JP6943509B2 - 光学フィルム、光学素子および映像装置 - Google Patents

Description

本出願は光学フィルム、光学素子および映像装置に関するものである。

本出願は２０１７年９月２６日付韓国特許出願第１０−２０１７−０１２４１０３号に基づいた優先権利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。

拡張現実とは、コンピュータプログラミングで映像および写真を見せる時、コンピュータが作り出した有用な情報をイメージに重ねて結合したり増やす過程であって、分かりやすく言えば、実世界に３次元の仮想物体を重ねて見せるものである。拡張現実を利用した装置の例としては前方表示装置（ＨＵＤｓ）があるが、戦闘機やタンク操縦士のキャノピーまたはヘルメットに適用されて、操縦士が地形や地物を見ながら、同時に各種情報が見られるようにしたものである。最近では車両にも適用されて、車両の前面ガラス窓に速度などの情報を表示することをたびたび見ることができる（特許文献１：韓国特許公開公報第２０１６−０１０９０２１号）。

拡張現実機器のような映像装置は、光源からの光が観察者の目に到達できるようにするために、複数の回折導光板積層体を含むことができる。この時、各回折導光板にマッチされた波長成分の光がカップリングされない場合（以下、クロストーク（ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）と呼称し得る）、観察者の目に到達する光の明るさを減少させ、色相を不均一にし、再生された仮想イメージの品質を落とす結果を招き得る。そこで、上記回折導光板のカップリング効率を向上させつつ、クロストークを減少させることができる技術が要求される。

本出願は上記課題の解決手段となる光学フィルムに関するものである。本出願の光学フィルムは下記の数式１を満足し、１／２波長位相遅延特性を有し、可視光線領域で吸収バンドを有することができる。

［数式１］
Ｒ（６５０）／Ｒ（５５０）＞Ｒ（４５０）／Ｒ（５５０）

上記数式１でＲ（λ）は光学フィルムのλｎｍ波長の光に対する面内位相差値である。

本明細書で面内位相差（Ｒｉｎ）値は下記の数式２で計算され得る。

［数式２］
Ｒｉｎ＝ｄ×（ｎｘ−ｎｙ）

数式２でｄは光学フィルム、位相差フィルムまたは液晶層の厚さであり、ｎｘおよびｎｙはそれぞれ光学フィルム、位相差フィルムまたは液晶層のｘ軸およびｙ軸方向の屈折率である。上記ｘ軸は光学フィルム、位相差フィルムまたは液晶層の面内遅相軸と平行な方向を意味し、ｙ軸は光学フィルム、位相差フィルムまたは液晶層の面内進相軸と平行な方向を意味する。上記ｘ軸とｙ軸は、光学フィルムの面内で互いに直交し得る。本明細書で面内位相差を記載しながら特に別途に規定しない限り、５５０ｎｍ波長の光に対する面内位相差を意味する。

本明細書で角度を定義しながら、垂直、水平、直交または平行などの用語を使う場合、これは目的とする効果を損傷させない範囲での実質的な垂直、水平、直交または平行を意味するものであって、例えば、製造誤差（ｅｒｒｏｒ）または偏差（ｖａｒｉａｔｉｏｎ）等を勘案した誤差を含むものである。例えば、上記それぞれの場合は、約±１５度以内の誤差、約±１０度以内の誤差または約±５度以内の誤差を含むことができる。

上記光学フィルムは上記数式１を満足することによって、可視光線の全波長領域において目的とする位相遅延特性を示すことができる。上記数式１を満足する特性を逆（ｒｅｖｅｒｓｅ）波長分散特性と呼称することができる。

一つの例示において、上記光学フィルムのＲ（６５０）／Ｒ（５５０）の値は、１．０１〜１．１９、１．０２〜１．１８、１．０３〜１．１７、１．０４〜１．１６、１．０５〜１．１５、１．０６〜１．１４、１．０７〜１．１３、１．０８〜１．１２または１．０９〜１．１１であり得る。一つの例示において、上記光学フィルムのＲ（４５０）／Ｒ（５５０）の値は、０．８１〜０．９９、０．８２〜０．９８、０．８３〜０．９７、０．８４〜０．９６、０．８５〜０．９５、０．８６〜０．９４、０．８７〜０．９３、０．８８〜０．９２または０．８９〜０．９１であり得る。

上記光学フィルムは１／２波長位相遅延特性を有することができる。本明細書で「ｎ波長位相遅延特性」は、少なくとも一部の波長範囲内で、入射光をその入射光の波長のｎ倍だけ位相遅延させることができる特性を意味し得る。本明細書で１／２波長位相遅延特性は、５５０ｎｍの波長の光に対する面内位相差値が２００ｎｍ〜２９０ｎｍまたは２４０ｎｍ〜２８０ｎｍであることを意味し得る。

上記光学フィルムが１／２波長位相遅延特性を有する場合、入射する偏光の振動方向を９０度回転させることができる。後述するように、回折導光板は特定の偏光状態の波長帯域の光を通過し、他の偏光状態の波長帯域の光は回折導光板内にカップリングすることができる。上記光学フィルムは、回折導光板にカップリングされ得るように波長成分の偏光状態を制御することができる。したがって、上記光学フィルムは、回折導光板のカップリング効率を向上させ、クロストークを減少させることができる。

上記光学フィルムは可視光線波長領域で吸収バンドを有することができる。本明細書で可視光線は約３８０ｎｍ〜７５０ｎｍ波長範囲の光線を意味し得る。本明細書で「吸収バンド」は、波長に対する吸光度乃至透過度を測定した時、吸光度が最も高く示される地点または透過度が最も低く示される地点の波長を含む波長帯域を意味し得る。一つの例示において、本明細書で吸収バンドは、波長に対する透過度スペクトルで約２０％以下の透過度を示す地点の波長帯域を意味し得る。上記波長帯域の幅は例えば約２０ｎｍ以上であり得る。

