KR20040031677A - 자신의 앞에 배치된 ｌｃ 광 변조기 소자를 구비하는디스플레이 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화상이 디스플레이되는 활성 부분을 갖는 디스플레이 패널과; 상기 디스플레이 패널 앞에 배치되어 있으면서 상기 디스플레이 패널의 상기 활성 부분 크기에 대응하는 크기를 갖는 계층화된 (LC) 광 변조기(15) 소자(예컨대, 셔터 또는 스위치)를 구비하는 디스플레이 디바이스로서, 상기 LC 광 변조기 소자에는 상기 LC 광 변조기 소자에 전력을 공급하기 위한 투명 전극 수단(26)이 제공된다. 계층화된 LC 광 변조기 소자는, 투명 기판에 인접하여 배치되는 액정 물질(23)을 포함한 광 변조 층과, 상기 디스플레이 패널에 인접하여 배치되는 유기 물질, 무기 물질, 또는 유기 및 무기 물질의 혼합물로 이루어진 상단 층(29)으로 분리되는, 복합 물질 형태를 수반하는 상기 투명 기판을 포함하고, 상기 LC 광 변조기 소자는 디스플레이 패널의 표면에 적층된다.

Description

자신의 앞에 배치된 ＬＣ 광 변조기 소자를 구비하는 디스플레이 디바이스{DISPLAY DEVICE HAVING AN LC LIGHT MODULATOR ELEMENT ARRANGED IN FRONT OF IT}

CRT, 플라즈마 디스플레이(PDP), LCD와 같은 화상 디스플레이 디바이스는 동작 중에 있지 않을 때 그것들의 주변과 조화를 이루지 않는 외관을 갖는다고 알려져 있다. 이러한 문제점에 대한 해결책이 JP-A 4-132380호에 설명되어 있다. 그 공보에서는, LC 셔터로서 기능을 하는 LC 셀의 외부 주변장치가 부착용 프레임에 의해서 휴대되고, 어셈블리가 텔레비전 수신기에서 CRT의 전면에 부착된다. 셀의 LC 물질이 전극 사이에 배치되는데, 그 전극은 텔레비전 수신기의 전력원의 온/오프동작에 따라 전력이 공급되는 상태로 전환된다. 그에 따라서, LC 셀은 텔레비전 수신기가 동작할 때는 투명 상태로 전환되고 수신기가 동작하지 않을 때는 광-흡수 상태로 전환된다.

LC 셔터의 특정 실시예로는 스캐닝 윈도우가 있는데, 그것의 개념이 EP-A 0 000 422호에 설명되어 있다.

일반적으로, 디스플레이 디바이스는 디스플레이 윈도우를 포함한다. 이미지는 그 디스플레이 윈도우 상에 디스플레이된다. 디스플레이 윈도우는 그 디스플레이 윈도우의 영역들에서 선택적으로 광을 생성하기 위한 수단을 포함한다. CRT에서는, 이를테면, 이미지가 라인마다 제작된다.

디스플레이 디바이스에 대한 주요한 문제점은 (예컨대, CRT 및 PDP에서) 형광체 소자와 같은 디스플레이 디바이스의 구성부품이나 디스플레이 윈도우 상에서의 주변 광의 반사이다. 그 디바이스에 의해 생성되는 이미지와는 별도로, 시청자는 디스플레이 윈도우 상에서 램프 및/또는 햇빛과 같은 다른 광원의 반사를 또한 본다. 그러한 외부 광원(즉, 디스플레이 디바이스 외부의 광원)의 반사는 디스플레이되는 이미지의 콘트라스트를 감소시키며, 특히 디스플레이 윈도우 상에서 햇빛이 빛나게 될 때 이미지가 훨씬 더 안 보이도록 할 수 있다. 방에서 빛의 강도를 감소시키고, 디스플레이 윈도우의 표면의 반사 계수를 감소시키고(반-반사 코팅), 윈도우를 위해 어두운 색의 유리를 사용하는 것(후자는 디스플레이 윈도우의 내부면 상에서의 반사를 감소시킴)에 이르는 많은 해결책이 제안되어 왔다.

활성화된 영역으로부터의 광은 투과시키고 비활성화된 영역으로부터의 광은적어도 부분적으로 차단하기 위한 수단을 사용하는 것이 유럽 특허 출원 제 0 000 422호로부터 알려져 있다. 다음으로, 활성화된 영역(즉, 광을 방출하는 영역)은 가시적으로 되는 반면에, 비-활성 영역은 어둡게 된다. 그러한 수단은 콘트라스트를 상당히 증가시킬 수 있다. 그 수단은 비-활성화된 영역으로부터의 광은 차단시키고(shut out) 활성화된 영역으로부터의 광은 투과시킨다. 이미지 자체의 강도는 감소되지 않거나 또는 작은 크기로만 감소되는 반면에, 반사된 광의 강도는 상당히 감소될 수 있다.

그러나, 디스플레이 패널은 큰 영역을 갖고, LC 셔터는 그에 상응하여 큰 영역을 가질 필요가 있는데, 이는 디스플레이 패널을 매우 고가가 되도록 한다. 더욱이, 어셈블리를 위한 프레임의 사용은 그 디바이스에 가외의 비용이 들도록 하고, 동시에, 프레임으로 인해서, LC 셔터와 디스플레이 패널 사이의 광 연결이 최적으로 되지 않아 불필요한 반사를 발생시킨다.

