KR20060116005A

KR20060116005A - 광학 적분기

Info

Publication number: KR20060116005A
Application number: KR1020067011009A
Authority: KR
Inventors: 리펫 에이. 엠. 힉메트; 타이즈 반 봄멜
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2006-11-13
Also published as: JP2007514194A; US20090015771A1; EP1695127A2; CN1894604A; DE602004029185D1; JP4885731B2; WO2005057254A3; TW200526988A; CN100394218C; EP1695127B1; US7834963B2; WO2005057254A2; GB0328586D0; ATE481656T1

Abstract

본 발명은 광학 적분기 패널의 제조방법을 제공한다. 상기 방법은 액체에 다수의 신장입자를 부유시키는 단계; 평행 종축을 이용하여 상기 입자를 배향하기 위해 전기장 또는 자기장을 부유물에 가하는 단계; 및 상기 입자의 배향을 고정시키기 위해 액체를 응고시켜, 신장입자의 균일한 분포를 갖는 광학 적분기 패널을 형성하는 단계를 포함한다. 또한 광학 적분기 패널이 제공된다. 상기 광학 적분기 패널은 액정 디스플레이 컨트라스트의 각 의존도를 감소시키기 위해 개조된다. 상세하게, 광학 적분기는 상기 액정 디스플레이에 의해 방출되는 반사 또는 전도 광의 경로에 배치를 위한 것이다. 상기 광학 적분기 패널은 고체 투명 패널; 상기 패널에 균일하게 분포된 다수의 신장입자를 포함하며, 상기 다수의 신장입자는 평행 종축으로 배향된다.

Description

광학 적분기{OPTICAL INTEGRATOR}

본 발명은 광학 적분기(optical integrator)에 관한 것이다. 보다 상세하게 배제적이지 않게, 본 발명은 액정 디스플레이 (LCD) 디바이스의 상 컨트라스트(image contrast)의 시야 각(viewing angle) 의존도를 감소시키는데 사용하는 광학 적분기에 관한 것이지만 이에 국한되는 것은 아니다. 또한 본 발명은 광학 적분기를 포함하는 LCD 디바이스에 관한 것이다.

LCD 디바이스는 컴퓨터 및 텔레비전용 비디오 디스플레이 유닛(VDU : visual display units)과 같은 전자장치의 많은 품목에 공통이다. 상기 디바이스는 시각 상(visual image)의 형태로 정보를 생성하여 사용자 또는 청취자에게 전달하는데 사용된다. 이러한 디바이스의 요건 중 하나는, 생성된 디바이스는 시야 각의 넓은 범위에서 가시성이 있어야 한다는 것이다. 다른 요건은 상기 생성된 상의 특성은 시야 각에 따라 변하지 않아야 한다는 것이다.

LCD 디바이스의 가장 일반적 형태 중 하나는 트위스트 네마틱(twisted nematic : TN)형태이다. 예시의 TN 셀은 단면으로 도 1에 도시된다. TN 셀(1)에서 네마틱 액정(3)은 한 쌍의 유리기판(5,7) 사이에 정열된다. 각각의 유리기판(5,7)은 유리 기판의 바깥면이 편광필름(9,11)으로 코팅되고 유리기판의 안쪽면이 투명 전극(13, 15)으로 코팅된다. 유리기판(5,7)은 유리기판의 각각 편광필름(9, 11)의 흡광축은 직각이 되도록 배향된다. 네마틱 액정(3)은 유리기판(5,7)의 평면에 직각 방향으로 나선축을 갖고, 이들의 정렬구조는 축의 꼬임각도(twisted angle)가 90°가 되도록 이루어진다. 네마틱 액정(3)은 투명 전극(13, 15)과 접한 결정 층이 각각의 편광필름(9, 11)의 흡광축 중의 하나에 평행하도록 배향된다.

전압이 TN 셀의 투명전극에 인가되지 않을 때, 선형 편광 입사각은 정렬 액정에 의해 90°로 회전되어, TN 셀이 투명하게 나타난다. 고 전압이 인가될 때, 네마틱 액정이 꼬이지 않아서 선형 편광 입사광은 회전되지 않는다. 그러므로 선형 편광 광은 양쪽 유리 기판의 편광 필름을 통과할 수 없기 때문에, TN 셀은 불투명하게 나타난다. 투명 상태, 불투명 상태 및 이들 사이의 몇몇 중간 위치는 그레이스케일(grey-scale) 디스플레이를 수행하는데 사용된다.

