KR100494001B1 - 원편광분리판,이의제조방법,광학소자,편광광원장치및액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

배향된 콜레스테릭 액정 중합체 층을 상이한 종류의 콜레스테릭 액정 중합체로 피복하고 이 피복층을 가열 배향시키거나, 배향된 콜레스테릭 액정 중합체 층을 서로 가열 압축시키거나, 배향된 콜레스테릭 액정 중합체 층을 휘발성 액체 또는 콜레스테릭 액정 중합체가 용해된 휘발성 액체를 통해 서로 부착시킴으로써 상부층과 하부층의 나선 피치가 상이한 2개 이상의 콜레스테릭 액정 중합체 층의 밀착된 적층체를 형성시킴을 포함하여, 원편광 분리판을 제조하는 방법; 상부층과 하부층의 나선형 피치가 상이한 두 개 이상의 콜레스테릭 액정 중합체 층의 밀착한 적층체를 포함하며, 이러한 적층제가 상부층과 하부층을 형성하는 콜레스테릭 액정 중합체의 혼합층을 갖고, 상기 혼합층의 상부층과 하부층의 나선형 피치가 상이하며, 이의 밀착 계면에서 나선형 피치가 두께 방향으로 다단계로 변하는 원편광 분리판; 원편광 분리판에 하나 이상의 1/4 파장판 및 편광판이 제공된 광학 소자; 도광판의 광 방출측 위에 원편광 분리판 또는 광학 소자를 포함하는 편광 광원 장치; 및 액정 셀의 가시 배면상에 원편광 분리판, 광학 소자 또는 편광 광원 장치를 포함하는 액정 표시 장치에 관해 기술하고 있다.

Description

원편광 분리판, 이의 제조방법, 광학 소자, 편광 광원 장치 및 액정 표시 장치
본 발명은 콜레스테릭 액정 중합체 층이 밀착한 상태로 서로 적층되어 있고, 빛의 사용 효율이 탁월한 편광 광원 장치 및 조명도가 탁월하여 우수한 가시도를 제공하는 액정 표시 장치를 형성할 수 있는 원편광(圓偏光) 분리판 및 광학 소자에 관한 것이다.
통상, 접착층을 통해 서로 부착된 반사광의 파장 범위가 상이한 2개 이상의 콜레스테릭 액정 중합체 층을 각각 포함하는 원편광 분리판은 JP-A 제(평)1-133003호(본 발명에서 사용된 용어 "JP-A"는 "미심사된 일본 공개특허공보를 의미한다")에 공지되어 있다. 콜레스테릭 액정층의 적층화는 반사광의 파장 범위를 확장시키기 위한 것이다. 즉, 콜레스테릭 액정층으로부터 반사되는 빛의 파장(λ)은, 입사각을 θ로 하고, 복굴절률(no, ne)에 의한 정상 광(ordinary light) 및 이상 광(extraordinary light)의 굴절률과 나선형 피치(p)를 기본으로 하는, nopcosθ<λ<nepcosθ 로 나타낸다.
그러나, 상기 기술된 no 및 ne의 값은 그리 크지 않다. 그러므로 반사광의 파장 범위가 가시광의 파장 범위보다 좁음으로써, 단층 콜레스테릭 액정층을 통해 투과되는 빛 및 이로부터 반사되는 빛은 선택적인 반사 또는 원편광 이색성이라 불리우는 것과 같이, 색상을 띠게 된다. 따라서, 상이한 형태의 콜레스테릭 액정 중합체 층은 반사광의 파장 범위를 확장시키기 위하여 적층됨으로써, 중간색을 나타내는 원편광 분리층을 형성하게 된다.
그러나, 접착층에 의한 콜레스테릭 액정 중합체 층의 적층화는 두께를 증가시키고, 접착 계면에서의 굴절률이 상이하므로 반사 손실이 증가되는 문제점을 갖는다. 또한, 콜레스테릭 액정 중합체 층의 단순한 적층화는 단지 반사광의 파장만을 증가시킨다. 따라서, 예를 들면 가시 광선의 전체 영역에 대한 반사 특성을 나타내는 원편광 분리판을 형성하기 위하여, 대개는 세 가지 형태 이상의 콜레스테릭 액정 중합체 층을 결합시킴으로써, 반사광의 파장 범위를 가시 광선의 전체 범위로 확장하도록 하는 것이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 다수의 콜레스테릭 액정 중합체 층이 접착층을 통해 적층되지 않고, 소수의 콜레스테릭 액정 중합체 층의 적층화에 의해 넓은 반사 파장 범위를 나타내는 원편광 분리판을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광학 소자 및 원편광 분리판을 사용하여 빛 사용의 효율이 탁월한 편광 광원 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 조명도가 탁월하여 우수한 가시도를 제공하는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라서 배향된 콜레스테릭 액정 중합체 층을 상이한 종류의 콜레스테릭 액정 중합체를 사용하여 피복하고, 생성된 피복층을 가열 배향시키거나 배향 콜레스테릭 액정 중합체 층을 서로 가열 압축시키거나, 배향된 콜레스테릭 액정 중합체 층을 휘발성 액체 또는 콜레스테릭 액정 중합체가 용해된 휘발성 액체로 서로 부착시키고, 이로써 상부층과 하부층의 나선형 피치가 상이한 2개 이상의 콜레스테릭 액정 중합체 층이 밀착된 적층체를 형성시킴을 포함하여, 원편광 분리판을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 추가로 상부층과 하부층의 나선형 피치가 상이한 2개 이상의 콜레스테릭 액정 중합체 층의 직접 밀착한 적층체를 포함하는 원편광 분리판; 및 상부층과 하부층의 나선형 피치가 상이한 2개 이상의 콜레스테릭 액정 중합체 층의 밀착한 적층체를 포함하고, 적층체가 상부층과 하부층을 형성하는 콜레스테릭 액정 중합체의 혼합층을 갖고, 혼합층의 상부층과 하부층의 나선형 피치가 상이하고, 이의 밀착 계면에서 두께 방향으로 나선형 피치가 다단계로 변하는 원편광 분리판을 제공한다.
본 발명은 또한 추가로 원편광 분리판에 하나 이상의 1/4 파장판 및 편광판이 제공되어 있는 광학 소자; 도광판의 광 방출측 위에 원편광 분리판 또는 광학 소자를 포함하는 편광 광원 장치; 및 액정 셀의 가시 배면에 원편광 분리판, 광학 소자 또는 편광 광원 장치를 포함하는 액정 표시 장치를 제공한다.
본 발명의 제조 방법에 따라, 상부층과 하부층의 나선형 피치가 상이한 2개 이상의 콜레스테릭 액정 중합체 층의 직접 밀착한 적층체를 포함하는 원편광 분리판이 효율적으로 제조될 수 있다. 따라서, 접착층의 개입에 의해 유발되는 반사 손실과 두께의 증가를 피할 수 있다.
밀착 계면에서 상부층과 하부층을 형성하는 콜레스테릭 액정 중합체의 혼합층을 포함하는 원편광 분리판에서, 혼합층의 나선형 피치가 상부층과 하부층의 나선형 피치 값의 평균 값을 나타내므로, 두께 방향으로 다단계로 나선형 피치가 변하는 콜레스테릭 액정 중합체 층의 적층체를 형성할 수 있다. 따라서, 상부층과 하부층 사이의 반사 파장 범위가 비연속 범위인 경우, 비연속 범위를 채워 반사 파장 범위를 연속으로 만들 수 있는 반사 특성을 나타낸다.
따라서, 예를 들면, 500nm 이하 또는 600nm 이상의 반사 파장 범위를 갖는 두 종류의 콜레스테릭 액정 중합체 층을 사용하여 비연속 반사 파장 범위인 500nm 내지 600nm의 파장 범위에서 빛을 반사할 수 있는 원편광 분리층을 수득할 수 있다. 이는 더 넓은 반사 파장 범위를 나타내는 원편광 분리판이 콜레스테릭 액정 중합체 층의 더 적은 적층체에 의해 형성될 수 있음을 의미한다.
