KR20060135771A - 패턴화된 광학층을 가진 반투과형 액정디스플레이 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전면판(1)과 후면판(2)사이에 놓인 액정층(3)을 각각 포함하는 다수의 화소와, 복굴절 물질을 포함하는 광학층(7)을 포함하며, 상기 화소는 적어도 하나의 투과 부화소(5)와 적어도 하나의 반사 부화소(4)로 분할되며, 상기 광학층(7)은 액정층(3)과 상기 전면판(1) 또는 후면판(2)중 어느 하나 사이에 적어도 부분적으로 놓이고, 도메인들(8,9))로 패턴화되며, 각 도메인은 반사 부화소(4)의 최소부분 또는 투과 부화소(5)의 최소부분을 덮는 반투과형 액정디스플레이에 관한 것이다.

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Description

패턴화된 광학층을 가진 반투과형 액정디스플레이{TRANSFLECTIVE LIQUID CRYSTAL DISPLAYS WITH PATTERNED OPTICAL LAYER}

본 발명은 향상된 시야각의존성(Viewing angle dependence)과 콘트라스트를 가지는 반투과형 액정디스플레이에 대한 것으로써, 특히 상기 디스플레이의 시야각의존성과 콘트라스트를 향상시키는 패턴화된 광학층에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이러한 디스플레이의 제조방법에 대한 것이다.

액정디스플레이(LCDs; Liquid Crystal displays)는 예를 들면 텔레비전, 컴퓨터모니터, 핸드헬드장치, 자동차 등과 같은 어플리케이션즈에 폭넓게 이용된다. 액정디스플레이(LCD)의 작동은 액정셀(LC-Cell; Liquid Crystalline Cell)에서 광변조에 기초하며, 이러한 셀은 전면판(Front substrate)과 후면판(Rear substrate)의 중간사이에 놓인 액정층으로 구성된다.

일반적으로, 액정디스플레이(LCDs)는 투과모드와 반사모드의 2가지 모드중 하나 또는 양쪽상태에서 작동된다. 투과형 액정디스플레이(LCDs)에 있어서, 백라이트로부터 발원된 광은 액정층(LC-layer; Liquid Crystalline-layer)에 의하여 변조된다. 백라이트 때문에, 투과형 액정디스플레이는 실내와 같은 어두운 환경에서 사용하기에 적합하다. 투과형 액정디스플레이의 한 가지 유일한 단점은 광특성에 대 한 시야각 의존성이다. 특히 비스듬한 시야각에서, 표시된 이미지는 감소된 콘트라스트를 가지며, 계조반전(階調返轉;Gray scale inversion)을 겪는다. 또한, 투과형 액정디스플레이(LCDs)는 주변광이 밝은 환경에서 실제적으로 읽기 힘들며, 이로인해 이러한 디스플레이는 예를 들면 직사광선 하에서는 사용이 어렵다.

한편, 반사형 액정디스플레이(Reflective LCD)에 있어서는, 주변광은 액정층(LC-layer)에 의하여 변조되며 관찰자를 향하여 뒤로 반사된다. 이러한 액정디스플레이 형태는 일광과 같은 주변광이 밝은 실외사용에 적합하다. 이러한 반사형 LCD의 유일한 단점은 휘도(Brightness)와 콘트라스트가 제한된다는 점이다.

명칭이 암시하듯, 반투과형 액정디스플레이(Transflective LCD)는 투과형과 반사형 액정디스플레이의 결합이다. 대부분의 반투과형 액정디스플레이에 있어서, 각 화소는 화소의 투과부분(투과형 하위화소)과 화소의 반사부분(반사형 하위화소)으로 나뉜다. 이는 디스플레이를 디스플레이의 반사부분에 의하여 밝은 조건에서 사용 가능하며, 이와 함께, 디스플레이의 투과부분에 의하여 어두운 조건에서도 사용 가능하게 한다. 종래의 반투과형 액정디스플레이부는 시야각 의존성을 겪는다. 비스듬한 각도로부터 보여지는 경우, 디스플레이상에 표시된 화상은 저콘트라스트와 계조반전을 겪게 된다.

이는 액정층에서 액정물질(LC-material)의 복굴절(Birefringence)에 기인한다. 이러한 복굴절은 액정층을 통과하는 광에 타원성을 주게 된다. 따라서, 이러한 타원성은 전면편광기(Polarizers)의 기능을 손상시키며, 특히 비스듬한 각도에서 편광기를 통과하는 광에 대하여 손상을 가한다.

반투과형 액정디스플레이의 반사부분을 위한 콘트라스트비를 향상시키기 위해서 액정층과 전면판사이에 λ/4(4분의 1파장)지연자(Retarder)의 삽입방식이 국제공개공보 제 WO03/019276호에 개시되어 있다. 그러나, 반투과형 액정디스플레이의 투과부분은 여전히 제한적인 시야각을 갖는 다는 점을 겪고 있다.

투과형 액정디스플레이를 위한 시야각 의존성을 향상(또는 감소)시키는 한 가지방법은 액정셀과 전면 편광기사이와/또는 액정셀과 후면 편광기사이에 시야각 보상층을 개재시키는 것이다. 시야각 보상층은 액정셀에서 복굴절을 보상한 복굴절 물질을 포함하며, 따라서 투과형 액정디스플레이를 위한 시야각 의존성을 향상시키게 된다.

그러나, 시야각 향상을 위한 보상층의 도입은 간단한 일이 아니다. 보상층이 반사모드에서 전면 스크린성능을 감소시키지 않도록 보장할 필요가 있다.

물론, FSF(Front Scattering Film)을 결합한 조준된 백라이트가 시야각을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 이는 콘트라스트와 이미지 선명도의 감소로 이어지므로, 선호되지 못하다.