TN 셀에서 사용되는 네마틱 액정은 분자축의 방향으로 높은 굴절률을 갖고 양(positive)의 굴절 비등방성을 나타내는 막대 형태 분자 구조를 갖는다. 이 굴절률 비등방성은 TN 셀을 통해서 비스듬하게 통과하는 편광이 유리기판에 비수직 축을 따라 방향을 변화시키는 것을 야기한다. 결과적으로, TN 셀을 포함하는 LCD 디바이스가 수직 방향과 다른 각에서 관찰될 때, 디스플레이의 컨트라스트는 낮아지고 그레이스케일 디스플레이는 반전될 수 있다. 반전의 효과는 컨트라스트 반전(contrast inversion)으로 알려져 있고, 특히 바람직하지 않다. 컨트라스트 반전에서, 관찰된 상의 그레이스케일 강도는 전극에 인가된 전압이 증가함에 따라 다시 증가하기 전에 최소한으로 거치게 된다.

도 2는 TN 셀의 관찰 특징을 정의하는 각을 나타낸다. z-축은 TN 셀의 유리기판에 수직인 방향에 있다. 각(θ)은 TN 셀이 관찰되는 z-축에 대한 각이고, 각(Φ)은 TN 셀이 관찰되는 방위각(azimuth angle)이다.

도 3은 TN 셀에 대한 동질-컨트라스트(iso-contrast)를 나타낸다. 컨트라스트 분포는 상당히 비대칭으로 보여질 수 있다. 상세하게는, 디스플레이의 컨트라스트는 디스플레이가 관찰되는 방위각에 따라 변한다.

도 4는 0°, 10°, 20°, 30°, 40° 및 50°의 각(θ)에 대한 전극 전압의 함수로서 관찰되는 상의 강도를 나타낸다. 이러한 모든 경우에, 방위각(Φ)은 270°이다. 도 4에서, 심지어 20°의 각(θ)에서, 강도는 더 높은 전압에서 증가하기 전에 전압의 함수로 최소한으로 거치기 때문에 컨트라스트 반전이 존재한다.

컨트라스트의 각 의존도와 컨트라스트 반전과 결합된 문제를 해결하기 위해, 최적화 및 보상 기법이 제안된다. 예를 들어, 하나의 공지된 해결책은 네마틱 액정의 맞은 편에 굴절률 비등방성을 나타내는 상 지연제 필름 사용을 수반한다. 다른 제안된 해결책은, 우수한 투과 특성을 부여하는 방향에 따라 광의 시준(collimation)을 수반하고, 그 다음에 광의 분산을 넓히기 위해 산란이 이어진다. 그러나, 이러한 제안들은 전체적으로 성공적이지 않다.

따라서, LCD 디바이스에서 컨트라스트의 각 의존도와 컨트라스트 반전과 결합된 문제에 대한 효과적인 해결책에 대한 요구가 있다. 이러한 해결책은 LCD 디바이스로 제조하고 부품을 조립하는데 단순화되는 것이 필요하다.

본 발명의 양상에 따라, 광학 적분기 패널의 제조방법이 제공되고, 상기 방법은 액체에 다수의 신장입자(elongate particles)를 부유시키는 단계; 평행 종축으로 상기 입자를 배향하기 위해 부유물에 전기장 또는 자기장을 가하는 단계; 및 상기 입자의 배향을 고정시키기 위해 액체를 응고하여, 신장입자의 균일한 분포를 갖는 광학 적분기 패널을 형성하는 단계를 포함한다.

상세하게, 이러한 방법으로 제조된 광학 적분기 패널은 액정 디스플레이 컨트라스트의 각 의존도를 효과적으로 감소시키고, 디스플레이에 의해 방출된 반사광 또는 투과광의 경로에 위치할 때 컨트라스트 반전을 제거한다. 그러나, 상기 방법은 또한 디스플레이 디바이스에 관계할 수 있거나 관계하지 않을 수 있는 많은 다른 다양한 용도에 사용하기 위해 광학 적분기 패널을 제조하기 위한 효율적인 방법을 나타낸다.

상기 광학 적분기는 다른 방향에서 오는 광을 모으고, 상기 광을 집적하거나 혼합하고, 광을 더 투사한다. 결과적으로 LCD 디바이스의 컨트라스트와 투과/전압 특성은 평균이어서, 컨트라스트의 대칭적 분포와 컨트라스트 반전의 소멸에 이른다. 컬러 디스플레이의 경우에, 이러한 광학 적분기는 또한 컬러의 혼합을 더 부여할 수 있다.

방법은 전기장 또는 자기장을 가하는 단계 전에 두 개의 평행 기판 사이에 부유물을 이르게 하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 방법으로, 광학 적분기 패널의 형태와 두께는 정확하게 제어될 수 있다.

