하여, 원형 편광이 셀을 통해 변화되지 않은 상태로 다시 통과할 때 QWF 또는 AQWF가 이를 전방 편광판의 투과축에 수직으로 배향된 선형 편광으로 전환시켜 어두운 상태를 제공하도록 한다. 구동되는 밝은 상태에서, 이제 셀은 약간의 축방향 지연을 갖고, 이어 QWF 또는 AQWF에 의해 생성된 원형 편광을 타원형을 거쳐 선형 편광으로 전환시키는데, 이 때 광은 거울로부터 변화되지 않은 상태로 반사되고 들어갈 때와 동일한 편광면의 원형 편광으로 다시 전환된 다음, 상부 편광판의 투과축과 동일한 배향의 선형으로 다시 전환되어, 밝은 상태를 제공한다.
본 발명에 따른 VA-LCD에서, 편광판, LC 셀, QWF 및 임의적인 추가의 지연 필름을 포함하는 광학 층은 바람직하게는 이들의 광축이 서로에 대해 특수한 배향 방향을 갖도록 배열된다. 이는 단일 (색도의) QWF에 의해 야기되는 반사 모드에서의 색도를 감소시켜, 추가의 HWF가 필요하지 않도록 하고 광학 필름의 수를 감소시킬 수 있다.
비교하기 위하여, 도 2는 반사성 부화소(12a) 및 투과성 부화성(12b)로 분할된 LC 층, 반사판(14a), 전방 및 후방 편광판(13a/b), 전방 HWF(20a) 및 전방 QWF(21a), 및 후방 HWF(20b) 및 후방 QWF(21b)를 포함하는 종래 기술의 반투과성 VA-LCD의 광학 구성요소의 전형적인 스택(stack)을 도시한다.
편광판(13a/b)의 소광 축의 방향은 편광판 필름 평면 내에서 각각 +45° 및 -45°이다. 전방 HWF(20a) 및 전방 QWF(21a)의 광축의 방향은 각각 +30° 및 -30°이고, 후방 HWF(20b) 및 후방 QWF(21b)의 광축의 방향은 각각 -60° 및 +60°이다.
도 3은 반사성 부화소(12a) 및 투과성 부화소(12b)로 분할된 LC 층, 반사판(14)(도 1의 반사판(14a2) 및 단(18)을 포함함), 전방 및 후방 편광판(13a/b), 및 2개의 HWF(20a/b) 및 QWF(21a/b) 대신 패턴화된 셀 내 QWF(16)를 포함하는 본 발명의 제 1의 바람직한 실시양태에 따른 반투과성 VA-LCD의 광학 구성요소의 스택의 단면도이다. 패턴화된 셀 내 QWF(16)는 반사성 부화소를 덮는 1/4-파장 영역(16a) 및 투과성 부화소를 덮는 광학 등방성 영역(16b)의 패턴을 갖는다. 편광판(13a/b)의 투과축은 각각 0° 및 +90°로 배향되고, QWF 영역(16a)의 광축은 +45°로 배향된다.
도 4는 도 3에 도시된 구성요소를 포함하고 전방 HWF(20a)를 추가로 포함하는 본 발명의 제 2의 바람직한 실시양태에 따른 반투과성 VA-LCD의 광학 구성요소의 스택의 단면을 도시한다. 편광판(13a/b)의 투과축은 각각 +30° 및 +90°이고, 셀 내 QWF 영역의 광축은 -45°로 배향되고, 전방 HWF(20a)의 광축은 +15°로 배향된다.
도 5는 도 4에 도시된 구성요소를 포함하고 후방 HWF(20b)를 추가로 포함하는 본 발명의 제 3의 바람직한 실시양태에 따른 반투과성 VA-LCD의 광학 구성요소의 스택의 단면을 도시한다. 편광판(13a/b)의 투과축은 각각 +30° 및 -60°로 배향되고, 셀 내 QWF(16a)의 광축은 -45°로 배향되며, 전방 및 후방 HWF(20a/b)의 광축은 각각 +15° 및 -75°로 배향된다.
도 6은 도 3에 도시된 구성요소를 포함하고 패턴화된 셀 내 HWF(19)를 추가로 포함하는 본 발명의 제 4의 바람직한 실시양태에 따른 반투과성 VA-LCD의 구성요소의 스택의 단면을 도시한다. 패턴화된 셀 내 HWF(19)는 반사성 부화소를 덮는 1/2-파장 지연을 갖는 영역(19a) 및 투과성 부화소를 덮는 광학 등방성 영역(19b)의 패턴을 포함한다. 편광판(13a/b)의 투과축은 각각 0° 및 +90°로 배향되고, 셀 내 QWF 영역(16a)의 광축은 +75°로 배향되며, 셀 내 HWF 영역(19a)의 광축은 +15°로 배향된다.
도 7은 도 6에 도시된 구성요소를 포함하는 본 발명에 따른 제 5의 바람직한 실시양태에 따른 반투과성 VA-LCD의 광학 구성요소의 스택의 단면을 도시한다. 이 디스플레이는 필름 평면에 대해 수직인 광축을 갖는 후방 -C 플레이트 지연 필름(22) 및 필름 평면에 대해 평행한 광축을 갖는 후방 +A 플레이트 지연 필름(23)을 추가로 포함한다. 편광판(13a/b)의 투과축은 각각 0° 및 +90°로 배향되고, 셀 내 QWF 영역(16a)의 광축은 +75°로 배향되며, 셀 내 HWF 영역(19a)의 광축은 +15°이고, +A-플레이트(22)의 광축은 0°로 배향된다.
다른 바람직한 실시양태에서는, +A-플레이트 및 -C-플레이트 대신 2축 음의 C 필름을 사용한다. 적합하고 바람직한 2축 음의 C 필름은 변형된 나선의 콜레스테릭 구조 및 380nm 미만의 반사 파장을 갖는 중합된 LC 물질을 포함하는, 예컨대 WO 03/054111 호에 개시된 것이다. 2축 필름은 바람직하게는 스택의 백라이트 쪽에, 즉 편광판(13b)과 LC 층(12) 사이에 위치하여, 반사성 구성요소를 방해하지 않도록 한다.
다른 바람직한 실시양태에서, QWF는 반사성 부화소를 덮는 3가지 상이한 지연을 갖는 R-, G- 및 B-화소의 패턴을 추가로 나타내며, 이 때 필름의 R-, G- 및 B-화소에서의 지연은 선형 편광을 원형 편광으로 전환시키는 효율이 각각 색상 적색(R), 녹색(G) 또는 청색(B)에 대해 최적화되도록 선택된다. QWF는 그의 R-, G- 및 B-화소가 디스플레이의 상응하는 반사성 R-, G- 및 B-부화소를 덮도록 위치한다.
R, G, B-화소 처리된 QWF에서, R-, G- 및 B-화소의 지연 값은 바람직하게는 다음과 같이 선택된다:
파장 600nm의 적색 광의 경우, 지연은 140 내지 190nm, 바람직하게는 145 내지 180nm, 매우 바람직하게는 145 내지 160nm, 가장 바람직하게는 150nm이다.
파장 550nm의 녹색 광의 경우, 지연은 122 내지 152nm, 바람직하게는 127 내지 147nm, 매우 바람직하게는 132 내지 142nm, 가장 바람직하게는 137nm이다.
파장 450nm의 청색 광의 경우, 지연은 85 내지 120nm, 바람직하게는 90 내지 115nm, 매우 바람직하게는 100 내지 115nm, 가장 바람직하게는 112nm이다.
R, G, B-화소 처리된 HWF에서, R-, G- 및 B-화소의 지연 값은 바람직하게는 상기 주어진 QWF의 바람직한 값의 2배이다.