따라서, 본 발명은 종래 반투과형 액정디스플레이의 시야각 의존성문제를 극복하는 반투과형 디스플레이를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이는 각 화소는 전면판과 후면판사이에 놓인 액정층을 포함하는 다수의 화소를 포함하되, 복굴절 물질을 포함하는 광학층을 포함하며, 상기 화소는 적어도 하나의 투과 부화소와 적어도 하나의 반사 부화소로 분할되며, 상기 광학층은 액정층과 기판사이에 적어도 부분적으로 놓이고 도메인들(Domains)로 패턴화되며, 각 도메인은 반사 부화소의 최소부분 또는 투과 부화소의 최소부분을 덮으며, 화소의 반사 부화소를 덮는 도메인에 있어 상기 복굴절 물질의 복굴절도는 상기 화소의 투과 부화소를 덮는 도메인에 있어서 상기 복굴절 물질의 복굴절도와 다르며, 그리고 반사 부화소를 덮는 도메인과 독립적으로 투과 부화소를 덮는 도메인의 복굴절도는 상기 도메인들에 의하여 각기 덮인 반사와 투과 부화소를 위한 시야각 의존성을 향상시키기 위해 적용되는 반투과형 액정디스플레이를 제공함으로써 달성된다.

바람직한 여러 실시예에 있어서, 반사 부화소를 덮는 도메인에서 복굴절 물질의 기울기, 방향성(Orientation), 콜레스테릭 피치(Cholesteric pitch) 및/또는 지연성은 투과 부화소를 덮는 도메인에서 복굴절 물질의 기울기, 방향성, 콜레스테릭 피치 및/또는 지연성과 다르다.

또한, 본 발명은 이러한 광학층을 포함하는 반투과형 액정디스플레이의 제조를 위한 방법에 대한 것이다. 이러한 방법은 선택적으로 배향필름(Alignment film)을 구비하는 기판을 제공하며, 액정분자를 포함하는 중합 가능한 혼합물을 제공하며, 상기 액정분자를 단축(單軸)으로 배향하거나 상기 기판상에 패턴화되며, 1차 복굴절에서 나타나는 1차 배열(Configuration)에 있어서 피방사(irraiated)된 중합 가능한 혼합물을 중합하기 위한, 방사된 중합을 UV(Utra-violet)광, 전자빔(electron-beam) 또는 1차 반응조건하에서 마스크를 통과한 복사합성의 다른 소스를 이용하여 1차 방사를 실행하며, 2차 복굴절을 나타내는 2차 배열에 있어서 비중합되고 피방사된 중합 가능한 혼합물을 중합하기 위한, 2차 반응조건하에서 혼합물의 2차 방사를 실행하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 디스플레이는 얇고, 가벼우며, 제조하기에 비교적 용이하고 시차(Parallax)문제를 피할 수 있는 내부 광학층(In-cell optical layer)을 가지며, 또한 이러한 광학층의 사용이 향상된(감소된) 시야각 의존성을 액정디스플레이에 제공하므로 많은 장점이 있다. 다른 장점으로는 시야특성이 용이하게 디스플레이의 반사부분과 투과부분을 위하여 독립적으로 최적화되는 점을 들 수 있다.

최초로, 본 발명에 따른 방법은 반투과형 액정디스플레이(LCD)의 반사와 투과 부화소를 위하여 독립적으로 최적화가 가능한 광학적 특성을 갖는 광학적 호일의 제조를 가능하게 한다. 일 예로, 본 발명의 방법은 동시에 투과 부화소를 위한 시야각 보상기로서 기능을 하는 반면에, 반사 부화소를 위한 1/4파장 지연자로서 기능한 하는 광학적 호일의 제조를 가능하게 한다.

도 1은 반투과형 액정디스플레이(LCD)의 단면도.

도 2는 패턴화된 광학층을 포함하는 액정디스플레이의 바람직한 제 1 실시예.

도 3은 도 2의 실시예의 시야각을 도시한 도면.

도 4는 패턴화된 광학층을 포함하는 액정디스플레이의 바람직한 제 2 실시예를 도시한 도면.

도 5는 도 4의 실시예의 시야각을 도시한 도면.

도 6은 패턴화된 광학층의 바람직한 제 3 실시예를 도시한 도면.

도 7은 두 개의 부층으로 분할된 팬턴화된 광학층을 포함하는 액정디스플레이의 바람직한 제 4 실시예를 도시한 도면.

도 8은 비패턴화된 광학층을 가지는 액정디스플레이로부터 결과와 비교되는 도 5의 실시예에 대한 시약각을 도시한 도면.

도 9는 두 개의 부화소를 분할되고 패턴화된 광학층을 포함하는 액정디스플레이의 바람직한 제 5 실시예를 도시한 도면.

도 10은 패턴화된 광학층을 구비하지 않은 액정디스플레이로부터 결과와 비교되는 도 9의 실시예에 대한 시야각을 도시한 도면.

액정디스플레이(LCD; Liquid Crystal Display)는 잠재의 사용자에 대면하는 전면판(1)과, 디스플레이 장치의 내부와 대면하고 있는 후면판(2)을 포함한다.

또한, 엘씨디(LCD)는 각 판사이의 중간에 놓인 액정층(3;LC-layer)을 포함한다.

액정층은 다수의 화소로 분할되며, 각각의 화소는 적어도 한 개의 투과 부화소(5)와 적어도 한 개의 반사 부화소(4)로 속분할되나, 해당 부화소가 반드시 동일한 영역을 가질 필요는 없다.

광원(6)은 후면판(2)의 뒤쪽에 위치하며, 사용자를 향하여 광을 후면판으로 관통하도록 배열된다. 반사 부하소(4)에 대하여, 주변광은 전면판(1)과 액정층(3)을 관통하고 디스플레이장치의 내부에서 반사수단(10)에 의하여 사용자쪽으로 반사된다.