현재 제작되고 있는 LC 셔터는 유리 셀로 구성된다. 이 때문에, 유리판은 ITO로 통상 제작되는 (구조화된) 투명 전극으로 덮인다. 그것들은 액정 배향을 이루기 위해서 얇은 폴리이미드나 그 대안적인 막으로 코팅된다. 선택적으로, 유리판에는 컬러 필터, 블랙 매트릭스, 평탄화 층, 패시베이션 층 등이 제공될 수 있다. 특정 응용의 경우에 있어서는, 또한 일부 논리 회로가 그 판 상에서 삽입될 수 있다. 이러한 막을 적용하기 위해서 모든 코팅 및 리소그래픽 절차를 착수한 후에는, 유리판은 정확하게 배치된 접착성의 스트라이프를 통해 서로 들러붙는다. 앞서 적용된 스페이서, 예컨대 유리 또는 플라스틱 구(sphere)나 섬유가 10 ㎛과 20 ㎛ 사이의 일정 값으로 종래 LC 셔터의 셀 갭을 유지하여야 한다. 접착성 실(adhesive seal)은 진공 처리에서 액정으로 셀을 채우기 위해 사용되는 일부 개구부를 계속 남겨 둔다.

셀을 제작하고 채우는 전체적인 처리는 노동집약적이고 일괄처리 방식(batch-wise)이며 시간이 오래 걸리므로(더 큰 셀을 채우는 것만도 이미 수 시간이 걸림), LC 셔터의 원가가 크게 되도록 결정하는 비교적 비용이 많이 드는 처리이다. 또한, 셀에 기초한 설계는 관련된 두 유리판의 두께로 인해 비교적 두껍게 된다.

본 발명은, 화상이 디스플레이되는 활성 부분을 갖는 디스플레이 패널과, 그 디스플레이 패널 앞에 배치되어 있으면서 디스플레이 패널의 활성 부분 크기에 대응하는 크기를 갖는 LC(액정 : Liquid Crystal) 광 변조기 소자를 구비하는 디스플레이 디바이스에 관한 것으로, 그 LC 광 변조기 소자에는 LC 광 변조기 소자에 전력을 공급하도록 허용하는 투명 전극 수단이 제공된다. 광 변조기 소자는 이후로는 LC 셔터로서 주로 언급될 것이지만, 종종 "광 변조기" 또는 "스위치"로도 언급될 것이다.

도 1은 LC 셔터를 구비한 디스플레이 디바이스의 개략적인 단면도.

도 1a는 LC 셔터의 실시예를 나타내는 도면.

도 2a는 스캐닝 윈도우를 적용하는데 사용하기 위한 수단의 개략적인 평면도.

도 2b는 LC 셀을 개략적으로 나타내는 도면.

도 3a는 셀에 걸리는 전압의 함수에 따라 LCD 셀 뒤에서 이미지의 상대적인 루미넌스를 나타내는 도면.

도 3b는 능동 및 수동 스위칭 둘 모두를 위한 스위칭 시간을 나타내는 도면.

도 4는 디스플레이 장치의 간단한 블록도.

본 발명은 현재 적용되고 있으면서 위에서 설명된 것과는 완전히 다른 루트를 따라 액정 셔터를 제작하기 위한 설계, 방법론 및 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이러한 새로운 기술은 처리 시간으로 인해 기본적으로 더 저렴하다. 본 발명은 또한 새로운 설계 및 새로운 재료에 대해서 융통성있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 예컨대, 그 방법은 유리 기판, 플라스틱 기판뿐만 아니라 비교적 복잡한 구조를 갖는 기판 상에서도 쉽게 사용될 수 있다. 본 발명은 또한 기본적으로 더 얇은 셔터를 일반적으로 유도할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

앞서 말한 것에 비추어, 본 발명의 첫 번째 목적은 저렴한 방식으로 제작될 수 있으면서 디스플레이 패널과 저렴한 방식으로 조립될 수 있는 LC 셔터를 제공하는데 있다.

위의 목적은, 화상이 디스플레이되는 활성 부분을 갖는 디스플레이 패널과, 그 디스플레이 패널 앞에 배치되어 있으면서 디스플레이 패널의 활성 부분 크기에 대응하는 크기를 갖는 LC 셔터를 구비하는 화상 디스플레이 디바이스에 의해 해결되는데, 그 LC 셔터에 전력을 공급하기 위해 전극 수단이 제공되며, 그 화상 디스플레이 디바이스는, LC 셔터가,

기판에 인접하여 배치되는 액정 물질을 포함한 광-변조 층과, 디스플레이 패널에 인접하여 배치되는 유기 물질, 무기 물질, 또는 유기 및 무기 물질의 혼합물로 이루어진 상단 층으로 분리되는 복합 물질 형태를 수반하는 투명 기판을 포함하고, LC 셔터가 예컨대 접착제에 의해서 디스플레이 패널의 표면에 고정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기초는 레올로지(rheology)를 갖는 중합체 형성 물질 및 액정의 혼합물이고, 그로 인해 그 혼합물은 투명 전극 및 배향 층이 바람직하게 제공되는 유리 또는 플라스틱 기판 상에 조정된 두께를 갖는 박막으로서 코팅될 수 있다. 이를테면 UV 노출 또는 가열일 수 있는 특정의 조치 시에, 또는 적절한 순간에 단지 자발적으로, 단일 층 상(phase)은 두 개의 구별가능한 층으로 분리된다. 기판 및 전극에 가장 근접하여 형성되는 하단 층은 완전히 또는 거의 완전히 액정으로 구성된다. 공기를 갖는 경계면에 형성되는 상단 층은 고체의 기계적인 특성을 갖는 중합체로 톱코팅된다. 액정 층은 액정 분자가 원하는 광 특성이 획득되도록 하는 바람직한 분자 배치로 구성된다는 특성을 갖는다. 상단 층은 기계적으로 안정적이면서 강하고, 그로 인해 상기 상단 층은, 이를테면, 현재의 액정 셀의 유리 표면을대신한다.

