KR100817818B1 - 콜리메이터 및 백 라이트 시스템 - Google Patents

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후지필름 가부시키가이샤
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Abstract

(과 제) 본 발명의 목적은 액정 표시 디스플레이의 표시특성을 개량할 수 있는 평판형상 콜리메이터 및 백 라이트시스템을 제공하는데 있다.
(해결수단) 수직 입사광에 대하여 파장λ1∼λ2(λ1 < λ2)으로 선택반사 파장대역을 나타내는 콜레스테릭 액정층으로 이루어지고, 조합되어 사용되는 광원의 발광 스펙트럼의 극대파장(λ0)에 대하여 λ0 < λ1을 만족하는 콜리메이터, 또는 수직 입사광에 대하여 파장λ1∼λ2(λ1<λ2)으로 선택반사 파장대역을 나타내는 유전체 다층막으로 이루어지고, 조합되어 사용되는 광원의 발광 스펙트럼의 극대파장(λ0)에 대하여 λO < λ1을 만족하는 콜리메이터 및 이들을 이용한 백 라이트시스템.

Description

콜리메이터 및 백 라이트시스템{COLLIMATOR AND BACK LIGHT SYSTEM}
도 1은, 본 발명의 백 라이트시스템의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도;
도 2는, 본 발명의 콜레스테릭 액정층으로부터 형성되는 콜리메이터의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도;
도 3은, 본 발명의 유전체 다층막으로부터 형성되는 콜리메이터의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도;
도 4는, 본 발명에 이용가능한 광원의 발광 스펙트럼 및 콜레스테릭 액정층 또는 유전체 다층막의 선택반사 파장대역을 나타내는 그래프;
도 5는, 본 발명의 백 라이트시스템의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도;
도 6은, 본 발명의 콜레스테릭 액정층으로부터 형성되는 콜리메이터의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도;
도 7은, 본 발명의 유전체 다층막으로부터 형성되는 콜리메이터의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도; 및
도 8은, 본 발명에 이용가능한 광원의 발광 스펙트럼및 선택반사 파장대역을 나타내는 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10, 10' 백 라이트시스템
12 광반사층
14, 14' 광원
16 광확산층
18,18' 콜리메이터
18R, 118R, 218R, 318R 오른쪽 둘레 콜레스테릭 액정층
18L, 118L, 218L, 318L 왼쪽 둘레 콜레스테릭 액정층
18H, 118H, 218H, 318H 고굴절율막
18S, 118S, 218S, 318S 저굴절율막
본 발명은, 확산광을 평행광으로 집광할 수 있는 평판형상 콜리메이터 및 그것을 구비한 백 라이트시스템에 관한 것으로, 특히 액정표시 디스플레이의 표시특성을 개량할 수 있는 평판형상 콜리메이터 및 백 라이트시스템에 관한 것이다.
워드프로세서 및 PC등의 0A 기기에 이용되는 표시수단으로서는, CRT 디스플레이로부터 액정 디스플레이로 이행되는 중이다.
그러나, 액정 디스플레이에서는, 액정의 배향에 기인하는 복굴절성 및 선광성등에 의해, 그 표시 컨트러스트 및 표시색의 시야각 특성은, CRT 디스플레이에 비교하여 뒤떨어지고 있다. 이 때문에, 예컨대, 위상착판을 조립함으로써 시야각을 개선하는 시도(특허 제 2565644호 공보), 액정의 배향을 제어하므로써 액정의 복굴절성에 악영향을 저감하는 시도가 제안되어 있지만, CRT 디스플레이의 표시 특성에는 아직까지 미흡한 것이 사실이다.
그런데, 액정 디스플레이에 있어서, 표시특성이 저하하는 원인의 하나로서, 액정셀에 입사하는 빛이, 완전한 평행광이 아니고, 확산하는 확산광인 것을 들 수 있다. 액정셀에 수직방향 이외의 여러 각도로 입사한 빛은, 착색에 의한 표시품질 저하 등의 문제점을 일으키곤 한다. 따라서 액정셀에 완전한 평행광을 입사시킬 수 있다면, 액정의 복굴절성에 기인하는 표시특성의 저하가 생기지 않고, 표시특성을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 액정 디스플레이에 이용되는, 확산광을 평행광화하는 부재, 즉, 평판형상 콜리메이터는 종래에는 있지 않았고, 확산광을 집광하는 프리즘시트 등이 일부 이용되고 있는 것에 지나지 않는다.
또한, 상기 프리즘시트는, 평행도가 낮고, 제작공정이 복잡하고, 또한 고가의 부재이거나, 또한, 박층화가 곤란한 부재이거나, 게다가, 휘도를 손상시킬 우려가 있는 부재이며, 모든 실용상에 충분히 만족할 수 있는 것이 아니었다.
본 발명은, 상기 문제를 감안한 것으로서, 용이하고 또한 저렴하게 제작가능한 종래에는 존재하지 않았던 평면형상 콜리메이터를 제공하는 것을 과제로 한다.
또한, 본 발명은, 평행광을 조사가능하고, 특히 액정 디스플레이에 적용한 경우에, 표시 컨트러스트 및 시야각 의존성 등의 표시특성을 향상시킬 수 있는 고품질의 백 라이트시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해, 하기의 콜리메이터 및 백 라이트시스템을 제공한다.
청구항 1의 발명은, 수직 입사광에 대하여 파장 λ1∼λ2(λ1<λ2 )으로 선택반사 파장대역을 나타내는 콜레스테릭 액정층으로 이루어지고, 조합되어 사용되는 광원의 발광 스펙트럼의 극대파장(λ0) 에 대하여 λ0 < λ1을 만족하는 것을 특징으로 하는 콜리메이터이다.
청구항 2의 발명은, 상기 콜레스테릭 액정층을 2개 적층하여 이루어지고, 각 콜레스테릭 액정층의 나선피치, 평균굴절율 및 복굴절율이 각각 실질적으로 동일하고, 또한 나선의 회전방향이 서로 다른 청구항 1에 있어서의 콜리메이터이다.
청구항 3의 발명은, 상기 콜레스테릭 액정층의 두께가 O.5∼50㎛인 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서의 콜리메이터이다.
청구항 4의 발명은, 상기 콜레스테릭 액정층이 액정성 재료를 고정화하여 이루어지는 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서의 콜리메이터이다.
청구항 5의 발명은, 수직 입사광에 대하여 파장 λ1∼λ2(λ1 < λ2 )으로 선택반사 파장대역을 나타내는 유전체 다층막으로 이루어지고, 조합되어 사용되는 광원의 발광 스펙트럼의 극대파장(λ0)에 대하여 λ0 < λ1을 만족하는 것을 특징으로 하는 콜리메이터이다.
청구항 6의 발명은, 상기 유전체 다층막이, 광학막 두께가 모두 (λ1 + λ 2)/2 (단, λ1, λ2는 최대반사율의 50%의 반사율에 있어서의 파장을 의미)를 λM으로 했을 때, λM/4인 고굴절율의 막과 저굴절율의 막을 교대로 증착한 λ/4 교대 다층막인 청구항 5에 있어서의 콜리메이터이다.
청구항 7의 발명은, (λ2 - λ1) ≥ 50nm인 청구항 1, 2, 5, 6중 어느 한 항에 있어서의 콜리메이터이다.
청구항 8의 발명은, (λ1 - λ0) ≤ 20nm인 청구항 1, 2, 5, 6중 어느 한 항에 있어서의 콜리메이터이다.
청구항 9의 발명은, (λ1 - λ0) ≤ 10nm인 청구항 1, 2, 5, 6중 어느 한 항에 있어서의 콜리메이터이다.
