반사형 콜레스테릭 칼라필터의 시야각에 따른 광특성 향상에 관한 연구 Improvement of Optical Characteristics in Viewing Directions in a Reflective Cholesteric Liquid Crystal Color Filter원문보기
콜레스테릭 액정모노머를 이용하여 액정표시장치용 선택반사 칼라필터 원형을 개발하였다. 콜레스테릭 액정은 특정한 기판처리 조건에서 나선(helical twist) 구조를 갖는 액정으로서 피치와 비슷한 크기의 입사 파장을 반사시키는 독특한 선택반사의 광특성을 갖는다. 실험결과 R, G, B의 파장영역을 반사시키는 반구형으로 패턴된 콜레스테릭 반사 필름을 개발하여 그 반사파장의 피크 값을 살펴본 바, 시야각 방향 변화에 따라 적색, 녹색필름은 단파장쪽으로 반사파장 피크가 이동하였으며 청색의 경우 별다른 변화가 없었다. 포토리소그래피를 이용하여 포토레지스트(Photo-resist)를 thermal reflow방식으로 마이크로미터 크기의 반구형의 주기적인 패턴을 얻을 수 있었으며 그 위에 형성된 적색, 녹색, 청색의 필름은 패턴이 없는 경우에 비하여 시야각에 따른 반사파장의 변화가 적음을 육안을 통하여, 그리고 Lab좌표를 통해서 각각 정량적으로 확인할 수 있었다.
콜레스테릭 액정모노머를 이용하여 액정표시장치용 선택반사 칼라필터 원형을 개발하였다. 콜레스테릭 액정은 특정한 기판처리 조건에서 나선(helical twist) 구조를 갖는 액정으로서 피치와 비슷한 크기의 입사 파장을 반사시키는 독특한 선택반사의 광특성을 갖는다. 실험결과 R, G, B의 파장영역을 반사시키는 반구형으로 패턴된 콜레스테릭 반사 필름을 개발하여 그 반사파장의 피크 값을 살펴본 바, 시야각 방향 변화에 따라 적색, 녹색필름은 단파장쪽으로 반사파장 피크가 이동하였으며 청색의 경우 별다른 변화가 없었다. 포토리소그래피를 이용하여 포토레지스트(Photo-resist)를 thermal reflow방식으로 마이크로미터 크기의 반구형의 주기적인 패턴을 얻을 수 있었으며 그 위에 형성된 적색, 녹색, 청색의 필름은 패턴이 없는 경우에 비하여 시야각에 따른 반사파장의 변화가 적음을 육안을 통하여, 그리고 Lab좌표를 통해서 각각 정량적으로 확인할 수 있었다.
The prototype of color fitters for the liquid crystal displays (LCD) using cholesteric liquid crystal monomers was produced. Cholesteric liquid crystal is characterized by the unique optical features of selective reflection, which is due to the helical twisting structures of LCs comparable to the wa...
The prototype of color fitters for the liquid crystal displays (LCD) using cholesteric liquid crystal monomers was produced. Cholesteric liquid crystal is characterized by the unique optical features of selective reflection, which is due to the helical twisting structures of LCs comparable to the wavelength of the incident light under certain conditions of substrate treatment. In the results of the experiment, cholesteric films for red, green, and blue light reflections respectively were produced and the viewing angle dependence of these films were investigated. Reflective light of red and green films shifted to shorter wavelength regions as viewing angle becomes greater, but blue one shifted very little. Periodic micrometer-sized half-spherical photoresist formed by thermal reflow method after photo-lithography was patterned on glass substrates. The viewing angle dependence of reflective light colors of red, green, and blue films on the patterned substrates compared with those on no patterned substrates was investigated. We could confirm the dependences were much smaller on the patterned substrates by bare eyes and Lab-color coordination methods qualitatively.
