JP2014506685A - 重合体が分散された反射偏光子 - Google Patents
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Abstract
本発明の反射偏光子は、基材内部のポリマーが板状形を有するので、従来の複屈折性ポリマーを含む反射偏光子に比べて、同面積対比非常に少ない複屈折性ポリマーを含む場合でも、非常に優れた光学物性を達成できるだけでなく、様々な光学的厚さを有する板状形ポリマーを有し得るので、可視光線全体領域をカバーするのに非常に有利である。また、スキン層が溶融状態でコア層の少なくとも一面に形成されるので、別途の接着工程を必要としない。これにより、製造原価を顕著に低減できるだけでなく、限定された厚さで光学物性を極大化させるのに非常に有利である。
Description
本発明は、重合体が分散された反射偏光子に関し、より詳しくは、基材内部に重合体の個数を少なく配置しても光変調効果を極大化し得る重合体が分散された反射偏光子に関するものである。
平板ディスプレイ技術は、TV分野で既に市場を確保した液晶ディスプレイ(LCD)、プロジェクションディスプレイ及びプラズマディスプレイ(PDP)が主流をなしており、また、電界放出ディスプレイ(FED)と電界発光ディスプレイ(ELD)等が関連技術の向上とともに各特性に伴う分野を占有すると期待されている。液晶ディスプレイは、現在、ノートブック、パソコンモニター、液晶TV、自動車、航空機など使用範囲が拡大されつつあり、平板市場の約80%を占めている。世界的にLCDの需要が急増していることから、現在まで好況を享受している。
従来の液晶ディスプレイは、一対の吸光性光学フィルム間に、液晶及び電極マトリックスを配置する。液晶ディスプレイにおいて、液晶部分は2電極に電圧を印加することによって生成される電場に応じて液晶部分を動かしており、これにより、変更される光学特性を有している。このような処理は、情報を載せた‘ピクセル’を特定方向の偏光を利用して映像を表示する。このような理由から、液晶ディスプレイは偏光を誘導する前面光学フィルム及び背面光学フィルムを含む。
このような液晶ディスプレイで使用される光学フィルムは、バックライトから発射される光の利用効率が必ずしも高いとは言えない。これは、バックライトから発射される光中の50%以上が背面側光学フィルム(吸収性偏光フィルム)により吸収されるからである。従って、液晶ディスプレイでバックライト光の利用効率を高めるために、光キャビティと液晶アセンブリーと間に反射偏光子を設ける。
図1は、従来の反射偏光子の光学原理を示す図である。具体的に、光キャビティから液晶アセンブリーへ向かう光中のP偏光は、反射偏光子を通過して液晶アセンブリーに伝達され、S偏光は反射偏光子より光キャビティへ反射された後、光キャビティの拡散反射面で光の偏光方向が無作為化された状態で反射され、再び反射偏光子に伝達され、結局にはS偏光が液晶アセンブリーの偏光子を通過できるP偏光に変換され、反射偏光子を通過した後、液晶アセンブリーに伝達される。
上記反射偏光子の入射光に対するS偏光の選択的反射とP偏光の透過作用は、異方性屈折率を有する平板状の光学層と、等方性屈折率を有する平板状の光学層が交互積層された状態で、各光学層間の屈折率差と積層された光学層の延伸処理に伴う各光学層の光学的厚さ設定及び光学層の屈折率変化によって行われる。
即ち、反射偏光子に入射される光は、各光学層を通過しながらS偏光の反射とP偏光の透過作用を繰り返し、結局には入射偏光中のP偏光だけが液晶アセンブリーに伝達される。一方、反射されたS偏光は、上述するように、光キャビティの拡散反射面で偏光状態が無作為化状態で反射され、再び反射偏光子に伝達される。これにより、光源から発生された光の損失と共に電力浪費を低減することができた。
しかし、このような従来の反射偏光子は、屈折率の異なる平板状の等方性光学層と異方性光学層とが交互積層され、これを延伸処理して、入射偏光の選択的反射及び透過に最適化できる各光学層間の光学的厚さ及び屈折率を有するように作製されるため、反射偏光子の作製工程が複雑であるという問題点があった。特に、反射偏光子の各光学層が平板構造を有しているため、入射偏光の広範囲な入射角範囲に対応してP偏光とS偏光を分離しなければならなく、光学層の積層数が過度に増加して、生産費が大幅に増加する問題があった。また、光学層の積層数が過度に形成される構造から、光損失による光学的性能低下の問題があった。また、従来のポリカーボネート材質のスキン層をPEN/coPENが交互積層されたコア層と共押出を通じて一体化する場合、相溶性部材によって剥離が生じることがあり、約15%の結晶化度によって延伸工程遂行時、延伸軸に対する複屈折発生危険性が高い。これにより、無延伸工程のポリカーボネートシートを適用するために、コア層とスキン層と間に接着層を形成せざるを得なかった。その結果、接着層工程の追加によって、外部異物及び工程不具合による収率減少が現れ、通常的にスキン層のポリカーボネート無延伸シートを生産するときには、巻取工程による不均一のせん断圧力による複屈折発生が生じてしまい、これを補完するためのポリマー分子構造変形及び押出ラインの速度制御などの別途の制御が求められ、生産性低下の要因となった。
これに、基材内部に長手方向に延伸された複屈折性ポリマーを配列して、反射偏光子の機能を達成できる技術的思想が提案された。図2は、棒状ポリマーを含む反射偏光子20の斜視図であり、基材21内部に長手方向に延伸された複屈折性ポリマー22が一方向に配列されている。これにより、基材21と複屈折性ポリマー22と間の複屈折性界面によって光変調効果が誘発され、反射偏光子の機能を遂行できるようになる。しかし、上述した交互積層された反射偏光子に比べて、光変調効率が大きく落ちる問題が発生しており、交互積層された反射偏光子と似た透過率及び反射率を有するためには、基材内部に過度に多くの数の複屈折性ポリマー22を配置しなければならない問題があった。具体的に、反射偏光子の垂直断面に対して、横32インチ表示パネルを製造する場合、横1580mm、高さ(厚さ)400μm以下の基材21内部に上述した積層型反射偏光子と類似の光学物性を有するためには、上記長手方向の断面直径が0.1〜0.3μmで円形または楕円形の複屈折性ポリマー22が最小1億個以上含まれなければならなく、この場合、生産コストが過度に上昇するだけでなく、設備が過度に複雑になり、また、これらを生産する紡糸口金を作製すること自体がほとんど不可能であることから、商用化され難い問題があった。
これを克服するために、基材内部に複屈折性海島糸を含む技術的思想が提案された。図3は、基材内部に含まれる複屈折性海島糸の断面図であり、上記複屈折性海島糸は、内部の島部分と海部分の光変調界面で光変調効果を発揮できるので、上述した複屈折性ポリマーのような非常に多くの数の海島糸を配置しなくても、光学物性を達成することができる。しかし、複屈折性海島糸は、繊維であるため、ポリマーである基材との相溶性、取扱容易性、密着性の問題が発生した。さらに、円状構造によって光散乱が誘導され、可視光線領域の光波長に対する反射偏光効率が低下され、既存製品に比べて偏光特性が低下され、輝度向上に限界があった。また、海島糸の場合、島同士の接合現象を低減しながら海成分領域が細分化されるので、孔隙発生によって光漏れ、即ち、光損失現象による光特性低下要因が発生された。また、織物形態への組織構成によってレイヤー構成の限界で、反射及び偏光特性向上に限界があった。
本発明は、上述した問題を解決するためのものであり、本発明の第1の課題は、従来の複屈折性ポリマーを含む反射偏光子に比べて基材内部に非常に少ない数の複屈折性ポリマーを含む場合でも、非常に優れた光学物性を有する反射偏光子を提供することにある。
本発明の第2の課題は、コア層とスキン層と間に別途の接着層を形成せず、一体的に形成することができる反射偏光子を提供することにある。
本発明の第2の課題は、コア層とスキン層と間に別途の接着層を形成せず、一体的に形成することができる反射偏光子を提供することにある。
上述した課題を解決するための本発明の反射偏光子は、外部より照射される第1偏光を透過し、第2偏光を反射させるために、基材内部に分散された複数の分散相(dispersed phases)を含み、上記複数の分散相は、上記基材と少なくとも一つの軸方向で屈折率が相違し、上記複数の分散相と基材と間に光変調界面が形成され、偏光子の垂直断面に対して、長軸長さに対する短軸長さの比である縦横比が1/1000以下である分散相を含む。
本発明の好ましい一実施例によれば、上記第1偏光は縦波であり、上記第2偏光は横波であってもよい。
本発明の好ましい一実施例によれば、上記基材は少なくとも一つの軸方向に延伸してもよい。
本発明の好ましい一実施例によれば、上記基材の少なくとも一面にスキン層が一体的に形成されてもよく、この場合、上記基材とスキン層と間に接着層が形成されなくてもよい。
