KR20000049155A - 홀로그래픽 복굴절 필름에 의해 보상되는 디스플레이 패널 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디스플레이 패널에 관한 것으로, 특히 액정 패널에 관한 것이다.

액정 고유의 복굴절 때문에, 액정셀이 비스듬한 입사각에서 보면 콘트라스트가 나빠진다. 복굴절 매체로 구성된 보상 구조는 이러한 결함을 보정하는데 이용된다. 본 발명에 따르면, 액정셀 (10) 과 관련된 보상 구조는 하나 이상의 필름을 구비하고, 이 필름의 복굴절은 평행한 간섭 무늬로 구성된 입체 홀로그램의 레코딩으로 유도된다. 광학적 복굴절 축의 선택은 간섭 무늬의 배향에만 의존하며, 따라서 필름의 평면에 대해 경사진 단축 필름을 이용하여 보상하는 것이 용이하다.

Description

홀로그래픽 복굴절 필름에 의해 보상되는 디스플레이 패널 {DISPLAY PANEL WITH COMPENSATION BY HOLOGRAPHIC BIREFRINGENT FILMS}

본 발명은 전자광학 디스플레이 장치에 관한 것으로, 특히 투과 또는 반사, 또는 스크린으로 투사하는데 사용되는 액정 패널에 관한 것이다.

대부분의 액정 패널은, 관찰될 수 있는 제한된 시야각을 갖는 단점을 갖는다 (시야각이 패널 표면의 법선으로부터 벗어나면, 흑과 백 사이의 콘트라스트가 매우 감소하여, 나타나는 이미지의 질이 저하된다).

본 발명의 목적은 법선으로부터 충분히 벗어난 시야각에서 만족할 만한 콘트라스트로 패널을 볼 수 있게 하는 신규 기술 해법을 제공하는 것이다.

하기에서는, 트위스티드-네마틱형의 액정이 2 개의 교차된 편광기 사이에 배치되어, 전기장에 의한 결정의 여기가 없을 때에는 광이 투과되며, 전기장이 존재할 때에는 광이 차단된다. 그러나, 본 발명은 다른 유형의 패널에 사용될 수 있으며, 특히 전기적 여기가 없을 때, 광이 차단되는 평행한 편광기를 갖는 구성에 사용될 수 있다.

액정을 구성하는 재료 고유의 복굴절 때문에 발생하는 콘트라스트 결함을 제외하고, 비영 입사각에서 콘트라스트 결함의 원인을 하기에 설명한다. 액정 동작의 실제 원칙은 분자의 유전이방성 및 그로 인한 복굴절에 따라서 결정된다. 유전이방성은 전기장에 의해서 분자가 배향되게 하며, 복굴절은 광의 편광을 수정한다. 이러한 특성들이 결합되어, 표면에 수직으로 패널을 통과하는 광선들의 경우에는 매우 유효하게 작용하지만, 비스듬한 입사각의 광선의 경우에는 효율적이지 않다. 이것은 통상적으로 패널에 수직이 아닌 시야각에서 패널의 셀을 볼 때, 더 나쁜 콘트라스트로 나타난다.

이러한 결함을 해결하기 위해서, 종래 기술에서는 입사각의 함수로서 복굴절 변화에 대해 보상하는 구조를 갖는 액정 패널의 기본 구조를 결합하는 것이 종래 기술에서 제안되었다.

이러한 구조들은

- 여기 상태 (전기장이 존재하는 상태) 에서 액정의 복굴절 작용의 분석,

- 시야각의 함수로서 액정의 복굴절에 의한 2 개의 편광 성분 사이에 나타나는 위상 지연의 추정, 및

- 가능하면 액정의 추정된 위상차와 역이 되는 위상차를 도입하는 보상 필름의 삽입으로 제조된다.

설명한 다양한 해법들은 다소 만족스럽지만, 본 발명의 목적은 이러한 문제에 대한 새로운 기술적 해법을 제공하는 것이다.

기술적으로 진보한 해법에서는, 광학적으로 부단축 매체 (negative uniaxial medium) 인 분자 재료로 구성된 보상 필름을 이용하는 것이 제안된다 (이러한 매체의 정의는 이후에 주어진다). 왜냐하면, 액정이 정단축 매체로서 행동하고, 따라서 부단축 매체를 이용한 보상이 선험적으로 가장 적절한 해법인 것으로 추정되기 때문이다.