상단 층은 안정적이기 때문에, LC 셔터는 상단 층이 어셈블리의 외부면에 있도록 디스플레이 패널에 접합될 수 있다. 그러나, 바람직한 실시예에 따르면, 상단 층은 접착제에 의해 디스플레이 패널의 표면에 고정되고, 그로 인해, 유리판이나 합성물질 판일 수 있는 기판이 외부면 상에 위치한다. 이러한 방식으로, 상분리되는 복합 물질이 최적으로 보호된다. 두 상황 모두에 있어서, 최적의 광 연결이 구현될 수 있다.

접착제는 예컨대 에폭시 유형의 물질, 아크릴(acrylic), 또는 메타크릴(methacrylic) 유형의 물질, 또는 그것들의 혼합물, 실리콘 수지 또는 겔(gel)과 같은 경화성 수지일 수 있지만, 본 발명은 그러한 물질들로 제한되지는 않는다.

LC 셔터를 디스플레이 패널에 간단히 접합시키는 것은 디스플레이 패널의 표면이 평탄한 경우에 보장되는데, 그것은 가장 최신의 화상 디스플레이 디바이스, PDP, LCD, 및 심지어 CRT{RF(Real-Flat)-유형}의 경우이다.

접합 단계는 표면 또는 상단 층의 주변에 인접한 실(seal)이 디스플레이 패널과 LC 셔터의 반대쪽 표면(상단 층의 표면이거나 기판의 표면일 수 있음) 사이에 배치되는 경우에 더욱 간단해 지고, 그로 인해 디스플레이 패널, 실 및 상단 층 또는 기판 사이의 공간은 액체성의 접착제로 채워질 수 있는데, 그 액체성의 접착제는 그 후에 (가열이나 UV 방사선으로의 노출이나 두 가지의 미리 혼합된 반응 성분의 반응에 의해) 경화성으로 될 수 있는 유형인 것이 바람직하다.

다른 양상에 따라, LC 셔터는 광-변조 층을 마주보고 있는 기판 상에 배치되는 전극 층을 포함하고, 그 셔터의 광 투과율은 전극 층에 연결될 수 있는 전기 전력원의 영향 하에서 오픈 및 클로즈드 상태 사이에서 스위칭가능하다. 이러한 유형의 스위칭{동면 스위칭(in-plane switching)으로 지칭됨}은 하나의 전극 층만을 필요로 하는데, 그 전극 층은 본 단일 기판 개념의 실행가능성을 증진시킨다. 다른 대안으로는 상단 층의 표면 상에 제 2 전극 층을 배치함으로써 종래의 (수직) 스위칭이 가능하도록 하는 것이 있다.

다른 양상에 따라, 광-변조 층은 투과 상태와 비투과 상태 사이에서 스위칭될 수 있는 LC-겔을 포함하고, 더 상세히는, LC-겔은 배향된 중합체 네트워크를 포함하고, 미리 결정된 Δε을 갖는 LC 물질이 그 네트워크의 공동(cavity)에 포함된다. 동면 스위칭 전극 구조의 경우에, 중합체 네트워크는 그 네트워크의 공동에 음의 Δε를 갖는 LC 물질을 포함할 수 있지만, 양의 Δε를 갖는 물질의 사용이 바람직하다. 이러한 유형의 물질 시스템은 투과 및(유백색) 스케터링 사이에서 스위칭될 수 있는 셔터를 제공할 수 있다는 것이 발견되었다. 이러한 효과를 발생시키기 위해서는 어떠한 극(polar)도 필요하지 않고, 따라서 광의 손실은 존재하지 않고, 극의 비용도 절감된다. 게다가, LC-겔은 LC 셀에 어떠한 전압도 공급되지 않는 경우에는 투명하다. 그에 따라서, 그 LC-겔은 전혀 문제가 없다.

수직 스위칭 전극 구조의 경우에, 음의 Δε 및 (다색성) 염료를 갖는 LC 물질이 네트워크의 공동에 포함될 수 있다. 후자의 시스템은 투과 및 흡수 상태 사이에서 스위칭될 수 있다는 것이 발견되었다.

영구적인 LC-겔로 지칭되는 위의 물질과는 별도로, 피직 겔(physic gel)이나 중합체-분산된 액정이 사용될 수 있지만, 본 발명은 그러한 물질 및 위의 물질로 제한되지는 않는다.

본 발명은, 특히, 디스플레이의 앞면에 접합되는 스위칭 가능한 패널(LC 셔터 또는 스위치)에 의해서 CRT나 또는, 플라즈마 패널이나 LCD와 같은 다른 디스플레이 유형을 가리기 위한 수단을 제공한다. 이러한 특징은 TV-스크린이 턴 온 되지 않을 때는 상기 TV-스크린이 보이지 않게 하기 위해서 사용될 수 있고, 반면에 패널의 투명 상태에서는 방해받지 않고 TV 시청이 가능하다. 스위칭가능한 패널은 오픈 상태에서는 투명해야 하고, 클로즈드 상태는 대상을 뒤에 숨겨야 한다. 그러므로, 클로즈드 상태에서는 상당히 흡수(예컨대, 블랙)되거나 스케터링(예컨대, 유백색, 매트)될 수 있다. 설계의 이유로, 유백색 외관이 바람직하다. 또 다른 응용에 있어서, LC 패널은 투과된 광의 편광 방향을 교체하기 위해서 구동될 수 있는 광 변조기를 형성한다. 이 때문에, 편광 필터가 디스플레이의 앞면과 광 셔터의 상단 층 사이에 적용된다. 이러한 방식으로, 예컨대 CRT 이미지의 입체적인 시청을 위한 스위치가 제공된다.

