KR20020055584A - 내식성의 광 진로 조종막을 갖는 디스플레이 장치 - Google Patents

내식성의 광 진로 조종막을 갖는 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 금속층을 손상으로부터 보호하는 디스플레이 장치가 제공된다. 이 디스플레이 장치는 광 변조층, 편광판 및 광 진로 조종막을 포함한다. 이 광 진로 조종막은 2개의 측면을 갖는 프리즘 형상의 구조물을 포함하고 있으며, 한쪽 측면은 경사면을 갖는 톱니 형상물, 및 이 톱니 형상물을 갖는 프리즘 형상의 기판의 측면상의 금속층을 포함하고 있다. 디스플레이에 대한 최적 시야각이 디스플레이에 대한 글래어각으로부터 경사면의 경사각만큼 옵셋된다. 본 발명의 일 실시예에서, 디스플레이 장치의 광 진로 조종막은 또한 금속층상에 형성된 무기 보호층을 더 포함하며, 이 무기 보호층은 금속층으로의 분자의 전사를 방지하여 반사 및 투과광의 색상 균형을 이루게 한다. 제1 실시예의 광 진로 조종막은 또한 편광판과 무기 보호층과의 사이에 감압 접착제층을 더 포함하고 있다. 다른 대안으로서, 제2 실시예에서, 본 발명의 디스플레이 장치의 광 진로 조종막은 금속층을 손상으로부터 보호하기 위해 금속층상에 형성된 폴리머 보호층을 포함하고 있다. 제2 실시예의 광 진로 조종막은 또한 편광판에 부착된 폴리머층상에 형성된 확산 접착제층도 포함하고 있다. 폴리머 보호층은 금속층을 접착제층으로부터 보호한다. 일 실시예에서, 이 디스플레이 장치는 유기 보호층 및 폴리머 보호층 양쪽 모두를 포함할 수도 있다.

Description

내식성의 광 진로 조종막을 갖는 디스플레이 장치{DISPLAY APPARATUS WITH CORROSION-RESISTANT LIGHT DIRECTING FILM}
액정 디스플레이(LCD)는 휴대용 컴퓨터, 셀룰러 전화, 및 디지털 시계를 포함한 여러가지 많은 종류의 전자 장치에 사용되고 있다. 실질적으로 반사형인 어떤 부류의 LCD에서는, 주변광의 진로를 관찰자쪽으로 조종하기 위한 반사체(reflector)를 포함하는 경우가 있다. 다른 부류의 LCD에서는, 장치 내부에 있는 광원으로부터의 광이 관찰자에 대해 정보도 전달할 수 있도록 하기 위해, 부분적으로 투과성이 있는 반사체(partially transmissive reflector)를 포함하는 경우가 있다. 부분적으로 투과성이 있는 반사체를 통상 트랜스플렉터(transflector)라고 하며, 트랜스플렉터가 설치되어 있는 LCD를 보통 반투과성(transflective)이라고 부른다. 반사체는 금속, 또는 다른 종류의 합성 물질로 이루어질 수 있다. LCD 장치의 몇가지 일례가, 1999년 4월 22일자로 출원되어 공동 계류중에 있는 것으로서 발명의 명칭이 "Optical Devices Using Reflecting Polarizing Materials"인 미국 특허 출원 제09/298,003호에 기재되어 있다.
본 발명은 디스플레이 장치에 사용하기 위한 광 진로 조종 장치 및 방법(light directing arrangement and method)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내식성이 있으며 이미지의 진로를 글래어각(glare angle)과 다른 각도로 조종(direct)하는 광 진로 조종 장치에 관한 것이다.
도 1은 광 진로 조종막을 포함한 본 발명의 일 실시예의 디스플레이 장치의 단면도.
도 2는 광 진로 조종막과 광 캐비티를 포함한 본 발명의 다른 실시예의 디스플레이 장치의 단면도.
도 3은 디스플레이 장치에 설치되기 이전의 본 발명의 광 진로 조종막의 일 실시예의 단면도.
도 4는 본 발명의 광 진로 조종막의 다른 실시예의 단면도.
도 5는 은/산화 인듐 주석막에 대한 내후 시험 동안의 시간-반사율의 관계를 나타낸 도면.
도 6은 은/황화 아연막에 대한 내후 시험 동안의 시간-반사율의 관계를 나타낸 도면.
도 7은 광 진로 조종막 상의 은/산화 인듐 주석 코팅막에 대한 투과 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 8은 광 진로 조종막 상의 은/산화 인듐 주석 코팅막에 대한 반사 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 9는 상이한 종류의 트랜스플렉터를 각각 포함하고 있는 4가지 상이한 종류의 LCD에 대한 LCD의 반사율-시야각의 관계를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 광 진로 조종막의 또다른 실시예의 단면도.
도 11은 본 발명의 광 진로 조종막의 또다른 실시예의 단면도.
도 12는 본 발명의 광 진로 조종막의 또다른 실시예의 단면도.
도 13은 본 발명의 광 진로 조종막의 또다른 실시예의 단면도.
본 발명에 따르면, 금속층을 부식으로부터 보호하는 디스플레이 장치가 제공된다. 디스플레이 장치는 2 장의 편광판(polarizer) 사이에 개재되어 있는 광 변조층(light modulating layer), 및 광 진로 조종막(light directing film)을 포함하고 있다. 광 진로 조종막은 2개의 측면을 갖는 프리즘 형상의 구조물(prismatic structure)을 포함하고 있으며, 그 한쪽 측면은 경사면을 갖는 톱니 형상물(saw-tooth formation), 및 이 톱니 형상물을 갖는 프리즘 형상의 기판의 상기 측면상에 있는 금속층을 포함하고 있다. 디스플레이에 대한 최적 시야각이 디스플레이에 대한 글래어각으로부터 경사면의 경사각만큼 옵셋된다(offset).
본 발명의 제1 실시예에서, 디스플레이 장치의 광 진로 조종막은 금속층상에 형성된 무기 보호층(inorganic protective layer)을 더 포함하고 있으며, 이 무기 보호층은 금속층으로의 분자의 전사(molecular transfer)를 방지하여 반사광과 투과광의 색상 균형(color balancing)을 이루게 한다. 광 진로 조종막은 편광판과 무기 보호층과의 사이에 감압 접착제층(pressure sensitive adhesive layer)을 더 포함하고 있다.
감압 접착제층은 아크릴레이트 아크릴산 접착제층(acrylate acrylic acid adhesive layer)일 수도 있으며, 이 접착제층은 광을 확산시키고, 또한 이 접착제층은 본 발명의 일 실시예에서 금속층의 부식을 방지한다. 감압 접착제층은 광 확산 입자(optical diffuser particle)를 포함할 수도 있다. 무기 보호층은 티타늄, 산화 인듐 주석, 황화 아연, 산화 주석, 산화 인듐, 산화 티타늄, 이산화실리콘, 일산화실리콘, 및 불화마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다. 금속층은 은, 크롬, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 알루미늄-티타늄 합금, 금, 지르코늄, 백금, 팔라듐, 알루미늄-크롬 합금 및 로듐으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택될 수 있다. 금속층은 양호하게는 은(silver)이다. 프리즘 형상의 구조물은 UV 경화성의 가교 에폭시-아크릴레이트(UV curable cross-linked epoxy-acrylate)와 같은 경화 수지(cured resin)로 이루어질 수 있다.
디스플레이 장치는 광 변조층에 광을 제공하기 위한 것으로서, 프리즘 형상의 폴리머 기판에 인접해 있는 광 캐비티(light cavity)도 포함할 수 있으며, 이 때 금속층은 부분적으로 투과성이 있다.