청구항 10의 발명은, 수직 입사광에 대하여 파장 λ11∼λ12(λ11<λ 12)으로 선택반사 파장대역을 나타내는 제 1의 콜레스테릭 액정층과,
수직 입사광에 대하여 파장λ21∼λ22(λ21<λ22)으로 선택반사 파장대역을 나타내는 제 2의 콜레스테릭 액정층과,
수직 입사광에 대하여 파장λ31∼λ32(λ31<λ32)으로 선택반사 파장대역을 나타내는 제 3의 콜레스테릭 액정층을 적층하여 이루어지고,
파장(λB, λG 및 λR)으로 극대발광을 보유하는 백라이트와 조합되어 사용되고, 또한 하기 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서의 콜리메이터이다.
420 nm ≤λB ≤ 480 nm
520 nm ≤λG ≤ 580 nm
585 nm ≤λR ≤ 685 nm
λB<λl1<λ12<λG<λ21<λ22<λR<λ31<λ32<1000nm
청구항 11의 발명은, 수직 입사광에 대하여 파장 λ11∼λ12(λ11<λ 12)으로 선택반사 파장대역을 나타내는 제 1의 유전체 다층막과,
수직 입사광에 대하여 파장 λ21∼λ22(λ21<λ22)으로 선택반사 파장대역을 나타내는 제 2의 유전체 다층막과,
수직 입사광에 대하여 파장 λ31∼λ32(λ31<λ32)으로 선택반사 파장대역을 나타내는 제 3의 유전체 다층막을 적층하여 이루어지고,
파장(λB, λG 및 λR)으로 극대발광을 보유하는 광원과 조합되어 사용되고, 또한 하기 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서의 콜리메이터이다.
420 nm ≤λB ≤ 480 nm
520 nm ≤λG ≤ 580 nm
585 nm ≤λR ≤ 685 nm
λB<λl1<λ12<λG<λ21<λ22<λR<λ31<λ32<1000nm
청구항 12의 발명은, 상기 제 1유전체 다층막이, 광학막 두께가 모두 (λ11+λ12)/2 (단, λ11, λ12는 최대 반사율의 50%의 반사율에 있어서의 파장을 의미함)를 λM1로 했을 때, λM1/4인 고굴절율의 막과 저굴절율의 막을 교대로 증착한 λ/4 교대 다층막이고,
상기 제 2유전체 다층막이, 광학막 두께가 모두 (λ21+λ22)/2 (단, λ21, λ22는 최대 반사율의 50%의 반사율에 있어서의 파장을 의미함)를 λM2로 했을 때, λM2/4인 고굴절율의 막과 저굴절율의 막을 교대로 증착한 λ/4 교대 다층막이며,
상기 제 3유전체 다층막이, 광학막 두께가 모두 (λ31+λ32)/2 (단, λ31, λ32는 최대 반사율의 50%의 반사율에 있어서의 파장을 의미함)를 λM3으로 했을 때, λM3/4인 고굴절율의 막과 저굴절율의 막을 교대로 증착한 λ/4 교대 다층막인 청구항 11에 있어서의 콜리메이터이다.
청구항 13의 발명은, 광 반사층과, 파장(λ0)으로 발광극대를 보유하는 발광 스펙트럼을 나타내는 광원과, 광 확산층과, 청구항 1 내지 청구항 12중 어느 한 항에 있어서의 콜리메이터를 구비한 백 라이트시스템이다.
청구항 14의 발명은, 상기 광원의 발광 스펙트럼의 반값폭이 20nm 이하인 것을 특징으로 하는 청구항 13에 있어서의 백 라이트시스템이다.
청구항 15의 발명은, 상기 광원의 발광스펙트럼의 반값폭이 15nm 이하인 것을 특징으로 하는 청구항 13에 있어서의 백 라이트시스템이다.
청구항 16의 발명은, 상기 광원이 3파장형 냉음극관인 것을 특징으로 하는 청구항 13 내지 청구항 15중 어느 한 항에 있어서의 백 라이트시스템이다.
본 발명의 콜리메이터에 의하면, 콜리메이터에 파장 λ1∼λ2(λ1<λ2)의 빛이 입사하더라도, 콜리메이터를 구성하고 있는 콜레스테릭 액정층 또는 유전체 다층막이 보유하는 선택반사효과에 의해, 파장 λ1∼λ2(λ1<λ2)의 빛은 반사된다. 한편, 상기 선택반사 파장대역에 포함되지 않고, 광원의 극대파장(λ0)의 빛이, 콜레스테릭 액정층 또는 유전체 다층막에 수직입사하면, 빛은 평행광으로서 콜리메이터로부터 출사된다. 그러나, 콜레스테릭 액정층 또는 유전체 다층막이 보유하는 선택반사 파장대역은 빛의 입사각도(α)에 의존하여 단파장 시프트된다. 그 결과, 단파장 시프트한 선택반사 파장대역에 파장(λ0)이 포함되고, 파장(λ0)의 빛이 입사각도(α)(α〉0)로 콜레스테릭 액정층 또는 유전체다층막에 입사하면, 콜레스테릭 액정층 또는 유전체 다층막의 선택반사 효과에 의해 반사된다. 따라서 상기 광원으로부터 상기 콜레스테릭 액정층 또는 유전체 다층막에 수직입사한 파장(λ0)의 빛만이, 상기 콜레스테릭 액정층 또는 유전체 다층막을 투과할 수 있고, 평행광만이 출사된다.
상기 콜레스테릭 액정층 또는 유전체 다층막의 선택반사 파장대역등의 광학특성은, 재료의 선택이나 배향을 제어함으로써 쉽게 조정할 수 있기 때문에, 상기 콜리메이터는 제작이 용이하다. 또한, 재료의 선택이나 배향의 제어에 의해, 콜레스테릭 액정층 또는 유전체 다층막의 두께를 엷게 하더라도 상기 기능을 구현할 수있어, 박막화의 요청에 응할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 「수직입사」라는 것은, 콜리메이터에 대하여 수직으로 입사하는 것을 말한다. 또한, 입사각(α)은, 상기 나선축에 대한 빛의 입사각을 말하고, 예컨대, 도 2중의 α로서 정의된다. 게다가, 본 발명에 있어서 「콜레스테릭 액정층」이라 하는 것은, 나선축이 콜레스테릭 액정층에 대하여 대략 법선방향으로 있는 구란잔 배향의 콜레스테릭 액정층을 말하는 것으로 한다.
본 발명의 백 라이트시스템에서는, 상기 콜레스테릭 액정층 또는 유전체 다층막을 통과하지 못하고 반사된 빛은, 광 확산층에 의해 그 진행방향이 혼란해지고, 다시 상기 콜레스테릭 액정층 또는 유전체 다층막에 입사한다. 또는, 광 반사층에 의해서 반사된 후, 다시 상기 콜레스테릭 액정층 또는 유전체 다층막에 입사한다. 이를 반복하므로써, 광원으로부터의 빛은 본 발명의 콜리메이터에 의해 평행광화된다.
따라서 본 발명의 백 라이트시스템에 의하면, 평행광을 조사할 수 있고, 액정 디스플레이에 적용한 경우, 표시 컨트러스트의 향상 및 시야각 확대에 기여할 수가 있다.
이하, 본 발명에 관한 콜리메이터 및 백 라이트시스템의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 백 라이트시스템(10)의 일례를 나타내는 개략 단면도이다. 이 백 라이트시스템(10)은, 광 반사층(12), 광원(14), 광 확산층(16) 및 콜리메이터(18)가 이와같은 차례로 배치되고 구성되어 있다.