특허 EP-A-0,576,342 호에서는 패널의 평면에 대해 경사진 축을 갖는 부단축 보상 매체가 제안된다.

특허 EP-A-0646,829 호에서는 2 개의 경사진 단축 매체를 이용하는 것이 제안된다.

특허 EP-A-350,383 호에서는 1 개 또는 2 개의 부의 복굴절 필름이 또한 제안된다.

특허 EP-A-349,900 호에서는 패널 평면 내에 있는 축들의 2 개의 정단축 필름을 이용한 보상이 제안된다.

이러한 모든 해법에서, 어려운 점은 실제로 바람직한 복굴절 특성을 갖는 보상 필름을 물리적으로 생산하는 것이다. 공지된 기술은 증착 기술, 필름 스트레칭 기술, 및 전기장 내에서 또는 자외선 조광 하에서의 중합 반응 기술이다.

필름의 평면에 수직인 광학축을 갖는 필름을 이용한 보상의 경우에, 교번성 굴절율 (alternating optical index) 을 갖는 투명 박층들을 겹쳐놓음으로써 복굴절을 만들 수 있게 되고, 이러한 해법은 특허 US 5,196,953 호에서 기재된다. 유사하게 진주 유 및 항핑 디 시에 (Jinn-Chou Yoo and Hang-Ping D. Shieh) 는 이러한 평면층을 겹쳐서 나타나는 굴절율과 동일한 굴절율 변화를 재구성하는 입체 홀로그램 형태로, 교류 굴절율을 갖는 평면층의 이러한 구성을 가상적으로 생산하는 것을 제안하였다. 이것은 "Conference record on the 1994 International Display Research Conference and International Workshop on Active-Matrix LCD's and Display Materials, Monterey" 에서 논문 "Novel Compensator with grating structure for twisted nematic liquid crystal display applications" 에 설명되어 있다.

본 발명은 전자광학 디스플레이 장치를 위한 복굴절 보상 필름으로서 간섭 무늬의 패턴이 기록된 입체 홀로그램을 이용하고, 필름의 복굴절 특성으로는 필름의 평면과 수직이 아닌 광학축을 갖는 복굴절을 만들기 위해서 필름의 평면과 영이 아닌 각도를 이루는 간섭 무늬를 부여하여, 전자광학 소자들 고유의 복굴절의 바람직하지 못한 효과를 보상하도록 하는 새로운 방법을 제안한다. 따라서 이러한 경우에, 입체 홀로그램은 박층의 겹침을 시뮬레이트하기 위해서가 아니라, 필름의 평면 방위와 무관하게 선택된 방향으로의 복굴절 특성을 위해 이용된다.

정현파형 입체 홀로그램 (평행 간섭 무늬에서의 정현파형 굴절율 변화) 은 최근에 과학적인 관점에서 연구되어 왔으며, 대체로 간섭 무늬 간격보다 긴 파장을 위한 인위적인 복굴절을 보여준다는 것을 지적해야만 한다.

본 발명은 액정 패널의 복굴절 보상에 대한 이러한 발견의 응용을 제안하며, 특히 만족할 수 있는 콘트라스트로 패널을 볼 수 있는 시야각을 개선하는 것이 목적이다.

홀로그램의 통상적인 용도와는 달리, 간섭 무늬에 의한 광의 회절을 이용하고, 여기서 사용된 간섭 무늬는 통과하는 광의 파장보다 짧은 간격으로 분리되어 있다. 이러한 간섭 무늬는 액정에 사용된 광을 위한 비회절 홀로그램을 구성한다.

통상적으로, 간섭 무늬는 자외선에 감광되는 재료에서, 자외선의 간섭에 의해 생성되며, 패널은 가시광으로 보여지게 된다 (특히 녹색광).

하기에서 설명되겠지만, 간섭 무늬 격자는, 격자에 수직인 축을 따라서, 재료의 수직 입사 굴절율 (normal index) 보다 작은 평균 굴절율을 생성한다. 따라서, 이것은 부단축 복굴절 매체가 되며, 이렇게 유도된 광학축은 간섭 무늬의 평면 (적어도 국부적으로는, 평면으로 가정된다) 과 수직이다.

그런 후, 본 발명은 간섭 무늬를 경사진 평면에 기록함으로써, 필름의 평면에 대해 경사진 축을 갖는 부단축 복굴절 필름을 생성하는데 이용된다. 본 발명은 특히, 기계적인 방법만 또는 화학적 방법만을 이용하여 경사진 광학축을 갖는 재료를 형성하는 것이 용이하지 않은 후자의 경우에 특히 유용하다. 경사진 간섭 무늬를 기록하는 광학적 방법은 산업상으로도 매우 유용하다.