一つの例示において、上記光学フィルムの吸収バンドは、赤色波長領域、緑色波長領域および青色波長領域のうち一つ以上の波長領域を含むことができる。本明細書で赤色波長領域は約６２０ｎｍ〜７５０ｎｍを意味し得、緑色波長領域は約４９５ｎｍ〜５７０ｎｍ、具体的には５００ｎｍ〜５７０ｎｍを意味し得、青色波長領域は約４５０ｎｍ〜４９５ｎｍ、具体的には、４５０ｎｍ〜４９０ｎｍを意味し得る。一つの例示において、上記光学フィルムは上記波長領域の組み合わせのうちいずれか一つの波長領域で吸収バンドを有したりまたは上記波長領域の組み合わせのうち二つの波長領域の組み合わせで吸収バンドを有することができる。

上記光学フィルムは可視光線波長領域で吸収バンドを有することによって、後述するように上記光学フィルムが回折導光板と共に使われる場合、回折導光板にカップリングされずに透過する残余光を吸収することができるため、クロストークをさらに抑制することができる。

一つの例示において、上記光学フィルムは図１に示した通り、第１位相差フィルム１０、カラーフィルタ層３０および第２位相差フィルム２０を順に含むことができる。上記第１位相差フィルムは、上記数式１を満足し、１／４波長位相遅延特性を有することができる。上記カラーフィルタ層は、可視光線波長領域で吸収バンドを有する染料を含むことができる。上記第２位相差フィルムは、上記数式１を満足し、１／４波長位相遅延特性を有することができる。本明細書で１／４波長位相遅延特性は、５５０ｎｍの波長の光に対する面内位相差値が１３０ｎｍ〜２００ｎｍまたは１３０〜１８０ｎｍまたは１３０〜１５０ｎｍであることを意味し得る。本出願の光学フィルムは、カラーフィルタ層を基準として上下対称構造を有するため、薄いフィルムで発生するカーリングを最小化することができる。

一つの例示において、上記第１位相差フィルムおよび第２位相差フィルムは、それぞれ１／２波長位相遅延特性を有する第１液晶層および１／４波長位相遅延特性を有する第２液晶層を含む多層構造であり得る。このような多層構造は広帯域位相遅延特性を具現するのに有利であり得る。

図２は、第１液晶層１０１、第２液晶層１０２を含む第１位相差フィルム、カラーフィルタ層３０および第２液晶層２０２、第１液晶層２０１を含む第２位相差フィルムを順に含む光学フィルムを例示的に示す。

一つの例示において、上記第１位相差フィルムの光軸と第２位相差フィルムの光軸は、互いに平行をなし得る。これを通じて第１位相差フィルムと第２位相差フィルムの位相遅延特性の和で光学フィルムが１／２波長位相遅延特性を具現するのに有利であり得る。

以下、第１液晶層および第２液晶層について説明しながら特に言及がない場合、第１位相差フィルムおよび第２位相差フィルムにそれぞれ含まれる第１液晶層および第２液晶層に共通して適用され得る。

一つの例示において、上記第２液晶層は上記第１液晶層に比べて上記カラーフィルタ層に近く配置され得る。このような構造を通じて光学フィルムが１／２波長位相遅延特性を具現するのに有利であり得る。

一つの例示において、上記第１液晶層の光軸と第２液晶層の光軸は、互いに５５度〜６５度、５７度〜６３度または５９度〜６１度をなすことができる。これを通じて上記数式１を満足し、１／４波長位相遅延特性を有する位相差フィルムを具現するのにさらに有利であり得る。

一つの例示において、上記光学フィルムの横方向（ＴＤ；Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ、機械的流れ方向に直交する方向）または縦方向（ＭＤ；Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ、機械的流れ方向）を基準として、第１液晶層の光軸は１２．５度〜１７．５をなし、第２液晶層の光軸は７２．５度〜７７．５度をなすことができる。これを通じて上記数式１を満足し、１／４波長位相遅延特性を有する位相差フィルムを具現するのにさらに有利であり得る。一つの例示において、上記縦方向は光学フィルムの長さ方向を意味し得、上記横方向は光学フィルムの幅方向を意味し得る。

一つの例示において、上記第１および第２液晶層はそれぞれ逆（ｒｅｖｅｒｓｅ）波長分散特性、正常（ｎｏｒｍａｌ）波長分散特性またはフラット（ｆｌａｔ）波長分散特性を有することができる。本明細書で逆波長分散特性は上記数式１を満足する特性を意味し得る。正常波長分散特性は下記の数式３を満足する特性を意味し、フラット波長分散特性は下記の数式４を満足する特性を意味し得る。

［数式３］
Ｒ（６５０）／Ｒ（５５０）＜Ｒ（４５０）／Ｒ（５５０）

［数式４］
Ｒ（６５０）／Ｒ（５５０）≒Ｒ（４５０）／Ｒ（５５０）

上記数式３および４でＲ（λ）は光学フィルム、位相差フィルムまたは液晶層のλｎｍ波長の光に対する面内位相差値である。

上記第１および第２液晶層はそれぞれ液晶化合物を含むことができる。上記液晶化合物は重合性液晶化合物であり得る。一つの例示で第１および第２液晶層は、重合性液晶化合物を重合された形態で含むことができる。本明細書で用語「重合性液晶化合物」は、液晶性を示すことができる部位、例えば、メソゲン（ｍｅｓｏｇｅｎ）骨格などを含み、また、重合性官能基を一つ以上含む化合物を意味し得る。また、「重合性液晶化合物が重合された形態で含まれている」とは、上記液晶化合物が重合されて液晶層内で液晶高分子の主鎖または側鎖のような骨格を形成している状態を意味し得る。一つの例示において、上記第１液晶層および第２液晶層はそれぞれ液晶化合物を水平配向された状態で含むことができる。

上記第１および第２液晶層は、それぞれ重合性液晶化合物を非重合された状態で含んだり、重合性非液晶化合物、安定剤、非重合成非液晶化合物または開始剤などの公知の添加剤をさらに含んでいてもよい。