어떤 응용에서, 프리즘 형상의 층의 경사면은 수평면에 대해 약 1°내지 약 35°, 보다 양호하게는 수평면에 대해 약 3°내지 약 12°, 가장 양호하게는 수평면에 대해 약 6°내지 약 9°의 경사각을 가질 수 있다. 어떤 응용에서, 톱니 형상물은 약 5 ㎛ 이상 약 200 ㎛ 이하, 보다 양호하게는 약 30 ㎛ 이상 약 80 ㎛ 이하, 가장 양호하게는 약 50 ㎛의 반복 거리(repeat distance)를 가질 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에서는, 폴리머 보호층이 금속층을 부식으로부터 보호하기 위해 금속층의 상부에 형성되어 있다. 광 진로 조종막은 폴리머층의 상부에 형성된 확산 접착제층도 포함하며, 또한 편광판에 부착된다. 폴리머 보호층은 금속층을 접착제층내의 이동성 반응 원소(mobile reactive species)로부터 보호한다.폴리머 보호층은 가교 에폭시, 가교 또는 선형 아크릴 수지(cross-linked or linear acrylic resin), 용해성 폴리에스테르(soluble polyester), 폴리에틸렌, 폴리염화비닐이덴, 폴리비닐알코올 및 폴리메틸 메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
폴리머 보호층은 양호한 실시예에서 용액 코팅(solution coating)에 의해 형성될 수 있으며, 이 경우 그 두께 범위는 약 0.01 ㎛ 내지 약 50 ㎛일 수 있다. 다른 대안으로서, 폴리머 보호층은 폴리머 전구체를 금속층상에 기상 증착한 다음에 경화시킴으로써 형성될 수 있다. 보호층은 열 방사, 자외선 방사, 전자빔 방사, 플라즈마 노광(plasma exposure) 및 코로나 노광(corona exposure)로 이루어진 군으로부터 선택된 공정을 사용하여 경화될 수 있다. 기상 증착을 사용하여 형성하는 경우, 폴리머 보호층은 약 1 nm 내지 약 2 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
다른 대안으로서, 폴리머 보호층은 플라즈마 중합법(plasma-polymerization) 및 플라즈마 여기 화학 기상 증착법(plasma-enhanced chemical vapor deposition)으로 이루어진 군으로부터 선택된 플라즈마 공정에 의해 형성될 수도 있다. 양호하게는, 폴리머 보호층은 용액 코팅된 폴리메틸 메타크릴레이트이다. 양호하게는, 금속층은 약 400 옹스트롬의 두께를 갖는 은 층(silver layer)이다. 확산 접착제층은 양호하게는 부틸 아크릴레이트 아크릴산 접착제(butyl acrylate acrylic acid adhesive)일 수 있다.
본 발명의 디스플레이 장치는 무기 보호층 및 폴리머 보호층 양쪽 모두를 포함할 수도 있다.
첨부 도면과 관련하여 본 발명의 여러가지 실시예들의 상세한 설명을 살펴보면, 본 발명을 보다 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 여러가지 변경 및 치환을 행할 수 있지만, 본 발명의 구체적 일례를 도면에 예시하였으며, 그에 대해 이하에서 상세히 설명한다. 그렇지만, 이것이 본 발명을 설명하게 될 특정 실시예에 한정하는 것이 아님을 이해해야 한다. 그와는 반대로, 첨부된 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 기술적 사상 및 범위에 속하는 변형물, 균등물 및 대체물 모두를 포함하는 것으로 한다.
본 발명은 광의 진로를 글래어각에서 멀어지게 조종하고 디스플레이내의 반사성 또는 반투과성 금속층의 부식을 방지하는 각종 시스템 및 장치에 적용될 수 있다고 생각된다. 본 발명은 특히 반투과성 디스플레이, 즉 주변 광원 또는 디스플레이내부의 광원에 의해 조명될 수 있는 디스플레이가 필요한 응용 환경에서 유리한 것으로 밝혀졌다. 본 발명은 그에 한정되지는 않지만, 이러한 환경에서 동작하는 각종 응용례들을 살펴봄으로써 본 발명의 여러가지 측면들을 잘 이해하게 될 것이다.
도 1은 렌즈 또는 터치 스크린(14)을 포함한 본 발명의 디스플레이(10)의 한 특정 실시예의 단면을 나타낸 것이다. 렌즈 또는 터치 스크린(14)은 디스플레이의사용자로부터 입력을 수신하거나, 또는 디스플레이에 특정의 광학적 특성을 부여할수 있다. 디스플레이는 상부 편광판(22), 액정층(24), 및 하부 편광판(26)으로 이루어진 광 변조층(20)을 더 포함하고 있다. 게다가, 광 진로 조종막(28)은 하부 편광판(26)에 부착되어 있다. 본 발명의 광 진로 조종막은 또한 1장의 편광판만을 포함하는 디스플레이 장치내에 설치될 수도 있지만, 액정층을 사이에 둔 2장의 편광판을 갖는 장치에 사용되는 것이 보다 통상적이다. 광 진로 조종막(28)은 이미지의 진로를 디스플레이(10)의 글래어각과 실질적으로 다른 원하는 시야각쪽으로 조종하기 위해 제공되어 있다. 광 진로 조종막(28)의 구조에 대해 이하에서 상세히 설명한다. 광 진로 조종막(28)은 또한 빔 진로 조종 막(beam steering film) 또는 경사 거울막(tilted mirror film)이라고도 말할 수 있다.
도 1에는, 입사되는 주변 광선(32)를 발생하는 주변 광원(30)이 도시되어 있다. 동 도면에서, 광원(30)으로부터의 광선(32)은 법선에 대해 각도 α로 디스플레이 장치에 입사되고 있다. 이 법선은 디스플레이 표면에 대해 수직인 방향이다. 입사광의 일부는 디스플레이 장치(10)의 최상부면에 의해 글래어 광선(34)으로 도시된 글래어(glare)로서 반사된다. 글래어 광선(34)은 법선에 대해 글래어각 b를 갖는다. 글래어 이미지(glare image)는 시야각의 범위에 걸쳐 눈에 보이지만, 글래어각 b에서 피크 밝기(peak brightness)를 갖는다. 반사 법칙에 따르면, 각도 α는 각도 b와 같다. 입사광의 다른 일부는 광 변조층(20)을 통과하여, 광 진로 조종막(28)에 의해 이미지 광선(38)으로 나타낸 디스플레이 정보 또는 이미지로서 반사된다. 광 진로 조종막(28)은 이미지 광선(38)의 진로를 조종하여 이 이미지 광선(38)이 법선에 대해 글래어각 b와는 실질적으로 다른 각도로 디스플레이(10)로부터 나오도록 설계되어 있다. 디스플레이 이미지도 시야각의 범위에 걸쳐 눈에 보이며, "최적 시야각(optimal viewing angle)" 부근에 중심을 둔 더 좁은 시야각 범위에서 피크 밝기를 갖는다. 도 1에서, 피크 이미지 각도(peak image angle) 또는 최적 시야각은 이미지 광선(38)로 나타낸 바와 같이 디스플레이에 대해 거의 수직이다. 그 결과, 위치(44)에 있는 디스플레이 장치(10)의 관찰자는 디스플레이 이미지를 글래어 이미지로부터의 간섭없이 뚜렷하게 볼 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 디스플레이 장치(200)를 나타낸 것으로서, 도 1의 실시예와 유사한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 부기하였다. 디스플레이 장치(200)는 광 변조층(24)에 광을 제공하여 디스플레이 장치(200)를 조명하기 위한 광 캐비티(50)를 포함하고 있다. 광 캐비티(50)는 광원(52) 및 반사체(54)를 포함하고 있다. 광 캐비티(50)는 광의 진로를 광 변조층(20)쪽으로 조종하기 위해 여러가지 다양한 배치 구성을 가질 수 있다. 예를 들면, 광 캐비티(50)는 에지 조명 광 가이드(edge-illuminated light guide), 전기 발광 패널(electroluminescent panel) 또는 기술 분야에 공지된 다른 많은 광 캐비티 배치 구성 중 어느 하나일 수 있다.
도 3은 디스플레이 장치에 설치되기 이전의 경사 거울막 또는 광 진로 조종막(300)의 일 실시예의 단면을 더욱 상세히 나타낸 도면이다. 광 진로 조종막은 실리콘 라이너(silicone liner, 310), 감압 접착제(314), 선택 사양인 폴리머 보호층(316), 선택 사양인 무기 보호층(318), 및 금속층(320)을 포함하고 있다. 금속층(320)은 디스플레이 이미지를 생성하기 위해 주변광을 광 변조층쪽으로 반사시키는 반사면을 제공한다. 실리콘 라이너(310)가 접착제(314)를 덮도록 광 진로 조종막(300) 상에 제공될 수도 있다. 실리콘 라이너(310)는 감압 접착제(314)가 하부 편광판(26)에 부착되기 전에 제거된다.
