KR20170110125A - 전기 광학 스위칭 엘리먼트 및 디스플레이 디바이스 - Google Patents

전기 광학 스위칭 엘리먼트 및 디스플레이 디바이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 광원, 및 광 변환층을 포함하는 전기-광학 스위칭 엘리먼트, 및 광학 디바이스에서의 전기-광학 스위칭 엘리먼트의 사용에 관한 것이다. 본 발명은 또한 전기-광학 스위칭 엘리먼트를 포함하는 광학 디바이스에 관한 것이다.

Description

전기 광학 스위칭 엘리먼트 및 디스플레이 디바이스
본 발명은 적어도 하나의 광원, 및 광 변환층을 포함하는 전기 광학 스위칭 엘리먼트, 및 광학 디바이스에서의 전기 광학 스위칭 엘리먼트의 사용에 관한 것이다. 본 발명은 또한 전기 광학 스위칭 엘리먼트를 포함하는 광학 디바이스에 관한 것이다.
적어도 하나의 광원, 및 광 변환층을 포함하는 전기 광학 스위칭 엘리먼트로부터의 광의 광학적 특성들은 특히 광학 디바이스들을 위한 다양한 광학 애플리케이션들에서 사용된다.
예를 들어, WO 2013/183751 A, JP 2014-52606 A, JP 3820633 B, JP 3298263 B, EP 01403355 A, JP H04-12323 A, EP 02056158 A, WO 2010/143461 A, JP 2007-178902 A, JP 2003-233070 A 에 기술된 바와 같다.
특허 문헌
1. WO 2013/183751 A
2. JP 2014-52606 A
3. JP 3820633 B
4. JP 3298263 B
5. EP 01403355 A
6. JP H04-12323 A
7. EP 02056158 A
8. WO 2010/143461 A
9. JP 2007-178902 A
10. JP 2003-233070 A
비특허 문헌
그러나, 발명자들은 아래에 열거된 바와 같이 개선이 원해지는 하나 이상의 고려가능한 문제들이 여전히 존재하는 것을 새롭게 발견했다.
1. 간단한 디바이스 구성을 갖고 디바이스로부터의 광 방출의 더 양호한 컬러 순도를 보여주는 전기 광학 스위칭 엘리먼트가 소망된다.
2. 더 높은 아웃-커플링 (out-coupling) 효율을 갖는 전기 광학 스위칭 엘리먼트가 요구된다.
3. 입사광 하의 엘리먼트의 더 작은 컬러 시프트 및/또는 더 양호한 휘도 콘트라스트를 보여주는 전기 광학 스위칭 엘리먼트가 소망된다.
발명자들은 모든 상술된 문제들을 해결하는 것을 목표로 했다. 놀랍게도, 발명자들은 적어도 하나의 광원 (110), 및 광 변환층 (120) 을 포함하는 신규한 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 를 발견했으며, 여기서 광 변환층 (120) 은 광원 (110) 으로부터의 광의 광 파장을 더 긴 광 파장으로 변환할 수 있는 광 변환 재료 (130), 및 가시광을 흡수할 수 있는 착색제 (140) 를 포함하고, 착색제 (140) 는 염료, 안료 및 이들 중 임의의 것의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되며, 그 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 는 복수의 광 산란 입자들 (150) 을 포함하고, 문제들 1 및 2 를 동시에 해결한다.
본 발명의 다른 이점들은 다음의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
다른 양태에서, 본 발명은 광학 디바이스에서의 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 의 사용에 관한 것이다.
다른 양태에서, 본 발명은 또한 적어도 하나의 광원 (110), 및 광 변환층 (120) 을 포함하는 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 를 포함하는 광학 디바이스 (210) 에 관한 것이며, 여기서 광 변환층 (120) 은 광원 (110) 으로부터의 광의 광 파장을 더 긴 광 파장으로 변환할 수 있는 광 변환 재료 (130), 및 가시광을 흡수할 수 있는 착색제 (140) 를 포함하고, 착색제 (140) 는 염료, 안료 및 이들 중 임의의 것의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되며, 그 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 는 복수의 광 산란 입자들 (150) 을 포함한다.
도 1 은 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 의 개략 단면도를 도시한다.
도 2 는 본 발명의 전기 광학 스위칭 엘리먼트의 다른 실시형태의 개략 단면도를 도시한다.
도 3 은 본 발명의 전기 광학 스위칭 엘리먼트의 다른 실시형태의 개략 단면도를 도시한다.
도 4 는 본 발명의 전기 광학 스위칭 엘리먼트의 광 변환층의 부분의 다른 실시형태의 개략 단면도를 도시한다.
도 5 는 본 발명의 전기 광학 스위칭 엘리먼트의 다른 실시형태의 개략 단면도를 도시한다.
도 6 은 본 발명의 전기 광학 스위칭 엘리먼트의 다른 실시형태의 개략 단면도를 도시한다.
도 7 은 본 발명의 전기 광학 스위칭 엘리먼트의 다른 실시형태의 개략 단면도를 도시한다.
도 8 은 본 발명의 전기 광학 스위칭 엘리먼트의 다른 실시형태의 개략 단면도를 도시한다.
도 9 는 본 발명의 전기 광학 스위칭 엘리먼트의 다른 실시형태의 개략 단면도를 도시한다.
도 10 은 실시예 6 에서의 측정 구성의 개략도를 도시한다.
도 1 에서의 참조 부호들의 리스트
100. 전기 광학 스위칭 엘리먼트
110. 광원
120. 광 변환층
130. 광 변환 재료
140. 착색제
150. 복수의 광 산란 입자들
160. 광 변조기 (선택적)
170. 광 산란층
도 2 에서의 참조 부호들의 리스트
200. 전기 광학 스위칭 엘리먼트
210. 광원
211. 청색 광원
212. 광 가이드 플레이트
220. 광 변환층
221. 흑색 매트릭스
230. 광 변환 재료
240. 착색제
250. 복수의 광 산란 입자들
260. 광 변조기
261. 편광자
262. 투명 기판
263. 액정층
270. 광 산란층
도 3 에서의 참조 부호들의 리스트
300. 전기 광학 스위칭 엘리먼트
310. 광원
320. 광 변환층
330. 광 변환 재료
340. 착색제
350. 복수의 광 산란 입자들
360. 광 변조기 (선택적)
370. 광 산란층
도 4 에서의 참조 부호들의 리스트
420. 광 변환층
430. 광 변환 재료
440. 착색제
도 5 에서의 참조 부호들의 리스트
500. 전기 광학 스위칭 엘리먼트
510. 광원
511. 청색 광원
512. 광 가이드 플레이트
520. 광 변환층
521. 흑색 매트릭스
530. 광 변환 재료
540. 착색제
550. 복수의 광 산란 입자들
560. 광 변조기 (선택적)
561. 편광자
562. 투명 기판
563. 액정층
570. 광 산란층
580. 경사 구조들을 갖는 층
도 6 에서의 참조 부호들의 리스트
600. 전기 광학 스위칭 엘리먼트
610. 청색 광원 (스위칭가능)
620. 광 변환층
630. 광 변환 재료
640. 착색제
650. 복수의 광 산란 입자들
670. 광 산란층
도 7 에서의 참조 부호들의 리스트
700. 전기 광학 스위칭 엘리먼트
710. 광원
720. 광 변환층
721. 흑색 매트릭스
730. 광 변환 재료
740. 착색제
750. 복수의 광 산란 입자들
761. 투명 전극
762. (이색성 염료로 도핑된) LC 층
763. 투명 화소 전극
764. 투명 기판
770. 광 산란층
도 8 에서의 참조 부호들의 리스트
800. 전기 광학 스위칭 엘리먼트
810. 광원
820. 광 변환층
830. 광 변환 재료
840. 착색제
850. 복수의 광 산란 입자들
861. 투명 기판
862. 투명 전극
863. (이색성 염료로 도핑된) LC 층
864. 투명 화소 전극
865. TFT (박막 트랜지스터)
도 9 에서의 참조 부호들의 리스트
900. 전기 광학 스위칭 엘리먼트
910. 광원
911. 청색 광원
912. 광 가이드 플레이트
920. 광 변환층
921. 흑색 매트릭스
930. 광 변환 재료
940. 착색제
950. 복수의 광 산란 입자들
960. 광 변조기
961. 투명 기판
962. TFT (박막 트랜지스터)
963. MEMS (마이크로 전기 기계 시스템) 셔터
도 10 에서의 참조 부호들의 리스트
10. 전기 광학 스위칭 엘리먼트
101. 루미넌스 미터 CS-1000A (코니카 미놀타 홀딩스사)
102. 내셔널 PRF-100W 광원
110. 450 nm LED 광원
120. 광 변환층
130. 광 변환 재료
140. 착색제
150. 복수의 광 산란 입자들
170. 광 산란층
일반적인 양태에서, 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 는 적어도 하나의 광원 (110), 및 광 변환층 (120) 을 포함하며, 여기서 광 변환층 (120) 은 광원 (110) 으로부터의 광의 광 파장을 더 긴 광 파장으로 변환할 수 있는 광 변환 재료 (130), 및 가시광을 흡수할 수 있는 착색제 (140) 를 포함하고, 착색제 (140) 는 염료, 안료 및 이들 중 임의의 것의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되며, 그 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 는 복수의 광 산란 입자들 (150) 을 포함한다.