一つの例示で第１および第２液晶層は、それぞれ面上遅相軸方向の屈折率と面上進相軸方向の屈折率の差が、０．０５〜０．２、０．０７〜０．２、０．０９〜０．２または０．１〜０．２の範囲であり得る。上記で面上遅相軸方向の屈折率は、液晶層の平面で最も高い屈折率を示す方向の屈折率を意味し、進相軸方向の屈折率は、液晶層の平面上で最も低い屈折率を示す方向の屈折率を意味し得る。通常的に光学異方性の液晶層で、進相軸と遅相軸は互いに垂直な方向に形成されている。上記それぞれの屈折率は、５５０ｎｍまたは５８９ｎｍの波長の光に対して測定した屈折率であり得る。上記屈折率の差は、例えば、Ａｘｏｍａｔｒｉｘ社のＡｘｏｓｃａｎを利用して製造社のマニュアルに沿って測定することができる。

一つの例示において、上記第１および第２液晶層はそれぞれ厚さが約０．５μｍ〜２．０μｍまたは約０．５μｍ〜１．５μｍであり得る。

上記屈折率の関係と厚さを有する液晶層は、適用される用途に適合な位相遅延特性を具現することができる。

上記第１および第２位相差フィルムは、それぞれ第１液晶層上に第２液晶層をコーティングする方式によって形成することができる。上記第１液晶層は、後述する基材層上に第１液晶層をコーティングする方式によって形成することができる。

上記カラーフィルタ層は上記染料および粘着性樹脂を含む粘着剤層であり得る。上記染料の含量は、本出願で要求されるカラーフィルタ層の吸収バンドおよび粘着性などを考慮して適切に制御され得る。上記染料の含量は、例えば粘着性樹脂１００重量部対比０．５〜２０重量部範囲で含まれ得る。具体的には、上記染料は、粘着性樹脂１００重量部対比、０．５重量部以上、１重量部以上または２重量部以上で含まれ得、２０重量部以下、１０重量部以下、７．５重量部以下または５重量部以下の比率で含まれ得る。このような含量範囲内で回折導光板積層体に使われてクロストークを減少させるのに適合であり得る。

上記染料としては、アントラキノン系染料、メチン系染料、アゾメチン系染料、オキサジン系染料、アゾ系染料、スチリル系染料、クマリン系染料、ポルフィリン系染料、ジベンゾフラノン系染料、ジケトピロロピロール系染料、ローダミン系染料、キサンテン系染料およびピロメテン系染料からなる群から選択された一つ以上の染料を使うことができる。

上記染料は、可視光線波長領域で吸収バンドまたは吸収ピークを有することができる。本明細書で吸収ピークは、波長に対する吸光度乃至透過度を測定した時、吸光度が最も高く示される地点または透過度が最も低く示される地点の波長を意味し得る。上記染料の吸収バンドまたは吸収ピークは、上記光学フィルム乃至上記カラーフィルタ層の吸収バンドに含まれ得る。

上記カラーフィルタ層に含まれる染料としては、単一染料または混合染料を使うことができる。一つの例示において、上記光学フィルムまたはカラーフィルタ層において、多少広い波長領域の吸収バンドが必要な場合、狭い波長領域の吸収バンドを有する複数の染料の混合物を使うこともできる。上記粘着性樹脂としては、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂、エステル系樹脂、ウレタン系樹脂、アミド系樹脂、エーテル系樹脂、フッ素系樹脂およびゴム系樹脂からなる群から選択されたいずれか一つ以上を含むことができる

上記粘着剤層の厚さは７μｍ〜３０μｍであり得る。粘着剤層の厚さ範囲が上記範囲内である場合、フィルム間付着信頼性の側面で有利であり得る。

一つの例示において、上記光学フィルムは、上記第１位相差フィルムと第２位相差フィルムを上記粘着剤層を媒介として付着することによって製造され得る。

上記光学フィルムは基材層をさらに含むことができる。一つの例示において、上記光学フィルムは図３に示した通り、上記第１位相差フィルム１０および第２位相差フィルム２０の外側にそれぞれ第１基材層４０および第２基材層５０をさらに含むことができる。本明細書で「外側」はカラーフィルタ層が存在する反対の側面を意味し得る。

上記基材層としてはフィルム基材を使うことができる。上記基材層としては光学的に透明性を有する基材を使うことができる。上記基材層は、偏光に影響を最小化するように面内位相差値が調節された基材層を使うことができる。一つの例示において、上記基材層としては等方性フィルムを使うことができる。本明細書で等方性は、面内位相差値が１０ｎｍ以下である特性を意味し得る。このような等方性フィルムとしては、ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）フィルム、ＴＡＣ（ｔｒｉａｃｅｔｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）フィルムまたはＣＯＰ（ｃｙｃｌｏ ｏｌｅｆｉｎ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）フィルムなどを使うことができる。他の一つの例示において、上記基材層としては超位相差フィルム（ＳＲＦ；Ｓｕｐｅｒ Ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ Ｆｉｌｍ）を使うことができる。このようなＳＲＦは面内位相差値が約１０００ｎｍ以上であり得る。このようなＳＲＦとしては、ＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）フィルムを使うことができる。一つの例示において、上記等方性フィルム乃至超位相差フィルムがＵＶ添加剤を含む場合、信頼性に有利であり得る。

上記光学フィルムは反射防止層をさらに含むことができる。一つの例示において、上記光学フィルムは上記第１位相差フィルムおよび第２位相差フィルムの外側に、それぞれ第１反射防止層および第２反射防止層をさらに含むことができる。上記光学フィルムが第１位相差フィルムと第２位相差フィルムの外側に基材層のような他の層をさらに含む場合、上記第１反射防止層および第２反射防止層は光学フィルムの最外側に存在することができる。図４は、図３の光学フィルムの最外側に第１反射防止層６０および第２反射防止層７０を含む光学フィルムを例示的に示す。