금속층(320)은 폴리머 기판(324)에 인접해 있는 프리즘 형상의 구조물(322) 상에 형성된다. 본 명세서 전체에 있어서, "~ 상에 형성" 또는 "~의 상부에 형성"이라는 표현은, 어떤 층이 다른 층의 상측에 형성되어 있으면 되며 반드시 바로 인접해 있어야 하는 것은 아니라는 것을 말하기 위해 사용하는 것이다. 따라서, 금속층은 프리즘 형상의 구조물에 바로 인접해 있지 않아도 된다. 중간에 개재된 층이 존재할 수도 있다.
보호 라이너(protective liner, 326)가, 운송 중에 또는 디스플레이 장치내에 설치한 후에 폴리머 기판을 보호하기 위해, 필요한 경우 폴리머 기판(324)에 인접하여 금속층(320)과 반대쪽 측면 상에 있을 수도 있다. 프리즘 형상의 구조물(322)은 2개의 측면을 포함하며, 한쪽 측면(328)은 경사면(330)을 갖는 톱니 형상물(329)를 포함하고 있다. 프리즘 형상의 구조물(322)의 다른쪽 측면(332)은 양호하게는 거의 평탄하거나 평면이다.
프리즘 형상의 구조물(322)은 디스플레이 이미지 광선(38)이 법선에 대해 각도 b를 갖는 글래어 광선(34)과는 실질적으로 다른 각도로 디스플레이 장치로부터 나오도록 디스플레이 이미지 광선(38)의 진로를 조종하는 구성을 가지고 있다. 이미지의 진로를 변경(redirection)시키기 위해, 프리즘 형상의 층(322)은 경사면(330)을 포함하고 있다. 경사면은 디스플레이 이미지의 피크 밝기, 즉 최대밝기가 글래어 이미지의 피크 시야각과는 다른 각도에서 발생하도록 구성되어 있다.
전형적인 LCD의 관찰자의 위치 관계를 생각해보면 도움이 된다. 휴대용 장치에 있는 대부분의 LCD에 있어서, 전형적인 관찰자라면, 디스플레이를 수평면에 대해 약 30°방향으로 둘 것이다. 관찰자의 시선은 법선에 대해 약 10°의 각도를 이룰 것이다. 주변 광원은 바로 머리 위에 있는 것으로 가정한다. 따라서, 주변 광원은 각도 α, 즉 디스플레이 법선에 대해 -30°로 디스플레이에 입사되고 있다. 그러면, 글래어 이미지는 디스플레이 법선에 대해 약 30°에서 피크를 가지게 된다. 본 발명의 광 진로 조종막은 디스플레이 이미지의 진로를 글래어각과는 실질적으로 다른 최적 시야각, 즉 피크 밝기 각도 쪽으로 변경시키는 기능을 한다. 이전의 예에서, 최적 시야각은 법선에 대해 30°벗어난 각도와 실질적으로 다를 것이다. 물론, 디스플레이는, 입사각이 법선에 대해 -30°가 아닌 경우에, 피크 밝기 각도가 글래어각과 다르게 되도록 방향을 조종하는 기능을 한다. 광 입사각과 피크 밝기 각도와의 사이에는 어떤 함수 관계가 있다.
최적 시야각의 방향을 변경하기 위하여, 일 실시예에서 경사면(330)은 수평면에 대해 약 1°내지 약 35°의 경사각 t를 갖는다. 양호하게는, 경사면은 수평면에 대해 약 3°내지 약 12°의 경사각을 갖는다. 가장 양호하게는, 경사각 t은 수평면에 대해 약 6°내지 약 9°가 된다. 이들 양호한 경사각은 전술한 전형적인 관찰자 시나리오에 기초하여 결정된 것이며, 또한 특정 LCD의 특성에 따라 달라지기도 한다.
많은 응용에 있어서, 전형적인 관찰 거리에서 톱니 형상물이 사람의 눈에 인지되지 않도록 톱니 형상물(329)의 반복 거리가 충분히 작은 것이 바람직하다. 이 반복 거리는 또한 톱니 형상물간의 수평 거리로서 정의될 수도 있다. 그렇지만, 톱니 형상물은 신뢰성있게 형성될 수 있도록 충분히 커야 한다. 이 형상물이 작을 수록, 프리즘 형상의 층을 제조하기 위한 생산 과정에 어려움이 많게 된다. 약 40cm 내지 약 60cm의 전형적인 관찰 거리를 갖는 휴대용 LCD에 있어서, 일 실시예에서의 반복 거리의 범위는 약 5 ㎛ 이상 약 200 ㎛ 이하이다. 보다 양호하게는, 반복 거리의 범위는 약 30 ㎛ 내지 약 80 ㎛ 이다. 가장 양호하게는, 톱니 형상물은 약 50 ㎛의 반복 거리를 갖는다. 그렇지만, 옥외 게시판 또는 도로변 간판과 같이 디스플레이가 더욱 대형이어서 더 먼 곳에서 관찰되는 경우, 반복 거리가 실질적으로 더 커져도 된다.
프리즘 형상의 구조물은 경화 수지, 압인 가공 가능한 열가소성 물질(embossable, thermoplastic material), 또는 톱니 형상물을 형성할 수 있음과 동시에 원하는 광학 특성을 갖는 다른 물질을 포함할 수도 있다. 양호하게는, 프리즘 형상의 구조물은 가교 에폭시 아크릴레이트와 같은 경화 수지로 형성된다. 양호하게는, 프리즘 형상의 구조물(322)은 금속 증착을 위한 평탄면을 제공하고, 폴리머 기판(324) 및 금속층(320) 양쪽 모두에 대해 우수한 접착성을 갖는다. 프리즘 형상의 구조물은 양호하게는 핀홀이 없어야 한다(pinhole free). 프리즘 형상의 구조물(322)의 조성물은 양호하게는 가시광에 대한 투과성이 높으며, 스크래치에 강하고, 또한 탈가스 현상(outgassing)이 적어야 한다. 양호하게는, 수지는경화될 때 및 열과 습기에 노출될 때 수축됨이 없이 톱니 형상을 유지해야 한다. 게다가, 양호하게는 프리즘 형상의 구조물의 물질은 비할로겐화된 것(non-halogenated)이어야 하며, 보다 양호하게는 비브롬화된 것(non-brominated)이어야 한다. 왜냐하면, 할로겐제(halogen agent), 특히 브롬은 금속층의 부식을 야기할 수 있기 때문이다.
프리즘 형상의 구조물에 사용하기에 양호한 가교 에폭시 아크릴레이트의 일례로서, 이하에 열거한 성분, 즉 비스페놀-에이 에폭시 디아크릴레이트(disphenol-A epoxy diacrylate)(55-80%), 메틸 스티렌(methyl styrene)(5-25%), 아크릴레이트화된 에폭시(acrylated epoxy)(1-10%), 광 개시제(photoinitiator)(0.25-5%)(Lucirin TPO 등이 있음) 및 불소계 계면활성제(fluorosurfactant)(0.1-0.3%)을 부기한 중량 퍼센트 범위만큼 포함한 UV 경화성의 조성물이 있다. 게다가, 이 조성물은 Irgacure 184와 같은 또다른 광 개시제를 최대 5% 까지의 중량 퍼센트로 포함할 수도 포함하지 않을 수도 있다. 불소보다 무거운 할로겐제가 그다지 많지 않은 것이 유리한데, 그 이유는 몇몇 할로겐제가 몇몇 금속, 특히 은에 대해 부식 효과를 나타내기 때문이다. 불소계 계면활성제가 할로겐 원소이긴 하지만, 비교적 불활성이고, 단지 소량만이 존재하며, 적어도 일부는 금속층이 프리즘 형상의 층 상에 형성될 때 기화해버린다. 메틸 스티렌이 존재하면, 폴리머 기판 및 금속층과의 접착 특성에 유리하게 작용할 수 있다. 이 조성물은 전술한 이점을 제공하며, 또한 금속 표면의 기계적 특성을 변화시켜 취성이 낮아지게(less brittle) 한다. 이 조성물에 대해서는, 본 출원과 동일자로 출원된 것으로서 발명의 명칭이"Compositions and Structures Made Therefrom"인 공동 계류중의 미국 특허 출원(대리인 문서 번호 7780.514US01)에 더 구체적으로 기재되어 있다.