여기서, 반사와 투과부분으로 분할된 각 화소를 갖는 이러한 디스플레이가 반투과형 엘씨디로 보통 알려져 있다.

다른 액정효과에 바탕을 두고 있는 다른 형태의 반투과형 엘씨디도 본 발명에 적용될 수 있다. 이러한 다른 형태로는 TN(Twisted Nematic)형 엘씨디, NT(Non-Twisted)형 엘씨디, IPS방식(In-plane switching)엘씨디, VAN(Vertically aligned nematic) 엘씨디 등이 있다.

또한, 본 발명의 반투과형 엘씨디는 액정층(3)과 판(1,2)사이의 중간에 패턴화된 광학층(7)을 포함하며, 액정층(3)과 전면판(1)사이에 광학층이 놓이는 것이 바람직하다. 물론, 셀사이에 놓일 때의 전면편광기와 액정층(3)사이에 광학층이 놓이는 것이 더 바람직하다. 본 발명에 따른 엘씨디는 전면판(1)과 액정층(3)사이에 끼이는 한 개의 광학층(7)과, 후면판과 액정층사이에 끼이는 한 개의 광학층을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 광학층(7)이 액정층(3)의 전영역을 필수적으로 커버한다.

본 발명에 따른 광학층(7)은 도메인(8,9)으로 패턴화되며, 각 도메인은 적어도 액정층의 한 개의 부화소(4,5)부분을 커버한다. 그러므로 패턴화된 광학층의 각 도메인(8,9)은 투과 부화소(5) 또는 반사 부화소(4)중 어느 하나를 커버한다. 광학층(7)은 각각의 상단에 위치하는 적어도 두 개의 분리된 부층(Sublayer)으로 더 분할 될 수 있다. 서로 다른 부층은 서로 다른 복굴절을 가질 것이며, 이러한 부층 중 적어도 하나는 앞서 언급한 바와 같이 도메인으로 패턴화된다.

광학층(7)은 복굴절 물질을 포함하며, 이 물질은 양 또는 음의 복굴절을 가질 수 있다.

복굴절 물질은 콜레스테릭적으로 배열된 물질을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 광학층(7)은 액정물질을 포함할 수 있다.

이러한 액정물질의 예들은 원반상형(Discostic) 액정분자와 장대형 액정분자를 포함할 수 있다.

여기에서 사용된 바와 같이, 원반상형 액정분자는 분자에 있어 원반상형 구조단위를 포함하는 액정분자를 지칭한다. 원반상형 액정분자는 일반적으로 음(Negative)복굴절을 갖는다. 이러한 원반상형 액정분자의 방향자(Director)는 원반상형 구조에 있어 평면의 법선과 평형이다. 미국특허(US) 제 5,583,679 호에 원반상형 결정체 물질에 대한 여러 예들이 기술되어 있다.

이러한 물질은 예를 들면, 중합가능한 족을 포함하는 중합 가능한 액정물질이 되는 것이 더 바람직하다.

본 발명에 따르면, 복굴절 광학층은 화소의 반사 부화소(4)를 커버하는 도메인(8)에 있는 복굴절 물질의 복굴절이 상기 화소의 투과 부화소(5)를 커버하는 도메인(9)에 있는 복굴절 물질의 복굴절과 다르도록 하기 위해 패턴화된다.

본 발명에 따르면, 복굴절 물질의 광기울기는 화소의 반사 부화소(4)를 커버하는 도메인(8)에 있는 복굴절 물질에 있어 분자의 기울기가 상기 화소의 투과 부하소(5)를 커버하는 도메인(9)에 있는 복굴절 물질에 있어 분자의 기울기와 다르게 되도록 하기 위해 패턴화될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 투과 또는 반사 부화소 중 하나를 커버하는 도메인에 있어 상기 복굴절 물질의 기울기는 전면판(1)에 대면하고 있는 광학층(7)의 표면으로부터 깊이방향으로 거리의 증가에 따라 증가하거나 감소한다. 증가/감소는 계단식일 수 있으나, 깊이방향에 대하여 연속적으로 변하는 것이 필수적으로 바람직하며, "스프레이-밴드(Spray-bend)"변형으로 보통 알려져 있다. 스프레이-밴드 구조에 있어서, 기울기는 가장 낮은 기울기를 갖는 표면에서 0°로부터 가장 높은 기울기를 가지는 표면에서 90°의 범위이다. 가장 높은 기울기를 가지는 표면은 디스플레이의 내부를 향하거나 또는 떨어지는 방향으로 접할 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따르면, 복굴절 물질의 광방향성은 화소의 반사 부화소(4)를 커버하는 도메인(8)에서 복굴절 물질에 있는 분자의 방향성이 상기 화소의 투과 부화소(5)를 커버하는 도메인(9)에서 복굴절 물질에 있는 분자의 방향성과 다르도록 하기 위해 패턴화될 수 있다.

방향성이 패턴화되는 경우, 방향성은 투과부분을 위한 시야특성에 대하여 최소의 불필요 효과를 얻기 위하여 반사 부화소(4)를 커버하는 도메인(8)과 대응하는 투과 부화소(5)를 커버하는 도메인(9)사이에서 대략 35-55°차이를 갖는다.

또한 본 발명에 따르면, 복굴절 광학층은 화소의 반사 부화소(4)를 커버하는 도메인(8)에서 복굴절 물질의 지연이 상기 화소의 투과 부하소(5)를 커버하는 도메인(9)에서 복굴절 물질의 지연과 다르도록 하기 위하여 패턴화될 수 있다.

지연이 패턴화되는 경우, 지연은 바람직하게는 반사 부화소를 커버하는 도메인과 대응하는 부화소를 커버하는 도메인사이에서 정규 시야방향에 있어서 적어도 100㎚의 차이가 있다.