上記光学フィルムは、反射防止層を通じて光学フィルムの透過率を向上させることができる。一つの例示において、上記反射防止層は、湿式コーティング（ｗｅｔ ｃｏａｔｉｎｇ）方式または蒸着方式で製造され得る。後述するように、上記光学フィルムがバリアー層をさらに含む場合に、透過率改善の側面で蒸着方式の反射防止層を使うことが有利であり得る。

上記反射防止層としては、低屈折層を使うことができる。上記蒸着方式に適合した反射防止層の材料としては、例えば低屈折無機材料を使うことがである。上記低屈折無機材料としては、５５０ｎｍ波長に対して約１．４５以下または１．４０以下の屈折率を有し得る物質を使うことができる。上記低屈折無機材料としては、例えば、金属ふっ化物などを例示することができる。上記金属ふっ化物の具体的な例としては、ふっ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）等を例示することができる。上記湿式コーティング方式（溶液方式）に適合した反射防止層の材料は、例えば有機バインダーおよび低屈折粒子の混合物であり得る。上記有機バインダーとしては、光重合性化合物の（共）重合体を使用することができ、具体的な例としてはアクリル系樹脂を例示することができる。上記低屈折粒子は５５０ｎｍ波長に対して約１．４５以下または１．４０以下の屈折率を有し得る粒子を使うことができる。上記低屈折粒子としては、例えば中空シリカ、メソポーラスシリカ（ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃａ）等を例示することができる。

上記光学フィルムはバリアー層をさらに含むことができる。一つの例示において、上記光学フィルムは第１位相差フィルムの一面に第１バリアー層を含むことができ、第２位相差フィルムの一面に第２バリアー層を含むことができる。一つの具体的な例として、上記光学フィルムは図５に図示した通り、第１位相差フィルム１０とカラーフィルタ層３０の間に第１バリアー層８０を含むことができ、第２位相差フィルム２０とカラーフィルタ層３０の間に第２バリアー層９０をさらに含むことができる。他の一つの具体的な例として、図６に図示した通り、上記光学フィルムは第１位相差フィルム１０の外側に第１バリアー層８０を含むことができ、および第２位相差フィルムの２バリアー層９０をさらに含むことができる。この時、上記光学フィルムが第１位相差フィルムと第２位相差フィルムの外側に基材層のような他の層をさらに含む場合、上記第１バリアー層と第２バリアー層は、他の層に比べて第１位相差フィルムと第２位相差フィルムに隣接するように配置され得る。

上記光学フィルムはバリアー層を通じて耐光性（ｌｉｇｈｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を改善させることができる。例えば、上記染料は空気中の酸素に反応して劣化（ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）が発生する可能性があるが、バリアー層を通じて劣化の発生を減少させることができる。上記バリアー層としては、ガスバリア層を使うことができる。

上記バリアー層としては、大気中の酸素、水分、窒素酸化物、硫黄酸化物またはオゾンの透過を防止する機能を有する層を使うことができる。上記バリアー層の材料は、水分および酸素などの素子の劣化を促進する物質が素子に入ることを防止する機能を有する材料を適切に選択して使うことができる。

一つの例示において、上記バリアー層は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、ＴｉおよびＮｉなどの金属；ＴｉＯ、ＴｉＯ_２、Ｔｉ_３Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＳｉＯ、ＳｉＯ_２、ＧｅＯ、ＮｉＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_３および、ＣｅＯ_２およびなどの金属酸化物；ＳｉＮなどの金属窒化物；ＳｉＯＮなどの金属酸窒化物；ＭｇＦ_２、ＬｉＦ、ＡｌＦ_３およびＣａＦ_２等の金属ふっ化物；ポリアクリレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリウレア、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリジクロロジフルオロエチレンなどのポリマー、またはクロロトリフルオロエチレンとジクロロジフルオロエチレンの共重合体；少なくとも１種のコモノマーを含んだコモノマー混合物とテトラフルオロエチレンの共重合によって獲得された共重合体；共重合主鎖に環状構造を有する含フッ素共重合体；吸収率１％以上の吸水性材料；および吸収係数０．１％以下の防湿性材料を含むことができる。

一つの例示において、上記バリアー層は単層構造であるか、または多層構造であり得る。断層構造は、例えば、１種類のバリアー層の材料を含むことができ、または２種類以上のバリアー層の材料を混合して含むこともできる。上記光学フィルムがバリアー層を含む場合、光吸収および屈折率のミスマッチングにより、透過率の低下が発生して性能が低下し得る。この場合、塗膜密度が高い蒸着方式、例えば、スパッタ方式の反射防止層を適用する場合、透過率が低下せず、耐光性が改善され得る。上記反射防止層を含むフィルムの水分透過率（ＷＶＴＲ、Ｗａｔｅｒ Ｖａｐｏｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｒａｔｅ）は、例えば１ｇ／ｍ^２／ｄａｙ以下であり得る。

本出願はまた、上記光学フィルムを含む光学素子に関するものである。本出願の例示的な光学素子は上記光学フィルムおよび回折導光板を含むことができる。一つの例示において、上記光学素子は複数の回折導光板および上記複数の回折導光板の間に配置された上記光学フィルムを含むことができる。具体的な例として、上記光学素子は少なくとも２枚の回折導光板を順次含み、上記少なくとも２枚の回折導光板の間に上記光学フィルムを含むことができる。上記２枚の回折導光板は互いに重なった状態で積層されていてもよい。したがって、少なくとも２枚の回折導光板のうちいずれか一つの回折導光板を入射した後通過した光は、残りの回折導光板に入射することができる。

本明細書で回折導光板は複数の回折光学素子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ；ＤＯＥ）を含む導光板を意味し得る。回折導光板は、プラスチックまたはガラスの薄い平面形シートで形成され得る。本明細書で回折光学素子は、周期構造（ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）による回折を利用した素子を意味し得る。上記回折光学素子は回折格子またはＤＯＥに略称され得る。