本発明の好ましい他の1実施例によれば、上記基材は、ポリエチレンナフタレート(PEN)、コ−ポリエチレンナフタレート(co−PEN)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリカーボネート(PC)合金、ポリスチレン(PS)、耐熱ポリスチレン(PS)、ポリメチルメタアクリレート(PMMA)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリウレタン(PU)、ポリイミド(PI)、ポリ塩化ビニル(PVC)、スチレンアクリロニトリル混合(SAN)、エチレン酢酸ビニル(EVA)、ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、フェノール、エポキシ(EP)、尿素(UF)、メラニン(MF)、不飽和ポリエステル(UP)、シリコン(SI)、エラストマー及びシクロオレフィンポリマーから選択された少なくとも1つであってもよいが、これらに制限されない。
本発明の好ましいさらに別の一実施例によれば、上記分散相は重合体であってもよく、この場合、上記重合体は、ポリエチレンナフタレート(PEN)、コ−ポリエチレンナフタレート(co−PEN)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリカーボネート(PC)合金、ポリスチレン(PS)、耐熱ポリスチレン(PS)、ポリメチルメタアクリレート(PMMA)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリウレタン(PU)、ポリイミド(PI)、ポリ塩化ビニル(PVC)、スチレンアクリロニトリル混合(SAN)、エチレン酢酸ビニル(EVA)、ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、フェノール、エポキシ(EP)、尿素(UF)、メラニン(MF)、不飽和ポリエステル(UP)、シリコン(SI)、エラストマー及びシクロオレフィンポリマーから選択された少なくとも1つであってもよいが、これらに制限されない。
本発明の好ましいさらに別の一実施例によれば、上記基材と分散相の屈折率の差は、延伸された軸方向の屈折率の差が他の軸方向の屈折率の差より大きくてもよい。
本発明の好ましいさらに別の一実施例によれば、上記基材と分散相の屈折率は2個の軸方向に対する屈折率の差が0.05以下であり、残りの1個の軸方向に対する屈折率の差が0.1以上であってもよい。
本発明の好ましいさらに別の一実施例によれば、上記基材は少なくとも一つの軸方向に延伸されたものであってもよい。
本発明の好ましいさらに別の一実施例によれば、上記分散相の長手方向に延伸されたものであってもよい。
本発明の好ましいさらに別の一実施例によれば、上記分散相の光学的厚さは所望の光波長(λ)の1/3〜1/5であってもよい。
本発明の好ましいさらに別の一実施例によれば、上記分散相は分散相の長手方向の垂直断面に対して、複数個の離隔されたレイヤーを形成してもよい。
本発明の好ましいさらに別の一実施例によれば、上記離隔されたレイヤーの個数は、50個以上、好ましくは100個以上、より好ましくは150個以上、さらに好ましくは200個以上、更に一層好ましくは400個以上、最も好ましくは600個以上である。
本発明の好ましいさらに別の一実施例によれば、上記レイヤー中のN+1位のレイヤーを形成する分散相とN位のレイヤーを形成する分散相は、ジグザグで配列されてもよい。
本発明の好ましいさらに別の一実施例によれば、一つのレイヤーを形成する分散相の個数は30〜1000個であってもよく、上記レイヤー間の層間隔は0.001〜1.0μmであってもよい。
本発明の好ましいさらに別の一実施例によれば、上記縦横比は、1/2000以下、1/3000以下、1/5000以下、1/10000以下、1/20000以下、1/30000以下、1/50000以下または1/700000以下である。
本発明の好ましいさらに別の一実施例によれば、上記分散相の垂直断面の短軸長さは0.01〜1.0μmであってもよい。
本発明の好ましいさらに別の一実施例によれば、上記複数の分散相中の上記縦横比を満たす分散相が50%以上、60%以上、70%以上、80%以上であってもよい。
本発明の好ましいさらに別の一実施例によれば、上記反射偏光子の垂直断面に対して、横1580mmであり、高さ400μm以下の基材内部に、上記分散相が100万個以下含まれてもよく、より好ましくは50万個以下、最も好ましくは30万個以下含まれてもよく、この場合、上記反射偏光子の透過軸方向の透過率が80%以上であり、反射軸方向の透過率が12%以下であるか、より好ましくは上記反射偏光子の透過軸方向の透過率が83%以上であり、反射軸方向の透過率が10%以下であってもよく、最も好ましくは透過軸透過率が85%以上であり、反射軸透過率が7%以下であってもよい。
本発明の好ましいさらに別の一実施例によれば、相違するレイヤーを形成する隣接した分散相等の平均距離(d2)より、同じレイヤーを形成する隣接した分散相等の平均距離(d1)が小さくてもよい。
本発明の好ましいさらに別の一実施例によれば、上述した本発明の反射偏光子を含む液晶表示装置を提供し、上記液晶表示装置は、上記反射偏光子で変調された光を、再び反射偏光子に反射する反射手段を更に含んでいてもよい。
以下、本明細書で使われた用語に対して簡略に説明する。
‘重合体が複屈折性を有する’とは、方向に応じて屈折率の異なる繊維に光を照射する場合、重合体に入射した光が方向の異なる二つの光以上に屈折するという意味である。
‘等方性'とは、光が物体を通過する時、方向に関係なく屈折率が一定であることを意味する。
‘異方性'とは、光の方向に応じて物体の光学的性質が有するものであり、異方性物体は複屈折性を有し、等方性に対応される。
‘光変調'とは、照射された光が反射、屈折、散乱するか、光の強度、波動の周期または光の性質が変化することを意味する。
‘縦横比'とは、延伸体の長手方向の垂直断面に対して、長軸長さに対する短軸長さの比を意味する。
本発明の反射偏光子は基材内部のポリマーが板状形を有するので、従来の複屈折性ポリマーを含む反射偏光子に比べて同じ面積対比非常に少ない数の複屈折性ポリマーを含む場合でも、非常に優れた光学物性を達成できるだけでなく、様々な光学的厚さを有する板状形ポリマーを有することができるので、可視光線全体領域をカバーするのに非常に有利である。
また、スキン層が溶融状態でコア層の少なくとも一面に形成されるので、別途の接着工程を必要としない。これにより、製造原価を顕著に低減できるだけでなく、限定された厚さで光学物性を極大化させるのに非常に有利である。
以下、本発明を添付された図面を参照してより詳細に説明する。
上述するように従来の基材内部に複屈折性ポリマーを含む反射偏光子は、積層型反射偏光子に比べて光学物性が顕著に低く、これを改善するために過度に多くの複屈折性ポリマーを基材内部に配置しなければならない問題があった。さらに、コア層とスキン層を別途に作製し、これを接着層を介して接合し、費用が顕著に増加するだけでなく、コア層の厚さが薄くなり、光学物性が低下し、不良率が顕著に増加する問題があった。
上述するように従来の基材内部に複屈折性ポリマーを含む反射偏光子は、積層型反射偏光子に比べて光学物性が顕著に低く、これを改善するために過度に多くの複屈折性ポリマーを基材内部に配置しなければならない問題があった。さらに、コア層とスキン層を別途に作製し、これを接着層を介して接合し、費用が顕著に増加するだけでなく、コア層の厚さが薄くなり、光学物性が低下し、不良率が顕著に増加する問題があった。
そこで、本発明では、外部より照射される第1偏光を透過し、第2偏光を反射させるために、上記コア層は基材内部に分散された複数個の分散相(好ましくは複数の重合体)を含み、上記複数の重合体は、上記基材と少なくとも一つの軸方向で屈折率が相違し、上記複数の重合体と基材と間に光変調界面が形成され、偏光子の垂直断面に対して、長軸長さに対する短軸長さの比である縦横比が1/1000以下の重合体を含む反射偏光子を開発して、上述した問題の解決を模索した。また、基材(コア層)の少なくとも一面にスキン層が形成され、コア層とスキン層は一体的に形成され、接着層を含まない。
具体的に、図4は、本発明の好ましい一実施例に係る反射偏光子の断面図であり、コア層180の両面にスキン層181、182が形成され、上記コア層180の内部に重合体183、184、185、186が分散される。この時、上記分散された複数個の重合体183、184、185、186は、重合体の長手方向の垂直断面に対して、長軸長さに対する短軸長さの比である縦横比が1/1000以下の板状形であってもよく、上記重合体は、所望の光(S波)の波長領域を反射させるために適切な光学的厚さを有し、適切な範囲内の厚さ偏差を有してもよい。
ここで、光学的厚さ(optical thickness)は、n(屈折率)×d(物理的厚さ)を意味する。一方、光の波長と光学的厚さは下記数式1によって定義される。