또한, 위에서 언급한 원편광 분리층을 사용하여, 광학 특성이 탁월한 광학 소자 및 빛 사용이 효율적인 탁월한 편광 광원 장치를 형성할 수 있고, 조명도가 탁월하여 우수한 가시도를 제공하는 액정 표시 장치를 형성할 수 있다.
본 발명에 따르는 원편광 분리판은 상부층과 하부층의 나선형 피치가 상이한 2개 이상의 콜레스테릭 액정 중합체 층의 직접 밀착한 적층체를 포함한다. 이의 양태는 도 1 및 도 2에 나타낸다. 참조 번호 1은 원편광 분리판을 나타내고, 참조 번호 11, 12 및 13은 이의 콜레스테릭 액정 중합체 층을 나타낸다.
2개의 콜레스테릭 액정 중합체 층의 직접 밀착한 적층체는, 예를 들면, 배향된 콜레스테릭 액정 중합체 층을 상이한 종류의 콜레스테릭 액정 중합체를 사용하여 피복하고, 생성된 피복층을 가열 배향시킴으로써 제조할 수 있다. 3개 이상의 콜레스테릭 액정 중합체 층의 밀착한 적층체는 콜레스테릭 액정 중합체 층을 위에서 언급한 콜레스테릭 액정 중합체를 사용하여 피복하고, 생성된 피복층을 가열 배향시킴을 포함하는 방법을 반복함으로써 제조할 수 있다.
위에서, 선택적 반사 및 빛 사용에서의 효율성과 같은 광학 특성이 우수한 원편광 분리판을 수득하기 위해, 또다른 콜레스테릭 액정 중합체를 사용하여 피복되는 미리 배향된 콜레스테릭 액정 중합체가 60% 이상, 바람직하게는 65% 이상, 더욱 바람직하게는 70% 이상의 경면 반사율을 나타내는 것이 바람직하다. 본원에서 사용된 "경면 반사율"이란 용어는 선택적으로 반사된 총 반사광에 대한 경면 반사 부분(정상 반사 방향으로의 성분)의 비를 의미하고, 이는 (경면 반사도/총 반사도)×100으로 계산한다.
또한, 적층화로 인한 배향 효율에 대해, 광학 활성 탄소 원자, 예를 들면, 비대칭 탄소 원자, 메소겐 그룹, 키랄성 및 키랄 성분의 비율만으로 미리 배향된 층을 구성되는 콜레스테릭 액정 중합체와 상이한 콜레스테릭 액정 중합체 층이 다른 종류의 콜레스테릭 액정 중합체로서 사용되고, 10 내지 50% 용액으로 적용되는 것이 바람직하다.
또한, 고도로 배향된 적층화 층의 형성에 있어서, 다른 종류의 콜레스테릭 액정 중합체의 피복층을 30℃ 이하의 공기를 사용하여 건조시켜 잔류 용매의 양을 20% 이하로 감소시키고, 이어서 건조 상태에서 콜레스테릭 액정 중합체의 피복층을 가열 배향 처리한다.
한편, 2개 이상의 콜레스테릭 액정 중합체 층의 직접 밀착한 적층체를 제조하는 방법은 특정한 2개 이상의 배향된 콜레스테릭 액정 중합체 층을 서로 가열 압축시켜 서로 부착시키는 방법 및 특정한 2개 이상의 배향된 콜레스테릭 액정 중합체 층을 휘발성 액체 또는 콜레스테릭 액정 중합체가 용해되는 휘발성 액체로 서로 부착시키는 방법을 포함한다.
위의 가열 압축 처리시, 콜레스테릭 액정 중합체 층을 가열 압축 장치(예: 롤 적층화기)에 의해 유리 전이온도 이상 등방성 상 전이온도 이하의 온도에서 가열 압축시키는 방법과 같은 적절한 방법이 사용될 수 있다.
한편, 콜레스테릭 액정 중합체 층 사이에 사용되는 휘발성 액체로서는 콜레스테릭 액정 중합체를 팽윤시키거나 용해시킬 수 있는 알콜 및 콜레스테릭 액정 중합체에 대한 용매로서 사용되는 적합한 용매, 예를 들면, 탄화수소, 에테르 및 케톤이 사용될 수 있다. 특히, 배향 상태를 유지하기 위해 콜레스테릭 액정 중합체의 용해도가 20중량% 이하인 저용해성 휘발성 액체를 사용하는 것이 바람직하다.
휘발성 유체에 용해되는 콜레스테릭 액정 중합체로서 적합한 중합체가 사용될 수 있다. 특히, 콜레스테릭 액정 중합체 층 사이의 부착시 상부층과 하부층을 형성하는 콜레스테릭 액정 중합체 중의 하나 또는 모두를 사용하는 것이 바람직하다. 휘발성 유체를 콜레스테릭 액정 중합체 층 사이에 적용시키기 위해 피복법 또는 분사법과 같은 적합한 방법을 사용할 수 있다.
원편광 분리판은 상부층과 하부층의 나선형 피치가 상이한 콜레스테릭 액정 중합체 층의 결합으로 형성된다. 따라서, 원편광 분리판은 동일한 나선형 피치를 갖는 2개 이상의 콜레스테릭 액정 중합체 층을 포함하는 적층체로 형성될 수 있다. 그러나, 이 경우, 동일한 나선형 피치를 갖는 콜레스테릭 액정 중합체 층 사이에 나선형 피치가 상이한 하나 이상의 콜레스테릭 액정 중합체 층이 삽입되어 있다.
안정한 광학 특성을 갖는 효율적인 판을 제조하기 위해, 원편광 분리판을 위에서 언급한 방법으로 제조하는 것이 유리하다.
시각 변화에 의해 유발되는 투과된 빛의 색상 변화가 감소된 원편광 분리판을 수득하기 위하여, 콜레스테릭 액정 중합체 층이 반사광의 중심 파장을 기준으로 하여 길고 짧은 순서로 서로 적층되어 있는 것이 바람직하다.
콜레스테릭 액정 중합체 층으로서, 자연광을 투과광 및 반사광과 같은 그랜쟝 배향(Grandjean orientation)에 의해 우측 원편광 및 좌측 원편광으로 분리하는 적절한 것이 사용될 수 있다. 콜레스테릭 액정 중합체 층은 단층 생성물(예: 필름)로서, 또는 가소성 필름 등으로 지지되는 다층 생성물로서 수득될 수 있다.
콜레스테릭 액정 중합체 층은 가능한 한 균일하게 배향되는 것이 바람직하다. 균일하게 배향된 콜레스테릭 액정 중합체 층은 산란이 없는 반사광을 제공함으로써, 이들은 액정 표시 장치에서 가시각의 확대에 유용하고, 특히 또한, 경사 방향으로부터 직접 관찰되는 직시형 액정 표시 장치의 형성에 적합하다.
본 발명에 따르는 원편광 분리판에서, 상부층과 하부층의 나선형 피치가 상이한 2개 이상의 콜레스테릭 액정 중합체 층이 서로 적층되어 있고, 이는 분리 기능의 파장 범위를 확대하기 위한 것이다. 즉, 단층 콜레스테릭 액정 층은 대개 선택적인 반사(원편광 이색성)를 나타내는 파장 범위에 대해 제한을 가지며, 이러한 제한은 일부 경우에 약 100㎚의 파장 범위로 연장되는 광범위한 범위이다. 그러나, 심지어 이러한 파장 범위가 액정 표시 장치로 적용되는 경우에도 바람직한 가시 광선의 전체 범위로 확대되지는 않는다. 따라서, 선택적인 반사(반사 파장)가 상이한 콜레스테릭 액정 층은 서로 적층시켜 원편광 이색성을 나타내는 파장 범위를 확대시키고자 하는 것이다.