図７は、回折導光板１００の構造および回折導光板の内部または外部にカップリングされた波長帯域λ１（矢印表示）の総内部反射を例示的に示した図面である。回折導光板１００は回折導光板の内部に光線をカップリングする入力回折格子１０Ａおよび光線を回折導光板の外部に回折させる出射回折格子１０Ｂなど、２個以上の回折格子を含むことができる。図７では、回折格子１０Ａ、１０Ｂは回折導光板の基板１０Ｃの下部面の内部に付着された透過型回折格子で図示された。

光源３００からの波長帯域λ１の光線はレンズ等を介してコリメート（ｃｏｌｌｉｍａｔｅ）され、入射角θ１で入力回折格子１０Ａにより基板１０Ｃにカップリングされ得る。入力回折格子１０Ａは回折角θ２で波長帯域をリダイレクションすることができる。屈折率ｎ２、入射角θ１および回折角θ２は、波長帯域λ１の光線が基板１０Ｃ内で内部全反射するように制御され得る。波長帯域λ１の光線は出射回折格子１０Ｂに到達するまで基板１０Ｃの表面で反射し、波長帯域λ１の光線はアイボックス５００に向かって基板１０Ｃから回折できる。

回折導光板のＤＯＥは光の偏光に敏感である。したがって、回折導光板のＤＯＥに入る波長帯域の偏光を選択的に制御することによって、回折導光板にマッチする波長帯域は高い効率でＤＯＥとカップリングされ得る。その反面、マッチされない波長帯域は大幅にまたは全体的に影響を受けない状態で回折導光板を通過することができる。ＤＯＥを使う一例がここで説明されるが、回折導光板はＤＯＥだけでなく、ホログラム、表面リリーフ格子または光学素子の周期構造の他のタイプを含むことができるものと理解される。このような構造は「光学格子」と指称され得る。

回折導光板は特定の波長帯域にマッチされるか最適化され得る。その関係は次のような数式５の格子方程式により定められる。

［数式５］
ｍλ＝ｐ（ｎ１ｓｉｎθ１＋ｎ２ｓｉｎθ２）

ここで、ｍは回折次数、λは導光板または回折格子とマッチする波長帯域、ｐは格子周期、ｎ１は入射媒体の屈折率、ｎ２は導光板の屈折率、θ１は入射角、θ２は回折角をそれぞれ意味する。

格子周期ｐおよび導光板の屈折率ｎ２のようなパラメーターを異ならせて、入力回折格子および出射回折格子を含む特定回折導光板は特定の波長帯域にマッチされ得る。すなわち、他の波長帯域よりさらに高いカップリング効率を有するマッチされた回折導光板に特定の波長帯域がカップリングされ得る。

回折格子に入射する光の偏光は、入射平面に対してその電磁場の方向によって定義され得る。平面は格子法線ベクトルおよび照射光源からの電波ベクトルによって定義され得る。電波ベクトルは回折導光板上の光のＫ−ベクトルの走査である。格子ベクトルは格子ラインの方向を定義する回折格子の平面でのベクトルである。本願で使われる用語「Ｅ状態」は、格子ベクトルに沿って波長帯域の電界成分がゼロである偏光状態をいう。本願で使われる用語「Ｍ状態」は、格子ベクトルに沿って磁界成分がゼロである偏光状態をいう。回折導光板の回折格子に入射する波長帯域の偏光は、Ｅ状態およびＭ状態の間で制御されて変化する。一実施例において、回折格子に入射する偏光されたＭ状態の波長帯域は回折格子を含む導光板を通過し、その反面、回折格子に入射する偏光されたＥ状態の波長帯域はその回折格子を含む導光板内にカップリングされる。回折導光板のカップリング乃至回折原理は公知であり、大韓民国特許公開第２０１５−００７１６１２号に開示された内容を参照することができる。

一つの例示において、上記少なくとも２枚の回折導光板はカップリングされる（またはマッチする）波長帯域が互いに異なり得る。上記互いに異なる波長帯域は可視光線領域内に存在し得る。

一つの例示において、上記光学フィルムの吸収バンドと上記少なくとも２枚の回折導光板のうちいずれか一つの回折導光板のカップリングされる波長帯域は、互いに重なる領域が存在し得る。上記光学フィルムの吸収バンドは、上記少なくとも２枚の回折導光板のうち上記光学フィルムと隣接する回折導光板にカップリングされる波長帯域と互いに重なる領域が存在し得る。

一つの具体的な例として、上記光学フィルムの吸収バンドは、その光学フィルム側に光を通過させる最も隣接する回折導光板のカップリング波長帯域と互いに重なる領域が存在し得る。これを通じて、回折導光板でカップリングされずに透過する残余光を光学フィルムが吸収することができるため、クロストークをさらぶ抑制することができる。

また、上記光学フィルムの吸収バンドは、その光学フィルムを通過した光が入射する最も隣接する回折導光板のカップリング波長帯域とは互いに重なる領域がないことが好ましい。これは回折導光板にカップリングされなければならない波長領域の光線を吸収する場合、観察者の目に到達する光線の強度が弱くなり得るためである。

一つの例示において、上記光学素子は少なくとも３枚の回折導光板を含み、上記少なくとも３枚の回折導光板の間に配置された少なくとも２枚の光学フィルムを含むことができる。図８は、このような光学素子を例示的に示した図面である。上記光学素子は、第１回折導光板２００Ａ、第２回折導光板２００Ｂおよび第３回折導光板２００Ｃを順に含むことができる。上記第１回折導光板２００Ａと第２回折導光板２００Ｂの間に第１光学フィルム１００Ａが配置され得る。上記第２回折導光板２００Ｂと第３回折導光板２００Ｃの間に第２光学フィルム１００Ｂが配置され得る。一つの例示において、上記第１回折導光板、第２回折導光板および第３回折導光板は、それぞれ青色、緑色および赤色波長帯域とマッチされ得る。この時、光源からの光が第１回折導光板に最初に入射する場合に、第１光学フィルムは青色光に対する吸収バンドを有することができ、第２光学フィルムは青色および緑色光に対する吸収バンドを有することができる。