(式中、λは光の波長(nm)、nは屈折率、dは物理的厚さ(nm)である。)
従って、重合体等の平均光学的厚さが150nmのとき、上記数式1により、400nm波長の横波(S波)を反射することができる。この場合、厚さ偏差が30%のとき、約420〜780nm波長帯域をカバーすることができる。また、第1成分である板状重合体が光学的複屈折性を有する場合、P波は透過し、S波は反射しなければならいので、光が通過する厚さ方向(z軸屈折率)に対して、屈折率(n)を設定して、平均光学的厚さを算定可能である。従って、好ましくは重合体等の光学的厚さは所望の光波長(λ)の1/3〜1/5である。
(式中、λは光の波長(nm)、nは屈折率、dは物理的厚さ(nm)である。)
従って、重合体等の平均光学的厚さが150nmのとき、上記数式1により、400nm波長の横波(S波)を反射することができる。この場合、厚さ偏差が30%のとき、約420〜780nm波長帯域をカバーすることができる。また、第1成分である板状重合体が光学的複屈折性を有する場合、P波は透過し、S波は反射しなければならいので、光が通過する厚さ方向(z軸屈折率)に対して、屈折率(n)を設定して、平均光学的厚さを算定可能である。従って、好ましくは重合体等の光学的厚さは所望の光波長(λ)の1/3〜1/5である。
一方、コア層内部に分散された板状重合体は、互いに離隔空間を有しながら複数のレイヤーを形成する。この場合、一グループの内部で板状重合体が形成するレイヤーの個数は100個以上であり、好ましくは150個以上、より好ましくは、200個以上、さらに好ましくは400個以上、最も好ましくは600個以上である。また、光変調効果を極大化するために、図15と同様に上記隣接したレイヤーを形成する重合体はジグザグで配置される。
一方、光変調効果を向上させるためには、相違するレイヤーを形成する隣接した重合体の平均距離(d2)より、同じレイヤーを形成する隣接した重合体の平均距離(d1)が小さくてもよい。これにより、同じレイヤーを形成する重合体間の距離を最小化し、光漏れ現象を低減し、光変調効果の極大化を図ることができる。
本発明の好ましい一具現例によれば、本発明はコア層のみで形成されるか、またはコア層とスキン層とが一体的に形成される。その結果、接着層による光学物性の低下を防止できるだけでなく、限定された厚さにより多い層を付加でき、光学物性を顕著に改善させることができる。さらに、スキン層はコア層と同時に製造された後、延伸工程が行われるので、従来のコア層延伸後、未延伸スキン層との接着とは違って、本発明のスキン層は少なくとも一つの軸方向に延伸できる。これにより、未延伸スキン層に比べて表面硬度が向上され、耐スクラッチ性が改善され、耐熱性が向上される。
図5は、本発明の好ましい他の仕事実施例に係る反射偏光子の断面図である。これを上記図4との差異点を中心に説明すれば、コア層内部に平均光学的厚さが異なる重合体がランダムまたはグループを備えて整列される。これにより、様々な光波長帯域をカバーできるので、可視光線前領域のS波を反射することができる。このような構造は、後述する海島型押出口金内部の島成分供給路の直径または断面積を異なるように調節する方法などを通して達成できる。
図6は、本発明の好ましい一実施例に係る反射偏光子の斜視図であり、第2重合体210内部に、複数個の重合体211が長手方向に延伸されており、断面の形状は板状である。第2重合体210の両面にスキン層212、213が形成される。この場合、上記板状重合体211はそれぞれ様々な方向に延伸できるが、好ましくはある一方向に平行して延伸されるのが有利であり、より好ましくは、外部光源より照射される光に垂直する方向に延伸体間に平行に延伸されるのが光変調効果の極大化に効果的である。
本発明の好ましい一具現例によれば、重合体の長手方向の垂直断面の形状が長軸長さに対する短軸長さの縦横比が1/1000以下である。図7は、本発明に用いられる板状重合体の長手方向の垂直断面であり、長軸長さをaとし、短軸長さをbとした時、長軸長さaと短軸長さbの相対的な長さの比(縦横比)が1/1000以下にしなければならない。言い換えれば、長軸長さaが1000のとき、短軸長さbはその1/1000の1より小さいか、同じなければならない。もし、長軸長さに対する短軸長さの比価1/1000より大きい場合には、目的とする光学物性を達成することが困難になる問題がある。上記縦横比は、上述した製造工程中の第1成分の展延誘導及び延伸を介して適切に調節できる。一方、本発明全体の図面で長軸長さに対する短軸長さの比価1/1000より大きな割合のように重合体の断面が示されているが、これは理解を助けるために図面で表現する方法の問題であって実際には示された重合体に比べて長軸方向はさらに長く、短軸方向はさらに短い。
より詳しくは、反射偏光子の垂直断面に対して、幅1580mm、高さ400μmのディスプレイ32インチの場合、従来の反射偏光子は、複屈折性ポリマーを1億個以上含まなければ所望の光学物性を達成することができなかった。これに比べて、本発明の反射偏光子は、上記板状重合体が100万個以下含まれる場合にも、反射偏光子の透過軸方向の透過率が90%以上で、反射軸方向の透過率が30%以下の光学物性を達成することができ、より好ましくは透過軸方向の透過率が87%以上で、反射軸方向の透過率が10%以下の光学物性を達成することができ、最も好ましくは透過軸透過率が85%以上で、反射軸透過率が7%以下である。この場合、好ましくは本発明の反射偏光子は、上記板状重合体が50万個以下含まれ、最も好ましくは上記板状重合体が30万個以下含まれればよい。これのために本発明の好ましい一具現例によれば、上記重合体の長軸長さに対する短軸長さの比が、好ましくは1/1000以下、より好ましくは1/1500以下、より好ましくは、1/2000以下、より好ましくは、1/3000以下、より好ましくは、1/5000以下、より好ましくは、1/10000以下または1/20000以下、より好ましくは、1/30000以下、より好ましくは、1/50000以下、最も好ましくは1/70000〜1/200000である。
結果として、長軸長さに対する短軸長さの比が小さいほど基材内部により少ない数の板状重合体を含んでいても、所望の光学物性を達成することができる。
板状重合体の縦横比が非常に小さい場合、同一レイヤーを形成する板状重合体間に離隔空間が極めて小さくなることがある。しかし、本発明の反射偏光子は同一レイヤーを形成する板状重合体間には、必ず、少なくとも一つ以上の離隔空間が存在しなければならない。
一方、上述した光学物性を達成するために、本発明の好ましい一具現例によれば、上記反射偏光子は、基材内部に含まれた全板状重合体中の上述した縦横比条件を満たす複数個の板状重合体を50%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは、80%以上、最も好ましくは90%以上含む。
本発明の好ましい一具現例によれば、コア層を形成する板状重合体(第1成分)と基材(第2成分)と間に複屈折界面が形成される。具体的に、基材内部に重合体を含む反射偏光子において、基材と板状重合体と間の空間上のX、Y及びZ軸に沿う屈折率の実質的な一致または不一致の大きさは、その軸に沿って偏光された光線の散乱程度に影響を及ぼす。一般的、散乱能は屈折率不一致の自乗に比例して変化する。従って、特定軸に沿う屈折率の不一致の程度がより大きいほど、その軸に沿って偏光された光線がより強く散乱される。反対に、特定軸に沿う不一致が小さい場合、その軸に沿って偏光された光線はより少ない程度に散乱される。ある軸に沿って基材の屈折率が板状重合体の屈折率と実質的に一致する場合、このような軸に平行した電場で偏光された入射光は、重合体の部分の大きさ、形状及び密度と関係なく散乱されなく、重合体を通過する。また、その軸に沿う屈折率が実質的に一致する場合、光線は実質的に散乱されなく、物体を通して通過する。より具体的に、第1偏光(P波)は、基材と重合体の境界に形成される複屈折界面に影響を受けずに透過されるか、第2偏光(S波)は基材と重合体と間の境界に形成される複屈折性界面に影響を受け、光の変調が生じる。これにより、P波は透過され、S波は光の散乱、反射などの光の変調が生じ、偏光の分離が引き起こされる。
従って、上記基材と板状重合体は、複屈折界面を形成した後にだけ、光変調効果を誘発することができる。上記基材が光学的等方性の場合、板状重合体は複屈折性を有することができる。逆に、上記基材が光学的に複屈折性を有する場合には、重合体は光学的等方性を有することができる。具体的に、上記重合体のx軸方向の屈折率がnX1、y軸方向の屈折率がnY1及びz軸方向の屈折率がnZ1であり、基材の屈折率がnX2、nY2及びnZ2のとき、nX1とnY1間の面内複屈折が発生される。より好ましくは、基材と重合体のX、Y、Z軸屈折率中の少なくとも一つが異なってよい。より好ましくは、延伸軸がX軸の場合、Y軸及びZ軸方向に対する屈折率の差が0.05以下であり、X軸方向に対する屈折率の差が0.1以上である。通常的に屈折率の差が0.05以下のとき、整合と解釈される。