그런데, 선택적인 반사의 중심 파장이 300 내지 900㎚의 범위인 몇몇 형태의 콜레스테릭 액정 중합체 층은 동일한 방향으로 원편광을 반사시키고, 나선형 피치가 상이한 층의 조합을 사용하여 적층시킴으로써, 가시 광선 범위와 같은 광범위한 파장 범위를 커버할 수 있는 원편광 분리층을 효율적으로 형성할 수 있다. 이 경우, 동일한 방향으로 원편광을 반사시키는 콜레스테릭 액정 층의 적층화는 각각의 층에 의해 반사되는 원편광의 상 상태를 균일하게 만듬으로써, 각각의 파장 범위에서 상이한 편광 상태가 생성되는 것을 방지하고, 편광량을 유용한 상태로 증가시킨다.
원편광 분리 층을 형성하기 위한 콜레스테릭 액정 중합체에 대한 특별한 제한은 없으며, 적절한 중합체가 사용될 수 있다. 따라서, 콘쥬게이트 선형 원자 그룹(메소겐)이 중합체의 주쇄 또는 측쇄로 도입된 주쇄형 또는 측쇄형 중합체와 같은 다양한 중합체가 사용될 수 있다. 복굴절률 차(Δn, retardation)가 큰 콜레스테릭 액정 중합체는 선택적인 반사의 파장 범위가 보다 광범위해지며, 바람직하게는 층수의 감소 및 광범위한 시각에서의 파장 이동에 대한 허용 면에서 사용된다. 액정 중합체로서, 유리 전이온도가 30 내지 150℃인 중합체가 취급 및 조작 온도에서의 배향 안정성 면에서 바람직하게 사용될 수 있다.
그런데, 위에서 언급한 주쇄형 액정 중합체의 예로는 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리카보네이트 및 폴리에스테르이미드와 같은 중합체가 포함되며, 이때 파라 치환된 사이클릭 화합물을 포함하는 메소겐 그룹은 스페이서 잔기에 의해 결합되어, 경우에 따라, 가요성을 제공한다.
측쇄형 액정 중합체의 예로는 주쇄로서 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리실록산 또는 폴리말로네이트를 갖고, 콘쥬게이트 선형 원자 그룹(메소겐)을 포함하는 스페이서 잔기를 통한 측쇄로서 파라 치환된 사이클릭 화합물을 포함하는 저분자량의 액정 화합물(메소겐 그룹)을 갖는 중합체, 경우에 따라, 키랄성을 함유하는 저분자량 네마틱 액정 중합체, 키랄 성분 도입된 액정 중합체 및 네마틱과 콜레스테릭 중합체의 혼합 액정 중합체가 포함된다.
위에서 기술한 바와 같이, 심지어 파라-치환된 방향족 단위 또는 치환된 사이클로헥실 환 단위를 포함하는 네마틱 배향을 부여하는 파라 치환된 사이클릭 화합물을 갖는 중합체(예: 아조메틴, 아조, 아족시, 에스테르, 비페닐, 페닐사이클로헥산 및 비사이클로헥산 형태)는 비대칭 탄소 원자를 갖는 화합물 또는 저분자량 키랄성 제제를 포함하는 적절한 키랄성 성분을 도입시킴으로써 콜레스테릭 배향을 갖는 중합체로 전환시킬 수 있다[일본 공개특허공보 제(소)55-21479호 및 미국 특허 제5,332,522호]. 파라-치환된 사이클릭 화합물의 파라-위치의 말단 치환체 그룹은 적절한 그룹(예: 시아노, 알킬 및 알콕시 그룹)일 수 있다.
스페이서 잔기에는, 예를 들면, 메틸렌 쇄[-(CH2)n-] 및 폴리옥시메틸렌 쇄 [-(CH2CH2O)m-]가 포함된다. 스페이서 잔기를 형성하는 반복 구조 단위의 수는 메소겐 잔기의 화학 구조에 의해 적절하게 결정한다. 일반적으로, 메틸렌 쇄인 경우, n은 0 내지 20, 바람직하게는 2 내지 12이고, 폴리옥시메틸렌 쇄인 경우, m은 0 내지 10이고, 바람직하게는 1 내지 3이다.
위에서 언급한 주쇄형 액정 중합체는 통상의 중합체 합성을 근거로 하여 적절한 방법에 의해, 예를 들면, 라디칼 중합, 양이온 중합 또는 음이온 중합에 의해 성분 단량체를 공중합시켜 제조할 수 있다. 또한, 측쇄형 액정 중합체는 주쇄(예: 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트)를 형성하기 위하여 메소겐 그룹을, 경우에 따라, 스페이서 그룹에 의해 비닐 단량체로 도입시키는, 단량체를 라디칼 중합에 의해 중합시키는 단량체 부가 중합, 백금 촉매의 존재하에 폴리옥시메틸-실릴렌의 Si-H 결합에 의한 비닐 치환된 메소겐 단량체의 부가 중합, 주 중합체로 부가되는 작용기를 통하여 상 전이 촉매를 사용한 에스테르화에 의해 메소겐 그룹의 도입 및 메소겐 그룹이, 경우에 따라, 스페이서 그룹 및 디올에 의해 말론산의 일부로 도입되는 단량체의 중축합과 같은 적절한 방법으로 제조할 수 있다.
위에서, 다음 화학식 1의 단량체 단위 및 화학식 2의 단량체 단위를 포함하는 공중합체, 특히 화학식 1의 단량체 단위 60 내지 95중량% 및 화학식 2의 단량체 단위 40 내지 5중량%를 포함하는 공중합체가 필름 형성 특성, 양호한 모노도메인 상태의 그랜쟝 배향, 단기간의 배향, 유리 상태로의 안정한 고정 특성, 콜레스테릭 상의 나선형 피치의 제어성 및 얇고 가볍고, 배향 상태에서 변하기가 어려운 원편광 분리층의 형성 특성(예: 사용 온도에 따른 피치), 우수한 내구성 및 저장 안정성 면에서 바람직하게 사용된다[일본 공개특허공보 제(평)7-251818호].
[화학식 1]
[화학식 2]
위의 화학식 1 및 화학식 2에서,
R1은 수소 또는 메틸 그룹이고,
R2는 수소 또는 메틸 그룹이고,
m은 1 내지 6의 정수이고,
n은 1 내지 6의 정수이고,
X1은 CO2 그룹 또는 OCO 그룹이고,
X2는 CO2 그룹 또는 OCO 그룹이고,
p 및 q는 각각 1 또는 2의 정수이며, p+q는 3을 만족시키고,
X3은 -CO-R3 또는 R4이고, 여기서 R3은 또는 이며, R4는 이고, R5는 , , 또는 이다.
위의 화학식 1 및 2의 단량체 단위를 형성할 수 있는 아크릴계 단량체는 적절한 방법으로 합성할 수 있다. 이의 예로는 먼저, 에틸렌 클로로히드린 및 4-하이드록시벤조산을 알칼리 수용액에서 촉매로서 요오드화칼륨을 사용하여 가열 환류시켜 하이드록시카복실산을 수득한 다음, 아크릴산 또는 메타크릴산과의 탈수 반응에 의해 (메트)아크릴레이트를 수득하고, (메트)아크릴레이트를 디사이클로헥실카보디이미드(DCC) 및 디메틸-아미노피리딘(DMAP)의 존재하에 4-시아노-4'-하이드록시비페닐로 에스테르화함으로써 단량체를 수득하는 방법이 포함된다.
화학식 2에 속하는 아크릴계 단량체의 합성예로는 먼저, 하이드록시알킬 할라이드 및 4-하이드록시벤조산을 알칼리 수용액에서 촉매로서 요오드화칼륨을 사용하여 가열 환류시켜 하이드록시카복실산을 수득한 다음, 아크릴산 또는 메타크릴산과의 탈수 반응에 의해 (메트)아크릴레이트를 수득하고, (메트)아크릴레이트를 DCC 및 DMAP의 존재하에 4번 위치에 R3 그룹 함유 CO 그룹을 갖는 페놀과 에스테르화하는 방법, 및 (메트)아크릴레이트를 위에서 언급한 탈수 반응 후에, DCC 및 DMAP의 존재하에 4번 위치에 비대칭 탄소 원자를 갖는 페놀과 에스테르화하는 방법이 포함된다.