본 발명에 따르면, 전기 광학 스위칭 엘리먼트에서의 광원 (100) 의 타입은 특별히 제한되지 않는다. 바람직하게는, UV 또는 청색 단일 컬러 광원이 사용될 수 있다. 더욱 상세하게는, 청색 LED, CCFL, EL, OLED, 또는 이들 중 임의의 것의 조합과 같은 청색 광 영역에서 피크 파장을 갖는 광을 방출하는 광원이 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 추가적으로, 광원 (110) 은 광원 (110) 으로부터의 광 균제도 (light uniformity) 를 증가시키기 위해 광 가이드 플레이트를 포함할 수 있다.
본 발명의 목적을 위해, 용어 "청색" 은 380 nm 와 515 nm 사이의 광 파장을 의미하는 것으로 취해진다. 바람직하게는, 그것은 430 nm 와 490 nm 사이이다. 더욱 바람직하게는, 그것은 450 nm 와 470 nm 사이이다.
본 발명에 따르면, 용어 "층" 은 "시트 (sheet)" 형 구조를 포함한다.
본 발명에 따르면, 광 변환층 (120) 은 적어도 광 변환 재료 (130), 착색제 (140), 및 매트릭스 재료로부터 제조될 수 있다.
매트릭스 재료로서, 광학 필름들에 대해 바람직한 임의의 타입의 공개적으로 알려진 투명 매트릭스 재료가 원하는 대로 사용될 수 있으며, 이는 그 매트릭스 재료가 광 변환층 (120) 의 제조시에 양호한 가공성을 갖는데 더 양호하고, 장기 내구성을 갖기 때문이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 광경화성 폴리머, 및/또는 감광성 폴리머가 사용될 수 있다. 예를 들어, LCD 컬러 필터에 사용되는 아크릴레이트 수지들, 임의의 광경화성 폴리 실록산, 광경화성 폴리머로서 널리 사용되는 폴리비닐신나메이트 또는 이들 중 임의의 것의 조합.
본 발명에 따르면, 광 변환 재료 (130) 로서, 가시광/UV 광을 흡수하고 그 흡수된 광보다 더 긴 파장에서의 가시광을 방출하는 임의의 재료가 사용될 수 있다.
바람직하게는, 광 변환층 (120) 의 광 변환 재료 (130) 는 유기 발광 및/또는 유기 인광 재료와 같은 유기 염료들, 무기 인광체 재료, 퀀텀 도트 재료, 퀀텀 로드 재료와 같은 퀀텀 사이즈 무기 반도체 재료, 및 이들 중 임의의 것의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 일부 실시형태들에서, 광 변환층 (120) 의 광 변환 재료 (130) 는 유기 형광 재료, 유기 인광 재료, 인광체 재료, 퀀텀 사이즈 무기 반도체 재료 및 이들 중 임의의 것의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다.
본 발명에 따르면, 용어 "퀀텀 사이즈" 는 퀀텀 사이즈 효과를 보여줄 수 있는, 리간드들 또는 다른 표면 변경을 갖지 않는 무기 반도체 재료 자체의 사이즈를 의미한다.
유기 염료들로서는, 임의의 종류들의 형광 염료들 및/또는 인광 염료들이 원하는 대로 사용될 수 있다. 예를 들어, 유기 발광 다이오드에서 사용되는 상업적으로 이용가능한 레이저 염료들 및/또는 발광 염료들. 예를 들어, 인데코 사 (Indeco Corporation) 로부터의 레이저 염료들, 아메리칸 염료 소스 (American Dye Sources) 로부터의 염료들.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 청색 방출 사용을 위한 유기 염료들로서, 쿠마린 460, 쿠마린 480, 쿠마린 481, 쿠마린 485, 쿠마린 487, 쿠마린 490, LD 489, LD 490, 쿠마린 500, 쿠마린 503, 쿠마린 504, 쿠마린 504T, 쿠마린 515 와 같은 인데코 사로부터의 레이저 염료들; 페릴렌, 9-아미노-아크리딘, 12(9-안드로이옥시 (anthroyoxy))스테아릭산, 4-페닐스피로[퓨란-2(3H), 1'-퓨탈란]-3,3'-디온, N-(7-디메틸아미노-4-메틸쿠마리닐)말레이미드와 같은 상업적으로 이용가능한 발광 염료들; ADS135BE, ADS040BE, ADS256FS, ADS086BE, ADS084BE 등과 같은 아메리칸 연료 소스로부터의 염료들; 또는 이들 중 임의의 것의 조합이 사용될 수 있다.
녹색 방출 사용을 위한 유기 염료들로서, 쿠마린 522/522B, 쿠마린 525 와 같은 인데코 사로부터의 레이저 염료들 또는 이들 중 임의의 것의 조합이 바람직하게 사용될 수 있다.
적색 방출 사용을 위한 유기 염료들로서, DCM, 플루오롤 555, 로다민 560 퍼클로레이트, 로다민 560 클로라이드, LDS 698 과 같은 인데코 사로부터의 레이저 염료들; ADS055RE, ADS061RE, ADS068RE, ADS069RE, ADS076RE 와 같은 아메리칸 염료 소스사로부터의 염료들 또는 이들 중 임의의 것의 조합이 바람직하게 이러한 방식으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 유기 염료들로서, 유기 발광 다이오드 (이하, "OLED") 를 위해 개발된 염료들이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 일본 특허 JP 2795932 B 에 기술된 염료들, 논문 S.A. Swanson et al, JP 2004-263179 A, JP 2006-269819 A 및/또는 JP 2008-091282 A 에 기술된 염료들이 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 일부 실시형태들에서, UV 광 및/또는 청색 광을 녹색 광으로 변환할 수 있는 녹색 발광 염료들 중 하나 이상과 함께 적색 유기 염료들 중 하나 이상이 JP 2003-264081 A 에 기술된 것과 같이 적색 방출 사용을 위해 사용될 수 있다.
바람직하게는, 유기 염료들의 표면은 유기 염료들의 분산을 용이하게 하기 위해 계면활성제들 또는 분산제들 중 하나 이상에 의해 변경될 수 있다. 예를 들어, 그들을 알킬 사슬들로 변경함으로써 그들을 유기 용매들에서 용해가능하게 한다.
무기 인광체들로서, 임의의 종류들의 상업적으로 이용가능한 무기 인광체들이 원하는 대로 사용될 수 있다.