본 발명에 따르면, 기울기, 방향성, 지연 중 적어도 하나이 외에도 선택적으로 둘 또는 세 가지 모두가 패턴화된다.

여기서 사용된 바와 같이, 기울기, 즉 θ는 복굴절 분자의 방향자와 복굴절 물질의 표면 사이의 각도를 나타낸다.

여기서 사용된 바와 같이, 방향성, 즉 ρ는 복굴절 분자의 방향자와 수평면(예를 들면 편광기의 하나의 투과축)에 있어 미리 정의된 방향사이의 각도를 가리킨다.

여기서 사용된 바와 같이, 지연, 즉 dΔn은 광이 복굴절 물질을 통과할 때 나타나는 상시요소와 비상시요소사이의 위상차이를 나타낸다. 지연은 물질에서의 굴절률과 물질의 두께에 의존적이다.

여기서 사용된 바와 같이, 복굴절의 방향자는 복굴절의 대칭축을 통과하는 예상축(thought axis)를 나타낸다. 장대형 분자에 대하여, 방향자는 분자의 장축에 평행에 배향된다. 원반상형 분자에 대하여, 방향자는 분자의 원반상형 부분의 평면법선과 평행하다.

상술된 패턴닝은 광학층이 반투과형 디스플레이의 투과와 반사에 대하여 독립적으로 적용되는 것을 허용한다.

컬러 디스플레이 어플리케이션에 대하여, 다른 컬러의 멀티화소가 한 개의 영상요소(예를 들면, 각 영상요소가 적색, 녹색, 청색 화소에 의하여 표시되는 RGB-디스플레이에 있어서)를 표시하는 경우, 부가적으로 복굴절은 각 컬러에 독립 적으로 적용될 수 있다.

바람직하게는, 이러한 최적화는 디스플레이를 위한 시야각 의존성의 향상을 꾀하고 있다. 여기서 사용된 바와 같이, 향상된 시야각 의존성은 고(高)콘트라스트가 시야각의 즉, 디스플레이 표면의 법선과 디스플레이가 보여지는 방향상의 각도의 더 폭넓은 범위를 통하여 얻어 질 수 있다는 점을 의미한다. 또한, 향상된 시야각 의존성은 시야각의 더 폭넓은 범위를 통하여 디스플레이는 계조반전(GSI; Gray Scale Inversion)을 겪는 것 없이 보여질 수 있음을 의미한다.

광학층(7)이 2개 또는 이상의 부층(Sublayers)으로 분할된 경우, 이들 층은 결합층의 적절한 광학특성을 부여하기 위해 광학적으로 서로 영향을 미치게 된다.

기울기, 방향성 및/또는 지연의 패턴화예가 바람직한 실시예로 아래에서 주어져 있다.

이러한 물질은 바람직하게는 중합 가능한 액정으로 형성되며, 기울기, 방향성과/또는 콜레스테릭 피치는 혼합물이 외부영향을 받음으로써 변화될 수 있다.

패턴화된 광학층(7)의 제조에 대하여, 상기 혼합물은 바람직하게는 기판상에 적용되고 배향된다. 여러 실시예에서, 기판은 이 분야의 당업자들에게 알려진 멀티도메인 마찰층 또는 포토-배향 폴리이미드필름(Photo-oriented polyimide-film)층 또는 다른 적합한 배향층과 같은 배향층으로 코팅된다. 이러한 배향은 액정분자의 방향성의 패턴화를 제공할 수 있다.

다른 실시예에서, 전기 또는 자기영역과 같은 외부영역은 액정분자를 배향하기 위해 사용된다.

바람직하게는, 액정물질을 포함하는 혼합물은 액정분자의 기울기, 방향성과/또는 콜레스테릭 피치가 다른 영향들에 이 혼합물을 노출시킴으로써 변경될 수 있도록 선택된다. 이들 영향들로는 열, 압력, 주변대기, 혼합물에 있어서의 조성변화, 광복사, 방사복사(알파, 베타와/또는 감마 방사)와 이 들 조합을 들 수 있다. 예를 들면, 액정물질의 순서는 일반적으로 저온에서 액정체로부터, 스멕틱(Smectic)과 네매틱(Nematic)을 통하여도, 고온에서 등방성(복굴절없음)까지 온도에 따라 변화된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 혼합물은 액정분자의 기울기, 방향과/또는 콜레스테릭 피치가 컨버젼(Conversion)상에서 변화되는 전환가능 화합물(Convertable compound)을 포함할 수 있다. 이러한 전환 가능한 화합물은 나사선 뒤틀림력을 가지는 이성질 비대칭 화합물을 포함한다. 컨버젼상에서, 비대칭 화합물은 예를 들면, 액정혼합물의 콜레스테릭 피치를 무한대(즉, 콜레스테릭 액정물질을 네매틱 액정물질로 전환)로 감소시키거나 증가시킴으로써, 액정 혼합물의 콜레스테릭 피치를 변화시킬 수 있다. 이러한 이성질 비대칭 화합물은 국제공개공보(WO) 제00/34808호에 기술된 바와 같이, 멘쏜유도체(Derivatives of menthone)를 포함한다.

일부예에 있어서, 혼합물(Mixture)은 어떤 조건(압력, 대기, 온도 등)하에서 혼합물로부터 주변대기로 증발할 수 있는 휘발성분을 포함하며, 이러한 증발성은 액정분자의 기울기에서 변화를 가져온다.

포토 중합 혼합물(Photo-polymerisable mixture)에서 액정분자는 액정분자의 기울기와/또는 방향성이 다소의 편광의 광으로 분자를 복사함으로써 일정한 배열로 배향될 수 있는 포토배향(Photo-alienable)될 수 있다.