따라서, 위에서 언급한 화학식 1 및 2에 속하는 다른 단량체는 원하는 도입 그룹을 갖는 적절한 원료를 사용하여 위에서 언급한 방법에 따라 합성할 수 있다. 위에서 언급한 4번 위치에 R3 그룹 함유 CO 그룹을 갖는 페놀은, 예를 들면, 먼저 메틸 클로로포르메이트를 알칼리 수용액에서 4-하이드록시벤조산과 반응시켜 카복실산을 수득하고, 이를 옥살릴 클로라이드를 사용하여 산 클로라이드로 전환시키고, 산 클로라이드를 피리딘/테트라하이드로푸란 속에서 H-R3과 반응시켜 R3 그룹을 도입시킨 다음, 생성된 생성물을 수성 암모니아로 처리하여 보호 그룹을 제거함으로써 수득할 수 있다. 또한, 4번 위치에 비대칭 탄소 원자를 갖는 페놀은, 예를 들면, 4-하이드록시벤즈알데히드 및 (S)-(-)-1-페닐에틸아민을 톨루엔 속에서 공비 탈수반응시킴으로써 수득할 수 있다.
위에서 언급한 공중합체는 화학식 2의 단량체 단위의 함량을 변화시켜 콜레스테릭 액정의 나선형 피치를 변화시킬 수 있다. 따라서, 원편광 이색성을 나타내는 파장은 화학식 2의 단량체 단위의 함량을 조절함으로써 조절할 수 있고, 가시 광선 범위에서 빛에 대한 원편광 이색성을 나타내는 광학 소자가 용이하게 수득될 수 있다.
콜레스테릭 액정 중합체 층은 통상적인 배향 처리를 근거로 하는 방법으로 형성할 수 있다. 이러한 방법의 예로는 지지 기판, 비스듬하게 경사진 층 위에 형성된 폴리이미드, 폴리비닐 알콜, 폴리에스테르, 폴리아릴레이트, 폴리아미드이미드 또는 폴리에테르 이미드 필름을 레이온 천으로 문질러 수득한 배향 필름, 또는 연신 처리한 다음, 유리 전이온도 이상 내지 등방성 상 전이 온도보다 낮은 온도에서 가열하고, 중합체를 액정 중합체 분자가 그랜쟝 배향되는 상태에서 유리 전이온도보다 낮은 온도로 냉각시켜 유리 상태를 수득함으로써, 배향이 확정된 고형화 층을 형성하여 수득한 배향 필름과 같은, 적절한 배향 필름 위에 콜레스테릭 액정 중합체를 형성하는 방법이 포함된다.
위에서 언급한 지지 기판으로서, 플라스틱(예: 트리아세틸 셀룰로즈, 폴리비닐 알콜, 폴리이미드, 폴리아릴레이트, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 무정형 폴리올레핀, 개질된 아크릴 중합체 및 에폭시 수지) 및 유리판으로 구성된 단층 또는 적층 필름을 포함하는 적절한 물질이 사용될 수 있다. 플라스틱 필름은 두께를 감소시키는 데 바람직하며, 복굴절에 의한 위상차는 편광 상태에서 변화를 방지함으로써 빛 사용에 대한 효율을 개선시키는 면에서 가능한 한 작은 것이 바람직하다.
액정 중합체는, 예를 들면, 용매 중의 액정 중합체 용액을 적절한 방법(예: 스핀 피복법, 롤 피복법, 유동 피복법, 프린팅, 침지 피복법, 주조 필름 형성법, 바아 피복법 및 그라비야 인쇄)에 의해 얇은 층으로 형성한 다음, 필요에 따라, 건조시키는 방법으로 형성할 수 있다. 위에서 언급한 용매로서, 메틸렌 클로라이드, 사이클로헥사논, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에탄, N-메틸피롤리돈 및 테트라하이드로푸란 등의 적절한 용매가 사용될 수 있다.
또한, 액정 중합체는 액정 중합체의 고온 용융물, 바람직하게는 등방성 상을 나타내는 고온 용융물을 위의 방법에 따라 형성하고, 다시 얇은 층으로 형성하면서, 경우에 따라, 용융 온도를 유지한 다음, 고형화시키는 방법으로 형성할 수 있다. 이들 방법은 용매를 사용하지 않으므로, 위생적인 작업 환경을 제공한다.
형성된 액정 중합체 층을 배향시키기 위한 열처리는 층을 유리 전이온도 내지 등방성 상 전이온도의 온도 범위에서, 즉 위에서 기술한 바와 같이, 액정 중합체가 액정 상을 나타내는 온도 범위에서 가열함으로써 수행할 수 있다. 또한, 배향 상태는 층을 유리 전이온도 미만으로 냉각시킴으로써 고정시킬 수 있고, 냉각 조건에 대한 특별한 제한은 없다. 대개, 위에서 언급한 가열 처리는 300℃ 이하의 온도에서 수행함으로써, 일반적으로 자연 냉각 시스템이 사용될 수 있도록 한다.
지지 기판 위에 형성된 액정 중합체의 고형화 층은 지지 기판과 통합되거나, 이로부터 분리된 필름으로서 사용될 수 있다. 고형화 층이 지지 기판과 통합되어 사용되는 경우, 액정 중합체의 고형화 층은 밀착한 상태로 서로 적층됨으로써, 본 발명에서 사용되는 원편광 분리층을 수득할 수 있다. 고형화 층이 위에서 기술한 바와 같이 지지 기판과 함께 통합되어 형성되는 경우, 사용된 지지 기판의 위상차는 편광 상태에서 변화를 방지하는 측면에서 가능한 한 작은 것이 바람직하다.
각각의 콜레스테릭 액정 중합체의 두께는 배향의 무질서 및 투광률의 감소를 방지하는 측면에서 바람직하게는 0.5 내지 50㎛, 보다 바람직하게는 1 내지 30㎛, 가장 바람직하게는 2 내지 10㎛이다. 지지 기판이 포함되는 경우, 기판을 포함한 전체 두께는 바람직하게는 2 내지 500㎛, 보다 바람직하게는 5 내지 300㎛, 가장 바람직하게는 10 내지 200㎛이다. 원편광 분리층이 형성되는 경우, 경우에 따라, 다양한 부가제(예: 안정화제, 가소화제 및 금속)가 콜레스테릭 액정 중합체에 부가될 수 있다.
본 발명에 따르는 바람직한 원편광 분리판은 상부층과 하부층의 나선형 피치가 상이한 2개 이상의 콜레스테릭 액정 중합체 층의 밀착한 적층체를 포함하며, 이러한 적층체가 상부층과 하부층을 형성하는 콜레스테릭 액정 중합체의 혼합층을 갖고, 이러한 혼합층이 상부층과 하부층의 나선형 피치가 상이하고, 이의 밀착 계면에서 두께 방향으로 다단계로 변하는 나선형 피치를 제공한다.
위에서 언급한 원편광 분리판은 유리 전이온도 이상 등방성 상 전이온도 이하의 온도에서 위에서 언급한 적층화 피복법, 가열 압축 방법 또는 휘발성 액체 삽입 방법에 의해 형성된 콜레스테릭 액정 중합체 층의 가열 적층(원편광 분리판)에 의해 제조되어 이의 밀착 계면에서 상부층과 하부층을 형성하는 콜레스테릭 액정 중합체 층의 혼합층을 형성할 수 있다.
상기에서, 상부 및 하부층의 콜레스테릭 액정 중합체를 혼합하여 형성된 콜레스테릭 액정 중합체 층은 상부층의 나선형 피치가 하부층의 것과 상이하고, 나선형 피치가 두께 방향으로 다단계로 변하는 원편광 분리층을 형성한다. 대개, 나선형 피치는 상부층과 하부층을 형성하는 콜레스테릭 액정 중합체에 대한 평균 값이다.