톱니 형상물(329)은, 기판과 톱니 형상물을 갖는 공구와의 사이에 수지 구조물을 도포하고 그 조성물을 UV 방사 하에서 중합시킨 다음에 그 시트를 공구로부터 분리시키는 방법과 같은 기술 분야에 공지된 많은 다른 방법에 의해, 프리즘 형상의 구조물(322)내에 형성될 수 있다. 다른 형성 방법들도 또한 공지되어 있으며, 이들을 본 발명에 이용할 수도 있다. 꼭지각(apex angle)이 90°라고 가정할 때, 프리즘 형상의 구조물의 산(山)(peak)에서 골(谷)(valley)까지의 두께는, 반복 거리(r) 및 경사각(t)에 기초하여 결정될 수 있다, 즉 "두께 = (r/2) sin(2t)"에 의해 결정될 수 있다.
예를 들면, 6-7°의 경사각과 50 ㎛의 반복 거리를 갖는 프리즘 형상의 구조물의 산에서 골까지의 두께는 5-7 ㎛ 범위에 있을 수 있다. 프리즘 형상의 구조물은 톱니 형상물의 삼각형 부분에 대한 밑변으로 배치되어 있는 "랜드부"(land portion)를 포함할 수도 있으며, 이 랜드부는 삼각형 부분의 아래에 있는 평탄한 층의 구성 요소를 말한다. 도 3의 실시예의 프리즘 형상의 구조물(322)은 프리즘 형상의 층(322)내의 점선 아래에 있는 랜드부를 갖는다. 도 10 내지 도 11의 실시예도 프리즘 형상의 구조물(1012, 1112)의 랜드부(1018, 1118)를 점선 아래에 포함하고 있다. 프리즘 형상의 구조물의 랜드부는 0 내지 3 ㎛의 범위에 있을 수 있으며, 프리즘 형상의 구조물을 형성하는 데 사용된 공정에 따라 달라질 수도 있다. 양호하게는, 프리즘 형상의 구조물의 랜드부는 약 0.5 ㎛의 두께를 갖는다.
금속층(320)은 프리즘 형상의 구조물(322)의 톱니 형상물(329) 상에 형성된다. 금속층(320)은 양호하게는 반사성이 높으며(highly reflective) 또한 부분적으로 투과성이 있다(partially transmissive). 금속층(320)의 투과율(transmissivity)에 의해, 도 2에 도시한 바와 같이 디스플레이 장치에 광 캐비티(50)를 사용하는 것이 가능하게 된다. 금속층은, 은, 크롬, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 알루미늄-티타늄 합금, 금, 지르코늄, 백금, 팔라듐, 알루미늄-크롬 합금 또는 로듐 중 하나 이상을 포함한, 반사층을 형성할 수 있는 많은 다른 물질들로 구성될 수도 있다. 금속층은 진공 증착 또는 도금을 포함한 기술 분야에 공지되어 있는 많은 다른 방법들을 사용하여 프리즘 형상의 구조물 상에 형성될 수도 있다. 적절한 진공 증착 기술로는, 스퍼터링법(sputtering), 증발 증착법(evaporation) 및 캐소드 아크 증착법(cathodic arc deposition)이 있다. 전기 도금(electroplating) 또는 용액 도금(solution plating)과 같은 도금 기술도 사용될 수 있다. 금속층(320)은 약 25 옹스트롬 이상 약 3000 옹스트롬 이하의 두께를 가질 수도 있다. 양호하게는, 금속층은 비교적 균일한 두께를 갖는다.
양호하게는, 금속층은 부분적으로 투과성이 있으며, 이에 의해 내부의 광 캐비티로부터의 광이 디스플레이를 조명할 수 있게 된다. 부분적으로 투과성이 있는 금속층에 가장 양호한 물질은 은 및 알루미늄인데, 그것은 얇은 층으로서의 이들의 반사 및 투과 특성 때문이다. 광 흡수성이 낮다는 점에서 은이 가장 양호하며, 이는 은의 반사율과 투과율의 합이 다른 물질에 비해 높다는 것을 의미한다. 양호한 실시예에서, 금속층은 약 400 옹스트롬의 은 층이다. 그렇지만, 2가지 인자가 반투과형 액정 디스플레이 장치에서의 은의 성능을 제한한다. 은은 공기 중의 오염 물질 및 고체 중의 이온(solid borne ions), 반응성 단량체(reactive monomer) 및 용제에 의해 공격받기 쉽다. 은을 공격할 수도 있는 공기 중의 오염 물질로는, 배출 가스(tail pipe emissions)로부터의 화합물 및 산성비의 성분, 특히 황을 함유하는 성분이 있다. 게다가, 은은 청색 가시광의 범위에서는 알루미늄보다 투과성이 좋다. 알루미늄이 흐릿한 회색(neutral in color)을 나타내는 반면, 은은 노르스름한 색조를 띤다. 은 이외의 다른 금속들도 부식 및 다른 종류의 손상을 입기 쉬우며 특정 색상에 유리한 색상 특성을 갖는다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 금속층 상에 형성된 무기 보호층(318)을 포함하며, 이 무기 보호층이 금속층으로의 분자의 전사를 방지한다. 게다가, 무기 보호층(318)은 양호하게는 금속층(320)에 의한 반사광 및 투과광의 색상 균형을 이루게 한다. 무기 보호층에 양호한 물질로는, 산화 인듐 주석(ITO), 황화 아연(ZnS), 산화 주석, 산화 인듐 및 산화 티타늄이 있다. 은 층과 함께 이들 물질이 사용될 때, 무색의 반사율 및 투과 스펙트럼(colorless reflectance and transmission spectra)이 요망되는 경우, 무기 보호층은 약 300 옹스트롬 이상 약 1000 옹스트롬 이하의 두께를 가질 수도 있다. 이러한 종류의 무기 보호층은 더 얇은 층으로 있는 금속층에 대한 보호를 제공하지만, 무기 보호층의 두께를 결정할 때 색상 보정 특성도 고려될 수 있다. 은 금속의 반사율은 가시 스펙트럼의 청색쪽에서보다 적색쪽에서 더 높다. 은 상에 ITO, ZnS 또는 다른 유전 물질을 사용하게 되면, 상대 반사율이 파장의 함수로서 변하게 되어, 고유의은 반사율로 볼 때보다 반사광이 유전체의 두께에 따라 더 붉게 되거나, 더 푸르게 되거나 또는 더 회색이 된다. 이러한 색상 천이는 300 옹스트롬 내지 1000 옹스트롬의 두께 범위에서 처음으로 발생하며, 두께가 증가함에 따라 반복된다. 각 종류의 금속층 및 각 종류의 무기 보호층에 대해, 양호하게는 무기 보호층의 두께를 결정할 때 모든 색상 보정 요건을 다 고려해야 한다.
무기 보호층에 사용할 수 있는 다른 물질로는, 티타늄 및 그의 산화물이 있으며, 이 경우 무기 보호층은 약 10 옹스트롬 이상 약 3000 옹스트롬 이하의 두께를 갖는다. 게다가, 무기 보호층(318)은 이산화실리콘, 일산화실리콘 및 불화마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 이 때 두께는 약 300 옹스트롬 이상 약 1500 옹스트롬 이하이다. 티타늄과 같은 물질이 그 금속원으로부터 증착되고 그 후에 노광에 의해 산화되는 경우, 다른 금속 및 합금, 그의 산화물 및 아산화물이 사용될 수 있다.
ITO는 은 금속층 상의 무기 보호층으로 사용하기에 가장 양호한 특성을 나타낸다. 황화 아연 및 티타늄도 어떤 장치에서는 무기 보호층으로 사용하기에 양호한 물질이다.
어떤 디스플레이에서는, 막 형성을 촉진하기 위하여 금속층에 인접한 한쪽 측면 또는 양쪽 측면상에 연결층(tie layer) 또는 핵형성층(nucleation layer)을 포함하는 것이 바람직할 수도 있다. 통상 사용되는 연결층의 몇가지 일례로는, 티타늄, 크롬, 지르코늄, 니켈 철 크롬 또는 다른 합금을 들 수 있다. 그렇지만, 은이 금속층으로 사용되고 ITO 또는 ZnS가 무기 보호층으로 사용되고 있는 본 발명의양호한 실시예에서는, 연결층의 사용이 광 진로 조종막의 성능을 거의 향상시키기 못하였다.