혼합물이 광 화학반응 개시제(Photoinitiator)의 흡수대역에 따라 일정한 파장의 광으로 그러나 바람직하게는 UV광에 으로 복사되면, 중합가능 화합물이 중합되어 중합전에 나타나는 방향성, 기울기와/또는 콜레스테릭 피치로 액정분자를 고정한다. 대부분의 예에서, 액정분자는 포토중합(중합가능 액정)이 되며, 혼합물은 복사로 중합을 시작하는 광 화학반응 개시제를 포함한다. 또한, 혼합물은 중합 가능한 액정체 화합물(Polymersable liquid crystalline compounds)이 아니라, 비액정체 중합가능 화합물(Non liquid crystalline polymerisable compounds)을 포함한다.

패턴화된 광학층을 산출하기 위하여, 혼합물은 먼저 기판상에 배향된다. 따라서, 혼합물은 첫 배열에서 액정분자를 정렬하기 위한 첫 영향을 받기 쉽다. 상기 첫 영향이 배열의 변화를 얻기 위해 혼합물의 복사단계를 포함하는 경우, 이는 선택적으로 단지 혼합물부분을 상기 영향을 받도록 하는 마스크를 통하여 실행될 수 있다. 결과적으로, 혼합물은 혼합물의 복사부분에서 중합을 생성하는 마스크를 통하여 광으로 복사된다. 따라서, 이렇게 하여 피복사영역의 액정분자는 첫 복굴절을 나타내는 배열로 고정된다

그 후, 혼합물은 선택적으로 마스크를 통하여 두 번째 영향을 받을 수 있으며, 위 두 번째 영향을 받은 영역에 있는 액정분자는 두 번째 배열로 정렬된다. 이 후, 위 두 번째 영향을 받은 최소한 영역은 광으로 복사되어 이들 영역에서 중합을 만들어 낸다. 따라서, 액정분자는 두 번째 복굴절을 나타내는 배열로 고정된다. 이렇게 하여, 패턴화된 복굴절을 가지는 광학층이 얻어진다.

컬러 디스플레이 어플리케션즈에 대하여, 광학층의 제조는 멀티단계 프로세스로 실행될 수 있으며, 이 복굴절은 독립적으로 각 컬러에 대하여 패턴화된다.

바람직하게는, 반사 부화소를 커버하는 도메인이 λ/4-지연자(Retarders) 또는 광대역(Wide band) λ/4-지연자로 형성된다. 국제공개공보(WO) 제03/01972호는 팬턴화된 λ/4-지연자가 향상된 콘트라스트비와 시야각 의존성을 반투과형 반사부분에 제공하는 방식을 공개하고 있다.

여기서, λ/4-지연자(4분의 1파장)는 지연(Retardation)이 광 파장의 1/4에 대응하는 지연자이다. 광폭 λ/4-지연자는 파장의 광폭에 대한 지연자로써 기능을 하는 지연자이다. 만일 다른 언급이 없으면, λ/4-지연자라는 용어는 광폭 λ/4-지연자를 포함한다.

λ/4-지연자와 광폭 λ/4-지연자를 형성하기 위한 복굴절 물질의 여러 구성이 다른 복굴절 물질의 형태를 위한 기술에서 알려져 있다. 이러한 예로써는 양의 복굴절도를 가지는 장대형 액정{즉 요시미 등(Yoshimi et al), SID'02 다이제스트, p 862(1992); 베리아에프 에트 알(Belyaev et al), 유로디스플레이 2002, p449(2002)와, 우치야마 등(Uchiyama et al) IDW'00, p402(2000)참조}과, 음의 복굴절을 가지는 원반상형(Discotic) 액정물질을 들 수 있다. λ/4-지연자를 위한 여러 가지 배열의 예들이 본 발명의 바람직한 실시예로써 이하에서 제시된다.

바람직하게는, 투과 부화소를 커버하는 도메인에 있어 복굴절 물질은 시야각 보상기로써 역할을 한다.

시야각 보상기로써 분자의 적합한 배열은 엘씨디에서 사용되는 엘씨효과(LC-effect)타입뿐만 아니라, 광학층에 사용되는 물질에 의존적이다. 시야각 보상기를 위한 목적은 콘트라스트 감소와/또는 비스듬한 시야각도에서 계조반전을 적어도 부분적으로는 회피하고자 하는 것이다.

바람직하게는, 시약각 보상기는 액정층(LC-layer)에 의하여 유도된 광의 타원성을 보상한다. 예를 들면, NW-LCD(Nomally-White LCD)에서, 보상은 특히 구동(블랙)된 상태에서 선호되며, 여기서 광의 불필요 누수는 감소된 콘트라스트를 준다. 시약각 보상기를 위한 여러 배열이 복굴절 물질의 여러 형태를 위한 기술에서 알려져 있다. 이러한 예로써는 양의 복굴절도{피 예(P Yeh)와 씨 구(C Gu), "액정디스플레이의 광학", 9장, 윌리(Wiley), 뉴욕, 1999)를 가지는 장대형 액정물질과, 음의 복굴절도(즉 미국특허공보 제5,583,679호와 미국특허공보 제5,990,997호 참조)을 가지는 원반상형 액정물질을 들 수 있다. 시야각 보상배열의 여러 예들이 바람직한 실시예로서 아래에서 제공된다.

바람직한 실시예

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 있어서, 광학층{도면에서 층(1)임}은 음적으로 복굴절 원반상형 분자를 포함한다. 층의 투과부분에서, 원반상형 분자의 기울기θ는 90°이다. 즉 광축의 방향자(Director)는 광학층의 표면과 수직이고, 그 방향ρ은 대략 45°가 된다.

층의 반사부분에서, 원반상형 분자의 기울기θ와, 방향ρ은 0°이다.