따라서, 콜레스테릭 액정 중합체 층이 상부층의 파장 범위와 하부층의 것이 겹치지 않도록 하는 조합으로, 즉 반사광의 파장 범위가 불연속성으로 인하여 소실 범위를 갖는 조합으로 사용되는 경우, 상부층과 하부층을 혼합하여 형성한 콜레스테릭 액정 중합체 층은 위에서 언급한 소실 범위를 채움으로써 반사광의 파장을 연속적으로 만들 수 있다. 이는 보다 광범위한 반사 파장 범위를 나타내는 원편광 분리층이 덜한 콜레스테릭 액정 중합체 층의 적층체에 의해 형성될 수 있음을 의미하는 것이다.
본 발명에 따르는 원편광 분리판의 실제 용도에서, 1/4 파장판, 편광판 및 확산판과 같은 하나 이상의 적합한 광학층이 도 3에 나타낸 바와 같이 배열된 광학 소자로서 사용될 수 있다. 도 3에서, 1/4 파장판(2)이 배열되어 있다.
가시 광학 소자의 형성을 위해 바람직하게 사용될 수 있는 원편광 분리판에서, 반사광의 파장 범위는 가시광 영역의 150nm 이상, 바람직하게는 180nm 이상, 더욱 바람직하게는 220nm 이상 내지 모든 가시광으로 확장된다.
위에서, 콜레스테릭 액정 중합체 층이 반사광의 파장 순서로 서로 적층될 경우, 1/4 파장판 또는 편광판은 바람직하게는 콜레스테릭 액정 중합체 층의 측면에 배열되고, 여기서 상기한 색상의 변화를 억제하기 위해 광 방출면으로 사용되는 반사광의 중심 파장이 가장 길다.
1/4 파장판은 원편광 분리판으로부터 방출하는 원편광을 선형 편광 성분이 풍부한 상태로 전환시키고, 이로써 편광판를 통해 쉽게 투과할 수 있도록 상을 변화시키기 위해 배열되어 있다. 즉 위에서, 편광편을 사용하기 않고 액정 셀상의 원편광 분리판으로부터 방출하는 편광의 입사로 인한 표지를 달성할 수 있다. 그러나, 편광판의 사용으로 표지의 질을 개선시킬 수 있으므로, 편광판은 사용될 필요가 있다. 이러한 경우, 편광판에 대한 투과성이 높은 빛일수록 조명성 표지에 더욱 유용하고, 편광 축(투과 축)과 동일한 편광 방향으로 선형 편광 성분이 더 함유된 만큼 이의 투과도가 더 높아진다. 따라서 이러한 목적을 위해 원편광 분리판으로부터 발산되는 편광은 1/4 파장판을 통한 선형 편광이다.
그러므로, 1/4 파장판으로서 1/4 파장의 위상차에 상응하는 원편광 분리판으로부터 방출되는 원편광을 더욱 선형 편광으로 형성할 수 있고, 다른 파장의 빛을 위에서 언급한 선형 편광에 대해 가능한 한 평행이고, 가능한 한 선형 편광에 밀착한 방향으로 주축 방향을 갖는 타원편광으로 전환시킬 수 있는 판을 사용하는 것이 바람직하다.
1/4 파장판은 적합한 물질로 형성될 수 있고, 투명하고, 균일한 위상차를 제공하는 것이 바람직하다. 일반적으로 위상차 판이 사용된다. 1/4 파장판에 의해 제공되는 위상차는 원편광 분리판으로부터 발산하는 원편광의 파장 범위에 따라 적합하게 측정될 수 있다. 그런데, 가시광 범위에서 적은 위상차, 바람직하게는 100 내지 180nm, 더욱 바람직하게는 110 내지 150nm의 위상차를 제공하는 1/4 파장판이 파장 범위 및 전환 효율면에서 바람직하게 사용될 수 있다.
위상차 층은 경우에 따라 시각에 의해 착색되고, 이러한 착색을 방지하기 위해 (nx-nz)/nx-ny)에 의해 정의되는 Nz이 Nz≤1.1을 만족하는 타원형의 1/4 파장판이 바람직하게 사용될 수 있다. 상기식에서, nx는 위상차 판의 면내 최대 굴절률이고, ny는 이에 대한 우측각에서 교차하는 방향의 굴절률이고, nz은 두께 방향의 굴절률을 의미한다.
1/4 파장판은 한 층의 위상차 판 또는 2개 이상의 위상차 판의 적층체로서 형성될 수 있다. 한 층의 위상차 판의 경우, 복굴절의 파장 분산이 작을수록 각각의 파장에 대한 편광 상태는 바람직하게 더욱 균질화된다. 한편, 위상차 판의 적층은 목적하는 1/4 파장판으로 작용하는 파장 범위의 확대에 효과적이고, 이의 조합으로 파장 범위 등에 따라 적합하게 결정될 수 있다.
2개 이상의 위상차 판이 가시광 범위에서 결합되는 경우, 더욱 선형의 편광 성분을 수득하기 위해 100 내지 180nm의 위상차를 제공하는 층 또는 층들이 홀수의 층으로 함유되는 것이 바람직하다. 파장 특성을 개선하기 위해 100 내지 180nm의 위상차를 제공하는 층(들) 이외의 층이, 예를 들면, 200nm 이상의 위상차를 제공하는 층으로 이루어지는 것이 바람직하지만, 이로써 제한되지는 않는다. 시각에 의한 착색을 방지하는 상기 언급한 적층형 1/4 파장판을 수득하기 위해, Nz≤1.1을 만족하는 1/4 파장 위상차를 제공하는 적층 위상차 판 및 1/2 파장 위상차를 제공하는 하나 이상의 위상차 판을 사용하는 것이 바람직하다.
위에서, 1/4 파장판은 위상차 판의 단층물 또는 적층체로서 수득되고, 예를 들면, 위상차 필름은 위상차 판의 형성을 위해 사용된다. 위상차 필름은 단축으로 또는 이축으로 적합하게 배향된 중합체 필름 및 액정 중합체 필름으로 수득될 수 있다. 중합체 필름 및 액정 중합체 필름에서 적합한 것이 사용될 수 있다.
그런데, 위에서 언급한 중합체 필름의 구체적인 예는 투명한 플라스틱을 형성하는 필름, 예를 들면, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리비닐 알콜, 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리올레핀(예: 폴리프로필렌), 셀룰로즈 아세테이트 중합체, 폴리비닐 클로라이드, 폴리아크릴레이트 및 폴리이미드를 포함한다.
본 발명에서, 편광판는 또한 1/4 파장판 사이에 추가로 배열되어 광학 소자를 형성할 수 있다. 이러한 경우, 흡광 손실을 방지하기 위해 이의 편광 축(투과축)이 1/4 파장판을 통한 선형 편광의 편광 방향과 가능한 한 밀접하게 동일하도록 편광판을 배치하는 것이 바람직하다.
상기 언급한 편광판에서, 배향된 폴리엔 필름(예: 폴리비닐 알콜의 탈수 생성물 및 폴리비닐 클로라이드의 탈염화수소화로 처리한 생성물)과 같은 적합한 판이 사용될 수 있으나, 이색성 물질(예: 요오드 및 이색성 염료)을 흡착하여 배향시킬 수 있는 친수성 중합체 필름(예: 폴리비닐 알콜 필름, 부분 포르말린화된 폴리비닐 알콜 필름 및 부분 비누화된 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 필름)이 편광도와 같은 광학 형태의 면에서 바람직하게 사용될 수 있다. 이러한 편광판은 편광 필름의 한 면 또는 두 면이 투명한 보호층 또는 층들로 커버될 수 있는 편광판일 수 있다.