상기 기판은 전기 전도성 전극으로 코팅되는 것이 바람직하다. 기판과 기판 각각의 전극 중 적어도 하나는 자외선(UV)광에 적어도 부분적으로 투명한 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 기판은 유리로 만들어질 수 있고, ITO(인듐 주석 산화물)로 코팅될 수 있다.

신장입자의 두께와 길이의 비는 적어도 1:10인 것이 바람직하고, 적어도 1:100인 것이 더 바람직하다. 이것은 광학 적분기가 과도하게 광을 감쇠시키지 않는다는 것을 보장한다. 감쇠를 최소화하기 위해 또한 가시 범위에서 높은 반사성이 있는 표면을 갖는 물질 입자를 선택하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 알루미늄과 은(silver)은 이러한 반사성이 높은 물질이다. 손실을 최소화하기 위해, 상기 입자는 다층 유전성 물질일 수 있고, 이것은 흡수 손실이 거의 없는 가시광선 범위에서 광을 반사하는 브래그(Bragg) 반사기(reflector)로 알려져 있다.

상기 입자의 두께는 바람직하게 5㎚ ~1㎛, 보다 바람직하게 5㎚ ~ 50㎚이고, 길이는 바람직하게 1㎛ ~ 50㎛, 보다 바람직하게 5㎛ ~ 50㎛ 이다.

바람직하게, 액체는 응고 후에 유연성 투명 고체가 된다.

액체는 중합가능한 액체인 것이 바람직하고, 액체를 응고하는 단계는 상기 액체를 중합하는 것을 포함한다. 이 경우, 액체를 중합하는 단계는 중합 반응을 개시하기 위해 액체를 자외선 광에 노출시키는 것을 바람직하게 포함한다. 중합은 대안적으로 열로 개시되고, 이 경우 열 개시제가 사용된다. 중합가능한 액체는 (메타)아크릴레이트, 에폭시화물, 비닐에테르 단량체 또는 티올렌 계를 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 중합가능한 액체는 폴리에틸렌글리콜 (400) 디아크릴레이트를 포함할 수 있다.

다기능 단량체의 사용은 교차결합 중합체 계의 형성을 야기한다. 그러나 단량체는 또한 단기능일 수 있다. 이 경우, 선형 중합체가 획득된다.

상기 액체는 대안적으로 40℃ 이상, 바람직하게 60℃ 이상의 응고온도(유리전이 온도 또는 용융점)를 갖는 가열된 유기물이고, 상기 액체를 응고하는 단계는 액체를 주변온도로 냉각하는 것을 포함한다.

액체는 신장입자가 전기장 또는 자기장으로 배열되는 것을 방해하지 않고 신장입자의 균일하게 분포된 부유물을 유지하는데 충분한 점도를 갖는 것이 바람직하다.

바람직하게, 부유물은 1중량% 미만으로 신장입자의 농도를 갖는다. 보다 상세하게는, 부유물은 0.02중량% ~ 0.03중량% 범위의 신장입자의 농도를 갖는 것이 바람직하다. 이 농도는 우수한 성능을 갖는 광학 적분기 패널을 제공하는 것으로 발견되었다.

신장입자의 종축은 기판에 대해 수직으로 배향되는 것이 바람직하다. 상기 입자는 입자의 종축을 따라 배향되지만, 이러한 종축을 중심으로 임의로 배향된다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 신장입자의 균일한 분포를 갖는 광학적분기 패널이 제공되고, 상기 광학 적분기 패널은 본 발명의 제 1의 기재된 양상에 따라 제조된다.

상기 광학 적분기 패널은 1중량% 미만의 신장입자 농도를 갖는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 광학 적분기 패널은 0.02중량% ~ 0.03중량% 범위의 신장입자 농도를 갖는다.

신장입자의 종축은 제조 시에 사용되는 기판에 수직으로 배향되는 것이 바람직하다. 상기 입자는 입자의 종축을 따라 배향되지만, 이러한 종축을 중심으로 임의로 배향된다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 액정 디스플레이 디바이스 컨트라스트의 각 의존도를 감소시키도록 적응된 광학 적분기 패널이 제공되고, 광학 적분기 패널은 액정 디스플레이 디바이스에 의해 방출된 반사광 또는 전도된 광 경로의 배치용이다.

이 광학 적분기가 예를 들어, 다섬유 광학파를 가이드와 같은 임의의 공지된 광학 적분기 형태를 취하지만, 광학 적분기 패널은 바람직하게 고체 투명 패널; 상기 패널에 균일하게 분포된 다수의 신장입자를 포함하며, 상기 다수의 신장입자는 평행 종축으로 배향된다.