본 발명에 따른 LCD에서, 선형 편광판(13a/b)은 예를 들어 연신되고 염료-도핑된 플라스틱 필름을 포함하는 표준 흡수 편광판이다. 예컨대 EP-A-0 397 263 호에 기재되어 있는 바와 같이, 균일한 평면 배향 및 가시광을 흡수하는 이색성 염료를 갖는 중합된 LC 물질을 포함하는 선형 편광판을 사용할 수도 있다.
A-플레이트는 바람직하게는 예컨대 WO 98/04651 호에 개시되어 있는 바와 같이 평면 구조를 갖는 중합된 LC 물질의 필름이다. 음의 C-플레이트는 바람직하게는 WO 01/20393 호에 개시된 바와 같이 짧은 피치의 콜레스테릭 구조 및 UV 범위에서의 반사를 갖는 중합된 LC 물질의 필름이다. 그러나, 예컨대 US 5,619,352 호에 개시된 바와 같이 종래 기술로부터 공지된 다른 A-플레이트 및 C-플레이트 지연판, 또는 WO 03/054111 호에 개시된 2축 필름을 사용할 수도 있다.
편광판(13a/b) 및 HWF(20), QWF(21), A-플레이트(22) 및 C-플레이트(23) 같은 외부 지연판을 시판중인 PSA 필름(감압성 접착제) 같은 접착제 층(도면에 도시되지 않음)에 의해 기판(11a/b)에 부착할 수 있다.
바람직한 실시양태에서, QWF는 가시광 스펙트럼의 보다 넓은 파장 대역에 걸쳐, 바람직하게는 모든 가시광 파장에 대해, 선형 편광을 원형 편광으로 전환시키는 수색성 QWF(AQWF)(또는 브로드밴드 또는 와이드밴드 QWF)이다. 바람직하게는, 본 실시양태에 따른 AQWF는 각각 450nm, 550nm 및 650nm의 파장에서 측정할 때 실질적으로 상기 AQWF 상의 입사광의 파장의 1/4인 지연을 갖는다. 용어 "실질적으로 파장의 1/4"는 비 r/λ(여기에서, r은 AQWF의 지연이고, λ는 광의 파장임)가 0.2 내지 0.3, 바람직하게는 0.22 내지 0.28, 가장 바람직하게는 0.24 내지 0.26임을 의미한다. 지연 r은 r=d·(nx-ny)(여기에서, d는 필름 두께이고, nx 및 ny는 필름 평면에서의 주요 굴절률임)로서 정의된다.
상기 언급한 바와 같이, AQWF는 예를 들어 셀 내 또는 외부 QWF 및 HWF 층을 서로 바로 인접하게 제공하거나 또는 하나 이상의 투명한 비-지연 층(예컨대, 접착제 층)을 사이에 끼움으로써 제조될 수 있다. AQWF는 예를 들어 둘 다 평면 배향을 갖는 중합된 LC 물질을 포함하는 QWF와 HWF(이들은 서로 평행하게 배열되어 이들의 광축이 서로에 대해 40 내지 80°, 바람직하게는 55 내지 65°, 가장 바람직하게는 60°로 배향되도록 함)를 조합함으로써 EP-A-1 363 144 호에 기재된 바와 같이 제조될 수 있다.
QWF/HWF는 바람직하게는 임의적으로 지연 및/또는 배향 패턴을 갖는 중합된 LC 물질을 포함하는 필름이다. 이들은 셀 내에(즉, LC 셀을 구성하는 기판 내부에) 적용되어 시차 문제점을 피할 수 있고, UV 광을 사용하여 패턴화되어 디스플레이의 투과성 부분 상에 등방성 영역을 생성시킬 수 있다. 셀 내에 적용될 수 있는 주로 임의의 패턴화된 지연판을 QWF/HWF로서 사용할 수 있다.
중합된 LC 물질을 포함하는 패턴화되지 않은 QWF 및 HWF는 종래 기술에 공지되어 있고, 예를 들어 EP-A-1363144 호에 기재되어 있다.
본 발명에 따른 LCD에 사용하기 적합한 패턴화된 지연판은 종래 기술에 기재된 바 있다. 예를 들어, WO 03/019276 호 및 반 데르 잔드 등의 문헌[Proceedings of the SID 2003, p. 194-197]에 개시된 지연판을 사용할 수 있다.
특히 바람직한 것은 PCT/EP/2004/003547 호에 기재된 패턴화된 광학 지연 필름이다. 바람직하게는, 하기 단계를 포함하는 방법에 의해 패턴화된 필름을 제조하며, 이 때 광이성질화가능한 화합물의 양 및/또는 유형을 변화시키고/시키거나 광선(photoradiation)의 강도 및/또는 노출 시간을 변화시킴으로써, LC 물질의 지연 및/또는 배향을 조절한다:
a) 하나 이상의 광이성질화가능한 화합물을 포함하는 중합가능한 LC 물질의 층을 기판에 제공하는 단계;
b) LC 물질의 층을 평면 배향으로 정렬하는 단계;
c) 층 또는 층의 선택된 영역의 LC 물질을, 이성질화가능한 화합물의 이성질화를 야기하는 광선, 바람직하게는 UV 선에 노출시키는 단계;
d) 물질의 노출된 영역의 적어도 일부에서 LC 물질을 중합시킴으로써 배향을 고정시키는 단계; 및
e) 임의적으로, 기판으로부터 중합된 필름을 제거하는 단계.
바람직하게는, 광이성질화 및 광중합을 야기하는 선에 LC 물질을 노출시키는데, 이 때 광이성질화 및 광중합 단계는 상이한 조건하에서, 특히 상이한 기체 대기 하에서 수행되며, 특히 바람직하게는 광이성질화는 산소의 존재하에 수행되고, 광중합은 산소의 부재하에 수행된다.
특히 바람직한 것은 LC 물질의 상이한 지연을 갖는 둘 이상의 영역 및 상이한 배향을 갖는 둘 이상의 영역을 갖는 중합된 액정(LC) 물질을 포함하는 패턴화된 필름이며, 이 때 지연이 상이한 상기 영역은 또한 배향도 상이하거나 또는 이들은 상이한 영역일 수 있다. 그러므로, 필름은 예를 들어 제 1 영역 및 제 2 영역이 지연 및 배향 면에서 모두 상이한, 제 1 영역 및 제 2 영역의 패턴을 갖는다. 다른 실시양태에서, 필름은 제 1 영역 및 제 2 영역이 지연 및 배향중 하나에서 상이하고 제 3 영역이 상기 제 1 영역 및 제 2 영역중 하나 이상의 지연 및 배향중 하나 이상의 측면에서 상이한, 제 1 영역, 제 2 영역 및 제 3 영역의 패턴을 갖는다. 또 다른 실시양태에서, 필름은 각각의 영역이 각각의 다른 영역과는 상이한 지연을 갖고 상기 영역중 둘이 동일한 배향을 갖는, 제 1 영역, 제 2 영역, 제 3 영역 및 제 4 영역의 패턴을 갖는다. 다른 조합도 가능하다.
본 발명에 기재된 특수한 조건 및 물질과는 별도로, 단계 a) 내지 e)는 숙련자에게 공지되어 있고 문헌에 기재되어 있는 표준 절차에 따라 수행될 수 있다.
중합가능한 LC 물질은 광이성질화가능한 화합물, 바람직하게는 광이성질화가능한 메소제닉 또는 LC 화합물, 매우 바람직하게는 또한 중합가능하기도 한 광이성질화가능한 화합물을 포함한다. 이성질화가능한 화합물은 예를 들어 특수한 파장의 선, 예컨대 UV-선에 노출될 때 E-Z-이성질화에 의해 그의 형상을 변화시킨다. 이는 LC 물질의 균일한 평면 배향을 교란시켜, 그의 복굴절률을 낮춘다. 배향된 LC 층의 광학 지연이 LC 물질의 층 두께 d와 복굴절률 Δn의 곱 d·Δn으로서 주어지기 때문에, 볼굴절률이 낮아지면 또한 LC 물질의 조사된 부분에서 지연이 감소된다. 이어, 조사된 영역 또는 전체 필름의 동일 반응계내 중합에 의해 LC 물질의 배향 및 지연을 고정시킨다.