생성된 필름은 본래 부단축 필름이지만, 놀랍게도 동일한 방법으로 정단축 보상 필름을 생성할 수 있다. 이를 위해서는, 2 개 이상의 개별적인 간섭 무늬 격자를 동일한 필름에 기록하여, 2 개의 상이한 광학축을 규정하게 된다 (바람직하게는 2 개의 직교하는 축). 굴절율 변조가 이러한 2 개의 축을 따라서 동일한 경우에, 재료의 수직 입사 굴절율은 2 개의 변조 축을 따라서 유도된 굴절율보다 큰 이상 굴절율 (extraordinary index) 이 된다. 따라서 재료는 방향에 관계없이 정단축 재료가 된다.

다른 실시예에서, 쌍축 광학 매체를 이용한 복굴절을 보상하기 위해서, 동일한 필름에 2 개의 간섭 무늬 격자를 기록할 수 있고, 이것은 2 개의 상이한 광학축에 해당하지만, 상이한 정도의 변조를 한다. 2 개의 교차하는 격자의 겹침은 쌍축 매체와 동등하게 규정되지만, 단일 필름만을 요구한다.

특히 단순한 실시예에서는, 필름의 평면과 수직인 축을 갖는 부단축으로 유도된 복굴절을 갖는 홀로그래픽 필름 (필름의 평면과 평행한 간섭 무늬) 과, 필름 및 필름의 법선에 대해서 경사진 축을 갖는 부단축으로 유도된 복굴절을 갖는 홀로그래픽 필름 (필름의 평면에 대해 경사진 간섭 무늬) 을 겹쳐서 보상 구조가 형성된다.

본 발명의 다른 특성 및 장점들은 첨부 도면을 참조한 하기의 설명으로 명확해질 것이다.

- 도 1 은 액정셀의 오프 상태 및 온 상태를 도식적으로 도시한다.

- 도 2 는 셀 모델을 도시한다.

- 도 3 은 선택된 모델의 굴절율 타원체의 배향을 도시한다.

- 도 4 는 본 발명에 따른 보상 구조를 갖는 패널을 도시한다.

- 도 5 는 경사진 간섭 무늬를 갖는 홀로그래픽 필름을 생산하기 위한 프로세스의 예를 도시한다.

본 발명은 트위스티드-네마틱 액정셀인 특정예에 대해서 설명한다.

본 발명을 더욱 명확하게 하기 위해서, 몇 가지 사항들을 하기에 상기시킨다.

트위스티드-네마틱 액정은 복굴절 광학 매체이다. 복굴절 매체는 광의 다양한 편광이 모두 동일한 속도로 전파하지 않는, 즉 광에 의해 보이는 굴절율이 모든 편광에 대해 동일하지 않는 이방성 광학 매체이다. 따라서 이러한 매체는 다양한 편광에 대해 상이한 위상차를 유도한다. 광의 편광은 2 개의 직교하는 축들을 따라 전자장들의 성분 사이의 위상차에 의해서 규정되기 때문에, 이것은 복굴절 매체가 입사광의 전체 편광을 수정하는 것을 의미한다.

그러나, 복굴절이 분자 구조에 관련되어 있기 때문에, 복굴절 매체는 통상적으로 광의 편광을 수정하지 않는 특정한 축들을 갖고 있다. 이러한 축들 중 하나를 따라 편광된 광이 입사된 경우에, 동일하게 편광되어 나타난다. 특정한 축들 중 하나를 따르지 않고 편광된 광이 입사된 경우에, 편광은 매체에 의해 수정된다.

복굴절 매체의 광학적 특성은 굴절율 타원체인 수학적 모델에 의해 상징적으로 나타낼 수 있다: 이것은 매체의 3 개의 특정한 축으로 구성된 좌표계 내의 타원체이고; 타원체의 축들의 길이는 이러한 축들 각각을 따라서 광이 편광되는 전파 굴절율들이고; 타원체의 축들 중 하나를 따라서 편광된 광의 편광은 이러한 축의 길이에 해당하는 전파 굴절율을 겪게 된다.