광 반사층(12)은, 알루미늄등의 금속박막으로 형성되고, 광원(14)의 배면측에 배치되어, 입사한 빛을 콜리메이터(18) 방향으로 반사하여 되돌리는 기능을 보유한다.
광원(14)의 광 반사층(12)의 반대측에는 광 확산층(16)이 배치되어 있다. 이 광 확산층(16)은, 고분자시트 또는 필름중에 백색의 무기분말등을 분산시켜 빛확산성을 부여한 것으로, 입사한 빛을 확산시키는 기능을 보유한다.
광원(14)은 면형상의 발광체이며, 그 발광 스펙트럼은 파장(λ0)으로 발광피크를 보유하고 있다.
다음에, 도 5는, 본 발명의 백 라이트시스템(10')의 일례를 나타내는 개략 단면도이다. 이 백 라이트시스템(10')은, 전 컬러디스플레이(full color display)의 백 라이트시스템에 적용한 예이다. 또, 도 5의 백 라이트시스템에 있어서, 도 1과 동일의 부재에는 동일한 참조부호를 붙여 그 설명을 생략한다.
이 백 라이트시스템(10')은, 광 반사층(12), 광원(14'), 광 확산층(16) 및 콜리메이터(18')를 이와 같은 차례로 배치하고 구성되어 있다.
광원(14')은, 3파장형 냉음극관이며, 청색, 녹색 및 적색에 각각 대응한 λB(420nm∼480nm, 바람직하게는 431nm∼439nm), λG (520nm∼580nm, 바람직하게는 539nm∼551nm), 및 λR(585 nm∼685nm, 바람직하게는 604nm∼616nm)의 피크 파장을 보유하는 발광스펙트럼을 나타낸다. 이 경우, 광 반사층(12)의 표면을 소정의 곡률을 보유하는 곡면으로 하여, 광원(14')으로부터의 빛을 효율적으로 반사가능하게 구성하더라도 상관없다.
이하, 상기 콜리메이터(18,18')를 구성하는 막재료로서, 콜레스테릭 액정층과 유전체 다층막을 이용한 실시형태에 관하여 각각 상세히 설명한다.
<콜레스테릭 액정층>
도 2는, 콜리메이터(18)를 구성하는 막재료로서 콜레스테릭 액정층을 이용한 경우의 확대 단면도를 나타낸다.
콜리메이터(18)는 오른쪽 둘레의 나선배향(螺旋配向)의 콜레스테릭 액정층(18R)과, 왼쪽 둘레의 나선배향의 콜레스테릭 액정층(18L)을 적층하여 구성된다. 콜레스테릭 액정층(18R 및 18L)은, 그 나선피치, 평균굴절율 및 복굴절율(△n)이 각각 실질적으로 일치하고 있다. 여기서, 콜레스테릭 액정층(18R 및 18L)의 선택반사 중심파장은, 나선피치와 평균굴절율과의 곱으로 결정되고, 또한, 선택반사 파장대역은 나선피치와 복굴절율(△n)과의 곱으로 결정된다. 콜레스테릭 액정층(18R,18 L)은, 그 나선피치, 평균굴절율 및 복굴절율(△n)이 각각 실질적으로 일치하고 있기 때문에, 그 선택반사 중심파장 및 선택반사 파장대역은 실질적으로 일치하고 있다.
도 4는, 광원(14)의 발광 스펙트럼과 콜레스테릭 액정층(18R )(또는 18L)의 선택반사 파장대역 및 그 입사각도 의존성을 나타낸다.
광원(14)은, 파장(λ0)(435nm)으로 발광피크를 보유하는 발광스펙트럼(S0)를 나타낸다. 한편, 콜레스테릭 액정층(18R )(또는 18L)은, 수직 입사광에 대하여 파장 λ1∼λ2(λ1<λ2)으로 선택반사 파장대역(R0)를 보유한다. 이 선택반사 파장대역(Ro)는, 빛이 콜레스테릭 액정층(18R )(또는 18L)에 대하여, 수직이외의 각도로 입사한 경우에는, 입사각도에 따라서 단파장 시프트한다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 콜레스테릭 액정층(18R )(또는 18L)은, 각도(α1, α2 및 α3) (α1<α2<α3; 예컨대 α1=10°, α2=20°, α3=40°)로 입사한 빛의 각각에 대하여, Ro보다도 단파장 시프트한 선택반사 파장대역(R1, R2 및 R3)를 보유한다. 즉, 파장(λ0)은 선택반사 파장대역(R1, R2, 및 R3) 모두에 포함되고, 각도(α1, α2 및 α3)로 콜레스테릭 액정층(18R)(또는18L)에 입사한 파장(λ0)의 원편광성분(콜레스테릭 액정층(18R)에서는 오른쪽 둘레의 원편광성분, 및 콜레스테릭 액정층(18L)에서는 왼쪽 둘레 원편광성분)은 반사된다.
또, 콜레스테릭 액정층의 나선축으로 대하여 α(도 2참조)의 각도로 빛이 입사한 경우에, 콜레스테릭 액정층(평균굴절율 n)이 나타내는 선택반사 중심파장(λ(α))은, 빛이 수직입사한 경우의 선택반사 중심파장을 λ로 한 경우, 이하의 식 1로 표현된다.
<식 1>
λ(α)=λcos{sin-1(sinα/n)}
다시, 도 1에 있어서, 광원(14)으로부터 조사된 빛(파장λ0)은, 광 확산층 (16)에(직접 또는 광 반사층(12)으로 반사되어) 입사하고, 그 진행방향이 확산되어 콜리메이터(18)에 입사한다.
우선, 오른쪽 둘레의 원편광성분의 콜리메이터(18)에 의한 평행광화에 대하여 설명한다.
콜리메이터(18)에 입사한 오른쪽 둘레의 원편광성분 중, 콜리메이터(18)를 구성하고 있는 콜레스테릭 액정층(18R)에 대하여 수직입사한 빛은, λ0 < λ1을 만족하기 때문에, 선택반사되지 않고 그대로 콜레스테릭 액정층(18R)을 투과하여, 콜레스테릭 액정층(18L)에 수직 입사한다. 이 입사한 오른쪽 둘레의 원편광성분은, 콜레스테릭 액정층(18L)의 나선회전 방향과 역회전하기 때문에, 그대로 평행광으로서 콜리메이터(18)로부터 출사된다.
한편, 콜레스테릭 액정층(18R)에 대하여, 각도(α1, α2 및 α3)로 입사한 오른쪽 둘레의 원편광성분은, 각각의 입사각도에 따라서, 콜레스테릭 액정층(18R)이 나타내는 선택반사 파장대역이 단파장 시프트되어 있기 때문에, 파장(λ0)이 모든 선택반사 파장대역(R1, R2 및 R3)에도 포함되고, 반사된다. 반사된 빛은 다시 광 확산층(16)으로 진행방향이 확산되어, 광원(14)으로부터의 빛, 그리고 광 반사층(12)으로부터의 반사광과 동시에, 다시 콜레스테릭 액정층(18R)에 입사한다. 그 중, 콜레스테릭 액정층(18R)에 대하여 수직입사한 빛만이, 상술한 바와 같은 작용에 의해 평행광으로서, 콜리메이터(18)로부터 출사된다. 따라서, 이 광로(光路)를 반복하여 통과함으로써, 오른쪽 둘레의 원편광성분은 거의 완전히 평행광화되어, 콜리메이터(18)로부터 출사된다. 또, 콜레스테릭 액정층(18R)에 의해서 반사되어 광 확산층(16)에 입사한 오른쪽 둘레의 원편광성분 중, 광 반사층(12) 방향으로 진행한 오른쪽 둘레의 원편광성분은, 광 반사층(12)에 의해서 반사되고, 왼쪽 둘레의 원편광성분에 변환되어, 다시 콜리메이터(18)에 입사한다.
