KR20050022958A - 광 제어 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 - Google Patents

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Abstract

광 제어 소자(15)가 제1 편광 상태의 광을 제1 출사 각도 범위로 출사시키고, 상기 제1 편광 상태와 다른 제2 편광 상태의 광을 상기 제1 출사 각도 범위보다 큰 제2 출사 각도 범위로 출사시킨다. 광 제어 소자(15)는 상기 제1 편광 상태를 갖고 제1 범위의 방향으로 진행하는 광에 대해서 불투명하거나 실질적으로 불투명하고, 상기 제1 편광 상태를 갖고 상기 제1 범위의 방향과 다른 제2 범위의 방향으로 진행하는 광에 대해서 실질적으로 불투명하지 않고, 및 상기 제2 편광 상태에 실질적으로 불투명하지 않을 수 있다. 상기 광 제어 소자로부터 출사된 광의 각도 범위는 상기 소자 상에 입사하는 또는 상기 소자로부터 출사하는 광의 편광 상태를 변경시킴으로써 가변될 수 있다. 광 제어 소자는 디스플레이 내에 통합될 수 있다. 대안으로, 이는 편광 스위치와 함께, 광 제어 디바이스로서 사용될 수 있다.

Description

광 제어 소자 및 이를 포함하는 디스플레이{A LIGHT CONTROL ELEMENT AND A DISPLAY INCORPORATING THE SAME}
본 발명은 자체 출력되는 광의 각 범위를 제어할 수 있는 광 제어 소자에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 광 제어 소자를 포함하며 자체 출력되는 광의 각 범위를 변화시키도록 제어할 수 있는 광 제어 장치와, 이러한 광 제어 장치를 포함하는 디스플레이에 관한 것이다.
예를 들어, 컴퓨터에서 사용되는 모니터 및, 이동 전화 및 다른 휴대형 정보 장치에 내장되어 있는 스크린 등의 전자 디스플레이 장치는 관측각(viewing angle)을 가능한 광각을 갖도록 설계하여, 디스플레이 장치에 의해 디스플레이되는 이미지를 다수의 상이한 시야 위치에서 볼 수 있도록 하는 것이 통상적이다. 그러나, 디스플레이 장치에 의해 디스플레이되는 이미지를 단지 좁은 범위의 시청각으로 시청하는 것이 바람직한 경우도 있다. 예를 들어, 붐비는 열차에서 휴대형 컴퓨터를 사용하는 사람은 컴퓨터의 디스플레이 스크린의 시청각 범위를 작게 하여, 컴퓨터 스크린 상에 디스플레이되는 문서가 열차 내의 다른 승객들에 의해 읽혀 지지 않도록 하는 것을 윈할 수 있다. 이런 이유로서, 두 동작 모드 사이에서 전기적으로 전환가능한 디스플레이 장치를 개발하려는 상당한 노력이 행해지고 있는 바, 디스플레이 장치는 '공용(public)' 디스플레이 모드에서는 일반적인 사용을 위해 광각의 시청각을 갖지만, 디스플레이 장치의 사용자 이외의 다른 사람에게 보여짐이 없이도 공공 장소에서 개인 정보를 디스플레시킬 수 있도록 협각의 시청각을 갖는 '개인(private)' 디스플레이 모드로 전환될 수 있다.
디스플레이를 시청할 수 있는 각 또는 위치 범위를 제한시키는 알려진 장치가 다수 있다.
미국 특허 제6,552,850호에서는 자동 현금 지급기(ATM) 상에 개인 정보를 디스플레이시키기 위한 방법에 대해 개시되어 있다. 자동 현금 지급기의 디스플레이에 의해 방출되는 광은 일정한 편광 상태을 가지며, 자동 현금 지급기 및 그 사용자는 일정한 편광 상태의 광은 흡수하지만 직교 편광 상태의 광은 투과시키는 시트 편광기(sheet polariser)의 대형 스크린으로 둘러싸인다. 지나가는 사람들이 사용자와 자동 현금 지급기를 볼 수는 있지만, 자동 현금 지급기의 스크린 상에 디스플레이되는 정보는 볼 수 없다.
광의 방향을 제어하는 공지된 소자 중 하나가 도 1에서 도시된 '루버드(louvred)' 필름이다. 이 필름(1)은 베네티안 블라인드(Venetian blind)와 유사한 장치에 투과성 층(transparent layer; 2)과 불투과성 층(opaque layer; 3)이 교대로 제공되어 구성된 것이다. 필름(1)은 베네티안 블라인드과 동일한 원리로 동작하며, 도 1의 광로(4)에서 도시된 바와 같이, 광이 불투과성 층(3)에 평행한 방향으로 또는 거의 평행한 방향으로 이동할 때 광이 필름을 통과하도록 허용한다. 그러나, 도 1의 광로(5)에서 도시된 바와 같이, (불투과성 층(3)의 평면에 대해 광각으로 이동하는 광은 불투과성 층 중 하나에 입사되어 흡수된다. 층(2 및 3)은 도 1에서 도시된 바와 같이 필름(1)의 표면과 수직을 이루거나, 또는 필름(1)의 표면에 대해 임의 다른 각을 이룰 수 있다.
도 1에서 도시된 유형의 루버드 필름은 투과성 재료와 불투과성 재료가 교대로 제공된 다수의 시트를 적층시킨 후, 생성된 블럭을 층들에 대해 수직으로 슬라이스 절단시킴으로써 제조될 수 있다. 이 방법은 수 년 동안 알려진 방법으로서, 미국 특허 제2,053,173호, 제2,689,387,호, 및 제3,031,351호에 개시되어 있다.
다른 제조 방법도 알려져 있다. 예를 들어, 미국 특허 RE27617에서는 적층시킨 층들의 원주형 빌렛(cylindrical billet)으로부터 루버드 필름을 연속적으로 절단해 내는 방법에 대해 기재하고 있다. 미국 특허 제4,766,023호에서는 생성된 필름의 광학 품질 및 기계적인 강도를 UV-경화성 단량체(monomer)로 코팅한 후 UV 방사에 그 필름을 노출시킴으로써 향상시킬 수 있는 방법에 대해 개시하고 있다. 미국 특허 제4,764,410호에서는 UV-경화성 재료를 사용하여 루버드 시트를 커버링 필름에 결합시키는 유사한 방법에 대해 기재하고 있다.
루버드 필름과 특성이 유사한 필름을 제조하는 다른 방법이 있다. 예를 들어, 미국 특허 제5,147,716호에서는 필름의 평면에 수직인 방향으로 정렬되는 가늘고 기다란 다수의 입자들을 포함하는 광 제어 필름에 대해 기재되어 있다. 따라서, 이 방향에 대해 광각을 이루는 광선은 강하게 흡수되는 반면, 이 방향으로 전파되는 광선은 투과된다.
도 2는 미국 특허 제5,528,319호에서 기재된 바와 같이, 광 제어 필름(6)의 다른 예를 도시한다. 필름(6)은 필름(6)의 평면에 대해 일반적으로 평행하게 연장하는 불투과성 영역이 매립된 투명체(7)를 갖는다. 불투과성 영역들(8)은 스택(9)에 배열되고, 각 스택(9)은 인접한 스택과 이격되어 있다. 불투과성 영역(8)은 일정 방향(예를 들어, 도 2의 방향(1))으로 필름을 통과하는 광의 투과는 차단시키면서 다른 방향(예를 들어, 도 2의 방향(2))으로의 광의 투과는 허용한다.
종래 기술의 광 제어 필름은 디스플레이 패널의 전방 또는 투과성 디스플레이 패널과 그 백라이트 사이에 위치되어, 디스플레이를 볼 수 있는 각의 범위를 제한시킬 수 있다. 환언하자면, 종래 기술의 광 제어 막은 디스플레이를 '개인' 모드로 만든다. 그러나, 종래 기술의 광 제어 막 중 어느 것도 디스플레이를 광각으로 관찰할 수 있도록 하기 위해 개인 모드 기능을 전환시킬 수 있는 능력은 없다.
공용(public) 모드(시청각이 광각임)와 개인(private) 모드(시청각이 협각임) 사이를 전환할 수 있는 디스플레이에 대해 보고되어 있다. 예를 들어, 미국 특허출원 제2002/0158967호에서는 광 제어막이 디스플레이의 전방 상에 위치되어 개인 모드를 제공할 수 있거나, 또는 디스플레이의 후방 또는 옆의 홀더 내로 기계적으로 후퇴되어 공용 모드를 제공할 수 있도록, 디스플레이 상에 광 제어막을 가동가능하게 장착시키는 것에 관해 제안되어 있다. 이 방법은 사용 중에 고장이 나거나 손상을 입을 수 있으며 디스플레이의 부피를 크게 할 수 있는 가동부를 포함한다는 단점을 갖는다.
디스플레이 패널을 가동부(moving part)없이 공용 모드에서 개인 모드로 전환시키는 방법은 디스플레이 패널 후방에 광 제어막을 장착시키고 광 제어막과 디스플레이 패널 사이에 전자적으로 스위치 온 및 오프될 수 있는 확산기(diffuser)를 배치시키는 것이다. 확산기가 비활성인 경우, 광 제어막은 시청각의 범위를 제한시키므로, 디스플레이는 개인 모드로 된다. 확산기가 스위치 온된 경우에는, 광 제어막으로부터 출력된 협각 범위의 광이 확산기 상에 입사되어, 확산기는 광의 각 속도를 증가시키는 역할을 행하는데, 즉, 확산기는 광 제어막의 효과를 상쇄시킨다. 따라서, 디스플레이는 광각의 범위로 이동하는 광으로 디스플레이를 조사함으로써 디스플레이는 공용 모드로 동작한다. 또한, 디스플레이 패널의 전방에 광 제어막을 장착시키고 전환가능한 확산자를 광 제어막 전방에 배치시킴으로써 동일한 효과를 달성할 수 있다.
상술된 유형의 전환가능한 프라이버시(privacy) 장치에 대해서는, 미국 특허 제5,831,698호, 제6,211,930호, 및 제5,877,829호에 개시되어 있다. 그러나, 이들 특허는 디스플레이가 공용 모드이건 개인 모드이건 간에, 광 제어막은 항상 이것에 입사되는 광의 상당 부분을 흡수한다. 따라서, 디스플레이는 광의 그 사용에 있어 본질적으로 비효율적이다. 게다가, 확산기는 공용 모드에서 광각을 통해 광을 확산시키므로, (디스플레이를 공용 모드로 동작 중일 때는 보상을 위해 백라이트를 보다 밝게 하지 않는 한) 이들 디스플레이는 개인 모드에서보다 공용 모드에서 더 어둡다.
이들 디스플레이 장치의 다른 단점은 그들의 전력 소비에 관한 것이다. 이들 장치는 종종 액정층 양단 간에 전압이 인가되지 않을 경우 확산이 이루어지지 않아 전압 인가에 의해 (확산 상태로)스위치 온되는 전환가능한(switchable) 중합체-산포된(polymer-dispersed) 액정 확산기를 사용한다. 이와 같이, 공용 동작 모드를 얻기 위해서는, 확산기가 스위치 온되도록 확산기 양단 간에 전압을 인가할 필요가 있다. 따라서, 개인 모드에서보다 공용 모드에서 보다 많은 전력이 소비된다. 이는 대부분의 시간 동안 공용 모드로 사용되며 배터리 전력이 제한적인 이동 장치에서는 단점이 된다.
전환가능한 공용/개인 디스플레이를 제조하기 위한 다른 방법이 미국 특허 제5,825,436호에 개시되어 있다. 이 특허에서 개시된 광 제어 장치의 구조는 도 1의 루버드 막과 유사하다. 그러나, 도 1의 루버드 막 중의 불투과성 소자(3) 각각은 불투과 상태에서 투과 상태로 전기적으로 전환될 수 있는 액정 셀로 대체되었다. 광 제어 장치는 디스플레이 패널 전방 또는 후방에 배치된다. 셀이 불투과성인 경우, 디스플레이는 개인 모드로 동작하고, 셀이 투과성인 경우, 디스플레이는 공용 모드로 동작한다.
이 장치의 중요한 단점 중 하나는 액정 셀을 적당한 형상으로 제조하는데 드는 비용과 어려움이다. 제2 단점으로서는, 개인 모드에서, 광선이 먼저 투과성 재료를 통과한 후에 액정 셀의 부분을 통과하는 각도로 입사될 수 있다는 것이다. 이러한 광선은 액정 셀에 의해 완전하게 흡수되지 않아 디스플레이 장치의 프라이버시을 감소시킬 수 있다.
입체 영상(stereoscopic) 디스플레이는 사용자의 좌안으로 입체 영상 이미지 쌍의 좌안 이미지를 볼 수 있도록 하고 우안으로는 우안 이미지를 볼 수 있도록 함으로써 3차원 효과를 달성한다. 입체 영상 디스플레이에서, 이는 사용자가 특별히 설계된 안경을 착용함이 없이도 이루어진다. 이를 달성할 수 있는 디스플레이는 수 십년 간 공지된 것이며, 예를 들어, N. A. Valyus (Focal Press, 1966)에 의해 'Stereoscopy' 책자에 개시되어 있다. 전자 디스플레이에서 광범위하게 사용되는 방법 중 하나가 시차 배리어(parallax barrier) 또는 다른 유형의 시차 옵틱(optic)을 사용하는 것이다. 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)는 이런 유형의 자동 입체 영상 디스플레이에 대한 평면도를 도시한 것이다.
도 3의 (a) 및 도 3의 (b)의 디스플레이(10)에서, 시차 배리어(11)는 이미지 디스플레이 패널(12)에 근접하여 배치된다. 시차 배리어는 도 3의 (a)에서 도시된 바와 같이 디스플레이 패널(12)의 전방 또는 도 3의 (b)에서 도시된 바와 같이 디스플레이 패널의 후방에 위치될 수 있다. 시차 배리어(11)는 불투과성 부분(14)에 의해 분리되는 개구(aperture) 또는 투과성 부분(13)을 포함한다. 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 두 개의 비월 주사(interlaced) 이미지(image), 좌안 이미지, 및 우안 이미지가 이미지 디스플레이 패널 상에 디스플레이되며, 이들 도면에서 레이블 "L" 및 "R"은 좌안 이미지 및 우안 이미지 각각을 디스플레이하는 화소들을 나타낸다. 사용자가 적당한 위치에 있을 경우에는, 시차 배리어(11)는 광이 관찰자의 좌안을 통해 보여지는 디스플레이의 우안 이미지를 디스플레이하는 화소들을 통과하는 것을 방지하고, 관찰자의 우안을 통해 보여지는 디스플레이의 좌안 이미지를 디스플레이하는 화소들을 통과하는 것을 방지한다. 이로써, 관찰자는 3차원 이미지를 지각한다.
동일한 방법을 이용하여, 서로 다른 위치에 있는 둘 이상의 여러 사용자가 여러 이미지들을 볼 수 있도록 하는 디스플레이를 제조할 수 있다. 이를 '이중 관찰(dual-view)' 디스플레이라 한다. 이중 관찰 디스플레이는 원리 상 자동 입체 영상 디스플레이와 동일하지만, 입체 영상 이미지 쌍의 좌안 및 우안 이미지보다는 둘 이상의 독립된 이미지를 디스플레이하고, 그 둘 이상의 이미지는 한 사람의 관찰자의 우안 및 좌안보다는 여러 관찰자에게 보여질 수 있도록 디스플레이되는 점이 다르다.
시차 배리어의 기본 설계에 대해서는 잘 알려져되어 있으며, 예를 들어, Valyus(상술됨)에 의해 기술되어 있다. 배리어 설계의 최적화에 대한 방법은 "IEICE Transactions on Elctronics", vol.E83-C, no. 10, pp.1632-1639 (2000)에서 H. Yamamoto 및 그 외 공동인에 의해 기술되어 있다.
시차 배리어를 사용함에 따른 문제점 중 하나는 시차 배리어가 이미지의 해상도를 1/2로(둘 이상의 관찰이 디스플레이될 경우에는 보다 많이) 감소시킨다는 점이다. 이는 디스플레이를 사용하여 2차원 이미지를 나타낼 때 , 즉 동일한 이미지가 양쪽 눈에 나타날 때에도 동일하다. 이 문제를 회피하기 위해, 디스플레이를 사용하여 2차원의 이미지를 나타낼 때 시차 배리어를 동작 불능으로 만들거나 스위치 오프로 할 수 있는 전환가능한 디스플레이가 개발되어 있다. 이런 전환가능한 시차 배리어 디스플레이는, 예를 들어, 전환가능한 시차 배리어를 만들기 위해 액정 장치를 이용할 수 있는 방법을 개시한 미국 특허 제5,969,850호와, 패터닝된 리타더(retarder) 및 전환가능한 단일 파장 판(wave-plate)를 이용하는 전환가능한 다른 시차 배리어를 기재한 미국 특허 제6,055,103호에 기재되어 있다.
도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에서 도시된 유형의 다중 관찰 방향성 디스플레이는 적당한 3D 효과를 달성하기 위해서는 시차 배리어(11)를 디스플레이 패널(12)과 주의깊게 정렬시켜야 한다는 또 다른 단점을 갖는다. 이는 제조 비용으로 이어진다. 디스플레이의 해상도 또한 3차원 모드로 동작할 경우에는 상술된 바와 같이, 1/2로 감소된다.
제2 유형의 자동 입체 영상 디스플레이는 여러 시점에서 좌안 및 우안의 이미지를 디스플레이함으로써 이들 단점을 회피한다. 각 이미지마다 디스플레이의 전(full) 해상도가 사용된다. 이미지는 방향성 백라이팅 시스템을 이용하여 여러 위치로 전달된다. 제1 시간 프레임에서는, 백라이트는 이것이 디스플레이 패널을 통과한 광을 관찰자의 좌안을 향해 전송하도록 전환되어 좌안 이미지가 디스플레이된다. 다음 시간 프레임에서는, 백라이트는 이것이 디스플레이 패널을 통과한 광을 관찰자의 우안으로 전송하도록 전환되어 우안 이미지가 디스플레이된다. 이런 시퀀스는 재빠르게 반복되므로, 이미지에서 플리커(flicker)가 감지되지 않는다. 이런 유형의 디스플레이의 일례가 미국 특허 제5,132,839호에 개시되어 있다. 이런 구성 또한 이중 관찰 디스플레이에 사용될 수 있다. 이런 유형의 디스플레이의 단점은 전환가능 백라이팅 시스템이 일반적으로 복잡하고 고가이므로, 제조 비용이 추가로 들게 되는 것이다.
본 발명의 제1 형태는 광 제어 소자를 포함하며, 이 광 제어 소자 면적의 적어도 일부 상에 제1 편광 상태를 갖는 출력광의 제1 각도 출력 범위와 제1 각도 출력범위 이상이며 제1 편광 상태와는 다른 제2 편광 상태를 갖는 출력광의 제2 각도 출력 범위를 갖는다. 각도 출력 범위는 광 제어 소자의 특성이다. 이 소자로부터의 출력은 우선적으로는 광 제어 소자로부터 출력되는 편광 성분에 의해 결정되고, 후속하여, 해당하는 각각의 편광 성분에 대한 광 제어 소자의 출력 각도 범위에 의해 결정된다.
광 제어 소자는 적어도 그 면적 중 일부가 제1 편광 상태를 가지며 제1 범위의 방향으로 이동하는 광을 투과시키지 않거나 거의 투과시키지 않을 수 있고, 제1 편광 상태를 가지며 제1 범위의 방향과는 다른 제2 범위의 방향으로 이동하는 광을 거의 투과시킬 수 있고, 제2 편광 상태의 광은 투과시킬 수 있다.
이런 편광 의존형(polarisation-dependent) 광 제어 소자가 제1 편광 상태의 광으로 조사되는 디스플레이된 투과성 이미지 후방 또는 전방에 위치될 경우, 광 제어 소자는 광 출력의 각도 범위를 제한시켜, 이미지가 협각 범위로 디스플레이되어 개인 디스플레이 모드를 얻게 된다. 그러나, 디스플레이가 제2 편광 상태의 광으로 조사될 경우에는, 이미지는 보다 큰 각도 범위로 디스플레이됨으로써, 공용 디스플레이 모드를 제공한다. 공용 디스플레이 모드와 개인 디스플레이 모드 간에서의 전환(switching)은 디스플레이된 이미지 상에 입사되거나 디스플레이된 이미지로부터 출력된 광의 편광 상태를 간단히 변경시킴으로써 실행되므로, 공용 디스플레이 모드와 개인 디스플레이 모드 간에서의 전환은 가동부없이도 행해질 수 있다. 다른 이점으로서는, 공용 모드에서는 광 제어 소자에 의해 흡수되는 광이 거의 또는 전혀 없으므로, 광 효율이 높아, 본 발명의 광 제어 소자를 용이하고 경제적으로 제조할 수 있다는 것이다.
본 발명의 광 제어 소자는 또한 방출(emissive) 또는 반사(reflective)되는 이미지에서 사용될 수 있다. 이 경우, 광 제어 소자는 이미지와 관찰자 사이에 위치되어야 한다.
제2 편광 상태는 제1 편광 상태와 직교할 수 있다. 두 편광 상태는 선형 편광 상태일 수 있다.
광 제어 소자는 제1 편광 상태의 광은 투과시키지 않거나 거의 투과시키지 않고, 제2 편광 상태의 광은 투과시키는 복수의 제1 영역들을 포함할 수 있으며, 인접한 제1 영역들의 각 쌍은 제1 편광 상태의 광 및 제2 편광 상태의 광에 대해 투과성을 갖는 재료에 의해 서로 이격되어 있다.
제1 영역 각각은 디스플레이 장치의 평면과 크로스된 방향과 거의 평행하게 연장될 수 있다. 이와는 다르게, 제1 영역 각각은 디스플레이 장치의 평면과 수직인 방향과 거의 평행하게 연장될 수 있다.
광 제어 소자는 제1 편광 상태의 광 및 제2 편광 상태의 광을 투과시키는 기판, 기판 내의 복수의 리세스(recess), 및 각 리세스에 배치되어 제1 편광 상태의 광은 투과시키지 않거나 거의 투과시키지 않고, 제2 편광 상태의 광은 투과시키는 재료를 포함할 수 있다.
이와는 다르게, 광 제어 소자는 제1 편광 상태의 광은 투과시키지 않거나 거의 투과시키지 않고 제2 편광 상태의 광은 투과시키는 기판, 기판 내의 복수의 리세스, 및 각 리세스에 배치되어 제1 편광 상태의 광 및 제2 편광 상태의 광은 투과시키는 재료를 포함할 수 있다.
제1 영역 각각은 광 제어 소자의 평면에 거의 평행하게 연장될 수 있으며, 이 영역들은 둘 이상의 소자들의 복수의 스택에 배열될 수 있으며, 스택들은 서로 측방향으로 이격되어 있을 수 있고, 인접한 스택들의 각 쌍은 제1 편광 상태의 광 및 제2 편광 상태의 광은 투과시키는 재료에 의해 분리된다.
광 제어 소자는 광 제어 소자 면적의 적어도 일부 상에 제1 편광 상태의 광에 대해 제1 각도 출력 범위와 제2 편광 상태의 광에 대해 제2 각도 출력 범위를 갖는 개인 모드와, 광 제어 소자 면적의 적어도 일부 상에 제1 편광 상태의 광에 대해 제1 각도 출력 범위 이상의 제3 각도 출력 범위를 갖는 공용 모드 사이에서 전환가능하다. 본 실시예에서, 광 제어 소자는 (특정 편광 상태의 광에 대해) 출력 각도 범위를 감소시키도록 공용 모드와 개인 모드 사이를 전환할 수 있는 능동(active) 광 제어 소자이다. 광 제어 소자 자체는 이전 실시예에서와 같이 광 제어 소자를 통과하는 광의 편광 상태를 전환시킴으로써 공용 모드에서 개인 모드로 변경되기 보다는, 희망에 따라 공용 모드 또는 개인 모드를 얻도록 전환된다.