一方、本発明の好ましい一具現例によれば、上記板状重合体の全レイヤーの数は、50〜3000個であってもよく、一つのレイヤーを形成する板状重合体は30〜1、000個であり、各レイヤー間の層間隔は0.001〜1.0μmである。また、一つのレイヤーを形成する隣接した板状重合体間の隔離距離は最大0.001〜1.0μmである。また、上記板状重合体の長手方向の垂直断面の中短軸長さは0.01〜1.0μmであり、上記延伸篩の長手方向の垂直断面の中長軸長さは100〜17、000μmである。一方、上述した本発明の層間隔、レイヤー数、隔離距離、長短軸長さなどは本発明の縦横比及び所望の光波長によって適切に調節できる。
一方、本発明でコア層の厚さは20〜180μmであり、スキン層の厚さは50〜300μmであるが、これに制限されない。
本発明の好ましい一具現例によれば、上記重合体は第3の物質でコートされたか、重合体の内部に他の物質を更に含んでいてもよい。具体的に、図8は、本発明の好ましい一実施例に係る重合体の断面であり、重合体190の内部にフィラー、金属粒子、重合体などの第3の物質191を更に含む。この場合、含まれる第3の物質191は、上記重合体と複屈折界面を形成できるように異なる屈折率を有してもよい。例えば、上記重合体190の光学的性質が複屈折性の場合、第3の物質191は上記重合体190と複屈折界面を形成できるように光学的等方性を有してもよい。また、上記第3の物質191は重合体の長手方向に延伸された延伸体であってもよい。さらに、重合体が第3の物質でコートされる場合にも、重合体の内部に第3の物質を含む場合と同様に、基材及び/又は重合体とコートされた第3の物質の間の複屈折界面に形成できるように第3の物質の屈折率を適切に調節できる。
次に、本発明の重合体が分散された反射偏光子の製造方法を説明する。
まず、工程(1)で、第1成分、第2成分及びスキン層成分をそれぞれ押出部に供給する。上記第1成分は、基材を形成する第2成分の内部に分散されるポリマーであり、一般的なポリマーが分散された反射偏光子で使用されるものであれば、特に制限されない。好ましくは、ポリエチレンナフタレート(PEN)、コ−ポリエチレンナフタレート(co−PEN)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリカーボネート(PC)合金、ポリスチレン(PS)、耐熱ポリスチレン(PS)、ポリメチルメタアクリレート(PMMA)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリウレタン(PU)、ポリイミド(PI)、ポリ塩化ビニル(PVC)、スチレンアクリロニトリル混合(SAN)、エチレン酢酸ビニル(EVA)、ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、フェノール、エポキシ(EP)、尿素(UF)、メラニン(MF)、不飽和ポリエステル(UP)、シリコン(SI)及びシクロオレフィンポリマーが挙げられ、より好ましくはPENでる。
まず、工程(1)で、第1成分、第2成分及びスキン層成分をそれぞれ押出部に供給する。上記第1成分は、基材を形成する第2成分の内部に分散されるポリマーであり、一般的なポリマーが分散された反射偏光子で使用されるものであれば、特に制限されない。好ましくは、ポリエチレンナフタレート(PEN)、コ−ポリエチレンナフタレート(co−PEN)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリカーボネート(PC)合金、ポリスチレン(PS)、耐熱ポリスチレン(PS)、ポリメチルメタアクリレート(PMMA)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリウレタン(PU)、ポリイミド(PI)、ポリ塩化ビニル(PVC)、スチレンアクリロニトリル混合(SAN)、エチレン酢酸ビニル(EVA)、ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、フェノール、エポキシ(EP)、尿素(UF)、メラニン(MF)、不飽和ポリエステル(UP)、シリコン(SI)及びシクロオレフィンポリマーが挙げられ、より好ましくはPENでる。
上記第2成分は、基材を形成するものであり、一般にポリマーが分散された反射偏光子で基材の材質として使用されるものであれば、特に制限しない。好ましくはポリエチレンナフタレート(PEN)、コ−ポリエチレンナフタレート(co−PEN)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリカーボネート(PC)合金、ポリスチレン(PS)、耐熱ポリスチレン(PS)、ポリメチルメタアクリレート(PMMA)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリウレタン(PU)、ポリイミド(PI)、ポリ塩化ビニル(PVC)、スチレンアクリロニトリル混合(SAN)、エチレン酢酸ビニル(EVA)、ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、フェノール、エポキシ(EP)、尿素(UF)、メラニン(MF)、不飽和ポリエステル(UP)、シリコン(SI)及びシクロオレフィンポリマーを単独または混合して使用してもよく、より好ましくはジメチル−2、6−ナフタレンジカルボキシラート、ジメチルテレフタレート及びエチレングリコール、シクロヘキサンジメタノール(CHDM)などの単量体が適切に重合されたco−PENである。
上記スキン層成分は、一般にポリマーが分散された反射偏光子で使用されるものであれば、特に制限しない。好ましくは、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート(PC)、ポリカーボネート(PC)合金、ポリスチレン(PS)、耐熱ポリスチレン(PS)、ポリメチルメタアクリレート(PMMA)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、ポリウレタン(PU)、ポリイミド(PI)、ポリ塩化ビニル(PVC)、スチレンアクリロニトリル混合(SAN)、エチレン酢酸ビニル(EVA)、ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、フェノール、エポキシ(EP)、尿素(UF)、メラニン(MF)、不飽和ポリエステル(UP)、シリコン(SI)及びシクロオレフィンポリマーが挙げられる。上記ポリカーボネート合金は好ましくは、ポリカーボネートと変性グリコールポリシクロへキシレンジメチレンテレフタレート(PCTG)を含む。より好ましくは、ポリカーボネートと変性グリコールポリシクロへキシレンジメチレンテレフタレート(PCTG)が5:95〜95:5の重量比からなるポリカーボネート合金である。一方、本発明のスキン層は、展延及び延伸工程で屈折率変化の少ない材質を使用することが好ましく、より好ましくはポリカーボネートまたはポリカーボネート合金である。
上記第1成分、第2成分及びスキン層成分を個別的に独立された押出部に供給できる。この場合、押出部は3個以上で構成される。また、ポリマーが混ざらないように別途の供給路及び分配区を含む一つの押出部に供給することも、複数個の押出部として解析されるので、本発明の範囲に含まれる。上記押出部は押出機であってもよく、これは固体相の供給されたポリマーを液状に転換するために加熱手段などを更に含んでもよい。
上述した工程(1)は、スキン層を含む反射偏光子の製造方法を示しており、スキン層が含まれない反射偏光子を製造する場合には、スキン層成分及びスキン層成分が投入される押出部を省略することができる。
以後、工程(2)で、第2成分内部に複数個の第1成分が分散された海島型複合類を形成し、上記海島型複合類は所望の波長の横波(S波)を反射するために、上記押出部より移送された第1成分と第2成分を海島型押出口金に投入して、海島型複合類を形成する。