The prototype of color fitters for the liquid crystal displays (LCD) using cholesteric liquid crystal monomers was produced. Cholesteric liquid crystal is characterized by the unique optical features of selective reflection, which is due to the helical twisting structures of LCs comparable to the wavelength of the incident light under certain conditions of substrate treatment. In the results of the experiment, cholesteric films for red, green, and blue light reflections respectively were produced and the viewing angle dependence of these films were investigated. Reflective light of red and green films shifted to shorter wavelength regions as viewing angle becomes greater, but blue one shifted very little. Periodic micrometer-sized half-spherical photoresist formed by thermal reflow method after photo-lithography was patterned on glass substrates. The viewing angle dependence of reflective light colors of red, green, and blue films on the patterned substrates compared with those on no patterned substrates was investigated. We could confirm the dependences were much smaller on the patterned substrates by bare eyes and Lab-color coordination methods qualitatively.
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문제 정의
본 논문에서는 종래 선택 반사 칼라필터가 갖고 있는 시야각에 따른 색이동의 문제를 해결하는 방안에 대해 연구하였다. 해결 방안으로 반구형상으로 패턴된 기판 위에 CLC 칼라필터를 제작하였고 그에 따른 특성들을 분석하였다.
본 논문에서는 종래 선택반사 칼라필터가 가지고 있는 고질적인 문제점인 시야각에 따른 색좌표 이동의 문제를 다중 도메인 개념의 방식으로 접근하여 해결하는 방식을 연구하였다.
제안 방법
684인 액정위상 지연 필름이 제작된다. RMS03-001의 가시적 특성은 무색의 솔루션으로 존재한다H 마지막으로 UV 노광을 통해서 CLC 필름을 경화시키기 위해 Nanotek사의 StabiLight UV 노광기를 사용하였다. CLC 필름을 경화시키기 위해서는 질소분위기에서 350 W의 강도로 90~120초, 노광시키면 본 연구를 위한 반사형 CLC 칼라필터가 완성된다.
그런 다음 열경화시킨 후 수평 배향막을 러빙하였다 러빙 후 reactive mesogen (RM) 과 chiral dopant의 혼합물은 수평배향막이 있는 PR 패턴 위에 코팅된 후 solvent를 제거하고 배향성을 주었다. RM과 chiral dopant의 혼합물인 CLC가 UV에 경화가 가능하면서 적색 (R), 녹색(G), 청색(B)의 삼색을 반사시킬 수 있도록 하기 위해 RMS03- 001 (Merck) 과 chiral dopant가 특정 비율로 혼합된 물질을 사용하였다 구체적으로는 B는 RM 무게의 14%, G는 10%, Re 8.5%의 chiral dopant를 첨가하여 제조하였다. RMS03-001의 성분은 propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA)에 RMs을 희석한 것으로 일반적으로 3-5% 가량의 광개시제가 들어가 있어 UV에 노출되면 광경화가 일어난다.
반사형 CLC 칼라필터의 제조 반구형상의 입체적인 패턴을 이용한 반사형 CLC 칼라필터의 특성을 연구하기 위해서, 먼저 포토리소그래피를 이용하여 반구형의 패턴을 제작하였다. Positive PR이 패턴을 위해서 사용되었으며 Figure 2는 반구형상으로 제작된 PR 패턴을 보여주고 있다.
실험 방법. 본 연구에서는 CLC 칼라필터 제작시 액정 모노머의 배열을 다중도메인의 형태로 형성하여 정면에서의 색특성이 경사 시야각 방향에서도 유지될 수 있도록 하였다. 이를 위하여 본 실험에서는 포토 리소그래피를 이용하여 thermal reflow 방식으로 포토레지스트(photoresist : PR)를 픽셀크기의 반구형의 규칙적인 패턴을 구현하였다.
본 연구에서는 CLC 칼라필터 제작시 액정 모노머의 배열을 다중도메인의 형태로 형성하여 정면에서의 색특성이 경사 시야각 방향에서도 유지될 수 있도록 하였다. 이를 위하여 본 실험에서는 포토 리소그래피를 이용하여 thermal reflow 방식으로 포토레지스트(photoresist : PR)를 픽셀크기의 반구형의 규칙적인 패턴을 구현하였다. 이리하여 반구형상 위에서 모든 입사파의 입사각이 동일하도록 조절하였다.