청색 무기 인광체들의 경우, 일본 특허 출원 공개 JP2002-062530 A 에 기술된 것과 같은 Cu 활성화 황화아연 인광체, JP 2006-299207 A 에 기술된 것과 같은 Eu 활성화 할로포스페이트 인광체 및/또는 Eu 활성화 알루미네이트 인광체 또는 이들 중 임의의 것의 조합이 바람직하게 사용될 수 있다.
녹색 무기 인광체들의 경우, JP 2006-299207 A 에 기술된 것과 같은 Ce 또는 Tb 활성화 희토류 원소 보레이트 인광체, JP 2007-262417 A 에 기술된 베타-시알론 녹색 인광체, 및 이들 중 임의의 것의 조합이 바람직하게 사용될 수 있다.
적색 무기 인광체들의 경우, JP 2006-299207 A 에 기술된 Eu 활성화 란타늄 설파이드 인광체, Eu 활성화 이트륨 설파이드 인광체, JP 2007-063365 A 에 기술된 방출 사이트로서 BaS 및 Cu2 + 로 이루어지는 황색 인광체, JP 2007-063366 A 에 기술된 Ba2ZnS3 및 Mn2 + 로 이루어지는 적색 인광체, JP 3503139 B 에 기술된 Ce 활성화 가넷 인광체, JP 2005-048105 A 에 기술된 적색 인광체, JP 2006-257353 A 에 기술된 Ca 알파-시알론 적색 인광체, 또는 이들 중 임의의 것의 조합이 바람직하게 사용될 수 있다.
바람직하게는, 무기 인광체들의 표면은 무기 인광체들의 분산을 용이하게 하기 위해 계면활성제들 또는 분산제들 중 하나 이상에 의해 변경될 수 있다.
일반적으로, 퀀텀 도트 재료, 및/또는 퀀텀 로드 재료와 같은 퀀텀 사이즈 무기 반도체 재료는 퀀텀 사이즈 효과에 기인하여 선명한 생생한 색광 (colored light) 을 방출할 수 있다.
퀀텀 도트로서, 예를 들어 시그마-알드리치로부터의 공개적으로 이용가능한 퀀텀 도트 (이하 "q-도트") 가 원하는 대료 바람직하게 사용될 수 있다.
이론에 의해 속박되기를 원하지 않으면서, 기다란 형상을 갖는 광 변환 재료의 쌍극자 모멘트로부터의 광 발광이 q-도트, 유기 형광 재료, 및/또는 유기 인광 재료, 인광체 재료로부터의 구형 광 방출의 아웃-커플링 효율보다 더 높은 아웃-커플링 효율을 야기할 수도 있다고 생각된다.
즉, q-로드들, 기다란 형상 유기 염료들과 같은 기다란 형상을 갖는 광 변환 재료의 긴 축이 평균적으로 더 높은 확률로 기판 표면에 대해 평행하게 정렬될 수 있고 그들의 쌍극자 모멘트들은 또한 평균적으로 더 높은 확률로 기판 표면에 대해 평행하게 정렬될 수 있다고 생각된다.
따라서, 일부 실시형태들에서, 광 변환 재료 (130) 는 더 양호한 아웃-커플링 효과를 실현하기 위해 기다란 형상을 갖는 퀀텀 로드 재료 또는 유기 염료로부터 선택될 수 있다.
본 발명에 따르면, 디바이스의 선명한 생생한 컬러(들) 및 더 양호한 아웃-커플링 효과를 실현하기 위해, 퀀텀 로드 재료들이 더 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 퀀텀 로드 재료는 II-VI, III-V, 또는 IV-VI 반도체들 및 이들 중 임의의 것의 조합들로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 퀀텀 로드 재료는 Cds, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, GaAs, GaP, GaAs, GaSb, HgS, HgSe, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, AlSb, Cu2S, Cu2Se, CuInS2, CuInSe2, Cu2(ZnSn)S4, Cu2(InGa)S4, TiO2 합금들 및 이들 중 임의의 것의 조합으로 이루어지는 그룹들로부터 선택될 수 있다.
예를 들어, 적색 방출 사용을 위해, CdSe 로드들, CdS 로드 내의 CdSe 도트, CdS 로드 내의 ZnSe 도트, CdSe/ZnS 로드들, InP 로드들, CdSe/CdS 로드들, ZnSe/CdS 로드들 또는 이들 중 임의의 것의 조합. 녹색 방출 사용을 위해, 예를 들어 CdSe 로드들, CdSe/ZnS 로드들, 또는 이들 중 임의의 것의 조합, 및 청색 방출 사용을 위해, 예를 들어 ZnSe, ZnS, ZnSe/ZnS 코어 쉘 로드들, 또는 이들 중 임의의 것의 조합.
퀀텀 로드 재료의 예들은 예를 들어 국제 특허 출원 공개 제 WO2010/095140A 호에 기술되었다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 퀀텀 로드 재료의 전체 구조들의 길이는 8 nm 로부터 500 nm 까지이다. 더욱 바람직하게는, 10 nm 로부터 160 nm 까지이다. 상기 퀀텀 로드 재료의 전체 직경은 1 nm 로부터 20 nm 까지의 범위에 있다. 더욱 구체적으로는, 1 nm 로부터 10 nm 까지이다.
바람직하게는, 퀀텀 로드 및/또는 퀀텀 도트와 같은 퀀텀 사이즈 무기 반도체 재료는 표면 리간드를 포함한다. 퀀텀 로드 및/또는 퀀텀 도트 재료들의 표면은 하나 이상의 종류들의 표면 리간드들로 오버 코팅될 수 있다.
이론에 의해 속박되기를 원하지 않으면서, 그러한 표면 리간드들은 퀀텀 사이즈 무기 반도체 재료를 용매에 더 용이하게 분산시키는 것을 야기할 수도 있다고 생각된다.
통상의 사용에서 표면 리간드들은 트리옥틸포스파인 옥사이드 (TOPO), 트리옥틸포스파인 (TOP), 및 트리부틸포스파인 (TBP) 와 같은 포스파인들 및 포스파인 옥사이드들; 도데실포스포닉 액시드 (DDPA), 트리데실포스포닉 액시드 (TDPA), 옥타데실포스포닉 액시드 (ODPA), 및 헥실포스포닉 액시드 (HPA) 와 같은 포스포닉 액시드들; 데데실 아민 (DDA), 테트라데실 아민 (TDA), 헥사데실 아민 (HDA), 및 옥타데실 아민 (ODA) 과 같은 아민들, 헥사데칸 티올 및 헥산 티올과 같은 티올들; 메르캅토 프로피오닉 액시드 및 메르캅토운데카노익액시드와 같은 메르캅토 카르복실릭 액시드들; 및 이들 중 임의의 것의 조합을 포함한다.
표면 리간드들의 예들은 예를 들어 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/059931A 호에 기술되었다.
본 발명에 따르면, 가시광을 흡수할 수 있는 착색제 (140) 는 염료, 안료 및 이들 중 임의의 것의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는, 임의의 타입의 공개적으로 알려진 염료 및/LCD 컬러 필터를 위한 안료가 이러한 방식으로 사용될 수 있다. 예를 들어, "Technologies on LCD Color Filter and Chemicals" CMC Publishing P. 53 (1998)" 에서 보여준 바와 같이, 아조-킬레이트 안료들, 용융 아조 안료들, 퀴나크리돈 안료들, 이소인돌리논 안료들, 페릴렌 안료들 페리논 안료들, 불용성 아조 안료들, 프탈로시아니스 안료들, 디옥사진 안료들, 안트라퀴논 안료들, 티오인 안료들 또는 이들 중 임의의 것의 조합.