具体的に、図9及び図10は、本発明に用いられる海島型押出口金の口金分配板の結合構造を示した斜視図である。海島型押出口金の上端に位置する第1口金分配板S1は、内部に第1成分供給路50及び第2成分供給路51を含む。これにより、上記押出部を介して移送された第1成分は、第1成分供給路50で投入され、第2成分は第2供給路51に供給できる。このような供給路は、複数個が形成されてもよい。上記第1口金分配板S1を通過したポリマーは、下部に位置する第2口金分配板S2に移送される。第1成分供給路50を介して投入された第1成分が流路に沿って複数個の第1成分供給路52、53に分岐され移送される。また、第2成分供給路51を介して投入された第2成分が流路に沿って複数個の第2成分供給路54、55、56に分岐され移送される。上記第2口金分配板S2を通過したポリマーは、下部に位置する第3口金分配板S3に移送される。第1成分供給路ら52、53を介して投入された第1成分は、それぞれ第3口金分配板S3に形成された第1成分供給路59、60、63、64に流路に沿って分岐され移送される。同様に、第2成分供給路54、55、56を介して投入された第2成分は、それぞれ第3口金分配板S3に形成された第2成分供給路57、58、61、62、65、66に流路に沿って分岐され移送される。第3口金分配板S3を通過したポリマーは、下部に位置する第4口金分配板S4に移送される。第1成分供給路59、60、63、64を介して投入された第1成分は、それぞれ第4口金分配板S4に形成された第1成分供給路69に広く広がって投入され、第2成分供給路57、58、61、62、65、66を介して投入された第2成分は流路に沿って上記第1成分供給路69の上下端に形成された第2成分供給路67、68に投入される。この時、第1成分供給路69の縦方向のレイヤー数(n)により、海島型複合類に含まれる第1成分のレイヤー数が決定される。例えば、縦方向のレイヤー数が50個のとき、第1海島型複合類に含まれる第1成分のレイヤー数は50個となる。上記第4口金分配板S4で島成分レイヤー数は25個以上、より好ましくは50個以上、より好ましくは100個以上、より好ましくは200個以上、より好ましくは、400個以上、最も好ましくは600個以上である。以後、第5口金分配板S5では、分散された第1成分間に第1成分が入り込み、第2成分の内部に第1成分が分散された海島型複合類を形成し、上記海島型複合類は第6口金分配板S6の吐出口70を介して吐出される。一方、上記図9、10は本発明に用いられる海島型口金分配板の例示であり、第2成分内部に第1成分が分散された海島型複合類を製造するために、口金分配板の個数、構造、口金孔の大きさ、形状などを当業者が適切に設計して、使用できる。好ましくは上記島成分供給路の口金孔の直径は0.17〜5mmであるが、これに制限されない。
一方、上記第4口金分配板S4で島成分供給路のレイヤー数が多くなるほど島成分(第1成分)間の島接合現象が発生される。これを防止するために、図11に示されるように、島成分供給路を区画し、その区画路上に海成分供給路71、72を形成し、海成分が島成分間により円滑に入り込むようにすることができる。これにより、島成分供給路のレイヤー数が多くなっても、最終基材内部に含まれる島成分(第1成分)間の島接合現象を最小化することができる。
また、図9で、第4口金分配板の島成分供給路の配列は、図12に示されるように直線形に配置できるが、好ましくは島接合を最小化し、島成分を基材内部により多く分散させるため、図13のように島成分供給路をジグザグタイプで配置できる。図12の島成分供給路のレイヤーの個数(n)により、以降製造された反射偏光子の第1成分の離隔されたレイヤーの個数を決定する。
図14及び15は本発明の好ましい一具現例に係る海島型押出口金における口金の図である。具体的に、海島型反射口金の口金分配板は6個T1〜T6であり、図9の口金分配板とは第4口金分配板T4及び第5口金分配板T5で差がある。これを図9との差を中心に説明すれば、図14の第4口金分配板T4は図11と同様に、第1成分供給路集合部100、101、102間が第2成分供給路を含む流路で区画されている。これにより、第2成分が第1成分間に均一に入り込む。
一方、図14の第4口金分配板T4及び第5口金分配板T5を介して複数個の海島型複合類を形成することも可能である。即ち、第4口金分配板T4の区画された島成分供給路集合部100、101、102を介して別途の海島型複合類を製造し、これを口金内部で3個の海島型複合類を形成した後、再び一つに接合できる。このため、別途の口金分配板の設計及び変更などは当業者に自明なことであり、これは、一体化した複数の海島型押出口金に含まれる。
一方、上記海島型複合類は、それぞれ異なる光の波長領域範囲をカバーするために、第2成分の内部に分散された第1成分の光学的厚さが異なる。このため、同じ海島型押出口金内部に含まれた島成分供給路及び/又は海成分供給路の直径、断面積、形状及び/又はレイヤー個数などが異なる。これにより、最終的に展延及び延伸工程を経て製造される反射偏光子は、内部に形成された板状重合体が様々な光学的厚さを有し、可視光線前領域を含むのに非常に有利である。
より具体的に、光学的厚さ(optical thickness)は、n(屈折率)×d(物理的厚さ)を意味する。従って、海島型押出口金の口金孔の断面積、直径などを異なるように調節することにより、海島型複合類に含まれる第1成分の光学的厚さに偏差が生じ、これにより、製造された反射偏光子は、広い範囲の光の波長領域でS波を反射とP波を透過するようになる。
より具体的に、光の波長と光学的厚さは下記数式2によって定義される。
(式中、λは光の波長(nm)、nは屈折率、dは物理的厚さ(nm)である。)
従って、光学的厚さ(nd)に偏差が発生すれば、目的とする光の波長だけでなく、これを含む光の波長範囲をカバーできるので、全体的に均一な光学物性向上に大きく貢献する。上述した光学的厚さの偏差は、一つの海島型押出口金で島成分供給路の直径、断面積などに偏差を付与することによって達成できる。
(式中、λは光の波長(nm)、nは屈折率、dは物理的厚さ(nm)である。)
従って、光学的厚さ(nd)に偏差が発生すれば、目的とする光の波長だけでなく、これを含む光の波長範囲をカバーできるので、全体的に均一な光学物性向上に大きく貢献する。上述した光学的厚さの偏差は、一つの海島型押出口金で島成分供給路の直径、断面積などに偏差を付与することによって達成できる。
本発明の好ましい他の一具現例によれば、上記工程(1)と工程(2)と間に、上記押出部より移送された第1成分は、第1加圧手段を介して、それぞれ相違する海島型押出口金に吐出される工程を更に含んでもよい。具体的に、図16は第1加圧手段を含む概略図であり、押出部(未図示)より移送された第1成分が上記第1加圧手段130に供給され、第1加圧手段130を介して海島型押出口金132に供給される。このため、上記第1加圧手段130の吐出し量は1〜100kg/hrであるが、これに制限されるものではない。
同様に、上記押出部より移送された第2成分は、第2加圧手段を介して、それぞれ相違する海島型押出口金に吐出される工程をさらに含んでもよい。具体的に、図17は第2加圧手段を含む概略図であり、押出部(未図示)より移送された第2成分が上記第2加圧手段140に供給され、第2加圧手段140を介して海島型押出口金142に供給される。このため、上記第2加圧手段130の吐出し量は1〜100kg/hrであるが、これに制限されるものではない。
次に、工程(3)で、上記コア層(海島型複合類)の少なくとも一面に押出部より移送されたスキン層成分を接合する。好ましくは、上記スキン層成分は上記コア層の両面にいずれも接合される。両面にスキン層が接合される場合、上記スキン層の材質及び厚さは互いに同じであるか、異なる。一方、上述したスキン層を含まない反射偏光子を製造する場合には工程(3)を省略することができる。
次に、工程(4)で、上記スキン層が接合されたコア層の第1成分が板状形状を形成するように流れ制御部で展延を誘導する。具体的に、図18は本発明に適用される好ましい流れ制御部の一種である、コート・ハンガーダイの断面図であり、図19は側面図である。これにより、コア層の展延程度を適切に調節し、第1成分の長手方向の垂直断面の形状が板状形状を有するように調節できる。図18で、流路を介して移送されたスキン層が接合されたコア層が、コート・ハンガーダイで左右に広く展延(広がる)するので、内部に含まれた第1成分も左右に広く展延される。また、図19の側面図に示されるように、コート・ハンガーダイは左右に広く展延されているが、上下に減少する構造を有しており、スキン層が接合されたコア層の水平方向に展延するが、厚さ方向に減少するようになる。これは、パスカルの原理が適用されるものであり、密閉系で流体は一定圧力により微細な部分まで圧力を伝達される原理により幅方向に広く転園するように誘導される。従って、ダイの入口サイズより出口サイズが幅方向は広くなり、厚さは減少するようになるのである。これは、溶融液篩状態の物質は密閉系で圧力により流れ及び形状制御が可能なパスカル原理を利用して、好ましくは、レイノルズ数2,500以下の層流の流れになるように、ポリマー流速及び粘性誘導が要求される。2,500以上の乱流の流れになれば、板状形の誘導が不均一になり、光特性の偏差が発生する可能性がある。コート・ハンガーダイの出口の左右ダイ幅は800〜2,500mmであり、ポリマーの流体流れは、レイノルズ数2,500を超えないように圧力の調整が要求される。その理由は、それ以上の時、ポリマー流れが乱流となり、コアの配列が揺れるからである。また、内部温度は265〜310℃である。一方、展延の程度は、第1成分と第2成分の相溶性などの影響を受けることがある。優れた展延性を有するために、好ましくは第1成分としてPENと第2成分としてco−PENが用いられる。またco−PENを構成する単量体は、例えば、ジメチル−2、6−ナフタレンジカルボキシラート、ジメチルテレフタレート、エチレングリコール及びシクロヘキサンジメタノール(CHDM)などを適切に重合して展延程度を調節できる。上記流れ制御部は、第1成分が板状形を形成できるように、T−ダイまたはマニホールドタイプのコート・ハンガーダイダイであるが、これに制限されなく、コア層の展延を誘導して、第1成分を板状形に誘導できるものであれば、制限なく使用できる。