위의 특정 LC-겔에 대한 또 다른 긍정적인 양상은 고속 스위칭 시간(대략 1 ㎳)이고, 그 고속 스위칭 시간은 고찰되는 응용에 대해서 충분히 빠르다. 게다가, 그것들의 응용은 '아무 문제가 없고', 전기 고장의 경우에, 광-변조 층은 따라서 TV 시청을 허용하기 위해 투명하게 된다. 활성 스케터링 상태에 있어서, 전력 소모는 낮아진다(32"WSRF 크기에 대해서 1 W 보다 작음).

오픈 상태에서 화상을 방해하지 않기 위해서, LC 광 변조기 소자는 예컨대 CRT, 플라즈마 패널 또는 LCD의 디스플레이 스크린과 광 접촉 상태에 있어야 한다. 이러한 방식으로, 변조기 소자-공기 및 디스플레이 스크린-공기 인터페이스의 경면 반사가 회피된다.

그러므로, 변조기 소자와 예컨대 CRT를 적층물을 통해서 결합하는 것이 바람직하다. 캐스트 수지(cast resin)가 변조기 소자와 CRT 사이에서 연결 매체로서 사용되는 적층 처리가 유리하다. 이러한 적층 기술은 Real Flat CRT 스크린 상에서 LC 셔터를 광학적으로 연결하는데 있어 특히 적합하다.

본 발명의 이러한 및 다른 양상이 일예를 통해서 그리고 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이다.

도면은 축적에 맞게 도시되지 않았다. 일반적으로, 동일한 참조 번호는 동일한 부분을 나타낸다.

컬러 디스플레이 디바이스(1)(도 1)는 진공 엔벌로프(2)를 구비하는데, 상기 진공 엔벌로프(2)는 디스플레이 윈도우(3), 콘부(4) 및 네크(5)를 포함한다. 상기 네크(5)는 전자빔(7, 8 및 9)을 생성하기 위한 전자총(6)을 수용한다. 디스플레이 스크린(10)은 디스플레이 윈도우의 내부면 상에 존재한다. 상기 디스플레이 스크린(10)은 적색, 녹색 및 청색으로 발광하는 형광체 소자의 형광체 패턴을 포함한다. 디스플레이 스크린으로 가는 도중에, 전자빔(7, 8 및 9)은 편향 유닛(11)에 의해서 디스플레이 스크린(10)에 걸쳐 편향되고, 디스플레이 윈도우(3)의 앞에 배치되면서 에퍼추어(13)를 갖는 얇은 판을 포함하는 섀도우 마스크(12)를 통과한다. 섀도우 마스크는 현가 수단(14)에 의해서 디스플레이 윈도우에 현가된다. 세 개의 전자빔은 수렴한 후 서로에 대해서 작은 각도로 섀도우 마스크의 에퍼추어를 통과하고, 그 결과, 각각의 전자빔은 한 컬러만을 갖는 형광체 소자에 충돌한다. 도 1에는, 엔벌로프의 축(I-축)이 또한 도시되어 있다. 광을 투과 및 스케터링하거나 흡수하기 위한 셔터 수단(shutter means)(15)이 디스플레이 윈도우(3) 앞에 배치된다.

셔터 수단(15)의 실시예가 도 1a에 상세히 도시되어 있다. 이 경우에, 셔터 수단은 형태 분리 즉 계층화 처리를 사용하여 제작될 수 있기 때문에 단일 기판 유형이다. 투명 기판(17)은 액정 물질을 포함하는 광 변조 층(18)과 예컨대 중합체물질로 이루어진 상단 층(19)으로 분리되는 복합 물질 형태를 수반한다.

액정 (자체) 계층화 처리

계층화된 LCD의 제작에서 주안점은 층의 형성이다.

다음의 일반적인 절차가 개발되었다.

1. 균등질의 혼합물이 액정 물질, 단량체(monomer), 광기폭제(photoinitiator) 및 흡수제로 제작된다. 혼합물은 반드시 액정 자체일 필요는 없고, 일반적으로 LC 형태는 액정 물질이 단량체와 같은 비-액정 물질의 더 큰 분량과 혼합될 때 손상된다. 이것은 상기 처리에 있어 중요하지 않다.

2. 일반적으로, 액정 물질은 광범위한 특성 세트 상에서 최대한 활용하기 위한 복합 혼합물이다. 본 발명의 유효성을 증명하기 위해서, 지금까지의 대부분의 실험은 세 개의 소위 시아노비페닐(cyanobiphenyl)과, 광범위한 액정 온도 범위, 높은 복굴절 및 높은 유전율을 갖는 시아노테르페닐(cyanoterphenyl)로 이루어진 비교적 간단한 혼합물인 E7(Merck)로 수행되어 왔다.

3. 또한 단량체는 예컨대 일종의 아크릴레이트(acrylates), 에폭시드(epoxides), 티올엔(thiolenes) 및/또는 비닐에테르(vinylethers)와 같은 수 가지의 물질로 구성될 수 있다. 대부분의 실험은 예컨대 이소보닐메타크릴레이트(isobornylmethacrylate) 및 트리프로필렌글리콜디메타크릴레이트(tripropyleneglycoldimethacrylate)와 같은 모노 및 다이-아크릴레이트로 수행되어 왔다.

4. (메타)크릴레이트 단량체와 액정 물질 사이의 전형적인 비율은 50/50 w/w이다. 그러나, LC-층 두께를 조절하기 위해서는, 예컨대 액정 내용물이 10과 90 w% 사이에서 변할 수 있는 것과 같이 다른 농도가 또한 가능하다.