예를 들어 열 또는 광중합에 의해 LC 물질의 중합을 달성한다. 광중합이 이용되는 경우, LC 물질의 광이성질화 및 광중합에 사용되는 선의 유형은 동일하거나 상이할 수 있다. LC 물질의 광이성질화 및 광중합을 둘 다 야기할 수 있는 특정 파장의 선, 예컨대 UV-선을 사용하는 경우, 광이성질화 및 광중합 단계는 상이한 조건하에서, 특히 상이한 기체 대기하에서 바람직하게 수행된다. 이 경우, 광이성질화는 예컨대 공기 중에서와 같은 산소의 존재하에서 바람직하게 수행되고, 광중합은 산소의 부재하에서, 특히 바람직하게는 예컨대 질소 또는 아르곤 같은 희가스의 불활성 기체 대기하에서 수행된다. 이성질화 단계가 산소의 존재하에 또는 공기 중에서 수행되면, 산소가 물질에 존재하는 광개시제로부터 생성된 자유 라디칼을 소거하여 중합을 방지한다. 다음 단계에서는, 산소 또는 공기를 제거하고 질소 또는 아르곤 같은 불활성 기체로 대체함으로써 중합을 수행할 수 있도록 한다. 이에 따라 공정 단계를 더욱 우수하게 제어할 수 있다.
LC 물질 층에서 이성질화, 따라서 복굴절률 변화의 정도는 예를 들어, 선 조사량, 즉 선의 강도, 노출 시간 및/또는 동력을 변화시킴으로써 조절할 수 있다. 또한, 선원과 LC 층 사이에 포토마스크를 적용함으로써, 서로 상이한 특수한 지연 값을 갖는 영역 또는 화소의 패턴을 갖는 필름을 제조할 수 있다. 예를 들어, 간단한 단색 마스크를 사용하여 둘 이상의 상이한 지연 값을 갖는 필름을 생성시킬 수 있다. 모든 명암의(grey-scale) 마스크를 사용하여, 복수개의 상이한 지연의 영역을 나타내는 더욱 복잡한 필름을 제조할 수 있다. 목적하는 지연 값을 달성한 후, LC 층을 중합시킨다. 이러한 방식으로, 초기 LC 층의 지연 값으로부터 0에 이르는 지연 값을 갖는 중합체 지연 필름을 제조할 수 있다. LC 물질의 층 두께 및 개별적인 성분의 유형 및 양을 적절하게 선택함으로써, LC 물질의 초기 층의 지연 값을 조절한다.
중합가능한 LC 물질은 바람직하게는 네마틱 또는 스멕틱 LC 물질, 특히 네마틱 물질이고, 바람직하게는 하나 이상의 이반응성 또는 다반응성 비키랄 RM 및 임의적으로는 하나 이상의 일반응성 비키랄 RM을 포함한다. 이반응성 또는 다반응성 RM을 사용함으로써, 구조가 영구적으로 고정되고 높은 기계적 안정성 및 온도 또는 용매 같은 외부의 영향에 대한 광학 특성의 높은 안정성을 나타내는 가교결합된 필름이 수득된다. 그러므로, 가교결합된 LC 물질을 포함하는 필름이 특히 바람직하다.
그 자체로 공지되고 예를 들어 문헌[Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Thieme-Verlag, 슈투트가르트] 같은 유기 화학의 표준 연구에 기재되어 있는 방법에 의해, 본 발명에 사용되는 중합가능한 메소제닉 일반응성, 이반응성 및 다반응성 화합물을 제조할 수 있다.
중합가능한 LC 혼합물중의 단량체 또는 공단량체로서 사용될 수 있는 적합한 중합가능한 메소제닉 화합물의 예는 예를 들어 WO 93/22397 호, EP 0 261 712 호, DE 195 04 224 호, WO 95/22586 호, WO 97/00600 호 및 GB 2 351 734 호에 개시되어 있다. 그러나, 이들 문헌에 개시된 화합물은 본 발명의 범위를 한정하지 않는 예로서만 간주되어야 한다.
특히 유용한 중합가능한 메소제닉 화합물(반응성 메소젠)의 예가, 예로서만 간주되어야 하고 어떠한 방식으로도 본 발명을 설명하는 대신 한정하고자 하지 않는 하기 목록에 도시된다:
Figure 112007034772138-pct00001
Figure 112007034772138-pct00002
상기 화학식에서, P는 중합가능한 기, 바람직하게는 아크릴, 메타크릴, 비닐, 비닐옥시, 프로펜일 에터, 에폭시, 옥세테인 또는 스타이릴기이고; x 및 y는 1 내지 12의 동일하거나 상이한 정수이며; A는 L1에 의해 임의적으로 일치환, 이치환 또는 삼치환되는 1,4-페닐렌, 또는 1,4-사이클로헥실렌이고; u 및 v는 서로 독립적으로 0 또는 1이고; Z0은 -COO-, -OCO-, -CH2CH2-, -CH=CH-, -C≡C- 또는 단일 결합이며; R0은 극성 기 또는 비극성 기이고; L, L1 및 L2는 서로 독립적으로 H, F, Cl, CN 또는 임의적으로 할로겐화되는 C 원자 1 내지 7개의 알킬, 알콕시, 알킬카본일, 알킬카본일옥시, 알콕시카본일 또는 알콕시카본일옥시이며; r은 0, 1, 2, 3 또는 4이다. 상기 화학식에서 페닐 고리는 1, 2, 3 또는 4개의 기 L로 임의적으로 치환된다.
이와 관련하여 용어 '극성 기'는 F, Cl, CN, NO2, OH, OCH3, OCN, SCN, 임의적으로 플루오르화되는 C 원자 4개 이하의 알킬카본일, 알콕시카본일, 알킬카본일옥시 또는 알콕시카본일옥시기, 또는 일플루오르화, 올리고플루오르화 또는 다플루오르화되는 C 원자 1 내지 4개의 알킬 또는 알콕시기로부터 선택되는 기를 의미한다. 용어 '비극성 기'는 상기 '극성 기'의 정의에 의해 포괄되지 않는, C 원자 1개 이상, 바람직하게는 1 내지 12개의 임의적으로 할로겐화되는 알킬, 알콕시, 알킬카본일, 알콕시카본일, 알킬카본일옥시 또는 알콕시카본일옥시기를 의미한다.
특히 바람직한 것은 예컨대 상기 화학식 Ig의 화합물 같은, 높은 복굴절률을 갖는 아세틸렌 또는 톨레인기를 포함하는 하나 이상의 중합가능한 화합물을 포함하는 혼합물이다. 적합한 중합가능한 톨레인은 예를 들어 GB 2,351,734 호에 기재되어 있다.
적합한 광이성질화가능한 화합물은 종래 기술에 공지되어 있다. 광이성질화가능한 화합물의 예는 아조벤젠, 벤즈알독심, 아조메틴, 스틸벤, 스피로피란, 스피로옥사딘, 펄가이드, 다이아릴에텐, 신나메이트를 포함한다. 다른 예는 예컨대 EP 1 247 796 호에 기재된 2-메틸렌인데인-1-온 및 예컨대 EP 1 247 797 호에 기재된 (비스-)벤질리덴사이클로알칸온이다.