本出願はまた、上記光学フィルムまたは上記光学素子を含む映像装置に関するものである。上記映像装置は光源および上記光源の光出射側に配置された上記光学素子を含むことができる。上記光学素子は上記光源からの光がアイボックスまたは観察者の目に到達できるようにすることができる。

上記映像装置の具現に使われ得るイメージ生成技術は多様に存在する。映像装置は光源が白色光バックライト光学活性物質によって変調する透過型走査技術を使って具現され得る。このような技術は、一般的に強力なバックライトと高い光エネルギー密度を有するＬＣＤ型ディスプレイを使って具現される。映像装置はまた、外部光が反射して光学的に活性物質によって調節される反射技術を使って具現され得る。照明は技術により、ホワイトソースまたはＲＧＢソースのうち一つによって前面で調光される。クアルコム社からのデジタルライトプロセッシング（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．以下、ＤＬＰ）、シリコン液晶表示（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ．以下、ＬＣＯＳ）およびＭｉｒａｓｏｌディスプレイ技術は、殆どのエネルギーが変調構造で反射する効率的な反射技術の例であり、このシステムで使われ得る。

上記映像装置は上記光学素子と光源の間にレンズをさらに含むことができる。上記レンズは光源から光学素子に光を向かわせることができる。上記レンズはコリメートレンズ（ｃｏｌｌｉｍａｔｅ ｌｅｎｓ）であり得る。

上記光源から放出された光は偏光されない光であるか、Ｅ状態の偏光であるかまたはＭ状態の偏光であり得る。上記映像装置は上記光学素子と光源の間に偏光スイッチ（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｓｗｉｔｃｈ）をさらに含むことができる。偏光スイッチは、入射偏光のすべての波長帯域または一部の波長帯域の偏光方向を９０度切り替えることができる。

一つの例示において、上記映像装置は前方表示装置（ＨＵＤｓ）であり得る。上記映像装置はアイウェアの形態を有し得る。一つの例示において、上記映像装置は拡張現実機器で使われ得る。上記映像装置は、物理的環境で実際の物体と仮想のイメージを混合してディスプレーするために使われ得る。このような映像装置は、本出願の光学フィルムを回折導光板と共に適用することによって、回折効率を向上させるだけでなく、クロストークを防止することができる。

図９は、本出願の光学素子を利用したカップリング効率の向上およびクロストークの減少原理を例示的に示した図面である。光源（ＬｃｏＳ）３００から順に青色波長にマッチされる第１回折導光板２００Ａ、緑色波長にマッチされる第２回折導光板２００Ｂおよび赤色波長にマッチされる第３回折導光板２００Ｃが順に配置されている。上記第１回折導光板と第２回折導光板の間に青色光に対する吸収バンドを有する第１光学フィルム１００Ａを配置し、第２回折導光板と第３回折導光板の間に緑色光および青色光に対する吸収バンドを有する第２光学フィルム１００Ｂを配置する。

回折導光板にカップリングされずに通過するＭ偏光状態の振動方向を０度と仮定し、カップリングされるＥ偏光状態の振動方向を９０度と仮定する。光源（ＬＣｏｓ）３００から赤色、緑色および青色波長が０度偏光状態（Ｍ偏光状態）で放出される。上記光は偏光スイッチ４００を通過しながら、赤色波長および青色波長は９０度偏光状態（Ｅ偏光状態）に変換される。上記赤色、緑色および青色波長は第１回折導光板２００Ａを通過しながら青色波長がカップリングされる。青色波長は第１回折導光板によってアイボックスまたは観察者の目５００に到達することができる。第１回折導光板にカップリングされずに透過した残余青色波長は、第１光学フィルム１００Ａにより吸収される。第１回折導光板２００Ａを通過した赤色および緑色波長は、第１光学フィルム１００Ａにより偏光方向が９０度回転する。その後、緑色波長は第２回折導光板２００Ｂによりカップリングされ、赤色波長は第２回折導光板２００Ｂを通過する。緑色波長は第２回折導光板によってアイボックスまたは観察者の目５００に到達することができる。その後、第２回折導光板２００Ｂにカップリングされずに透過した残余緑色波長および残余青色波長は、第２光学フィルム１００Ｂにより吸収される。赤色波長は第２光学フィルム１００Ｂにより偏光方向が９０度回転する。その後、赤色波長は第３回折導光板２００Ｃにカップリングされる。赤色波長は第３回折導光板によってアイボックスまたは観察者の目５００に到達することができる。このように、本出願の光学フィルムを通じて、各回折導光板は高いカップリング効率でマッチされる波長をカップリングすることができるため、クロストークを減少させることができる。

上記映像装置は、本出願の光学フィルムまたは光学素子を含む限り、他の部品乃至構造などは特に制限されず、この分野で公知とされているすべての内容が適切に適用され得る。

本出願の光学フィルムは可視光線領域で広帯域偏光変換特性を示すだけでなく、可視光線領域で吸収バンドを有する。このような光学フィルムは、拡張現実機器などの映像装置に回折導光板積層体のような光学素子として適用されて、クロストークを抑制することができる。

本出願の光学フィルムを例示的に示した図面。 本出願の光学フィルムを例示的に示した図面。 本出願の光学フィルムを例示的に示した図面。 本出願の光学フィルムを例示的に示した図面。 本出願の光学フィルムを例示的に示した図面。 本出願の光学フィルムを例示的に示した図面。 回折導光板の構造およびおよび回折導光板の内部または外部にカップリングされた光線の総内部反射を例示的に示した図面。 本出願の光学素子を例示的に示した図面。 本出願の光学素子を利用したカップリング効率の向上およびクロストークの減少原理を例示的に示した図面。 参考例１および参考例２の波長に対する吸収軸透過率（Ａ）および透過軸透過率（Ｂ）のグラフ。 吸収バンドが異なる４種の染料の波長に対する透過度グラフ。 染料を含む粘着剤層の波長に対する透過度グラフ。 実施例１（Ａ）および実施例２（Ｂ）の耐光性ＴＥＳＴ後の波長に対する透過度グラフ。