광 제어 소자는 또한, 제1 각도 출력 범위 이상이지만 제3 각도 출력 범위 이하인 제1 편광 상태를 갖는 광에 대한 각도 출력 범위를 갖는 제2 개인 모드로 전환가능하다.
제1 영역 각각은, 제1 편광 상태의 광은 투과시키지 않는 제1 상태와 제1 편광 상태의 광은 투과시키는 제2 상태 사이에서 전환될 수 있다. 제2 상태에서, 광 제어 소자는 두 편광 상태의 광을 투과시킨다. 광 제어 소자는 제1 상태와 제2 상태 사이에서 제1 영역을 전환시킴으로써 공용 모드와 개인 모드 사이를 전환할 수 있다.
광 제어 소자는 복수의 제2 영역을 더 포함할 수 있으며, 인접하는 제2 영역의 각 쌍은 제1 편광 상태의 광 및 제2 편광 상태의 광은 투과시키는 재료에 의해 서로 분리되어지며, 여기서 제2 영역 각각은 제2 편광 상태의 광은 투과시키지 않는 제3 상태와 제2 편광 상태의 광은 거의 투과시키는 제4 상태 사이에서 전환가능하다. 이러한 광 제어 소자는 한 방향을 따르는 협각의 출력 범위를 갖는 제1 개인 모드와 다른 방향을 따르는 협각의 출력 범위를 갖는 제2 개인 모드를 가질 수 있다.
제1 영역들은 광 제어 소자의 하나 이상의 제1 면적에 제공될 수 있으며, 제2 영역들은 광 제어 소자의 하나 이상의 제2 면적에 제공될 수 있으며, 제1 면적과 제2 면적은 중첩되지 않는다. 이와는 다르게, 제1 영역은 제 영역 상에 배치될 수 있다. 제1 영역들은 제2 영역들에 거의 수직으로 연장될 수 있다.
각 영역은 선형 편광기 재료를 포함할 수 있다.
제1 영역 각각은 제1 상태에서 선형 편광기 재료를 포함할 수 있다. 제2 영역 각각은 제3 상태에서 선형 편광기 재료를 포함할 수 있다.
각각의 영역은 액정 재료를 포함할 수 있다.
액정 재료는 게스트-호스트 액정 재료일 수 있다. 이런 액정 재료는, 예를 들어, 액정 "호스트" 재료에 용해되거나 이 재료에 화학적으로 첨가되는 염료(dye)인 "게스트" 재료를 포함한다.
적어도 하나의 편광 상태의 광에 대한 각도 출력 범위는 광 제어 소자의 면적에 걸쳐 변할 수 있다. 예를 들어, 각도 출력 범위는 광 제어 소자의 대향하는 측변(side edge)으로 갈수록 증가될 수 있다.
본 발명의 제2 형태는 상술된 광 제어 소자 및 광 제어 소자를 통해 광로에 배치된 편광 스위치를 포함하는 광 제어 장치를 제공한다. 출력 광의 각도 범위는 편광 스위치를 사용하여 디스플레이 상에 입사되거나 디스플레이로부터 출력된 광의 편광 상태를 제어함으로써 변경될 수 있다. 출력 광의 각도 범위는 어떠한 가동부를 필요로 하지 않고도 변경될 수 있다.
편광 스위치는 전환가능한 파장 판을 포함할 수 있으며, 선형 편광기와 직렬로 배치되는 전환가능한 반파장 판을 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 형태는 상술된 광 제어 소자를 포함하는 디스플레이를 제공한다.
디스플레이는 광 제어 소자를 통해 광로에 배치되는 편광 스위치를 더 포함할 수 있다. 디스플레이로부터 출력된 광의 각 범위는 디스플레이 상에 입사되거나 디스플레이로부터 출력되는 광의 편광 상태를 편광 스위치를 사용하여 제어함으로써 변경될 수 있다. 디스플레이로부터 출력된 광의 각 범위는 어떠한 가동부를 필요로 하지 않고도 변경될 수 있다.
편광 스위치는 전환가능한 파장 판을 포함할 수 있다. 또한, 편광 스위치는 선형 편광기와 직렬로 배치되는 전환가능한 반파장 판을 포함할 수 있다.
광 제어 소자는 사용 중에 제1 편광 상태의 광에 대한 시차 옵틱을 형성할 수 있으므로, 디스플레이가 다중 관찰 방향성 디스플레이로서 동작할 수 있다. 이에 의해, 디스플레이는 개인 자동 입체 영상 디스플레이 모드로 동작할 수 있다.
본 발명의 제4 형태는 상술된 제1 광 제어 소자, 상술된 제2 광 제어 소자, 및 제1 편광 스위치를 포함하는 디스플레이를 제공하며, 제1 편광 상태의 광에 대한 제1 광 제어 소자의 각도 출력 범위는 제1 편광 상태의 광에 대한 제2 광 제어 소자의 각도 출력 범위와는 다르다. 따라서, 예를 들어, 디스플레이로부터 출력된 광의 각도 범위는 수직 및 수평 양방향으로 제한될 수 있다.
디스플레이는 제2 편광 스위치를 더 포함할 수 있다. 이로써, 광 제어 소자 각각은 독립적으로 동작가능하여, 4 종류의 디스플레이 모드를 제공한다.
본 발명의 제5 형태는 위에서 정의된 제1 광 제어 소자; 제2 편광 상태를 갖고 제3 범위의 방향으로 이동하는 광에 대해 불투명하거나 거의 불투명하지만, 제2 편광 상태를 갖고 제3 범위의 방향과 다른 제4 범위의 방향으로 이동하는 광에 대해 거의 불투명하지 않고, 제1 편광 상태를 갖는 광에 대해 거의 불투명하지 않는 제2 광 제어 소자; 및 제1 및 제2 광 제어 소자 사이의 광의 경로에 배치된 편광 스위치를 포함하는 디스플레이를 제공한다. 이 형태에서, 광학 제어 소자 중 하나 또는 다른 하나는 임의의 시간에 인에이블될 수 있다.
제1 광 제어 소자는 일반적으로 제1 방향으로 맞추어진 각 범위에서 제1 편광의 광을 출력하고, 제2 광 제어 소자는 일반적으로 제1 방향과 다른 제2 방향으로 맞추어진 각 범위에서 제2 편광의 광을 출력할 수 있다.
디스플레이는 또한 제1 모드 및 제2 모드 사이에서 광 제어 소자를 스위칭하는 사용자 조작 수단을 더 포함할 수 있다. 대안으로, 광 제어 소자는 디스플레이에서의 소정의 동작을 수행하는 제1 모드 및 제2 모드 사이에서 스위칭하도록 자동적으로 동작할 수 있다.
소정의 동작은 광 제어 소자가 공용 모드 또는 개인 모드로 각각 스위칭되도록 하는 공용 또는 개인으로 분류된 정보의 디스플레이일 수 있다.
디스플레이는 광 제어 소자가 개인 모드에 있을 때를 지시하는 수단을 포함할 수 있다. 대안으로, 디스플레이는 광 제어 소자가 개인 모드에 있다는 지시를 디스플레이하도록 동작할 수 있다.
편광 스위치가 사용되는 경우, 편광 스위치는 액정 셀을 포함할 수 있다. 이것은 액정 셀에 적절한 전계를 인가함으로써 편광 회전 효과가 스위치 온 또는 오프되도록 한다.
액정 셀은 프레데릭츠(Freedericksz) 액정 모드를 사용할 수 있다. 이것은 그 광학 특성이 약하게 관측각에 의존한다는 이점을 갖는다.
대안으로, 액정 셀은 TN(twisted nematic) 모드를 사용할 수 있다. 이것은 광학 특성이 광의 파장에 약하게 의존한다는 이점을 갖는다. TN 셀은 셀의 광학 특성의 파장 의존성이 최소화되는 구치-태리 최소(Gooch-Tarry minima) 또는 마귄 한계(Mauguin limit) 등의 체제에서 동작할 수 있다.
대안으로, 액정 셀은 수직 정렬된 네마틱 모드를 사용할 수 있다. 이 경우, 편광 회전 효과는 전계를 인가함으로써 스위치 온되고, 전력이 인가되지 않을 때 편광 회전 효과가 없다. 이것은 임의의 애플리케이션에서 전력 소비를 최소화하는 데 이점이 있다.
편광 스위치의 특징은 시스템을 통해 전송을 차단하기 위한 방향으로의 광의 누설을 최소화하기 위하여 최적화될 수 있다.
본 발명의 제6형태는 복수의 편광 시트를 스택하는 단계 - 편광 시트의 각각은 편광층 및 하나 이상의 광 투과 기판을 포함함 -; 및 각각의 편광 시트를 그 이웃하는 편광 시트(들)에 부착하는 단계를 포함하는 광 제어 소자를 제조하는 방법을 제공한다. 편광 시트가 적절한 크기를 가지면, 스택은 본 발명의 광 제어 소자를 구성할 수 있다.
본 방법은 제1 편광 시트 위에 광 경화 접착제(adhesive)를 배치하는 단계, 제1 편광 시트 위에 제2 편광 시트를 스택하는 단계; 및 접착제를 조사하여 접착제를 경화함으로써 제1 편광 시트를 제2 편광 시트에 부착하는 단계를 포함할 수 있다. 이것은 스택의 층을 서로 부착하는 편리한 방법이며, 원한다면 다른 방법이 사용될 수 있다.
본 방법은 각쌍의 이웃하는 편광 시트 사이에 광 투과층을 더 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 이것은 광 제어 소자의 편광 영역들 사이의 분리가 소망의 간격으로 동일하게 되도록 한다.
본 방법은 스택의 모든 편광 시트의 편광층의 선택 영역을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 방법은 편광 영역이 소자의 평면에 일반적으로 평행하게 연장하는 광 제어 소자를 제조하는 데 사용될 수 있다.
본 방법은 스택을 슬라이스로 절단하는 단계를 더 포함할 수 있고, 절단 방향은 편광 시트의 평면에 수직이거나, 대안으로 편광 시트의 평면에 평행하지 않은 다른 방향일 수 있다. 스택의 각각의 절단 부분은 본 발명의 광 제어 소자를 구성할 수 있다.
본 발명의 제7형태는 제1 편광 시트의 편광층의 선택 영역을 제거하는 단계 - 편광 시트는 광 투과 기판과 편광층을 포함함 -, 제1 편광 시트 위에 제2 편광 시트를 스택하는 단계, 및 제2 편광 시트의 편광층의 선택 영역을 제거하는 단계를 포함하는 광 제어 소자의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은 또한 편광 영역이 소자의 평면에 일반적으로 평행한 광 제어 소자를 제조하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 제8형태는 광 투과 기판에 복수의 리세스를 형성하는 단계, 및 리세스에 편광 재료를 제공하는 단계를 포함하는 광 제어 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 제9형태는 편광 재료로 형성된 기판에 복수의 리세스를 형성하는 단계, 및 리세스에 광 투과 재료를 제공하는 단계를 포함하는 광 제어 소자의 제조 방법을 제공한다.
기판에 리세스를 형성하는 단계는 기판을 선택적으로 조사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 예로서 기재될 것이다.
도면에서, 동일한 참조 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 광 제어 소자(15)의 개략적인 사시도이다. 광 제어 소자는 특정 편광 상태를 가진 광에는 불투명하거나 거의 불투명하지만 직각 편광 상태에는 투명한 복수의 영역(16)을 포함한다. 도 4의 광 제어 소자는 각 영역(16)이 그 영역의 투과축과 교차하는 편광 방향을 가진 면-편광된(plane-polarised) 광에 불투명하도록 선형 편광 재료로 각 영역(16)을 만듦으로써 편리하게 구현된다. 따라서, 영역들(16)은 "편광 영역"으로 참조되며, 도 4에서 각 영역(16) 상의 화살표의 방향은 그 영역의 투과축의 방향을 나타낸다. 보여지는 바와 같이, 편광 영역들(16)은 이들의 투과축이 실질적으로 서로 평행하도록 배열된다.
도 4에서 편광 영역들(16)은 거의 일정한 두께의 판(plate) 형태를 갖는다. 판들(16)은 또한 이들이 실질적으로 서로 평행하고 이웃 판들이 한 층의 투과 재료(17)에 의해 분리되도록 배열된다. 도 4에서 편광 판들은 이들의 투과축이 소자(15)의 상면에 실질적으로 평행하도록 배치되지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 실제로, 본 발명은 판 형상의 편광 영역으로 한정되지 않는다. 편광 영역들은 이들이 넓은 각도 폭을 갖는 일 편광 상태의 광을 출력하고 좁은 각도 폭을 갖는 직각 편광 상태의 광을 출력하는 데 효과적이라면 어떠한 형상도 가질 수 있다.
도 4의 광 제어 소자(15)를 통해 z 방향으로 전파되고 있는 광을 고려한다. 여기서, x, y 및 z 방향은 도면에서 축으로 표시된다. x 방향으로 면-편광된 광은 편광 영역들(16)에 의해 흡수되지 않으며, 이는 광의 편광 면이 편광 영역의 투과축에 평행하기 때문이다. 따라서, x 방향으로 편광된 광은 도 4에 광 경로들(18 및 19) 의해 도시된 바와 같이 z 방향을 따라 전파될 때, 그리고 z 방향에 대해 소정 각도로 전파될 때 광 제어 소자(15)를 통과하게 된다.
y 방향으로 면 편광되고 z 방향을 따라 또는 z 방향에 가깝게 이동하는 광은 광 경로(18)에 의해 지시되는 바와 같이 투명 재료의 층들(17)을 통과할 수 있다. 그러나, y 방향으로 면 편광되고 z 방향에 대해 소정 각도로 광 제어 소자(15) 상에 입사하는 광은 편광 영역들(16) 중 한 영역으로 입사하게 되며, 편광 영역의 투과 방향이 광의 편광 방향에 직교하기 때문에, 편광 영역은 광에 불투명하게 된다. 이것은 광 경로(20)로 표시되는데, 광 경로(20)는 도 4에 도시된 것처럼 아래로부터 광 제어 소자(15) 상에 입사하는 광을 나타내며, 편광 영역들(16) 중 하나에 의해 흡수된다.
따라서, 도 4의 광 제어 소자(15)는 제1 범위의 방향으로 이동하는 일 편광 상태의 광에는 불투명하지만 다른 범위의 방향으로 이동하는 상기 편광 광에는 불투명하지 않은 특성을 갖는다(도 4의 특정 실시예는 z 방향에 대해 소정 각도로 이동하는 y 방향으로 면 편광된 광에는 불투명하지만, z 방향을 따라 또는 z 방향에 가깝게 이동하는 y 방향으로 면 편광된 광을 투과시킨다). 더욱이, 광 제어 소자(15)는 직각 편광 상태의 광을 흡수하지 않는다(도 4의 소자는 x 방향에 평행하게 면 편광된 광을 흡수하지 않는다). 따라서, 도 4의 광 제어 소자(15)는 편광 의존셩 제어 소자인 것으로 간주될 수 있는데, 이는 일 편광 상태의 광이 넓은 각도 폭으로 출력되는 반면 직각 편광 광은 좁은 각도 폭으로 출력되기 때문이다(도 4에서 y 축을 따라 면 편광된 광은 xz 평면에 평행한 방향으로만 투과된다). 광 제어 소자(15)로부터 출력된 광의 각도 폭은 적당한 편광 스위치를 이용하여 소자를 통과하는 광의 편광을 선택함으로써 제어될 수 있다.
(위의 설명은 완벽한 편광기의 경우에 적용된다는 점을 알아야 한다. 임의의 실제 편광기는 차단하려고 하는 소량의 편광 성분을 불가피하게 투과시키며, 투과시키려고 하는 소량의 편광 성분을 흡수하게 된다. 따라서, "불투명", "흡수하지 않는", "투과", "투명" 등의 용어는 완벽한 흡수 또는 투과를 요구하는 것으로 해석되지 않아야 한다.)
다른 실시예(도시되지 않음)에서, 편광 영역들은 그리드 구조로 배열된다. 예컨대, 도 4에 도시된 편광 영역들 외에, z 및 y 방향으로 연장하지만 x 방향으로 제한된 넓이를 갖는 추가적인 편광 영역들이 제공될 수 있다. 이 실시예의 광 제어 소자는 z 방향으로 전파하는 일 편광 상태의 광을 양 x 및 y 방향으로 제한할 수 있다. 그리드 구조를 가진 편광 영역들은 예컨대 아래 설명되는 도 9의 (a) 내지 9(c) 또는 10(a) 내지 10(d)의 방법들에 의해 그루브(groove)들의 그리드 배열을 형성함으로서 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 광 제어 소자(15')를 나타낸다. 도 5의 광 제어 소자(15')는 특정 편광 상태를 가진 광에는 불투명하거나 거의 불투명하지만 직각 편광 상태에는 투명한 복수의 영역(16)을 포함한다. 도 5의 실시예에서, 영역들(16)은 판 형태를 가지며, 광 제어 소자(15')의 상면에 실질적으로 평행하도록 배열된다. 더욱이, 영역들(16)은 하나씩 위로 배열된 스택들(21)로 배열된다. 스택들(21)은 옆으로 서로 분리되어 있다. 스택들 사이 및 스택 내 판들 사이의 영역은 광 투과성 재료(17)로 채워진다.
영역들(16)은 그 편광 특성이 스택 내에서 또는 상이한 스택들 사이에서 변하지 않도록 배열된다. 바람직하게는 영역들(16)은 선형 편광기인 재료로 구성되며, 이 경우 각 스택 내의 편광 영역들(16)은 이들의 투과축이 서로 평행하고 한 스택 내의 편광 판들의 투과축이 다른 스택들의 편광 판들의 투과축들에 실질적으로 평행하도록 배열된다.
도 5의 광 제어 소자(15')의 동작 원리는 도 4의 광 제어 소자의 동작 원리와 전반적으로 유사하다. 즉, 일 편광의 광은 그 이동 방향에 무관하게 흡수 없이 광 제어 소자(15')를 투과한다(도 5의 실시예에서 이 광은 편광 영역들(16)의 투과축들에 평행한 방향으로 면 편광된 광이다). 그러나 직각 편광 상태의 광(즉, 편광 영역들(16)의 투과축들에 수직 방향으로 면 편광된 광)은 편광 영역들(16) 중 한 영역 상에 입사하지 않고 제어 소자(15')를 투과할 수 있는 경우에만, 즉 xz 평면을 따라 또는 그에 매우 가깝게 전파하는 경우에만 투과된다. xz 평면에 대해 소정 각도로 이동하는 이러한 편광 성분의 광은 편광 영역들(16) 중 한 영역 상에 입사되어 도 5의 광 경로(20)로 도시된 바와 같이 흡수된다. 도 5의 광 제어 소자(15')는 일 편광 상태의 광을 넓은 각도 폭으로 출력하지만, 직각 편광 상태의 광은 좁은 각도 폭으로 출력한다. 광 제어 소자(15')로부터 출력된 광의 각도 폭은 적당한 편광 스위치를 이용하여 소자를 투과하는 광의 편광을 선택함으로써 제어될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이(21)를 나타낸다. 디스플레이는 원하는 화상을 표시하기 위해 사용시 구동 수단(도시되지 않음)에 의해 구동되는 화상 디스플레이 패널(22)을 포함한다. 디스플레이 패널은 액정 디스플레이 패널과 같은 종래의 임의의 화상 투과형 디스플레이 패널일 수 있다. 디스플레이 패널(22)은 화소화된(pixellated) 디스플레이 패널인 것이 바람직하다.
화상 디스플레이 패널(22)은 백라이트(25)에 의해 조명된다. 백라이트(25)는 디스플레이 패널(22)에 그 전체 영역에 균일한 조명을 제공하는 것이 바람직하다. 백라이트(25)는 도 6에서 광역 백라이트로서 도시되지만, 임의의 적당한 백라이트가 사용될 수 있다. 백라이트는 디스플레이에 통합될 수 있거나 개별 소자일 수 있다.
디스플레이(21)는 도 4에 도시된 광 제어 소자(15), 및 백라이트(25)와 디스플레이 패널(22) 사이에 제공된 스위칭가능 반파장 판(24) 및 선형 편광기(23)를 더 포함한다. 편광기(23) 및 반파장 판(24)은 디스플레이 패널 면에 실질적으로 평행하게 배열된다. 편광기(23)가 도 6에서 개별 소자로서 도시되지만, 편광기(23)는 디스플레이 패널(22)이 입력 편광기를 갖는 경우(예를 들어, 패널(22)이 액정 디스플레이 패널인 경우) 디스플레이 패널(22)의 입력 편광기일 수 있다.
편광기(23)의 투과축은 광 제어 소자의 편광 영역들(16)의 투과축과 교차하며, 투과축에 대해 90도인 것이 바람직하다. 반파장 판의 광축은 편광기의 투과축에 대해 45도인 것이 바람직하다.
백라이트(25)는 사용시 편광되지 않은 광을 방출한다. 광은 도 6에 정의된 축으로 도시된 바와 같이, 전반적으로 z 축을 따라 이동하는 것으로 가정된다. x 방향으로 면 편광된 광 성분은 전술한 바와 같이 광 제어 소자(15)에 의한 큰 흡수 없이 투과된다. 따라서, x 방향으로 면 편광된 광은 광 제어 소자에 의해 넓은 각도 범위로 출력된다. 그러나, y 방향으로 면 편광된 광은 z 방향에 평행하게 또는 그에 가깝게 이동하는 경우 광 제어 소자(15)에 의해 투과만 되며, 따라서 z 축에 중심을 둔 좁은 각도 범위로 광 제어 소자(15)로부터 출력된다.
스위칭가능 반파장 판(24)은 편광기(23)와 관련하여 편광 스위치로서 동작한다. 반파장 판이 ON으로 스위치될 때, 반파장 판은 λ/2의 지연을 가지며, 따라서 그 위에 입사되는 면 편광 광의 편광면을 반파장 판의 광축과 입사광의 편광면 사이의 각도의 2배 만큼 회전시킨다. 반파장 판(24)은 그의 광축이 x 및 y 축에 대해 약 45도가 되도록 배열된다. 따라서, 반파장 판이 ON으로 스위치될 때, 반파장 판은 x 방향 및 y 방향으로 면 편광된 광의 편광면을 90도 회전시킨다.
편광 스위치(즉, 스위칭가능 반파장 판(24) 및 편광기(23))는 도 6에서 광 제어 소자(15)와 디스플레이 패널 사이에 배치되지만, 광 제어 소자 상에 입사하는 광의 편광을 제어하도록 백라이트와 광 제어 소자 사이에 배치될 수도 있다. 또한, 편광 스위치는 백라이트(25) 내에 통합될 수도 있다.
도 7의 (a) 및 (b)는 도 6의 디스플레이(21)의 동작을 나타낸다. 도 7의 (a)는, 반파장 판이 온 상태이고 이에 따라 x편광된 또는 y편광된 편광면을 90도 회전시킬 때 디스플레이의 동작을 나타낸다. 백라이트(25)는 도 7의 (a) 및 (b)에 생략되어 있다. y방향으로 면 편광된 광은 y 방향의 짧은 화살표로 표시되어 있고, x 방향으로 면 편광된 광은 2개의 동심원으로 표시되어 있다.
상기한 바와 같이, 광 제어 소자(15) 상으로 입사하는 x방향으로 면 편광된 광은 실질적으로 흡수 없이 투과된다. 광 제어 소자를 통과한 후, 광 편광면은 반파장 판(24)에 의해 90도 회전되어, 편광면은 y방향에 평행하게 되고, y축에 평행하게 배열된 투과축을 갖고 있기 때문에, 광의 이 성분은 편광기(23)를 통해 투과하게 된다.
초기에 y방향을 따라 면 편광된 광은 광 제어 소자로부터 좁은 각 범위 내에서 출력된다. 이후, 그 편광면은 x방향을 향하도록 반파장 판에 의해 회전되고, 따라서 이 성분은 편광기(23)에 의해 차단된다. 따라서, 표시 패널은, x방향에 평행한 편광면으로 방출된 백라이트로부터의 광 성분에 의해 조광된다. 이것은 광 제어 소자(15)에 의해 넓은 각 범위에서 투과되고, 이에 따라 표시 패널(22)은 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이 넓은 각 범위를 갖는 광으로 조광된다. 따라서, 이것은 디스플레이 동작의 공용(public) 모드를 제공한다.