특히 바람직하게는, LC 물질은 하나 이상의 신나메이트, 구체적으로는 예컨대 US 5,770,107 호(P0095421) 및 EP 02008230.1 호에 기재되어 있는 신나메이트 반응성 메소젠(RM)을 포함한다. 매우 바람직하게는, LC 물질은 하기 화학식 III 내지 V의 화합물로부터 선택되는 하나 이상의 신나메이트 RM을 포함한다:
Figure 112007034772138-pct00003
Figure 112007034772138-pct00004
Figure 112007034772138-pct00005
상기 식에서,
P, A 및 v는 상기 주어진 의미를 갖고,
L은 상기 정의된 L1의 의미중 하나를 가지며,
Sp는 예를 들어 C 원자 1 내지 12개의 알킬렌 또는 알킬렌옥시 같은 스페이서 기, 또는 단일 결합이며,
R은 상기 정의된 Y 또는 R0이거나, P-Sp를 나타낸다.
특히 바람직한 것은 상기 정의된 극성 말단기 Y를 함유하는 신나메이트 RM이다. 매우 바람직한 것은 R이 Y인 화학식 III 및 IV의 신나메이트 RM이다.
LC 물질에서 광이성질화를 야기하는데 사용되는 광선은 광이성질화가능한 화합물의 유형에 따라 달라지고, 당해 분야의 숙련자에게 의해 용이하게 선택될 수 있다. 일반적으로, UV-선에 의해 유도되는 광이성질화를 나타내는 화합물이 바람직하다. 예를 들어, 화학식 III, IV 및 V의 화합물 같은 신나메이트 화합물의 경우에는, 전형적으로 UV-A 범위의 파장(320 내지 400nm) 또는 365nm의 파장을 갖는 UV-선을 사용한다.
다량의 광이성질화가능한 화합물을 함유하는 중합가능한 LC 물질이 본 발명에 특히 유용한 것으로 밝혀졌는데, 왜냐하면 이들 물질이 광학 지연 필름의 지연을 용이하게 제어 및 조정할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 다량의 광이성질화가능한 화합물을 함유하는 LC 화합물의 배항된 층은 선에 의해 광이성질화가 유도될 때 조사 시간이 증가됨에 따라 지연의 급격한 감소를 나타낸다. 이러한 물질에서, 지연은 보다 넓은 값의 범위 내에서 변화될 수 있고, 예컨대 약간의 지연 변화만을 나타내는 물질과 비교하여 조사 시간을 변화시킴으로써 더욱 정확하게 조절될 수 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시양태에 따라, 중합가능한 LC 물질의 중합가능한 성분은 광이성질화가능한 화합물, 바람직하게는 신나메이트 RM, 가장 바람직하게는 화학식 III, IV 및 V로부터 선택되는 화합물을 12몰% 이상 포함한다.
용어 '중합가능한 성분'은 전체 중합가능한 혼합물중 중합가능한 메소제닉 및 비-메소제닉 화합물(즉, 다른 중합가능하지 않은 성분 및 개시제, 계면활성제, 안정화제, 용매 등과 같은 첨가제를 포함하지 않음)을 지칭한다.
바람직하게는, LC 물질의 중합가능한 성분은 광이성질화가능한 화합물, 바람직하게는 신나메이트 RM, 가장 바람직하게는 화학식 III, IV 및 V로부터 선택되는 화합물을 12 내지 100몰%, 매우 바람직하게는 40 내지 100몰%, 특히 60 내지 100몰%, 가장 바람직하게는 80 내지 100몰% 포함한다.
다른 바람직한 실시양태에서, LC 물질의 중합가능한 성분은 광이성질화가능한 화합물, 바람직하게는 신나메이트 RM, 가장 바람직하게는 화학식 III, IV 및 V로부터 선택되는 화합물을 20 내지 99몰%, 바람직하게는 30 내지 80몰%, 가장 바람직하게는 40 내지 65몰% 포함한다.
또 다른 바람직한 실시양태에서, LC 물질의 중합가능한 성분은 광이성질화가능한 RM, 바람직하게는 신나메이트 RM, 가장 바람직하게는 화학식 III, IV 및 V로부터 선택되는 화합물을 100몰% 포함한다.
중합된 필름중 LC-분자(디렉터)의 경사각 θ는 지연 측정치로부터 결정될 수 있다. 이들 측정치는 LC 물질이 광이성질화시키는데 이용되는 광조사에 보다 긴 시간동안 또는 보다 더 높은 선 강도까지 노출되는 경우, 그의 원래의 평면 배향이 경사지거나 비스듬한 배향으로 변화됨을 보여준다. 현저하게는, 이들 비스듬한 필름은 낮은 예비-경사 기판 상에 생성되는 비스듬한 LC 필름에 통상적으로 수반되는 역경사(reverse tilt) 결함을 나타내지 않는다. 그러므로, 본 발명에 따른 방법은 균일하고 비스듬한 지연 필름을 수득하는 훌륭한 방법을 제공한다.
그러므로, 본 발명의 다른 바람직한 실시양태에 따라, LC 물질에서 이성질화를 야기하는데 사용되는 조사 시간 및/또는 광선의 강도를 변화시킴으로써 필름에서 LC 물질의 배향을 조절한다. 이 바람직한 실시양태는 또한 상기 단계 a) 내지 e)에 기재된 바와 같이 평면 배향을 갖는 중합가능한 LC 물질의 층에서 배향을 변 화시킴으로써, 비스듬한 구조를 갖고 감소된 수의 역경사 결함을 나타내거나 심지어는 경사 결함을 나타내지 않는 중합된 LC 필름을 제조하는 방법에 관한 것이다.
이 실시양태는 또한 바람직하게는 3㎛ 미만, 매우 바람직하게는 0.5 내지 2.5㎛의 두께를 갖는, 상기 방법에 의해 수득된 비스듬한 필름에 관한 것이다.
최적 조사 시간 및 선 강도는 사용되는 LC 물질의 유형, 특히 LC 물질중 광이성질화가능한 화합물의 유형 및 양에 따라 달라진다.
상기 언급된 바와 같이, 예를 들어 신나메이트 RM을 함유하는 중합가능한 LC 물질의 지연 감소는 높은 농도의 신나메니트 RM을 갖는 혼합물의 경우 더 크다. 반면, 더 높은 조사량의 UV-광으로 중합가능한 LC 물질을 조사하면 비스듬한 필름이 생성된다.
그러므로, LC 층에서 지연 및 배향의 변화를 조절하는 다른 방법은 LC 층에서 평면 배향을 유지하면서 광이성질화에 의해 수득되는 지연의 최대 감소를 광이성질화 화합물의 농도의 함수로서 정의함에 의한 것이다.
평면 배향으로부터 비스듬한 배향으로의 배향 변화가 요구되지 않는, 본 발명에 따른 필름을 제조하는 방법에 사용하기 위한 중합가능한 LC 혼합물에서, 중합가능한 성분은 바람직하게는 화학식 III, IV 및/또는 V의 광이성질화가능한 신나메이트 화합물을 40 내지 90몰%, 매우 바람직하게는 50 내지 70% 포함한다.
평면 배향으로부터 비스듬한 배향으로의 배향 변화가 요구되는, 본 발명에 따른 필름을 제조하는 방법에 사용하기 위한 중합가능한 LC 혼합물에서, 중합가능한 성분은 바람직하게는 화학식 III, IV 및/또는 V의 광이성질화가능한 신나메이트 화합물을 100% 포함한다.
또한, 평면 배향으로부터 비스듬한 배향으로의 배향 변화가 요구되는, 본 발명에 따른 필름을 제조하는 방법에 사용되는 중합가능한 LC 혼합물은 R이 알킬기인 화학식 III 또는 IV의 광이성질화가능한 신나메이트 화합물을 포함하지 않는다.