신장입자의 두께와 길이 간의 비는 적어도 1:10이 바람직하고, 적어도 1:100이 보다 바람직하다. 신장입자는 반사성 표면을 갖는 것이 바람직하고, 예를 들어 알루미늄 입자일 수 있다.

신장입자의 두께는 5㎚ ~1㎛의 범위, 보다 바람직하게 5㎚ ~ 50㎚의 범위일 수 있고, 신장입자의 길이는 1㎛ ~ 50㎛의 범위, 보다 바람직하게 5㎛ ~ 50㎛의 범위일 수 있다. 중량당 신장입자의 농도는 0.1중량% 미만, 바람직하게 0.02중량% ~ 0.03중량%의 범위일 수 있다.

신장입자의 종축은 광학 적분기 패널 표면에 수직으로 배향되는 것이 바람직하다. 상기 입자는 입자의 종축을 따라 배향되지만, 이러한 축을 중심으로 임의로 배향된다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 광학 적분기 패널이 제공되고, 상기 광학 적분기 패널은 투명 경화된 다기능 메타(아크릴레이트) 패널, 투명 경화 에폭시화물 패널, 투명 경화 비닐에테르 단량체 패널 및 투명 경화 티올렌 계 패널 중 하나; 및 상기 패널에 균일하게 분포된 다수의 신장 입자를 포함하며, 상기 다수의 신장입자는 평행 종축으로 배향된다.

또한 본 발명은 상기 기재된 광학 적분기 패널을 포함하는 액정 디스플레이 디바이스를 제공한다. 액정 디스플레이 디바이스에서, 광학 적분기 패널은 액정들이 유지되는 두 개의 기판 중 하나에 인접하여 위치될 수 있다.

본 발명의 상기 특징과 이점에 대해 보다 좋은 이해를 위해, 실시예는 이하 첨부되는 도면을 참고하여 순수하게 예로 지금부터 설명될 것이다.

도 1은 공지된 LCD 디바이스의 TN 셀 구조를 나타낸 단면도.

도 2는 LCD 디바이스의 TN 셀에 대한 관찰 특성을 정의하는 각을 나타낸 도면.

도 3은 공지된 LCD 디바이스의 TN 셀에 대한 동질-컨트라스트(iso-contrast)를 나타낸 도면.

도 4는 공지된 LCD 디바이스의 TN 셀에 대한 전극 전압의 함수로서 관찰된 상의 강도를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 따른 광학 적분기 패널을 개략적으로 나타낸 도면.

도 6은 본 발명에 따른 광학 적분기 패널의 현미경 상을 나타낸 도면.

도 7a~7d는 본 발명의 실시예에 사용하기 위한 신장입자를 생성하는 제1의 방법을 개략적으로 나타낸 도면.

도 8a~8c는 본 발명의 실시예에 사용하기 위한 신장입자를 생성하는 제2의 방법을 개략적으로 나타낸 도면.

도 9a~9c는 본 발명의 실시예에 사용하기 위한 신장입자를 생성하는 제3의 방법을 개략적으로 나타낸 도면.

도 10은 본 발명에 따른 LCD 디바이스의 TN 셀 구조는 나타낸 단면도.

도 11은 본 발명에 따른 광학 적분기 패널을 갖는 LCD 디바이스의 TN 셀에 대한 동질-컨트라스트 외형을 나타낸 도면.

도 12는 본 발명에 따른 동일한 광학 적분기 패널을 갖는 LCD 디바이스의 TN 셀에 대한 전극 전압의 함수로서 관찰된 상의 강도를 나타낸 도면.

도 13은 본 발명에 따른 다른 광학 적분기 패널을 갖는 LCD 디바이스의 TN 셀에 대한 전극 전압의 함수로서 관찰된 상의 강도를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 따른 광학 적분기 패널(17)을 개략적으로 나타낸다. 상기 광학 적분기 패널(17)은 신장입자(21)가 부유된 투명 중합체 시트(19)를 기본적으로 포함한다. 상기 신장입자(21)는 중합체 전체를 통해서 균일하게 분포되고, 신장입자의 종축은 상기 시트의 표면(23)에 수직 정렬된다. 그러나 신장입자(21)는 신장입자의 종축을 중심으로 자유롭게 회전한다. 도 5에서 상기 신장입자(21)는 다른 각도로 회전되고, 이 점에 있어서 임의로 배열된다는 것을 알 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 광학 적분기 패널(17)의 현미경 상을 나타낸다. 도 6에서 신장입자(어두운 영역)는 중합체(밝은 영역) 전체에 균일하게 분포된다는 것을 알 수 있다.