도 7의 (b)는 스위칭가능 반파장 판(24)이 오프 상태일 때 디스플레이(21)의 동작을 나타낸다. 반파장 판(24)이 오프 상태이면, 반파장 판에 입사하는 광의 편광면에 영향을 끼치지 않는다. 백라이트로부터의 광의 x편광 성분은 편광 변화없이 반파장 판(24)에 의해 투과되고, 이에 따라 x방향으로 여전히 편광되는 편광기(23) 상에 입사하게 된다. 따라서, 광의 이 성분은 편광기(23)에 의해 차단된다. 그 결과, 표시 패널(22)은, 편광기(23)를 통해 투과되기 때문에, 백라이트로부터의 광의 y편광 성분으로 조광된다. 상기한 바와 같이, 이것은 xz면에 대하여 좁은 각 범위로 그리고 수직 방향에서 넓은 각 범위로 광 제어 소자(15)를 통해 투과되며, 따라서 표시 패널은 수평 방향으로 좁은 각 범위만을 갖는 광으로 조광된다. 이것은, 디스플레이(22) 상에 표시되는 화상이 좁은 범위의 방향을 따라 전송되기 때문에, 디스플레이 동작의 개인(private) 모드를 제공한다. 이것은 도 7의 (b)에 도시되어 있다.
따라서, 도 6의 디스플레이(21)는, 단지 반파장 판(24)을 오프 상태와 반파장 지연을 갖게 되는 온 상태 간에 스위칭함으로써 공용 디스플레이 모드와 개인 디스플레이 모드 간에 스위칭될 수 있다. 이것은 전기적으로 행해질 수 있으며, 이에 따라 어떠한 이동부도 필요없다.
스위칭가능 반파장 판(24)은 액정 셀일 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 테그놀로지(2001)의 Wiley-SID 시리즈에서 E Lueder의 "Liquid Crystal Displays: addresssing schemes and electro-optic effects"에 설명되어 있는 바와 같이, 액정 셀을 이용하여 스위칭가능 반파장 판을 제조하는 많은 방법이 알려져 있다.
이 디스플레이의 다른 이점은, 많은 알려져 있는 스위칭가능 반파장 판에서, 전압이 판에 인가되지 않으면 그 판이 온 상태로 되고 적절한 전압을 인가하게 되면 그 판이 오프 상태로 되어 제로 지연을 발생하게 된다는 것이다. 이것은, 디스플레이가 도 7의 (a)의 공용 디스플레이 모드에서 동작할 때 그 판이 온 상태로 되고 이에 따라 어떠한 전력도 반파장 판에 의해 소모되지 않는다는 이점을 갖는다. 디스플레이가 개인 디스플레이 모드에서만 동작되어야 할 때 전압을 인가할 필요가 있다.
본 발명의 편광 의존형 광 제어 소자를 제조하는 방법을 설명한다.
선형 편광기 시트는 상업적으로 이용가능하며, 전형적인 선형 편광기 시트의 구조가 도 8의 (a)에 도시되어 있다. 여기서 알 수 있듯이, 선형 편광기 시트(26)는 전형적으로 특정한 선형 편광을 갖는 광을 흡수하는 활성층(active layer; 27)으로 구성된다. 활성층(27)은, 예를 들어, 요오드와 같은 흡수 염료를 함유하는 스트레치된 폴리머층(stretched polymer layer)일 수 있다. 활성층(27)은, 예를 들어, 셀루로스 아세테이트 부티레이트(CAB)와 같은 투명 재료로 된 막 또는 층에 의해 양 측면 상에서 지지된다. 편광기 시트의 전체 두께는 전형적으로 250㎛인 반면, 활성층(27)의 두께는 훨씬 더 얇으며 1㎛일 수도 있지만 전형적으로 10 - 20㎛이다.
상업적으로 이용가능한 일부 선형 편광기 시트에서, 활성층은 단지 하나의 투명층에 의해 지지된다. 이러한 편광기 시트에서, 도 8의 (a)의 투명층(28, 28')중 하나는 존재하지 않을 것이다.
일반적으로 도 4에 도시한 타입의 광 제어 소자(15)를 제조하는 한 방법이 도 8의 (b) 및 (c)에 도시되어 있다. 본질적으로, 광 제어 소자(15)는 도 8의 (a)의 시트(26)와 같은 종래의 선형 편광기 시트의 많은 층들을 적층함으로써 제조된다. 광 제어 소자에서 인접하는 편광 영역(16)들 간의 필요한 분리에 의존하여, 인접하는 편광 시트(26) 간에 추가 투명 스페이서층(spacer layer)(29)을 제공하는 것이 필요할 수 있다. 스페이서층(29)이 제공되면, 이들의 굴절율은 바람직하게 편광기의 투명 기판(28, 28')의 굴절율과 일치한다. 따라서 편광 시트의 투명 기판(28, 28')용으로 사용될 때 동일한 재료로 스페이서층을 제조하는 것이 바람직하며, 이것은 스페이서층(29)과 기판(28, 28')의 굴절율이 서로 동일한 것을 보장한다. 또한, 스페이서층(29)의 기계적 성질(특히 탄성 모듈로)이 편광 시트의 투명 기판(28, 28')의 기계적 성질과 일치하게 되는 이점을 갖게 되어, 후술하는 바와 같이 스택을 복수의 슬라이스로 절단하는데 기계적인 절단 프로세스를 이용하는 경우, 절단 프로세스는 동일한 방식으로 편광기 층 및 스페이서층을 변형시킬 것이며 그 스택은 최소한의 왜곡을 받게 될 것이다.
편광기 시트(26)의 스택층, 및 투명 스페이서층(29)이 제공되면, 이들은 임의의 적절한 방법에 의해 서로 부착된다. 이것은, 예를 들어, 광 경화성(예를 들어, UV-경화성) 투명 접착제와 같은 접착제를 이용하여 행해질 수 있다. 이러한 접착제가 사용되면, 편광기 시트(26)의 스택, 및 투명 스페이서층(29)이 존재하는 경우, 이들은 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이 인접하는 층들의 각 쌍 간에 투명 접착제층과 함께 조립될 것이다. 스택층이 조립되면, 전체 스택층은 자외선 광으로 조사받아 그 접착제를 경화하게 된다.
다른 방법으로, 다음 접착층이 도포되기 전에 접착제의 각 층을 개별적으로 조사할 수 있다. 이것은 스택(30)을 제조하는데 필요한 전체 시간을 늘릴 수 있지만, 모든 접착층이 하나의 단계에서 조사될 때 상층에서의 UV 광의 흡수가 그 스택의 하부 접착층 상에 입사하는 조사 강도를 줄여 적절히 경화되는 것을 방해하게 되는 문제를 극복하는 이점을 갖는다.
사용되는 접착제는, 경화될 때, 바람직하게 편광기 시트의 투명층(28, 28')의 굴절율 및 투명 스페이서층(29)의 굴절율에 가능한 가까운 굴절율을 갖는다. 이것은, 완성된 소자(15)의 양호한 광학 성능을 제공한다. 투명층(28, 28', 29)의 굴절율 및 접착제층의 굴절율이 일치하지 않으면, 소자 내의 복수의 경계에서 굴절 및 반사가 발생할 것이며, 이에 따라 그 소자의 광학 성능이 저하된다.
접착제가 일단 경화되면, 블록(30)은 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이 복수의 슬라이스(31)로 분리될 수 있다. 블록(30)은, 예를 들어, 기계적인 절단에 의해 슬라이싱(slicing)될 수 있다. 절단 단계가 성공용으로 되도록, 경화된 접착제의 기계적 성질(특히, 탄성 모듈로)이 스택(30)의 투명층(28, 28', 29)의 기계적 성질과 일치하는 것이 바람직하다.
편광기 시트(26), 및 스페이서층(29)이 제공되면, 이들을 투명 접착제를 이용하여 서로 부착하는 것은 필요하지 않다. 원칙적으로, 예를 들어, 용접과 같이 임의의 적절한 방법을 이용할 수 있다.
원칙적으로, 블록(30)으로부터 절단된 슬라이스(31)는 도 4의 광학 제어 소자(15)로서 사용될 수 있다. 그러나, 실제로는 도 8의 (c)에 도시한 바와 같이 슬라이스(31)의 전면 및 배면에 걸쳐 투명층들(32, 33)을 제공하는 것이 바람직하다. 층(32, 33)은 광학 제어 소자를 위한 물리적 보호를 제공하며, 또한 입력 및 출력 페이스(face)를 평탄화함으로써 광학 소자의 질을 개선한다. 층들(32, 33)은, 예를 들면, 경화된 접착제층일 수 있다. 대안으로, 층들(32, 33)은 UV 경화성 접착제를 사용하여 슬라이스(31)에 부착되는 얇은 폴리머 막일 수 있다.
도 8의 (b) 및 도 8의 (c)의 수정에서, 선형 편광기(26)의 시트는 (투명 보호층(32, 33) 제외한) 광 제어 소자의 바람직한 두께(t)와 동일한 폭(w)을 갖는 스트립(strip)으로 잘라진다. 이것은 도 8의 (a)에 파선으로 도시되어 있다. 이들 스트립은 다음에 함께 적층되어 도 8의 (b)에 도시된 슬라이스(31)와 유사한 구조를 형성할 수 있다. 요구된다면, 투명 스페이서 물질의 스트립은 편광기 시트의 인접 스트립들 사이에 개재될 수 있다. 편광기 시트의 스트립 및, 존재한다면, 스페이서 물질은, 예를 들면, 투명 접착제 또는 용접을 사용하여 본딩하는 것과 같은 임의의 적당한 기술을 사용하여 함께 부착될 수 있다. 보호층들(32, 33)은 다음에 원하는 스택의 전면 및 후면에 제공될 수 있다.
본 발명의 광 제어 소자(15)를 제조하는 대체 방법이 도 9의 (a) 내지 도 9의 (c)에 도시되어 있다. 본 실시예에서, 광 제어 소자는, 예를 들면, 투명 폴리머 막과 같은 투명 시트(34)로 제조된다. 이것은, 예를 들면, CAB 막일 수 있다.
도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 복수의 리세스(35)는 투명 막(34)에 구획형성된다. 리세스(35)는 크기, 형상 및 위치에 있어서 광 제어 소자(15)의 편광 영역(16)의 원하는 위치에 대응한다. 리세스는, 예를 들면, 편광 영역이 도 4에 도시된 판 형상을 갖는다면 사이드가 평행한(parallel-sided) 그루브의 형태일 수 있다. 도 9의 (b)에서, 리세스(35)는 투명 막(34)의 전체 깊이를 넘어 연장하고 따라서 투명 막(34)은 기판 또는 뒷면 시트에 부착된다. 기판(36)은 그루브(35)가 형성될 때 생성되는 투명 막의 디스크릿(discreet) 부분이 서로 정(correct) 관계를 유지하도록 한다. 기판(36)은 바람직하게는 투명하여 광 제어 소자의 성능에 불리한 영향을 미치지 않으면서 최종 광 제어 소자에 실장될 수 있다. 이렇게 함으로써 기판(36)을 제거할 필요성이 없어진다. 기판(36)은 도 8의 (c)의 두개의 표면층들(32, 33) 중 하나를 형성할 수 있다.
원칙적으로, 그루브가 투명 막(34)의 전체 깊이를 통과하여 연장되지 않도록 하는 것이 가능할 수도 있고, 이 경우에 기판(36)은 생략될 수 있다. 그러나, 일반적으로 그루브의 깊이를 정확하게 제어하는 것에는 어려움이 있고, 기판 위에 투명 막(34)을 배치하고 막의 전체 깊이를 통과하여 그루브를 형성하는 것이 보다 신뢰성있는 제조 프로세스를 제공할 것으로 기대된다.
다음에, 리세스(35)는 특정 편광 상태의 광은 흡수하지만 직교 편광 상태의 광은 흡수하지 않는 물질(37)로 충진된다. 이 물질은, 예를 들면, 특정 선형 편광의 광을 흡수하는 염료를 포함하는 액정 물질일 수 있다.
투명 막(34)에 있는 그루브는 표준 리소그래피 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 하나의 적당한 기술이 도 10의 (a) 및 (b)에 도시되어 있다. 본 실시예에서, 투명 막(34)은 감광 물질(photosensitive material)의 막이다. 이 물질은 스피닝, 롤 코팅, 인쇄 등의 적당한 임의의 기술을 사용하여 균일한 두께를 제공하도록 후면 막(36) 위에 적용된다. 감광 물질의 층(34)의 두께는 광 제어 소자(기판(32, 33)이 제공된다면, 이들은 제외)의 요구 두께(t)가 되도록 선택될 수 있다.
다음에, 감광 물질 층(34)이, 예를 들면, 도 10의 (a)에 도시된 바와 같이 마스크(38)를 통하여 자외선(UV) 광으로의 조사에 노출된다. 마스크의 투명 개구(39)는 요구되는 리세스(35)의 위치에 대응한다.
감광 물질층(34)이 노출되면, 마스크가 제거되고 상기 층이 워싱(washing)된다. 워싱 단계에서는 조사 단계에서 조사된 감광층 영역을 제거할 것이다. 따라서, 리세스(35)는 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 층(34)에 형성된다. 조사 및 워싱 단계 후에 남아있는 층(34)의 부분은 이웃하는 그루브들 간에 "벽(wall; 55)"을 형성하고 도 4에서의 투과 영역에 대응한다.
도 10의 (a) 및 (b)의 실시예에서는 조사되지 않은 층의 영역이 워싱 단계에서 유지되는 포지티브 감광 물질층(34)이 사용된다. 대안으로, 조사되지 않은 영역이 워싱 프로세스에서 제거되는 네거티브 감광층을 사용할 수 있다. 이와 같이 하기 위해서는 투명 개구가 벽(55)을 형성하기 위한 층의 영역에 대응하는 마스크를 사용하는 것이 필요할 수 있다.
그루브(35)를 형성하는 대체 방법이 도 10의 (a) 및 (d)에 도시되어 있다. 초기에, 투명 물질층이 광 제어 소자의 바람직한 두께(t)(만약, 기판(32, 33)이 제공된다면, 이 기판은 제외)에 대응하는 균일한 두께로 기판(36) 위에 증착된다. 층(34)은, 예를 들면, 스피닝, 롤 코팅, 프린팅 등과 같은 임의의 적당한 기술을 사용하여 다시 증착될 수 있다.
도 10의 (c) 및 도 10의 (d)의 실시예에서, 그루브는 고에너지 빔 소스를 사용하여 투명층(34)의 원치않는 부분을 제거함으로써 형성된다. 이 실시예에서는, 예를 들면, 레이저 제거 기술, 반응성 이온 에칭(RIE) 기술 등을 사용될 수 있다. 도 10의 (c)에 도시된 바와 같이, 투명 물질층(34)은 마스크(38)를 통행 고에너지 빔 소스에 노출되고, 마스크의 개구(39)에 대응하는 층(34)의 영역이 제거되어, 도 10의 (d)에 도시된 바와 같이, 리세스(35)를 형성한다.
리세스가 형성되면, 도 10의 (a) 및 도 10의 (b)의 방법에 의해, 도 10의 (c) 및 도 10의 (d)의 방법에 의해, 또는 다른 방법에 의하든지 간에, 하나의 편광 상태의 광은 불투과하지만 직교 편광 상태의 광은 투과하는 물질이 리세스에 증착된다. 예를 들면, 특정 선형 편광의 광을 흡수하는 염료를 포함하는 액정 물질이 투명층(34)의 그루브(35)에 배치될 수 있다. 이 액정 물질 및 염료는 액정층의 모든 분자가 동일방향으로 지향되도록 정렬되어있다. 이로 인해, 폴리이미드(polyimide) 정렬층을 제공될 수 있다. 도 11의 (a) 및 도 11의 (b)는 정렬층을 제공하는 두가지 가능 방법을 도시한다. 도 11의 (a)의 본 실시예에서, 정렬층(40)은 기판(36)의 상부 표면 전체 위에 배치된다. 다음에, 정렬층(40)은 연마(rubbing) 기술 또는 광전자정렬(photo alignment)(즉, 편광된 자외선 조사에 노출시켜 정렬되는)에 의해 원하는 정렬 방향으로 제공된다. 다음에, 투명 물질층(34)이 연마된 정렬층(40) 위에 증착되고, 그루브(35)가 상기한 바와 같이 형성된다. 염료를 포함하는 액정 물질이 그루브(35)에 배치될 때, 이 액정 물질은 정렬층(40)에 의해 정렬될 것이다.
도 11의 (b)에 도시된 대체 실시예에서, 정렬층(40)은 그루브(35)가 구획형성된 후에 적용된다 - 즉, 도 9의 (b)의 그루브를 형성한 후 도 9의 (c)의 액정 물질을 증착하기 전에 정렬층(40)이 제공된다. 본 실시예에서, 정렬층은, 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 각각의 그루브(35)에만 증착된다. 정렬층은 다음에, 예를 들면, 연마 기술을 사용하거나 광전자정렬에 의해 원하는 정렬 방향으로 제공될 수 있다.
도시에서 생략된 다른 실시예에서, 벽(55)의 물질은 리세스에 배치된 액정 물질을 정렬하기 위해 사용된다. 벽의 측면은 리세스의 방향에 따라 연마되어 리세스에 증착된 액정 물질을 정렬하기에 유효하게 될 벽의 측면에 정렬을 유도한다. 이것은, 예를 들면, 포토레지스트(photoresist) 등의 소프트 물질로 형성된 기판에 유효한 기술이다.
액정 물질(37)을 그루브(35)로 도입하기 위해, 제2 기판 또는 다른 밀봉층(sealing layer)이 벽 위에 위치될 수 있다. 염료를 포함한 액정 물질은 다음에 모세(capillary) 또는 진공 기술을 사용하여 그루브(35)로 도입된다.
도 12의 (a) 및 도 12의 (b)는 본 발명의 광 제어 소자(15)를 제조하는 다른 방법을 도시한다. 이 방법은, 주어진 편광 상태의 광은 통과시키지 않지만 직교 편광 상태의 광은 전달하는 물질 층(41)을 구비하여 시작하는 것을 제외하고는 도 9의 (a) 내지 도 9의 (c)의 방법과 유사하다. 물질은, 예를 들어 흡수성 염료가 도핑된 폴리머화된 액정, 또는 흡수성 염료가 도핑된 PVA와 같은 스트레치된(stretched) 폴리머이다. 그루브(Groove)들 또는 리세스(recess)들(35)이 이러한 층에 형성되며, 투명한 물질로 채워진다. 투명한 물질로 채워진 그루브들은 광 제어 소자(15)의 투명한 부분들(17)에 대응하고, 주어진 편광의 빛에 불투명한 물질의 층(41)의 잔여 부분들은 도 4의 광 제어 소자(15)의 영역들(16)을 형성한다.
본 방법의 실시예에서, 정렬층(40)은 기판(36)상에 초기에 적층되고 나서, 예를 들어 연마 또는 광전자 정렬 기술을 이용하여 배열된다.
다음, 흡수성 염료를 포함하는 감광성 물질의 층(41)이 정렬층(41)상에 적층된다. 정렬층(40)은 층(41)의 염료 분자들을 정렬하는 역할을 하여, 그 층(41)은 특정한 선형 편광의 빛을 흡수한다. 도 12의 (a) 및 (b)의 정렬층(41)에 있는 짧은 라인들은 층(41)의 염료 분자들의 배열을 표현한다.
감광성 층은 마스크(38)를 통해 UV 또는 다른 조사로 처리된다. 도 12의 (a)의 실시예에서, 층(41)은 포지티브(positive) 감광성 물질의 층이므로, 마스크의 개구들(39)은, 층(41)을 제거하기 적당한 영역들에 대응한다. 그러므로, 마스크의 개구들의 사이즈, 외형 및 위치들은 광 제어 소자(15)의 투과 영역들의 바람직한 외형, 사이즈 및 위치들에 대응한다.
조사 공정 후, 마스크(38)가 제거되고, 층(41)은, 조사된 영역들로부터 감광성 물질을 제거하기 위해 워싱된다. 층(41)의 잔여 부분들은 광 제어 소자(15)의 편광판(16)을 구성한다. 그루브들(35)은 투명한 물질, 예를 들어 투명한 폴리머 또는 투명한 수지로 채워져 투과 영역들(17)을 형성할 수도 있다.
실시예의 변형에 있어서, 광 제어 소자는, 높은 에너지 빔 소스를 이용하는 제거 기술에 의해서 선형 편광의 빛을 흡수하는 물질의 층의 불필요한 부분들을 제거함으로써 형성된다. 이는, 레이저 제거 기술, RIE 기술 일 수도 있다. 본 실시예는 주어진 선형 편광의 빛을 흡수하는 임의의 물질에 이용될 수도 있으며, 감광성 물질을 이용하는 것에 제한되지 않는다. 본 실시예에서, 정렬층(40)은, 주어진 선형 편광의 빛을 흡수하는 물질이 정렬층을 요구하지 않는다면, 생략될 수 있다. 제거 기술에 의해 제거된 층의 영역들은 상술한 바와 같은 투명한 물질로 채워질 수도 있다.
도 13의 (a) 및 (b)는 본 발명의 광 제어 소자를 제조하는 다른 방법을 나타낸다. 본 실시예는, 도 13의 (a)에 도시한 바와 같이, 단일 투명 기판(28)상에 배치된 활성층(27)을 포함하는 타입의 상업적으로 이용가능한 선형 편광기 시트를 이용한다. 도 8의 (a)의 편광기 시트의 제2 투명 기판(28')은 존재하지 않는다.
초기에, 제1 편광기 시트(26a)의 활성층(27)의 선택된 부분들은, 예를 들어 패터닝된 광-에칭 프로세스 또는 레이저 제거(ablation) 프로세스를 이용하여 제거된다. 이러한 공정의 결과는, 도 13의 (b)에 도시한 바와 같이, 투명 기판(28)상에 배치된 선형 편광 물질의 일련의 이산(discrete) 영역들(27')이다. 도 13의 (b)에서의 편광 물질의 이산 영역들(27') 각각은, 도 5의 광 제어 소자(15')에서의 편광 영역들(16) 중 하나에 대응한다.
다음, 제2 편광기 시트(26b)는 제1 편광기 시트(26a)의 상면에 부착된다. 이러한 공정은, 제1 편광 시트의 상면에 접착제층, 예를 들어 UV-경화 접착제를 적층할 수도 있다. UV-경화 접착제는, 우선, 두 개의 편광 시트들을 또다른 하나에 부착하고, 다음으로, 제1 편광 시트들의 활성층의 부분들을 제거함으로써 남겨진 갭(gap)들을 채운다. 접착제가 바람직하게 선택되어, 굴절률은 경화 시에 편광 시트들의 투명 기판(28)의 굴절률에 근접한다. 스택된(stacked) 편광기들은 접착제를 경화시키기 위해 조사된다.
제2 편광 시트의 활성층의 선택된 영역들은, 패터닝된 광-에칭 기술 또는 레이저 제거 기술을 다시 이용하여 제거될 수도 있다. 제2 편광 시트의 활성층의 제거된 영역들은, 제1 편광 시트의 활성층이 제거된 영역들 위에 직접 놓여지고, 그와 동일한 사이즈 및 외형을 갖는다. 역으로, 제2 편광 시트의 활성층의 남겨진 영역들은, 제1 편광 시트(26a)의 활성층의 남겨진 영역들(27') 위에 직접 놓여지고, 그와 동일한 사이즈 및 외형을 갖는다.
편광 시트(26c)의 다른 층을 스택에 부착하고, 활성층의 선택된 영역들을 제거하는 공정들은, 필요하다면 수 차례 반복될 수도 있다. 마지막으로, 보호 투명 층(32)은 최상의 편광기 시트 위에 적층되어 보호 층의 역할을 할 수도 있다.