포토마스크 기법을 이용함으로써, 이 제 2의 바람직한 실시양태에 따른 방법을 이용하여 상이한 배향 및/또는 상이한 지연을 갖는 영역을 포함하는 패턴화된 필름을 제조할 수 있다.
특히 바람직한 것은 평면 배향을 갖는 하나 이상의 영역 및 비스듬한 배향을 갖는 하나 이상의 영역을 포함하는 필름이다.
지연이 0인 영역을 하나 이상 포함하는 필름도 바람직하다.
상기 기재된 방법을 또한 이용하여, 하기 단계를 포함하는 방법에 의해 각각 LC 물질의 상이한 배향을 갖는 복수개의 중합된 LC 필름을 포함하는 다층을 제조할 수도 있는데, 이 때 하기 제 1 층 및 제 2 층중 하나 이상 또는 그의 선택된 영역의 LC 물질은 중합 전에 이성질화가능한 화합물의 이성질화를 야기하는 광선, 바람직하게는 UV 선에 노출시킨다:
A) 하나 이상의 광이성질화가능한 화합물을 포함하는 중합가능한 LC 물질의 제 1 층을 기판 상에 제공하는 단계; B) LC 물질의 제 1 층을 평면 배향으로 정렬시키고 물질을 중합시킴으로써, 배향을 고정시키는 단계; C) 단계 A) 및 B)에 기재된 바와 같이 LC 물질의 제 2 층을 제공하는 단계(이때에는, 제 1 층이 기판으로서의 역할을 함).
2개 이상, 매우 바람직하게는 2, 3 또는 4개의 중합된 LC 필름을 포함하는 다층이 특히 바람직하다.
예를 들면, 제 1의 중합된 평면상 LC 필름을 상기 기재된 바와 같이 제조한다. 이 필름을 기판으로서 사용하고, 이어 동일한 LC 혼합물의 제 2 층을 코팅한다. 제 2 층을 평면 배향으로 정렬시킨다. 따라서, 2개의 평면상의 중합된 LC 필름을 포함하는 스택을 생성시킬 수 있다. 제 2 층을 중합시키기 전에 예컨대 충분한 조사량의 UV-광으로 조사하면, 이는 비스듬한 구조를 나타낸다. 따라서, 평면상 및 비스듬한 중합된 LC 필름을 포함하는 스택을 제조할 수 있다.
제 1 층의 LC 혼합물을 중합시키기 전에 예컨대 충분한 조사량의 UV-광으로 조사하면, 제 1 층은 비스듬한 LC 필름을 생성시킨다. 동일한 LC 혼합물의 제 2 층을 이 비스듬한 필름 상에 코팅하고 중합시키기 전에 조사하면, 제 2 층은 호메오트로픽 정렬 층을 형성하여, 비스듬한 필름과 호메오트로픽 필름의 스택을 생성시킬 수 있다.
특히 바람직한 것은 평면 배향을 갖는 하나 이상의 층 및 비스듬한 배향을 갖는 하나 이상의 층을 포함하는 다층이다.
비스듬한 배향을 갖는 하나 이상의 층 및 호메오트로픽 배향을 갖는 하나 이상의 영역을 포함하는 다층이 또한 바람직하다.
또한, 상기 방법을 조합하여 상이한 배향을 갖는 영역 및 상이한 지연을 갖는 영역의 패턴을 갖는 필름을 제조할 수도 있다.
상기 방법을 조합하여, 둘 이상의 층을 포함하되 이들 층중 하나 이상이 상 이한 배향 및/또는 상이한 지연을 갖는 영역의 패턴을 갖는 다층을 제조할 수도 있다.
중합체 필름을 제조하기 위하여, 중합가능한 LC 혼합물을 바람직하게는 기판 상에 코팅하고, 바람직하게는 평면 배향으로 정렬시키며, 이성질화시켜 목적하는 지연 또는 배향 패턴을 생성시키고, 예를 들어 열 또는 화학선에 노출시킴으로써 동일 반응계 내에서 중합시켜 LC 분자의 배향을 고정시킨다. 정렬 및 경화는 혼합물의 LC 상에서 수행한다.
본 발명에 따른 디스플레이 및 광학 구성요소에서, 중합가능하고 이성질화가능한 LC 물질을 기판으로서 작용하는 컬러 필터 상에, 또는 컬러 필터 상에 도포된 정렬 층 상에 바람직하게 도포한다.
회전 코팅 또는 블레이드 코팅 같은 통상적인 코팅 기법에 의해 중합가능한 LC 물질을 기판 상으로 도포할 수 있다. 예를 들어 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 릴-대-릴 인쇄, 문자 프레스 인쇄, 그라비야 인쇄, 로토그라비야 인쇄, 플렉소 인쇄, 음각 인쇄, 패드 인쇄, 열-밀봉 인쇄, 잉크-제트 인쇄 또는 스탬프 또는 인쇄판에 의한 인쇄 같은, 숙련자에게 공지되어 있는 통상적인 인쇄 기법에 의해, 이를 기판에 도포할 수도 있다.
중합가능한 메소제닉 물질을 적합한 용매에 용해시킬 수도 있다. 이어, 이 용액을 예컨대 회전-코팅 또는 인쇄 또는 다른 공지의 기법에 의해 기판에 코팅 또는 인쇄하고, 중합시키기 전에 용매를 증발시킨다. 대부분의 경우, 용매의 증발을 용이하게 하기 위하여 혼합물을 가열하는 것이 적합하다. 용매로서 예컨대 표준 유기 용매를 사용할 수 있다. 용매는 예를 들어 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 메틸 프로필 케톤 또는 사이클로헥산온 같은 케톤; 예컨대 메틸, 에틸 또는 뷰틸 아세테이트 또는 메틸 아세토아세테이트 같은 아세테이트; 예를 들어 메탄올, 에탄올 또는 아이소프로필 알콜 같은 알콜; 예를 들어 톨루엔 또는 자일렌 같은 방향족 용매; 예컨대 다이- 또는 트라이클로로메테인 같은 할로겐화된 탄화수소; 예컨대 PGMEA(프로필 글라이콜 모노메틸 에터 아세테이트), γ-뷰티로락톤 같은 글라이콜 또는 이들의 에스터 등으로부터 선택될 수 있다. 상기 용매의 이원, 삼원 또는 그 이상의 혼합물을 사용할 수도 있다.
예를 들어 물질이 코팅되는 기판의 문지름 처리에 의해, 코팅 동안 또는 코팅 후 물질의 전단에 의해, 정렬 층의 적용에 의해, 코팅된 물질에의 자기장 또는 전기장에 의해, 또는 LC 물질에 표면-활성 화합물을 첨가함에 의해, 중합가능한 LC 물질의 초기 정렬(예컨대, 평면 정렬)을 달성할 수 있다. 정렬 기법에 대한 개괄은 예를 들어 세이지(I. Sage)의 문헌["Thermotropic Liquid Crystals", 그레이 편집, John Wiley & Sons, 1987, 페이지 75 내지 77] 및 우치다(T. Uchida) 및 세키(H. Seki)의 문헌["Liquid Crystals-Applications and Uses Vol. 3", 바하더 편집, World Scientific Publishing, 싱가폴 1992, 페이지 1-63]에 기재되어 있다. 정렬 물질 및 기법에 대한 개괄은 코냐드(J. Cognard)의 문헌[Mol. Cryst. Liq. Cryst. 78, 보충본 1 (1981), 페이지 1-77]에 기재되어 있다.