도 5는 ITO로 코팅된 은 층의 내후 시험 동안의 반사율 변화를 나타낸 것이다. Ag의 두께를 33nm로 일정하게 하고 ITO의 두께를 8nm, 15nm 및 38nm로 변화시키면서 ITO/Ag막에 대해 가속 환경 테스트를 수행하였다. ITO/Ag막은 확산 특성을 갖는 감압 접착제로 코팅된 다음에 유리에 적층되었다. 그 다음에, 이 샘플을 온도 65℃, 상대 습도 95%의 환경내에 두고서, 샘플의 반사율을 일정 간격으로 측정하였다. 대부분의 ITO/Ag막이 잘 보호되고 있는 것으로 밝혀졌다.
도 6은 가속 환경 테스트 중의 은 및 ZnS층의 반사율 변화를 나타낸 것이다. 도 6에 나타낸 데이터를 얻기 위해, 은 코팅의 두께를 33nm로 일정하게 하고 ZnS의 두께를 33nm, 43nm 및 83nm로 변화시키면서 테스트를 수행하였다. Ag/ZnS막은 확산 특성을 갖는 감압 접착제로 코팅된 다음에 유리에 적층되었다. 그 다음에, 이 샘플을 온도 65℃, 상대 습도 95%의 환경내에 두었다. 가장 두꺼운 ZnS막이 보호를 제공하였다. 그렇지만, ZnS막의 성능은 ITO 막에 의해 제공된 보호보다 못하였다.
도 7은 은의 두께를 50nm로 고정시키고 ITO의 두께를 약 30nm, 40nm, 55nm 및 75nm로 변화시킨 경우에 대한 광 진로 조종막상의 ITO/Ag 코팅에 대한 투과 스펙트럼을 나타낸 것이다. ITO 두께가 변화되면 전체 구조물의 투과 색상이 변하게 된다. 도 8은 도 7에 사용된 막과 동일한 특성을 갖는 광 진로 조종막상의 ITO/Ag 코팅에 대한 반사 스펙트럼을 나타낸 것이다. 이 경우도 ITO 두께가 변화되면 전체 구조물의 반사 색상이 변하였다. 도 7 및 도 8에 있어서, 투과 스펙트럼은 접착제층 없이 측정한 것이다.
다시, 도 3을 참조하면, 감압 접착제(314)는 양호하게는 광 확산층(optically diffuse layer)이다. 본 발명의 일 실시예에서, 감압 접착제층은 아크릴레이트 아크릴산 접착제를 포함한다. 접착제(314)는 광 확산 입자를 포함할 수 있으며, 이 광 확산 입자는 접착제층의 확산 특성을 향상시키기 위해 접착제층 전체에 걸쳐 분산되어 있다.
접착제층은 하부 편광판(26)과 금속층(320)간의 분자의 이동에 대한 저지물을 제공함으로써 금속층의 부식 및 다른 손상을 방지할 수 있다. 편광판은 금속층(320)으로 이동하여 부식 및 다른 손상을 야기할 수 있는 할로겐 원소 및 다른 반응물을 함유할 수도 있다. 예를 들면, 요오드가 편광판으로부터 금속층으로 이동하여 부식을 야기할 수도 있다. 그렇지만, 양호한 실시예에서, 접착제는 요오드를 포함한 분자의 금속층으로의 이동을 저지함으로써, 금속층(320)의 수명을 연장시킨다.
감압 접착제는 90/10 내지 97/3의 비를 갖는 부틸 아크릴레이트/아크릴산, 90/10 내지 97/3의 비를 갖는 이소옥틸 아크릴레이트(iso-octyl acrylate)/아크릴산, 또는 약 66.3/0.67/13.4/19.3의 비를 갖는 이소-옥틸 아크릴레이트/아크릴 산/이소보르닐 아크릴레이트(isobornyl acrylate)/레갈레즈(Regalrez) 6108와 같은 종류일 수도 있다. 접착제는 비스아미드 가교제(bisamide cross-linker), 과산화벤조일 개시제(benzoyl peroxide initiator), 아지리딘(aziridine) 가교제, XL-330과같은 염화(chlorinated) 가교제, Irgacure 651 가교제, 또는 다른 통상의 아크릴 접착제 가교제와 함께 사용될 수도 있다. 게다가, 접착제는 이하의 첨가제, 즉 벤조트리아졸, 5-아미노 벤조트리아졸, 5-부틸 벤조트리아졸, 벤조트리아졸 5-카르복실산, 옥타데실 티올(octadecyl thiol) 또는 티오실란(thiosilane) 중 하나 이상을 함유할 수도 있다. 본 발명에 사용할 수 있는 감압 접착제의 일례가 참고 문헌으로 본 명세서에 포함한 PCT 국제 공보 제WO 99/21913호에 기재되어 있다. 감압 접착제층의 확산 특성은 원하는 특정의 확산 레벨에 따라 접착제 내에 서스펜드(suspend)되어 있는 확산 입자의 농도를 변경함으로써 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 광 진로 조종막(300)은 무기 보호층(318)상에 형성된 폴리머 장벽층 또는 폴리머 보호층(316)을 포함하고 있다. 이 실시예에서, 폴리머 보호층(316)은 금속층(320)으로의 분자의 전사를 방지한다. 폴리머 보호층은 무기 보호층과 함께 사용될 수도 그렇지 않을 수도 있다. 폴리머 보호층 또는 폴리머층(316)은 가교 에폭시 수지, 가교 또는 선형 아크릴 수지, 에폭시 아크릴레이트, Vitel과 같은 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐이덴 및 폴리비닐알코올로 이루어진 군으로부터 선택된다. 사용될 수 있는 가교 아크릴 수지의 일례는, 미국 펜실베니아주 19106-2399 필라델피아 인디펜던스 몰 웨스트 100 소재의 Rohm and Haas사에 의해 제조된 상표명 B38N을 갖는 것이 있다.
폴리머 보호층이 무기 보호층과 함께 사용되는 경우, 폴리머 보호층(316)은 통상 도 3에 도시한 바와 같이 무기 보호층 상에 증착된다. 무기 보호층이 없는 광 진로 조종막에 폴리머 보호층이 사용되는 경우, 폴리머 보호층은 통상 금속층바로 위에 증착된다. 이러한 배치 관계의 구조는 무기 보호층(318)을 생략한 도 3의 구조와 유사하다.
기술 분야에 공지된 각종 방법들을 사용하여 폴리머 보호층이 형성될 수 있다. 예를 들면, 폴리머 보호층은 양호하게는 용액 코팅되며, 이 경우 폴리머 보호층(316)의 두께의 범위는 약 0.01 ㎛ 내지 약 50 ㎛일 수 있다. 폴리머 보호층은 금속층 또는 무기 보호층 상에 정합 증착되거나(conformally deposited) 또는 그 아래에 있는 톱니 형상물을 평탄하게 또는 부분적으로 평탄하게(planarize or partially planarize) 할 수 있다.
폴리머 보호층(316)이 평탄화 기능을 갖는 경우에, 이 폴리머 보호층(316)의 한쪽 측면은 프리즘 형상의 구조물의 경사면에 대응하는 경사면을 가지며, 이 층(316)의 다른쪽 측면은 거의 평탄하다. 폴리머 보호층(316)이 하나 이상의 층을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 폴리머 보호층이 그 아래에 있는 프리즘 형상의 구조물을 평탄화하기 위한 것이라면, 폴리머 보호층은 하나 이상의 층을 포함할 수도 있다. 또한, 사용되는 물질에 따라서는, 폴리머 보호층이 적절한 장벽으로서의 기능을 확실히 할 수 있도록 하나 이상의 층이 바람직할 수도 있다.