以下、実施例を通じて本出願を具体的に説明するが、本出願の範囲は下記の実施例によって制限されるものではない。

評価例１．広帯域位相遅延特性評価

参考例１
Ｒ（６５０）／Ｒ（５５０）値がＲ（４５０）／Ｒ（５５０）値より大きく（逆分散特性）、１／４波長位相遅延特性を有する第１および第２位相差フィルムを光軸が互いに平行するように粘着剤層（ＬＧ化学のＡＤ７０１製品、アクリル系粘着剤）により接合した構造の光学フィルムを準備した。具体的には、上記第１位相差フィルムは１／２波長位相遅延特性を有し（５５０ｎｍ波長に対するＲｉｎ値が２７５ｎｍ）、基準軸（横方向）対比１５度の光軸を有する第１液晶層および１／４波長位相遅延特性を有し（５５０ｎｍ波長に対するＲｉｎ値が１３７．５ｎｍ）、基準軸（横方向）対比７５度の光軸を有する第２液晶層の多層構造を有する。上記第２位相差フィルムも上記第１位相差フィルムと同様に準備する。第１および第２位相差フィルムの接合において、１／４波長位相遅延特性を有する第２液晶層が粘着剤層に接するように接合した。

参考例２
Ｒ（６５０）／Ｒ（５５０）値がＲ（４５０）／Ｒ（５５０）値より小さく（正分散特性）、１／２波長位相遅延特性を有する位相差フィルム（Ｔｅｉｊｉｎ社のポリカーボネート系延伸フィルム）を参考例２の光学フィルムとして準備した。

参考例１および参考例２でそれぞれ準備された光学フィルムに対し、光学フィルムの光軸と偏光フィルムの吸収軸の角度が４５度となるように、厚さ２０μｍの粘着剤を媒介として付着した試料を準備した。上記試料に対してＪＡＳＣＯ社の透過スペクトル測定装備を利用して、光源の偏光子を回転させて最小透過率と最大透過率を測定する方式で、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ波長に対する吸収軸透過率および透過軸透過率を測定し、その結果を表１および図１０に示した。図１０のグラフ（Ａ）は吸収軸透過率を示し、グラフ（Ｂ）は透過軸透過率を示す。逆分散特性を有する参考例１は、全般的な可視光線波長領域で偏光変換特性を有し、正分散特性を有する参考例２に比べて優秀な特性を有することを確認することができる。

評価例２．可視光線吸収特性評価染料を含む粘着剤層の可視光線吸収特性を評価した。

図１１は、狭い波長領域の吸収バンドを有する４種の染料の波長に対する透過度グラフ（ｘ軸：波長［ｎｍ］、ｙ軸：透過度［％］）を示す。染料１、染料２、染料３および染料４は、それぞれＹａｍａｄａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社のＦＤＢ００５、ＦＤＢ００６、ＦＤＧ００３およびＦＤＧ００７製品である。粘着剤層は、粘着性樹脂としてアクリル系樹脂（ＬＧ化学のＡＤ７０１製品）を使った。

図１２は、染料を含む粘着剤層の波長に対する透過度グラフ（ｘ軸：波長［ｎｍ］、ｙ軸：透過度［％］）を示す。図１２に示した通り、染料４を使ってＧｒｅｅｎ ｃｕｔが可能であり、染料１、染料２、染料３および染料４を混合してＧｒｅｅｎ−Ｂｌｕｅ ｃｕｔが可能であり、染料１、染料２および染料３を混合してＢｌｕｅ ｃｕｔが可能である。

評価例３．耐光性評価

実施例１
図４の構造の光学フィルムを実施例１として準備した。第１位相差フィルムおよび第２位相差フィルムは、参考例１と同様にして準備した。ただし、第１位相差フィルムと第２位相差フィルムを接合する粘着剤層として上記染料４を含む粘着剤層を使った。粘着剤層の粘着性樹脂としてはアクリル系樹脂（ＬＧ化学のＡＤ７０１製品）を使ったし、染料は粘着性樹脂１００重量部対比約３．５重量部で添加した。第１および第２反射防止層としてそれぞれ無機低屈折（ＭｇＦ_２）材料を利用してスパッタタイプの反射防止層（Ｄｅｘｅｒｉａｌｓ社のＣｌｅａｒ Ｔｙｐｅ ＡＲ１．５ Ｇｒａｄｅ）を適用した。

実施例２
実施例１の光学フィルムの製造において、第１および第２反射防止層として、それぞれスパッタタイプの反射防止層の代わりに溶液タイプのＰＥＴＡ（Ｐｅｎｔａｅｒｙｔｈｒｉｔｏｌ ｔｒｉａｃｒｙｌａｔｅ）系有機バインダーと中空シリカの混合材料を利用して反射防止層（ＤＮＰ社のＤＳＧ０３ Ｇｒａｄｅ）を適用したことを除いては実施例１と同様にして光学フィルムを製造した。

実施例１および２に対し、１．２Ｗ／ｍ^２強度の４２０ｎｍ波長の光を利用して、４０℃で耐光性ＴＥＳＴ（Ａｔｌａｓ Ｃｉ３０００）以降の波長による透過率を評価し、その結果を図１３に示した。図１３のグラフ（Ａ）は実施例１の透過率グラフであり、グラフ（Ｂ）は実施例２の透過率グラフである。実施例１のように、塗膜密度が高いスパッタタイプの反射防止層を使う場合、実施例２のように湿式コーティング方式の反射防止層を使う場合と比べて、初期対比１００時間耐光テスト後の透過率を低下させることなく耐光性を改善できることを確認することができる。