본 실시예에서, 활성층의 남겨진 영역들(27')은, 도 5의 광 제어 막(15')에서이 편광 영역들(16)의 스택들(21)을 형성한다. 도 13의 (d)는 세 개이 편광 시트들(26a-26c)을 구비하는 광 제어 소자를 나타내며, 편광 시트들의 각 스택은 세 개이 편광 시트들을 포함한다; 그러나, 본 발명은 편광 시트들의 이러한 개수에 제한되지 않는다.
본 실시예에서, 완전한 스택(32)을 조립하고, 하나의 공정에서 모든 접착제 층들을 경화하는 것이 가능하다. 그러나, 각각의 편광기 시트가 선행 편광기 시트와 정확하게 배열됨을 보증하는 것이 중요하며, 접착제 층들을 경화하기 전에 완전한 스택이 제조될 때까지 대기하는 것은, 편광기 시트가, 후속 시트가 스택될 때 우연히 이동될 수도 있다는 점에서 잠재적으로는 단점이다. 그러므로, 하나의 편광기 시트가 상대적으로 다른 시트들로 이동하는 것을 방지하기 위하여, 각각의 접착제 층을 경화시키고 나서 그 다음 접착제 층과 편광기 시트를 적층하는 것이 바람직하다.
도 13의 (d) 내지 (f)는 본 실시예의 변형을 나타낸다. 본 실시예에서, 편광 시트들(26a-26c)과 보호 기판(32)은, 각각의 컴포넌트간에 배치된 경화가능한 접착제의 층과 함께 초기에 스택된다. 스택(42)은 접착제 층들을 경화하기 위해 조사된다.
도 13의 (f)에 도시된 바와 같이, 스택(42)에는 복수의 리세스(recesses) 혹은 그루브(grooves)가 형성된다. 각각의 그루브는 스택의 각 편광 시트(polarising sheet; 26a-26c)의 활성층을 제거하고, 최저 위치의 편광기(26a)의 투명 기판(28(a))만을 남겨두고 모든 편광기 시트들의 기판을 제거하기에 충분한 깊이로 이루어 진다.
남아있는 스택 부분(42')은 도 5의 광 제어 소자(15')에서 편광 영역들로 이루어진 스택(21)에 대응한다. 스택의 남아있는 부분(42')의 위치, 크기, 및 형상이 적절하게 선택된다. 남아있는 부분(42')들 사이의 리세스(35)는 투명한 재료로 채워질 것이고, 원한다면, 광 제어 소자의 상면에 걸쳐 보호 기판(도시되지 않음)이 증착될 수도 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이를 도시한다. 도 6의 디스플레이(21)과 같이, 도 14의 디스플레이(21')는 본 발명의 광 제어 소자(15)를 포함한다. 그러나, 도 14의 디스플레이(21')에서의 광 제어 소자(15)는 도 6에서와 같은 후방 보다는 오히려 화상 디스플레이 패널(22)의 전방(즉, 디스플레이 패널과 관찰자 사이)에 위치한다. 이러한 실시예는 OLED(organic light-emitting device) 디스플레이, 음극선관 디스플레이, 또는 전계 방출 디스플레이와 같은 방출형(emissive) 디스플레이 패널인 디스플레이 패널(22)에 적용될 수 있다. 또한, 액정 디스플레이 패널과 같은 투과형 화상 디스플레이 패널에도 적용될 수 있다.
편광 스위치는 디스플레이 패널과 관찰자 사이에 위치하여, 관찰자에 도달하는 빛의 편광을 제어한다. 도 14에 있어서, 편광 스위치는 디스플레이 패널(22)과 광 제어 소자(15) 사이에 위치한 선형 편광기(23)와 스위칭가능한 반파장판(24)으로 형성된다. 디스플레이 패널이 출력 편광기와 통합된 경우, 예를 들어, 디스플레이 패널(22)이 액정 디스플레이 패널이라면, 디스플레이 패널의 출력 편광기는 편광기(23)로서 사용될 수 있다. 스위칭가능한 반파장판(24)은 선형 편광기(23)의 투과축에 대해 45°에 배열된 편광기의 광축을 갖도록, 편광기(23)의 전방에 배치된다.
편광 스위치는 대안적으로 광 제어 소자와 관찰자 사이에 위치할 수도 있고, 또는, 투과형 디스플레이일 경우에는, 디스플레이 패널 후방에 위치할 수도 있다. 원칙적으로, 외부 편광 스위치가 필요하지 않는 경우에, 디스플레이는 제어 가능한 출력 편광을 갖는 빛을 방출하는 방출형 디스플레이를 사용하여 구현될 수도 있다.
디스플레이 패널(22)이 투과형 디스플레이 패널이라면, 디스플레이(21')는 적절한 백라이트(도시되지 않음)로부터의 빛에 의해 조명되는 것을 요구할 것이다.
도 14의 실시예에 있어서, 광 제어 소자(15)의 편광 영역(16)은 편광기(23)의 투과축에 평행한 그들의 투과축을 갖는다. 이러한 실시예에 있어서, 수평 편광기(23)의 투과축은 x-축에 평행하고, 따라서, 광 제어 소자(15)의 편광판(16)은 x-축에 평행한 투과축을 갖는다.
디스플레이(21)의 동작은 도 15의 (a) 및 (b)에서 도시된다. 도 15의 (a)는 스위칭가능한 반파장 판이 OFF이고, 따라서, 어떠한 지연(retardation)도 없는 경우에, 디스플레이(21)의 동작을 도시한다. 이러한 실시예에 있어서, 수평 편광기(23)는 x-축에 평행한 평면-편광된 빛을 투과한다. 판(24)이 OFF인 경우에, 그것을 통과한 빛의 편광면에 대한 어떠한 영향도 없으므로, 광 제어 소자(15)에 입사한 빛은 여전히 x-축에 평행한 평면-편광된 빛이다. 광 제어 소자의 편광판(16)은 x-방향으로 배열된 투과축을 가지므로, 편광판(16)은 광 제어 소자(15)에 입사한 빛을 흡수하지 않는다. 따라서, 도 15의 (a)에 도시된 바와 같이, 빛은 넓은 관측각 범위를 갖는 광 제어 소자로부터 출력되고, 이로써, 공용 디스플레이 모드(public display mode)를 제공한다.
도 15의 (b)는 스위칭가능한 판(24)이 ON이고 λ/2 지연을 제공하는 경우의 디스플레이의 동작을 도시한다. 이러한 경우에, 편광기(23)는 x-방향으로 평면-편광되는 빛을 다시 통과시킨다. 판의 광축은 거기에 입사한 빛의 편광면에 대해 45°이므로, 빛이 판(24)을 통과하면 빛의 편광면은 90°회전된다. 따라서, 광 제어 소자에 입사한 빛은 y-방향에서 평면-편광되고, 광 제어 소자의 편광 영역(16)은 거기에 입사하는 임의의 빛을 흡수할 것이다. 따라서, 광 제어 소자(15)는 도 15의 (b)에 도시되는 바와 같이 단지 좁은 각도 범위(narrow angular range)을 갖는 빛을 출력하고, 이로써, 개인 디스플레이 모드(private display mode)를 제공한다.
도 16은 본 발명에 따른 또 다른 디스플레이(43)를 도시한다. 디스플레이(43)는 도 4의 소자(15)와 유사한 2개의 광 제어 소자를 포함한다. 2개의 광 제어 소자들(15a, 15b) 모두 빛의 전도(travel) 방향에 무관한 특정한 선형 편광의 빛을 전송한다. 2개의 광 제어 소자들(15a, 15b) 모두 단지 임의의 방향의 범위에 걸쳐서만 직교 선형 편광 상태의 빛을 전송하지만, 2개의 광 제어 소자는 서로 다른 지오메트리(geometry)를 가지므로, 그들이 직교 선형 편광을 투과하는 광각(ray angles)의 범위는 2개의 소자들 간에 서로 다르다. 따라서, 디스플레이(43)는 2 이상의 디스플레이 모드에서 동작할 수 있다.
디스플레이(43)는 화상 디스플레이 패널(22)을 포함한다. 이는 도 14의 실시예에서와 같이, 투과형 디스플레이 패널 또는 방출형 디스플레이 패널일 수 있다. 디스플레이 패널이 투과형 디스플레이 패널이라면, 디스플레이는 적절한 백라이트(도시되지 않음)에 의한 조명을 요구한다.
선형 편광기(23)는 디스플레이 패널(22)의 전방에 배치된다. 디스플레이 패널(22)이 출력 선형 편광기를 갖는다면(예를 들어, 디스플레이 패널(22)이 액정 디스플레이 패널이라면), 디스플레이 패널(22)의 출력 편광기는 편광기(23)로서 이용될 수 있다.
제1 광 제어 소자(15a)는 편광기(23)의 전방에 배치된다. 편광 스위치가 제공되어, 제1 광 제어 소자로부터 출력되는 빛의 편광을 선택한다. 도 16에서, 제1 편광 스위치는 편광기(23), 및 이 편광기와 제1 광 제어 소자(15a) 사이에 배치된 제1 스위칭가능한 파장판(24a)으로 구성된다. 반파장판은 편광기(23)의 투과축에 대해 45°에 그것의 광축을 갖도록 배열된다.
제2 광 제어 소자(15b)는 제1 광 제어 소자(15a)의 전방에 배치된다. 제2 편광 스위치는 제1 광 제어 소자로부터 출력되는 빛의 편광을 선택하기 위해 제공된다. 도 16에서, 제1 편광 스위치는 편광기(23), 및 제1 광 제어 소자(15a)와 제2 광 제어 소자(15b) 사이에 배치된 제2 스위칭가능한 반파장판(24b)으로 구성된다. 제2 스위칭가능한 반파장판(24a)의 광축은 편광기(23)의 투과축에 대해 45도 위치에 있는 광축으로 구성된다.
컴포넌트들의 순서는 도 16에 도시된 순서에 한정되지 않는다. 예를 들어, 컴포넌트들은 백라이트, 광 제어 소자, 스위칭가능한 파장판, 광 제어 소자, 스위칭가능한 파장판, 편광기, 및 디스플레이 패널의 순서로 배치될 수 있다.
광 제어 소자들(15a, 15b)은 편광기(23)에 의해 모든 방향으로 통과되는 선형 편광의 빛을 각각 송신하도록 구성된다. 그러나, 광 제어 소자들은 편광기(23)의 투과축에 대해 90도 위치에서 평면 편광된 빛의 출력 각도 범위가 서로 다르도록 선택된다.
도 16에 도시된 디스플레이에서, 편광기(23)는 z(수직) 방향과 평행한 투과축으로 구성된다. 2개의 스위칭가능한 반파장판(24a, 24b)의 광축들은 서로 평행하고 편광기(23)의 투과축에 대해 45도 위치에 있다. 광 제어 소자들(15a, 15b) 모두는 수직으로 편광된 빛에 대해 흡수 효과를 갖지 않기 때문에, 광 제어 소자 상의 입사에 관계없이 수직으로 편광된 빛을 송신한다. 제1 편광 의존형 광 제어 소자(15a)는 수평 방향으로 편광된 빛을 수평(x-y)면에 가까운 방향으로만 통과시키고, 큰 각도로 수평면으로 전파하고 있는 수평으로 편광된 빛을 차단한다. 제2 광 제어 소자(15b)는 수직(y-z) 평면에 가까운 방향으로 전파하고 있는 수평으로 편광된 빛을 통과시키지만, 큰 각도로 수직면으로 전파하고 있는 빛을 차단한다.
도 17의 (a) 내지 도 17의 (c)는 도 16의 디스플레이(43)의 가능한 4가지 동작 모드 중 3가지를 도시한다. 도 17의 (a)는 스위칭가능한 파장판(24a, 24b) 모두가 OFF이고 그래서 모두가 제로 지연을 제공하는 경우의 동작 모드를 도시한다. 이러한 동작 모드에서는, 디스플레이 패널(22)로부터 출력되는 빛은 편광기(23)에 의해 평면 편광되고, 편광면은 수직 방향이다. 편광면은 스위칭가능한 반파장 판독기들(24a, 24b)중 어느 하나에 의해 영향을 받지 않으며, 디스플레이(43)를 통해 전파하는 빛은 수직 방향으로 평면 편광된다. (광의 편광 방향은 도 17의 (a) 내지 도 17의 (c)에 개략적으로 도시됨 - 수직 화살표는 평면 편광된 빛을 도시하는 반면, 2개의 동심원들은 수평으로 편광된 빛(즉, 지면 바깥쪽으로 편광된 빛)을 도시함) 광 제어 소자들(15a, 15b)은 전파 방향에 관계 없이 수직으로 편광된 빛에 전달되고, 빛은 수평 및 수직 방향 모두에서 넓은 범위의 관측각에 걸쳐 디스플레이로부터 출력된다. 이것은 디스플레이의 개략적인 정면도인 도 17의 (d)에 개략적으로 도시되어 있다.
도 17의 (b)는 제1 파장판(24a)이 ON이고 제2 파장판(24b)이 OFF인 경우의 디스플레이(43)의 동작 모드를 도시한다. 이러한 동작 모드에서는, 편광기(23)는 다시 수직 방향으로 평면 편광된 빛을 출력하지만, 편광면은 제2 파장판(24a)에 의해 90도만큼 회전된다. 제2 파장판(24b)이 OFF이기 때문에, 그것을 통과하는 빛의 편광면에 영향을 주지 않는다 - 따라서, 디스플레이를 통과하는 빛의 편광면은 제1 파장판(24a)에 의해 수평 편광으로 변환되고, 빛은 디스플레이를 통과하고 나서 수평으로 편광된다.
도 17의 (b)의 동작 모드에서, 빛은 광 제어 소자들(15a, 15b) 모두를 통과한 경우에 수평 방향으로 편광된다. 제1 광 제어 소자(24a)는 수평으로 편광된 빛을 수평면에 가까운 방향들로만 통과시키는 반면, 제2 광 제어 소자(15b)는 수평으로 편광된 빛을 수직면에 가까운 방향들로만 통과시키기 때문에, 전반적인 결과는 디스플레이면에 수직한 방향에 가까운 방향으로 전파하는 빛만이 전체 시스템을 통해 투과된다는 것이다. 이러한 모드에서는, 디스플레이는 디스플레이의 개략적인 평면도인 도 17의 (e)에 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이, 수평 및 수직 방향 모두에서 좁은 범위의 관측각들을 갖는다.
도 17의 (c)에서 반파장 판독기들(24a, 24b) 모두는 ON이다. 편광기(23)는 다시 수직으로 평면 편광된 빛을 통과시키고, 편광면은 제1 반파장판에 의해 90도만큼 회전되어 제1 편광 의존형 제어 소자(15a)로의 입사광이 수평으로 평면 편광된다. 그러나, 빛이 제2 반파장판을 통과하면, 편광면은 다시 90도만큼 회전되어, 제2 광 제어 소자(24b)로의 입사광이 수직 방향으로 평면 편광된다. 따라서, 이러한 모드에서는, 제1 광 제어 소자(24a)는 수평면에 대해 넓은 각도로 이동하는 빛이 통하지 않는다. 그러나, 제2 광 제어 소자(15b)에 도달하는 빛은 수직 평면 편광으로 리턴되었기 때문에, 제2 광 제어 소자(15b)는 빛을 흡수하지 않는다. 따라서, 디스플레이의 개략적인 평면도인 도 17f에 도시된 바와 같이, 디스플레이로부터의 출력은 수평 방향으로 넓은 관측각을 갖지만, 수직 방향으로는 좁은 관측각을 갖는다.
도 17에 도시되지는 않았지만 제4 모드에서는, 제1 반파장판(24a)이 OFF이고 제2 반파장판(24b)은 ON이다. 이러한 모드에서는, 제1 광 제어 소자(15a)는 흡수 효과가 없고(수직으로 편광된 빛을 수신하기 때문), 제2 광 제어 소자(15b)는 큰 각도로 수직면으로 이동하는 빛이 통하지 않는다(수평으로 편광된 빛을 수신하기 때문). 이러한 모드에서는, 디스플레이는 수평 방향으로 좁은 관측각을 갖지만, 수직 방향으로는 넓은 관측각을 갖는다.
따라서, 디스플레이(43)는 넓은 시야 범위를 갖는 공공 디스플레이 모드, 및 제한된 시야 범위의 3가지 모드를 갖는다.
이러한 실시예의 변경에서는, (제2 파장판(24b)을 생략함으로써) 제2 편광 스위치가 생략될 수 있다. 이러한 변경에서는, 도 17의 (a) 및 도 17의 (b)의 디스플레이 모드들만이 이용가능할 것이다 - 그러나 그러한 디스플레이는 제1 파장판(24a)을 적절히 스위칭함으로써 공공 디스플레이 모드와 개인 디스플레이 모드 사이를 스위칭할 수 있을 것이다.
2개의 광 제어 소자들과 파장판들의 다른 조합도 가능하다. 예를 들면, 도 16의 실시예를 변경하여, 두개의 편광-의존형 광 제어 소자들이, 편광기의 투과축에 거의 평행하거나 또는 거의 수직인 한 방향으로 평면 편광이고, 동일 평면에 가까운 방향을 따라 이동하는 빛이 통과할 수 있게 하지만, 상이한 관측각 범위를 갖게 하도록 할 수 있다. 예를 들면, 제1 디바이스는 수직 평면에 대해 20°보다 큰 각도를 이루는 수평 편광된 빛을 흡수할 수 있는 한편, 광 제어 소자는 수직 평면에 대해 10° 이상의 각도를 이루는 수평 편광된 빛을 흡수할 수 있다. 이것은 넓은 관측각을 갖는 디스플레이 모드, 20°의 수평 관측각을 갖는 디스플레이 모드, 40°의 수평 관측각을 갖는 디스플레이 모드 사이에서 전환될 수 있는 디스플레이를 제공한다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이(44)를 도시한 것이다. 이 디스플레이는 자동 입체 영상 개인 디스플레이 모드(autostereoscopic private display mode)를 제공할 수 있다.
도 18의 디스플레이(44)의 구조는 일반적으로 도 14의 디스플레이(21')의 디스플레이 구조와 유사하다. 그 구조는 또한 디스플레이 패널(22), 및 이 디스플레이 패널의 전방에 배치된 본 발명의 광 제어 소자(15)를 포함한다. 디스플레이 패널과 관찰자 사이에 편광 스위치가 제공된다. 화상 디스플레이 패널(22)은 백라이트(도시되지 않음)에 의해 조명된 투과형 디스플레이 패널 또는 방출형 디스플레이 패널일 수 있다. 도 18에서, 디스플레이 패널과 광 제어 소자 사이에 배치된 선형 편광기(23) 및 스위칭가능한 반파장판(24)에 의해 편광 스위치가 형성된다. 또, 컴포넌트들의 순서는 도 18에 도시된 순서에 한정되지 않으며, 컴포넌트들은 예를 들면 다음의 순서대로 배치될 수 있으며: 백라이트, 광 제어 소자, 스위칭가능한 파장판, 편광기, 및 디스플레이 패널; 이 순서는 후면-배리어(rear-barrier) 디스플레이를 제공한다.
본 실시예에서, 광 제어 소자(15)의 편광 영역들(16)은 그들이 편광기(23)의 투과축에 수직인 방향으로 평면 편광된 빛을 투과할 수 있도록 배열된다. 스위칭가능한 반파장판의 광축은 편광기(23)의 투과축에 대해 45°로 배열된다. 도 18에서, 편광기(23)는 그의 투과축이 y-축에 평행하게 배치되고, 광 제어 소자의 편광판들(16)은 그들의 투과축이 x-축에 평행하게 배치되지만, 디스플레이는 이러한 특정 구성에 한정되는 것은 아니다.
반파장판이 온(ON)인 경우에, 편광기(23)에 의해 y-방향으로 평면 편광된 빛은 스위칭가능한 반파장판(24)에 의해 그것의 편광 평면이 90° 만큼 회전된다. 따라서, 스위칭가능한 반파장판을 떠난 빛은 x-방향으로 평면 편광되며, 그 결과 광 제어 소자(15)에 의해 영향을 받지 않는다. 따라서 디바이스는 공용(public) 디스플레이 모드로 동작한다.
스위칭가능한 반파장판이 오프(OFF)인 경우에는, 이것은 편광기(23)에 의해 투과된 빛의 편광 평면 상에는 영향을 미치지 않으므로, y-방향으로 평면 편광된 빛이 광 제어 소자(15)에 입사한다. 광 제어 소자(15)의 편광 영역들(16)이 y-방향으로 평면 편광된 빛을 흡수하기 때문에, 광 제어 소자는 xz-평면에 가깝게 이동하는 빛만을 투과할 것이며, 따라서 소자(15)의 투과 영역(17)을 통해 통과할 수 있다. 따라서 디바이스는 이전에 설명된 바와 같이 개인 디스플레이 모드로 동작한다. 도 18의 디스플레이에서, 임의의 적절한 구동 수단(도시되지 않음)에 의해 디스플레이 패널(22)이 구동되어 2개의 인터레이스된(interlaced) 화상들을 표시한다. 2개의 화상들은 입체 영상(stereoscopic) 화상 쌍의 좌측눈 화상 및 우측눈 화상이다. 인터레이싱은 도 18에 문자 "R" 및 "L"에 의해 개략적으로 도시되어 있으며 이 문자들은 우측눈 화상과 좌측눈 화상을 각각 표시해주는 화소의 컬럼들을 나타낸다.
광 제어 소자(15)의 두께 및 투과 부분(17)의 폭은, 광 제어 소자(15)가 y-방향에 평행하게 평면 편광된 빛에 대해 시차 배리어(parallax barrier)로서 작용하도록 선택된다. 시차 배리어는 디스플레이 패널(22) 상에 표시된 2개의 화상들을 분리함으로써, 관찰자의 좌측눈이 좌측눈 화상을 보고, 관찰자의 우측눈이 우측눈 화상을 보도록 한다. 일반적으로 광 제어 소자(15)의 투과 영역의 폭은, 광 제어 소자/시차 배리어의 피치 p가 시차 배리어가 2개의 화상을 정확하게 분리하는 것을 확실하게 하도록 선택된다.
따라서, 디바이스(44)의 개인 디스플레이 모드는 자동 입체 영상 디스플레이 모드가 될 수 있다. 그러므로 디스플레이(44)는 개인 자동 입체 영상 디스플레이 모드와 공용 2차원 디스플레이 모드 사이에서 전환가능하다. 도 18의 디스플레이는 개인 2차원 디스플레이 모드에서 사용될 수도 있다. 이를 달성하기 위해, 2개의 인터레이스된 화상들 보다는 단일의 화상이 디스플레이 패널(22) 상에 표시된다.
도 18의 실시예는 컴포넌트들을 상술한 것과 같이 적절한 순서로 배열하는 것에 의해 후면 배리어 디스플레이에도 적용할 수 있고, 또는 듀얼-뷰(dual-view) 디스플레이에도 적용할 수 있다.
디스플레이(44)의 화상 디스플레이 패널(22)은 통상적으로 수십 화소의 깊이 및 수십 화소의 폭을 가질 것이다. 광 제어 소자(15)의 편광 영역들(16)은 디바이스가 그의 자동 입체 영상 개인 모드에서 동작하고 있는 경우에는 패러랙스 배리어의 불투명한 부분을 형성하므로, 화상 디스플레이 패널(도 19의 종이 면 속으로)의 전체 깊이에 걸쳐 확장해야만 한다. 또한, 자동 입체 영상 디스플레이의 시차 배리어의 불투명한 부분은 통상적으로 디스플레이의 화상 디스플레이 패널의 적어도 한개의 화소 폭을 가진다. 따라서, 화상 제어 소자(15)의 편광 영역들(16)은 모두 폭이 넓어야 하며(디스플레이 패널(22)의 적어도 하나의 화소와 동일한 폭을 가짐), 높이는 높아야 한다(많은 화소들의 깊이를 가짐). 편광 영역(16)을 형성하는 편광 물질의 세그먼트들이 완전히 편광 물질로 이루어져 있다면, 도 18에서 제안된 것처럼, 그 세그먼트들은 그것이 세그먼트의 전체 두께를 통해 통과하는 것과 같이 양쪽 편광 상태들의 빛을 흡수할 것이며, 이것은 공개 모드에서 디바이스의 성능을 떨어뜨릴 것이다.