빛의 움직이는 방향을 전환시키고, 불균일한 빛과 그림자를 억제하게 위해 방출광을 평준화 하고, 액정 셀에 적용하는 경우, 화소의 간섭으로 물결 무늬의 반짝임의 발생을 방지하기 위해 원편광 분리판의 한 면 또는 두 면 위에 임의로 확산층 또는 층들을 제공한다. 원편광 분리판으로부터 방출하는 빛의 편광 상태를 유지하기 위해 확산층의 위상차는 633nm 의 파장을 갖는 수직 입사광, 바람직하게는 입사각 30도 정도의 입사광을 기준으로 30nm이고, 바람직하게는 0 내지 20nm이다.
확산층은 특정 방법, 예를 들면, 샌드 블라스팅 또는 화학적 에칭에 의한 표면 러프닝 방법, 가계적 압력 또는 용매 처리에 의한 발광 형성 방법 및 특이적 확산 구조를 제공하는 주형을 사용하는 이전 형성 방법에 의해 편광 분리판 또는 1/4 파장판 상의 피복층 또는 확산 시트로 형성될 수 있다. 확산층에서, 하나 이상의 층은 적합한 위치, 예를 들면, 1/4 파장판 및 광학 소자의 편광판 사이에서 원편광 분리판의 한 측 또는 양측 위 및 이의 상부 표면 위에 배열될 수 있다.
본 발명에 따르는 원편광 분리판 및 광학 소자는 편광원 및 액정 표시 장치의 구조물에서 바람직하게 사용될 수 있다. 이의 양태를 도 4에 나타낸다. 도 4는 액정 표시 장치(5)를 나타내고, 참조 번호 3은 편광 광원 장치를 나타낸다. 이러한 편광 광원 장치에 따라, 도광판(4)으로부터 방출한 빛은 이의 표면으로부터 입사한 빛을 이의 상부 및 하부 표면 중 하나로 방출하도록 하는 도광판의 방출면 측에 배치된 원편광 분리판(1)으로 입사되고, 우측 원편광 및 좌측 원편광 중의 하나가 투과되고, 다른 하나는 반사되고, 반사광이 귀환광(return light)으로서 다시 도광판으로 입사된다. 도광판으로 다시 입사한 빛은 이의 하부면 위에 배열된 반사층(41)을 포함하는 반사 작용 부분에서 반사되고, 원편광 분리판(1) 위로 다시 입사되고, 이로써 투과광 및 반사광(추가로 다시 입사)으로 재분리한다.
따라서, 반사광으로서 상기 언급한 재입사광은 원편광 분리판 및 도광판 사이로 한정되고, 이러한 반사는 원편광 분리판을 통해 투과될 수 있는 특정 원편광이 될 때까지 반복한다. 그러나, 본 발명에서 재입사광을 사용하는 효율 면에서, 빛은 반복수가 가능한 한 적제 방출하고, 특히 초기 재입사광은 반사의 반복없이 방출하는 것이 바람직하다.
위에서 언급한 도광판에서, 측면으로부터의 입사광이 상부 면 및 하부 면 중의 한 면으로 방출되는 적합한 것이 사용될 수 있다. 이러한 도광판은, 예를 들면, 투명하거나 반투명한 수지의 광 방출면 또는 배면에 도트 또는 스트립 형태의 확산체를 제공하거나, 불균일한 구조, 특히 미세한 프리즘 배열형 불균일 구조를 수지판의 배면에 제공하여 수득할 수 있다.
따라서, 도광판은 상부 면과 하부 면을 갖고, 이의 한 면이 방출면으로 작용하는 관형 물질을 포함하고, 입사면이 상부 면과 하부 면 사이에 하나 이상의 종결면으로 이루어진다. 이의 예는 액정 표시 장치에 공지된 측광형 역광이 있는데, 이는 선형 광원[예: (냉 또는 열) 음극관] 또는 광원(42)(예: 광 방출 다이오드)가 도광판(4)의 측면에 배열되어 있고, 도광판을 통해 투과되는 빛은 도 4에 나타낸 바와 같이 확산, 반사, 굴절 및 간섭에 의해 판의 표면으로 방출된다.
원편광 분리판을 통해 다시 입사되는 원편광을 위상차에 영향받지 않고 이의 원편광을 우수하게 유지하면서 하부 면으로 도입하고, 하부 면에서 반사된 귀환광을 이의 우수한 원편광 상태를 유지하면서 방출하도록 하기 위해 두께 방향으로 복굴절에 의한 위상차가 가능한 한 적고, 바람직하게는 30nm 정도, 더욱 바람직하게는 0 내지 20nm인 도광판을 사용하는 것이 바람직하다.
빛이 한 측면으로부터 방출되도록 하는 도광판은 판 자체가 원편광 분리층에 의해 반사되는 빛의 편광을 전환시키는 기능을 가질 수 있다. 그러나, 도광판의 배면 위에 반사층(41)을 제공하면 반사 손실을 거의 완전히 방지할 수 있다. 확산 반사층 또는 경면 반사층과 같은 반사층은 원편광 분리층에 의해 반사되는 빛의 편광을 전환시키는 기능이 우수함으로써, 본 발명에서 바람직하게 사용된다. 그런데, 불균일한 표면으로 표시되는 확산 반사층에서, 편광 상태는 이를 소멸하는 이의 확산을 근거로 하여 랜덤하게 혼합된다. 또한, 알루미늄 또는 은의 침착층, 이와 함께 제공되는 수지판 또는 금속 호일로 구성된 금속 표면으로 표시되는 경면 반사층에서, 편광 상태는 원편광의 반사에 의해 역전된다.
도광판의 제조시, 빛의 방출 방향을 조절하는 프리즘 시트, 균일한 광 방출을 수득하기 위한 확산판, 귀환 누출광을 위한 반사 장치 및 선형 광원으로부터 도광판의 측면으로 방출하는 빛을 조정하는 광원 홀더(43)과 같은 보조 장치가 경우에 따라, 적합한 조합으로 하나 이상의 층의 구체적 위치에 배열된다. 도광판의 표면(광 방출측) 위에 배열된 프리즘 시트 또는 확산판에 제시되거나 도광판에 제시된 도트는 확산 효과에 의한 반사광의 상을 변화시키는 편광 전환장치로서의 작용을 한다.
도 4에 나타낸 액정 표시 장치(5)에서, 편광 광원 장치(3)이 역광 시스템에서 사용된다. 참조 번호 51은 하부 편광판를 나타내고, 52는 액정 셀을 나타내고, 53은 상부 편광판를 나타내고, 54는 확산판을 나타낸다. 하부 편광판 51과 확산판 54는 임의로 제공되고, 또한 이들이 상기 기술한 원편광 분리판으로 적층된 광학 소자로서 적용될 수 있다. 본 발명에 따르는 원편광 분리판 또는 광학 소자를 사용하는 편광 광원 장치는 조명광을 제공하기 위한 빛 사용에 대한 효율이 탁월하고, 영역, 조명도가 쉽게 증가되고, 가시도가 탁월한 액정 표시 장치를 형성한다.
액정 표시 장치는 일반적으로 액정 셔터로 작용하는 액정 셀과 같은 조성 부분 및 추진 장치, 편광판, 백라이트 및 여기에 결합된 임의의 보정용 위상차 판으로 적합하게 조립함으로써 제조된다. 본 발명에서, 원편광 분리판, 광학 소자 또는 편광 광원 장치를 사용하는 것을 제외하고는 어떤 특정 제한은 없고, 액정 표시 장치는 통상적 방법에 따라 제조할 수 있다. 특히, 직시형 액정 표시 장치는 바람직하게 형성될 수 있다.
따라서, 사용될 액정 셀로는 어떤 특정 제한 없이 적합한 액정 셀을 사용할 수 있다. 특히, 원편광 분리판, 광학 소자 또는 편광 광원 장치는 편광 상태의 빛이 표지에 대해 입사되는 액정 셀(예: 트위스트 네마틱 액정 또는 슈퍼 트위스트 네마틱 액정을 사용하는 셀)에 대하여 바람직하게 사용될 수 있다. 그러나, 이들은 트위스트가 없는 액정, 이색성 물질이 분산된 게스트 호스트(guest host) 액정 또는 강유전성 액정을 사용하는 액정 셀에 또한 사용될 수 있다. 또한 액정의 추진 시스템에는 어떤 특정 제한도 없다.