복굴절 매체는 타원체가 회전타원체인 경우에 단축 매체라고 부른다. 즉, 광이 정상 굴절율이라 부르는 동일한 굴절율 n_o로 전파되는 2 개의 직교하는 편광축이 있고, 이상 굴절율이라 부르는 상이한 굴절율 n_e로 전파되는 광학축 또는 이상축이라 부르는 제 3 의 축이 있다. 이 굴절율들 사이의 차이는 예를 들면 0.1 % 로 매우 작지만, 편광을 크게 수정하기에 충분하다. 타원체가 회전타원체가 아닌 경우에 쌍축 매체라고 부른다. 즉, 3 개의 서로 직교하는 특정한 축이 3 개의 상이한 굴절율을 갖게 된다.

임의의 입사각에서 단축 매체를 통해 광이 통과할 때, 2 개의 직교 편광 성분 즉, 항상 굴절율 n_o를 갖는 한 굴절율과, 입사각에 따라 결정되며, n_o및 n_e사이의 값을 갖는 굴절율 n 을 갖는 다른 굴절율로 분할된다 (광학축에 수직으로 입사한 경우에는 n = n_e이고, 광학축과 평행하게 입사한 경우에는 n = n_o이다).

이상 굴절율 (n_e) 이 정상 굴절율 (n_o) 보다 큰 경우에, 매체를 정단축 매체라 부른다. 타원체가 길게 연장되어, 시가 (cigar) 형태가 된다. 이 경우에, 이상축은 느린 축 (slow axis) 이다.

다른 한편, 이상 굴절율 (n_e) 이 정상 굴절율 (n_o) 보다 작은 경우에, 매체를 부단축 매체라 부른다. 타원체가 납작하게 되어, 쿠션 (cushion) 형태가 된다. 이 경우에, 이상축은 빠른 축 (fast axis) 이다.

복굴절 효과는 매우 복잡하기 때문에, 액정셀을 위한 보상 구조를 만들기 위해서, 먼저 셀을 모델링하는 것이 필요하다. 여기서, 모델링된 셀은 트위스티드-네마틱 셀이다.

액정셀의 구성 재료는 구성된 분자의 길게 연장된 구조 때문에, 원래 정단축 복굴절 매체이다.

트위스티트-네마틱 셀은 결정의 분자들이 모두 박층의 평면과 평행하게 되어 있는 오프 상태 (전기장이 인가되지 않은 상태) 및 박층의 평면과 수직인 전기장이 박층의 평면과 수직으로 분자들을 배향시키는 온 상태를 포함하는 액정의 박층을 구비한다는 것을 상기해야 한다.

도 1 은 이러한 분자 구조를 도식적으로 도시한다. 액정의 박층 (10) 은 통상적으로 러빙에 의해 처리될 2 개의 투과벽 (12 및 14) 사이에 배치되어, 분자들은 벽들과 평행한 규정된 방향으로 배향된다. 벽 (12) 을 향한 방향은 벽 (14) 을 향한 방향과 수직이다. 그런 후, 분자들 사이의 상호작용이 생성되어, 얇은 벽의 평면과 평행하게 남아있게 있지만, 2 개의 벽들 사이에서 점차적으로 90°로 회전하여 나선형 구조를 갖게 된다.

입구 편광기 (16) 는 단일 편광 방향의 광만을 셀 내로 입사하게 한다. 출구 편광기 (18) 는 단일 편광 방향의 광만을 셀 밖으로 빠져 나가게 한다. 셀을 턴 온 즉, 박층에 수직으로 전기장을 인가하기 위해서, 셀의 벽들은 투명 전극으로 도포된다.

본 예에서, 벽과 인접한 분자들의 배향과 평행한 편광만을 통과시키기 위해서, 편광기는 러빙 방향과 평행하다. 그러나, 벽들은 원칙을 변경하지 않고도, 편광기의 방향과 수직 방향으로 러빙될 수 있다는 것을 주의한다. 그들은 또한 다른 각도, 예를 들어 편광기와 45°를 이루는 각도로도 러빙될 수 있다.

분자들의 배향을 참조한 경우에, 이것은 광학적 이방성 즉, 당해 매체의 분자들의 광학축의 배향이 단축으로 고려되고; 하기에서 분자들의 배향 개념과 광학축의 배향 개념을 구별하지 않는다.

오프 상태 (도 1a) 에서, 셀은 입구 편광기 (16) 에 의해 편광된 광을 받아 들이고; 이 편광된 광을 90°회전시켜서, 90°로 회전된 편광인 출구의 광이 편광기 (16) 와 교차하는 편광기 (18) 를 통해 방해되지 않고, 빠져 나간다. 교차하지 않고 평행한 편광기들을 갖는 구조도 존재하며, 위와 반대의 방법으로 동작한다.

