KR100893831B1 - Reflective polarizing element and the fabrication apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명의 반사편광소자는 프리즘 형상의 구조면 배열을 갖는 제1굴절체와The reflective polarizer of the present invention comprises a first refractive body having a prismatic structure surface arrangement;
상기 제1굴절체의 구조면 중 어느 한 경사면에만 코팅 또는 적층되는 제2굴절체로 이루어진 단위구조층이 연속하여 적층된 것을 특징으로 하며 상기 제1굴절체의 낮은 굴절률에서 제2굴절체의 높은 굴절률로 비편광광이 입사되면서 편광투과되고, 반사된 편광광은 프리즘 구조면에서 내부반사 또는 전반사 등으로 재반사되어 도광체 쪽으로 되돌아가 재활용된다.A unit structure layer comprising a second refractive body that is coated or laminated only on any one of the structural surfaces of the first refractive body is laminated successively, the high refractive index of the second refractive body at a low refractive index of the first refractive body When the non-polarized light is incident, the polarized light is transmitted, and the reflected polarized light is reflected back to internal reflection or total reflection at the prism structure surface and recycled back to the light guide body.
상기와 같은 구성을 갖는 반사편광소자는 편광효과와 집광효과를 동시에 발휘하며 내부 프리즘면의 전반사 효과로 통상의 편광필름과 달리 단위굴절층을 많이 적층하지 않고도 편광효과를 달성할 수 있다.The reflective polarizer having the above configuration exhibits the polarization effect and the light condensing effect at the same time, and can achieve the polarization effect without stacking many unit refractive layers unlike the conventional polarizing film due to the total reflection effect of the inner prism surface.
또한 연신공정이 없고, 성형롤에 의한 연속생산이 가능하므로 생산효율이 크게 향상되는 장점이 있다.In addition, there is no stretching process, the continuous production by the forming roll is possible, there is an advantage that the production efficiency is greatly improved.
반사편광, 프리즘, 편광판, 굴절, 백라이트 Polarized light, prism, polarizer, refraction, backlight
Description
도 1은 일반적인 액정표시장치를 나타낸 그림.1 is a view showing a general liquid crystal display device.
도 2는 도 1의 반사편광부 구성에 대한 외형사시도.FIG. 2 is an external perspective view of the reflective polarizer of FIG. 1; FIG.
도 3은 도 2의 구조층에서의 비편광광의 편광메커니즘을 나타낸 그림.FIG. 3 is a diagram illustrating a polarization mechanism of unpolarized light in the structural layer of FIG. 2. FIG.
도 4는 도 2의 편광필름적층부와 다른 구성을 갖는 편광소자를 도시한 액정표시장치.4 is a liquid crystal display showing a polarizing element having a different configuration from that of the polarizing film stack of FIG.
도 5는 도 4의 편광메커니즘을 나타낸 그림.5 is a view showing the polarization mechanism of FIG.
도 6은 제1프리즘, 제2프리즘 및 편광면 변조부로 구성된 반사편광소자를 나타낸 그림.6 is a view showing a reflective polarizer composed of a first prism, a second prism, and a polarization plane modulator.
도 7은 본 발명에서 프리즘 형태로 적층되는 반사편광소자의 단위구조층을 나타낸 그림.7 is a view showing a unit structure layer of a reflective polarizer stacked in a prism form in the present invention.
도 8은 도 7의 제1굴절체가 한번 더 적층 성형된 상태의 제2단위 구조층과 그에 따른 편광메커니즘을 간단히 나타낸 그림FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a second unit structure layer and a polarization mechanism according to the first refraction body of FIG.
도 9는 도 7, 도 8의 단위구조층 들을 반복하여 구성한 본 발명의 반사편광소자를 나타낸 그림.FIG. 9 is a diagram illustrating a reflective polarizer of the present invention by repeating the unit structure layers of FIGS. 7 and 8.
도 10 및 도 11은 본 발명의 반사편광소자를 제조하는 장치를 간략히 나타낸 그림.10 and 11 are simplified views showing an apparatus for manufacturing the reflective polarizer of the present invention.
[도면 주요부분에 대한 도면부호의 설명][Description of reference numerals for the main parts of the drawings]
1: 비편광광 2: P 편광광 3: S 편광광1: unpolarized light 2: P polarized light 3: S polarized light
10: 액정표시장치 11: 액정표시모듈 12: 전면편광판10: liquid crystal display device 11: liquid crystal display module 12: front polarizer
13: 후면편광판 14: 액정층 15: 반사편광부13: rear polarizer 14: liquid crystal layer 15: reflective polarizer
16: 편광필름적층부 17: 광학 구조화 층16: polarizing film stack 17: optical structured layer
18: 도광체 19: 반사판 20: 광확산부18: light guide 19: reflector 20: light diffuser
21: 광원 22: 반사경21: light source 22: reflector
41: 등방체층 42: 이방체층41: isotropic layer 42: anisotropic layer
61: 제1프리즘 62: 제2프리즘 63: 편광면변조부61: first prism 62: second prism 63: polarization plane modulator
70: 반사편광소자 71: 제1굴절체70: reflective polarizer 71: first refractive body
72: 제2굴절체 73: 단위구조층72: second refractive body 73: unit structure layer
1-1: 전반사 비편광광 1-2: 투과 비편광광1-1: Total reflection unpolarized light 1-2: Transmission unpolarized light
2-1: 투과 P 편광광 3-1: 반사 S 편광광2-1: Transmitted P Polarized Light 3-1: Reflected S Polarized Light
100: 성형롤 101: 스타트롤 102: 피니쉬롤100: forming roll 101: startrol 102: finish roll
103: 경화장치 104: 분사장치 105: 제2굴절유동체103: curing device 104: injection device 105: second refractive fluid
106: 주입장치 107: 제1굴절유동체106: injection device 107: first refractive fluid
본 발명은 반사 편광소자에 관한 것이다.The present invention relates to a reflective polarizer.