본 발명에 따르면, 착색제 (140) 에 대한 주요 요건들 중 하나는 광 변환층으로부터의 광의 컬러 순도를 개선하기 위해 그의 광이 광 변환층에서의 광 변환 재료 (130) 를 여기시키는 광원으로부터의 여기 광을 흡수하는 것이다. 따라서, LCD 컬러 필터에 대한 상업적으로 이용가능한 황색 안료들은 또한 광 변환층이 녹색 서브 컬러 화소를 갖는 경우 녹색 서브 컬러 화소에서 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 광 산란 입자들 (150) 로서, 상기 광 산란 입자들을 포함하고 미 (Mie) 산란 효과들을 제공할 수 있는 층의 매트릭스 재료와는 상이한 굴절률을 갖는 임의의 타입의 공개적으로 알려진 광 산란 입자들이 원하는 대로 바람직하게 사용될 수 있다.
예를 들어, SiO2, SnO2, CuO, CoO, Al2O3 TiO2, Fe2O3, Y2O3, ZnO, MgO 와 같은 무기 산화물들의 작은 입자들; 중합 폴리스티렌, 중합 PMMA 와 같은 유기 입자들; 또는 이들 중 임의의 것의 조합이 바람직하게 사용될 수 있다.
바람직하게는, 광 산란 입자들 (150) 의 평균 입자 직경은 350 nm 로부터 5 μm 까지의 범위에 있을 수 있다. 이론에 의해 속박되기를 원하지 않으면서, 350 nm 초과의 평균 입자 직경은, 비록 광 산란 입자들과 층 매트릭스 사이의 굴절률 차이가 0.1 만큼 작더라도, 층에서 미 산란함으로써 발생되는 강한 포워드 산란을 야기할 수도 있다고 생각된다.
한편, 광 산란 입자들 (150) 을 사용함으로써 더 양호한 층 형성 특성들을 획득하기 위해, 최대 평균 입자 직경은 바람직하게는 5 um 이하이다. 더욱 바람직하게는, 500 nm 로부터 2 μm 까지이다.
본 발명의 일부 실시형태들에서, 바람직하게는, 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 는 광 변조기 (160) 를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 광 변조기 (160) 는 액정 엘리먼트, 마이크로 전기 기계 시스템들 (여기서 이하에 "MEMS"), 일렉트로 웨팅 엘리먼트, 및 전기영동 엘리먼트로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
광 변조기 (160) 의 경우에, 액정 엘리먼트이고, 임의의 타입의 액정 엘리먼트가 이러한 방식으로 사용될 수 있다. 예를 들어, LCD 들에 대해 통상적으로 사용되는 트위스티드 네마틱 모드, 수직 정렬 모드, IPS 모드, 게스트 호스트 모드 액정 엘리먼트가 바람직하다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 통상적으로 블랙 TN 모드 액정 엘리먼트가 또한 광 변조기 (160) 로서 적용가능하다.
일반적으로, 이론에 의해 속박되기를 원하지 않으면서, 통상적으로 블랙 TN 모드는 더 높은 콘트라스트비를 실현할 수 있지만, 제조 공정이 양호한 화이트 밸런스를 유지하기 위해 각각의 컬러 화소에서의 상이한 셀 갭에 기인하여 복잡하다.
본 발명에 따르면, 각 화소에서의 통상적으로 블랙 TN 모드 LC 엘리먼트의 셀 갭을 변화시킬 필요가 없다. 본 발명에 따르면, 단일 컬러 여기 광원이 컬러 변환층 (120) 과 함께 바람직하게 사용될 수 있기 때문이다. 예를 들어, 단일 컬러 여기 광원으로서, UV LED, 페이지 15 에 기술된 바와 같은 청색 LED.
그러한 경우에, 광원은 하나의 피크 파장 영역을 갖는 광을 방출하고, 광원 (110) 으로부터의 여기광의 강도는 각 셀에서 동일한 셀 갭을 갖는 통상적으로 블랙 TN 모드 LC 층에 의해 제어될 수 있으며, 그 후 여기광은 광 변환층 (120) 으로 들어가고, 더 긴 파장으로 변환된다.
본 발명의 일부 실시형태들에서, 바람직하게는, 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 는 복수의 광 산란 입자들 (150) 을 포함하는 광 산란층 (170) 을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 광 산란층 (170) 은 광원 (110) 과 광 변환층 (120) 사이에 배치되어 주변의 광 산란에 의해 발생된 디바이스의 글레어 (glare) 상태를 감소시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 일부 실시형태들에서, 광원 (110), 광 산란층 (170), 및 광 변환층 (120) 은 이러한 시퀀스로 배치된다.
바람직하게는, 복수의 광 산란 입자들 (150) 은 광 산란층 (170) 및/또는 광 변환층 (120) 으로부터 광원측에 배치되는 하나 이상의 다른 층들에만 존재할 수 있다.
이론에 의해 속박되기를 원하지 않으면서, 그러한 실시형태는 입사광 하의 엘리먼트의 더 작은 컬러 시프트 및/또는 더 양호한 휘도 콘트라스트를 야기할 수도 있다고 생각된다. 바람직하게는, 광 산란층 (170) 은 도 1 에 도시된 것과 같이 직접 광 변환층 (120) 의 광원측의 표면상에 배치된다.
본 발명의 일부 실시형태들에서, 선택적으로, 광 변환층 (120) 은 도 3, 도 8 에 도시된 것과 같이 복수의 광 산란 입자들 (150) 을 포함한다.
바람직하게는, 복수의 광 산란 입자들 (150) 은, 광 변조기 (160) 가 광원 (110) 으로부터 보았을 때 광 변환층 (120) 뒤에 배치되는 경우에, 광 변환층 (120) 에 있을 수 있다.
본 발명의 일부 실시형태들에서, 광 변조기 (160) 는 광 변환층 (120) 의 광 추출측에 배치된다.
본 발명의 일부 실시형태들에서, 광 변조기 (160) 는 광원 (110) 과 광 변환층 (120) 사이에 배치된다.
본 발명에 따르면, 일부 실시형태들에서, 선택적으로, 광 변환층 (120) 의 광 추출측의 표면은 디바이스 (100) 의 아웃-커플링 효율을 증가시키도록 구성된다. 이론에 의해 속박되기를 원하지 않으면서, 도 4 에 도시된 것과 같은 경사 구조는 광 변환층을 떠나는 광의 양을 증가시킬 수 있다고 생각된다. 이들 구조들은 예를 들어 나노-인프린팅 (nano-inprinting) 기법들을 사용하여 잘 알려진 기법들에 의해 제조될 수 있다.
본 발명에 따르면, 일부 실시형태들에서, 광원 (110) 에 대향하는 광 변환층 (120) 의 다른 표면은 경사 구조를 가질 수 있다. 이론에 의해 속박되기를 원하지 않으면서, 그 경사 구조는 전반사에 의한 광 손실을 방지할 수도 있다고 생각된다.
일반적으로, 경사 구조는 복수의 서브 컬러 화소들에 대해 중첩할 수 있다. 따라서, 경사 구조는 작은 사이즈 화소들에 대해서도 적용가능하다.
일부 실시형태들에서, 선택적으로, 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 는 그의 광 추출측의 표면이 구조화되는 층 (180) 을 더 포함한다. 바람직하게는, 그 층 (180) 은 도 5 에 도시된 것과 같이 하나 이상의 경사 구조를 갖는다.
본 발명의 일부 실시형태들에서, 선택적으로, 광원 (110) 은 스위칭가능하다. 본 발명에 따르면, 용어 "스위칭가능한" 은 광이 선택적으로 온 또는 오프로 스위칭될 수 있다는 것을 의미한다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 스위칭가능한 광원은 액티브 매트릭스 OLED, 패시브 매트릭스 OLED, 액티브 매트릭스 EL, 패시브 매트릭스 EL, 복수의 LED 들 및 이들 중 임의의 것의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 일부 실시형태들에서, 광 변환층 (120) 의 광 변환 재료 (130) 는 유기 형광 재료, 유기 인광 재료, 인광체 재료, 퀀텀 도트 재료, 퀀텀 로드 재료 또는 이들 중 임의의 것의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다.