5. 광기폭제 및 흡수제는 매우 균형이 잘 맞추어진 혼합물이어야 한다. 광기폭제는 UV나 근 UV 가시광에 노출되었을 때 예컨대 유리기(free radicals)와 같은 반응성 입자를 생성한다. 흡수제는, 막의 상면 근처에서, 고체의 중합체 막이 형성 단계 시에 공기(또는 불활성 가스로 씻길 경우에는 또 다른 가스)와의 경계면 근처에서 분리되도록 대부분의 반응성 입자가 형성되는 기능을 갖는다.

6. 액체 혼합물의 점도(viscosity)는 안정한 습식 막이 예컨대 닥터 블레이드(doctor blade), 나이프 코팅(knife coating) 또는 슬롯 다이 코팅(slot die coating)을 사용하여 유리 또는 다른 기판 상에 도포될 수 있도록 최적화된다. 막 두께는 표면 영역 전체에 걸쳐 일정하다는 것이 매우 중요하다. 비록 막의 두께가 계층화 처리에 영향을 줄 것이고 단량체와 액정 사이의 초기 비율을 결정할 것이지만, 전형적인 막 두께는 5 및 50 ㎛ 사이지만, 2 및 200 ㎛ 사이의 임의의 두께일 수 있다.

7. 습식 막을 액정 하단 및 중합체 상단 층으로 분해하는 것이 UV 노출 및 그로 인한 단량체의 중합반응에 의해서 실행된다. 염료는 초기 막의 두께에 대해 UV 광의 가파른 강도 강하를 제공하여, 막의 상단 및 하단 사이에서의 중합반응에 있어 큰 차이를 산출한다. 그러므로, 중합체는 막의 상부 부분에 주로 형성된다. 따라서, 단량체는 그 부분에서 제거된다. 하부 부분에 여전히 존재하는 비반응성 단량체는, 후속적인 농도 차이에 의해 유도되어, 그것들이 성장하는 중합체에 부착되는 상부 부분으로 확산한다.

계층화 처리를 개선하기 위한 특정 실시예

1. 본 발명의 특정 실시예에서, 첨가되는 염료는 UV 노출 시에 광표백된다. 이것은 UV 노출의 초기 상태에서 UV 광의 높은 흡수 및 매우 가파른 강도 변화도를 허용한다. 중합반응이 막의 바로 그 상부 층에서 진행될 때, 염료는 표백되고, 이것은 또한 더 깊은 부분에서의 중합반응과 긍극적으로는 단량체를 중합체로 완벽하게 변환하는 것을 허용한다.

2. 또 다른 실시예에서는, 어떠한 염료도 전혀 첨가되지 않지만, 광 중합반응을 위한 파장이 혼합물의 고유한 흡수가 강도 변화도를 설정하도록 되게끔 선택된다. 이것은 특히, 320 ㎚ 이하의 파장이 선택되거나 특정의 액정{예컨대, 안트라치논(anthrachinon)이나 시아노테르페닐(cyanoterphenyls)의 농도가 더 높은 액정}이나 특정의 단량체{예컨대, 안트라센(anthracene)을 함유한 아크릴레이트}가 사용되는 경우일 것이다.

3. 또한 특정 경우에 있어서, 단량체는 더 높은 파장에서 흡수될 것이며, 노출 시에 광표백될 것이다. 이것은, 이를테면, 흡수 파장에서 동일하게 이동하는 소위 E-Z 이성체화(isomerization)를 거치는 특정의 스틸벤 다이아크리레이트(stilbene diacrylates)에 대한 경우일 것이다. 실제로, 이러한 방법은 현재까지 가장 효과적인 절차인 것으로 증명되었다.

4. 또한 또 다른 실시예에 있어서, 광기폭제는 초기 상태에서 강하게 흡수될 것이고 노출 시에 광표백될 것이다. 그 예로는 메일이미드(maleimides)에 기초한광기폭제가 있다.

5. 물론, 이러한 특정 실시예의 결합이 또한 가능하다.

액정의 배향을 조정하기 위한 특정 실시예

상기 처리는 본래부터 단지 액정의 기판 측으로부터의 LC 배향 제어를 허용한다. 이 때문에, 기판은 LC/단량체 막의 도포 전에 문질러진 얇은 폴리이미드 코팅제로 코팅될 수 있다. 일반적으로, 이러한 한 표면에 실행되는 정렬은 이미 단축 정렬을 구축하기에 충분하다. 대안적으로, 다른 폴리이미드-유형이나 특정의 계면 활성제(surfactant)가 단축의 호메오트로픽(homeotropic)(=기판 표면에 수직인) 배향을 제공할 수 있다. 혼합물에 키랄 액정 불순물(chiral liquid crystal dopant)을 첨가함으로써 TN 또는 STN 디스플레이의 구조와 비교해서 비틀어진 구조를 초래할 것이다.

때때로, 분자 배향에 대한 제어를 개선하기 위해서 하드 톱코트(hard topcoat)의 측면부터 특별한 측정을 수행하는 것이 바람직하다:

1. 특정 계면 활성제 같은 단량체가 혼합물에 첨가될 수 있다. 그 예로는 4 유닛 이상의 알킬 테일(alkyl tail)을 갖는 알킬레크리레이트{예컨대, 에틸헥실아크릴레이트(ethylhexylacrylate)}, 플르오르 첨가 알킬아크릴레이트{fluorinated alkylacrylates), 알킬티올(alkylthiols) 등이 있다. 이러한 첨가물은 그 경계면에서 LC 분자의 호메로트로픽 (수직) 배향을 일으키는 것이 바람직할 것이다.