도 19의 (a) 및 (b)는 이 문제를 극복할 수 있는 한가지 방법을 도시한다. 도 19의 (a)는 본 발명의 수정된 광 제어 소자(15")를 도시하는데, 이 소자는 도 4의 광 제어 소자와 대체로 유사하지만 편광 영역(16)이 폭 전체에 걸쳐서 편광 재료로 형성되어 있지는 않다. 그 대신, 도 19의 (a)에 도시된 바와 같이 각 편광 영역(16)은 U자형 또는 역U자형의 단면을 갖는 채널에 배열된 편광 재료로 형성되어 있다. 채널의 내부는 광 투과성(light-transmissive) 재료(46)로 채워진다. 편광 영역(16)은 다시 광투과 재료 영역(17)으로 분리된다. 도 19의 (a)에 도시된 바와 같이 편광 영역(16)을 배치하는 것은 흡수되어야 할 편광된 빛에 아무런 영향을 미치지 못할 것이다 - 도 4의 제어 소자(15)에서 만큼 도 19의 제어 소자(15")에서 흡수가 잘 일어날 것이다. 그러나, 편광 재료의 두께가 도 19의 실시예에서보다 훨씬 작으므로, 도 19의 (a)의 광 제어 소자(15")의 편광 영역(16)은 흡수되지 않아야 하는 편광을 상당량 흡수하지는 않을 것이다.
도 19의 (b)는 도 19의 (a)의 광 제어 소자(15")의 한 제조 방법을 도시한다. 이 방법에서, 제어 소자(15")는 기판(33) 상에 위치한 투명 재료의 층으로 만들어진다. 투명 막의 선택된 영역들은, 예컨대 포토레지스트 재료의 조사(irradiation)나 위에서 기술한 선택적 제거 기술을 이용하여 제거된다. 투명 재료에서 U자형 채널(47)을 규정하도록 재료가 제거된다. 그 결과로 나오는 채널(47)은 그 다음 염료(dye)를 포함하는 액정으로 채워지는데, 이 액정은 편광 재료로서 작용하여 규정된 선형 편광된 빛을 흡수한다. 이 액정 재료는 도 11의 (a) 및 (b)를 참조로 상기 기술된 임의의 방법들에 의해 정렬될 수 있다.
도 19의 (a)의 광 제어 소자(15")는 또한 하나의 편광 상태를 차단하지만(opaque) 직교 편광(orthogonal polarisation) 상태의 빛을 투과시키는 재료의 층으로 제작될 수 있다. 이러한 층의 영역들은, 예컨대 도 12의 (b)를 참조하여 위에서 기술된 바와 같이 U자형의 영역들 남기면서 제거되고, 그 다음에 투과 재료가 도포된다.
도 20은 본 발명의 또 다른 디스플레이(48)을 도시한다. 이것은 개인 화상들(private images)을 두 개의 개별 관찰자들(45A, 15B)에게 디스플레이할 수 있다.
디스플레이(48)는 백라이트(25)에 의해 조명되는 투과형 화상 디스플레이 패널(22)을 포함한다. 백라이트(25)와 디스플레이 패널(22) 사이에는 제1 광 제어 소자(15a), 제2 광 제어 소자(15b) 및 편광 스위치가 배치된다. 도 20에서 편광 스위치는 스위칭가능한 반파장판(half-wave plate)(24)과 제2 광 제어 소자(15b)와 디스플레이 패널 간에 제공되는 선형 편광기(23)로 형성된다. 스위칭가능한 반파장판은 그 광축이 편광기(23)의 투과축에 45°로 배열된다. 편광기(23)은 디스플레이 패널(22)의 입력 편광기가 될 수 있다.
제1 광 제어 소자는, 전방향은 아니지만, 일부 방향으로 이동하는 제1 선형 편광된 빛을 차단하고, 제1 편광에 수직인 제2 선형 편광된 빛에는 영향을 미치지 못한다. 제2 광 제어 소자는 전방향은 아니지만, 일부 방향으로 이동하는 제2 선형 편광된 빛을 차단하고, 제1 선형 편광된 빛에는 영향을 미치지 못한다. 편광기(23)은 제1 또는 제2 선형 편광 중 하나를 막도록 배치된다.
도 20의 실시예에서, 제1 광 제어 소자(15a)는 수평으로 편광된 빛의 각 폭을 제어하는데 효과적이나 수직으로 평면 편광된 빛에 대한 흡수 효과는 없고, 제2 광 제어 소자(15b)는 수직으로 편광된 빛의 각 폭을 제어하는데 효과적이나 수평으로 평면 편광된 빛에 대한 흡수 효과는 없으며, 편광기(23)는 그 투과축이 수직으로 배열된다. 그러나, 본 발명은 이러한 특정 배향에 한정되지 않는다.
도 4의 광 제어 소자(15)에서, 편광 영역(16)은 그 면이 광 제어 소자의 입력 및 출력면들에 평행하게 배치된다. 그러나 본 발명은 이러한 특정 배향에 한정되지는 않는다. 도 20의 광 제어 소자에서, 제1 및 제2 광 제어 소자(15a, 15b)의 편광 영역들(16)은 이 제어 소자들의 입력 및 출력면들에 수직으로 배열되지 않는다. 두 광 제어 소자들(15a, 15b)의 편광 영역들(16)의 배향은 제2 광 제어 소자가 수직으로 편광된 빛을 보내는 방향과 다른, 제1 광 제어 소자(15a)가 수평으로 편광된 빛을 보내는 방향으로 배치된다. 도 20의 특정 실시예에서, 제1 광 제어 소자는 수평으로 편광된 빛을 디스플레이의 축에 대해 약 +30°에 중심을 둔 좁은 각도 범위로 수평으로 편광된 빛을 통과시키고 제2 광 제어 소자(15b)는 디스플레이축에 약 -30°에 중심을 둔 좁은 각도 범위로 수직으로 편광된 빛을 통과시킨다.
도 20의 광 제어 소자(15a, 15b)는 도 4의 광 제어 소자와 유사한 방식으로 제조할 수 있다. 예를 들어, 편광판의 층들이 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이 적층될 수 있고, 상기 적층은 적층의 상부 표면에서 90°이외의 각으로 절단될 수 있다.
디스플레이(48)의 동작의 한 모드에서, 스위칭가능 반파장 판(22)이 오프된다. 그러므로, 이를 통과하는 광의 편광에 영향을 미치지 않는다. 이 모드에서, 제1 편광 의존 광 제어 소자(15a)는 편광기(23)에 의해 투과된 수직 편광된 광에 영향을 미치지 않기 때문에 효과적으로 디스에이블된다. 제1 광 제어 소자(15a)는 수평 편광된 광의 각 퍼짐을 제어하지만 이는 편광기(23)에 의해 차단된다. 수직 편광된 광은 제2 관찰자(45B)를 향하는 제2 광 제어 소자(15b)로부터 출력되고 편광기(23)를 통과한다. 그러므로, 이 디스플레이 모드에서 제2 사용자(45B)는 디스플레이 패널(22)에 디스플레이되는 이미지를 보게 되지만, 제1 사용자는 어두운 디스플레이 패널을 보게 된다.
반파장 판(22)이 온되는 경우, 광의 편광 면을 90° 회전하는 것이 효과적이다. 따라서, 백라이트로부터의 광의 수평 면 편광된 성분은 반파장 판(22)에 의해 수직 면 편광된 광으로 변환되고 편광기를 통과한다. 이 광은 제1 광 제어 소자(15a)에 의해 제1 관찰자(45A)를 향한다. 백라이트(25)로부터 광의 수직 면 편광된 성분은 반파장 판(22)에 의해 수평 편광된 광으로 변환되어 편광기(23)에 의해 차단된다. 그러므로 반파장 판(22)이 온되면, 제1 사용자가 디스플레이 패널(22)에 디스플레이되는 이미지를 보는 반면에, 제2 사용자는 어두운 디스플레이 패널을 본다.
각 사용자에서 개인 화상을 디스플레이하는 것이 요구된다면, 파장 판은 온과 오프 사이에서 빠르게 스위칭되고, 패널 상에 디스플레이되는 이미지가 반파장 판의 스위칭과 동기화되어 스위칭되어, 파장 판이 오프되는 동안 제1 이미지가 항상 디스플레이되고 파장 판이 온되는 동안 제2 이미지가 항상 디스플레이된다. 스위칭이 충분히 빠르게 실행되면, 각 사용자는 플리커없이 상이한 이미지를 볼 것이다.
상이한 디스플레이 모드에서, 디스플레이(48)는 단일 이미지를 사용자 양자에게 디스플레이할 수 있다. 이는 디스플레이 패널(22) 상에 디스플레이되는 이미지의 변화없이 파장 판이 온 및 오프 상태 사이에서 빠르게 스위칭되어 실행될 수 있다. 또한, 이 디스플레이 모드는 중간 제어 전압을 파장 판에 인가하여 제로(0)이상 λ/2 이하의 지연을 갖음으로써 얻어질 수 있다. 이 디스플레이 모드에서, 백라이트로부터의 광의 수평 편광 성분 및 수직 편광 성분은 스위칭가능 반파장 판(24)에 의해 원형 또는 타원 편광된 성분으로 변환될 것이므로, 각각의 성분은 편광기(23)에 의해 부분적으로 투과될 것이다.
도 20에서는 듀얼 뷰 디스플레이를 제공하기 위하여, 상이한 관찰차에게 상이한 뷰를 향하게 하는 디스플레이(48)를 도시한다. 디스플레이(48)는 한 관찰자에게 2개의 상이한 이미지가 향하게 선택적으로 배열되어 관찰자의 한 눈은 한 이미지를 수신하고 관찰자의 다른 눈은 다른 이미지를 수신할 수 있다. 이 경우에, 디스플레이는 디스플레이 상에 시간 순서로 입체 이미지의 좌안 이미지 및 우안 이미지를 디스플레이함으로써 자동 입체 영상 디스플레이로서 동작할 수 있다.
디스플레이(48)(도시안됨)의 변형에서, 백라이트는 스위칭가능 방향성 백라이트이다. 제1 백라이트 제어 소자(15a)가 액티브인 경우에는 백라이트가 주로 제1 광 제어 소자(15a)가 광을 투과하는 방향으로 광을 방사하지만, 제2 광 제어 소자(15b)가 액티브인 경우에는 백라이트가 주로 제2 광 제어 소자(15b)가 광을 투과하는 방향으로 광을 방사한다. 본 실시예의 이점은 백라이트에 의해 방사되는 광이 동일한 백라이트에 대하여 더 밝은 디스플레이를 유도하여 보다 효과적으로 사용된다는 것이다. (본 명세서에서, "크로스토크(cross-talk)"란 용어는 제1 사용자(또는 사용자의 제1 눈)에 대하여 의도된 이미지의 제2 사용자(또는 제2 눈)에 대한 시인성(visibility) 또는 그 반대 경우를 의미한다).
도 20의 실시예에서, 편광 스위치는 백라이트 내에서, 백라이트와 제1 광 제어 소자(15a) 사이, 제1 광 제어 소자(15a)와 제2 광 제어 소자(15b) 사이, 또는 디스플레이 패널(22) 앞에 선택적으로 설치될 수 있다.
또한 도 20의 실시예는 디스플레이 패널과 관찰자 사이의 광 제어 소자를 설치할 수 있는데, 예를 들어, 이미지 디스플레이 패널; 편광기; 스위칭가능 반파장 판; 제1 광 제어 소자 및 제2 광 제어 소자의 순서로 구성요소를 설치할 수 있다. 구성요소가 이 순서로 배열되면 , 방출형 디스플레이 또는 투과형 디스플레이(백라이트를 필요로 함)를 사용할 수 있다. 구성요소가 이 순서로 배열되는 경우, 이미지 디스플레이 패널이 출구(exit) 편광기를 구비하면 편광기는 이미지 디스플레이 패널의 출구 편광기에 의해 구성될 수 있다.
도 20의 실시예는 광 제어 소자와 정밀하게 정렬될 디스플레이 패널(22)을 필요로하지 않는 추가의 이점이 있다. 종래의 디스플레이에서는 이 구성요소의 정밀한 레지스트레이션(registration)의 필요하지만 본 실시예에서는 필요없게 된다.
도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이(49)를 도시한다. 디스플레이(49)는 한 상태에서 특정 방향으로 이동하는 제1 선형 편광 광을 통과시키지 않고 다른 방향에서 이동하는 제1 선형 편광 광을 투과하면서 제2, 직교의 편광 광을 투과하는 액티브 광 제어 소자(50)를 포함한다. 따라서, 이 상태에서 광 제어 소자(50)는 도 4의 광 제어 소자(15)와 동일한 방식으로 작용한다. 그러나, 본 실시예에서 광 제어 소자(50)는 스위칭가능하고 선형 편광이 아닌 광을 통과시키지 않는 제2 상태로 스위치될 수 있다.
도 21의 디스플레이(49)에서, 광 제어 소자(50)는 백라이트(25)와 디스플레이(49)의 투과 디스플레이 패널(22) 사이에 배치된다. 선형 편광기(23)는 백라이트와 디스플레이 패널 사이에 설치되고, 이는 도 21에 도시한 바와 같이 광 제어 소자와 디스플레이 패널 사이 또는 백라이트와 광 제어 소자 사이에 배치될 수 있다. 편광기(23)가 도 49에 도시한 바와 같이 광 제어 소자(50)와 디스플레이 패널(22) 사이에 배치되는 경우에, 디스플레이 패널(22)이 입력 편광기를 구비하면 이는 편광기(23)로서 사용될 수 있다.
선형 편광기(23)의 투과축은 광 제어 소자(50)의 편광 영역의 투과축에 평행하게 배열된다. 도 21에서, 편광기(23)의 투과축 및 광 제어 소자(50)의 편광 영역(16)의 투과축은 x축에 평행하다.
광 제어 소자(50)의 편광 영역(16)은 "게스트-호스트(gest-host)" 액체 재료로 형성된다. 예를 들어, 본 실시예에서 염료는 액정 재료에 용해되거나 화학적으로 부착된다. 염료는 흡수 상태 및 비흡수 상태 사이에서 스위칭가능하여 편광 영역이 흡수 상태와 비흡수 상태 사이에서 스위칭가능하다.
도 22의 (a) 및 (b)는 도 21의 디스플레이(49)의 동작의 2개 모드를 나타낸다. 이 도면은 백라이트(25)와 광 제어 소자(50) 사이에 배치된 선형 편광기(23)를 나타내지만, 이는 장치의 동작에 영향을 미치지 않는다. 선형 편광기(23)는 x축에 평행한 투과축으로 배열된다. 도 22의 (b)에 도시된 모드에서, 액정 분자의 염료 분자는 x 방향을 따라 배열되어 염료를 포함하는 영역(16)이 x 편광 광을 통과시키지 않는다. 편광기(23)는 x 방향을 따라 면 편광되는 광을 투과하고, 이는 편광 영역(16)에서 흡수된다. 따라서, xz 평면을 따라 또는 근접하여 이동하는 광은 도 22의 (b)에서 경로 A로 도시한 바와 같이 광 제어 소자를 통과하지만, -z 평면에 큰 각으로 이동하는 광은 편광 영역(16)에 의해 흡수되어 개별적인 디스플레이 모드가 얻어진다. 이 모드에서 각 퍼짐(spread)은 투과 영역(17)의 폭과 광 제어 소자(50) 의 두께 사이의 비에 의존한다.
도 22의 (a) 및 도 22의 (b)에 도시된 바와 같이, 광학 제어 소자(50)에는 그 상부 및 하부면에 전극(51, 52)이 제공된다. 이들 전극은 액정층 양단에 전계를 인가하여 액정 분자 스스로 z방향으로 배향될 수 있도록 하는데 사용된다. 이를 통해 염료 분자들은 액정 분자와 더불어 스스로 재배향 할 수 있게 되고, 이에 따라 염료 분자들 또한 z 방향을 따라 정렬된다. 이러한 사항이 액정 재료의 영역(16) 내에 도시되어 있는 단선(short line)으로 도 22의 (a)에 표현되고 있다. 따라서, 편광기(23)에 의해 전파되는 x방향의 면 편광된(plane-polarised) 광은 액정 영역(16)에 의해 흡수되지 않으며, 도 22의 (a)에 도시된 바와 같이 전체 디스플레이 모드(wide display mode)가 얻어진다.
본 실시예의 광학 제어 소자(50)는 다양한 방식으로 제조될 수 있다. 예를들어, 그 전체 영역에 걸쳐 균일한 투명전극을 갖는 하부 기판(36)을 이용하여 거의 도 9의 (a) 내지 도 9의 (c)에 상술되고 있는 것처럼 제조될 수도 있다. 균일한 투명 전극을 갖는 제2 기판은 구조물 위에 놓여지고, 염료를 함유한 액정 재료가 리세스에 충전된다. 염료를 가지고 있는 액정 재료는 도 11의 (a) 및 도 11의 (b)를 참조하여 상술한 방법 중 어느 하나의 방식으로 배향될 수도 있다. 이러한 구성 방식에서, 액정 재료는 포지티브 유전체 이방성을 가질 수 있으며 동질(homogeneously)로 정렬될 수 있으며, 혹은 네거티브 유전체 이방성을 가질 수도 있고 동방향 회전성(homeotropically)으로 정렬될 수도 있다.
스위칭가능한 광학 제어 소자의 제2 구성 방식은 패턴화된 정렬층을 사용하는 것이다. 이는 도 23의 (a) 및 도 23의 (b)에 도시되어 있다. 본 실시예에서 소자의 각각의 기판(36, 36′)에는 한 표면위에 투명 전극이 제공되고 전극위에 정렬막(도시생략)이 제공된다. 정렬층이 패턴화되면, 다음에 기판들이 액정층의 바람직한 두께와 동일한 분할부(separation)를 가지면서 서로 평행하게 정렬된다. 이어서 기판 사이의 갭은 염료를 포함한 액정 재료로 충전된다. 패턴화된 정렬층 때문에, 액정층 양단에 전압이 전혀 인가되지 않을 경우에는 2개의 서로 상이한 정렬에 대한 영역들이 채택된다. 영역(53)에서, 액정 분자와, 이에 따르는 염료 분자들은 거의 z 방향으로 정렬된다. 그러나, 영역(54)에서, 액정 분자들은 거의 x 방향으로 정렬되고(면정렬;planar alignment), 따라서, 염료 분자들 또한 이 방향으로 정렬된다. 그 결과, 영역(54)는 x 방향으로 면 편광되는 광에 대한 흡수 영역으로 동작하게 된다.
전극(51, 52)을 통해, 액정층 양단에 전계가 인가되는 경우, 면 정렬에 대한 영역(54)에서의 액정 분자들은 스스로 z 방향으로 재배향하게 되고, 염료 분자들 또한 재정렬되어 z 방향으로 놓여지게 된다. 이미 z 방향으로의 정렬이 존재하는 영역(53)에서 염료 분자들의 배향은 바뀌지 않는다. 그 결과, 전체 액정층은 도 23의 (a)에 도시한 바와 같이 x 방향으로 면 편광된 광에 대해 비흡수 상태(non-absorbing)가 된다.
도 24의 (a) 및 도 24의 (b)는 도 23의 (a) 및 도 23의 (b)의 변형 실시예를 보여주고 있다. 이 실시예에서, 전극(51, 52)은 정렬막이라기 보다는 패턴화된 것이다. (정렬막들 및 기판들은 단순 명료화를 위해 도 24의 (a) 및 도 24의 (b)에서는 생략되고 있다). 정렬막들은 도 24의 (a)에 도시된 바와 같이 z 방향(동방향 회전성 정렬; homeotropic alignment)의 액정 정렬을 발생시키도록 배열된다. 전극들 사이에 전계가 인가될 경우, 전극들 사이의 액정층 영역들은 면 정렬을 채택하도록 재배향되며(x 방향과 평행), 반면에 전극들이 보이지 않는 영역들의 액정 재료는 자신의 초기 동방향 회전성 정렬을 유지한다. 이러한 사항이 도 24의 (b)에 도시되고 있다. 전극들 사이의 액정층의 영역(54)에서, 액정층 양단에 전압이 인가될 경우, 액정 분자들은 면 정렬을 채택하게 되고, 이로써 염료 분자들 또한 x 방향과 평행하게 자신들을 재배향시키게 된다. 그 결과, 영역(54)은 액정층 양단에 전압이 인가될 경우 x 방향으로 면편광되는 광을 흡수할 수 있게 된다.
도 22의 (a) 내지 도 24의 (b)의 실시예들의 공정(operation)을 설명함에 있어, 액정 재료는 포지티브 이색성 염료(dichroic dye)를 포함하고 있는 것으로 한다. 액정 재료는 또한 네가티브 이색성 염료를 포함하고 있으며, 이 경우, 광학 제어 소자의 동작 모드는 반전(reverse)된다.
또 다른 대안으로서, 평형 전계를 발생시키고 전압을 적절히 인가하여 기판에 평행한 면의 염료 분자와 액정 분자를 회전시키는 전극 구조를 사용하는 것도 가능하다. 이러한 경우, 액정 분자와 염료 분자들은 x 방향을 따라 혹은 y 방향을 따라 스위칭될 수 있다.
상술한 실시예에 사용된 액정 재료는 네마틱(nematic) 액정 혹은 스멕틱(smectic) 액정 재료 중 어느 하나가 될 수도 있다. 대안적으로는 쌍안정(bistable) 액정 재료가 사용될 수도 있으며, 이 경우, 액정 재료의 배향은 두 동작 상태 모두에서 안정적이므로, 전압의 인가는 한 동작 상태에서 다른 동작 상태로 재료를 스위칭시키는 데에 요구될 뿐이다.
도 25(a)는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 광학 제어 소자(55)의 개략적 투시도이다. 본 실시예의 광학 제어 소자(55)는 능동 광학 제어 소자이며, 도 21에 도시된 광학 제어 소자(50)의 변형이다. 그 제어 소자는 흡수 상태와 비흡수 상태 사이에서 스위칭가능한 재료로 형성되는 복수의 편광 영역(16a, 16b)을 포함하고 있다. 편광 영역들(16a, 16b)은 하부 기판(56)과 상부 기판(57) 사이에 배치된다. 상부 기판과 하부 기판 상에는 전극(51, 52)이 각각 배치되며, 이들 전극은 액정층 양단에 전계를 인가하여 편광 영역(16a, 16b)이 자신들의 흡수 상태와 비흡수 상태 사이에서 스위칭하도록 하는데 사용된다. 인접 편광 영역(16a, 16b) 사이의 공간들은 투과성 재료(transmissive material)로 충전된다.
도 21의 실시예에서처럼, 편광 영역들(16a, 16b)은 액정 및 염료 분자를 포함하고 있다. 편광 영역 양단에 전계를 인가함으로써 편광 영역(16a, 16b)의 액정 분자들은 z 방향으로 스스로 배향하게 된다. 앞에서 설명한 바와 같이, 이에 따라 염료 분자들은 스스로 액정 분자와 재배향하게 되며, 또한 z 방향을 따라 정렬된다. 그 결과, 염료 분자들은 제어 소자(50)를 지나는 광의 y면 편광 성분 혹은 x면 편광 성분을 흡수하지 않게 된다. 이후에, 편광 영역들은 비흡수 상태가 된다.
도 25(a) 및 도 25(b)에 도시된 바와 같이, 복수의 영역들(A 및 B)이 광 제어 소자로 정의된다. 영역들 A에서, 편광 영역들(16a)은 x-방향을 따라 연장하는 반면, 영역 B의 편광 영역들(16b)은 y-축을 따라 연장한다. 도 25(b)는 광학 제어 소자(55)의 영역에 걸쳐 영역들 A와 영역들 B의 한가지 가능한 배치를 도시한다. 이 배치에서, 영역들 A와 영역들 B는 x- 및 y-방향 둘 모두를 따라 서로 번갈아 존재한다. 그러나 본 발명은 그 영역들의 이러한 특정 배치에 제한되는 것은 아니며, 다른 배치들도 가능하다.