본 발명의 일부 실시형태들에서, 선택적으로, 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 는 광원 (110) 과 광 변환층 (120) 사이에 배치된 선택적 광 반사층 (190) 을 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 용어 "광 반사" 는 편광 방출 디바이스의 동작 동안 사용되는 파장 또는 파장의 범위에서 입사광의 적어도 대략 60% 를 반사하는 것을 의미한다. 바람직하게는, 그것은 70% 이상이며, 더욱 바람직하게는 75% 이상이고, 가장 바람직하게는 그것은 80% 이상이다.
본 발명에 따르면, 선택적 광 반사층 (190) 은 광원 (110) 으로부터의 피크 광 파장을 통과시킬 수 있고, 광 변환층 (120) 으로부터의 변환된 광을 반사시킬 수 있다.
선택적 광 반사층을 위한 재료는 특별히 제한되지 않는다. 선택적 광 반사층을 위한 잘 알려진 재료들이 원하는 대로 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 선택적 광 반사층은 단일의 층 또는 다수의 층들일 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 선택적 광 반사층은 Al 층, Al + MgF2 스택트 (stacked) 층들, Al + SiO 스택트 층들, Al + 유전체 다중층, Au 층, 유전체 다중층, Cr + Au 스택트 층들로 이루어지는 그룹으로부터 선택되며; 선택적 광 반사층은 더욱 바람직하게는 Al 층, Al + MgF2 스택트 층들, Al + SiO 스택트 층들, 콜레스테릭 액정층, 스택트 콜레스테릭 액정층들이다.
콜레스테릭 액정층들의 예들은 예를 들어 국제 특허 출원 공개 제 WO 2013/156112A 호, 제 WO 2011/107215 A 호에 기술되어 있다.
일반적으로, 선택적 광 반사층을 준비하는 방법들은 원하는 대로 변할 수 있고, 잘 알려진 기법들로부터 선택될 수 있다.
일부 실시형태들에서, 콜레스테릭 액정층들을 제외한 선택적 광 반사층은 (스퍼터링, 화학 기상 증착, 기상 증착, 플래시 증발과 같은) 기상 기반 코팅 공정, 또는 액상 기반 코팅 공정에 의해 준비될 수 있다.
콜레스테릭 액정층들의 경우에는, 예를 들어, WO 2013/156112A, 또는 WO 2011/107215 A 에 기술된 방법에 의해 준비될 수 있다.
본 발명의 일부 실시형태들에서, 바람직하게는, 광 변환층 (120) 은 제 1 및 제 2 서브 컬러 영역들 (200) 을 포함하고, 여기서 적어도 제 1 서브 컬러 영역은 그것이 광원에 의해 조명되는 경우에 제 2 서브 컬러 영역들보다 더 긴 피크 파장을 갖는 광을 방출한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 의 광원 (110) 은 청색 LED(들) 과 같은 청색 광원이고, 광 변환층 (120) 은 녹색 서브 컬러 영역들 및 적색 서브 컬러 영역들을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 광 변환층 (120) 은 적색 서브 컬러 영역들, 녹색 서브 컬러 영역들 및 청색 서브 컬러 영역들을 포함한다.
더욱 바람직하게는, 광 변환층 (120) 은 도 1 내지 도 3, 도 5 내지 도 9 에 기술된 것과 같이 적색 서브 컬러 영역들, 녹색 서브 컬러 영역들 및 청색 서브 컬러 영역들로 주로 이루어진다.
훨씬 더 바람직하게는, 청색 LED(들) 과 같은 청색광 방출 광원이 사용되는 경우에, 청색 서브 컬러 영역들은 청색 광 변환 재료 (130) 없이 제조될 수 있다. 그러한 경우에, 청색 서브 컬러 영역들은 또한 청색 착색제 (140) 및 청색 광 변환 재료 (130) 없이 제조될 수 있다.
본 발명의 일부 실시형태들에서, 선택적으로, 편광 방출 디바이스 (100) 는 블랙 매트릭스 (이하 "BM") 를 더 포함한다.
바람직한 실시형태에서, BM 은 도 1 에 기술된 바와 같이 서브 컬러 영역들 사이에 배치된다. 즉, 본 발명의 서브 컬러 영역들은 하나 이상의 BM 에 의해 표시될 수 있다.
BM 에 대한 재료는 특별히 제한되지 않는다. 잘 알려진 재료들, 특히 컬러 필터들에 대해 잘 알려진 BM 재료들이 원하는 대로 바람직하게 사용될 수 있다. 예를 들어, JP 2008-260927 A, WO 2013/031753A 에 기술된 바와 같은 흑색 염료 분산 폴리머 조성물.
BM 의 제조 방법은 특별히 제한되지 않고, 잘 알려진 기법들이 이러한 방식으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 직접 스크린 인쇄, 포토리소그래피, 마스크를 갖는 기상 증착.
다른 양태에서, 본 발명은 광학 디바이스에서의 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 의 사용에 관한 것이다.
다른 양태에서, 본 발명은 또한 적어도 하나의 광원 (110), 및 광 변환층 (120) 을 포함하는 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 를 포함하는 광학 디바이스 (210) 에 관한 것이며, 여기서 광 변환층 (120) 은 광원 (110) 으로부터의 광의 광 파장을 더 긴 광 파장으로 변환할 수 있는 광 변환 재료 (130), 및 가시광을 흡수할 수 있는 착색제 (140) 를 포함하고, 착색제 (140) 는 염료, 안료 및 이들 중 임의의 것의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되며, 그 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 는 복수의 광 산란 입자들 (150) 을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 광학 디바이스 (210) 는 액정 디스플레이, OLED, MEMS 디스플레이, 일렉트로 웨팅 디스플레이, 및 전기영동 디스플레이로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 광학 디바이스 (210) 는 액정 디스플레이일 수 있다. 예를 들어, 트위스티드 네마틱 액정 디스플레이, 수직 정렬 모드 액정 디스플레이, IPS 모드 액정 디스플레이, 게스트 호스트 모드 액정 디스플레이, 또는 통상적으로 블랙 TN 모드 액정 디스플레이.
광학 디바이스들의 예들은 예를 들어 WO 2010/095140 A2 및 WO 2012/059931 A1 에 기술되어 있다.
본 발명은 다음의 예들을 참조하여 더 상세히 기술되며, 다음의 예들은 단지 예시적이며 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
예들
예 1: 본 발명에서, 광 산란층은 도 2 에 도시된 바와 같은 컬러 변환층상에 별개로 쌓일 수 있다. 광 산란층은 엘리먼트의 모든 화소들에 공통일 수 있다. 그리고 이리하여, 그것은 제조 시에 포토리소그래피 공정들에 있어서의 증가를 초래하지 않는 필름의 하나의 시트로 제조될 수 있다. 이러한 예에서, 광 산란층은 컬러 변환층과 직접 접촉되고 블랙 광원과 마주한다. 광 산란입자들은 또한 도 3 에 기술된 것과 같이 컬러 변환층에 및/또는 다른 층에 존재할 수 있다. 청색 LED(들) 은 바람직하게는 광원 (211, 310) 으로서 사용될 수 있다.
예 2: 도 4 는 엘리먼트의 아웃 커플링 효율을 증가시키기 위해 경사 구조를 갖는 컬러 변환층의 하나의 예를 도시한다. 이론에 의해 속박되기를 원하지 않으면서, 컬러 변환층에서의 그러한 경사 구조 또는 만곡 구조는 컬러 변환층에서 나가는 광의 양을 증가시킬 수 있다고 생각된다. 그리고, 그 경사 구조들 및 만곡 구조들은 나노-인프린팅 기법들과 같은 잘 알려진 기법들에 의해 제조될 수 있다. 그러한 경사 구조들 또는 만곡 구조들은 또한 광 산란층과 같은 임의의 다른 층의 표면상에 제조될 수 있다.