콜리메이터(18)에 입사한 왼쪽 둘레의 원편광성분의 평행광화에 대하여 설명한다. 왼쪽 둘레의 원편광성분은, 콜레스테릭 액정층(18R)의 나선회전 방향과 역회전하기 때문에, 그대로 통과하여, 콜레스테릭 액정층(18L)에 입사한다. 입사한 왼쪽 둘레의 원편광성분 중, 콜레스테릭 액정층(18L)에 대하여 수직입사한 빛은, λ0 <λ1을 만족하기 때문에, 선택반사되지 않고 그대로 콜레스테릭 액정층(18L)을 통과하여, 평행광으로서 출사한다. 한편, 콜레스테릭 액정층(18L)에 대하여, 각도(α1,α2 및 α3)로 입사한 오른쪽 둘레의 원편광성분은, 입사각도에 따라서, 콜레스테릭 액정층(18L)이 나타내는 선택반사 파장대역이 단파장 시프트되어 있기 때문에, 파장(λ0)이 모든 선택반사 파장대역(R1, R2 및 R3)에도 포함되고 반사된다. 반사된 빛은, 상술한 오른쪽 둘레의 원편광성분과 같은 광로를 반복 통과하여, 거의 완전하게 평행광화되어, 콜리메이터(18)로부터 출사된다.
이와 같이, 콜리메이터(18)는, 쌍방의 원편광성분을 거의 완전하게 평행광화하여 출사시킬 수 있다.
다음으로, 도 6은, 본 발명의 콜리메이터(18')를 구성하는 콜레스테릭 액정층의 확대 단면도를 나타낸다.
이 콜리메이터(18')는, 오른쪽 둘레의 나선배향을 취하는 콜레스테릭 액정층(118R) 및 왼쪽 둘레의 나선배향을 취하는 콜레스테릭 액정층(118L)과, 오른쪽 둘레의 나선배향을 취하는 콜레스테릭 액정층(218R) 및 왼쪽 둘레의 나선배향을 취하는 콜레스테릭 액정층(218L)과, 오른쪽 둘레의 나선배향을 취하는 콜레스테릭 액정층(318R) 및 왼쪽 둘레의 나선배향을 취하는 콜레스테릭 액정층(318L)을 적층하여 구성된다.
콜레스테릭 액정층(118R 및 118L)은, 그 나선피치, 평균굴절율 및 복굴절율(△n)이 각각 실질적으로 일치하고 있다. 또한, 콜레스테릭 액정층(218R 및 218L)은, 그 나선피치, 평균굴절율 및 복굴절율(△n)이 각각 실질적으로 일치하고 있다. 또한, 콜레스테릭 액정층(318R 및 318L)은, 그 나선피치, 평균굴절율 및 복굴절율(△n)이 각각 실질적으로 일치하고 있다. 따라서, 콜레스테릭 액정층(118R, 118L)과의 선택반사 파장대역, 콜레스테릭 액정층(218R)과 (218L)의 선택반사 파장대역 및 콜레스테릭 액정층(318R)과 (318L)의 선택반사 파장대역은, 각각 실질적으로 일치하고 있다.
도 8은, 광원(14')의 발광 스펙트럼과 콜레스테릭 액정층(118R(또는 118L),218R(또는 218L) 및 318R(또는 318L))의 선택반사 파장대역을 나타낸다.
광원(14')은, 파장(λB, λG 및 λR)에 발광피크를 보유하는 발광 스펙트럼( So')를 나타낸다. 한편, 콜레스테릭 액정층(118R)(및 118L)은 수직 입사광에 대하여 파장(λ11∼λ12)(λ11<λ12)으로 선택반사 파장대역(R01)을, 콜레스테릭 액정층 (218R)(및 218L)은 수직 입사광에 대하여 파장 λ21∼λ22(λ21<λ22)으로 선택반사 파장대역(R02)을, 콜레스테릭 액정층(318R)(및 318L)은 수직 입사광에 대하여 파장 λ31∼λ32(λ31<λ32)으로 선택반사 파장대역(R03)을 각각 보유하고, 하기 관계식을 만족하고 있다.
λB<λl1<λ12<λG<λ21<λ22<λR<λ31<λ32<1000nm
선택반사 파장대역(R01, R02 및 R03)은, 빛이 콜레스테릭 액정층(118R(및 118 L), 218R(및 218L)및 318R(및 318L))에 대하여, 수직 이외의 각도로 입사한 경우에는, 그 입사각도에 따라서 단파장 시프트한다. 예컨대, 도 4에 나타내는 콜레스테릭 액정층(18R)의 선택반사 파장대역의 입사각도 의존성과 같은, 콜레스테릭 액정층(118R)(및 118L)은 각도(α1, α2 및 α3)( α1 <α2 < α3; 예컨대, α1 = 10°,α2 = 20° 및 α3 = 40°)로 입사한 빛의 각각에 대하여, R01보다도 단파장 시프트한 선택반사 파장대역(R11, R12 및 R13)(모두 도시안됨)을 보유한다. 파장(λB)은 R11, R12, R13 모두에 포함되고, 각도(α1, α2 및 α3)로 콜레스테릭 액정층(118R(및 118L)에 입사한 파장(λB)의 원편광성분(콜레스테릭 액정층118R 에서는 오른쪽 회전의 원편광성분, 그리고 118L에서는 왼쪽 회전의 원편광성분)은 반사된다.
마찬가지로, 콜레스테릭 액정층(218R(및 218L)) 및 (318R(및 318L))은, 수직이외의 각도로 입사한 빛에 대하여, R02 및 R03보다도 각각 단파장 시프트한 선택반사 파장대역을 보유한다. 이들 단파장 시프트한 각각의 선택반사 파장대역에는, 파장(λG) 및 파장(λR)이 각각 포함되고, 수직이외의 입사각도로 콜레스테릭 액정층(218R(및 218L)) 및 (318R(및 318L))에 입사한, 파장(λG) 및 파장(λR)의 빛은 반사된다.
다시, 도 5에 있어서, 광원(14')으로부터 조사된 빛(파장λB, λG 및 λR)은, 광 확산층(16)에 (직접 또는 광 반사층12으로 반사되어) 입사하고, 그 진행방향이 확산되어, 콜리메이터(18')에 입사한다. 파장(λB)의 오른쪽 둘레 및 왼쪽 둘레의 원편광성분은, 콜레스테릭 액정층(118R 및 118L)에서 평행광화되고, 파장(λG)의 오른쪽 둘레 및 왼쪽 둘레의 원편광성분은, 콜레스테릭 액정층(218R 및 218L)에서 평행광화되고, 또한 파장(λR)의 오른쪽 둘레 및 왼쪽 둘레의 원편광성분은, 콜레스테릭 액정층(318R 및 318L)에서 평행광화된다. 그 결과, 콜리메이터(18')로부터는, 청색, 녹색 및 적색에 대응하는 3파장광의 평행광이 출사된다.
또한, 본 발명의 백 라이트시스템은, 용도에 따라서, 소망에 의해, 도광판, 편광분리판등을 구비하여도 좋다.