제 1 실시예로부터 콘트라스트 대(對) 시야각 평면에 대한 형식으로 결과가 도 3에 도시된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 있어서, 본 발명(도면에서 층2임)에 따른 광학층은 음적으로 복굴절 원반상형 분자를 포함한다. 층의 투과부분에서, 기울기θ는 전체적으로, 필수적으로, 그리고, 지속적으로 후면판(Back substrate)에 변하는 광학층의 표면으로부터 거리의 증가와 함께 증가한다. 이는 소위 스프레이구조가 된다. 기울기θ는 층의 후면{액정층(LC-layer)에 면하는 표면}에서 39°로부터 정면표면에서 90°까지 증가한다.

광학층의 반사부분에서, 기울기θ는 0°이고, 방향ρ는 90°가 된다.

제 2 실시예로부터 콘트라스트 대(對) 시야각 평면에 대한 형식으로 결과가 도 5에 도시된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 있어서, 광학층은 양의 복굴절을 가지는 장대형 분자를 포함한다. 투과부분에서, 분자는 스프레이 벤드(Splay bend)구조로 되어 있으며, 기울기는 전체적으로, 바람직하게는 지속적으로 증가하거나, 또는 층의 후면판으로부터 거리의 증가와 함께 증가한다. 바람직하게는, 기울기는 0°에서 90°의 범위를 가지며, 더 바람직하게는 5°에서 85°의 범위가 된다. 광학층의 투과부분에서 방향은 반사부화소의 방향으로부터 대략 45°의 차이를 가진다. 따라서, 방향은 0° 또는 90°가 될 수 있다.

광학층의 반사부분에서, 기울기θ는 0°이고, 방향ρ은 45°가 된다.

도 7은 본 발명에 따른 패턴화된 광학층을 포함하는 반투과형 엘씨디 디스플 레이의 바람직한 실시예에 대한 적층된 상태를 개략적으로 보인 것이다. 도면에 도시된 바와 같이, 광학층은 패턴화된 광학물질의 두 개 분리부층(부층 1과 2), 즉 액정층에 대면하는 제 1 부층(부층 1임)과 사용자에 대면하는 제 2 부층(부층 2임)을 포함한다. 또한, 이들 부층은 양의 복굴절을 가지는 장대형 분자를 포함한다. 결합형태로 두 개의 양인 복굴절층은 완전한 음의 복굴절을 나타낸다. 투과부분의 제1부층에서 기울기는 0°이고, 방향은 －135°가 된다. 또한, 반사부분에서 기울기는 0°이고, 방향은 120°이다.

투과부분의 제2부층에서 기울기는 35°이고, 방향은 －45°가 된다. 또한, 반사부분에서 기울기는 0°이고, 방향은 60°이다.

위 실시예에 따른 광학층을 이용한 결과가 도 8에 도시되는데, 패턴화된 층에 대한 결과가 좌측 그래프에 도시되고, 비패턴화된 층에 대한 결과는 우측그래프에 도시된다. 또한, 투과부화소를 커버하는 도메인은 상술한 바와 같이, 반사부화소를 커버하는 도메인의 특성을 갖는다.

도 9는 본 발명에 따른 패턴화된 광학층을 포함하는 엘씨디 디스플레이의 바람직한 실시예에 대한 적층상태를 개략적으로 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이, 광학층은 복굴절물질의 두 개의 분리부층(부층 1과 2), 즉 액정층(LC-layer)에 대면하는 제 1 부층(부층 1임)과 사용자에 대면하는 제 2 부층(부층 2임)을 포함한다. 또한, 이들 부층은 양의 복굴절을 가지는 장대형 분자를 포함한다. 결합형태로 두 개의 양인 복굴절층은 완전한 음의 복굴절을 나타낸다. 투과부분의 제1부층에서 기울기는 스프레이벤드 변형을 형성하며, 디스플레이의 내부에 대면한 측면에서 기 울기는 0°이고, 사용자에 대면한 측면에서 기울기는 90°이 되며, 이러한 층에서 기울기는 지속적으로 증가한다. 이 층의 반사부분에서 방향은 315°가 된다. 또한, 반사부분에서 기울기는 0°이고, 방향은 315°이다.

제2부층은 패턴화되지 않으며, 반사와 투과 부화소를 모두 커버한다. 이 부층에서, 기울기는 0°이고, 방향은 267°가 된다. 그러나, 결합된 부층 1과 부층 2의 광학특성은 패턴화된다.

본 실시예에 따른 광학층을 이용한 결과가 도 10에 도시되는데, 패턴화된 층에 대한 결과가 좌측 그래프에 도시되고, 비패턴화된 층에 대한 결과는 우측그래프에 도시된다. 또한, 투과부화소를 커버하는 도메인은 상술한 바와 같이, 반사부화소를 커버하는 도메인의 특성을 갖는다.

기술된 바람직한 실시예와 후술되는 실험예는 단지 예시적인 목적을 위하여 사용되것으로써, 본 발명의 범위를 제한하고자 함에 있지 않을 이해해야 할 것이다.