예 3: 도 7 은 본 발명의 하나의 예를 도시한다. 이러한 예에서, 게스트 호스트 모드 액정 (762) 은 청색 광원과 함께 사용되고, 따라서, 2 개의 편광자들이 생략될 수 있다.
예 4: 도 8 은 본 발명의 다른 예를 도시한다. 이러한 예에서, 복수의 광 산란 입자들을 갖는 광 변환층은 층간 절연으로서 제조된다.
예 5: 도 9 는 본 발명의 다른 예를 도시한다. 이러한 예에서, MEMS 셔터가 바람직하게 사용된다. 광 변환층은 현재의 예 대신에 MEMS 셔터 시스템의 층간 절연으로서 제조될 수 있고, 복수의 광 산란 입자들이 또한 광 변환층에 포함될 수 있다.
본 명세서에 개시된 각 특징은, 달리 언급되지 않는다면, 동일한, 등가의, 또는 유사한 목적을 서빙하는 대안의 특징들에 의해 대체될 수도 있다. 따라서, 달리 언급되지 않는다면, 개시된 각 특징은 등가의 또는 유사한 특징들의 일반적 시리즈의 하나의 예일 뿐이다.
용어들의 정의
본 발명에 따르면, 용어 "투명한" 은 편광 방출 디바이스의 동작 동안 사용되는 파장 또는 파장의 범위에서 그리고 편광 방출 디바이스에서 사용되는 두께에서 입사광의 적어도 대략 60% 가 투과되는 것을 의미한다. 바람직하게는, 그것은 70% 이상이며, 더욱 바람직하게는 75% 이상이고, 가장 바람직하게는 그것은 80% 이상이다.
용어 "형광" 은 광 또는 다른 전자기 방사선을 흡수한 물질에 의한 광 방출의 물리적 과정으로서 정의된다. 그것은 발광의 하나의 형태이다. 대부분의 경우들에서, 방출된 광은 흡수된 방사선보다 더 긴 파장, 및 따라서 더 낮은 에너지를 갖는다.
용어 "반도체" 는 실온에서 (구리와 같은) 도체의 전기 전도율과 (유리와 같은) 절연체의 전기 전도율 사이의 정도의 전기 전도율을 갖는 물질을 의미한다.
용어 "무기" 는 탄소 원자들 또는 카본 모녹사이드, 카본 다이옥사이드, 카보네이트들, 시아나이드들, 시아네이트들, 카바이드들, 및 티오시아네이트들과 같은 다른 원자들과 이온 결합된 탄소 원자들을 포함하는 임의의 화합물을 포함하지 않는 임의의 물질을 의미한다.
용어 "방출" 은 원자들 및 분자들에서의 전자 전이들에 의한 전자기파들의 방출을 의미한다.
이하의 실시예들 1-7 은 본 발명의 전기 광학 스위칭 엘리먼트의 설명들 뿐아니라 그들의 제조의 상세한 설명을 제공한다.
실시예들
실시예 1: 전기 광학 스위칭 엘리먼트의 제조
폴리비닐 신나메이트 (시그마-알드리치) 1.0 g 및 녹색 안료 (헬리오겐 그린 K9360) 0.26g, 및 쿠마린 6 (시그마-알드리치) 0.066 g 이 톨루엔 (2 g) 에 분산되고, 공기 조건에서 90 ℃ 에서 5 분 동안 교반되었다.
유리 기판이 아세톤 내에서 초음파처리함으로써 세정되었다.
그 후 결과의 용액은 닥터 블레이드 기법을 사용하여 그 세정된 유리 기판상에 코팅되었다. 결과의 기판은 10 μm 두께 광 변환층을 제조하기 위해 용매를 증발시키기 위해 공기 조건에서 3 분 동안 100 ℃ 에서 가열되었다.
가열 후, 그 막은 질소 유동 조건 하에서 3 분 동안 254 nm UV 광 (2.3 mW/cm2) 에 노출되었다. 그 후, 녹색 컬러 변환층은 1 분 동안 톨루엔으로 린싱되고 100 ℃ 에서 3분 동안 가열되었다.
결국, 기판 상에 제조된 녹색 컬러 변환층이 획득되었다.
폴리비닐 신나메이트 (시그마-알드리치로부터 구입됨) 0.5 g 및 티타늄 옥사이드 분말 (1 마이크로미터 미세 분말 하에서, 95% 루틸; Koujundo Chemical Laboratory Co. Ltd. 로부터 구입됨) 0.005 g 이 톨루엔 (4 g) 에 분산되고, 공기 조건에서 90 ℃ 에서 5 분 동안 교반되었다.
유리 기판이 아세톤 내에서 초음파처리함으로써 세정되었다.
그 후 결과의 용액은 스핀 코팅 기법 (30 초 동안 1,000 r.p.m.) 을 사용하여 세정된 유리 기판상에 코팅되었고, 기판은 공기 조건에서 100 ℃ 에서 가열되었다.
가열 후, 그 기판은 질소 유동 조건 하에서 3 분 동안 254 nm UV 광 (2.3 mW/cm2) 에 노출되었다. 그 후, 그 광 산란층은 1 분 동안 톨루엔으로 린싱되고 100 ℃ 에서 3분 동안 가열되었다.
결국, 유리 기판 상에 제조된 2 μm 두께 광 산란층이 획득되었다.
그 후, 기판 상에 제조된 녹색 컬러 변환층 및 유리 기판 상에 제조된 광 산란층이 서로 직접 대향하게 되고, 굴절률이 1.53 인 굴절률 매칭 오일을 사용하여 접촉되었다.
두께 4 μm 를 갖는 트위스티드 네마틱 액정 (TN-LC) 셀이 광 변조기로서 제조되었다. 액정 (굴절률 이방성; Δn 0.1262, 유전체 이방성; Δε 4.5, Merck KGaA 로부터) 이 사용되었다. 투과축이 TN-LC 셀의 각 사이드에 대해 러빙 (rubbing) 방향과 일치하도록 2 개의 편광자들이 TN-LC 셀의 양 기판들상에 놓였다. 그 후, 하나의 통상적으로 화이트 타입 TN-LC 셀이 제조되었다.
그 후, TN-LC 셀은 광 산란층의 유리 기판에 대향하게 되었고 유리 기판과 접촉되었다. 결국, 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (1) 가 제조되었다.
이러한 실시예에서, 기판 상에 제조된 녹색 컬러 변환층 및 유리 기판 상에 제조된 광 산란층이 사용되었다. 그것 대신에, 녹색 컬러 변환층 및/또는 광 산란층이 잘 알려진 기법으로 기판으로부터 박리될 수 있고, 그것은 본 발명에서 사용될 수 있다.
실시예 2: 전기 광학 스위칭 엘리먼트의 제조
폴리비닐 신나메이트 (시그마-알드리치) 1.0 g 및 적색 안료 디케토-피롤로-피롤 (Irgaphor red B CF) 0.02 g, 및 적색 퀀텀 로드들 (Qlight Nanotech 로부터, 광 방출의 피크 파장; 631 nm) 0.2 g 이 톨루엔 (2 g) 에 분산되고, 공기 조건에서 90 ℃ 에서 5 분 동안 교반되었다.
TEM (Transmission Electron Microscope; TEM) 을 사용하여 각각의 퀀텀 로드 측정의 직경 및 길이는 각각 6 nm 및 27 nm 였다.
유리 기판이 아세톤 내에서 초음파처리함으로써 세정되었다.
그 후 결과의 용액은 10 μm 두께를 갖는 광 변환층을 제조하기 위해 닥터 블레이드 기법을 사용하여 그 세정된 유리 기판상에 코팅되었다. 결과의 기판은 용매를 증발시키기 위해 공기 조건에서 3 분 동안 100 ℃ 에서 가열되었다.