어떠한 전압도 전극들(51) 및 전극들(52) 사이에 인가되지 않는 경우, 액정 분자들은 편광 영역(16a, 16b)의 방향들을 따라 정렬하고, 염료-분자들(dye-molecules)도 이러한 방향들을 따라 정렬한다. 그러므로, 영역 A에서, 그 염료 분자들은 x-방향을 따라 정렬되는 반면, 영역 B에서 그 염료 분자들은 y-방향을 따라 정렬된다. z-방향 또는 그에 근접한 방향을 따라 이동하는 광은 영역들 A 또는 영역들 B에 거의 흡수되지 못할 것이며, 광 제어 소자를 통해 전달될 것이다. 이는 x-평면 편광 성분 및 y-평면 편광 성분 둘 모두에 참이다. 이어서 광학 제어 소자는 광각 출력 범위를 갖는 공용 모드(public mode)로 된다.
편광 영역들(16a, 16b)이 흡수 모드로 스위칭되면, 도 22의 (a) 및 도 22의 (b)에 관해 앞서 설명된 바와 같이, 이 편광 성분이 x-방향을 따라 정렬된 염료 분자들에 의해 흡수되기 때문에, 영역들 A의 편광 영역들(16a)은 x-축을 따라 평면-편광된 광에 불투명하다. 그러므로, 영역 A가 x-z-평면을 따라 또는 그에 근접하게 이동하는 x-편광된 광을 전달하지만, x-z-평면에 큰 각을 이뤄 이동하는 x-편광된 광이 편광 영역들(16a)에 의해 흡수된다. 그러므로, 영역 A가 두 편광 성분들을 광각 범위로 통과시키는 공용 모드와 y-편광 성분을 큰 각 범위로 통과시키지만 x-편광 성분을 좁은 각 범위로 통과시키는 개인 모드(private mode) 간에 스위칭될 수 있다.
역으로, 염료 분자들이 y-방향을 따라 정렬되는 영역들 B의 편광 영역(16b)이 그 흡수 모드로 스위칭될 경우, 그들은 y-z-평면을 따라 또는 그에 근접하여 이동한다면 y-편광 성분을 통과시킬 것이다. 그러나, 앞서 도 21, 도 22의 (a) 및 도 22의 (b)를 참조하여 설명된 것과 동일한 방식으로, y-z-평면에 대해 큰 각으로 이동하는 y-편광 성분의 광은 편광 영역들(16b)에서 흡수될 것이다. 그러므로, 영역 B가 두 편광 성분들의 광이 광각 범위로 전달되는 공용 모드와, y-편광 성분이 협각 범위로 전달되지만 x-편광 성분이 광각 범위로 전달되는 개인 모드 간에 스위칭가능하다.
도 25(c)가 디스플레이에 통합된 도 25(a) 및 도 25(b)의 광 제어 소자(55)를 도시한다. 그 디스플레이는 예를 들어, 액정 디스플레이 디바이스인, 화상 디스플레이 디바이스(22)를 포함한다. 광 제어 소자(55)는 디스플레이 디바이스(22)의 앞에 배치되고, 스위칭가능한 편광 회전기(58)(예를 들어, 스위칭가능한 반파장 판)가 디스플레이 디바이스(22)와 광 제어 소자(55) 간의 광학 경로에 배치된다.
디스플레이 디바이스(22)가 출구 편광기(exit polarizer)를 통합하여, 실질적으로 평면-편광된 광을 방출하고, 그렇지 않으면, 선형 편광기(linear polarizer)가 디스플레이 디바이스와 편광 회전기 간에 배치되는 것으로 가정한다. 그 광 제어 소자(55)는 디스플레이 디바이스(또는 편광기)를 떠나는 광의 편광면이 영역들 A 또는 영역들 B 중 어느 하나의 편광 영역의 방향과 평행하도록 정렬된다. 이 예에서, 그 디스플레이 디바이스가 y-방향을 따라 평면-편광된 광을 방출한다고 가정한다.
전압이 광 제어 소자의 전극들(51, 52) 사이에 인가되는 경우, 염색된 액정은 z축에 평행하게 놓이도록 스위칭되고 그 성분을 통과하는 y-편광된 광을 흡수하지 않는다. 이는 영역들 A 및 영역들 B에 참이다. 이어서 디스플레이는 공용 모드로 존재한다.
전압이 광 제어 소자의 전극들(51, 52) 사이에 인가되지 않는 경우, 염색된 액정은 루브르 방향(영역 A에서 x-축, 영역 B에서 y-축)을 따라 정렬한다. 편광 회전기가 비활성이면, 그 광학 제어 소자(55)에 입사하는 광은 y-평면 편광된다. 그러므로, 영역들 A의 편광 영역들(16a)이 y-평면 편광된 광을 흡수하지 않기 때문에, 영역들 A는 흡수하지 않는다. 그러나, 영역들 B의 편광 영역들(16b)은 y-평면 편광된 광에 대해 흡수하므로, 단지 yz-평면에 또는 그에 근접하여 전파하는 광만을 투과한다. 그러므로, z축을 따라 보는 시청자는 거의 어떠한 흡수도 볼 수 없으며 화상 디스플레이 디바이스(22)에 디스플레이되는 정보를 판독할 수 있다. 좌 또는 우로(x 방향을 따라) 움직이는 시청자가 B로 표시된 영역들로부터의 흡수를 보게 되며: 이 영역들은 어둡게 나타나고, 그 디스플레이 상의 정보를 판독하는 것을 불가능하게 한다. 그 디스플레이는 '체커보드(checkerboard)' 광 패턴과 그 위에 오버레이된 어두운 사각형들을 갖는 것으로 나타나며, 이 패턴은 화상을 어둡게 한다. 그러므로, 그 디스플레이는 이 모드에서 x-방향을 따라 프라이버시(privacy)를 제공한다.
y-방향으로 프라이버시를 획득하기 위해서, 그 편광 회전기는 입사광의 편광면을 90°만큼 회전시키도록 스위칭된다. 광 제어 소자(55)에 입사하는 광은 이제 x-방향을 따라 평면-편광된다. 영역들 B는 이제 흡수하지 않지만, 영역들 A는 xz-평면에 대해 임의의 각으로 전파하는 광을 흡수하고, xz-평면에서 또는 그에 근접하여 전파하는 광만을 전달한다. y-방향을 따라 움직이는 시청자는 영역들 A로부터의 흡수를 보게 되며: 이 영역들은 어둡게 나타나고, 그 디스플레이 상의 정보를 판독하는 것을 불가능하게 한다. 그 디스플레이는 다시 '체커보드' 광 패턴과 그 위에 오버레이된 어두운 사각형들을 갖는 것으로 나타나며, 이 패턴은 화상을 어둡게 한다. 그러므로, 그 디스플레이는 이 모드에서 y-방향을 따라 프라이버시(privacy)를 제공한다.
컴포넌트들의 순서는 도 25(c)에 도시된 순서에 제한되는 것이 아니다. 도 25(a)의 광 제어 소자(55)는, 그 디스플레이가 공용 디스플레이 모드와 개인 디스플레이 모드 사이에 스위칭될 수 있도록, 디스플레이 앞에 또는 투과형 디스플레이 뒤에 배치될 수 있다.
도 25(a)의 실시예에서, 전극들(51, 52)은 패터닝되지 않으므로, 광 제어 소자(55)의 전체 영역에 걸쳐 균일한 전계가 인가된다. 그러므로 그 광 제어 소자의 전체 영역은 공용 모드와 개인 모드 사이에 스위칭될 수 있다.
편광 영역들의 방향들을 패터닝하는 것은 도 21의 패터닝되지 않은 "루버(louver)" 구조를 만들기 위한 방법의 연장이다. 액정의 정렬 방향 또한 패터닝되므로, 항상 편광 영역들(16a, 16b)에 평행하다. 액정 셀들에 대한 정렬 층들을 패터닝하는 방법이 또한 잘 공지되어 있으며, 대게는 앞서 도 11의 (a) 및 도 11의 (b)를 참조하여 기재된 정렬 방법들의 간단한 연장이다. 적절한 방법들이 또한 예를 들어, 미국특허번호 제6,055,103호 및 제6,624,863호, 미국특허출원 제2003/0137626호, 및 H.Stevenson 과 M.Khazova가 대한민국, 서울, 아시아 디스플레이 2004에 제출한 논문 'Patterned grating alignment of reactive mesogens for phase retarders'에 개시되어 있다.
도 25(c)에 도시된 디스플레이는 스위칭가능 편광 회전기를 고정 패터닝된 리타더로 대체함으로써 변경될 수 있다. 그 패터닝된 리타더는 입사광의 편광면을 90°만큼 회전시키는 영역들 및 입사광의 편광면에 아무 효과도 미치지 않는 영역들을 포함한다. 그 영역들은 광 제어 소자(55)의 영역들 A 및 영역들 B에 대해 크기, 모양 및 위치가 대응한다. 광 제어 소자의 각각 및 모든 영역 A가 광의 편광면을 90°만큼 회전시키는 패터닝된 리타더의 영역으로 정렬되고, 광 제어 소자의 각각 및 모든 영역 B가 광의 편광면을 회전시키지 않는 패터닝된 리타더의 영역으로 정렬되도록(역도 성립됨), 광 제어 소자 및 패터닝된 리타더가 정렬된다.
광 제어 소자의 각각의 영역 A가 광의 편광면을 90°만큼 회전시키는 패터닝된 리타더의 영역으로 정렬되는 디스플레이에서, 영역들 A를 통과하는 광은 x-방향을 따라 편광된 평면일 것인 반면, 영역들 B를 통과하는 광은 (패터닝된 리타더에 입사하는 광이 y-평면 편광된다고 가정하면) y-방향을 따라 편광된 평면일 것이다. 어떠한 전압도 루브르 층에 인가되지 않는 경우, 그 영역들 B은 yz-평면에 대해 어떤 각으로 전파하는 광을 흡수하고, 앞서 설명된 바와 같이 단지 yz-평면에 또는 그와 근접하여 전파하는 광만을 전달한다. 유사하게, 영역 A는 xz-면으로의 각도에서 전파되는 광을 흡수하며, xz-면에서 또는 이에 인접하게 전파하는 광만을 투과한다. 따라서, 개인 모드는 x 및 y 방향 모두에서 프라이버시를 제공한다.
다른 대안에서, 광 제어 소자(55)를 통한 액정 분자의 정렬은 동일한 방향에서 이루어진다. 제어 소자는 액정 정렬 방향을 따라 면 편광되는 광에 대해 수평 및 수직 프라이버시를 동시에 제공한다. 예컨대, 액정 분자가 영역 A, B 모두에서 y 방향으로 정렬된다면, xz면으로의 각도에서 전파하는 y면 편광은 영역 A에서 흡수되고, 영역 A는 xz면에 또는 이에 인접하게 전파한는 경우에서만 y-편광을 투과한다. 유사하게, yz면으로의 각도에서 전파하는 y면 편광은 영역 B에서 흡수되며, 영역 B는 yz면에 또는 이에 인접하게 전파하는 경우에서만 y편광된 광을 투과한다. 이런 실시예에서, 액정 정렬 방향은 바람직하게 영역 A(또는 영역 B)에서 편광 영역의 방향에 평행하여, 영역 B(또는 영역 A)의 편광 영역의 방향에 수직하게 된다. 어떠한 부가적인 편광 회전기도 본 실시예에서는 요구되지 않는다.
도 26은 본 발명의 다른 실시예에 따르는 광 제어 소자(60)의 개요 사시도이다. 광 제어 소자(60)의 컴포넌트는 설명의 간략화를 위해 도 26에서 분리해서 도시된다.
본 실시예의 광 제어 소자(60)는 다시 활성 광학 제어 소자이다. 이는 4개의 모드 - 공용 모드, x방향에서 프라이버시를 제공하는 모드, y방향에서 프라이버시를 제공하는 모드, 및 x 및 y 방향 모두에서 프라이버시를 제공하는 모드 -중 하나에서 동작할 수 있다.
광 제어 소자(60)는 도 21의 광 제어 소자(50)의 편광 영역(16)과 유사한 2 세트의 편광 영역들(16a, 16b)를 포함한다. 편광 영역들(16a, 16b)은 흡수 상태와 비흡수 상태간에 스위칭가능하다. 바람직한 실시예에서, 광 제어 소자(60)의 편광 영역(16a, 16b)은 상술한 바와 같이 흡수 상태(전압 인가 없슴)와 비흡수 상태간에 스위칭가능한 액정 재료 함유 염료로 이루어진다. 인접하는 편광 영역들(16a, 16b)간의 스페이스는 투과 재료로 채워진다.
편광 영역(16a)의 제1 세트는 한 방향을 따라, 본 예에서는 x 방향을 따라 정렬된다. 이들 편광 영역(16a)은 제1 전극(52)과 하부 중심 전극(62)간에 배치된다. 편광 영역(16a)은 x면 편광 컴포넌트에 대해 흡수하는 상태와 x 컴포넌트에 대해 투과하는 상태 사이에서 스위칭된다. 어느 한 상태에서, 제1 편광 영역(16a)은 y 편광 컴포넌트로 투과된다.
제2 편광 영역(16b)은 제1 편광 영역에 실질적으로 직각으로 연장하며, 본 예에서는 y 방향을 따라 연장한다. 제2 편광 영역(16b)은 상부 중심 전극(61)과 제2 전극(51) 사이에 배치되며, y면 편광에 대해 흡수하는 상태와 y 편광 컴포넌트에 대해 투과하는 상태 사이에서 스위칭될 수 있다. 어느 한 상태에서, 제2 편광 영역(16b)은 x 편광 컴포넌트의 광에 투과된다.
반파장 판(63)은 하부 중심 전극(62)과 상부 전극(61) 사이에 배치된다.
x 면 편광(64)에 의해 아래로부터 조사될 때 광 제어 소자(60)의 동작을 고려하자. 제1 편광 영역이 그 흡수 모드로 스위칭된다면, 이 영역은 x-y면에 또는 이에 인접하게 전파하는 x 편광만을 투과한다. x-z면으로의 각도에서 전파하는 광은 흡수된다.
반파장 판(63)은 90도 만큼 광의 편광면을 회전시킨다. 따라서, 제1 편광 영역(16a)을 통과하는 x-편광은 반파장 판(63)에 의해 y 편광으로 변환되고, y편광은 제2 편광 영역(16b)에 의해 잠재적으로 흡수된다. 따라서, 제2 편광 영역(16b)이 또한 그 흡수 모드로 스위칭된다면, 이 영역은 yz면으로의 각도에서 전파하는 광을 흡수하며, y-z면에 또는 이에 인접하게 전파하는 광만을 투과한다. 따라서, 제1 편광 영역과 제2 편광 영역 모두가 그 흡수 모드로 스위칭된다면, 광 제어 소자(60)는 z방향을 따라 또는 이에 인접하게 전파하는 광만을 통과시킨다. 제어 소자(60)는 따라서 이런 모드에서 x 및 y 방향 모두에서 프라이버시를 제공한다.
제1 편광 영역(16a)은 제2 편광 영역(16b)으로부터 독립적으로 제어될 수 있다. 따라서, 제1 편광 영역(16a)을 그 흡수 모드에 두며, 반면에 제2 편광 영역(16b)을 비흡수 모드에 두는 것이 가능하게 된다. 이 경우, 광 제어 소자는 xz면에서의 각도에서 주행하는 광을 흡수하나, yz면에서의 각도에서 주행하는 광은 흡수하지 못하여, y방향에서만 프라이버시를 제공한다.
반대로, 제1 편광 영역(16a)은 비흡수될 수 있는 반면, 제2 편광 영역(16b)은 흡수될 수 있다. 이런 경우, yz면에서의 각도에서 전파하는 광은 흡수되고, 디바이스는 x방향에서만 프라이버시를 제공한다.
제1 편광 영역 및 제2 편광 영역이 모두 비흡수된다면, 광학 제어 소자(60)는 공용 모드에서 동작하며 넓은 뷰잉 범위를 가진다.
도 26의 광학 제어 소자(60)는 디스플레이의 전면 또는 투과형 디스플레이의 후면중 어느 하나에 놓인다. 선형 편광기는 광학 제어 소자(60) 후면에 제공되어 광학 제어 소자의 하부 기판(56)상에 입사되는 광이 면-편광되게 된다. 광학 제어 소자(60)가 디스플레이 디바이스의 전면에 놓이는 경우, 선형 편광기는 디스플레이 디바이스의 출구 편광기일 수 있다. 대안적으로, 편광기는 광 제어 소자 후에 제공된다.
도 27의 (b)는 본 발명의 다른 광학 제어 소자(65)를 도시한다. 이런 광학 제어 소자는 다시 활성 제어 소자(65)이며, 흡수 상태와 비흡수 상태 사이에 스위칭가능한 액정 재료 함유 염료로 이루어지는 편광 영역(16)을 포함한다. 인접하는 편광 영역들간의 스페이스는 투과형 재료로 채워진다. 편광 영역(16)은 하부 기판(56)과 상부 기판(도시 안됨) 사이에 배치된다. 하부 전극(52)은 하부 기판(56)상에 배치되고, 상부 전극(도시 안됨)은 상부 기판상에 배치된다.
도 27의 (b)의 광학 제어 소자(65)에서, 편광 영역은 x 및 y 방향 모두에서 제한된 범위(extent)를 가지며, 이로 인해 z 방향을 따라 연장하는 "필라(pillars)"의 형태를 가진다. "필라"는 행렬로 배열되며, 한 행에서의 필라는 인접 행에서의 "필라"에 비해 횡으로 오프셋된다.
각각의 필라형 편광 영역(16)내에서, 액정의 정렬 방향은 x 또는 y 축을 따라 있도록 선택된다. 각 필라형 편광 영역에서 액정의 정렬 방향은 임의의 종래 기술에 의해 정의된다. 예컨대, 액정 정렬의 방향은 상술한 바와 같이 기존의 포토레지스트 또는 폴리머 층으로 이루어지는 수정 또는 정렬 층에 의해 제어된다. 정렬층은 소정의 적당한 기술에 의해 패터닝되며, 적당한 방법의 예는 도 25(c)를 참고로 상술되었다.
도 27의 (b)의 광학 제어 소자(65)는 x 및 y 방향 모두에서 프라이버시를 제공하도록 정렬된다. 이는 각 편광 영역(16)에서 액정 분자의 정렬 방향을 동일하게 선택함에 의해 이루어진다. 예컨대, 각 편광 영역(16)에서 액정 분자가 y 방향을 따라 정렬되며, y면 편광이 광학 제어 소자상에 입사된다고 가정하자. 편광 영역(16)이 그 흡수 상태로 스위칭될 때, 각각의 편광 영역은 y 편광 컴포넌트를 흡수한다. 그 결과, y면 편광은 z축을 따라 또는 이에 인접한 방향에서만 광학 제어 소자(65)를 통과할 수 있다. xz면으로의 각도에서 또는 yz면으로의 각도에서 전파하는 임의의 y 편광은 편광 영역(16)에 의해 흡수된다. 따라서, 제어 소자(65)는 x 및 y 방향 모두에서 프라이버시를 제공한다.
편광 영역이 비흡수 상태로 스위칭될 때, y 편광 컴포넌트는 큰 흡수없이 광학 제어 소자를 통과할 수 있어, 공용 모드를 제공하게 된다.
이와는 반대로, 도 21에 도시된 타입의 광학 제어 소자(49)는 도 27의 (a)에 도시된 것과 비교했을 때 평행 스트립으로 정렬되는 편광 영역(16)을 가진다. 따라서, 편광 영역은 단지 하나의 방향 - 도 27의 (a)에 도시된 예 -에서 프라이버시를 제공하며, 편광 영역(16)은 yz면에서의 출력 각도를 제한할 수 없으며, x축을 따라 프라이버시를 단지 제공할 수 있다.
도 27의 (b)의 광학 제어 소자(25)는 투과형 디스플레이 디바이스의 후면 또는 디스플레이 디바이스의 전면에 제공된다. 상술한 바와 같이, 선형 편광기는 광학 제어 소자와 직렬로 제공되야만 하고, 이는 제어 소자가 디스플레이 디바이스의 전면에 놓이는 디스플레이 디바이스의 출력 편광기일 수 있거나, 제어 소자가 투과형 디스플레이 디바이스 후면에 놓인다.
도 28의 (a)는 본 발명에 따르는 다른 광학 제어 소자(66)를 도시한다. 광학 제어 소자(66)는 활성 제어 소자이며, 흡수 상태와 비흡수 상태 사이에 스위칭가능한 액정 재료 함유 염료의 영역을 포함한다. 편광 영역들 사이의 영역(17)은 투과형 재료로 채워진다. 편광 영역 및 투과형 영역(17)은 하부 기판(56)과 상부 기판(57)(도시 안됨)사이에 배치된다. 하부 전극(52)은 하부 기판상에 배치되며, 상부 전극(도시 안됨)은 상부 기판상에 배치된다.
본 실시예에서, 투과형 영역(17)은 x 및 y 방향 모두에서 제한된 범위를 가지며, 이로 인해 z 방향을 따라 연장하는 "필라"의 형태를 가진다. 편광 영역은 투과형 영역들(17) 사이의 갭으로 정의된다.
액정 분자의 정렬 방향은 광학 제어 소자(66)의 영역에 걸쳐 균일하지 않다. 액정 분자의 정렬 방향은 패터닝되어, 각 투과형 영역(17)이 제1 정렬 방향을 갖는 적어도 하나의 편광 영역과 제1 정렬 방향에 실질적으로 수직한 제2 액정 정렬 방향을 갖는 적어도 하나의 다른 편광 영역에 인접하게 된다. 투과형 영역(17)이 평면도에서 볼때 실질적으로 직사각형인 바람직한 실시예에서, 투과형 영역의 대향측 면은 제1 액정 정렬 방향을 갖는 편광 영역에 인접하고, 다른 2개의 대향 측면은 제2 액정 정렬 방향을 갖는 편광 영역에 인접한다.
도 28의 (b)는 광학 제어 소자(66)의 개요 평면도이고, 액정 정렬 방향의 하나의 가능한 배열을 예시한다. 본 실시예에서, 제1 및 제2 정렬 방향은 x 및 y 방향에 각각 평행하다. 도시된 바와 같이, 투과형 영역의 좌우 측면(소자가 도 28의 (b)에서 보여지는 바와 같이)은 액정 분자가 y방향을 따라 정렬되는 편광 영역(16b)에 인접한다(액정 분자의 정렬 방향은 도 28의 (b)의 실선으로 나타난다). 투과형 영역(17)의 상부 및 하부 면들(광학 제어 소자가 도 28의 (b)에서 보여지는 바와 같이)은 액정 분자가 x 방향을 따라 정렬되는 편광 영역(16a)에 인접한다.
동작시, 광학 제어 소자(66)는 스위칭가능한 편광 회전기와 직렬로 배치된다. 제어 소자(66)의 동작은 스위칭가능한 편광 회전기가 제어 소자(66) 후면에 배치되며 편광 회전기상에 입사되는 광이 y 방향을 따라 면 편광되는 예를 참조하여 후술된다.
편광 회전기가 비활성화될 때, y 편광은 편광 회전기를 통과하며 광학 제어 소자(66)상에 입사된다. 액정이 y축을 따라 정렬되는 편광 영역(16b)은 y 편광 컴포넌트에 대해 흡수되어, 제어 소자가 그 흡수 모드로 스위칭될 때, yz면에서의 각도에서 전파하는 y 편광은 편광 영역(16b)에 흡수된다. 편광 영역(16a)은 x축을 따라 정렬된 액정 분자를 가지며, 그래서 y 편광 컴포넌트에 대해 크게 흡수되지 않는다. 따라서, 제어 소자(66)는 x 방향에서 프라이버시를 제공한다.