2. 특정 단량체 결합은 광정렬(photoalignment)의 처리를 통해 평면 배향을 제공할 수 있다. 예컨대, 특정의 아조 함유 단량체 결합의 계층화가 편광된 UV 광에 노출시킴으로써 실행될 경우, 광 중합반응뿐만 아니라 중합체에서 평균적인 분자 배향의 재배향이 발생한다. 이러한 선택적인 배향은 일반적으로 그 층에 인접한 액정을 UV 광의 E-필드에 수직하는 방향으로 배향한다.

광 변조기를 생산하기 위한 특정 실시예

계층화 처리를 통해 광 변조기 소자를 제작하는 원리는 다양한 액정 효과에 적용될 수 있다. 일반적으로는, LC 막의 한 측면, 즉 유리 또는 플라스틱 기판에서 전극을 통해 작용할 수 있는 액정 효과를 선택하는 것이 바람직하다. 그 경우에, 실제로 비용-효과적인 디스플레이 제작이 가능하다. 이러한 소위 동면 스위칭 구조 내에서는 여러 가능성이 있을 수 있다. 그 예는 다음과 같다:

·호메오트로픽 LC로부터 평면 정렬로의 동면 스위칭. 이 효과는 계층화된 셀의 양 측면에 편광기를 필요로 한다.

·동일한 효과이지만 이제는 액정 호스트(host)에 게스트(guest)로서 첨가되는 이색성 염료를 통한 효과. 하나의 편광기나 두 개의 편광기 모두가 이제 생략될 수 있다.

·막의 평면에서 평면 LC의 동면 스위칭. 이 효과는 각 측면에 평광기를 필요로 하며, 대체로 시청 각도에 매우 독립적일 수 있다.

·또한, 여기서는, 게스트-호스트 스위칭 효과가 액정 혼합물에 이색성 염료를 첨가함으로써 획득될 수 있다.

·동면 스위칭을 통해 CTLC-유형의 LCD 효과를 제공하는 콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystal). 또한, 여기서는, 편광기가 생략될 수 있다.

또 다른 설계에서는, 전극이 애정 층의 양 측면에 적용된다. 이 때문에, 중합체 톱코트는 투명한 전도 층으로 코팅될 필요가 있다. ITO가 가장 명백한 선택이지만, 예컨대 스퍼터 코팅(sputter coating)에 의한 ITO 층의 도포 처리는 유기 이중 층과 결합하기 어렵다. 대안으로서, 폴리아닐린(polyaniline)이나 PEDOT와 같은 유기 전도체가 고려될 수 있다.

양 측면 모두에 전극이 있는 경우에, 모든 LCD 효과가 생성되어, TN, STN, ECB, 및 OCB로부터 수직 정렬, 다중-도메인 효과 등에 이르기까지 적용될 수 있다. 그러나, 중합체 톱코트의 존재로 인해서, 스위칭 전압은 유사한 유리-셀 기초 대응부에서보다 더 높아질 것이다. 스위칭 전압을 감소시키기 위해서, 톱코트의 두께는 가능한 얇게 제작되어야 한다. 전도체의 도포 이후에, 추가적인 톱코트가 도포될 수도 있다.

계층화된 중합체 막 상의 추가적인 층

여러 처리 단계의 시퀀스가 다음과 같은 다른 성분의 추가를 허용한다:

·긁힘 방지 상단 층(scratch resistance top layers)이 디스플레이의 기계적인 특성을 개선하기 위해서 계층화된 중합체 막 위에 쉽게 유도될 수 있다.

·액정의 증발을 회피하기 위해서 더 높은 온도에서 디스플레이가 사용될 것으로 예상되는 경우의 차단 코팅.

·코팅가능한 편광기, 예컨대, 현재 개발 중에 있으면서 계층화 이후에 블레이드-코팅된 인-라인일 수 있는 옵티바 기술(Optiva technology)에 기초하는 편광기.

도 2a는 수단(15)에 스캐닝 윈도우를 적용한 것에 대한 평면도이다. 그 수단은 복수의 단일 기판 LC 셀(20)("서브-셔터")과 그 LC 셀의 투과 특징을 조정하기 위한 수단(21)을 포함한다. 셀 뒤의 영역이 활성될 때, 즉 광을 방출할 때는 각각의 셀이 오픈된다. 즉 디스플레이 윈도우로부터 나오는 광에 대해 투과적이다. 도 2a의 예는 다수의 셀을 포함하며, 매우 많은 수의 반대쪽 전극(이를테면, 반대쪽 전극의 많은 쌍)을 갖는 단일 셀을 사용하는 것이 또한 가능하고 실제로 유리하다는 것이 주시될 것이다. 다음으로, 적절한 전압의 인가는 전극 쌍 사이의 영역을 투과 상태와 차단 상태 사이에서 스위칭할 것이다. 복수의 "서브"-셔터 대신에, 하나의 일체형의 계층화된 셔터가 유리하게 사용될 수 있다. 후자의 경우에, 스위칭가능한 물질이 연속적인 전극과 패턴화된 전극 사이에 배치될 수 있다.

도 2b는 본 발명에서 사용하기 위한 LC 셔터를 개략적으로 나타낸다. LC 셔터는 중합체 상단 층(29), 미리 결정된 Δε와 (다색성) 염료를 갖는 LC 물질을 배향된 중합체 네트워크에 포함하는 LC 물질(23), 투명 전극(이를테면, ITO로 제작됨)(26), 격벽 층(25), 폴리이미드 층(24), (예컨대, 유리) 기판(27) 및 선택적으로 반사 방지층(28)을 포함한다. 전극 구성 및 정렬 층의 결합에 따라, Δε의 부호는 양 또는 음으로 선택된다. 다수의 경우에 있어서, 예컨대 전극이 LC 물질의 동일 면 상에 있는 경우에는, 양의 Δε이 바람직하다.