가열 후, 그 기판은 질소 유동 조건 하에서 3 분 동안 254 nm UV 광 (2.3 mW/cm2) 에 노출되었다. 그 후, 적색 컬러 변환층은 1 분 동안 톨루엔으로 린싱되고 100 ℃ 에서 3분 동안 가열되었다.
결국, 기판 상에 제조된 적색 컬러 변환층이 획득되었다.
광 산란층 및 광 변조기로서의 TN-LC 셀이 실시예 1 에 기술된 바와 동일한 방식으로 제조되었다.
광 변환층, 광 산란층 및 TN-LC 셀은 그 후 서로 직접 대향되고, 실시예 1 에서 기술된 바와 동일한 방식으로 접촉되었다.
결국, 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (3) 가 제조되었다.
실시예 3: 전기 광학 스위칭 엘리먼트의 제조
전기 광학 스위칭 엘리먼트 (3) 는 광 산란층이 컬러 변환층의 반대측상에 배치된 것을 제외하고, 실시예 1 에서 기술된 동일한 방식으로 제조되었다. 즉, 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (2) 는 유리 기판/광 산란층/유리 기판/광 변환층/TN-LC 셀을 이러한 시퀀스로 포함한다.
실시예 4: 전기 광학 스위칭 엘리먼트의 제조
폴리비닐 신나메이트 (시그마-알드리치) 1.0 g 및 녹색 안료 (헬리오겐 그린 K9360) 0.26g, 쿠마린 6 (시그마-알드리치) 0.066 g, 및 티타늄 옥사이드 분말 (1 마이크로미터 미세 분말 하에서, 95% 루틸; Koujundo Chemical Laboratory Co. Ltd. 로부터 구입됨) 0.01 g 이 톨루엔 (2 g) 에 분산되고, 공기 조건에서 90 ℃ 에서 5 분 동안 교반되었다.
유리 기판이 아세톤 내에서 초음파처리함으로써 세정되었다.
그 후 결과의 용액은 10 μm 두께 광 변환층을 제조하기 위해 닥터 블레이드 기법을 사용하여 그 세정된 유리 기판상에 코팅되었다. 결과의 기판은 용매를 증발시키기 위해 공기 조건에서 3 분 동안 100 ℃ 에서 가열되었다.
가열 후, 그 막은 질소 유동 조건 하에서 3 분 동안 254 nm UV 광 (2.3 mW/cm2) 에 노출되었다. 그 후, 녹색 컬러 변환층은 1 분 동안 톨루엔으로 린싱되고 100 ℃ 에서 3분 동안 가열되었다.
결국, 기판 상에 제조된 녹색 컬러 변환층이 획득되었다.
두께 4 μm 를 갖는 트위스티드 네마틱 액정 (TN-LC) 셀이 실시예 1 에서기술된 바와 동일한 방식으로 제조되었다.
그 후, TN-LC 셀은 광 변환층판에 대향되고 광 변환층에 접촉되었다. 결국, 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (4) 가 제조되었다.
실시예 5: 실시예 1 내지 4 에서 제조된 전기 광학 스위칭 엘리먼트들의 평가
405 nm LED 광원이 확산 플레이트를 통해 통상적으로 화이트 TN-LC 셀 아래에 배치되었다. 표면으로부터 수직 방향의 컬러 변환층으로부터의 광이 루미넌스 미터 CS-1000 A (코니카 미놀타 홀딩스 사) 를 사용하여 측정되었다.
구동 전압이 그 TN-CN 셀에 인가된 경우, 광 변환층으로부터의 방출된 광의 강도가 감소되었다. 그것은 TN-LC 셀이 광 변조기로서 작동한다는 것을 분명히 나타낸다. 획득된 결과들이 표 1-1 내지 1-4 에 도시되었다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
실시예 6: 엘리먼트의 제조 및 그것의 측정
폴리비닐 신나메이트 (시그마-알드리치) 1.0 g 및 녹색 안료 (헬리오겐 그린 K9360) 0.26g, 및 쿠마린 6 (시그마-알드리치) 0.066 g 이 톨루엔 (2 g) 에 분산되고, 공기 조건에서 90 ℃ 에서 5 분 동안 교반되었다.
유리 기판이 아세톤 내에서 초음파처리함으로써 세정되었다.
그 후 결과의 용액은 닥터 블레이드 기법을 사용하여 그 세정된 유리 기판상에 코팅되었다. 결과의 기판은 10 μm 두께를 갖는 광 변환층을 제조하기 위해 용매를 증발시키기 위해 공기 조건에서 3 분 동안 100 ℃ 에서 가열되었다.
가열 후, 그 막은 질소 유동 조건 하에서 3 분 동안 254 nm UV 광 (2.3 mW/cm2) 에 노출되었다. 그 후, 녹색 컬러 변환층은 1 분 동안 톨루엔으로 린싱되고 100 ℃ 에서 3분 동안 가열되었다.
결국, 기판 상에 제조된 녹색 컬러 변환층이 획득되었다.
폴리비닐 신나메이트 (시그마-알드리치로부터 구입됨) 0.5 g 및 티타늄 옥사이드 분말 (1 마이크로미터 미세 분말 하에서, 95% 루틸; Koujundo Chemical Laboratory Co. Ltd. 로부터 구입됨) 0.005 g 이 톨루엔 (4 g) 에 분산되고, 공기 조건에서 90 ℃ 에서 5 분 동안 교반되었다.
유리 기판이 아세톤 내에서 초음파처리함으로써 세정되었다.
그 후 결과의 용액은 스핀 코팅 기법 (30 초 동안 1,000 r.p.m.) 을 사용하여 세정된 유리 기판상에 코팅되었고, 기판은 공기 조건에서 100 ℃ 에서 가열되었다.
가열 후, 그 기판은 질소 유동 조건 하에서 3 분 동안 254 nm UV 광 (2.3 mW/cm2) 에 노출되었다.
그 후, 그 광 산란층은 1 분 동안 톨루엔으로 린싱되고 100 ℃ 에서 3분 동안 가열되었다. 결국, 유리 기판 상에 제조된 2 nm 두께를 갖는 광 산란층이 획득되었다.
그 후, 기판 상에 제조된 녹색 컬러 변환층 및 유리 기판 상에 제조된 광 산란층이 서로 대향하게 되고, 굴절률이 1.53 인 굴절률 매칭 오일을 사용하여 접촉되었다.
따라서, 엘리먼트 (6) 가 제조되었다.
그 후, 엘리먼트 (6) 의 광학 특성들 (입사광 하에서의 휘도 콘트라스트 & 색도) 이 이하의 <6-1>, 및 <6-2> 에 기술된 바와 같이 후면 광원으로서 450 nm LED 광원 및 입사 광원으로서 내셔널 PRF-100W 광원이 구비된 루미넌스 미터 CS-1000A (코니카 미놀타 홀딩스사) 를 사용하여 측정되었다.
<6-1>
엘리먼트 (6) 는 엘리먼트 (6) 의 광 산란층이 450 nm LED 광원과 대향되도록 450 nm LED 광원 위에 배치되었고, 녹색 컬러 변환층은 내셔널 PRF-100W 광원에 대향되었다. 내셔널 PRF-100W 광원은 엘리먼트 (6) 의 녹색 컬러 변환층의 표면에 대한 직교축으로부터 45°의 방향에서, 엘리먼트 (6) 의 표면으로부터 상방 30 cm 에 배치되었다. 그 후, CS-1000A 가 엘리먼트 (6) 의 녹색 컬러 변환층의 표면에 직교인 방향에 설정되었다. 이러한 측정의 구성의 개략도가 도 10 에 도시된다. 입사광 하에서 엘리먼트의 휘도 콘트라스트의 측정을 위해, 먼저, 450 nm LED 광원이 Lv = 2896.18 cd/㎡ 의 조건으로 조명되었다. 그 후, 그 LED 광원은 입사광 하에서 엘리먼트의 휘도 콘트라스트를 측정하기 위해 턴 오프되었다. 그 측정 동안, 입사 광원으로서의 내셔널 PRF-100W 광원이 조명되었다.