一方、上記板状形は、垂直断面に対して、長軸長さに対する短軸長さの比である縦横比が1/200以下、1/300以下、1/500以下.1/1000以下、1/2000以下、1/5000以下、1/10000以下または1/20000以下である。縦横比が1/200を超えるときには、以後の偏光子の延伸を介して縦横比が減少する場合にも、所望の光学物性を達成することは困難である。特に、縦横比が1/200を超えて展延を誘導し、以後6倍以上の高延伸倍率を通して最終第1成分の縦横比を調節する場合、第1成分の面積が第2成分の面積に比べて小さく、第1成分間の孔隙により光漏れ現象が生じ、光特性低下の問題が発生する。
その結果、長軸長さに対する短軸長さの比が小さいほど、基材内部により少ない数の板状重合体が含まれても、所望の光学物性を達成できるようになる。
本発明の好ましい一具現例によれば、上記工程(4)以降、反射偏光子を延伸する工程を更に含んでもよい。より詳細には、(5)流れ制御部より移送された展延が誘導された偏光子を冷却及び平滑化する工程、(6)上記平滑化工程を経た偏光子を延伸する工程;及び(7)上記延伸された偏光子を熱固定する工程を、更に含んでいてもよい。
まず、流れ制御部より移送された偏光子を冷却及び平滑化する工程(5)であり、通常の反射偏光子の製造で使われた偏光子を冷却し、これを固形化し、以後、キャストロール工程などを介して平滑化工程を行う。
以後、上記平滑化工程を経た偏光子を延伸する工程を行う。上記延伸は、通常の反射偏光子の延伸工程を介して行える。これにより、第1成分と第2成分肝の屈折率差を誘発し、界面で光変調現象を誘発でき、上記展延誘導された第1成分は、延伸を介して縦横比がさらに減少される。従って、最終反射偏光子で所望の第1成分の板状形の縦横比を誘導し、光学的厚さを調節するためには、上記海島型押出口金で島成分供給路の直径、展延誘導条件及び延伸比を考慮して適切に設定できる。このため、延伸工程は一軸延伸または二軸延伸が好ましく、より好ましくは一軸延伸である。一軸延伸の場合、延伸方向は第1成分長手方向に延伸を行う。また、延伸比は3〜12倍である。一方、等方性材料を複屈折性に変化させる通常的に知られた方法が使用される。例えば、適切な温度条件下で延伸する場合、重合体分子は配向され、材料は複屈折性になる。
次に、上記延伸された偏光子を熱固定する工程(7)を経て最終的な反射偏光子を製造される。上記熱固定は、常法で熱固定でき、好ましくは180〜200℃で、0.1〜3分間、IRヒーター、セラミックヒーター及び熱風ヒーターなどで行う。一方、本発明で目標とする光学的厚さ及び縦横比が決まれば、これを考慮して、海島型押出口金の規格、加圧手段の吐出し量、流れ制御部の規格及び延伸比などを適切に制御して、本発明の反射偏光子を製造できる。
本発明の好ましい一実施例によれば、第2成分の内部に複数個の第1成分が分散されたコア層及び上記コア層の少なくとも一面に形成されたスキン層を含むポリマーが分散された反射偏光子を製造する装置において、第1成分、第2成分及びスキン層成分が個別的に投入される3個以上の押出部、上記第2成分内部に第1成分が分散された海島型複合類を形成し、上記海島型複合類は所望の波長の横波(S波)を反射するために、上記第1成分が投入された押出部及び第2成分が投入された押出部より移送された第1成分と第2成分を投入し、海島型複合類を形成する海島型押出口金を含むスピンブロック部、上記スキン層成分が投入された押出機と連通され、上記スピンブロック部より移送された海島型複合類の少なくとも一面にスキン層を接合するフィードブロック部及び上記フィードブロック部より移送されたスキン層が接合された海島型複合類の第1成分が垂直断面に対して、板状形を形成するように展延を誘導する流れ制御部を含む。
図20は、本発明の好ましい一具現例に係るポリマーが分散された反射偏光子を製造する装置の概略図である。具体的に、第1成分が投入される第1押出部220、第2成分の投入される第2押出部221及びスキン層成分が投入される第3押出部222を含む。上記第1押出部220は、海島型押出口金223を含むスピンブロック部Cに連通され、第1成分を溶融状態で供給する。第2押出部221もスピンブロック部Cに連通され、これに含まれた海島型押出口金223に第2成分を溶融状態で供給する。海島型押出口金223を介して第2成分内部に第1成分が分散された海島型複合類を生産する。上記海島型押出口金223は、図9または図14に示された海島型押出口金であってもよい。また、海島型押出口金に含まれた島成分供給路及び/又は海成分供給路の直径または断面積が異なっていてもよい。上記海島型押出口金223を介して製造された海島型複合類は、コア層を形成し、コア層はフィードブロック部224より移送された後、第3押出部222より移送されたスキン層成分と接合される。従って、第3押出部222とフィードブロック部224は互いに連通される。また、図20では、コア層とスキン層との接合がフィードブロック部224で行われる例挙げたが、スピンブロック部Cで接合され、フィードブロック部224が省略されてもよい。以後、スキン層が接合されたコア層が流れ制御部225より移送され、第1成分の展延が誘導され、板状形を形成する。好ましくは、上記流れ制御部はT−ダイまたはコート・ハンガーダイである。
図21は、本発明の好ましい他の一具現例に係るポリマーが分散された反射偏光子を製造する装置の概略図である。これを図20との差を中心に説明すれば、第1押出部220は、第1加圧手段230に第1成分を移送する。上記第1加圧手段230は、第1成分を海島型押出口金224に吐出する。第2押出部221は第2加圧手段231に第2成分を移送する。上記第2加圧手段231は第2成分を海島型押出口金223に吐出する。一方、第1加圧手段及び第2加圧手段が複数個存在することも可能である。海島型押出口金223を介して第2成分内部に第1成分が分散された海島型複合類が生産される。上記第1加圧手段230、第2加圧手段231及び海島型押出口金223はスピンブロック部Cを形成する。
一方、上述した図20、21は、スキン層を含む反射偏光子の製造装置を示した図であり、スキン層が含まれない反射偏光子を製造する場合には、スキン層成分が投入される第3押出部及びコア層とスキン層が接合されるフィードブロック部を省略できる。
一方、本発明の好ましい一具現例によれば、本発明の反射偏光子含む液晶表示装置を提供する。具体的に、図22は、本発明の反射偏光子を採用した液晶表示装置の一例であり、フレーム270上に反射板280が挿入され、上記反射板280の上面に、冷陰極蛍光ランプ290が配置される。上記冷陰極蛍光ランプ290の上面に、光学フィルム320が配置され、上記光学フィルム320は拡散板321、光拡散フィルム322、プリズムフィルム323、反射偏光子324及び吸収偏光フィルム325の順に積層されるが、上記積層順は目的に応じて変わり、一部構成要素が省略されるか、複数個であってもよい。例えば、拡散板321、光拡散フィルム322やプリズムフィルム323などは全体構成から除外でき、順序が変わるか、別の位置に形成してもよい。さらに、位相差フィルム(未図示)なども液晶表示装置内の適切な位置に挿入される。一方、上記光学フィルム320の上面に液晶表示パネル310がモールドフレーム300に挿入される。
光の経路を中心に説明すれば、冷陰極蛍光ランプ290より照射された光が光学フィルム320中の拡散板321に達する。上記拡散板321を介して伝達された光は、光の進行方向を光学フィルム320に対して垂直方向に進行させるために、光拡散フィルム322を通過する。上記光拡散フィルム322を通過したフィルムは、プリズムフィルム323を通り、反射偏光子324に達し、光変調が発生される。具体的に、P波は反射偏光子324を損失なしで透過するが、S波の場合光変調(反射、散乱、屈折等)が発生して、再び冷陰極蛍光ランプ290の背面である反射板280により反射され、その光の性質がP波またはS波にランダムに変わった後、再び反射偏光子324を通過するようになる。その後、吸収偏光フィルム325を通った後、液晶表示パネル310に達するようになる。結局、上述した原理により、本発明の反射偏光子を液晶表示装置に挿入して使用する場合、通常の反射偏光子に比べて飛躍的な輝度の向上を期待することができる。一方、上記冷陰極蛍光ランプ290はLEDに代替できる。
一方、本発明では、反射偏光子の用途を液晶ディスプレイを中心に説明したが、これに限定されなく、プロジェクションディスプレイ、プラズマディスプレイ、電界放出ディスプレイ及び電界発光ディスプレイなど平板ディスプレイ技術に広く使用することができる。