도 3a는 전극에 인가되는 전압{수평 축 상에서 V}의 함수에 따른 상대적인 루미넌스(수직 축 상에서 L(%)}를 나타낸다. 셔터가 투과 상태(실질적인 실시예에서 L=95%)에 있을 때, 거의 80 V 전압의 인가가 셔터를 클로즈시킬 것이고, 본 예에서 그것의 광-변조 층은 18 ㎛의 두께를 가지며 배향된 중합체 네트워크의 7%(중량 기준)을 포함한다. 충분히 높은 크기의 전압을 인가함으로써, LC 셔터는 클로즈될 수 있다. '클로징'을 위해 필요한 시간은 여기서는 '활성 스위칭 시간'(Δt₂)으로 지칭된다. 그러나, 적절한 기능 수행을 위해서, 셔터는 또한 잠시 동안 오픈되어야 한다. 이것은 전극에 걸리는 전압을 제거함으로써 수행된다. 그런 후에, LCD 물질은 수동적으로 '투과 상태'로 다시 전환할 것이다. 즉 외부 전압에 의해 구동되지 않을 것이다. 배향된 중합체 네트워크는 LCD 물질이 '투과 상태'로 구동하게 하는 내부 효력을 상기 LCD 물질이 받도록 하는 방식으로 배향된다. 셀을 오픈시키기 위해 필요한 시간은 여기서는 수동 스위칭 시간(Δt₁)으로 지칭된다.

도 3b는, 시간 함수에 따라, 셔터의 클로징(하강 슬로프 : B) 및 셔터의 오프닝(상승 슬로프 : B¹)을 나타낸다. 이러한 슬로프는 80 V에 대해서 도시되었다. 셔터를 오프닝 및 클로징시키기 위한 스위칭 시간(즉, 두 상태 사이의 중간 지점에 도달하는데 필요한 시간)(Δt₁및 Δt₂)이 또한 도면에 표시되어 있다. 오프닝 및 클로징 시간은 둘 모두 대략 1 ㎳라는 것이 확인될 수 있다.

계층화된 LC 셔터에서 광-변조 층{상기 층은 배향된 중합체 매트릭스, 미리 결정된 Δε 및 (다색성) 염료를 갖는 LC 물질을 포함함}을 사용함으로써, 2 ㎳보다 작은(바람직하게는 1㎳ 보다 작은) Δt₁(셔터를 '오픈'시키기 위해) 및 Δt₂(셔터를 '클로즈'시키기 위해)에 대한 값을 획득하는 것이 가능하다. 1 ㎳보다 작다는것은 50 Hz 이상에서 동작하는 디바이스에 특히 적합하다.

동일하지만 '클로즈드' 상태에서는 (다색성) 염료를 갖지 않는 셔터는 매우 효율적으로 광을 스케터링한다. 따라서, 그러한 시스템은 "일체형" LC 셔터 응용에 매우 유리한 것처럼 보이고, 그것은 TV 스크린이 "가려지거나" 또는 보이도록 할 수 있다.

배향된 중합체 매트릭스의 내용물은 5 및 15% 사이로 배치되는 것이 바람직하다. 심지어 클로즈드 상태에서, 더 낮은 %는 비교적 큰 수동 스위칭 시간을 산출하는 반면에, 더 높은 %는 비교적 높은 루미넌스를 산출한다.

본 발명은 또한 청구항 13에 정의된 바와 같은 디스플레이 장치에 관한 것이다. 그러한 디스플레이 장치에 대한 간단한 블록도가 도 4에 도시되어 있다. 입력 디스플레이 데이터(41)가 비디오 검출기(31)에 공급된다. 그 데이터의 사운드 부분은 스피커(36)에서 사운드를 재생하는 사운드 채널(35)에 제공된다. 비디오 검출기(31)는 또한 화상 디스플레이 디바이스(34)에 디스플레이 구동 신호(42)를 제공하며 어드레싱 수단(32)에 동기 신호(43)를 제공한다. CRT에 대해서, 이러한 어드레싱 수단(32)은 라인 및 프레임 편향을 위한 편향 회로를 포함한다. LCD 또는 PDP와 같은 다른 화상 디스플레이를 위해서, 이러한 어드레싱 수단(32)은 라인 및 행 어드레싱을 위해 매트릭스 어드레싱 회로를 제공할 수 있다. 만약 컬러 신호가 존재한다면, 특정 컬러 회로 복조기(33)가 도 4에 점선으로 도시된 바와 같이 존재한다.

도 4의 디스플레이 구현에 대한 실시예는 또한 화상이 디스플레이되는 활성부분을 갖는 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널 앞에 배치되어 있으면서 그 디스플레이 패널의 활성 부분 크기에 대응하는 크기를 갖는 LC 광 변조기 소자(37)를 구비한 화상 디스플레이 디바이스(34)를 포함하는데, 그 LC 광 변조기 소자에는 디스플레이 디바이스(34)의 동작에 따라서 상기 LC 광 변조기 소자(37)에 전력을 공급하도록 허용하는 투명 전극이 제공되고, 여기서, LC 광 변조기 소자(37)는 위에서 설명된 유형의 계층화된 LC 광 변조기 소자를 포함하고, 디스플레이 장치는 LC 광 변조기 소자(37)를 스위칭하기 위한 제어 수단(38)과 그 LC 광 변조기 소자(37)에 전력을 공급하기 위한 전원(39)을 포함한다. 전원(39)은 다른 회로에 전력을 공급하는데도 또한 사용될 수 있다.