본 발명에 따른 광학 적분기 패널(17)을 제조하는 방법은 지금 보다 상세히 설명될 것이다. 발명의 상세한 설명 전체에, "전기장"용어는 액체 부유물 내에 신장입자를 배향하는 데 사용되는 전기장을 정의하는데 사용된다. 다양한 형태의 전극은 전기장을 유도하는데 사용된다. 그러나, 당업자는 유사한 효과가 영구자석으로 생성된 자기장을 이용하여 성취될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 특별한 입자 타입에 적합할 때, 전기장에 대한 이러한 모든 기준은 자기장을 유도하는데 취해져야 한다.

신장 또는 박편과 같은 입자가 우선 제조된다. 몇몇의 용도를 위해, 형태와 크기에 많은 변형을 갖는 입자가 허용될 수 있다. 양호한 형태를 조절하지 않고 크기의 상당한 분포를 갖는 입자는 몇몇의 방법으로 생성될 수 있다. 한 방법은 방출 코팅을 갖는 기판의 상부에 박층(thin layer)의 증발을 기초로 하며, 그 다음 방출과 작은 입자 크기로의 "분쇄"가 이어진다. 다른 방법은 운모(mica)와 같은 자연스럽게 발생하는 광물질의 용도를 포함하며, 상기 운모도 분쇄될 수 있다. 실리콘과 알루미늄 입자는 또한 용액에서 생성될 수 있다. 그러나, 상기 기재한 바와 같이, 이러한 물질은 임의의 형태와 크기를 갖는다.

다른 용도에 대해, 특정 크기, 형태 및/또는 표면 특성을 갖는 입자는 고 성 능을 갖는 광학 적분기 패널을 야기할 수 있다. 따라서, 이러한 입자의 제조방법이 설명된다.

도 7a~7d는 본 발명의 실시예에 사용하기 위한 신장 입자를 생성하는 제1의 방법을 개략적으로 나타낸다. 이 방법은 오프셋 프린팅, 마이크로 컨텍 프린팅 및 잉크젯 프린팅과 같은 다양한 기법을 이용하여 수행될 수 있다. 이러한 모든 기법에서, 잉크젯 프린팅을 제외하고, 패턴화된 표면 또는 패턴화된 방법(압인)으로 잉크가 전달된 표면은 잉크(25)를 패턴화될 층(27)을 포함하는 다른 표면에 전달하는 데 사용된다. 상기 잉크는 잉크 타입에 따라서, 양성 또는 음성 에칭 레지스트로 사용될 수 있다. 잉크가 음성 에칭 레지스트로 사용된다면, 패턴화되는 층(27) 물질은 잉크(25)에 의해 커버되지 않거나 변형되지 않는 영역에서 에칭하여 선택적으로 제거될 수 있다. 만약 잉크가 양성 에칭 레지스트로 사용된다면, 높은 에칭 저항성을 제공하는 제2의 잉크층은 (예를 들어, 용액에서 자기-조립체를 통한 증착에 의해) 표면의 비변형 표면영역까지만 가해진다. 이 경우, 후속의 에칭 단계에서, 물질은 제1 잉크(낮은 에칭 저항성을 가진 것)로 변형된 영역에서 제거된다. 표면에 이미 증착된 잉크의 국소 (패턴화된) 화학적 변형을 포함하여 다른 잉크 에칭 구조도 가능하다.

패턴화되는 층(27)은 패턴화되는 층 아래에 있는 {패턴화되는 층(27)과 기판(33) 사이에 있는} 방출층(29)을 갖는다는 것이 중요하다. 그 다음 방출층(29)은 도 7a~7d에 나타낸 바와 같이 용매에서 분산된 자유 패턴화된 구조(31)(입자 또는 박편)를 이탈시키는데 적합한 용매에서 용해될 수 있다. 잉크(25)는 이 용매에서 용해되어 제거되거나 제거되지 않을 수 있다. 바람직하다면, 또한 상기 잉크(25)는 다른 후속의 처리 단계에서 제거될 수 있다.

또한 잉크젯 프린팅을 바람직한 패턴을 생성하는데 이용하는 것도 가능하다. 이 경우 상기 잉크(25)는 마이크로 크기의 작은 물방울(droplet) 형태로 패턴화되는 층(27)의 상부에 이르게 될 수 있다. 추가 처리는 상기 설명과 유사할 것이다. 그러나, 잇따라 일어나는 특성 때문에, 잉크젯 프린팅 기법은 일반적으로 느리다.

또한 광학 리소그래피는 포토마스크(photomask)를 이용하여 패턴화되는 층(27)을 덮는 포토레지스트 물질 층을 패턴화하는데 사용될 수 있다. 레지스트 층의 현상 후에, 패턴화되는 층(27)은 에칭될 수 있고, 입자(31) 또는 박편은 상기 설명한 바와 같은 동일한 방법으로 생성된다.