액정 표시 장치의 제조시, 가시면의 편광판에 제공된 적절한 광학 소자(예: 확산판, 광택 방지층, 반사 감소 필름, 보호층 및 보호판) 또는 액정 셀과 편광판 사이에 제공되는 보정용 위상차 판은 적절히 배열될 수 있다.
위에서 언급한 보정용 위상차 판은 복굴절률의 파장 의존성을 보상하여 가시도를 개선시키기 위하여 제공된다. 본 발명에서는, 경우에 따라, 가시면 및/또는 역광면의 편광판과 액정 셀 사이에 배열된다. 보정용 위상차 판으로서, 적절한 위상차 판이 파장 범위에 따라 사용될 수 있고, 한 층으로 또는 2개 이상의 층의 적층된 층으로서 형성될 수 있다. 보정용 위상차 판은 1/4 파장판에 대해 예시된 배향 필름으로서 수득될 수 있다.
본 발명에서, 광학 소자 및 편광 광원 장치를 형성하는 부분 및 액정 표시 장치는 적층화에 의해 완전히 또는 부분적으로 통합되고, 서로 부착되거나 따로 배열될 수 있다. 액정 표시 장치 제조시, 수직 및 수평성이 우수한 방출 광을 공급하고, 분산에 의한 각의 손실 및 변화가 감소되는 상태 및 초기 방출광의 방향과 매우 동일한 상태에서, 원편광 분리판을 통해 다시 입사되는 빛을 다시 방출하고, 가시도의 개성이 효과적인 방향으로 방출광을 효율적으로 제공하는 편광 광원 장치를 사용할 수 있다.
본 발명은 하기 실시예를 참조로 더 자세히 기술하나 본 발명을 이에 제한하고자 함은 아니다.
실시예 1
테트라하이드로푸란 중에서 유리 전이온도 84℃, 등방성 상 전이 온도 210℃를 갖는 아크릴계 열호변성 측쇄형 콜레스테릭 액정 중합체 20중량% 용액을 와이어 바아를 사용하여, 이의 표면을 폴리비닐 알콜(두께는 약 0.1㎛)로 마모 처리한, 두께가 80㎛인 셀룰로즈 트리아세테이트 필름의 표면 위에 도포한다. 160℃에서 5분 동안 가열 배향한 후, 피복된 필름을 실온으로 냉각시켜 두께가 4㎛인 콜레스테릭 액정 중합체 층을 형성한다. 당해 층은 경면 표면으로서 파장 430 내지 500nm를 갖는 청색 광의 좌측 원편광을 반사하는 층이며, 이의 투과 특성을 도 5에 나타낸다.
이어서, 테트라하이드로푸란에서 유리 전이온도 90℃, 등방성 상 전이온도 235℃를 갖고, 이 온도 사이에서 콜레스테릭 구조를 나타내고, 비대칭성 탄소 그룹 비율에서 상기 언급한 액정 중합체와 상이한 아크릴계 열호변성 측쇄형 콜레스테릭 액정 중합체 20중량% 용액을 와이어 바아를 사용하여, 상기 언급한 액정 중합체 층 위로 도포한다. 냉기를 사용하여 공기-건조시킨 후, 가열 배향은 150℃에서 2분간 수행한 다음, 액정 중합체의 배향을 유리 상태로 고정시키기 위해 실온에서 냉각시키고, 이로써 콜레스테릭 액정 중합체 층 및 이에 밀착하게 부착된 새롭게 형성된 4㎛ 두께의 콜레스테릭 액정 중합체 층을 포함하는 적층체로 이루어진 원편광 분리판을 수득한다. 밀착 적층체의 투과 특성을 도 6에 나타내고, 적층체은 경면으로서 파장 약 430 내지 약 520nm의 좌측 원편광 및 파장 약 570 내지 약 670nm의 좌측 원편광을 반사한다.
실시예 2
실시에 1에서 수득한 원편광 분리판을 130℃에서 15분 동안 가열하고, 이어서 실온에서 냉각시켜 원편광 분리판을 수득한다. 이의 투과 특성을 도 7에 나타내고, 판은 경면으로서 파장 440 내지 660nm의 좌측 원편광을 반사한다. 우측 원편광 및 좌측 원편광의 투과 특성을 도 8에 나타낸다. 가열 처리에 의해 이의 계면에 밀착한 상부층과 하부의 콜레스테릭 액정 중합체의 혼합층은 TEM 단면 관찰에 의해 나선형 피치의 연속적 변화로 판단한다.
실시예 3
테트라하이드로푸란 중의 아크릴계 열호변성 콜레스테릭 액정 중합체 20중량% 용액을 와이어 바아를 사용하여, 이의 표면을 폴리비닐 알콜(두께는 약 0.1㎛임)로 마모 처리한, 두께가 80㎛인 셀룰로즈 트리아세테이트 필름의 표면 위로 적용시킨다. 160℃에서 5분 동안 가열 배향한 후, 피복된 필름을 실온으로 냉각시켜 액정 중합체의 배향이 유리 상태로 고정된 5㎛ 두께의 콜레스테릭 액정 중합체 층을 형성한다. 이 층은 경면 표면으로서 파장 380 내지 450nm의 청색광의 좌측 편광을 반사한다.
이어서, 비대칭 탄소 그룹 비율에서 액정 중합체와 상이한 콜레스테릭 액정 중합체 층을 사용하여 위에서 언급한 방법을 기초로 하여 콜레스테릭 액정 중합체 층을 형성한다. 콜레스테릭 액정 중합체 층은 경면으로서 파장 650 내지 750nm의 적색광의 좌측 원편광을 반사한다.
그 후, 수득한 두 개의 콜레스테릭 액정 중합체 층을 서로 겹쳐서 놓고, 130℃로 가열된 적층 롤 사이로 도입시켜 콜레스테릭 액정 중합체 층이 밀착된 상태로 서로 적층되어 있는 적층체로 이루어진 원편광 분리판을 수득한다. 밀착 적층체의 반사 특성은 사용된 두 개의 콜레스테릭 액정 중합체 층의 위에서 언급한 모든 특성을 실질적으로 포함한다.
실시예 4
실시에 3에서 수득한 원편광 분리판을 130℃에서 10분 동안 가열하고, 이어서 실온에서 냉각시켜 원편광 분리판을 수득한다. 판은 경면으로서 파장 400 내지 700nm의 좌측 원편광을 반사한다. 가열 처리에 의해 이의 계면에 밀착한 상부층과 하부의 콜레스테릭 액정 중합체의 혼합층은 TEM 단면 관찰에 의해 나선형 피치의 연속적 변화로 판단한다.
실시예 5
실시에 3의 방법을 기초로 하여 수득한 콜레스테릭 액정 중합체 층을 에탄올을 사용하여 피복하고, 이들을 서로 겹쳐서 놓고, 실온에서 적층 롤 사이에 도입시키고, 50℃에서 3분 동안 건조시켜 콜레스테릭 액정 중합체 층이 밀착한 상태로 서로 적층되어 있는 적층으로 이루어진 원편광 분리판을 수득한다. 밀착 적층체의 반사 특성은 사용된 두 개의 콜레스테릭 액정 중합체 층의 위에서 언급한 모든 특성을 실질적으로 포함한다.
실시예 6
실시에 5에서 수득한 원편광 분리판을 150℃에서 3분 동안 가열하고, 이어서 실온에서 냉각시켜 원편광 분리판을 수득한다. 판은 경면으로서 파장 400 내지 700nm의 좌측 원편광을 반사한다. 가열 처리에 의해 이의 계면에 밀착한 상부층과 하부의 콜레스테릭 액정 중합체의 혼합층은 TEM 단면 관찰에 의해 나선형 피치의 연속적 변화로 판단한다.