요약하면, 본 발명은 디스플레이 디바이스에 관한 것으로, 상기 디스플레이 디바이스는 화상이 디스플레이되는 활성 부분을 갖는 디스플레이 패널과, 그 디스플레이 패널 앞에 배치되어 있으면서 디스플레이 패널의 활성 부분 크기에 대응하는 크기를 갖는 계층화된 (LC) 광 변조기 소자(예컨대, 셔터 또는 스위치)를 포함하고, 상기 LC 광 변조기 소자에는 상기 LC 광 변조기 소자에 전력을 공급하도록 허용하는 투명 전극이 제공된다. 계층화된 LC 광 변조기 소자는,

투명 기판에 인접하여 배치되는 액정 물질을 포함하는 광 변조 층과, 디스플레이 패널에 인접하여 배치되는 유기 물질, 무기 물질, 또는 유기 및 무기 물질의 혼합물로 이루어진 상단 층으로 분리되는, 복합 물질 형태를 수반하는 투명 기판을 포함하고, LC 광 변조기 소자는 디스플레이 패널의 표면에 적층된다.

상술된 바와 같이, 디스플레이 디바이스에 이용가능하다.

Claims (13)

1. 화상을 디스플레이하기 위한 활성 부분을 갖는 디스플레이 패널과;

   상기 디스플레이 패널 앞에 배치되어 있으면서 상기 디스플레이 패널의 상기 활성 부분 크기에 대응하는 크기를 갖는 LC 광 변조기 소자를 구비하고,

   상기 LC 광 변조기 소자에는 상기 LC 광 변조기 소자에 전력을 공급하도록 허용하는 투명 전극 수단이 제공되는,

   디스플레이 디바이스로서, 상기 소자는,

   투명 기판에 인접하여 배치되는 액정 물질을 포함하는 광 변조 층과, 상기 디스플레이 패널에 인접하여 배치되는 유기 물질, 무기 물질, 또는 유기 및 무기 물질의 혼합물로 이루어진 상단 층으로 분리되는, 복합 물질 상(phase)을 수반하는 투명 기판을 포함하고,

   상기 소자는 디스플레이 패널의 표면에 고정되는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
2. 제 1항에 있어서, 상기 소자의 상기 상단 층은 접착제에 의해서 상기 디스플레이 패널의 표면에 고정되는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
3. 제 1항에 있어서, 상기 디스플레이 패널의 표면과, 상기 상단 층 및 상기 기판 중 하나의 주변에 인접한 상기 소자의 상기 상단 층 및 기판 중 하나와의 사이에 실(seal)이 배치되고, 상기 디스플레이 패널, 상기 실 및 상기 상단 층과 기판 중 하나에 의해서 에워싸여진 공간은 접착제로 채워지는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
4. 제 1항에 있어서, 상기 소자는 상기 광-변조 층에 마주하고 있는 상기 표면 상에 배치된 전극 층을 더 포함하고, 상기 소자의 광 투과율은 상기 전극 층에 연결가능한 전기 전력원의 영향 하에서 오픈 및 클로즈드 상태 사이에서 스위칭가능한 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
5. 제 1항에 있어서, 상기 소자는 오픈된 투명 상태나 클로즈된 광-스케터링 상태 중 어느 한 상태로 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
6. 제 1항에 있어서, 상기 소자는 오픈된 투명 상태나 클로즈된 광-흡수 상태 중 어느 한 상태로 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
7. 제 6항에 있어서, 상기 소자는 스캐닝 윈도우를 형성하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
8. 제 1항에 있어서, 광 변조기 소자는 투과된 광의 편광 방향을 변경하도록 구동될 수 있는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
9. 제 1항에 있어서, 상기 소자는 전력이 공급될 때 클로즈되는(불투명하게 되는) 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
10. 제 9항에 있어서, 상기 소자는 브레이크 다운(break down)의 경우에 오픈되는(투명하게 되는) 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
11. 제 1항에 있어서, 상기 전극 수단은 동면 스위칭(in-plane switching)을 위해 적응되고, 상기 광-변조 층은 자신의 공동(cavities)에 양의 Δε를 갖는 LC 물질을 구비한 중합체 네트워크(polymer network)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
12. 제 1항에 있어서, 상기 전극 수단은 수직 스위칭을 위해 적응되고, 상기 광-변조 층은 자신의 공동에 음의 Δε 및 염료(dye)를 갖는 LC 물질을 구비한 중합체 네트워크를 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 디바이스.
13. 화상을 디스플레이하기 위한 활성 부분을 갖는 디스플레이 패널과, 상기 디스플레이 패널 앞에 배치되어 있으면서 상기 디스플레이 패널의 상기 활성 부분 크기에 대응하는 크기를 갖는 LC 광 변조기 소자를 구비한 디스플레이 디바이스를 포함하는 디스플레이 장치로서,

    상기 LC 광 변조기 소자는 상기 LC 광 변조기 소자에 전력을 공급하도록 허용하는 투명 전극 수단을 포함하고,

    여기서, 상기 LC 광 변조기 소자는 투명 기판에 인접하여 배치되는 액정 물질을 포함하는 광 변조 층과, 상기 디스플레이 패널에 인접하여 배치되는 유기 물질, 무기 물질, 또는 유기 및 무기 물질의 혼합물로 이루어진 상단 층으로 분리되는, 복합 물질 상을 수반하는 상기 투명 기판을 포함하며, 상기 소자는 상기 디스플레이 패널의 표면에 고정되고,

    상기 디스플레이 장치는 상기 LC 광 변조기 소자의 스위칭을 위한 제어 수단과, 상기 LC 광 변조기 소자에 전력을 공급하기 위한 전원을 포함하는, 디스플레이 장치.