<6-2>
엘리먼트 (6) 는 엘리먼트 (6) 의 녹색 컬러 변환층이 450 nm LED 광원과 대향되도록 450 nm LED 광원 위에 배치되었고, 광 산란층은 내셔널 PRF-100W 광원에 대향되었다. 내셔널 PRF-100W 광원은 엘리먼트 (6) 의 광 산란층의 표면에 대한 직교축으로부터 45°의 방향에서, 엘리먼트 (6) 의 표면으로부터 상방 30 cm 에 배치되었다. 위의 <6-2> 에서 언급된 동일한 조건에서, 엘리먼트 (6) 의 입사광 하에서의 휘도 콘트라스트가 측정되었다.
표 2 는 획득된 결과들을 보여준다.
표 2
Figure pct00005
표 2 에서의 컬러 시프트 Δxy 는 다음의 식 1 로 계산되었다;
Δxy = √((xE-xR)2 + (yE-yR)2) - 식 1
(여기서, 식 1 에서, 심볼 "xE" 는 색도 좌표에서의 각 예의 x 값을 나타내고, "xR" 은 기준의 x 값을 나타내며; "yE" 는 각 예의 y 값을 나타내고 "yR" 은 기준의 y 값을 나타낸다.)
표 2 에 도시된 바와 같이, 엘리먼트 (6) 의 광 산란층이 광원으로부터 볼 때 녹색 광변환층 뒤에 배치되었던 엘리먼트 (6) 의 입사광 하의 휘도 콘트라스트 (<6-1>) 는 엘리먼트 (6) 의 광 산란층이 입사 광원측에 배치되었던 엘리먼트 (6) 의 휘도 콘트라스트 (<6-2>) 보다 2.95 배 더 높았다.
더욱이, <6-1> 의 컬러 시프트가 <6-2> 의 컬러 시프트보다 상당히 더 작았다는 것이 표 2 에 명백히 도시된다.
실시예 7: 엘리먼트의 제조 및 그것의 측정
폴리비닐 신나메이트 (시그마-알드리치) 1.0 g 및 적색 안료 디케토-피롤로-피롤 (Irgaphor red B CF) 0.02 g, 및 적색 퀀텀 로드들 (Qlight Nanotech 로부터, 광 방출의 피크 파장; 631 nm) 0.2 g 이 톨루엔 (2 g) 에 분산되고, 공기 조건에서 90 ℃ 에서 5 분 동안 교반되었다.
TEM (Transmission Electron Microscope; TEM) 을 사용하여 측정된 각각의 퀀텀 로드의 직경 및 길이는 각각 6 nm 및 27 nm 였다.
유리 기판이 아세톤 내에서 초음파처리함으로써 세정되었다. 그 후 결과의 용액은 10 μm 두께를 갖는 광 변환층을 제조하기 위해 닥터 블레이드 기법을 사용하여 그 세정된 유리 기판상에 코팅되었다. 결과의 기판은 용매를 증발시키기 위해 공기 조건에서 3 분 동안 100 ℃ 에서 가열되었다.
가열 후, 그 기판은 질소 유동 조건 하에서 3 분 동안 254 nm UV 광 (2.3 mW/cm2) 에 노출되었다. 그 후, 적색 컬러 변환층은 1 분 동안 톨루엔으로 린싱되고 100 ℃ 에서 3분 동안 가열되었다.
결국, 기판 상에 제조된 적색 컬러 변환층이 획득되었다.
광 산란층이 실시예 6 에 기술된 바와 동일한 방식으로 제조되었고, 획득된 엘리먼트 (7) 는 실시예 6 에서 기술된 바와 동일한 방식으로 측정되었다.
표 3
Figure pct00006
표 3 에 도시된 바와 같이, 엘리먼트 (7) 의 광 산란층이 후면 광원측 (녹색 컬러 변환층을 통해 입사 광원으로부터 반대측) 에 배치되었던 엘리먼트 (6) 의 입사광 하에서의 휘도 콘트라스트 (<7-1>) 는 엘리먼트 (7) 의 광 산란층이 입사 광원측에 배치되었던 엘리먼트 (7) 의 휘도 콘트라스트 (<7-2>) 보다 1.93 배 더 높았다.
더욱이, <7-1> 의 컬러 시프트가 <7-2> 의 컬러 시프트보다 더 작았다는 것이 표 3 에 명백히 도시된다.

Claims (15)

  1. 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 로서,
    적어도 하나의 광원 (110), 및 광 변환층 (120) 을 포함하고,
    상기 광 변환층 (120) 은 상기 광원 (110) 의 파장의 광을 더 긴 광 파장으로 변환할 수 있는 광 변환 재료 (130), 및 가시광을 흡수할 수 있는 착색제 (140) 를 포함하며,
    상기 착색제 (140) 는 염료, 안료 및 이들 중 임의의 것의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되고,
    상기 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 는 복수의 광 산란 입자들 (150) 을 포함하는, 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 는 광 변조기 (160) 를 더 포함하는, 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 는 상기 복수의 광 산란 입자들 (150) 을 포함하는 광 산란층 (170) 을 포함하는, 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광원 (110), 상기 광 산란층 (170), 및 상기 광 변환층 (120) 은 이러한 시퀀스로 배치되는, 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항 이상에 있어서,
    상기 광 변환층 (120) 은 상기 복수의 광 산란 입자들 (150) 을 포함하는, 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100).
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 변조기 (160) 는 상기 광 변환층 (120) 의 광 추출측에 배치되는, 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100).
  7. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 변조기 (160) 는 상기 광원 (110) 과 상기 광 변환층 (120) 사이에 배치되는, 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항 이상에 있어서,
    상기 광 변환층 (120) 의 상기 광 추출측의 표면은 구조화되는, 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항 이상에 있어서,
    상기 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 는, 그의 상기 광 추출측의 표면이 구조화되는 층 (180) 을 더 포함하는, 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항 이상에 있어서,
    상기 광원 (110) 은 스위칭가능한, 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항 이상에 있어서,
    상기 광 변환층 (120) 의 상기 광 변환 재료 (130) 는 유기 형광 재료, 유기 인광 재료, 인광체 재료, 퀀텀 사이즈 무기 반도체 재료 및 이들 중 임의의 것의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100).
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항 이상에 있어서,
    상기 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 는 상기 광원 (110) 과 상기 광 변환층 (120) 사이에 배치된 선택적 광 반사층 (190) 을 더 포함하는, 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100).
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항 이상에 있어서,
    상기 광 변환층 (120) 은 제 1 및 제 2 서브 컬러 영역들 (200) 을 포함하고, 여기서 적어도 제 1 서브 컬러 영역은 그것이 광원에 의해 조명되는 경우에 상기 제 2 서브 컬러 영역들보다 더 긴 피크 파장을 갖는 광을 방출하는, 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100).
  14. 광학 디바이스에서의, 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 의 사용.
  15. 광학 디바이스 (120) 로서,
    적어도 하나의 광원 (110), 및 광 변환층 (120) 을 포함하는 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 를 포함하고,
    상기 광 변환층 (120) 은 상기 광원 (110) 으로부터의 광의 광 파장을 더 긴 광 파장으로 변환할 수 있는 광 변환 재료 (130), 및 가시광을 흡수할 수 있는 착색제 (140) 를 포함하고,
    상기 착색제 (140) 는 염료, 안료 및 이들 중 임의의 것의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되며,
    상기 전기 광학 스위칭 엘리먼트 (100) 는 복수의 광 산란 입자들 (150) 을 포함하는, 광학 디바이스 (120).
KR1020177024577A 2015-02-04 2016-01-20 전기 광학 스위칭 엘리먼트 및 디스플레이 디바이스 KR102451208B1 (ko)

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