온 상태 (도 1b) 에서, 분자들은 수직으로, 즉 셀의 벽과 수직으로 배향되어 있다. 상기 분자들은 더 이상 입사광을 90°회전시키지 않는다. 편광기 (16) 에 의해 주어진 입구의 편광이 광학 매체의 출구에 그대로 전해져서, 교차되는 편광기 (18) 를 만나고, 이 편광기를 통과하지 못한다.

입사광이 액정 박층의 평면에 수직인 경우에, 동작이 가장 효과적이다.

하지만, 비스듬한 광선에 대해서, 전기장에 의해 수직으로 배향된 분자들이 실질적인 복굴절 효과를 나타내게 되어, 편광이 수정되게 된다. 광의 일부가 출구 편광기를 통과하여, 여기 상태와 비여기 상태 사이의 콘트라스트를 감소시킨다.

또한, 실제로 수직 구조에서 나선형 구조가 완전히 사라지지 않는다. 벽에 인접한 분자들은 벽의 처리에 의해 자연스럽게 부여된 선호하는 방향으로 배향되어 남아 있는 경향이 있다. 따라서, 결과적인 구조는, 나선형 구조의 잔여와, 전체적으로 박층의 평면과 수직으로 배향된 분자들의 구조의 혼합형이다. 분자들이 수평면에서 점차적으로 90°회전하는 동안, 수평에서 점차적으로 수직으로 배향되고, 그런 후 점차적으로 수평으로 되돌아간다.

이러한 구조는 복잡한 복굴절 특성을 나타내고, 층을 통과하는 광의 입사각에 따른 편광 변화를 유도하게 되는데, 본 발명의 목적들 중 하나는 이러한 부정적인 효과들을 최소화시키는 것이다.

본 발명에 따르면, 이러한 목적은 소정의 인조 복굴절을 유도하는 입체 홀로그램이 기록된 투명 보상 필름을 이용하여 달성될 수 있다.

셀은 온 상태에서, 3 개의 연속적인 균일한 복굴절 영역으로 모델링될 수 있으며, 이러한 3 개의 균일한 복굴절 영역은 각각이 복굴절 타원체가 수직으로 간주되는 중앙 영역과, 수직에 대해 평균적으로 타원체가 모두 배향된 것으로, 즉 수직 방향에 대해 및 선택적으로 벽의 러빙 방향에 대해 비스듬하게 간주되는 양측 영역이다. 대칭성을 고려하여 중앙 영역을 2 개의 동일한 영역으로 세분할 수도 있다. 도 2 는 이러한 개략적인 모델을

- 수직 방향 및 제 1 벽 상의 분자의 배향 방향에 대해 경사진 정단축 매체의 영역 (C2),

- 수직 이상축을 갖는 정단축 매체의 영역 (C1),

- 수직 이상축을 갖는 정단축 매체의 영역으로 영역 (C1) 과 동일한 영역 (C3), 및

- 수직 방향 및 제 2 벽 상의 분자의 배향 방향에 대해 경사진 이상축을 갖는 정단축 매체의 영역 (C4) 으로 이루어진 연속층으로 도시한다.

도 3 은 Oz 가 수직 방향 (액정 박층 평면에 수직한 방향) 인 좌표계 (Oxyz) 에서 굴절율 타원체의 경사각을 도시하고, Ox 는 제 1 벽 상의 분자 배향 방향이고, Oy 는 제 2 벽 상의 분자 배향 방향이다.

영역들 (C1 및 C3) 의 이상축들은 수직이다 (Oz 방위).

영역 (C2) 의 이상축의 xOy 평면으로의 사영은 Ox 축에 대해 각도 α 를 이루고, 이러한 사영 방향은 xOy 평면에서 Ov 방향을 규정하고, 또한 이 이상축은 Oz 축에 대해 각도 β 를 이루고 있다. 즉, Ovz 평면에서, Oz 와 각도 β 를 이룬다.

마찬가지로, 영역 (C4) 의 이상축은 수직 방향 Oz 에 대해 각도 β 로 경사져 있으며, 수평 방향 Oy 에 대해서는 각도 α 를 이룬다. 즉, 이러한 이상축의 xOy 평면으로의 수평 사영 (Ow) 은 Oy 에 대해 각도 α 를 이룬다.