以下、本発明を実施例及び実験例によって詳細に説明する。下記実施例及び実験例は本発明を例示するためのものであり、本発明の範囲が下記実施例及び実験例に限定されるものではない。
実施例1
図21と同様に工程を行った。具体的に、第1成分として屈折率が1.65のPENと、第2成分としてジメチルテレフタレートとジメチル−2,6−ナフタレンジカルボキシラートが6:4のモル比で混合された物質をエチレングリコール(EG)と1:2のモル比で反応させた屈折率が1.64のco−PEN及びスキン層成分としてポリカーボネート90重量%及びポリシクロへキシレンジメチレンテレフタレート(PCTG)が10重量%で、重合屈折率が1.58のポリカーボネート合金を、それぞれ、第1押出部、第2押出部及び第3押出部に投入した。第1成分と第2成分の押出温度は295℃にしてCap.Rheometer確認し、I.V.調整を通してポリマー流れを補正し、スキン層は280℃温度水準で押出工程を行った。上記第1成分を第1加圧手段(川崎社ギアーポンプ)で移送して第2成分やはり第2加圧手段(川崎社製のポンプ)に移送した。第1加圧手段の吐出し量は、それぞれ、順に8.9kg/hであり、第2加圧手段の吐出し量は8.9kg/hである。図9のような海島型押出口金を用いて海島型複合類を製造した。具体的に、海島型押出口金中の第4口金分配板T4の島成分レイヤーの個数は400個であり、島成分供給路の口金孔の直径は0.17mmであり、島成分供給路の個数はそれぞれ25000個であった。第6口金分配板の吐出口の直径は15mm×15mmであった。3層構造のフィードブロックで上記第3押出部からスキン層成分が流路を介して流れ込まれ、上記海島型複合類(コア層ポリマー)の上下面にスキン層を形成した。海島型複合類の縦横比が1/30295になるように、上記スキン層が形成されたコア層ポリマーを流速及び圧力勾配を補正する図18、19のコート・ハンガーダイで展延を誘導した。具体的に、ダイ入口の幅は200mmであり、厚さは20mmであり、ダイ出口の幅は960mmであり、厚さは2.4mmであり、流速は1m/minである。その後、冷却及びキャストロールで平滑化工程を行ってMD方向に6倍延伸した。その結果、第1成分は長手方向断面の長軸長さは変化がなかったが、短軸長さが減少した。その後、180℃で、2分間、IRヒーターで熱固定を遂行して、図4のポリマーが分散された反射偏光子を製造した。製造された反射偏光子の第1成分の屈折率は(nx:1.88、ny:1.64、nz:1.64)であり、第2成分の屈折率は1.64であった。重合体の縦横比は約1/180000であり、層数は400レイヤーであり、短軸長さ(厚さ方向)は84nm、長軸長さ15.5mm、平均光学的厚さは138nmであった。コア層厚さは59μmであり、スキン層厚さは上下面170.5μmである。
図21と同様に工程を行った。具体的に、第1成分として屈折率が1.65のPENと、第2成分としてジメチルテレフタレートとジメチル−2,6−ナフタレンジカルボキシラートが6:4のモル比で混合された物質をエチレングリコール(EG)と1:2のモル比で反応させた屈折率が1.64のco−PEN及びスキン層成分としてポリカーボネート90重量%及びポリシクロへキシレンジメチレンテレフタレート(PCTG)が10重量%で、重合屈折率が1.58のポリカーボネート合金を、それぞれ、第1押出部、第2押出部及び第3押出部に投入した。第1成分と第2成分の押出温度は295℃にしてCap.Rheometer確認し、I.V.調整を通してポリマー流れを補正し、スキン層は280℃温度水準で押出工程を行った。上記第1成分を第1加圧手段(川崎社ギアーポンプ)で移送して第2成分やはり第2加圧手段(川崎社製のポンプ)に移送した。第1加圧手段の吐出し量は、それぞれ、順に8.9kg/hであり、第2加圧手段の吐出し量は8.9kg/hである。図9のような海島型押出口金を用いて海島型複合類を製造した。具体的に、海島型押出口金中の第4口金分配板T4の島成分レイヤーの個数は400個であり、島成分供給路の口金孔の直径は0.17mmであり、島成分供給路の個数はそれぞれ25000個であった。第6口金分配板の吐出口の直径は15mm×15mmであった。3層構造のフィードブロックで上記第3押出部からスキン層成分が流路を介して流れ込まれ、上記海島型複合類(コア層ポリマー)の上下面にスキン層を形成した。海島型複合類の縦横比が1/30295になるように、上記スキン層が形成されたコア層ポリマーを流速及び圧力勾配を補正する図18、19のコート・ハンガーダイで展延を誘導した。具体的に、ダイ入口の幅は200mmであり、厚さは20mmであり、ダイ出口の幅は960mmであり、厚さは2.4mmであり、流速は1m/minである。その後、冷却及びキャストロールで平滑化工程を行ってMD方向に6倍延伸した。その結果、第1成分は長手方向断面の長軸長さは変化がなかったが、短軸長さが減少した。その後、180℃で、2分間、IRヒーターで熱固定を遂行して、図4のポリマーが分散された反射偏光子を製造した。製造された反射偏光子の第1成分の屈折率は(nx:1.88、ny:1.64、nz:1.64)であり、第2成分の屈折率は1.64であった。重合体の縦横比は約1/180000であり、層数は400レイヤーであり、短軸長さ(厚さ方向)は84nm、長軸長さ15.5mm、平均光学的厚さは138nmであった。コア層厚さは59μmであり、スキン層厚さは上下面170.5μmである。
実施例2
実施例1と同様に工程を行った。具体的に、第1成分として屈折率が1.65のPENと、第2成分としてジメチルテレフタレートとジメチル−2,6−ナフタレンジカルボキシラートが88:12のモル比で混合された物質をエチレングリコール(EG)と1:2のモル比で、屈折率が1.62のco−PEN及びポリカーボネート90重量%及びスキン層成分としてポリシクロへキシレンジメチレンテレフタレート(PCTG)が10重量%で、重合屈折率が1.58のポリカーボネート合金を、それぞれ第1押出部、第2押出部及び第3押出部に投入した。中間条件は実施例1と同じ状態で海島型複合類の縦横比が1/10320になるようにコート・ハンガーダイで展延工程を行った。その後、実施例1と同じ工程を経て、図4のポリマーが分散された反射偏光子を製造した。製造された反射偏光子の第1成分の屈折率は(nx:1.88、ny:1.64、nz:1.64)であり、第2成分の屈折率は1.62であった。重合体の縦横比は1/117990であり、層数は400レイヤーであり、短軸長さ(厚さ方向)は84nm、長軸長さ10.1mmであり、平均光学的厚さは138nmであった。
実施例1と同様に工程を行った。具体的に、第1成分として屈折率が1.65のPENと、第2成分としてジメチルテレフタレートとジメチル−2,6−ナフタレンジカルボキシラートが88:12のモル比で混合された物質をエチレングリコール(EG)と1:2のモル比で、屈折率が1.62のco−PEN及びポリカーボネート90重量%及びスキン層成分としてポリシクロへキシレンジメチレンテレフタレート(PCTG)が10重量%で、重合屈折率が1.58のポリカーボネート合金を、それぞれ第1押出部、第2押出部及び第3押出部に投入した。中間条件は実施例1と同じ状態で海島型複合類の縦横比が1/10320になるようにコート・ハンガーダイで展延工程を行った。その後、実施例1と同じ工程を経て、図4のポリマーが分散された反射偏光子を製造した。製造された反射偏光子の第1成分の屈折率は(nx:1.88、ny:1.64、nz:1.64)であり、第2成分の屈折率は1.62であった。重合体の縦横比は1/117990であり、層数は400レイヤーであり、短軸長さ(厚さ方向)は84nm、長軸長さ10.1mmであり、平均光学的厚さは138nmであった。
実施例3
実施例1と同様に工程を行った。具体的に、第1成分として屈折率が1.65のPENと、第2成分としてポリカーボネート70重量%及びポリシクロへキシレンジメチレンテレフタレート(PCTG)が30重量%で、重合屈折率が1.59のポリカーボネート合金及びスキン層成分としてポリカーボネート90重量%及びポリシクロへキシレンジメチレンテレフタレート(PCTG)が10重量%で、重合屈折率が1.58のポリカーボネート合金を、それぞれ第1押出部、第2押出部及び第3押出部に投入した。中間条件は実施例1と同じ状態で海島型複合類の縦横比が1/565になるようにコート・ハンガーダイで展延工程を遂行した。その後、実施例1と同じ工程を経て、図4のポリマーが分散された反射偏光子を製造した。製造された反射偏光子の第1成分の屈折率は(nx:1.88、ny:1.64、nz:1.64)であり、第2成分の屈折率は1.59であった。重合体の縦横比は1/3390であり、層数は400レイヤーであり、短軸長さ(厚さ方向)は84nm、長軸長さ0.29mmであり、平均光学的厚さは138nmであった。