다음으로, 본 발명의 콜리메이터를 구성하고 있는 콜레스테릭 액정층에 관하여 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 콜리메이터는, 콜레스테릭 액정층을 적어도 1층, 바람직하게는 3층을 보유한다. 이 콜레스테릭 액정층은, 수직 입사광에 대하여 파장 λ1∼λ2(λ1<λ2)으로 선택반사 파장대역을 나타내고, 또한 조합되어 사용되는 광원의 발광 스펙트럼의 극대파장(λ0)에 대하여 λ0<λ1을 만족하는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 선택반사 파장대역의 중심파장은, 콜레스테릭 액정층의 나선피치 및 평균굴절율로 결정되고, 또, 선택반사 파장대역은, 콜레스테릭 액정층의 나선피치와 복굴절율(△n)로 결정된다. 따라서, 콜레스테릭 액정층을 구성하는 재료를 선택하여, 그 배향를 제어함으로써, 조합되는 광원의 발광피크 파장(λ0)에 대하여, 상기 관계를 만족하는 콜레스테릭 액정층으로 할 수 있다.
이 경우, 상기 콜레스테릭 액정층이 나타내는 선택반사 파장대역의 최대치 파장(λ2)과 최소치 파장(λ1)과의 차이는 50nm 이상인 것이 바람직하고, 그 차이가 70nm 이상인 것이 보다 바람직하다. 최대치 파장(λ2)과 최소치 파장(λ1)과의 차이가 50nm 이하라면, 대략 경사광은 커트되지만, 입사각이 커지면 다시 빛이 통과한다고 하는 현상이 일어나는 우려가 있다.
상기 콜레스테릭 액정층은, (λ1 - λ0) ≤ 20nm을 만족하는 것이 바람직하다. 이 관계를 만족하면, 발광 스펙트럼의 반값폭이 20nm 이하이고. 샤프한 발광 스펙트럼을 나타내는 백라이트와 조합하여 사용하는 경우에도, 완전한 평행광으로부터 ±1 O°의 범위내에서만 확산하는 출사광을 얻을 수 있고, 실용상 충분한 특성을 보유하는 콜리메이터가 얻어진다. 게다가, 발광 스펙트럼의 반값폭이 15nm이하인 것보다 샤프한 발광 스펙트럼을 나타내는 백 라이트와 조합하여 사용하는 경우에도, (λ1 - λ0) ≤ 10nm를 만족하면, 완전한 평행광인 ±10° 범위내에서만 확산하는 출사광을 얻을 수 있고, 실용상 충분한 특성을 보유하는 콜리메이터가 얻어진다.
오른쪽 둘레의 원편광성분 및 왼쪽 둘레의 원편광성분의 쌍방을 포함하는 확산광을 평행광화시키는 경우는, 적어도 나선회전 방향이 서로 다른 2개의 콜레스테릭 액정층을 적층하여 콜리메이터를 구성하는 것이 바람직하다. 콜레스테릭 액정층의 적층순서에 대해서는 특정한 제한은 없다. 각 콜레스테릭 액정층에 대해서, 그 나선피치, 평균굴절율 및 복굴절율(△n)을 일치시키면 , 상호의 선택반사 파장대역및 그 입사각도 의존성이 동일하게 되기 때문에, 오른쪽 둘레 및 왼쪽 둘레의 원편광성분의 평행광화의 정도를 동등하게 할 수 있기 때문에 바람직하다. 또, 여기서, 「일치」라는 것은 「실질적인 일치」를 말하고, 전술한 바와 같이, 쌍방의 원편광성분으로 평행광화의 정도가 동등하고, 액정표시소자나 액정표시장치등에 적용한 경우에도, 쌍방의 원변경성분으로 평행광화의 불균형이 현저하게 나타나지 않는 정도의 일치를 말한다.
둘이상의 발광피크를 보유하는 발광 스펙트럼을 나타내는 광원과 조합되어 사용하는 경우에는, 본 발명의 콜리메이터는, 각각의 발광피크 파장 (λ01<λ02<…<λ0n)에 대하여, λ01<λ11, λ02<λ21, … 및 λOn<λn1을 만족하는 선택반사 파장대역의 최소값 λ11, λ21, …및 λn1을 각각 보유하는 콜레스테릭 액정층을 적층하여, 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 적층순서에 대하여는 특정하게 한정되지 않는다. 또한, 각각의 발광피크에 대응하는 콜레스테릭 액정층의 선택반사 파장대역이, 다른 발광피크 파장을 포함하지 않도록, 각 콜레스테릭 액정층의 선택반사 파장대역의 최대값(λ12, λ22,…및 λn2)은, 하기의 관계식을 만족하고 있는 것이 바람직하다.
λ01<λ11<λ12<λ02<λ21<λ22 <λ03<…λ0n<λn1<λn2
본 발명의 콜리메이터가 2이상의 상기 콜레스테릭 액정층의 적층체인 경우,상기 적층체는 라미네이트처리, 및 중첩도포처리등의 종래 공지의 방법에 의해 제작할 수 있다. 또, 각 콜레스테릭 액정층의 접착성을 향상시키기 위해 콜레스테릭 액정층 사이에 접착층을 개재시키더라도 상관없다.
상기 콜레스테릭 액정층은, 한종류의 액정성 재료로 구성되어도, 두종류 이상의 액정성 재료로 구성되어도 좋다. 두종류 이상의 액정성재료로 구성되어 있는 경우에는, 1종 단독에서는 콜레스테릭 액정층을 형성하여 획득되지 않는 재료를 포함하여도 좋다. 또한, 상기 콜레스테릭 액정층에 있어서, 액정성 재료는 소망의 배향(소망의 나선피치)에 고정화되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 콜레스테릭 액정층에 이용가능한 액정성재료로서는, 일본 특허 공개 평 제 11-124492호 공보에 기재된 액정성 폴리에스테르와 광학활성인 액정성 폴리에스테르와의 조성물(상기공보의〔O020〕∼〔O072〕에 기재)를 들 수 있다. 또한, 일본 특허 공개 평 제 10-319235호 공보의〔O023〕∼〔O029〕란에 기재된 액정폴리머등을 이용할 수 있다.
상기 예시한 액정재료에 의해 콜레스테릭 액정층을 형성하는 경우는, 상기액정성 재료를 함유하는 도포액를 조제하여, 상기 도포액을 소망에의해 배향막상에 도포하여 층을 형성하고, 이 층을 유리 전이 온도이상, 등방상 전이 온도 미만으로 가열하여, 액정성 폴리머를 소망의 나선피치의 배향으로서 형성할 수가 있다. 이 경우, 나선피치는, 가열조건 및 재료의 배합조건등에 의해 제어할 수가 있다.
또한, 상기 콜레스테릭 액정층은, 아크릴기등의 중합성기, 메소겐기 및 부제탄소를 구조중에 보유하는 광학활성인 모노머와, 중합성기 및 메소겐기를 보유하는 모노머를 공중합시켜 형성할 수가 있다. 구체적으로는, 상기 모노머의 혼합물(소망에 의해 빛 중합 개시제를 포함함)를 함유하는 도포액을 기판에 도포하여, 이것에 빛을 조사함으로써 중합시켜 형성할 수가 있다. 이 방법에 의해 형성된 콜레스테릭 액정층은, 기판으로부터 박리하여 단독으로 취급할 수 있고, 그 후, 액정표시소자에 조립되는 경우나, 다른 콜레스테릭 액정층과 적층할 경우에, 조작이 용이하게 된다. 또한, 둘이상의 중합성기를 보유하는 모노머를 이용하여 공중합시켜 콜레스테릭 액정층을 형성하면, 공중합체는 가교구조에 의해 소망의 배향으로 확실하게 고정화되기 때문에, 높은 온도로 사용한 경우에도 광학특성이 손상되지 않기 때문에 바람직하다. 상기 모노머 및 콜레스테릭 액정층의 작성방법에 대해서는, 일본 특허 공개 평 제 6-281814호 공보에 상세하게 기재되어 있다.