따라서, 액정셀은 4 개의 균일한 복굴절 영역을 구비한 모델에 의해 나타내지고, 중요한 파라미터들은 영역의 Oz 방향으로의 두께 및 각도 α 및 β 이다.

복굴절에서의 원치않는 변화는 대칭적인 방법, 즉, 셀의 한 쪽에 형성된 제 1 보상 하프 구조를 이용하여 2 개의 제 1 영역들 (C1, C2) 을 보상하고, 셀의 다른 한 쪽에 형성된 제 1 보상 하프 구조와 대칭적인 제 2 하프 구조를 이용하여 2 개의 다음 영역들 (C3, C4) 을 보상함으로써, 보상될 수 있다. 포함된 대칭성은 수직에 대한 경사각 (β) 에 대한 수평면에 대한 대칭성이지만, 수평 사영의 경사각 (α) 에 대해서 셀의 벽 러빙 방향을 분리하는 90°의 이등분선에 대한 대칭성이다.

일반적으로, 통상의 보상 원칙은, 정단축 매체의 복굴절은 동일한 축을 갖고, 교차된 편광 사이에서 동일한 위상차를 유도하는 부단축 매체에 의해서 보상된다.

따라서, 중앙 영역 (C1 및 C2) 은 수직 광학축을 갖는 부단축 복굴절을 유도하는 수평 간섭 무늬로 구성된 입체 홀로그램을 포함하는 막에 의해 각각 보상된다. 이것은, 평행한 간섭 무늬의 격자에 의해 유도되는 전체 복굴절은 간섭 무늬의 평면과 수직인 이상축을 갖고, 정상 굴절율보다 작은 평균 이상 굴절율을 갖는 굴절율 타원체에 의해 특징되기 때문이다. 따라서, 영역들 (C2 및 C4) 은 영역들 (C2 또는 C4) 의 타원체의 축과 각각 수직인 평면에 있는 경사진 간섭 무늬로 구성된 입체 홀로그램을 포함하는 필름에 의해 각각 보상된다.

홀로그래픽 필름은 다음과 같은 정현파형 전기 유전율 변조 형태를 나타내는 것으로 가정될 수 있다.

ε= ε₀+ ε₁cos[(2π/λ)x]

여기서 ε₀는 정상 유전율이고, ε₁은 홀로그래픽 레코딩의 변조 정도를 나타내고, λ 는 변조의 파장을 나타내며, x 는 변조 방향으로의 거리이다.

이러한 경우에, 변조 방향으로의 편광에 대한 평균 굴절율 (n_e) 은 이 변조 방향의 법선 방향으로의 편광에 대한 정상 굴절율 (n_o)(비변조된 투명 재료의 굴절율) 보다 큰 것으로 나타나고, 이상 굴절율 (n_e) 은이기 때문에, 이러한 레코딩으로 부단축 복굴절이 유도된다. 이러한 복굴절은 회전타원체로 나타내지며, 간섭 무늬와 수직인 이 회전타원체의 단축은 길이 n_e를 갖고, 정상축은 길이 n_o를 갖는다.

도 4 는 액정셀의 양쪽에 경사 간섭 무늬 (A2 또는 A4) 로 구성된 필름과 수평 간섭 무늬로 구성된 필름을 갖는 보상된 패널의 전체 구조를 도시한다. 이 집합체의 양쪽에 편광기가 배치된다. 경사 간섭 무늬는 필름의 평면과 45°를 이루는 것이 바람직하다. 또한, 변조 방향은 셀 벽의 러빙 방향에 대해 비스듬하다 (셀 모델링에서 설명한 바와 같이 각도 α).

보상 필름의 두께 선택은 선택된 액정 모델에서의 지연 계산으로부터 정해진다. 정해진 경사각을 갖는 정단축 필름인 경우에, 2 개의 직교하는 편광 사이에 유도된 위상 지연은 이러한 2 개의 직교하는 편광을 따라 나타나는 굴절율들 사이의 차이와 곱해진, 광이 통과하는 필름 두께와 동일하다. 이러한 굴절율들은, 축 n_o및 n_e를 갖는 굴절율 타원체를 만들어서 계산할 수 있다는 것을 상기한다. 위상차 계산은 수직 입사의 경우와, 최대 콘트라스트를 갖게 되는 바람직한 입사각의 경우에 대해서 수행된다. 그런 후, 역위상차를 이용하여 이러한 위상차에 대해서 가능한 가장 좋은 보상을 하기 위해서, 필름의 두께를 계산한다.