편광 회전기가 스위치 온 되면, 입사광의 편광면을 90°회전시킨다. 따라서, 원래의 y 편광된 광은, x 편광된 광으로 변환되어, 제어 소자(66)에 입사된다. x 편광 광은, 액정 분자는 x 방향을 따라 정렬되는 편광 영역(16a)에서 흡수된다. xz 면에 대한 각도에서 전파되고 있는 광은 편광 영역(16a)에서 흡수되고, 프라이버시가 y 방향으로 제공된다. y 방향을 따라 액정 분자가 정렬되는 편광 영역(16b)은 x 편광 컴포넌트에 대해서는 실질적으로 흡수를 하지 않는다.
따라서, 편광 회전기를 스위칭함으로써, 제어 소자(66)가 x 방향 또는 y 방향 중 어느 한 쪽에 프라이버시를 제공할 수 있다.
제어 소자(66) 및 편광 회전기는 디스플레이의 앞에 배치되거나, 투과 디스플레이 뒤에 배치될 수 있다.
도 28의 (c)는, 제어 소자(66)의 다른 실시예의 개략적 평면도이며, 편광 영역(16a, 16b)이 정렬될 수 있는 다른 방법을 도시한다. 편광 영역(16a, 16b)의 다른 구성도 가능하지만, 도 28의 (b) 및 도 28의 (c)에 도시된 구성이, 도 21에 도시된 루브르(louvre) 구조의 효과를 모방하기 때문에 양호하다. 편광 영역(16a)이 유효할 때에는, 예를 들면, 편광 영역이 y 축을 따라 연장되는 루브르 구조를 제공하고, 반대로 편광 영역(16b)이 유효할 때에는, 편광 영역이 y 축을 따라 연장되는 루브르 구조를 제공한다. 이들 구성들은, 편광 영역의 액정 분자의 정렬 방향이 루브르 구조의 방향에 평행한 루브르 구조로 정렬되었을 때, 편광 영역이 가장 효과적이기 때문에, 효과적이다.
전술한 실시예에서는, 개인 모드에 제공된 관측각이 제어 소자의 전체 영역에 걸쳐 상당히 동일하다. 이는 화상 디스플레이 디바이스(22)의 앞에 배치된 본 발명의 제어 소자(67)를 갖는 디스플레이의 개략도인 도 29에 도시되어 있다. 제어 소자(67)는, 전술한 양호한 실시예들 중 임의의 하나를 포함하는 본 발명의 임의의 제어 소자일 수 있다. 제어 소자(15)의 영역에 걸쳐 3개의 위치 A, B, C에 대하여 관측각이 표시되고, 관측각 범위가 각 위치에서 상당히 동일하다는 것을 알 수 있다. 이는, 제어 소자(67)로부터 유한거리에 있는 뷰어가 디스플레이의 일부는 판독할 수 있으나, 다른 부분은 판독할 수 없을 수도 있다는 단점이 있을 수 있다. 도 29의 예에서는, 디스플레이의 일측에 배치된 위치(68)의 뷰어가 위치 C의 시야 범위 내에, 위치 B의 시야 밤위 내에 있고, 위치 A의 시야 범위 밖에 있다. 따라서, 위치(68)의 뷰어는 디스플레이 전체를 판독할 수는 없다. 정말로, 디스플레이 패널의 면적이 크고, 뷰어가 디스플레이에 가까이 있는 경우, 뷰어가 전체 디스플레이를 판독할 수 있는 위치가 없을 수도 있다.
이러한 문제는, 제어 소자의 관측각을, 면적 전반에 걸쳐 변화시킴으로써 극복할 수 있다. 도 30은, 디스플레이 디바이스(22)의 앞에 배치된 본 발명의 다른 제어 소자(67')를 도시한다. 제어 소자(67)는 그 면적에 걸쳐 일정한 관측각을 갖지 않는다.
양호한 실시예에서는, 디스플레이의 중심 또는 그 근처, 위치 B에서, 제어 소자의 관측각이 최소 θ1에 있다. 관측각은 디스플레이의 어느 한 측, 위치 A 또는 위치 C의 값 θ2를 향하여 증가한다. 시야 위치(68)에서의 관찰자는, 현재 위치 A, B, C의 시야 범위 내에 있어, 디스플레이의 전체 영역에 걸쳐 디스플레이 되는 정보를 판독할 수 있다. 관측각 내의 변동은 디스플레이 중심에 대해 대칭일 수 있다.
관측각은 제어 소자의 중심에 대하여 대칭적으로 변화할 필요는 없고, 다른 방식으로 변화되게 구성될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이가 항상 한 측에서만 보이도록 하고자 할 때, 제어 소자의 관측각은 디스플레이 양단에 걸쳐 대칭적으로 변화할 필요는 없다. 도 30의 디스플레이가 항상 위치(68)에서 보인다면, 예를 들면, 제어 소자(67')가 (관찰 위치(68)가 거의 직접적으로 위치 C 위에 있기 때문에) 위치 C에서 큰 관측각을 가질 필요는 없고, 관측각은 단순히 위치 C에서 위치 A를 향해 제어 소자 양단에 걸쳐 증가할 수 있다. 관측각은, 예를 들면, 위치 C에서 위치 A로 제어 소자 양단에 걸쳐 위치에 의해 선형적으로 변화할 수 있다.
제어 소자의 관측각은, 제어 소자의 좌측에서 우측으로의 위치, 및/또는 제어 소자의 상부에서 하부로의 수직 위치가 변화되도록 구성될 수 있다.
전술한 제어 소자는, 영역에 걸쳐 변화하는 관측각을 제공하기에 비교적 쉽게 변형될 수 있다. 예를 들면, 관측각은, 투과 영역의 폭의 비를 편광 영역으로 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 이는, 예를 들면, 편광 영역의 폭은 동일하게 유지하면서 투과 영역의 폭을 증가시킴으로써 이루어질 수 있다. 도 5의 제어 소자(15') 등의 패터닝된 다층의 편광기를 채택하는 실시예에서는, 관측각이, 2개의 인접한 편광 영역(16) 간의 횡측 분리(lateral separation) 간의 비를 편광 영역의 폭으로 증가시킴으로써 증가될 수 있다.
도 31의 (a)는 본 발명의 다른 광학 제어 소자(69)의 개략적 단면도이다. 이 실시예는 활성화 제어 소자이고, 통상 도 21의 제어 소자(50)와 유사하다. 이는 상부 기판(57)과 하부 기판(56) 사이에 배치된 복수의 액정 영역(16)을 포함한다. 액정 영역(16)들 사이에 투명 재료(17)가 제공된다. 도 21의 실시예에서와 같이, 액정 영역은 염료 분자를 함유한다. 액정 영역이 염료 분자를 z 방향을 따라 정렬하고, 또한 그들 자신을 z 방향을 따라 정렬되도록 스위칭되는 경우, 편광 영역(16)은 편광된 광의 x 컴포넌트 또는 y 컴포넌트 중 어느 하나에 대하여 비 흡수적이다. 편광 영역 내의 액정 분자가 수평 방향(이 실시예에서는, x방향)에서 스위칭되는 경우, 염료 분자가 그들 자신을 x 방향을 따라 정렬하는 경우, 편광 영역은, 면 편광된 광의 x 컴포넌트에 대해 흡수하게 되며, 제어 소자(69)는 그 개인 모드에 있게 된다.
도 31의 (b)는 제어 소자(69)의 하부 전극(52)의 개략적 평면도이다. 보이는 바와 같이, 하부 전극(52)은 인터-디지테이티드(inter-digitated) 전극(52a, 52b)으로 이루어진다. 각 전극은, 버스 라인(bus line)으로부터 횡방향으로(transversely) 연장되는 일련의 "핑거(finger)" 시리즈를 포함한다. 전극의 "핑거"는 도 31의 (b)에 도시된 바와 같이, 편광 영역에 인접하여 배치된다. 전극(52a)의 핑거에 인접하여 배치된 편광 영역(16)은 다른 서브-전극(52b)의 핑거에 인접한 2개의 편광 영역 사이에 또는 반대로 배치된다.
도 31의 (a)의 제어 소자(69)는, 3개의 상태들 중 하나로 스위칭될 수 있다. 모든 편광 영역이 그 흡수 상태로 스위칭되면, 좁은 각도의 개인 모드가 얻어진다. 모든 편광 영역이 그들의 비-흡수 상태로 스위칭되면, 공용 모드가 얻어진다. 그러나, 도 31의 (a)에 도시된 바와 같이, 모든 다른 편광 영역은 그 흡수 모드로 스위칭하고, 남아있는 편광 영역을 그들의 비-흡수 모드로 스위칭함으로써 제3 모드를 얻는 것이 가능하다. 이는, 모든 편광 영역(16)이 그들의 비-흡수 상태로 스위칭될 때 얻어지는 개인 모드보다 더 넓은 관측각을 갖는 제2 개인 모드를 제공한다. 따라서, 제어 소자(69)는 좁은 각도의 개인 모드, 넓은 각도의 개인 모드 또는 공용 모드에서 동작할 수 있다.
액정 분자가, 전압이 인가되지 않을 때 흡수 상태로 있고, 전압을 인가함으로써 비-흡수 상태로 스위칭되는 제어 소자에서는, 전극(51)과, 서브 전극(52a, 52b) 모두의 사이에 전압을 인가함으로써 공용 모드가 얻어진다. 상부 전극(51)과 서브 전극(52a, 52b) 중 하나 사이에는 전압을 인가하고, 전극(51)과 서브 전극(52a, 52b) 중 다른 하나 사이에는 전압을 인가하지 않음으로써 넓은 각도의 개인 모드가 얻어진다. 도 31의 (a)에 도시된 상태에서는, 전극(51)과 서브 전극(52b) 간에 전압이 인가되나 전극(51)과 서브 전극(52a) 간에는 전압이 인가되지 않는다. 도 31의 (a) 및 도 31의 (b)의 디스플레이는 단순히 서로 다른 관측각을 갖는 2개 이상의 개인 모드에서 동작할 수 있는 제어 소자의 일예이다. 많은 다른 구성이 가능하다. 예를 들면, 전극들 중 하나가 3개의 서브 전극으로서 구성될 수 있고, 이들 각각은 모든 3개의 편광 영역을 스위칭한다. 제어 소자는, 모든 3개의 편광 영역이 흡수를 하고, 다른 편광 영역이 흡수를 하지 않도록 이루어진 개인 모드에서 동작할 수 있고, 이는 도 31의 (a)에 도시된 모드보다 더 넓은 관측각을 갖는 개인 모드를 제공한다.
전술한 본 발명의 모든 실시예에서는, 디스플레이의 밝기와 개인 모드의 유효성 간에 타협이 있다. 그 예로서, 전계에 의해 스위칭되는 염료 액정 루브르를 이용하여, 광의 흡수를 증가시키기 위해, 염료의 농도를 증가시키고, 원치 않는 뷰어로부터의 광의 배제를 보다 완전하게 하고, 공용 및 개인 모드 모두의 밝기를 감소키는 실시예가 있다. 다른 실시예에서의 흡수 재료의 농도는 동일하고, 유사하게 적층된 편광 시트를 이용하여 다른 실시예에서 두께 및 층의 수에 대하여 타협이 가해진다.
전형적으로, 하나가 개인 디스플레이의 밝기를 개선하고자 바란다면, 즉, 공용 모드와 개인 모드에서 원치 않는 뷰어에 의해 보여지는 광 레벨간의 차이를 감소시키기 위해서, 프라이버시 레벨을 희생시킬 필요가 있다. 따라서, 이 컨트라스트(contrast) 레벨이 비교적 작을 때, 프라이버시 레벨을 증가시키는 방법이 유용하다.
이는, 디스플레이의 일부 영역은 개인 모드로 스위칭하고, 다른 영역은 공용 모드에 대응하는 상태로 남겨 둠으로써 이루어질 수 있다. 예를 들면, 디스플레이는, 예상되는 텍스트의 문자가 표시됨에 따라 동일한 대략의 사이즈의 스퀘어(square)로 분할될 수 있다 체커보드 패턴의 다른 스퀘어는, 공용 및 개인 모드로 스위칭되어, 모든 '공용' 스퀘어의 모든 4개의 가장 가까운 이웃들이 개인 스퀘어가 되거나 그 반대가 된다.
그러면, 개인 모드의 원치 않는 뷰어가, 디스플레이 상에 도시되는 화상 위에 놓여지는 어두은 영역 및 광의 체커보드 패턴을 본다. 이 패턴은, 전 디스플레이가 '개인' 상태로 스위칭되면 명료하게 되는 상태에서도 디스플레이의 판독을 방해할 수 있다.
체커보드 패턴은 "공용(public)" 및 "개인(private)" 영역의 가능한 패턴의 일례일뿐이다. 이 패턴은 예를 들면, 디스플레이되는 개인인 텍스트로부터 뷰어들을 혼란시키도록(distract) 설계된 텍스트로 구성될 수 있거나, 혹은 로고 또는 광고 재료로 구성될 수 있다.
디스플레이의 선택된 영역의 스위칭은 여러 방식으로 달성될 수 있다. 개인 및 공용 모드들 간의 스위칭이 개별적인 스위칭가능한 파장 판(waveplate)에 의해 달성되는 실시예에서, 파장 판은 그것의 소정의 영역만이 유효하도록 패턴될 수 있다. 여기서, 스위칭가능한 파장 판은 액정층을 포함하며, 이는 예를 들어 액정이 유입되기 전에 소정의 영역을 포토레지스트로 채움으로써 행해질 수 있으며, 이에 따라 이들 포토레지스트 영역이 디스플레이의 모든 모드에서 광학적으로 등방성으로 유지된다.
모든 실시예에서, 선택된 영역은 디바이스를 스위칭하는 데에 사용되는 하나 이상의 전극을 패터닝함으로써 스위칭될 수 있다. 예를 들면, 하나의 전극은 전기적 컨택트를 형성하지 않는 두 개의 도전 영역으로 분할될 수 있으며, 하나의 영역은 영구적으로 스위칭 온될 수 있는 반면에 나머지 하나의 영역은 개인 모드에서 스위칭 온되고 공용 모드에서 스위칭 오프된다. 대안적으로는, 전극의 선택된 영역은 완전하게 제거될 수 있어서, 이들 영역에 전계가 인가되지 않을 수 있으며 이들은 항상 스위칭되지 않은 상태로 유지된다.
전술한 방법들이 갖는 하나의 가능한 문제점은, 중앙 위치에 있는 뷰어에게 조차도 공용 모드 및 개인 모드의 휘도에 소정의 차이가 있을 수 있는 것이다. 개인 모드로의 스위칭이 패터닝되면, 이로 인해 중앙 위치에 있는 뷰어에게 조차도 디스플레이 상에 중첩되는 약한 패턴이 생긴다. 디스플레이 패널에 전송된 데이터는 이 문제를 해결하도록 변경될 수 있다. "공용" 영역 내의 화소들의 휘도는 다소 감소될 수 있어서 디스플레이된 그레이 레벨은 전체 디스플레이에 걸쳐 일치한다.
본 발명의 많은 실시예들이 겪는 가능한 문제점은, 개인 모드의 휘도가 비교적 낮다는 것이다. 이는, 편광 의존형 광 제어 막이 개인 모드에서 이들을 통과하는 광의 많은 부분을 흡수하기 때문이다. 예를 들면, 정확한 편광의 광이 제공될 때 도 5에 도시된 광 제어 소자는 편광기에 의해 커버되는 각 면의 영역 부분보다 많은 광 부분을 흡수할 것이다.
이 영향을 감소시키기 위해, 백라이트 및 광 제어 막 사이의 면 내에 렌즈들 또는 그 밖의 다른 굴절 소자들이 배치될 수 있다. 도 32는 이러한 구조의 디스플레이의 예를 나타낸 도면이다.
도 32의 디스플레이(70)는 디스플레이 패널(22), 예를 들면 인입 편광기(entrance polariser) 및 출구(exit) 편광기 사이에 배치되며 백라이트(25)에 의해 조명되는 어드레스가능 액정층을 갖는다. 본 발명의 광 제어 소자는 백라이트 및 디스플레이 패널 사이에 배치되며 본 실시예에서는 제어 소자는 도 5에 도시된 바와 같은 제어 소자(15')이다. 편광 재료의 스택(21)만이 도 32에 도시된다. 스위칭가능한 반파장 플리즈(half-wave please)(24)가 제어 소자(15') 및 디스플레이 패널(22) 사이에 배치된다. 최종적으로, 렌즈 어레이(71)가 백라이트(25) 및 제어 소자(15') 사이에 배치된다.
디스플레이(70)의 개인 모드에서, 제어 소자(15')의 스택형 편광기 시트(16)가 디스플레이 패널(22)의 인입 편광기를 통과하는 편광 상태의 광을 흡수한다. 백라이트(25)는 광을 넓은 각도로 방사하지만, 다른 어떤 방향으로보다도 디스플레이 디바이스(70)의 축을 따라 보다 강하게 광을 방사하도록 배열되는 것이 바람직하다. 렌즈 어레이(71)는 스택형 편광기(16)가 렌즈 어레이(71)의 초점면에 가깝게 되도록 배열되고, 또한 어레이의 렌즈(71a)의 중앙이 편광기의 인접 스택들(21) 사이의 갭으로 정렬되도록 배열된다.
디스플레이의 축을 따라 백라이트(25)에 의해 방사되는 광은 편광기들의 스택(21) 사이를 통과할 것이며 이에 따라 이는 디스플레이 패널(22) 상에 입사될 것이다. 렌즈 어레이(71)는 백라이트에 의해 방사된 광을 디스플레이의 축에 대한 각도로 조사하여, 편광 시트의 인접 스택들(21) 사이의 갭을 통과하도록 한다. 이에 따라, 렌즈 어레이는, 제어 소자(15')를 통과할 때 z-방향을 따라 혹은 이에 근접하여 전달되어 흡수없이 제어 소자(15')를 통과하는 원하는 편광 상태의 광량을 증가시킨다. 이에 따라 그 개인 모드에서의 디스플레이의 휘도는 증가된다.
디스플레이의 공용 모드에서, 스위칭가능한 파장 판(24)은, 스택된 편광기 시트(16)에 의해 흡수되는 광의 편광 상태가 디스플레이 패널(22)의 인입 편광기에 의해 흡수되는 편광 상태이도록 스위칭된다. 이에 따라, 공용 모드에서 편광기 시트(16)에 의한 광의 흡수는 중요하지 않다.
루버(louvre) 구조를 채용하는 전술한 본 발명의 실시예에서, 편광 영역들(16, 16a, 16b)과 이들 사이의 투과성 소자의 굴절율은 편광 영역과 이웃 투과성 영역 사이의 인터페이스에서의 프레넬 반사를 최소화하도록 선택되는 것이 바람직하다. 이는, 이들 반사가 공용 모드에 있는 루버 구조의 성능을 제한할 수 있기 때문이다.
도 33의 실선 커브는, 흡수 세그먼트들의 굴절율이 투과성 세그먼트들의 굴절율보다 0.15 큰 루버 구조의 투과율 계산 결과를 나타낸다. 점선으로 나타낸 커브는, 흡수 세그먼트들의 굴절율이 투과성 세그먼트들의 굴절율과 동일할 때 동일한 루버 구조의 투과율을 나타낸다. 도시한 바로부터 알 수 있듯이, 굴절율들이 일치하지 않을 때 발생되는 프레넬 반사로 인해 공용 모드에서 보는 각도를 갖는 휘도의 바람직하지 못한 강한 변동이 발생할 수 있다. 이들 강한 변동은, 투과성 세그먼트들에서의 흡수 세그먼트들의 굴절율이 일치하는 경우 제거된다.
본 발명의 광 제어 소자를 구비한 디스플레이가 공용 모드에서 개인 모드로 스위칭될 때, 백라이트에 의해 방사되는 광 분포도 또한 개인 효과를 향상시키도록 변경될 수 있다. 예를 들면, 백라이트는 개인 모드에서 단순히 어둡게 되도록 제조되어서 원치않는 뷰어들이 디스플레이를 판독하는 것이 더욱 어려움을 알게 한다.
대안적으로는, 원치않는 시청자들쪽으로의 광 전송이 감소되도록 백라이트의 동작 모드가 변화될 수 있다. 이것은 백라이트를 비집속 모드(uncollimated mode)에서 집속 모드로 전환함으로써 행해질 수 있다. 이것은 프라이버시를 향상시킬 뿐아니라 디스플레이의 전력 소모를 감소시키는 장점을 갖는다.
본 발명은 또한 글레어(glare, 반사된 주변광)가 디스플레이의 조망과 간섭하는 것을 방지하기 위해 적용될 수 있다. 예를들어, 자동차의 계기판 디스플레이에서, 감편광(polarization-sensitive) 광 제어 막이 디스플레이의 전면(front)에 위치됨으로써, 개인 모드(private mode)에서, 디스플레이는 정상 조망 위치보다 높은 지점들로부터는 판독불가하다. 이러한 모드에서, 광 제어막은 또한 주변광이 높은 각도로 디스플레이에 도달하는 것을 방지하고, 또한 주변광이 디스플레이를 벗어나 사용자 시야로 반사하는 것도 방지한다.
광 제어는 또한 디스플레이로부터의 광이 사용자를 착란시키기 위해 다른 면들로 반사되는 것을 방지하기 위해 적용될 수 있다. 예를들어, 자동차에서, 계기판 디스플레이는 밤에 그 광이 윈드스크린으로부터 반사되지 않도록 그리고 길에서 운전자의 시야를 어둡게 하지 않도록 주의깊게 배치되어야 한다. 본 발명은 낮은 조광 상태에서, 광이 "개인" 모드로 전환되는 경우 디스플레이로부터의 광이 윈드스크린이 도달하는 것을 방지하도록 적용될수 있다. 주변 광 레벨이 높은 경우, 이러한 반사가 중요하지 않고, 그래서 디스플레이가 "공용(public)" 모드로 전환될 수 있어 높은 휘도를 갖는 장점을 가질 수 있다.
이러한 애플리케이션에서, 디바이스는 글레어-감소('개인') 모드와 그 정상 모드 간에 수동으로 또는 주변 광 조건들을 검출하는 광 센서에 따라 자동으로 전환될 수 있다. 디스플레이 자체의 휘도 또한 주변 광 조건들에 따라 자동으로 변화될 수 있다.
본 발명의 활성 광 제어 소자를 통합하는 디스플레이에서, 광은 소자를 제어한다. 프라이버시 디바이스는 그 공용 모드와 그 개인 모드 간에 예를들면,
1. 수동으로- 디스플레이는 스위치 또는 사용자가 원하는 모드로 선택하기 위해 사용하는 다른 수단들을 포함할 수 있음; 또는
2. 디스플레이를 전환시키게 끔 컴퓨터 상에서 실행하는 소프트웨어
를 포함한 여러가지 방법들로 전환될 수 있다.
케이스 (2)에서, 소프트웨어는 사용자가 개인 콘텐츠(예를들어, 보안 웹 페이지 또는 은행 계좌 정보)를 시청할 때, 디스플레이로 하여금 자동 전환하게 할 수 있다. 개인에 대한 요구는 전자 파일(예를들어, XML 태그 또는 아이콘 또는 웹 페이지 내의 이미지)에 포함된 신호로 표시될 수 있거나 또는 개인에 대한 요구는 웹 페이지가 암호를 사용하여 시청될 때 또는 어떤 키 워드들(예를들어, "비밀 번호", "기밀(confidential)")이 나타날 때 디스플레이에 의해 가정될 수 있다.
이러한 방법들 중 어떤 것은 하나 이상의 개인 모드를 갖는 광 제어 소자가 사용되는 개인 모드들 간에 전환을 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 활성 광 제어 소자를 통합하는 디스플레이는 또한 디스플레이가 개인 모드에 있음을 표시하기 위한 인디케이터를 갖는다. 예를들어 LED 등의 인디케이터는 디스플레이 옆을 조명할 수 있고 또는 LED는 '개인'이라는 용어가 디스플레이 옆에 조명되도록 할 수 있다.
대안적으로, 디스플레이는 디스플레이가 개인 모드에 있다는 표시를 디스플레이할 수 있다. "개인"이라는 용어는, 디스플레이가 개인 모드에 있을 때 디스플레이 상에 또는 디스플레이 상의 임의의 다른 위치에 나타날 수 있다. 예를들어, 아이콘이 디스플레이 자체에 표시될 수도 있다.