상기 콜레스테릭 액정층의 두께는 O.5∼50㎛인 것이 바람직하고, 2∼10㎛인 것이 보다 바람직하다. 콜레스테릭 액정층의 두께가 상기 범위내에 있으면, 소망의 나선피치의 배향으로 제어하기 쉽고, 또한 박막화의 요청에 따를 수 있기 때문에 바람직하다.
본 발명의 콜리메이터가 상기 콜레스테릭 액정층의 둘이상의 적층체로 구성되는 경우, 상기 콜리메이터의 두께는 1∼100㎛인 것이 바람직하고, 4∼20㎛인 것이 보다 바람직하다.
<유전체 다층막>
도 3은, 본 발명의 콜리메이터(18)를 구성하는 유전체 다층막의 일례를 나타내는 확대 단면도이다.
이 유전체 다층막은, 투명 기판상에 λ/4의 두께를 가지는 굴절율이 다른 두개의 유전체 박막을 교대로 수층 또는 수십층이나 퇴적하여 형성되는 다층막인 것을 말한다. 이 유전체 다층막 중을 전파하는 광파는, 물리적으로는, 각 막마다 광파의 일부가 다중반사하여 그들의 광파가 간섭한다. 그 결과, 유전체 박막의 두께와 도파광에 대한 막의 실효 굴절율의 곱으로 결정되는 파장만이 선택적으로 투과된다. 또, 이 필터의 중심투과 파장은 입사빔에 대하여 각도 의존성을 갖는다. 따라서, 입사각도를 변화시키면 투과파장을 가변할 수가 있다.
구체적으로는, 유전체 다층막은, 플라스틱, 석영유리등의 투명기판상에, 광학막 두께가 모두 λM/4 (단, λM은(λ1 + λ2)/2이고, λ1, λ2는 최대 반사율의 50%의 반사율에 있어서의 파장을 의미함)이고, 고굴절율막(18H)과 저굴절율막 (18S)과의 교대층(통상 10층 이상)으로 이루어지고, 합계 두께 O.2∼20㎛ 정도로 진공증착법등에 의해 형성된다.
이 유전체 다층막은, 광원의 발광 스펙트럼의 극대파장(λ0)보다 큰 λM을 중심으로, 임의의 폭(△λ)의 고반사율 대역(선택반사 파장대역)을 갖고, 그 양측의 파장역에서는 높은 투과율을 나타낸다. 고굴절율막(18H)의 굴절율을 nH, 저굴절율막(18S)의 굴절율을 nS, 기판의 굴절율을 nB라고 하면, 교대 다층막(18H(18 S18H))mG(단, m은 반복하는 수, G는 기판을 나타냄)의 고반사율 대역(△λ)과 반사율(R)은, 하기의 식 2로부터 구해진다.
<식 2>
△λ=λM/45·sin-1(nH-nS)/(nH+nS)
R=[(nB·nS 2m- nH 2(m+1)/ nB·nS 2m+ nH 2(m+1))]2
도 4는, 광원(14)의 발광 스펙트럼과 유전체 다층막의 선택반사 파장대역 및 그 입사각도 의존성을 나타낸다.
광원(14)은, 파장(λ0)(435nm)에 발광피크를 보유하는 발광 스펙트럼(S0)을 나타낸다. 한편, 유전체 다층막은, 수직 입사광에 대하여 파장 λ1∼λ2(λ1<λ2)에 선택반사 파장대역(R0)을 보유한다. 이 선택반사 파장대역(R0)은, 빛이 유전체 다층막에 대하여, 수직 이외의 각도로 입사한 경우는, 입사각도에 따라 단파장 시프트한다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 유전체 다층막은, 각도(α1,α2 및 α3) (α1<α2 <α3 ; 예컨대, α1=10°, α2= 20° 및 α3= 40°)로 입사된 빛의 각각에 대하여, R0보다도 단파장 시프트한 선택반사 파장대역(R1, R2 및 R0)을 보유한다. 즉, 파장(λ0)은 선택반사 파장대역(R1, R2 및 R3) 모두를 포함하고, 각도(α1, α2 및 α3)로 유전체 다층막에 입사한 파장(λ0)의 광 성분은 반사된다.
다시, 도 1에 있어서, 광원(14)으로부터 조사된 빛(파장(λ0))은, 광 확산층(16)에(직접 또는 광 반사층(12)으로 반사되어 )입사하여, 그 진행방향이 확산되어 콜리메이터(18)에 입사한다.
우선, 콜리메이터(18)를 구성하고 있는 유전체 다층막에 대하여 수직입사한 빛은, λ0<λ1을 만족하기 때문에, 선택반사 되지 않고 그대로 유전체 다층막을 투과하고, 유전체 다층막에 수직입사하여, 그대로 평행광으로서 콜리메이터(18)로부터 출사된다.
한편, 유전체 다층막에 대하여, 각도(α1, α2 및 α3)로 입사한 빛은, 각각의 입사각도에 따라서, 유전체 다층막이 나타내는 선택반사 파장대역이 단파장 시프트되어있기 때문에, 파장(λ0)이 모든 선택반사 파장대역(R1, R2 및 R3)에도 포함되고 반사된다. 반사된 빛은 다시 광 확산층(16)으로 진행방향이 확산되어, 광원(14)으로부터의 빛 그리고 광 반사층(12)으로부터의 반사광과 동시에, 다시, 유전체 다층막에 입사한다. 그 중, 유전체 다층막에 대하여 수직입사한 빛만이, 전술한 바와 같은 작용에 의해 평행광으로서, 콜리메이터(18)로부터 출사된다. 따라서, 이 광로를 반복하여 통과함으로써, 거의 완전히 평행광화되어, 콜리메이터(18)로부터 출사된다.
다음으로, 도 7은 콜리메이터(18')를 구성하는 유전체 다층막의 확대 단면도를 나타낸다.
이 콜리메이터(18')는, 기판상에 고굴절율막(118H)과 저굴절율막(118S)의 교대층이 형성되어 이루어지는 제 1의 유전체 다층막과, 기판상에 고굴절율막(218H)와 저굴절율막(218S)의 교대층이 형성되어 이루어지는 제 2의 유전체 다층막과, 기판상에 고굴절율막(318H)과 저굴절율막(318S)의 교대층이 형성되어 이루어지는 제 3의 유전체 다층막을 적층하여 구성되고 있다.
제 1의 유전체 다층막은, 수직 입사광에 대하여 파장 λ11∼λ12(λ11<λ 12)으로 선택반사 파장대역을 나타낸다.
제 2의 유전체 다층막은, 수직 입사광에 대하여 파장 λ21∼λ22(λ21<λ 22)으로 선택반사 파장대역을 나타낸다.
제 3의 유전체 다층막은, 수직 입사광에 대하여 파장 λ31∼λ32(λ31<λ 32)으 로 선택반사 파장대역을 나타낸다.
도 8은, 광원(14')의 발광 스펙트럼과 상기 제1∼제3의 유전체 다층막의 선택반사 파장대역을 나타낸다.
광원(14')은, 파장(λB, λG 및 λR)에 발광피크를 보유하는 발광 스펙트럼 (SO')을 나타낸다. 한편, 제 1의 유전체 다층막은, 수직 입사광에 대하여 파장 λ11∼λ12(λ11<λ12)으로 선택반사 파장대역(R01)을, 제 2의 유전체 다층막은 수직 입사광에 대하여 파장 λ21∼λ22(λ21<λ22)으로 선택반사 파장대역(R 02)을, 제 3의 유전체 다층막은 수직 입사광에 대하여 파장 λ31∼λ32(λ31<λ32 )으로 선택반사 파장대역(R03)을 각각 보유하여, 하기 관계식을 만족하고 있다.