액정셀이 다른 방법으로 모델링되고, 선택된 모델에 따라서 보상 필름이 다를 수도 있다. 본 발명은 간섭 무늬가 주어지는 경사각에 대해서 제한되지 않기 때문에 특히 유용하고, 따라서 규정된 이상축의 선택에 있어서 제한되지 않는다 (반면, 다른 방법을 이용하여 경사 이상축을 구하는 것은 어렵다).

정단축 복굴절 보상 필름을 제조하기를 원하는 특별한 경우에는, 2 개의 직교하는 격자들이 홀로그래픽 필름에 기록되어, 2 개의 직교하는 방향으로 동일한 평균 굴절율 n_e을 생성한다. 수직 방향의 굴절율은 비변조 재료의 수직 입사 굴절율 (n_o) 로 남아 있다. 굴절율 타원체는 길게 늘어난 회전 타원체가 되고, 이러한 타원체에서 굴절율 (n_o) 은 2 가지 방향의 변조에서 평균 굴절율 (n_e) 보다 큰 이상 굴절율이고, 이상 굴절율은 정상 굴절율보다 크며, 이것이 정단축 매체의 특성이다.

동일한 평면 내에 분포된 수 개의 변조 방향에서 2 개 이상의 격자들을 기록함으로써, 동일한 결과를 얻을 수 있고, 이러한 방향들은 모두 동일한 축에 수직이며, 이 축은 정단축 매체의 이상축이 된다.

또한, 특정 전자광학셀 복굴절 모델은 쌍축 필름을 이용한 보상을 요구할 수도 있다. 이러한 경우에, 가장 유리한 해법은 이중 홀로그래픽 변조를 제공하는 것이고, 이는 2 개의 소정의 평면들과 평행하고, 따라서 재료의 수직 입사 굴절율보다 굴절율이 작은 2 개의 축을 유도하게 되는 2 개의 개별 간섭 무늬 격자가 생성된다. 이 평면들이 임의의 방법으로 선택되고, 이러한 2 개의 축을 따른 굴절율들은 재료에 부여된 유전율 변조의 크기에 따라서 달라질 수 있다. 이러한 크기는 이를 변조시키기 위해 재료에 인가된 에너지에 따라 결정된다.

수직 광학축에 의해 모델링되는 셀의 부분인 경우의 부분 (예를 들어 절반), 과 경사 광학축에 의해 모델링되는 셀의 부분인 경우의 다른 부분을 포함하여, 액정셀에서 보상하려는 통상적인 위상차는 전체 셀에서 약 450 ㎚ 이다.

약 1.52 의 굴절율을 가지며, 약 0.09 의 진폭을 갖는 정현파형 변조를 하는 중크롬산염 젤라틴 등과 같은 재료를 이용하여, 홀로그래픽 간섭 무늬의 평면과 수직인 축에서의 굴절율을 계산할 수 있다. 실제로, 굴절율은 간섭 무늬와 수직한 방향으로 변조 n = n₀+ n₁cos(2πx/λ) (여기서, n₀= (ε₀)^1/2및 n₁= [ε₁/2(ε₀)^1/2]) 를 겪고, 이러한 방향으로의 평균 굴절율은이 되는 것을 계산할 수 있다.

중크롬산염 젤라틴의 경우에, 통상적인 값은, n₀= 1.520 및 n₁= 0.09 이며, 따라서 평균 이상 굴절율은 1.514 가 된다. 100 ㎚ 의 위상차를 얻기 위해서는, 두께는 약 15 ㎛ 가 되어야 하며, 200 ㎚ 의 위상차를 위해서는 30 ㎛ 가 되어야 한다. 이러한 두께는 감광 젤라틴을 피착함으로써 용이하게 얻을 수 있다.

평행한 평면 간섭 무늬로 구성된 입체 홀로그램을 기록하기 위해서는, 2 개의 간섭성 단색광빔이 간섭을 일으켜야 한다. 간섭 무늬는 이 2 개의 빔들에 의해 형성된 각의 2 등분선에 수직한 평면 내에서 형성된다.

예를 들어, 거울과 수직한 레이저빔을 보냄으로써, 반사된 빔이 입사빔과 평행하게 되돌아오고, 간섭 무늬는 거울과 평행하게 형성된다. 간섭 무늬가 평면에 대해 비스듬하게 하려면, 필름은 거울에 대해서 비스듬하게 배치하는 것이 필요하다.