실시예 7
콜레스테릭 액정 중합체 층이 밀착한 상태로 서로 적층되어 있는 적층체로 이루어진 원편광 분리판을 고체 함량 1중량%를 갖는 용액을 제조하기 위해 실시예 3을 기초로 하여 수득한 테트라하이드로푸란 중의 아크릴계 열호변성 콜레스테릭 액정 중합체 20중량%에 에탄올을 가하는 것을 제외하고는 실시예 5에 따라 수득한다. 이 용액을 액정 중합체 층의 표면에 적용시킨다. 밀착 적층체의 반사 특성은 사용된 두 개의 콜레스테릭 액정 중합체 층의 위에서 언급한 모든 특성을 실질적으로 포함한다.
실시예 8
실시예 7에서 수득한 원편광 분리판을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 6에 따라 수득한 원편광 분리판을 사용한다. 이 판은 경면으로서 파장 400 내지 700nm의 좌측 원편광을 반사한다. 가열 처리에 의해 이의 계면에 밀착한 상부층과 하부의 콜레스테릭 액정 중합체의 혼합층은 TEM 단면 관찰에 의해 나선형 피치의 연속적 변화로 판단한다.
본 발명이 이의 특정 양태에 대하여 상세히 기술되었지만, 당해 분야의 전문가는 이의 취지 및 범위로 부터 벗어남이 없이 다양한 변화 및 변형이 가능함을 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따라, 상부층과 하부의 나선형 피치가 상이한 콜레스테릭 중합체의 혼합물로 이루어져 있고, 나선형 피치가 두께 방향으로 다단계로 변하는 원형 편향 분리판을 수득하여, 보다 광범위한 파장 범위를 나타낼 수 있고, 이 원편광 분리판에 광학 소자로서 1/4 분리판 또는 편광판를 포함하고, 도광판의 광 방출측 위에 원편광 분리판 또는 광학 소자를 포함하는 편광 광원 장치를 수득하고, 액정 셀의 가시 배면상에 원편광 분리판, 광학 소자 또는 편광 광원 장치를 포함하는, 조명광을 제공하기 위한 빛 사용에 대한 효율이 탁월하고, 영역, 조명도가 쉽게 증가되고, 가시도가 탁월한 액정 표시 장치를 수득한다.
도 1은 본 발명에 따르는 원편광 분리판의 한 예를 나타내는 단편도이다.
도 2는 본 발명에 따르는 원편광 분리판의 다른 예를 나타내는 단편도이다.
도 3은 본 발명에 따르는 광학 소자의 한 예를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따르는 액정 표시 장치의 한 예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 실시예 1에서 콜레스테릭(cholesteric) 액정 중합체 층의 투과 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 실시예 1에서 다른 콜레스테릭 액정 중합체 층의 투과 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시예 2에서 수득한 원편광 분리판의 투과 특성을 나타내는 그래프이다.
도 8은 실시예 2에서 수득한 원편광 분리판의 우측 원편광 및 좌측 원편광의 투과 특성을 나타내는 그래프이다.

Claims (16)

  1. 배향된 콜레스테릭 액정 중합체 층을 당해 배향된 콜레스테릭 액정 중합체 층과는 광학 활성 탄소의 비율만이 다른 상이한 종류의 콜레스테릭 액정 중합체를 사용하여 피복하고, 생성된 피복층을 가열 배향시킴으로써, 상부층과 하부층의 나선형 피치가 상이한 2개 이상의 콜레스테릭 액정 중합체 층의 밀착한 적층체를 형성시킴을 포함하여, 원편광 분리판을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 배향된 콜레스테릭 액정 중합체 층이 반사광에서 경면 반사율이 60% 이상인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 배향된 층의 콜레스테릭 액정 중합체와는 다른 상이한 종류의 콜레스테릭 액정 중합체가 10 내지 50% 농도의 용액으로서 적용되는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상이한 종류의 콜레스테릭 액정 중합체 피복층을 30℃ 이하의 공기를 사용하여 건조시켜 잔류 용매를 20% 이하로 감소시킨 다음, 가열 배향처리를 수행하는 방법.
  5. 콜레스테릭 액정 중합체의 광학 활성 탄소의 비율만이 서로 다른 배향된 콜레스테릭 액정 중합체 층을 서로 가열 압축시키거나, 콜레스테릭 액정 중합체의 광학 활성 탄소의 비율만이 서로 다른 배향된 콜레스테릭 액정 중합체 층을 휘발성 액체 또는 콜레스테릭 액정 중합체가 용해된 휘발성 액체를 통해 서로 부착시킴으로써, 상부층과 하부층의 나선형 피치가 상이한 2개 이상의 콜레스테릭 액정 중합체 층의 밀착한 적층체를 형성시킴을 포함하여, 원편광 분리판을 제조하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 가열 압축에 의한 부착방법이 콜레스테릭 액정 중합체의 유리전이온도 이상에서 수행되는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 휘발성 액체가, 콜레스테릭 액정 중합체의 용해도가 20중량% 이하인 저용해성 휘발성 액체인 방법.
  8. 상부층과 하부층의 나선형 피치가 상이하고 콜레스테릭 액정 중합체의 광학 활성 탄소의 비율만이 서로 다른 2개 이상의 콜레스테릭 액정 중합체 층의 직접 밀착한 적층체를 포함하는 원편광 분리판.
  9. 제8항에 있어서, 나선형 피치가 상이한 콜레스테릭 액정 중합체 층이 상부층의 반사광의 파장 범위와 하부층의 반사광의 파장 범위가 겹치치 않는 층인 원편광 분리판.
  10. 상부층과 하부층의 나선형 피치가 상이한 2개 이상의 콜레스테릭 액정 중합체 층의 밀착된 적층체를 포함하며, 적층이 상부층과 하부층을 형성하는 콜레스테릭 액정 중합체의 혼합층을 갖고, 혼합층의 상부층과 하부층의 나선형 피치가 상이하며, 밀착한 계면에서 나선형 피치가 두께 방향으로 다단계로 변하는 원편광 분리판.
  11. 제8항에 있어서, 반사광의 파장 영역이 가시광 영역의 150nm 이상인 파장 영역인 원편광 분리판.
  12. 제1항 또는 제2항에 따르는 방법에 의해 제조된 원편광 분리판을 유리전이온도 이상 등방성 상 전이온도 이하의 온도에서 가열하여 상부층과 하부층을 형성하는 콜레스테릭 액정 중합체의 혼합층을 형성시킴을 특징으로 하는, 상부층과 하부층의 나선형 피치가 상이하고 콜레스테릭 액정 중합체의 광학 활성 탄소의 비율만이 서로 다른 2개 이상의 콜레스테릭 액정 중합체 층의 직접 밀착된 적층체를 포함하는 원편광 분리판의 제조방법.
  13. 제8항에 따르는 원편광 분리판에 하나 이상의 1/4 파장판과 편광판이 제공되어 있는 광학 소자.
  14. 도광판의 광 방출면 위에 제8항에 따르는 원편광 분리판을 포함하는 편광 광원 장치.
  15. 액정 셀의 가시 배면 위에 제8항에 따르는 원편광 분리판을 포함하는 액정 표시 장치.
  16. 제5항 내지 제7항 중의 어느 한항에 따르는 방법에 의해 제조된 원편광 분리판을 유리전이온도 이상 등방성 상 전이온도 이하의 온도에서 가열하여 상부층과 하부층을 형성한느 콜레스테릭 액정 중합체의 혼합층을 형성시킴을 특징으로 하는, 상부층과 하부층의 나선형 피치가 상이하고 콜레스테릭 액정 중합체의 광학 활성 탄소의 비율만이 서로 다른 2개 이상의 콜레스테릭 액정 중합체 층의 직접 밀착된 적층체를 포함하는 원편광 분리판의 제조방법.
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