실험예들

예1

기판은 배향층(마찰 폴리이미드 또는 포토 배향층)이 구비된다. 일정한 향의(반응)이성질 비대칭 화합물(Compound)을 포함하는 반응 액정(Reactive LC;Liquid Crystal)물질 혼합물(Mixture)이 300㎚와 동일하거나 더 작은 콜레스테릭 피치를 가지는 콜레스테릭적으로 정렬된 물질층을 제공하는 배향층의 상단에 스핀코팅방식 으로 도포된다. 이러한 혼합물은 반응성있는 무비대칭 액정(Reactive non-chiral LC's), 비이성질 비대칭 화합물(Non-isomerizable chiral compounds), 그리고 광 화학반응 개시제(Photo-initiators)를 더 포함할 수 있다. 층은 이성질 비대칭 화합물이 변환되도록 그리고 콜레스테릭 피치가 복사영역(층은 네매틱이 됨)에서 무한대로 증가되도록 소정의 패턴에 따라 복사된다. 이는, 만일 이성질 비대칭 화합물의 나선 뒤틀림력(HTP;Herical Twisting power)이 컨버젼상에서 제로가 되거나, 컨버젼후 이성질 화합물의 HTP ⅹ 농도의 곱이 동일하지만, HTP와 혼합물에 존재하는 비이성질 비대칭 화합물의 곱과 반대부호인 경우에 성취될 수 있다. 최종적으로, 패턴화된 층은 포토 중합반응 또는 전자빔 중합반응을 통하여 중합과/또는 교차결합된다.

또한, 반대과정도 가능하다: 스핀코팅으로 도포된 후, 단축 보상층(Uniaxial retardation layer)이 형성된다{컨버젼이전에 이성질 비대칭 화합물의 농도(conc:concentration)ⅹHTP이 비이성질체 비대칭 화합물의 농도ⅹHTP와 동일}. 마스크를 통한 복사후, 바로 이성질 화합물의 HTP가 변화되어 피복사 영역이 300㎚ 또는 더 작은 크기의 콜레스테릭 피치를 가진 콜레스테릭적으로 정렬된 물질로 변형된다.

예 2

두 번째 방법에 있어서, 반응성 비대칭 LC화합물 또는 (비대칭)반응성 LC물질의 혼합물은 스멕틱-A 페이즈(Smectic-A phase)뿐만 아니라, 비대칭 네매틱(콜레스테릭)페이즈 둘 다를 나타내기 위해 사용된다. 물질 또는 혼합물은 배향층을 가 진 기판상에 스핀코팅으로 도포된다. 저온에서 물질은 스멕틱-A 페이즈상태에 있으며, 이러한 방법으로 단축 보상층(Uniaxial retardation layer)이 스핀코팅후에 형성된다. 소정패턴과 일치되는 층에 대한 복사는 결국 피복사된 영역에서 포토(광)중합반응을 가져온다. 따라서, 온도는 스멕틱-A로부터 콜레스테릭 페이즈까지 변이온도를 넘어 상승하게 된다. 비중합 영역에서 상태는 스멕틱에서 콜레스테릭으로 변화되며, 반면에 스멕틱 상태(Smectic order)는 중합영역에서 보존될 것이다. 고온에서 다량노출은 포토중합반응를 통하여 콜레스테릭 상태를 동결하고 패턴화된 광학층을 산출한다.

예 3

배향필름을 포토배향한 이중 도메인은 예를 들면, 리무라 등(Limura et al), 제이(J) 포토포림(Photopolym) 사이(Sci) 테크놀(Technol) 8, p257, (1995)와 샤드트 등(Schadt et al), 네이춰(Nature) 381, p212, (1996)에 의해 기술된 방법 또는 이 기술분야의 당업자들에게 알려진 다른 방법에 따라 구비된다. 또한 방향자 방향(Director orientation)은 두 단계의 UV노출동안 사용된 UV광의 편광에 의하여 결정된다. 액정혼합물 RMM34{멕크(Merck)사로부터 입수가능함)은 예를 들면 LPP265CP층인 이중 도메인 포토 배향필름의 상단에 스핀코팅으로 도포된다. 따라서, 반응성 LC 단량체의 평면 배향이 이루어진다. 광학층은 화소의 반사부분에서 λ/4지연을 위하여 요구되는 소정의 평면상태(기울기 0°)에서 동결되기 위한 질소공기상태하의 UV 마스크 노출에 의하여 부분적으로 교차결합된다.

결과적으로 광학층은 약 10분동안 고온에서 가열냉각된다. 가열냉각 단계동 안 액정 혼합물에서 휘발성 계면활성제(Volatile surfactant)는 증발되며, 이는 비 교차결합 부분에서 스프레이된 형태(Splayed configuration)를 띠게 한다. 이러한 스프레이형태는 냉각시간에 의하여 다양할 수 있다. 최종적으로, 스프레이된 형태의 정렬은 또한 질송공기(20 ㎽/㎠)상태하에서 5분 동안 UV노출에 의하여 고정된다.

예 4

배향필름을 포토배향하는 이중도메인은 후자의 실시예로써 구비된다. 액정 혼합물은 1,4-페닐린-비스-[4-(6-아크리로시)메틸-옥시]벤조에이트(0.5g)(멕크사로부터 입수가능한, 반응성 액정분자), 4-(6아크릴로시헥시옥시;acryloylxyhexyloxy)-2-메틸-페닐1-4-(6-아크릴로시헥시옥시)신나메이트(cinnamate)(0.5g),일가큐어(Irgacure)651(0.05g)(광화학반응개시제;photo-initiator)와 실린(4.0g)에서 RM502(0.05g)(계면활성제)이 예를 들면 LPP 265 CP층인 이중 도메인 배향층의 상단에 스핀코팅으로 도포된다. 액정 혼합물에서 상태 파라메타(Order parameter)는 대기상의 365㎚(HPA 램프, 4 ㎽/㎠)에서 UV광으로 마스크를 통하여 혼합물을 조명함으로써 부분적으로 감소된다. 혼합물에서 신남산염(Cinnamate)은 이성질체화되어 분자편광화의 이방성에 있어서 감소와 스프레이구성을 초래한다. 최종적으로 획득된 상태는 질소대기하에서 5분동안 UV노출에 의하여 영구적으로 고정된다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 종래 투과형 액정디스플레이의 시야각 의존성 문제를 극복하는 반투과형 디스플레이에 이용 가능하다.