바람직한 실시양태에서, 중합가능한 LC 물질은 기판 상에서의 LC 물질의 평면 정렬을 유도하거나 향상시키는 첨가제를 포함한다. 바람직하게는, 첨가제는 하 나 이상의 계면활성제를 포함한다. 적합한 계면활성제는 예를 들어 코냐드의 문헌[Mol. Cryst. Liq. Cryst. 78, 보충본 1, 1-77 (1981)]에 기재되어 있다. 특히 바람직한 것은 비이온성 계면활성제, 매우 바람직하게는 예컨대 시판중인 탄화플루오르 계면활성제인 플루오라드(Fluorad) FC-171(등록상표)[쓰리엠 캄파니(3M Co.) 제품] 또는 조닐(Zonyl) FSN(등록상표)[듀퐁(DuPont) 제품], 및 GB 0227108.8 호에 기재되어 있는 계면활성제이다.
다른 바람직한 실시양태에서는, 정렬 층을 기판에 도포하고, 지연 필름을 구성하는 중합가능한 LC 물질을 이 정렬 층 위에 도포한다. 정렬 층은 LC 물질에서 목적하는 초기 배향, 예컨대 평면 배향을 유도한다. 이어, LC 물질을 상기 기재된 바와 같이 이성질화 및 경화시킨다. 적합한 정렬 층은 예컨대 US 5,602,661 호, US 5,389,698 호 또는 US 6,717,644 호에 기재된 바와 같은 문질러진 폴리이미드 또는 광정렬에 의해 제조된 정렬 층 같이 당해 분야에 공지되어 있다.
예를 들어 열 또는 화학선에 노출시킴으로써 중합을 달성할 수 있다. 화학선은 UV 광, IR 광 또는 가시광 같은 광을 사용한 조사, X-선 또는 감마선을 사용한 조사, 또는 이온 또는 전자 같은 고에너지 입자를 사용한 조사를 의미한다. 바람직하게는, 비-흡수 파장에서의 UV 조사에 의해 중합을 수행한다. 화학선원으로서, 예를 들어 단일 UV 램프 또는 UV 램프 세트를 사용할 수 있다. 높은 램프 동력을 사용할 때 경화 시간을 단축시킬 수 있다. 다른 가능한 화학선원은 예컨대 UV 레이저, IR 레이저 또는 가시광 레이저이다.
화학선의 파장에서 흡수하는 개시제의 존재하에서 바람직하게 중합을 수행한 다. 예를 들어, UV 광에 의해 중합시키는 경우, UV 조사하에 분해되어 중합 반응을 개시시키는 자유 라디칼 또는 이온을 생성시키는 광개시제를 사용할 수 있다. 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트기를 갖는 중합가능한 물질을 경화시키는 경우에는 바람직하게는 라디칼 광개시제를 사용하고, 비닐, 에폭사이드 및 옥세테인기를 갖는 중합가능한 물질을 경화시키는 경우에는 양이온성 광개시제를 바람직하게 사용한다. 또한, 가열될 때 분해되어 중합을 개시시키는 자유 라디칼 또는 이온을 생성시키는 중합 개시제를 사용할 수도 있다. 라디칼 중합용 광개시제로서, 예를 들어 시판중인 어가큐어(Irgacure) 651, 어가큐어 184, 다로큐어(Darocure) 1173 또는 다로큐어 4205[모두 시바 가이기 아게(Ciba Geigy AG) 제품]를 사용할 수 있는 반면, 양이온성 광중합의 경우에는 시판중인 UVI 6974[유니온 카바이드(Union Carbide)]를 사용할 수 있다.
경화 시간은 특히 중합가능한 물질의 반응성, 코팅된 층의 두께, 중합 개시제의 유형 및 UV 램프의 동력에 따라 달라진다. 본 발명에 따른 경화 시간은 바람직하게는 10분 이하, 특히 바람직하게는 5분 이하, 매우 특히 바람직하게는 2분 미만이다. 대량 생산의 경우, 3분 이하, 매우 바람직하게는 1분 이하, 특히 30초 이하의 짧은 경화 시간이 바람직하다.
혼합물은 또한 중합에 사용되는 선의 파장으로 조정된 흡수 최대치를 갖는 하나 이상의 염료, 특히 4,4'-아족시 아니솔 또는 시판중인 티누빈(Tinuvin)(스위스 바젤 소재의 시바 아게 제품) 같은 UV 염료를 포함할 수도 있다.
다른 바람직한 실시양태에서, 중합가능한 물질의 혼합물은 하나의 중합가능 한 작용기를 갖는 하나 이상의 비-메소제닉 화합물을 70% 이하, 바람직하게는 1 내지 50% 포함한다. 전형적인 예는 알킬아크릴레이트 또는 알킬메타크릴레이트이다.
또한, 중합체의 가교결합을 증가시키기 위하여, 이작용성 또는 다작용성의 중합가능한 메소제닉 화합물 대신 또는 그에 덧붙여 둘 이상의 중합가능한 작용기를 갖는 하나 이상의 비-메소제닉 화합물 20% 이하를 중합가능한 LC 물질에 첨가함으로써 중합체의 가교결합을 증가시킬 수도 있다. 이작용성 비-메소제닉 단량체의 전형적인 예는 알킬기가 C 원자 1 내지 20개를 갖는 알킬다이아크릴레이트 또는 알킬다이메타크릴레이트이다. 다작용성 비-메소제닉 단량체의 전형적인 예는 트라이메틸프로페인트라이메타크릴레이트 또는 펜타에리트리톨테트라아크릴레이트이다.
본 발명의 중합체 필름의 물리적 특성을 개질시키기 위하여 중합가능한 물질에 하나 이상의 연쇄 전달제를 첨가할 수도 있다. 특히 바람직한 것은 예컨대 도데케인 티올 같은 일작용성 티올 화합물 또는 예컨대 트라이메틸프로페인 트라이(3-머캅토프로피온에이트) 같은 다작용성 티올 화합물 등의 티올 화합물, 매우 바람직하게는 예를 들어 WO 96/12209 호, WO 96/25470 호 또는 US 6,420,001 호에 개시된 것과 같은 메소제닉 또는 액정 티올 화합물이다. 연쇄 전달제를 첨가하는 경우에는, 본 발명의 중합체 필름중 유리 중합체 쇄의 길이 및/또는 두 가교결합 사이의 중합체 쇄의 길이를 조절할 수 있다. 연쇄 전달제의 양이 증가될 때, 수득되는 중합체 필름의 중합체 쇄 길이는 감소된다.
중합가능한 LC 물질은 중합체 결합제 또는 중합체 결합제를 생성시킬 수 있는 하나 이상의 단량체 및/또는 하나 이상의 분산 보조제를 추가로 포함할 수 있 다. 적합한 결합제 및 분산 보조제는 예컨대 WO 96/02597 호에 개시되어 있다. 그러나, 특히 바람직한 것은 결합제 또는 분산 보조제를 함유하지 않는 LC 물질이다.
중합가능한 LC 물질은 예를 들어 촉매, 증감제, 안정화제, 저해제, 연쇄 전달제, 동시 반응 단량체, 표면-활성 화합물, 윤활제, 습윤제, 분산제, 소수성화제, 접착제, 유동 개선제, 소포제, 탈기제, 희석제, 반응성 희석제, 보조제, 착색제, 염료 또는 안료 같은 하나 이상이 다른 적합한 성분을 추가로 포함할 수 있다.
상기 기재된 패턴화된 층과는 다르게, 열 패턴화에 의해, 예를 들어 이성질화가능한 화합물을 함유할 필요가 없는 중합가능한 LC 물질의 층을 사용하고 상이한 온도에서 상이한 구역을 중합시켜 이들이 상이한 복굴절률을 갖고 따라서 상이한 지연을 갖게 함으로써 패턴화된 필름을 제조할 수도 있다.