본 발명의 광 제어 소자는 디스플레이와 연관하여 설명되었다. 그러나, 본 발명의 광 제어 소자들은 디스플레이에 사용하도록 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 광 제어 소자와, 광 제어 소자를 통해 광 경로에 배치된 편광 스위치를 조합하면 많은 애플리케이션들을 갖는 광 제어 디바이스를 형성한다. 예를 들어, 이러한 광 제어 디바이스는, 이미 존재하는 디스플레이에 부착되어 공용 모드와 개인 모드 간에 전환가능한 디스플레이 내로 될 수 있도록 개별적으로 판매될 수 있다. 이러한 광 제어 디바이스는 또한 다른 애플리케이션들도 가질 수 있다 -일 예로서, 좁은 전송각들 범위와 넓은 전송각들 범위 간에 전환될 수 있는 윈도우를 만들기 위해 사용될 수도 있음-. 윈도우는 좁은 전송각들 범위를 갖도록 전환된 경우 글레어를 차단하기에 유효하다. 이러한 윈도우는 예를들어 모터 차량의 전환가능한 차양판과 같은 애플리케이션을 가질 것이다.
편광 스위치가 사용되는 상술한 실시예들에서, 편광 스위치는 액정 셀을 포함할 수 있다. 이것은 액정 셀 양단에 인가되는 전기장을 적합하게 스위칭함으로써 편광 회전 효과가 온 또는 오프로 전환될 수 있도록 한다.
편광 스위치가 액정 셀을 포함하는 경우, 액정 셀의 액정은 다수의 액정 모드들 중 하나에서 동작할 수 있다. 예를들어, 액정 셀은 액정 셀의 광학 특성이 관측각에 너무 의존하지 않는 장점을 갖는 프리드릭스 모드(Freedericks mode)를 사용할 수 있다.
대안적으로, 사용된 액정 모드는 트위스트된 네마틱(TN) 모드일 수 있다. 이 모드는 그 광학 특성들이 광 파장에 너무 의존하지 않는다는 장점을 갖는다. TN 셀은 광 파장의 광학 특성들의 의존성이 최소화되는 Gooch-Tarry minima 또는 Mauguin limit 등의 영역에서 동작될 수 있다.
다른 대안으로서, 수직 배향된 네마틱 모드가 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 전계를 인가함으로써 편광 회전 효과가 전환되고 인가되는 전력이 없는 경우 편광 회전 효과는 없다. 이러한 모드의 사용은 어떤 애플리케이션들에서 전력 소모를 최소화하는 장점이 있을 수 있다.
액정 셀을 포함하는 편광 스위치는 상기에서 특별히 언급한 액정 모드들에 제한되는 것은 아니다. 다른 액정 모드들은 본 발명의 범주 내에 사용될 수 있다.
편광 스위치의 특성은 공지된 기술들을 사용하여 최적화될 수 있어 광의 블록 전송이 예정된 방향들에서 시스템을 통해 광 누설을 최소화시키게 되고, 이것은 어떤 타입의 편광 스위치에 대해서도 행해질 수 있고 액정 셀을 포함하는 편광 셀에 제한되는 것은 아니다.
편광 의존형(polarisation-dependent) 광 제어 소자가 제1 편광 상태의 광으로 조사되는 디스플레이된 투과성 이미지 후방 또는 전방에 위치될 경우, 광 제어 소자는 광 출력의 각도 범위를 제한시켜, 이미지가 협각 범위로 디스플레이되어 개인 디스플레이 모드를 얻게 된다. 그러나, 디스플레이가 제2 편광 상태의 광으로 조사될 경우에는, 이미지는 보다 큰 각도 범위로 디스플레이됨으로써, 공용 디스플레이 모드를 제공한다. 공용 디스플레이 모드와 개인 디스플레이 모드 간에서의 전환(switching)은 디스플레이된 이미지 상에 입사되거나 디스플레이된 이미지로부터 출력된 광의 편광 상태를 간단히 변경시킴으로써 실행되므로, 공용 디스플레이 모드와 개인 디스플레이 모드 간에서의 전환은 가동부없이도 행해질 수 있다. 공용 모드에서는 광 제어 소자에 의해 흡수되는 광이 거의 또는 전혀 없으므로, 광 효율이 높아, 본 발명의 광 제어 소자를 용이하고 경제적으로 제조할 수 있다.
도 1은 루버(louvre) 구조를 갖는 공지된 광 제어막을 나타내는 도면.
도 2는 다중 층 구조를 갖는 공지된 광 제어막을 나타내는 도면.
도 3은 시차-배리어(parallax-barrier) 자동 입체 디스플레이의 원리를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 편광-의존 광 제어 소자의 가능한 하나의 구조를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 편광-의존 광 제어 소자의 다른 구조를 나타내는 도면.
도 6은 개인 및 공용 뷰잉 모드사이에서 스위칭할 수 있는 본 발명의 디스플레이를 나타내는 도면.
도 7은 도 6의 디스플레이의 동작을 나타내는 도면.
도 8의 (a)-(c)는 도 6의 디스플레이의 편광-의존 광 제어 소자의 제조 방법을 나타내는 도면.
도 9의 (a)-(c)는 다른 편광-의존 광 제어 소자의 제조 방법을 나타내는 도면.
도 10의 (a)-(d)는 편광-의존 광 제어 소자의 구성을 위하여 투명 재료에 그루브를 절단하는 2가지 방법을 나타내는 도면.
도 11의 (a)-(b)는 편광-의존 광 제어 소자의 액정 재료에 대해 정렬층을 인가하기 위한 2가지 대안을 나타내는 도면.
도 12의 (a)-(b)는 흡수 재료막의 일부를 제거함으로써 편광-의존 광 제어 소자가 어떻게 구성될 수 있는 있는지를 나타내는 도면.
도 13의 (a)-(f)는 편광-의존 광 제어 소자의 구성을 위한 또다른 2개의 방법을 나타내는 도면.
도 14는 개인 및 공용 뷰잉 모드 사이를 스위칭할 수 있는 또다른 디스플레이를 나타내는 도면.
도 15의 (a)-(b)는 도 14의 디스플레이의 동작을 나타내는 도면.
도 16은 4개의 뷰잉 모드 사이에서 스위칭할 수 있는 본 발명의 디스플레이를 나타내는 도면.
도 17의 (a)-(f)는 도 16의 디스플레이의 3개의 동작 모드를 나타내는 도면.
도 18은 자동 입체 개인 디스플레이 모드 또는 공용 디스플레이 모드로 동작할 수 있는 본 발명의 디스플레이를 나타내는 도면.
도 19의 (a)는 도 18의 디스플레이의 광 제어 소자를 위한 다른 구조를 나타내는 도면.
도19의 (b)는 도 19의 (a)의 광 제어 소자의 제조를 나타내는 도면.
도 20은 2개의 뷰어의 각각에 다른 개인 이미지를 나타낼 수 있는 본 발명의 디스플레이를 나타내는 도면.
도 21은 장치 내부의 액정의 제어에 의해 스위칭가능한 편광-의존 광 제어 소자를 포함하는 본 발명의 디스플레이를 나타내는 도면.
도 22의 (a)-(b)는 도 21의 디스플레이의 가능한 하나의 구성의 동작 원리를 나타내는 도면.
도 23의 (a)-(b)는 도 21의 디스플레이의 가능한 제2 구성의 동작 원리를 나타내는 도면.
도 24의 (a)-(b)는 도 21의 디스플레이의 가능한 제3 구성의 동작 원리를 나타내는 도면.
도 25(a)-(b)는 본 발명의 또다른 광 제어 소자를 나타내는 도면.
도 25(c)는 도 25(b)의 광 제어 소자를 포함하는 디스플레이의 측면도.
도 26은 본 발명의 또다른 광 제어 소자의 사시도.
도 27의 (a)-(b)는 도 21의 광 제어 소자 및 본 발명의 또다른 실시예에 따른 광 제어 소자의 원리를 나타내는 도면.
도 28의 (a), (b) 및 (c)는 본 발명의 또다른 광 제어 소자를 나타내는 도면.
도 29 및 도 30은 본 발명의 광 제어 소자의 출력 각 범위의 변동을 나타내는 도면.
도 31의 (a) 및 (b)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 제어 소자의 단면도 및 평면도.
도 32는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 제어 소자를 포함하는 디스플레이의 단면도.
도 33은 본 발명의 광 제어 소자 상의 굴절율 미스매칭의 효과를 나타내는 도면.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
16 : 영역
17 : 투과 재료
22 : 패널
23 : 편광기
24 : 파장 판

Claims (59)

  1. 자신의 에어리어(area)의 적어도 일부분 위에서, 제1 편광 상태의 광을 출사(output)시키기 위한 제1 출사 각도 범위와, 상기 제1 출사 각도 범위보다 크고 상기 제1 편광 상태와 다른 제2 편광 상태의 광을 출사시키기 위한 제2 출사 각도 범위를 포함하는 광 제어 소자.
  2. 제1항에 있어서, 자신의 에어리어의 적어도 일부분 위에서, 상기 제1 편광 상태를 갖고 제1 범위의 방향으로 진행하는 광에 대해서 불투명하거나 실질적으로 불투명하고, 상기 제1 편광 상태를 갖고 상기 제1 범위의 방향과 다른 제2 범위의 방향으로 진행하는 광에 대해서 실질적으로 불투명하지 않고, 및 상기 제2 편광 상태에 실질적으로 불투명하지 않은 광 제어 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 편광 상태는 상기 제1 편광 상태에 직교하는(orthogonal) 광 제어 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 편광 상태의 광에 대해서는 불투명하거나 실질적으로 불투명하고 상기 제2 편광 상태의 광에 대해서는 투명한 다수의 제1 영역들을 포함하고, 인접하는 제1 영역들의 각각의 쌍은 상기 제1 편광 상태의 광에 대해 및 상기 제2 편광 상태의 광에 대해 투과성을 갖는 재료에 의해 서로 이격되어 있는 광 제어 소자.
  5. 제4항에 있어서, 각각의 제1 영역은 상기 장치의 평면을 가로지르는 방향에 대해 실질적으로 평행하게 연장하는 광 제어 소자.
  6. 제4항에 있어서, 각각의제1 영역은 상기 장치의 평면에 대해 수직한 방향에대해 실질적으로 평행하게 연장하는 광 제어 소자.
  7. 제4항, 제5항, 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 편광 상태의 광에 대해 및 상기 제2 편광 상태의 광에 대해 투과성을 갖는 기판과, 상기 기판 내의 다수의 리세스들과, 상기 제1 편광 상태의 광에 대해 불투명하거나 실질적으로 불투명하고 상기 제2 편광 상태의 광에 대해 투과성을 갖고 각각의 리세스 내에 배치된 재료를 포함하는 광 제어 소자.
  8. 제4항, 제5항, 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 편광 상태의 광에 대해 불투명하거나 실질적으로 불투명하고 상기 제2 편광 상태의 광에 대해 투과성을 갖는 기판과, 상기 기판 내의 다수의 리세스들과, 상기 제1 편광 상태의 광에 대해 및 상기 제2 편광 상태의 광에 대해 투과성을 갖고 각각의 리세스 내에 배치된 재료를 포함하는 광 제어 소자.
  9. 제4항에 있어서, 각각의 제1 영역은 상기 소자의 평면에 실질적으로 평행하게 연장하고, 상기 제1 영역들은 두개 또 그 이상의 영역들로 된 다수의 스택들이 되도록 배열되고, 상기 스택들은 인접한 스택들의 각각의 쌍이 상기 제1 편광 상태의 광에 대해 및 상기 제2 편광 상태의 광에 대해 투과성을 갖는 재료에 의해 분리되면서 서로 횡방향으로(laterally) 이격되는 광 제어 소자.
  10. 선행항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 소자는, 자신의 에어리어의 적어도 일부분 위에서 상기 제1 편광 상태를 갖는 광에 대한 제1 출사 각도 범위와 상기 제2 편광 상태를 갖는 광에 대한 상기 제2 출사 각도 범위를 갖는 개인(private) 모드와, 자신의 에어리어의 적어도 일부분 위에서 상기 제1편광 상태의 광에 대한 상기 제1 출사 각도 범위보다 큰 제3 출사 각도 범위를 갖는 공용(public) 모드 사이에서 스위칭가능한 광 제어 소자.
  11. 제10항에 있어서, 상기 소자는 추가로, 상기 제1 편광 상태에 대한 출사 각도 범위로서 상기 제1 출사 각도 범위보다는 크고 상기 제3 출사 각도 범위보다는 작은 출사 각도 범위를 갖는 제2 개인 모드로 스위칭가능한 광 제어소자.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 제4항 내지 제9항 중의 한정 사항 중에서 어느 한 항의 한정사항을 포함하였을 때, 각각의 제1 영역은 상기 제1 편광 상태의 광에 대해 불투명한 제1 상태와 상기 제1 편광 상태의 광에 대해 실질적으로 투과성을 갖는 제2 상태 사이에서 스위칭가능한 광 제어 소자.
  13. 제12항에 있어서, 다수의 제2 영역들을 더 포함하고, 인접한 제2 영역들의 각각의 쌍은 상기 제1 편광 상태의 광에 대해 및 상기 제2 편광 상태의 광에 대해 투과성을 갖는 재료에 의해 서로 분리되고, 각각의 제2 영역은 상기 제2 편광 상태의 광에 대해 불투명한 제3 상태와 상기 제2 편광 상태의 광에 대해 실질적으로 투과성을 갖는 제4 상태 사이에서 스위칭가능한 광 제어 소자.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1 영역들은 상기 광 제어 소자의 하나 또는 그 이상의 제1 에어리어들 내에 제공되고, 상기 제2 영역들은 상기 광 제어 소자의 하나 또는 그 이상의 제2 에어리어들 내에 제공되고, 상기 제1 영역(들)은 상기 제2 영역(들)에 중첩하지 않는 광 제어 소자.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제1 영역들은 상기 제2 영역들 위에 배치된 광 제어 소자.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 제1 영역들은 상기 제1 영역들에 대해 실질적으로 수직하게 연장하는 광 제어 소자.
  17. 제4항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 각각의 영역은 선형 편광 재료를 포함하는 광 제어 소자.
  18. 제10항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 있어서, 각각의 제1 영역은 자신의 제1 상태에서 선형 편광 재료를 포함하는 광 제어 소자.
  19. 제18항에 있어서, 각각의 제2 영역은 자신의 제3 상태에서 선형 편광 재료를 포함하는 광 제어 소자.
  20. 제10항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 영역들 중의 적어도 하나는, 자신의 제1 상태와 상기 제1 영역들 중의 적어도 다른 하나에 독립적인 자신의 제2 상태 사이에서 스위칭가능한 광 제어 소자.
  21. 제4항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 있어서, 각각의 영역은 액정 재료를 포함하는 광 제어 소자.
  22. 제21항에 있어서, 상기 액정 재료는 게스트 호스트(guest-host) 액정 재료인 광 제어 소자.
  23. 선행항 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 편광 상태의 광에 대한 상기 출사 각도 범위는 상기 소자의 에어리어 위에서 가변되는 광 제어 소자.
  24. 제1항 내지 제23항 중의 어느 한 항에 기재된 광 제어 소자와, 상기 광 제어 소자를 통과하는 광 경로에 배치된 편광 스위치를 포함하는 광 제어 디바이스.
  25. 제24항에 있어서, 상기 편광 스위치는 스위칭가능한 파장판(wave-plate)을 포함하는 광 제어 디바이스.
  26. 제24항에 있어서, 상기 편광 스위치는 선형 편광기와 직렬로 배치된 스위칭가능한 반파장판(half wave-plate)을 포함하는 광 제어 디바이스.
  27. 제1 항 내지 제23항 중의 어느 한 항에 기재된 광 제어 소자를 포함하는 디스플레이.
  28. 제27항에 있어서, 상기 광 제어 소자를 통과하는 광 경로에 배치된 편광 스위치를 더 포함하는 디스플레이.
  29. 제28항에 있어서, 상기 편광 스위치는 스위칭가능한 파장판을 포함하는 디스플레이.
  30. 제29항에 있어서, 상기 편광 스위치는 선형 편광기와 직렬로 배치된 스위칭가능한 반파장판을 포함하는 디스플레이.
  31. 제27항 내지 제29항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 광 제어 소자는 사용될 때, 상기 제1 편광 상태의 광을 위한 시차 옵틱(parallex optic)을 형성함으로써 상기 디스플레이가 다중 관측 방향 디스플레이로서 작동가능한 디스플레이.
  32. 제1항 내지 제23항 중의 어느 한 항에 기재된 제1 광 제어 소자와,
    제1항 내지 제23항 중의 어느 한 항에 기재된 제2 광 제어 소자와,
    제1 편광 스위치
    를 포함하고, 상기 제1 편광 상태의 광에 대한 상기 제1 광 제어 소자의 상기 출사 각도 범위는 상기 제1 편광 상태의 광에 대한 상기 제2 광 제어 소자의 상기 출사 각도 범위와 다른 디스플레이.
  33. 제32항에 있어서, 제2 편광 스위치를 더 포함하는 디스플레이.
  34. 제1항 내지 제23항 중의 어느 한 항에 기재된 제1 광 제어 소자와,
    제2 편광 상태를 갖고 제3 방향 범위 내에서 진행하는 광에 대해 불투명하거나 실질적으로 불투명하고, 상기 제2 편광 상태를 갖고 상기 제3 방향 범위와 다른 제4 방향 범위 내에서 진행하는 광에 대해 실질적으로 불투명하지 않고, 상기 제1 편광 상태를 갖는 광에 대해 실질적으로 불투명하지 않은 제2 광 제어 소자와,
    상기 제1 및 제2 광 제어 소자들을 통과하는 상기 광 경로에 배치된 편광 스위치를 포함하는 디스플레이.
  35. 제34항에 있어서, 상기 제1 광 제어 소자는 사용될 때 제1 방향 부근에 중심을 둔 각도 범위 내로 상기 제1 편광의 광을 출사시키고, 상기 제2 광 제어 소자는 사용될 때 상기 제1 방향과 다른 제2 방향 부근에 중심을 둔 각도 범위 내로 상기 제2 편광 상태의 광을 출사시키는 디스플레이.
  36. 제27항 내지 제35항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 광 제어 소자는 제9항에 기재되거나, 또는 제9항의 한정사항을 포함하는, 제10항 내지 제16항 및 제18항 내지 제23항 중의 어느 한 항에 기재된 광 제어 소자이고, 상기 디스플레이는 상기 제1 모드와 상기 제2 모드 사이에서 상기 광 제어 소자를 스위칭하는 사용자 조작 수단을 더 포함하는 디스플레이.
  37. 제27항 내지 제35항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 광 제어 소자는 제9항에 기재되거나, 또는 제9항의 한정사항을 포함하는, 제10항 내지 제16항 및 제18항 내지 제23항 중의 어느 한 항에 기재된 광 제어 소자이고, 상기 광 제어 소자는 상기 디스플레이 상에서 또는 상기 디스플레이에서 소정 작동의 실행에 뒤이어 상기 제1 모드 및 상기 제2 모드 사이에서 스위칭하도록 자동으로 작동하는 디스플레이.
  38. 제37항에 있어서, 상기 소정 작동은 공용 또는 개인으로 분류된 정보의 표시이고, 이는 상기 광 제어 소자가 각각 상기 공용 모드로 또는 상기 개인 모드로 스위칭되도록 야기하는 디스플레이.
  39. 제27항 내지 제38항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 광 제어 소자가 언제 상기 개인 모드에 있는지를 표시하는 수단을 포함하는 디스플레이.
  40. 제27항 내지 제38항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 광 제어 소자가 상기 개인 모드에 있다는 표시를 디스플레이하도록 작동하는 디스플레이.
  41. 제28항, 제32항, 및 제33항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 또는 각각의 편광 스위치는 개별 액정 셀을 포함하는 디스플레이.
  42. 제41항에 있어서, 상기 또는 각각의 액정 셀은 프레데리츠(Freedericksz) 액정 모드를 사용하는 디스플레이.
  43. 제41항에 있어서, 상기 또는 각각의 액정 셀은 트위스트된 네마틱 모드를 사용하는 디스플레이.
  44. 제41항에 있어서, 상기 또는 각각의 액정 셀은 수직 정렬된 네마틱 모드를 사용하는 디스플레이.
  45. 재41항에 있어서, 상기 또는 각각의 편광 스위치의 특성들은 투과를 차단하기로 의도된 방향들로의 상기 디스플레이를 통한 광 누설을 최소화하도록 선택되는 디스플레이.
  46. 제24항에 있어서, 상기 편광 스위치는 액정 셀을 포함하는 디바이스.
  47. 제46항에 있어서, 상기 액정 셀은 프레데리츠 액정 모드를 사용하는 디바이스.
  48. 제46항에 있어서, 상기 액정 셀은 트위스트된 네마틱 모드를 사용하는 디바이스.
  49. 제46항에 있어서, 상기 액정 셀은 수직 정렬된 네마틱 모드를 사용하는 디바이스.
  50. 재46항에 있어서, 상기 편광 스위치의 특성들은 투과를 차단하기로 의도된 방향들로의 상기 디스플레이를 통한 광 누설을 최소화하도록 선택되는 디스플레이.
  51. 광 제어 소자를 제조하는 방법에 있어서,
    하나를 다른 것 위에 쌓는 식으로 다수의 편광 시트들을 적층하는 단계 -각 편광 시트는 한 편광층과 적어도 하나의 광 투과성 기판을 포함함- 와,
    각각의 편광 시트를 그 인접하는 편광 시트(들)에 접착하는 단계
    를 포함하는 광 제어 소자 제조 방법.
  52. 제51항에 있어서, 광 경화 접착제를 제1 편광 시트 위에 배치하는 단계와,
    상기 제1 편광 시트 위에 제2 편광 시트를 적층하는 단계와,
    상기 접착제를 경화시켜서 상기 제1 편광 시트를 상기 제2 편광 시트에 접착시키기 위해 상기 접착제를 광 조사하는 단계
    를 포함하는 광 제어 소자 제조 방법.
  53. 제51항 또는 제52항에 있어서, 광 투과층을 인접하는 편광 시트들의 각각의 쌍 사이에 제공하는 단계를 더 포함하는 광 제어 소자 제조 방법.
  54. 제51항 내지 제53항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 스택의 모든 편광 시트들의 상기 편광층들의 선택된 영역들을 제거하는 추가 단계를 포함하는 광 제어 소자 제조 방법.
  55. 제51항 내지 제54항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 스택을 슬라이스들(slices)로 절단하는 추가 단계를 포함하고, 상기 절단 방향은 상기 편광 시트들의 평면에 대해 수직하거나 또는 대안으로 상기 편광 시트들의 평면에 평행하지 않은 또다른 방향에 대해 수직한 광 제어 소자 제조 방법.
  56. 광 제어 소자 제조 방법에 있어서,
    제1 편광 시트의 상기 편광층의 선택된 영역들을 제거하는 단계 -상기 편광 시트는 광 투과성 기판과 상기 편광층을 포함함- 와,
    상기 제1 편광기 위에 제2 편광 시트를 적층하는 단계와,
    상기 제2 편광 시트의 상기 편광층의 선택된 영역들을 제거하는 단계
    를 포함하는 광 제어 소자 제조 방법.
  57. 광 투과성 기판에 다수의 리세스들을 형성하는 단계와,
    상기 리세스들 내에 편광 재료를 제공하는 단계
    를 포함하는 광 제어 소자 제조 방법.
  58. 편광 재료로 형성된 기판 내에 다수의 리세스들을 형성하는 단계와,
    상기 리세스들 내에 광 투과성 재료를 제공하는 단계
    를 포함하는 광 제어 소자 제조 방법.
  59. 제57항 또는 제58항에 있어서, 상기 기판 내에 상기 리세스들을 형성하는 단계는 선택적으로 상기 기판을 광 조사하는 단계를 포함하는 광 제어 소자 제조 방법.
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