λB<λl1<λ12<λG<λ21<λ22<λR<λ31<λ32<1000nm
여기서, 상기 제 1유전체 다층막은, 광학막 두께가 모두(λ11 + λ12)/2 (단, λ11, λ12는 최대 반사율의 50%의 반사율에 있어서의 파장을 의미함)를 λM1 으로 했을 때, λM1/4인 고굴절율의 막과 저굴절율의 막을 교대로 증착한 λ/4 교대 다층막이다.
상기 제 2유전체 다층막은, 광학막 두께가 모두(λ21 + λ22)/2 (단, λ21, λ22는 최대 반사율의 50%의 반사율에 있어서의 파장을 의미함)를 λM2으로 했을 때, λM2/4인 고굴절율의 막과 저굴절율의 막을 교대로 증착한 λ/4 교대 다층막이다.
상기 제 3유전체 다층막은, 광학막 두께가 모두(λ31 + λ32)/2 (단, λ31, λ32는 최대 반사율의 50%의 반사율에 있어서의 파장을 의미함)를 λM3으로 했을 때, λM3/4인 고굴절율의 막과 저굴절율의 막을 교대로 증착한 λ/4 교대 다층막이다.
선택반사 파장대역(R01, R02 및 R03)은 빛이 제1∼제 3유전체 다층막에 대하여, 수직 이외의 각도로 입사한 경우는, 그 입사각도에 따라서 단파장 시프트된다.예컨대, 도 4에 나타낸 유전체 다층막의 선택반사 파장대역의 입사각도 의존성과 같이, 유전체 다층막은 각도(α1, α2 및 α3) (α1<α2<α3 ; 예컨대, α1=10°, α2= 20° 및 α3= 40°)로 입사한 빛의 각각에 대하여, R01보다도 단파장 시프트한 선택반사 파장대역(R11, R12 및 R13)(모두 도시안됨)을 보유한다. 즉, 파장(λB)는 R11, R12 및 R13 모두에 포함되고, 각도(α1, α2 및 α3)로 제 1유전체 다층막에 입사한 파장(λB)의 광성분은 반사된다.
마찬가지로, 제 2, 제 3의 유전체 다층막은, 수직이외의 각도로 입사한 빛에 대하여 R02 및 R03보다도 각각 단파장 시프트한 선택반사 파장대역을 보유한다. 이들 단파장 시프트한 각각의 선택반사 파장대역에는, 파장(λG) 및 파장(λR)이 각각 포함되어, 수직이외의 입사각도로 제 2, 제 3의 유전체 다층막에 입사한 파장(λG) 및 파장(λR)의 빛은 반사된다.
다시, 도 5에 있어서, 광원(14')으로부터 조사된 빛(파장λB, λG 및 λR)은, 광 확산층(16)에(직접 또는 광 반사층(12)으로 반사되어) 입사하여, 그 진행방향이 확산되어, 콜리메이터(18')에 입사한다. 파장(λB)의 광성분은 제 1의 유전체 다층막에서 평행광화되고, 파장(λG)의 광성분은 제 2의 유전체 다층막에서 평행광화되며, 파장(λR)의 광성분은 제 3의 유전체 다층막에서 평행광화된다. 그 결과, 콜리메이터(18')로부터는, 청색, 녹색 및 적색에 대응하는 3파장광의 평행광이 출사된다.
또, 본 발명의 백 라이트시스템은, 용도에 따라서, 소망에 의해, 도광판, 편광분리판등을 갖추고 있더라도 좋다.
다음에, 본 발명의 콜리메이터를 구성하고 있는 유전체 다층막에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 콜리메이터는, 유전체 다층막을 적어도 1층, 바람직하게는 3층을 보유한다. 이 유전체 다층막은, 각각 수직 입사광에 대하여 파장 λ1∼λ2(λ1<λ2)으로 선택반사 파장대역을 나타내고, 또한 조합되어 사용되는 광원의 발광 스펙트럼의 극대파장(λ0)에 대하여 λ0<λ1을 만족하는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 선택반사 파장대역의 중심파장은, 유전체 다층막의 광학두께로 결정되고, 또한, 선택반사 파장대역은 유전체 다층막을 구성하는 저굴절율막의 굴절율 및 고굴절율막의 굴절율로 결정된다. 따라서, 유전체 다층막에 사용되는 재료를 선택하여, 그 두께를 제어함으로써, 조합되는 광원의 발광 피크 파장(λ0)에 대하여, 상기 관계를 만족하는 유전체 다층막으로 할 수 있다.
이 경우, 상기 유전체 다층막이 나타내는 선택반사 파장대역의 최대값 파장(λ2)과 최소값 파장(λ1)과의 차이는 50nm이상인 것이 바람직하고, 그 차이가 70 nm이상인 것이 보다 바람직하다. 최대값 파장(λ2)과 최소값 파장(λ1)과의 차이가 50 nm 이하라면, 대략의 경사광은 커트되지만, 입사각이 커지면 다시 빛이 통과한다고 하는 현상이 일어나는 우려가 있다.
상기 유전체 다층막은, (λ1 - λ0)≤20nm을 만족하는 것이 바람직하다. 이 관계를 만족하면, 발광 스펙트럼의 반값폭이 20nm 이하인 샤프한 발광 스펙트럼을 나타내는 광원과 조합하여 사용하는 경우에도, 완전한 평행광으로부터 ±10°의 범위내에서만 확산하는 출사광을 획득할 수 있고, 실용상 충분한 특성을 보유하는 콜리메이터가 획득된다. 게다가, 발광 스펙트럼의 반값폭이 15nm 이하인 것 보다 샤프한 발광 스펙트럼을 나타내는 광원과 조합되어 사용하는 경우에도, (λ1 - λ0)≤ 10nm을 만족하면, 완전한 평행광인 ±10°의 범위내에서만 확산하는 출사광을 획득할 수 있고, 실용상 충분한 특성을 보유하는 콜리메이터가 획득된다.
둘이상의 발광피크를 보유하는 발광 스펙트럼을 나타내는 광원과 조합하여 사용하는 경우에는, 본 발명의 콜리메이터는, 각각의 발광피크파장(λ01<λ02<…<λ0n)에 대하여, λ01<λ11, λ02<λ21, … 및 λOn<λn1을 만족하는 선택반사 파장대역의 최소값 λ11, λ21, …및 λn1을 각각 보유하는 유전체 다층막을 적층하여, 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 유전체 다층막의 적층순서에 대하여는 특정하게 한정되지 않는다. 또한, 각각의 발광피크에 대응하는 유전체 다층막의 선택반사 파장대역이, 다른 발광피크 파장을 포함하지 않도록, 각 유전체 다층막의 선택반사 파장대역의 최대값(λ12, λ22,…및 λn2)은, 하기의 관계식을 만족하고 있는 것이 바람직하다.
λ01<λ11<λ12<λ02<λ21<λ22 <λ03<…λ0n<λn1<λn2
단, λ11, λ12, λ21, λ22 …는 최대반사율의 50%에서의 반사율에 있어서의 파장을 의미한다.