도 8a~8c는 본 발명의 실시예에서 사용을 위한 신장입자를 생성하는 제2의 방법을 개략적으로 나타낸다. 마스크(mask)(35)는 입자층(37)을 방출층(41)을 구비한 기판(39)에 증착하는데 사용된다. 그 다음 방출층(41)은 용해되어, 자유 입자 또는 박편(43)을 생성한다.

또한 마스크(35)는 도 9a~9c에 나타낸 바와 같이 기판(39)의 상부에 제조될 수 있다. 이 경우, 상기 마스크(35)의 상부에 증착된 입자(37)는 적합한 용매를 이용하여 제거될 수 있어, 자유입자(43)를 제공하는 반면, 접착층(36)에 증착된 물질(38)은 제거되지 않는다. 또한 증착된 물질이 마스크 표면(35)에 접착하는 상기 마스크 표면(35) 사이에 증착된 물질(38)이 방출되는 역 기법을 이용하는 것도 가능하다.

신장입자 또는 박편은 물질의 단층 또는 몇몇 층을 포함할 수 있다. 물질은 금속성, 유기성 또는 무기성일 수 있다. 예를 들어, 상기 박편은 광의 특정 대역을 반사하는 층상 유전성 물질을 포함할 수 있다. 박편들은 다른 물리적(예를 들어, 광학적) 또는 화학적 표면 특성을 갖는 두 개의 다른 층으로 대안적으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 강성의 기판층은 광학적 반사층으로 결합될 수 있다. 이러한 기법은 반사성 입자의 강성을 증가시키는데 사용될 수 있다. 또한 다른 방법으로 다른 분자와 반응하는 층과 결합하는 것도 가능하다. 예를 들어, 표면들 중의 하나는 극성분자와 특이적으로 반응하도록 선택되는 반면, 다른 표면은 무극성 물질과의 높은 반응성을 갖는다. 이 방법으로, 특이적인 극성 및 무극성 표면을 가진 입자가 생성될 수 있다. 이러한 입자의 배향은 쉽게 조절될 수 있다.

또한 입자 또는 박편은 변형된 표면일 수 있다. 예를 들어, 각각 극성기 및 무극성기를 갖는 두 개 입자 표면의 변형은 동일한 방향으로 동일한 극성으로 표면을 배향하는데 사용될 수 있다.

또한 반응성기는 입자의 표면에 부착될 수 있다. 반응성 기를 갖는 입자는 다른 반응성 분자를 포함하는 용액에서 공중합될 수 있어, 중합사슬의 부분이 되도록 만들어진다. 이 방법으로, 입자의 안정한 부유물은 후에 생성될 수 있다.

다시 도 5를 참고하여, 광학 적분기 패널(17)을 제조하기 위해, 상기 방법 중 하나로 제조된 신장입자(21)는 중합가능한 액체에서 부유된다. 이 예에서, 입자(21)는 10㎚의 평균두께, 9㎛ ~ 11㎛의 길이를 갖는 알루미늄 박편이고, 중합가능한 액체는 폴리에틸렌글리콜 (400) 디아크릴레이트이다. 알루미늄 박편(21)은 0.025중량%의 농도로 폴리에틸렌글리콜 (400) 디아크릴레이트에 첨가된다. 상기 박편은 상기 부유물을 물리적으로 혼합하여 액체 내에서 균일하게 분포될 수 있다.

일단 알루미늄 박편이 균일하게 분포되면, 상기 부유물은 두 개의 ITO 코팅된 투명 유리기판 사이에 이르게 된다. 상기 유리기판은 고정된 거리로 이격되어 유지되고 평행하다. 다음, 전기장 라인은 전압을 전극에 가하여 부유물을 양단에 유도된다. 전기장 라인은 상기 유리기판의 평면에 수직으로 흐르도록 유도된다. 이러한 전기장 라인을 생성할 수 있는 투명 ITO 전극은 기술분야의 당업자에게 알려질 것이다.

전기장은 부유된 입자(21)의 종축이 상기 전기장라인을 따라 점차로 배향되게 하는 것을 야기한다. 비록 상기 부유된 입자의 종축이 상기 전기장라인을 따라 배향되게 할지라도, 상기 부유된 입자(21)는 이러한 축을 중심으로 자유롭게 회전하고, 이 점에서 부유된 입자는 도 5에 나타낸 바와 같이, 임의로 배향된다.

일단 모든 부유된 입자(21)가 전기장에 의해 배향되면, 중합은 입자의 배향을 "응고(freeze in)"시키기 위해 개시된다. 중합은 부유물을 자외선(UV)광에, 예를 들어 약 1㎽/㎠으로 1분간 노출시켜서 개시된다.