폴리머 보호층(316)을 형성하는 데 사용할 수 있는 한 방법은, 휘발성인 단량체 또는 저중합체의 폴리머 전구체(volatile monomeric or oligomeric polymer precursor)를 기상 증착한 다음에 그 전구체를 경화하는 방법이다. 증착은 표준 대기압(normal atmospheric pressure) 또는 진공하에서 행할 수 있다. 경화는 열 방사, 자외선 방사 또는 전자빔 방사나, 플라즈마 노광 또는 코로나 노광 중 어느하나를 사용하여 달성될 수 있다. 이러한 정합 증착을 위한 방법의 일례 및 특정 물질의 몇가지 예가, 공동 계류 중에 있는 것으로서 발명의 명칭이 "Retroreflective Articles Having Polymer Multilayer Reflective Coatings"인 미국 특허 출원 제09/259,100호 및 발명의 명칭이 "Method of Coating Microstructured Substrates with polymeric Layer(s), Allowing Preservation of Surface Feature Profile"인 미국 특허 출원 제09/259,487호에 기재되어 있으며, 이들은 본 명세서에 참고 문헌으로 포함한다. 공동 계류 중에 있는 상기한 2건의 특허 출원에 기재되어 있는 방법을 사용하면, 전형적인 폴리머 보호층은 약 1nm 내지 약 2 ㎛의 두께를 가지게 된다. 몇몇 실시예에서, 이 방법은 폴리머 보호층을 용액 코팅하는 것보다 바람직할 수 있는데, 그 이유는 용액 코팅에서 사용되는 용제가 디스플레이 장치의 금속층 또는 다른 층들에 해를 입힐 수 있기 때문이다. 폴리머 보호층은 또한 기술 분야에 공지되어 있는 플라즈마 중합법 또는 플라즈마 여기 화학 기상 증착법과 같은 플라즈마 공정을 사용하여 증착될 수도 있다.
폴리머 보호층에 양호한 한 물질로서, 약 10 ㎛의 두께를 갖는 용액 코팅된 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)가 있다. PMMA는 UV 차단제(blocker) 및 변색 방지제(tarnish-inhibiting agent)와 같은 첨가제를 포함할 수도 있다. PMMA에 양호한 첨가제의 하나로는, 은의 부식 방지제(corrosion inhibitor)인 글리콜 디메르캅토아세테이트(glycol dimercaptoacetate, GDA)가 있다. 폴리머 보호층에 사용될 수 있는 이것 및 다른 첨가제들은, 여기에 참고 문헌으로 포함하는 미국 특허 제4,307,150호 및 제4,645,714호에 기재되어 있다. 그 대안으로서, 폴리머 보호층은 프리즘 형상의 구조물에 양호한 물질로서 전술한 UV 경화성인 가교 에폭시 아크릴레이트를 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서는 폴리머 기판을 포함하고 있다. 폴리머 기판은 PET, 폴리에테르 설폰(polyether sulphone, PES), 폴리카보네이트, 셀룰로스 디아세테이트 및 셀룰로스 트리아세테이트로 이루어지는 군으로부터 선택된 물질일 수 있으며, 복굴절성(birefringent)이 있어도 되고 복굴절성이 없어도 된다(non-birefringent). 양호하게는, 폴리머 기판은 약 25 내지 1000 ㎛의 두께를 갖는다.
도 9는 디스플레이 장치에 광 진로 조종막을 포함하는 경우의 이점을 설명한 것이다. 도 9는 반사광 프로파일을 그래프로 나타낸 것으로서, 4개의 상이한 LCD에 대한 반사 휘도-시야각의 관계를 보여주고 있으며, 여기서 반사 휘도의 단위는 fL(foot-lambert)이다. 이 4개의 LCD는 상이한 트랜스플렉터를 사용하고 있다는 점을 제외하고는 동일하다. 입사광은 콜리메이트(collimate)되어 법선에 대해 -30°의 각도로 진행하였다.
TMF 예에서, 본 발명의 일 실시예의 광 진로 조종막을 사용하였다. TMF는 도 1에 도시한 장치와 유사한 광 변조층의 하부 편광판에 부착하였다. 구체적으로 설명하면, TMF 막은 폴리머 기판, 프리즘 형상의 폴리머 층, 은 층 및 PMMA의 폴리머 보호층을 포함하고 있다. TMF는 LCD의 후방 편광판(back polarizer)에 부착하였다.
홀로그래픽 막은 광활성 매질에 대한 간섭 레이저 빔의 작용에 의해 형성된 반사막이다. 홀로그래픽 막은 글래어 방향과 다른 설계 각도로 광을 반사시키지만, 단일 색상, 통상 녹색의 색조를 띤다. 이러한 종류의 막의 일례가 폴라로이드사에서 제조한 Imagix막이 있다. 표준 트랜스플렉터는 예를 들면 Nitto Denko사에 의해 제조된 상표명 NPF-EG4225P3를 사용하여 접착제 매트릭스 및 반사 미립자(reflective particulate)로 형성된 합성 물질을 투명한 기판에 부착한 것이다. TDF막은 반사성의 편광판 기판의 한쪽 측면상에 코팅된 확산 접착제 및 기판의 배면쪽 측면상에 코팅된 중성 농도막(neutral density film)으로 이루어진 3M 제품이다. TDF가 반사형 디스플레이의 하부 편광판을 대체하는 반면, 홀로그래픽 막 및 표준 트랜스플렉터는 이색성의 하부 디스플레이 편광판의 배면에 부착된다.
도 9에서, 디스플레이에 대한 글래어 피크는 약 28°내지 36°의 범위에 있다. 표준, 홀로그래픽 및 TDF 샘플은 주변 모드 동작 중에 이 글래어 피크의 근방에서 밝기 피크를 갖는다. 그렇지만, 본 발명의 TMF 샘플은 이 글래어 피크와 실질적으로 다른 약 12°에서 밝기 피크를 갖는다. 테스트 중에 입사광은 법선에 대해 -30°로 입사하였다.
본 발명에 따르면, 도 2의 광 진로 조종막은 많은 다른 방법으로 구성될 수 있으며, 여전히 이미지 각도의 방향을 글래어각으로부터 멀어지게 조종할 수 있고, 금속층을 부식 및 다른 손상으로부터 보호하며, 반사광 및 투과광의 색상 균형을 이루게 한다. 4개의 상이한 구조의 일례가 도 10 내지 도 13에 도시되어 있다. 예를 들어, 도 10에서, 광 진로 조종막(1000)은 폴리머 막 기판(1010), 프리즘 형상의 경화 폴리머 층(1012), 금속층(1014) 및 접착제층(1016)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 프리즘 형상의 층(1012)은 전술한 바와 같은 랜드부(1018)를 프리즘 형상의 구조물을 관통하는 점선 아래쪽에 포함하고 있다. 접착제층(1016)은 프리즘 형상의 층(1012)의 톱니 형상물을 평탄화 또는 백필(back-fill)을 한다. 접착제층(1016)은 본 실시예에 설명한 광 확산 입자를 함유할 수도 함유하지 않을 수도 있다. 광 진로 조종막(1000)은 접착제층(1016)을 사용하여 반사형 LCD의 하부 편광판에 부착된다. 광 진로 조종막(1000)은 또한 도 10에 도시되어 있지 않은 무기 보호층, 폴리머 보호층 또는 양쪽 모두와 같은 적어도 하나의 부가적인 층을, 본 발명에 따라 금속층(1014)에 인접하여 포함하고 있다.
도 11은 폴리머 막 기판(1110), 프리즘 형상의 경화 폴리머 층(1112), 금속층(1114) 및 경화 폴리머 층(1116)을 포함한 광 진로 조종막(1100)의 단면을 나타낸 것이다. 프리즘 형상의 층(1112)은 전술한 바와 같은 랜드부(1118)를 프리즘 형상의 구조물을 관통하는 점선 아래쪽에 포함하고 있다. 경화 폴리머 층(1116)은 톱니 형상물을 평탄화 또는 백필을 할 수 있고, 광 확산 입자를 함유할 수도 함유하지 않을 수도 있다. 광 진로 조종막(1100)은 경화 폴리머 층(1116)이 반사형 LCD의 하부 편광판에 인접해 있는 디스플레이 장치내에 배치되어 그 편광판에 이미 구비되어 있는 접착제와 접합될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 감압 접착제가 편광판에 이미 갖추어져 있다. 광 진로 조종막(1100)은 또한 도 11에 도시하지 않은 무기 보호층, 폴리머 보호층 또는 양쪽 모두와 같은 적어도 하나의 부가적인 층을, 본 발명에 따라 금속층(1114)에 인접하여 포함하고 있다.