하기 실시예는 본 발명을 한정하지 않으면서 본 발명을 예시하기 위해 제공된다. 이들 실시예에서, 달리 언급되지 않는 한 모든 온도는 ℃ 단위로 기재되고 백분율은 모두 중량%로서 기재된다. 휘도, 색도 및 콘트라스트 플롯 같은 광학 성능의 시뮬레이션은 베르맨(Berreman) 4×4 매트릭스 계산을 이용하여 수행한다.
실시예 1-패턴화된 QWF 의 제조
하기 중합가능한 LC 혼합물을 배합한다:
Figure 112007034772138-pct00006
Figure 112007034772138-pct00007
상기 화학식 1 내지 5의 화합물은 종래 기술에 기재되어 있다. 어가큐어 651은 시판중인 광개시제(스위스 바젤 소재의 시바 아게 제품)이다. 플루오라드 FC 171은 시판중인 비이온성 탄화플루오르 계면활성제(3M 제품)이다.
혼합물을 용해시켜 자일렌중 50중량%의 용액을 생성시킨다. 이 용액을 여과하고(0.2㎛ PTFE 막) 유리/문지른 폴리이미드 슬라이드[재팬 신테틱 러버(Japan Synthetic Rubber) 제품인 낮은 예비 경사 폴리이미드 JSR AL 1054] 상에 회전 코팅시킨다. 코팅된 필름을 모든 명암의(0:50:100% T) 마스크를 통해 공기 중에서 20mWcm-2의 313nm 선에 노출시킨다.
이어서, 20mWcm-2의 UV-A 선을 사용하여 N2-대기 중에서 60초간 필름을 광중합시켜, 상이한 지연을 갖는 영역의 패턴을 갖는 패턴화된 필름을 수득한다.
실시예 2(비교 실시예 )-2개의 QWF 및 2개의 HWF 를 갖는 반투과성 VA 디스플레이
도 2에 도시된 바와 같은 광학 층의 스택을 갖는 반투과성 VA LCD의 광학 성능을 계산한다.
구성요소의 매개변수는 다음과 같다:
전방 편광판 방향: +45°
후방 편광판 방향: -45°
LC의 지연(반사성 부화소): 240nm
LC의 지연(투과성 부화소): 480nm
전방 QWF의 광축: -30°
후방 QWF의 광축: +60°
전방/후방 QWF의 지연: 138nm
전방 HWF의 광축: +30°
후방 HWF의 광축: -60°
전방/후방 HWF의 지연: 275nm
투과성 부화소 및 반사성 부화소의 각 휘도가 도 8A/B에 도시되어 있다. 축방향 휘도는 45.4%(투과성) 및 44.0%(반사성)이다.
반사성 부화소 및 투과성 부화소의 밝은 상태 색도 플롯이 도 9A/B에 도시되어 있다. 색도는 10.7%(투과성) 및 7.3%(반사성)이다.
투과성 부화소 및 반사성 부화소의 축방향 콘트라스트가 도 10A/B에 도시되어 있다.
실시예 3 내지 8-패턴화된 셀 내 QWF 를 갖는 반투과성 VA 디스플레이
실시예 3 내지 8의 디스플레이에서는, 더 이상 원형 편광이 필요하지 않다는 사실 때문에, 투과성 모드에서 시야각이 급격히 증가한다. 이에 따라 시야각을 더 확대하기 위하여 시야각 향상 필름을 사용할 수 있다.
실시예 3
도 3에 도시된 광학 층의 스택을 갖는 본 발명에 따른 화소 처리된 반투과성 VA LCD의 광학 성능을 계산한다.
구성요소의 매개변수는 다음과 같다:
전방 편광판 방향: 0°
후방 편광판 방향: +90°
LC의 지연(반사성 부화소): 240nm
LC의 지연(투과성 부화소): 480nm
셀 내 QWF의 광축(반사성 부화소): +45°
셀 내 QWF의 지연(반사성 부화소): 138nm
예를 들어 실시예 1에 기재되어 있는 바와 같이 패턴화된 셀 내 QWF를 제조할 수 있다.
투과성 부화소 및 반사성 부화소의 각 휘도가 도 11A/B에 도시되어 있다. 축방향 휘도는 45.2%(투과성) 및 43.4%(반사성)이다
투과성 부화소 및 반사성 부화소의 밝은 상태 색도 플롯이 도 12A/B에 도시되어 있다. 색도는 9.5%(투과성) 및 10.6%(반사성)이다.
투과성 부화소 및 반사성 부화소의 축방향 콘트라스트는 도 13A/B에 도시되어 있다.
실시예 4
도 4에 도시된 바와 같은 광학 층의 스택을 갖는 본 발명에 따른 화소 처리된 반투과성 VA LCD의 광학 성능을 계산한다.
구성요소의 매개변수는 다음과 같다:
전방 편광판 방향: +30°
후방 편광판 방향: +90°
LC의 지연(반사성 부화소): 240nm
LC의 지연(투과성 부화소): 480nm
셀 내 QWF의 광축(반사성 부화소): -45°
셀 내 QWF의 지연(반사성 부화소): 138nm
전방 HWF의 광축: +15°
전방 HWF의 지연: 275nm
예를 들어 실시예 1에 기재되어 있는 바와 같이 패턴화된 셀 내 QWF를 제조할 수 있다.
투과성 부화소 및 반사성 부화소의 각 휘도는 도 14A/B에 도시되어 있다. 축방향 휘도는 45.1%(투과성) 및 44.0%(반사성)이다.
투과성 부화소 및 반사성 부화소의 밝은 상태 색도 플롯은 도 15A/B에 도시되어 있다. 색도는 9.5%(투과성) 및 7.0%(반사성)이다.
투과성 부화소 및 반사성 부화소의 축방향 콘트라스트는 도 16A/B에 도시되어 있다.
실시예 5
도 5에 도시된 바와 같은 광학 층의 스택을 갖는 본 발명에 따른 화소 처리된 반투과성 VA LCD의 광학 성능을 계산한다.
구성요소의 매개변수는 다음과 같다:
전방 편광판 방향: +30°
후방 편광판 방향: -60°
LC의 지연(반사성 부화소): 240nm
LC의 지연(투과성 부화소): 480nm
셀 내 QWF의 광축(반사성 부화소): -45°
셀 내 QWF의 지연(반사성 부화소): 138nm
전방 HWF의 광축: +15°
후방 HWF의 광축: -75°
전방/후방 HWF의 지연: 275nm
예를 들어 실시예 1에 기재되어 있는 바와 같이 패턴화된 셀 내 QWF를 제조할 수 있다.
투과성 부화소 및 반사성 부화소의 각 휘도는 도 17A/B에 도시되어 있다. 축방향 휘도는 45.7%(투과성) 및 44.0%(반사성)이다.
투과성 부화소 및 반사성 부화소의 밝은 상태 색도 플롯은 도 18A/B에 도시되어 있다. 색도는 8.8%(투과성) 및 7.0%(반사성)이다.
투과성 부화소 및 반사성 부화소의 축방향 콘트라스트는 도 19A/B에 도시되어 있다.
실시예 6
도 6에 도시된 바와 같은 광학 층의 스택을 갖는 본 발명에 따른 화소 처리된 반투과성 VA LCD의 광학 성능을 계산한다.
구성요소의 매개변수는 다음과 같다:
전방 편광판 방향: 0°
후방 편광판 방향: +90°
LC의 지연(반사성 부화소): 240nm
LC의 지연(투과성 부화소): 480nm
셀 내 QWF의 광축(반사성 부화소): +75°
셀 내 QWF의 지연(반사성 부화소): 138nm
셀 내 HWF의 광축(반사성 부화소): +15°
셀 내 HWF의 지연(반사성 부화소): 275nm
예를 들어 실시예 1에 기재되어 있는 바와 같이 패턴화된 셀 내 QWF 및 HWF를 제조할 수 있다.