도 5 는 광유도된 굴절율 변화를 갖는 재료의 필름 (40) 의 경사 간섭 무늬를 형성하기 위한 장치이다 (중크롬산염 젤라틴 또는 다른 광굴절 중합체). 필름은 비스듬한 면을 갖는 2 개의 프리즘들 (44 및 46) 사이에 배치된 유리판 (42) 에 의해 지지된다. 입사파는 제 1 프리즘 (44) 의 한면에 수직하고; 입사파는 이러한 프리즘의 제 2 비스듬한 면을 통과하여 필름 (40), 판 (42) 및 제 2 프리즘 (46) 의 제 1 비스듬한 면을 통과한다. 제 2 프리즘이 제 2 면은 입사빔과 수직이고, 반사층 (48) 으로 코팅되어 있다. 입사빔은 비스듬한 빔과 간섭을 일으킨다. 이러한 구조에서 생성된 간섭 무늬는 거울과 평행하고, 필름의 면에 대해서 비스듬하다. 다른 구성들도 가능하다.

필름 내에 간격이 Λ/(2n) 인 간섭 무늬가 생성되며, 여기서 Λ 는 홀로그램을 기록하기 위한 레이저의 파장이고, n 은 기록하는 광에 대한 필름의 굴절율이다. 간섭 무늬가 사용 중인 필름에 수직으로 조광된 경우에, 광에 의해 보이는 간격은 λ/2ncosα가 되고, 여기서 α는 간섭 무늬의 경사도이다.

사용하는 동안, 모든 경우에 있어서, 간섭 무늬가 조광 파장보다 짧게 하기 위해서는, 기록 파장이 사용 파장보다 짧아야만 한다. 따라서, 간섭 무늬는 자외선 (아르곤 레이저 또는, 주파수 3 배기를 구비한 Nd:YAG 레이저) 으로 기록된다. 이러한 사용법은 가시광 파장의 비교적 넓은 범위를 수용하며, 이러한 조건은 가장 짧은 파장 범위의 경우에도 물론 만족될 수 있다.

간섭 무늬 기록 파장은 바람직하게는 사용 파장의 절반이다. 이러한 경우에 복굴절이 최대가 되기 때문이다.

동일한 필름에 2 개의 격자를 기록하기 위해서, 다른 프리즘 각도를 선택하여 동작을 반복하고, 필름을 선택적으로 그 자체를 회전시키고, 쌍축 보상을 달성하기 위해서, 변조 정도를 수정한다 (따라서 기록을 위해 사용된 레이저 에너지).

Claims (10)

1. 시야각의 함수로서 전자광학 소자의 복굴절 변화를 보상하는 광학 구조를 구비한 전자광학 디스플레이 장치에 있어서, 보상 구조는 간섭 무늬 패턴이 기록된 입체 홀로그램을 갖고, 필름 복굴절 특성을 부여하는 하나 이상의 투명 필름 (A2) 과, 상기 필름의 평면에 수직이 아닌 광학축을 갖는 복굴절을 생성하기 위해 상기 필름의 평면과 영이 아닌 각도를 이루어, 전자 광학 소자 고유의 바람직하지 않는 복굴절 효과를 보상하는데 이용되는 간섭 무늬를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자광학 디스플레이 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 장치는 소정의 범위의 파장을 보상하도록 설계되어 있으며, 간섭 무늬들은 이러한 범위의 파장보다 작은 간격으로 분리된 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서, 상기 간섭 무늬들이 필름의 평면에 대해서 비스듬한 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 1 항 내지 4 항에 있어서, 상기 필름이 혼합된 간섭 무늬인 2 개의 격자들을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 5 항에 있어서, 2 개의 격자들이 서로 수직인 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 1 항 및 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필름의 홀로그램에 의해 유도된 복굴절이 부단축 복굴절인 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 1 항 및 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홀로그램에 의해 유도된 복굴절이 쌍축 복굴절인 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제 1 항 및 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 홀로그램에 의해 유도된 복굴절이 정단축 복굴절인 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서, 상기 장치는 상기 필름의 평면과 수직인 축을 따라서 부의 복굴절을 유도하는 홀로그래픽 레코딩을 갖는 하나 이상의 필름과, 상기 필름의 평면 및 상기 필름의 법선에 대해 경사진 축을 따라서 부의 복굴절을 유도하는 홀로그래픽 레코딩을 갖는 또다른 필름을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 경사진 축의 경사각이 약 45°인 것을 특징으로 하는 장치.