도 12는 본 발명의 광 진로 조종막(1200)의 또다른 실시예를 나타낸 것이다. 광 진로 조종막은, 경화 폴리머 층(1210), 광 확산 입자를 함유할 수도 함유하지않을 수도 있는 프리즘 형상의 경화 폴리머 층(1214), 금속층(1212) 및 폴리머 막 기판(1216)을 포함하고 있다. 도 12의 실시예에서, 광 확산 입자는 접착제층내에 보다는 프리즘 형상의 층(1214)내에 존재한다. 광 확산 입자는 또한 금속층과 주변 광원과의 사이에 있는 폴리머 보호층과 같은 이 구조의 다른 층에 포함될 수도 있다. 금속층(1212)은 프리즘 형상의 경화 폴리머 층(1214)상에 형성되고, 경화 폴리머 층(1210)은 그 프리즘을 백필한다. 광 진로 조종막(1200)은 기판(1216)이 반사형 LCD의 하부 편광판에 인접하도록 위치하며, 그 편광판에 본래 구비되어 있는 접착제와 접합될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 감압 접착제가 편광판내에 포함되어 있다. 광 진로 조종막(1200)은 또한 도 12에는 도시되어 있지 않은 무기 보호층, 폴리머 보호층 또는 양쪽 모두와 같은 적어도 하나의 부가적인 층을, 본 발명에 따라 금속층(1212)에 인접하여 포함하고 있다.
도 13은 광 확산 입자를 함유할 수도 함유하지 않을 수도 있는 폴리머 막 기판(1310), 폴리머 막 기판(1310)상에 형성된 금속층(1312), 및 톱니 형상물을 백필하는 경화 폴리머 층(1314)을 포함하는 광 진로 조종막(1300)을 나타낸 것이다. 본 실시예에서, 확산 특성은 접착제층에 의하기 보다는 폴리머 막 기판(1310)에 의해 제공된다. 광 진로 조종막(1300)은 폴리머 막 기판(1310)이 반사형 LCD의 하부 편광판에 인접하도록 위치되어, 그 편광판에 본래 구비되어 있는 접착제와 접합될 수 있게 된다. 따라서, 본 실시예에서는, 갑압 접착제가 편광판내에 포함되어 있다. 도 10 내지 도 12에서와 같이, 도 13의 실시예도 도 13에는 도시되어 있지 않은 무기 보호층, 폴리머 보호층 또는 양쪽 모두와 같은 적어도 하나의 부가적인 층을, 본 발명에 따라 금속층(1312)에 인접하여 포함하고 있다.
본 발명은 셀룰러 전화의 LCD와 같은 정보 표시 장치의 구성 요소로 기능할 수 있는 반사형 또는 반투과형 광학 막 다층 구조를 제공한다. 후방 반사체 및 트랜스플렉터, 및 이러한 장치내의 다른 광 제어 소자는 현장에서의 사용 및 제품 검사시에 고온 및/또는 고습 환경에 처하게 된다. 이전에, 얇은 금속막을 반사/반투과 층으로 사용하는 유사한 구조는 이러한 조건 하에서 반사율 또는 광 밀도가 떨어져 성공하지 못하였다.
이하에 열거한 광 진로 조종막의 변형례들은 테스트해본 바 가혹한 환경 조건에 버틸 수 있었다. 이하의 조성물로 하였을 때, 적어도 240 시간 동안, 65℃, 상대 습도 95% 상태하에 둔 후의 투과율 및 반사율이 무시할 수 있을 정도로만 열화함을 알 수 있었다. 반사율은, 가시 스펙트럼에 걸쳐 평균하였을 때, 환경 테스트 중에 3% 미만의 열화를 나타내었다. 이들 조성물을 테스트 중에 편광판에 부착하였다.
예 1
a) 1.27 x 10-4m(5 밀(mil)) 폴리에스테르로 된 폴리머 기판,
b) 브롬이 없는 에폭시 아크릴레이트 수지로 된 프리즘 형상의 구조물,
c) 약 200 옹스트롬의 알루미늄으로 된 금속층,
d) 약 50 옹스트롬의 티타늄으로 된 무기 보호층, 및
e) 부틸 아크릴레이트/아크릴산(약 90/10의 비)으로 된 감압 접착제층으로 된 조성물은, 400 시간 동안, 65℃, 상대 습도 95% 상태하에 두었을 때 그 구조의투과율 및 반사율이 가시 파장에서 무시할 정도의(3% 미만의) 열화를 나타내었다.
예 2
a) 1.27 x 10-4m(5 밀(mil)) 폴리에스테르로 된 폴리머 기판,
b) 브롬이 없는 에폭시 아크릴레이트 수지로 된 프리즘 형상의 구조물,
c) 약 400 옹스트롬의 은으로 된 금속층,
d) 약 500 옹스트롬의 황화 아연으로 된 무기 보호층, 및
e) 부틸 아크릴레이트/아크릴산(약 90/10의 비)으로 된 감압 접착제층으로 된 조성물은, 480 시간 동안, 65℃, 상대 습도 95% 상태하에 두었을 때 그 구조의 투과율 및 반사율이 가시 파장에서 무시할 정도의(3% 미만의) 열화를 나타내었다.
예 3
a) 1.27 x 10-4m(5 밀(mil)) 폴리에스테르로 된 폴리머 기판,
b) 브롬이 없는 에폭시 아크릴레이트 수지로 된 프리즘 형상의 구조물,
c) 약 400 옹스트롬의 은으로 된 금속층,
d) PMMA로 된 폴리머 보호층, 및
e) 부틸 아크릴레이트/아크릴산(약 90/10의 비)으로 된 감압 접착제층으로 된 조성물은, 240 시간 동안, 65℃, 상대 습도 95% 상태하에 두었을 때 그 구조의 투과율 및 반사율이 가시 파장에서 무시할 정도의(3% 미만의) 열화를 나타내었다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 반사층을 포함한 많은 다른 LCD에 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기한 특정 예들에 한정되는 것으로 간주되어서는 안되며, 오히려 첨부된 청구항들에 기재된 본 발명의 특징들 모두를 포함한다는 것을 이해해야 한다. 본 발명의 상세한 설명을 살펴보았을 때, 본 발명을 적용할 수 있는 여러가지 변경례, 등가의 공정 및 여러가지 구조가 당업자에게는 자명한 것이 될 것이다. 청구항들이 의도하는 바는, 이러한 변경례 및 장치를 포괄하는 것이다.

Claims (45)

  1. 광 변조층(light modulating layer), 편광판(polarizer), 및 광 진로 조종막(light directing film)을 포함하는 디스플레이 장치로서,
    상기 광 진로 조종막은,
    2개의 측면을 가지며, 그 한쪽 측면이 경사면을 갖는 톱니 형상물을 포함하는 프리즘 형상의 구조물과,
    톱니 형상물을 갖는 상기 프리즘 형상의 기판의 측면상에 있는 금속층과,
    상기 금속층 상에 형성되어, 상기 금속층으로의 분자의 전사를 방지하는 무기 보호층과,
    상기 편광판과 상기 무기 보호층과의 사이에 있는 감압 접착제층을 포함하며,
    상기 디스플레이 장치는 전면 글래어(front surface glare)가 관찰되는 글래어각을 가지고, 상기 디스플레이에 대한 최적 시야각이 상기 글래어각으로부터 상기 경사면의 경사각만큼 옵셋되며,
    상기 무기 보호층은 상기 금속층을 보호하며 또한 반사광 및 투과광의 색상 균형을 이루게 하는 것인 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 감압 접착제층은 아크릴레이트 아크릴산 접착제층을 포함하고, 상기 접착제층이 광을 확산시키며, 또한 상기 접착제층은 상기 금속층에대한 손상을 방지하는 것인 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 감압 접착제층은 광 확산 입자를 포함하는 것인 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 무기 보호층은 티타늄 및 산화 티타늄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 무기 보호층은 약 10 옹스트롬 이상 약 3000 옹스트롬 이하의 두께를 갖는 것인 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 무기 보호층은 산화 인듐 주석, 황화 아연, 산화 주석, 산화 인듐 및 산화 티타늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 무기 보호층은 약 300 옹스트롬 이상 약 1000 옹스트롬 이하의 두께를 갖는 것인 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 무기 보호층은 이산화실리콘, 일산화실리콘 및 불화마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 무기 보호층은 약 300 옹스트롬 이상 약 1500 옹스트롬 이하의 두께를 갖는 것인 디스플레이 장치.