일단 중합이 완성되면, 상기 유리기판이 제거되고, 부유된 배향입자를 갖는 유연성 투명막이 잔존한다. 이 필름은 본 발명의 광학 적분기 패널(17)이다.

입자(21)의 특정 배향(입자의 종축에 따라 일반적으로 배향 및 입자의 종축을 중심으로 임의로 배향)은 광이 효과적으로 혼합될 수 있는 매질을 제공한다. 이것은 도 5에 입자(21)의 반사성 표면에 의해 임의로 반사되는 광빔(45)으로 나타낸 다.

도 10은 단면으로, 본 발명에 따른 제1의 LCD 디바이스의 TN 셀(47)의 구조를 나타낸다. TN 셀은 네마틱 액정(49), 투명전극(51, 53), 유리기판(55, 57) 및 편광필름(59, 61)을 포함한다. 또한 TN 셀은 광학 적분기 패널(63)을 포함한다. 상기 광학 적분기 패널(63)은 상기 네마틱 액정(49)으로부터 편광필름(59)을 통과하는 광을 모아, 광을 통합하거나 혼합하여, 광을 더 투사한다. 결과적으로, TN 셀의 컨트라스트와 투과/전압 특성은 평균이 되어, 컨트라스트의 대칭 분포 및 컨트라스트 반전의 소멸을 야기한다. 컬러 디스플레이의 경우, 또한 이러한 광학 적분기 패널은 우수한 컬러 혼합을 부여한다.

LCD 디바이스를 구비한 광학 적분기 패널을 이용하는 효과를 조사하기 위해, 본 발명에 따른 광학 적분기 패널은 LCD 디바이스의 TN 셀의 상부에 위치된다. 광학 적분기는 표면에 수직으로 배향된 광섬유 광가이드를 포함하는 플레이트를 갖는다. 그 다음 TN 셀의 디스플레이 특징이 분석된다.

도 11은 TN 셀에 대한 이소-컨트라스트를 나타내고, 도 12는 TN 셀에 대한 전극 전압의 함수로서 관찰된 이미지의 강도를 나타낸다. 이러한 도면에서 이소-컨트라스트 곡선은 도 3에 나타낸 공지된 TN 셀의 이소-컨트라스트 곡선보다 더 대칭적인 것을 보여줄 수 있다. 더구나, 도 12에서 컨트라스트 반전이 제거된다는 것을 보여줄 수 있다.

그 다음 본 발명에 따른 다른 광학 적분기는 LCD 디바이스의 TN 셀의 상부에 위치되었다. 이 광학 적분기 패널은 유연성 투명 필름에 분포된 신장 알루미늄 입 자를 포함하는 도 5 및 6을 참고하여 상기 설명된 패널이었다. TN 셀의 디스플레이 특징이 분석되었다.

도 13은 도 5 및 6을 참고하여 설명된 광학 적분기 패널을 구비하거나 구비하지 않는 TN 셀에 대한 전극 전압의 함수로서 관찰된 상의 강도를 나타낸다. 다시, 컨트라스트 반전은 이 광학 적분기 패널을 이용하여 방지되었다는 것을 보여줄 수 있다.

이 상세한 설명은 넓은 발명의 특정 실시예를 개시하고, 제한되게 의도되지 않는다는 것으로 이해된다. 이후 청구되는 것에 따라 본 발명의 범위 내에 많은 다른 실시예가 있고, 이들은 기술분야의 당업자에게 자명할 것이다.

예를 들어, LCD 디바이스의 시야 각 의존도를 감소시키는데 사용하기 위한 광학 적분기가 설명된다. 그러나, 광학 적분기는 대안적으로 기술분야의 당업자에게 알려질 다른 용도로 사용하기 위한 것이다.

본 발명은 광학 적분기(optical integrator)에 관한 것으로, 보다 상세하게, 본 발명은 액정 디스플레이(LCD) 디바이스의 상(image) 컨트라스트(contrast)의 시야 각(viewing angle) 의존도를 감소시키는데 사용하는 광학 적분기와 광학 적분기를 포함하는 LCD 디바이스에 사용된다.