実施例1と同様に工程を行った。具体的に、第1成分として屈折率が1.65のPENと、第2成分としてポリカーボネート70重量%及びポリシクロへキシレンジメチレンテレフタレート(PCTG)が30重量%で、重合屈折率が1.59のポリカーボネート合金及びスキン層成分としてポリカーボネート90重量%及びポリシクロへキシレンジメチレンテレフタレート(PCTG)が10重量%で、重合屈折率が1.58のポリカーボネート合金を、それぞれ第1押出部、第2押出部及び第3押出部に投入した。中間条件は実施例1と同じ状態で海島型複合類の縦横比が1/565になるようにコート・ハンガーダイで展延工程を遂行した。その後、実施例1と同じ工程を経て、図4のポリマーが分散された反射偏光子を製造した。製造された反射偏光子の第1成分の屈折率は(nx:1.88、ny:1.64、nz:1.64)であり、第2成分の屈折率は1.59であった。重合体の縦横比は1/3390であり、層数は400レイヤーであり、短軸長さ(厚さ方向)は84nm、長軸長さ0.29mmであり、平均光学的厚さは138nmであった。
比較例1
第2成分のco−PEN基材内部に、直径が0.158μmの第1成分のPENからなる複屈折性繊維が25000個含まれた32インチLCD用反射偏光子を製造した。
第2成分のco−PEN基材内部に、直径が0.158μmの第1成分のPENからなる複屈折性繊維が25000個含まれた32インチLCD用反射偏光子を製造した。
比較例2
実施例3と同様に工程を行った。具体的に、第1成分として屈折率が1.65のPENと、第2成分としてポリカーボネート70重量%及びポリシクロへキシレンジメチレンテレフタレート(PCTG)が30重量%で、重合屈折率が1.59のポリカーボネート合金及びスキン層成分としてポリカーボネート90重量%及びポリシクロへキシレンジメチレンテレフタレート(PCTG)が10重量%で、重合屈折率が1.58のポリカーボネート合金を、それぞれ第1押出部、第2押出部及び第3押出部に投入した。中間条件は実施例1と同じ状態で第1加圧手段の吐出し量は4.5kg/hであり、第2加圧手段の吐出し量は8.9kg/hである。中間条件は実施例1と同じ状態で海島型複合類の縦横比が1/142になるようにコート・ハンガーダイで展延工程を行った。その後、実施例3と同じ工程を経て、図4のポリマーが分散された反射偏光子を製造した。製造された反射偏光子の第1成分の屈折率は(nx:1.88、ny:1.64、nz:1.64)であり、第2成分の屈折率は1.59であった。重合体の縦横比は1/852であり、層数は400レイヤーであり、短軸長さ(厚さ方向)は84nm、長軸長さ0.073mmであり、平均光学的厚さは138nmであった。
実施例3と同様に工程を行った。具体的に、第1成分として屈折率が1.65のPENと、第2成分としてポリカーボネート70重量%及びポリシクロへキシレンジメチレンテレフタレート(PCTG)が30重量%で、重合屈折率が1.59のポリカーボネート合金及びスキン層成分としてポリカーボネート90重量%及びポリシクロへキシレンジメチレンテレフタレート(PCTG)が10重量%で、重合屈折率が1.58のポリカーボネート合金を、それぞれ第1押出部、第2押出部及び第3押出部に投入した。中間条件は実施例1と同じ状態で第1加圧手段の吐出し量は4.5kg/hであり、第2加圧手段の吐出し量は8.9kg/hである。中間条件は実施例1と同じ状態で海島型複合類の縦横比が1/142になるようにコート・ハンガーダイで展延工程を行った。その後、実施例3と同じ工程を経て、図4のポリマーが分散された反射偏光子を製造した。製造された反射偏光子の第1成分の屈折率は(nx:1.88、ny:1.64、nz:1.64)であり、第2成分の屈折率は1.59であった。重合体の縦横比は1/852であり、層数は400レイヤーであり、短軸長さ(厚さ方向)は84nm、長軸長さ0.073mmであり、平均光学的厚さは138nmであった。
実験例
上記実施例1〜3及び比較例1〜2を通して製造された反射偏光子に対して下記物性を評価し、その結果を表1に示した。
上記実施例1〜3及び比較例1〜2を通して製造された反射偏光子に対して下記物性を評価し、その結果を表1に示した。
1.透過率
日本電飾工業株式会社製のCOH300A分析設備を利用して、ASTM D1003方法で透過軸透過率及び反射軸透過率を測定した。
2.偏光図
OTSKA社のRETS−100分析設備を利用して偏光度も測定した。
3.相対輝度
上記製造された反射偏光子の輝度を測定するために、下記のように遂行した。拡散板、反射偏光子が備えられた32インチ直下型バックライトユニット上に、パネルを組立した後、TOPCON社のBM−7測定器を利用して、9箇所の輝度を測定し、平均値を求めた。
相対輝度は、実施例1の反射偏光子の輝度を100(基準)にしたとき、他の実施例2〜3及び比較例1〜2の輝度の相対値を示した。
日本電飾工業株式会社製のCOH300A分析設備を利用して、ASTM D1003方法で透過軸透過率及び反射軸透過率を測定した。
2.偏光図
OTSKA社のRETS−100分析設備を利用して偏光度も測定した。
3.相対輝度
上記製造された反射偏光子の輝度を測定するために、下記のように遂行した。拡散板、反射偏光子が備えられた32インチ直下型バックライトユニット上に、パネルを組立した後、TOPCON社のBM−7測定器を利用して、9箇所の輝度を測定し、平均値を求めた。
相対輝度は、実施例1の反射偏光子の輝度を100(基準)にしたとき、他の実施例2〜3及び比較例1〜2の輝度の相対値を示した。
表1に示されるように、本願発明の実施例1〜3の反射偏光子が比較例1〜2の反射偏光子に比べて顕著に向上された光学物性を有していることが分かる。
本発明の反射偏光子は、光変調性能に優れるので、光の変調が求められる分野で幅広く使用可能である。具体的に、モバイルディスプレイ、LCD、LEDなど高輝度が求められる液晶表示装置、プロジェクションディスプレイ、プラズマディスプレイ、電界放出ディスプレイ及び電界発光ディスプレイなど平板ディスプレイ技術に広く使用できる。
Claims (18)
- 外部より照射される第1偏光を透過し、第2偏光を反射させるために、基材内部に分散された複数の分散相を含み
上記複数の分散相(disperse phases)は、上記基材と少なくとも一つの軸方向で屈折率が相違し、上記複数の分散相と基材と間に光変調界面が形成され、偏光子の垂直断面に対して、長軸長さに対する短軸長さの比である縦横比が1/1000以下である分散相を含む反射偏光子。 - 上記基材は、少なくとも一つの軸方向に延伸されたことを特徴とする請求項1に記載の反射偏光子。
- 上記基材と重合体の屈折率は、2個の軸方向に対する屈折率の差が0.05以下であり、残りの1個の軸方向に対する屈折率の差が0.1以上であることを特徴とする請求項1に記載の反射偏光子。
- 上記基材の少なくとも一面にスキン層が一体的に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の反射偏光子。
- 上記基材とスキン層と間に接着層が形成されないことを特徴とする請求項4に記載の反射偏光子。
- 上記分散相は、分散相の長手方向の垂直断面に対して、100個以上の離隔されたレイヤーを形成することを特徴とする請求項1に記載の反射偏光子。
- 上記分散相は、分散相の長手方向の垂直断面に対して、400個以上の離隔されたレイヤーを形成することを特徴とする請求項1に記載の反射偏光子。
- 上記縦横比が1/5000以下であることを特徴とする請求項1に記載の反射偏光子。
- 上記縦横比が1/10000以下であることを特徴とする請求項1に記載の反射偏光子。
- 上記縦横比が1/30000以下であることを特徴とする請求項1に記載の反射偏光子。
- 上記分散相の垂直断面の短軸長さは、0.01〜1.0μmであることを特徴とする請求項1に記載の反射偏光子。
- 上記複数の分散相中、上記縦横比を満たす分散相が50%以上であることを特徴とする請求項1に記載の反射偏光子。
- 上記反射偏光子の垂直断面に対して、横1580mmであり、高さ400μm以下である基材内部に、上記分散相が100万個以下含まれることを特徴とする請求項1に記載の反射偏光子。
- 上記分散相が50万個以下含まれることを特徴とする請求項13に記載の反射偏光子。
- 上記分散相が30万個以下含まれることを特徴とする請求項13に記載の反射偏光子。
- 上記反射偏光子の透過軸方向の透過率が87%以上であり、反射軸方向の透過率が10%以下であることを特徴とする請求項13に記載の反射偏光子。
- 相違するレイヤーを形成する隣接した分散相の平均距離(d2)より、同じレイヤーを形成する隣接した分散相の平均距離(d1)が小さいことを特徴とする請求項6に記載の反射偏光子。
- 請求項1に記載の反射偏光子を含むバックライトユニット。
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