  10. 제1항에 있어서, 폴리머 기판을 더 포함하는 것인 디스플레이 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 광 진로 조종막은 상기 무기 보호층 상에 형성된 폴리머 보호층을 더 포함하며, 상기 감압 접착제층은 상기 폴리머 보호층과 상기 편광판과의 사이에 있고, 상기 폴리머 보호층은 상기 금속층으로의 분자의 전사를 방지하는 것인 디스플레이 장치.
  12. 광 변조층, 편광판, 및 광 진로 조종막을 포함하는 디스플레이 장치로서,
    상기 광 진로 조종막은,
    폴리머 기판과,
    2개의 측면을 가지며, 그 한쪽 측면이 경사면을 갖는 톱니 형상물을 포함하는 프리즘 형상의 구조물과,
    톱니 형상물을 갖는 상기 프리즘 형상의 기판의 측면 상에 있는 금속층과,
    상기 금속층의 상부에 형성된 폴리머 보호층과,
    상기 편광판에 부착되는 것으로서, 상기 폴리머 층의 상부에 형성된 확산 접착제층을 포함하며,
    상기 디스플레이 장치는 전면 글래어가 관찰되는 글래어각을 가지고, 상기 디스플레이에 대한 최적 시야각이 상기 글래어각으로부터 상기 톱니 형상물의 경사면의 경사각만큼 옵셋되며,
    상기 폴리머 보호층은 상기 금속층을 상기 접착제층내의 이동성 반응 원소(mobile reactant species)로부터 보호하는 것인 디스플레이 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 폴리머 보호층은 폴리에스테르, 용해성 폴리에스테르, 가교 에폭시 수지, 아크릴 수지, 에폭시 아크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리염화비닐이덴, 폴리비닐알코올 및 폴리메틸 메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 디스플레이 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 폴리머 보호층은 폴리머 전구체 물질을 기상 증착 및 경화하여 형성되는 것인 디스플레이 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 폴리머 보호층은 단량체 또는 프리폴리머(pre-polymer)를 함유하는 기화된 액상 조성물(vaporized liquid composition)을 상기 금속층 상에 응축시킴으로써 형성되는 것인 디스플레이 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 폴리머 보호층은 열 방사, 자외선 방사, 전자빔 방사, 플라즈마 노광, 및 코로나 노광으로 이루어진 군으로부터 선택된 공정을 사용하여 경화되는 것인 디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 폴리머 보호층은 약 1 nm 내지 2 ㎛의 두께를 갖는 것인 디스플레이 장치.
  18. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 폴리머 보호층은 플라즈마 중합법 및 플라즈마 여기 화학 기상 증착법으로 이루어지는 군으로부터 선택된 플라즈마 공정에 의해 형성되는 것인 디스플레이 장치.
  19. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 폴리머 보호층은 약 100 내지 5000 옹스트롬의 두께를 갖는 것인 디스플레이 장치.
  20. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 폴리머 보호층은 상기 프리즘 형상의 구조물의 경사면에 대응하는 경사면을 갖는 한쪽 측면과, 거의 평탄한 다른쪽 측면을 포함하는 것인 디스플레이 장치.
  21. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 폴리머 보호층은 용액 코팅되는 것인 디스플레이 장치.
  22. 제10항 또는 제12항에 있어서, 상기 폴리머 기판은 PET, 폴리에테르설폰(polyether sulphone), 폴리카보네이트, 셀룰로스 디아세테이트 및 셀룰로스 트리아세테이트로 이루어지는 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 것인 디스플레이 장치.
  23. 제10항 또는 제12항에 있어서, 상기 폴리머 기판은 복굴절성이 있는 것인 디스플레이 장치.
  24. 제10항 또는 제12항에 있어서, 상기 폴리머 기판은 복굴절성이 없는 것인 디스플레이 장치.
  25. 제10항 또는 제12항에 있어서, 상기 폴리머 기판은 약 25 ㎛ 이상 약 1000 ㎛ 이하의 두께를 갖는 것인 디스플레이 장치.
  26. 제1항 또는 제12항에 있어서, 상기 프리즘 형상의 구조물은 경화 수지를 포함하는 것인 디스플레이 장치.
  27. 제1항 또는 제12항에 있어서, 상기 프리즘 형상의 구조물은 UV 경화성의 가교 에폭시-아크릴레이트를 포함하는 것인 디스플레이 장치.
  28. 제1항 또는 제12항에 있어서, 상기 금속층은 은, 크롬, 니켈, 알루미늄, 티타늄, 알루미늄-티타늄 합금, 금, 지르코늄, 백금, 팔라듐, 알루미늄-크롬 합금 및 로듐으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 것인 디스플레이 장치.
  29. 제1항 또는 제12항에 있어서, 상기 금속층은 약 25 옹스트롬 이상 약 3000 옹스트롬 이하의 두께를 갖는 것인 디스플레이 장치.
  30. 제1항 또는 제12항에 있어서, 상기 금속층은 진공 증착된 것인 디스플레이 장치.
  31. 제1항 또는 제12항에 있어서, 상기 금속층은 도금에 의해 증착된 것인 디스플레이 장치.
  32. 제1항 또는 제12항에 있어서, 상기 광 변조층에 광을 제공하기 위한 것으로서 상기 프리즘 형상의 폴리머 기판에 인접해 있는 광 캐비티를 더 포함하고, 상기 금속층은 부분적으로 투과성이 있는 것인 디스플레이 장치.
  33. 제1항 또는 제12항에 있어서, 상기 접착제층은 상기 프리즘 형상의 구조물의 경사면에 대응하는 경사면을 갖는 한쪽 측면과, 거의 평탄한 다른쪽 측면을 포함하는 것인 디스플레이 장치.
  34. 제1항 또는 제12항에 있어서, 상기 금속층과 상기 접착제층과의 사이에 경화 폴리머 층을 더 포함하고, 상기 경화 폴리머 층은 상기 프리즘 형상의 구조물의 경사면에 대응하는 경사면을 갖는 한쪽 측면과, 거의 평탄한 다른쪽 측면을 포함하는 것인 디스플레이 장치.
  35. 제1항 또는 제12항에 있어서, 상기 접착제층은 상기 편광판쪽에 설치되어 있는 것인 디스플레이 장치.
  36. 제10항 또는 제12항에 있어서, 상기 접착제층은 상기 폴리머 기판쪽에 설치되어 있는 것인 디스플레이 장치.
  37. 제1항 또는 제12항에 있어서, 상기 프리즘 형상의 층은 수평면에 대해 약 1°이상 약 35°이하의 경사각을 갖는 경사면을 포함하는 것인 디스플레이 장치.
  38. 제1항 또는 제12항에 있어서, 상기 프리즘 형상의 층은 수평면에 대해 약 3°이상 약 12°이하의 경사각을 갖는 경사면을 포함하는 것인 디스플레이 장치.
  39. 제1항 또는 제12항에 있어서, 상기 프리즘 형상의 층은 수평면에 대해 약 6°이상 약 9°이하의 경사각을 갖는 경사면을 포함하는 것인 디스플레이 장치.
  40. 제1항 또는 제12항에 있어서, 상기 톱니 형상물은 약 5 ㎛ 이상 약 200 ㎛ 이하의 반복 거리를 갖는 것인 디스플레이 장치.
  41. 제1항 또는 제12항에 있어서, 상기 톱니 형상물은 약 30 ㎛ 이상 약 80 ㎛ 이하의 반복 거리를 갖는 것인 디스플레이 장치.
  42. 제1항 또는 제12항에 있어서, 상기 톱니 형상물은 약 50 ㎛의 반복 거리를 갖는 것인 디스플레이 장치.
  43. 제1항 또는 제12항에 있어서, 상기 금속층은 약 400 옹스트롬의 두께를 갖는 은 층(silver layer)을 포함하는 것인 디스플레이 장치.
  44. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 폴리머 보호층은 폴리메틸 메타크릴레이트를 포함하며, 또한 약 10 ㎛의 두께를 갖는 것인 디스플레이 장치.
  45. 제1항 또는 제12항에 있어서, 상기 접착제층은 부틸 아크릴레이트 아크릴산을 포함하는 것인 디스플레이 장치.
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