Claims

광학 적분기 패널(17)의 제조방법에 있어서,

액체에 다수의 신장입자(21)를 부유시키는 단계;

평행 종축을 이용하여 입자를 배향하기 위해 전기장 또는 자기장을 부유물(19)에 가하는 단계; 및

상기 신장입자의 배향을 고정시키기 위해 상기 액체를 응고시켜서 신장입자의 균일한 분포를 갖는 광학 적분기 패널을 형성하는 단계를 포함하는,

광학 적분기 패널의 제조방법.
제 1항에 있어서, 전기장 또는 자기장을 가하는 단계 전에 두 개의 평행 기판 사이에 부유물을 이르게 하는 단계를 더 포함하는,

광학 적분기 패널의 제조방법.
제 2항에 있어서, 상기 기판은 전기 전도성 전극으로 코팅되고, 기판과 기판 각각의 전극 중 적어도 하나는 자외선 광에 적어도 부분적으로 투명한,

광학 적분기 패널의 제조방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 신장입자의 두께와 길이의 비는 적어도 1:10인,

광학 적분기 패널의 제조방법.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 신장입자는 반사성 표면을 갖는,

광학 적분기 패널의 제조방법.
제 5항에 있어서, 상기 신장입자는 다층 유전성 물질을 포함하는,

광학 적분기 패널의 제조방법.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 신장입자의 두께는 5㎚ ~ 1㎛의 범위이고, 상기 신장입자의 길이는 1㎛ ~ 50㎛의 범위인,

광학 적분기 패널의 제조방법.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체는 응고 후에 유연성 투명 고체가 되는,

광학 적분기 패널의 제조방법.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체는 중합가능한 액체를 포함하고, 상기 액체를 응고하는 단계는 상기 액체를 중합하는 단계를 포함하는,

광학 적분기 패널의 제조방법.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체는 40℃ 이상의 응고 온도를 갖는 유기물을 포함하고, 상기 액체 응고 단계는 액체를 냉각하는 단계를 포함하는,

광학 적분기 패널의 제조방법.
제 9항에 있어서, 상기 액체를 중합하는 단계는 상기 중합가능한 액체를 자외선 광 또는 열에 노출시켜서 중합반응을 개시하는 단계를 포함하는,

광학 적분기 패널의 제조방법.
제 11항에 있어서, 상기 중합가능한 액체는 메타(아크릴레이트) 단량체, 에폭시화물, 비닐에테르 단량체 또는 티올렌 계를 포함하는,

광학 적분기 패널의 제조방법.
제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부유물은 1중량% 미만의 신장 입자 농도를 갖는,

광학 적분기 패널의 제조방법.
제 2항에 있어서, 상기 신장입자의 종축은 기판에 수직으로 배향되는,

광학 적분기 패널의 제조방법.
제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 광학 적분기 패널의 제조방법에 따라 신장입자(21)의 균일 분포를 갖는 광학 적분기 패널(17).
액정 디스플레이 컨트라스트의 각 의존도를 감소시키기 위해 적응된 광학 적분기 패널(17)에 있어서,

상기 광학 적분기 패널은 상기 액정 디스플레이에 의해 방출되는 반사 또는 투과 광 경로의 배치용인,

광학 적분기 패널.
제 16항에 있어서,

고체 투명 패널; 및

상기 패널에 균일하게 분포되는 다수의 신장입자(21)를 포함하며, 상기 다수의 신장입자는 평행 종축으로 배향되는,

광학 적분기 패널.
제 17항에 있어서, 상기 신장입자의 두께와 길이의 비는 적어도 1:10인,

광학 적분기 패널.
제 17항 또는 제 18항에 있어서, 상기 신장입자의 표면은 반사성인,

광학 적분기 패널.
제 17항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 신장입자의 두께는 5㎚ ~ 1㎛의 범위이고, 상기 신장입자의 길이는 1㎛ ~ 50㎛의 범위인,

광학 적분기 패널.
제 17항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 패널은 1중량% 미만의 신장입자 농도를 갖는,

광학 적분기 패널.
제 17항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 신장입자의 종축은 광학 적분기 패널의 표면(23)에 수직으로 배향되는,

광학 적분기 패널.
제 15항 내지 제 22항 중 어느 한 항의 광학 적분기 패널을 포함하는 액정 디스플레이 디바이스(47).
제 23항에 있어서, 상기 광학 적분기 패널은 액정(49)이 유지되는 두 개의 기판(55, 57) 중 인접한 하나에 위치되는,

액정 디스플레이 디바이스.
액정 디스플레이 컨트라스트의 각 의존도를 감소시키기 위한 제 15항 내지 제 22항 중 어느 한 항의 광학 적분기(17)의 사용방법.
광학 적분기 패널(17)에 있어서,

투명 경화 메타(아크릴레이트) 패널, 투명 경화 에폭시화물 패널, 투명 경화 비닐에테르 단량체 패널 및 투명 경화 티올렌 계 패널 중 하나; 및

상기 패널에 균일하게 분포된 복수의 신장입자(21)를 포함하며, 상기 복수의 신장입자는 평행 종축으로 배향되는,

광학 적분기 패널.