Claims (22)

1. 다수의 화소와, 액정층(3)과, 복굴절 물질을 포함하는 광학층(7)를 포함하되, 상기 화소는 적어도 한 개의 투과부화소(5)와 적어도 한 개의 반사부화소(4)로 분할되며, 상기 광학층(7)은 도메인(8,9)로 패턴화되고, 상기 도메인 각각은 반사부화소(4)의 최소부분 또는 투과부화소(5)의 최소분분을 커버하며, 제 1 도메인(8)에서의 상기 복굴절 물질은 제 1 복굴절을 가지는 화소의 반사부화소(4)를 커버하고, 제 2 도메인(9)에서의 상기 복굴절 물질은 제 2 복굴절도를 가지는 상기 화소의 투과부화소(5)를 커버하며, 상기 제 1 복굴절과 제 2 복굴절은 각기 서로 다르며 각기 반사와 투과부화소를 위한 시야각 의존성을 향상시키기 위하여 독립적으로 적용되는 반투과형 액정디스플레이.
2. 제 1 항에 있어서,

   제1 도메인(8)과 상기 제 2 도메인(9)에서 광학층(7)의 복굴절물질은 동일한 물질로부터 만들어지는 반투과형 액정디스플레이.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 복굴절물질은 양의 복굴절을 가지는 물질인 반투과형 액정디스플레이.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 복굴절물질은 음의 복굴절도를 가지는 반투과형 액정디스플레이.
5. 제 1 항에 있어서,

   제 1 도메인(8)에서 광학층(7)의 복굴절물질의 광학축의 기울기는 제 2 도메인(9)에서 광학층의 복굴절물질의 광학층의 기울기와 다른 반투과형 액정디스플레이.
6. 제 1 항에 있어서,

   제 1 도메인(8)에서 광학층(7)의 복굴절물질의 광학축의 방향은 제 2 도메인(9)에서 광학층의 복굴절물질의 광학층의 방향과 다른 반투과형 액정디스플레이.
7. 제 1 항에 있어서,

   제 1 도메인(8)에서 광학층(7)의 복굴절물질의 지연은 제 2 도메인(9)에서 광학층의 복굴절물질의 지연과 다른 반투과형 액정디스플레이.
8. 제 5 항에 있어서,

   제 1 도메인 또는 제 2 도메인 중 어느 하나에서 광학층(7)의 상기 복굴절물질의 광학층의 기울기는 광학층의 두께에 변하는 반투과형 액정디스플레이.
9. 제 1 항에 있어서,

   투과 및/또는 반사성 부화소를 커버하는 도메인에서 광학층의 복굴절물질은 콜레스테릭적으로 정렬된 물질인 반투과형 액정디스플레이.
10. 제 9 항에 있어서,

    제 1 도메인(8)에서 광학층의 복굴절물질의 콜레스테릭 피치는 제 2 도메인(9)에서 광학층의 복굴절물질의 콜레스테릭 피치와 다른 반투과형 액정디스플레이.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 광학층(7)은 적어도 2개의 부층를 포함하되, 상기 부층의 적어도 하나는 도메인으로 패턴화되는 반투과형 액정디스플레이.
12. 제 1 항에 있어서,

    제 2 도메인(9)에서 광학층은 시야각보상기를 포함하는 반투과형 액정디스플레이.
13. 제 1 항 또는 제 12 항에 있어서,

    제 1 도메인(8)에서 광학층은 4분의 1파장의 지연자를 포함하는 반투과형 액정디스플레이.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 λ/4지연자의 지연은 100 내지 200㎚의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정디스플레이.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 광학층(7)은 제 16 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 획득이 가능한 것을 특징으로 하는 반투과형 액정디스플레이.
16. 액정 상태(Liquid crystalline phase)를 가지는 포토 중합가능 혼합물을 제공하는 단계;

    상기 혼합물을 배향하는 단계;

    제 1 복굴절을 보이는 제 1 구성에서 포토 중합가능 혼합물의 제 1 도메인을 중합하기 위하여 제 1 반응조건하에서 혼합물의 제 1 조사를 수행하는 단계;

    제 2 복굴절을 보이는 제 2 구성에서 포토 중합가능 혼합물의 제 2 도메인을 중합하기 위하여 제 2 반응조건하에서 혼합물의 제 2 조사를 수행하는 단계를 포함하는 패턴화된 광학층의 제조방법.
17. 제 15 항에 있어서,

    상기 배향은 포토배향 또는 마찰배향필름상의 배향에 의하여 실행되는 패턴화된 광학층의 제조방법.
18. 제 16 항에 있어서,

    상기 포토 중합가능 혼합물에 포함된 변환가능한 화합물이 변환되며, 이에 의하여 액정분자의 기울기 및/또는 혼합물의 나선형 비틀림과/또는 지연을 변화시키는 변환단계를 더 포함하는 패턴화된 광학층의 제조방법.
19. 제 16 항에 있어서,

    포토 중합가능 혼합물에 포함되는 휘발성 화합물이 혼합물로부터 증발되며, 이에 의하여 액정분자의 기울기를 변화시키는 증발단계를 더 포함하는 패턴화된 광학층의 제조방법.
20. 제 16 항에 있어서,

    포토 배향 액정분자가 조사되고, 이에 의하여 액정혼합물의 상기 포토 배향 액정분자의 기울기방향를 변화시키는 포토 배향 단계를 더 포함하는 패턴화된 광학층의 제조방법.
21. 제 16 항에 있어서,

    제 1 반응조건에서의 온도는 제 2 반응조건에서의 온도와 다른 패턴화된 광학층의 제조방법.
22. 제 16 항에 있어서,

    제 1 반응조건에서의 대기는 제 2 반응조건에서의 대기와 다른 패턴화된 광학층의 제조방법.

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