評価例４．クロストーク評価

実施例３
図９の構造の映像装置を準備する。具体的には、光源（ＬｃｏＳ）３００から順に青色波長にマッチされる第１回折導光板２００Ａ、緑色波長にマッチされる第２回折導光板２００Ｂおよび赤色波長にマッチされる第３回折導光板２００Ｃが配置される。上記第１回折導光板と第２回折導光板の間に青色光に対する吸収バンドを有する第１光学フィルム１００Ａを配置し、第２回折導光板と第３回折導光板の間に緑色光および青色光に対する吸収バンドを有する第２光学フィルム１００Ｂを配置する。

比較例１
光源（ＬｃｏＳ）３００から青色波長にマッチされる第１回折導光板２００Ａ、緑色波長にマッチされる第２回折導光板２００Ｂおよび赤色波長にマッチされる第３回折導光板２００Ｃが順に配置された回折導光板積層体を比較例１として準備する。ただし、上記回折導光板の間には実施例１の第１および第２光学フィルムを配置していない。

光源を作動させ、回折導光板積層体から光が出る側で光の強度を測定することによって、クロストークを評価することができる。実施例３の場合、ＲＧＢ領域で均一で高い光の強度（明るさ）を示す反面、比較例１はＲＧＢ領域で色相が不均一で光の強度も減少する。

１０：第１位相差フィルム
２０：第２位相差フィルム
３０：カラーフィルタ層
１０１、２０１：第１液晶層
１０２、２０２：第２液晶層
４０：第１基材層
５０：第２基材層
６０：第１反射防止層
７０：第２反射防止層
８０：第１バリアー層
９０：第２バリアー層
１００：回折導光板
１０Ａ：入力回折格子
１０Ｂ：出力回折格子
１０Ｃ：基板
１００Ａ：第１光学フィルム
１００Ｂ：第２光学フィルム
２００Ａ：第１回折導光板
２００Ｂ：第２回折導光板
２００Ｃ：第３回折導光板
３００：光源
４００：偏光スイッチ
５００：アイボックス（観察者）

Claims (16)

1. 少なくとも２枚の回折導光板を順次含むとともに、前記少なくとも２枚の回折導光板の間に配置された光学フィルムを含む光学素子であって、前記光学フィルムは、下記の数式１を満足し、１／２波長位相遅延特性を有し、３８０ｎｍ〜７５０ｎｍの可視光線波長領域で吸収バンドを有する、光学素子：
   ［数式１］
   Ｒ（６５０）／Ｒ（５５０）＞Ｒ（４５０）／Ｒ（５５０）
   前記数式１でＲ（λ）は光学フィルムのλｎｍ波長の光に対する面内位相差値であり、
   前記吸収バンドとは、波長に対する透過度スペクトルで２０％以下の透過度を示す地点の波長帯域を意味する。
2. 前記光学フィルムのＲ（６５０）／Ｒ（５５０）の値は１．０１〜１．１９であり、前記光学フィルムのＲ（４５０）／Ｒ（５５０）の値は０．８１〜０．９９である、請求項１に記載の光学素子。
3. 前記数式１を満足し、１／４波長位相遅延特性を有する第１位相差フィルム、可視光線波長領域で吸収バンドを有する染料を含むカラーフィルタ層および前記数式１を満足し、１／４波長位相遅延特性を有する第２位相差フィルムを順に含む、請求項１または２に記載の光学素子。
4. 前記第１位相差フィルムの光軸および前記第２位相差フィルムの光軸は互いに平行をなす、請求項３に記載の光学素子。
5. 前記第１位相差フィルムおよび前記第２位相差フィルムは、それぞれ１／２波長位相遅延特性を有する第１液晶層および１／４波長位相遅延特性を有する第２液晶層を含む多層構造である、請求項３に記載の光学素子。
6. 前記第１位相差フィルムおよび前記第２位相差フィルムにおいて、前記第２液晶層は、前記第１液晶層に比べて前記カラーフィルタ層に近く配置される、請求項５に記載の光学素子。
7. 前記第１位相差フィルムおよび前記第２位相差フィルムにおいて、前記第１液晶層の光軸と第２液晶層の光軸は、互いに５５度〜６５度をなす、請求項５または６に記載の光学素子。
8. 前記第１位相差フィルムおよび前記第２位相差フィルムにおいて、前記光学フィルムの横方向または縦方向を基準として、前記第１液晶層の光軸は１２．５度〜１７．５度をなし、前記第２液晶層の光軸は７２．５度〜７７．５度をなす、請求項５〜７のいずれか一項に記載の光学素子。
9. 前記カラーフィルタ層は前記染料および粘着性樹脂を含む粘着剤層である、請求項３〜８のいずれか一項に記載の光学素子。
10. 前記光学フィルムは、前記第１位相差フィルムおよび第２位相差フィルムの外側に、それぞれ第１基材層および第２基材層をさらに含む、請求項３〜９のいずれか一項に記載の光学素子。
11. 前記光学フィルムは、前記第１位相差フィルムおよび第２位相差フィルムの外側に、それぞれ第１反射防止層および第２反射防止層をさらに含む、請求項３〜１０のいずれか一項に記載の光学素子。
12. 前記光学フィルムは、第１位相差フィルムの一面に第１バリアー層および第２位相差フィルムの一面に第２バリアー層をさらに含む、請求項３〜１１のいずれか一項に記載の光学素子。
13. 前記少なくとも２枚の回折導光板は、カップリングされる光の波長帯域が互いに異なる、請求項１に記載の光学素子。
14. 前記光学フィルムの吸収バンドと前記光学フィルムと隣接する回折導光板にカップリングされる光の波長帯域は互いに重なる領域がある、請求項１に記載の光学素子。
15. 光源および前記光源の光出射側に配置された、請求項１に記載された光学素子を含む、映像装置。
16. 前記映像装置は拡張現実機器を含む、請求項１５に記載の映像装置。

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