이러한 유전체 다층막의 재료로서는, 상기 특성을 구비하고 있으면 특별히 제한되지 않고 목적에 따라서 적시 선정할 수가 있지만, 예컨대, Ti02, CeO2, Ta205, ZrO2, Sb2O3, Hf02, La2O3, MgO, Al203, Si02, In2O3, ZnO, SnO2, Cd2Sn04, CdIn204, Zn2Sn04, ZnSn03, MgIn204, Zn2In205, In3Sn3O12 등을 들 수 있고, 이들 중에서도, 고굴절율막으로서 TiO2, 저굴절율막으로서 Si02를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 유전체 다층막의 제조방법으로서는, 특정하게 제한되지 않고, 이온도금, 이온 빔증착등의 진공증착법, 스팩터링등의 물리적 기상성장법(PVD), 화학적 기상성장법(CVD)등을 목적에 합쳐서 적시 채용할 수가 있다.
본 발명의 콜리메이터가 둘이상의 상기 유전체 다층막의 적층체인 경우, 상기 적층체는 라미네이트처리, 및 중첩도포처리등의 종래 공지의 방법에 의해 제작할 수가 있다. 또한, 각 유전체 다층막의 접착성을 향상시키기 위해, 유전체 다층막 사이에 접착층을 개재시켜도 좋다.
또한, 본 발명의 콜리메이터는, 상기 유전체 다층막 외에, 필요에 따라, 기판, 배광막 등을 구비하여도 좋다.
본 발명의 콜리메이터 및 백 라이트시스템은, 시계, 전자계산기, 일본어 워드 프로세서, 컴퓨터 단말등의 각종의 액정 디스플레이에 이용되는 이외에, 조명간판, 각종 조명등에 이용할 수 있다.
이상, 본 발명의 콜리메이터및 백 라이트시스템에 관해서 상세히 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시의 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 변경될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 용이하고 또한 저렴하게 제작가능한 새로운 평판형상의 콜리메이터를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 평행광을 조사가능하고, 특히 액정 디스플레이에 적용한 경우에, 표시 컨트러스트 및 시야각 의존성등의 표시 특성을 향상시킬 수 있는 고품질의 백 라이트시스템을 제공할 수 있다.

Claims (16)

  1. 수직 입사광에 대하여 파장 λ1∼λ2(λ1<λ2)으로 선택반사 파장대역을 나타내는 콜레스테릭 액정층으로 이루어지고, 조합되어 사용되는 광원의 발광 스펙트럼의 극대파장(λ0)에 대하여 λ0 < λ1을 만족하는 것을 특징으로 하는 콜리메이터.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 콜레스테릭 액정층을 2개 적층하여 이루어지고, 각 콜레스테릭 액정층의 나선피치, 평균 굴절율 및 복굴절율이 각각 실질적으로 동일하고, 또한 나선의 회전방향이 서로 다른 것을 특징으로 하는 콜리메이터.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 콜레스테릭 액정층의 두께가 O.5㎛ 이상 50㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 콜리메이터.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 콜레스테릭 액정층이 액정성 재료를 고정화하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 콜리메이터.
  5. 수직 입사광에 대하여 파장 λ1∼λ2(λ1 < λ2)으로 선택반사 파장대역을 나타내는 유전체 다층막으로 이루어지고, 조합되어 사용되는 광원의 발광 스펙트럼의 극대파장(λ0)에 대하여 λ0 < λ1을 만족하는 것을 특징으로 하는 콜리메이터.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 유전체 다층막이, 광학막 두께가 모두 (λ1 + λ2)/2 (단, λ1, λ2는 최대반사율의 50%의 반사율에 있어서의 파장을 의미)를 λM으로 했을 때, λM/4인 고굴절율의 막과 저굴절율의 막을 교대로 증착한 λ/4 교대 다층막인 것을 특징으로 하는 콜리메이터.
  7. 제 1항, 제 2항, 제 5항 또는 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, (λ2 - λ1) ≥ 50nm인 것을 특징으로 하는 콜리메이터.
  8. 제 1항, 제 2항, 제 5항 또는 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, (λ1 - λ0) ≤ 20nm인 것을 특징으로 하는 콜리메이터.
  9. 제 1항, 제 2항, 제 5항 또는 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, (λ1 - λ0) ≤ 10nm인 것을 특징으로 하는 콜리메이터.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 수직 입사광에 대하여 파장 λ11∼λ12(λ11<λ12)으로 선택반사 파장대역을 나타내는 제 1의 콜레스테릭 액정층과,
    수직 입사광에 대하여 파장 λ21∼λ22(λ21<λ22)으로 선택반사 파장대역을 나타내는 제 2의 콜레스테릭 액정층과,
    수직 입사광에 대하여 파장 λ31∼λ32(λ31<λ32)으로 선택반사 파장대역을 나타내는 제 3의 콜레스테릭 액정층을 적층하여 이루어지고,
    파장(λB, λG 및 λR)으로 극대발광을 보유하는 백라이트와 조합되어 사용되고, 또한 하기 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 콜리메이터.
    420 nm ≤λB ≤ 480 nm
    520 nm ≤λG ≤ 580 nm
    585 nm ≤λR ≤ 685 nm
    λB<λl1<λ12<λG<λ21<λ22<λR<λ31<λ32<1000nm
  11. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 수직 입사광에 대하여 파장 λ11∼λ12(λ11<λ12)으로 선택반사 파장대역을 나타내는 제 1의 유전체 다층막과,
    수직 입사광에 대하여 파장 λ21∼λ22(λ21<λ22)으로 선택반사 파장대역을 나타내는 제 2의 유전체 다층막과,
    수직 입사광에 대하여 파장 λ31∼λ32(λ31<λ32)으로 선택반사 파장대역을 나타내는 제 3의 유전체 다층막을 적층하여 이루어지고,
    파장(λB, λG 및 λR)으로 극대발광을 보유하는 광원과 조합되어 사용되고, 또한 하기 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 콜리메이터.
    420 nm ≤λB ≤ 480 nm
    520 nm ≤λG ≤ 580 nm
    585 nm ≤λR ≤ 685 nm
    λB<λl1<λ12<λG<λ21<λ22<λR<λ31<λ32<1000nm
  12. 제 11항에 있어서, 상기 제 1유전체 다층막이, 광학막 두께가 모두 (λ11+λ12)/2 (단, λ11, λ12는 최대 반사율의 50%의 반사율에 있어서의 파장을 의미함)를 λM1로 했을 때 λM1/4인 고굴절율의 막과 저굴절율의 막을 교대로 증착한 λ/4 교대 다층막이고,
    상기 제 2유전체 다층막이, 광학막 두께가 모두 (λ21+λ22)/2 (단, λ21, λ22는 최대 반사율의 50%의 반사율에 있어서의 파장을 의미함)를 λM2로 했을 때 λM2 /4인 고굴절율의 막과 저굴절율의 막을 교대로 증착한 λ/4 교대 다층막이며,
    상기 제 3유전체 다층막이, 광학막 두께가 모두 (λ31+λ32)/2 (단, λ31, λ32는 최대 반사율의 50%의 반사율에 있어서의 파장을 의미함)를 λM3으로 했을 때, λM3/4인 고굴절율의 막과 저굴절율의 막을 교대로 증착한 λ/4 교대 다층막인 것을 특징으로 하는 콜리메이터.
  13. 광 반사층과, 파장(λ0)으로 발광극대를 보유하는 발광 스펙트럼을 나타내는 광원과, 광 확산층과, 그리고 제 1항, 제 2항, 제 5항 또는 제 6항 중 어느 한 항에 기재된 콜리메이터를 구비한 백 라이트시스템.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 광원의 발광 스펙트럼의 반값 폭이 20nm 이하인 것을 특징으로 하는 백 라이트시스템.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 광원의 발광스펙트럼의 반값 폭이 15nm 이하인 것을 특징으로 하는 백 라이트시스템.
  16. 제 13항에 있어서, 상기 광원이 3파장형 냉음극관인 것을 특징으로 하는 백 라이트시스템.
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