CLC 필름을 경화시키기 위해서는 질소분위기에서 350 W의 강도로 90~120초, 노광시키면 본 연구를 위한 반사형 CLC 칼라필터가 완성된다. 이와 같은 순서로 적색, 녹색, 청색을 반사하는 CLC 칼라필터를 제작하고 그 특성을 패턴이 사용되지 않은 경우와 비교 분석하였다 제작된 반구의 크기는 30-50 pm 크기로 제작되었으며, 볼록 렌즈가 가지는 특성인 초점에 따라서 빛이 모이는 정도가 달라지는 것을 광학현미경으로 관측하였다. 이것으로 제작된 PR 패턴이 반구형상을 띠는 것을 간접적으로 판단할 수 있었다.
색이동의 문제를 해결하는 방안에 대해 연구하였다. 해결 방안으로 반구형상으로 패턴된 기판 위에 CLC 칼라필터를 제작하였고 그에 따른 특성들을 분석하였다. 분석결과 반구형 패턴이 형성된 고분자막 위에 제작된 CLC 칼라필터가 패턴이 형성되지 않은 CLC 칼라필터에 비해 시야각 방향>]]서 색변화가 더 작은 것을 Lab 좌표계를 통해 알 수 있다.
이론/모형
앞 절에서 언급한 바와 같이 패턴의 사용 유무에 따라서 확연하게 시이각에 따라 반사되는 파장의 변화 정도가 육안으로 관찰되었으며, 이를 정량화하기 위해 CE-Lab17 색좌표를 측정하였다. CIE- Lab 색좌표란 우리 눈으로 느끼는 색의 감각을 색의 보색관계와 휘도를 통해 시스템화시킨 것으로 1976년 CIE가 개발하였다.
성능/효과
녹색 샘플에서도 a, b는 각각 정면에서 패턴이 없는 경우와 있는 경우의 관측사진이고, c, d는 정면에서 35° 벗어난 시이각에서 관측한 사진이다. 관측된 결과에 의하면 적색 샘플과 비슷한 경향으로 동일한 시이각에서 패턴이 없는 경우가 먼저 청색에 가깝게 색이 변화하는 것을 확인하였다. 청색 샘플에서도 a, b는 각각 정면에서 패턴이 없는 경우와 있는 경우의 관측사진이고, c, d는 정면에서 40° 벗어난 시야각에서 관측한 사진이다.
분석결과 반구형 패턴이 형성된 고분자막 위에 제작된 CLC 칼라필터가 패턴이 형성되지 않은 CLC 칼라필터에 비해 시야각 방향>]]서 색변화가 더 작은 것을 Lab 좌표계를 통해 알 수 있다. 따라서 기존의 CLC 칼라필터를 사용한 반사형 LCD의 문제점이었던 시야각 방향에서의 색변화를 본 연구에서 개발한 CLC 칼라필터를 사용함으로써 어느 정도 해결이 가능하다고 본다.
Figure 4(b)의 b, d 부분과 비교해보면 색이 매치되는 것을 볼 수 있다. 청색의 시뮬레이션 데이터의 파장을 살펴보면 정면에서의 파장은 470 nm이고 40° 시야각에서의 파장은 450 nm로이를 색으로 표현하면 청색에서 청색으로 색차이가 크게 나지 않는 것을 확인할 수 있었다. 이를 Figure 4(c) 의 b, d 부분과 비교해보면 색이 매치되는 것을 볼 수 있다.
후속연구
광원 휘도의 증가는 소비전력를 크게 증가시켜 휴대용 디스플레이로의 적용은 어렵다. 결과적으로 휴대용 디스플레이에서 종래의 칼러필터를 사용시 흡수로 인한 광효율이 저하되어 화면의 밝기에 문제점을 가져오기 때문에 이에 대한 개선이 요구된다. 개선책으로 콜레스테릭 액정 (cholesteric liquid crystal : CLC) 고분자를 이용한 반사형 칼라필터가 최근에 많이 개발되어 보고되고 있다.
참고문헌 (17)
S. H. Lee, S. H. Hong, J. M. Kim, H. Y. Kim, and J. Y. Lee, J. SID, 9/3,155 (2001)
A. Hochbaum, Y. Jiang, W. Niu, and S. Faris, Froc. of the 6th International Display Workshops, p. 379 (1999)
P. van de Witte and J. Lub, EP 1053493 (2000)
J. Lub, P. van de Witte, C. Doornkamp, J. Vogels, and R. Wegh, Adv. Mater., 15, 1420 (2003)
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