반사성 부화소 및 투과성 부화소의 각 휘도는 도 20에 도시되어 있다. 축방향 휘도는 45.2%(반사성) 및 43.4%(투과성)이다.
투과성 부화소 및 반사성 부화소의 밝은 상태 색도 플롯은 도 21A/B에 도시되어 있다. 색도는 9.5%(투과성) 및 10.6%(반사성)이다.
투과성 부화소 및 반사성 부화소의 축방향 콘트라스트는 도 22A/B에 도시되어 있다.
실시예 7
도 5에 도시된 바와 같은 광학 층의 스택을 갖는 본 발명에 따른 화소 처리된 반투과성 VA LCD의 광학 성능을 계산한다.
구성요소의 매개변수는 다음과 같다:
전방 편광판 방향: 0°
후방 편광판 방향: +90°
LC의 지연(반사성 부화소): 240nm
LC의 지연(투과성 부화소): 480nm
셀 내 QWF의 광축(반사성 부화소): +75°
셀 내 QWF의 지연(반사성 부화소): 138nm
셀 내 HWF의 광축(반사성 부화소): +15°
셀 내 HWF의 지연(반사성 부화소): 275nm
-C-플레이트의 지연: -325nm
+A-플레이트의 광축: 0°
+A-플레이트의 지연: 138nm
예를 들어 실시예 1에 기재되어 있는 바와 같이 패턴화된 셀 내 QWF 및 HWF를 제조할 수 있다.
투과성 부화소 및 반사성 부화소의 각 휘도는 도 23A/B에 도시되어 있다. 축방향 휘도는 45.4%(투과성) 및 43.4%(반사성)이다.
투과성 부화소 및 반사성 부화소의 밝은 상태 색도는 도 24A/B에 도시되어 있다. 색도는 14.0%(투과성) 및 10.6%(반사성)이다.
투과성 부화소 및 반사성 부화소의 축방향 콘트라스트는 도 25A/B에 도시되어 있다.

Claims (12)

  1. 반사성 부화소(subpixel) 및 투과성 부화소로 분할되는 하나 이상의 화소를 포함하는 반투과성 수직 정렬(VA) 액정 디스플레이(LCD)에 있어서,
    전기장이 인가될 때 상이한 배향 사이에서 전환될 수 있는 LC 층을 사이에 끼우는 전방 전극 층 및 후방 전극 층을 포함하는 LC 셀로서, 상기 전극들이 투명한 기판들의 내부에 제공되는 LC 셀, 및
    상기 LC 셀을 사이에 끼우고 전방 편광 방향 및 후방 편광 방향을 갖는 전방 편광판 및 후방 편광판
    을 포함하고,
    상기 전방 편광판과 LC 층 사이에 위치하고, 1/4-파장(λ/4) 지연을 갖는 영역 및 실질적으로 지연을 갖지 않는 영역의 패턴을 가지며, 상기 λ/4-영역이 본질적으로 반사성 부화소만을 덮도록 배열되는, 하나 이상의 1/4-파장 지연 필름(QWF)을 포함함을 특징으로 하며,
    상기 QWF는 반사성 부화소 및 투과성 부화소 모두의 위에 연속적으로 형성되고, 적어도 하나의 광이성질화가능한 화합물을 포함하는 중합가능한 LC 물질로부터 제조되며, 광이성질화가능한 화합물의 양 또는 유형의 변화 또는 광선(photoradiation)의 강도 또는 노출 시간의 변화를 통해 QWF의 지연을 조절함으로써 패턴화되는 것인,
    반투과성 수직 정렬(VA) 액정 디스플레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 디스플레이가, 서로 평행하고 그중 하나 이상이 입사광에 대해 투명한 제 1 기판 및 제 2 기판 평면, 상기 LC 셀의 개별적인 화소를 개별적으로 전환시키는데 사용할 수 있는 기판중 하나 상의 비선형 전기 소자의 어레이, 상기 기판중 하나상에 제공되고 삼원색인 적색, 녹색 및 청색(R, G, B)중 하나를 투과하는 상이한 화소의 패턴을 가지며 임의적으로 평탄화 층으로 덮이는 컬러 필터 어레이, 상기 제 1 기판의 내부에 제공되는 제 1 전극 층, 임의적으로 상기 제 2 기판의 내부에 제공되는 제 2 전극 층, 임의적으로 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 상에 제공되는 제 1 정렬 층 및 제 2 정렬 층, 전기장을 인가함으로써 둘 이상의 상이한 배향 사이에서 전환가능한 LC 매질을 포함하는 액정(LC) 셀; LC 셀의 제 1 면상의 제 1 선형 편광판; LC 셀의 제 2 면상의 제 2 선형 편광판; 및 제 1 항에 정의된 바와 같은 하나 이상의 QWF를 포함함을 특징으로 하는, 반투과성 수직 정렬(VA) 액정 디스플레이.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 QWF가 제 1 기판 또는 제 2 기판과 LC 매질 사이에(셀 내에) 위치함을 특징으로 하는, 반투과성 수직 정렬(VA) 액정 디스플레이.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 QWF가 컬러 필터와 가장 근접한 전극 사이에 위치함을 특징으로 하는, 반투과성 수직 정렬(VA) 액정 디스플레이.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 QWF의 두께가 0.5 내지 3.5마이크론임을 특징으로 하는, 반투과성 수직 정렬(VA) 액정 디스플레이.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 QWF의 축방향 지연이 100 내지 175nm임을 특징으로 하는, 반투과성 수직 정렬(VA) 액정 디스플레이.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 QWF가 수색성(achromatic) QWF(AQWF)임을 특징으로 하는, 반투과성 수직 정렬(VA) 액정 디스플레이.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 액정 디스플레이가 LC 셀의 외부에 1/2-파장 지연 필름(HWF) 및/또는 QWF를 추가로 포함함을 특징으로 하는, 반투과성 수직 정렬(VA) 액정 디스플레이.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 액정 디스플레이가 하나 이상의 A-플레이트 및/또는 하나 이상의 C-플레이트 지연판을 추가로 포함함을 특징으로 하는, 반투과성 수직 정렬(VA) 액정 디스플레이.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 액정 디스플레이가 R-, G-, B-화소의 패턴을 갖는 컬러 필터를 포함하고, 상기 QWF가 선형 편광을 원형 편광으로 전환시키는 효율이 각각 색상 R, G 및 B에 대해 최적화되도록 조정되는 상이한 지연을 갖는 R-, G- 및 B-화소의 패턴을 나타내며, 상기 QWF가 그의 R-, G- 및 B-화소가 각각 컬러 필터의 상응하는 R-, G- 및 B-화소를 덮도록 위치함을 특징으로 하는, 반투과성 수직 정렬(VA) 액정 디스플레이.
  11. 투과성 부화소 및 반사성 부화소를 포함하는 반투과성 수직 정렬(VA) 액정 디스플레이에 사용하기 위한 패턴화된 1/4-파장 지연 필름(QWF)으로서,
    상기 패턴화된 QWF는 1/4-파장(λ/4) 지연을 갖는 영역 및 실질적으로 지연을 갖지 않는 영역의 패턴을 갖고, 반사성 부화소 및 투과성 부화소 모두의 위에 연속적으로 형성되며, 적어도 하나의 광이성질화가능한 화합물을 포함하는 중합가능한 LC 물질로부터 제조되고, 광이성질화가능한 화합물의 양 또는 유형의 변화 또는 광선(photoradiation)의 강도 또는 노출 시간의 변화를 통해 QWF의 지연을 조절함으로써 패턴화되는 것인, 반투과성 수직 정렬(VA) 액정 디스플레이에 사용하기 위한 패턴화된 QWF.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 비선형 전기 소자가 트랜지스터인, 반투과성 수직 정렬(VA) 액정 디스플레이.
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