편광소자는 진동방향이 일정하지 않은 비편광광을 특정방향으로만 진동하는 편광광으로 바꾸어주는 소재이다.The polarizer is a material that converts unpolarized light whose vibration direction is not constant into polarized light that vibrates only in a specific direction.
편광소자는 크게 나누어 투과형 편광소자와 반사형 편광소자로 나눌 수 있는데, 투과형 편광소자는 특정 진동방향의 편광광을 투과하고, 그것과 직교하는 편광광을 흡수하는 것이다. 상기 투과형 편광소자는 투과된 편광광이 색을 띠기 때문에 이색성 편광소자라고도 하며, 어느 한 방향으로 연신한(잡아당겨 신장시킨) 폴리비닐알코올 필름에 요오드계를 흡착시킨 요오드계 편광필름이나, 연신한 폴리비닐 알코올 필름에 이색성 염료를 흡착시킨 염료계 편광필름이 있다.The polarizer can be broadly divided into a transmissive polarizer and a reflective polarizer. The transmissive polarizer transmits polarized light in a specific vibration direction and absorbs polarized light that is orthogonal thereto. The transmissive polarizer is also referred to as a dichroic polarizer because the transmitted polarized light has a color, and is an iodine polarizer film in which an iodine system is adsorbed on a polyvinyl alcohol film stretched in one direction (stretched and stretched) or stretched There is a dye-based polarizing film obtained by adsorbing a dichroic dye to a polyvinyl alcohol film.
상기 투과형 편광소자와 달리 반사형 편광소자는 편광소자의 반사면에서 투과된 광과 직교하는 방향으로 편광 분할시키되, 반사면에 평행한 방향으로 진동하는 편광광을 반사하는 것이다. 상기 반사형 편광소자는 예를 들어 편광성분의 반사율의 차를 이용한 반사형 편광소자, 콜레스테릭 액정에 의한 특정파장에서의 원편광반사 특성을 이용한 반사형 편광소자, 2종의 고분자 필름을 적층하여 굴절율 이방성에 의한 반사율의 이방성을 이용하는 반사형 편광소자 등이 있으며 상기 편광소자 중 콜레스테릭 액정에 의한 선택반사 특성을 이용하는 경우에는 원편광을 직선편광으로 변환하는 광학소자(1/4파장판)를 적층하여 반사형 편광소자로 사용한 다.Unlike the transmissive polarizer, the reflective polarizer divides polarized light in a direction orthogonal to the light transmitted from the reflective surface of the polarizer, and reflects the polarized light oscillating in a direction parallel to the reflective surface. The reflective polarizer may be formed by laminating a reflective polarizer using a difference in reflectance between polarization components, a reflective polarizer using circular polarization reflection characteristics at a specific wavelength by cholesteric liquid crystal, and two kinds of polymer films. There is a reflective polarizing element using anisotropy of reflectance by refractive index anisotropy, and an optical element (1/4 wavelength plate) converting circularly polarized light into linearly polarized light when the selective reflection characteristic of cholesteric liquid crystal is used among the polarizing devices. ) Is used as a reflective polarizer.
한편, 액정표시장치(LCD)에 사용되는 편광소자는 액정패널 뒤쪽에 있는 백라이트유닛(BLU)에서 나오는 빛이 액정(Liquid)을 통과하고 칼라필터의 RGB 픽셀을 거쳐 나올 때 필요한 빛과 필요없는 빛을 걸러주는 역할을 하는 부품이다.On the other hand, polarizers used in LCDs require light and unnecessary light when light from the backlight unit (BLU) behind the liquid crystal panel passes through the liquid crystal and passes through the RGB pixels of the color filter. It is the part that plays a role of filtering.
일반적으로 투과형(이색성) 편광소자의 투과율을 높이면 편광도가 낮아지고, 따라서 액정표시장치에 사용되었을 때 화상의 콘트라스트(명암비)를 저하시키게 된다.In general, increasing the transmittance of a transmissive (dichroic) polarizing element lowers the degree of polarization, and thus reduces the contrast (contrast ratio) of an image when used in a liquid crystal display device.
따라서 투과율에 따른 휘도 못지 않게 명암비도 중요한 액정표시장치에서는 반사형 편광소자를 더 많이 사용한다.Therefore, in the liquid crystal display device in which the contrast ratio is as important as the luminance according to the transmittance, more reflective polarizers are used.
즉, 한정된 백라이트의 광원으로 액정층 입사 직전에 배치되어 있는 편광판에 입사하는 광의 휘도를 높이기 위해서는 투과되는 편광광 외의 반사광을 도광체 또는 반사판 쪽으로 최대한 되돌려 보내서 재반사 시켜야 하며, 상기 재 반사되는 광들을 재차 반사편광시켜 상기 편광판의 편광방향에 최대한 근접한 편광광으로 입사광을 바꾸어줄 필요가 있다.That is, in order to increase the luminance of the light incident on the polarizing plate disposed immediately before the liquid crystal layer is incident to the limited light source, the reflected light other than the transmitted polarized light should be returned to the light guide or the reflecting plate as much as possible and reflected again. It is necessary to change the incident light to polarized light as close as possible to the polarization direction of the polarizing plate again by reflecting polarized light.
상기 편광소자 중, 2종의 고분자 필름을 적층하여 굴절율 이방성에 의한 반사율의 이방성을 이용하는 반사형 편광소자의 경우, 특정 설계파장 (예를 들면 550nm)의 광에 대해서 편광광을 유도하기 위하여 광학적 등방성과 광학적 이방성을 각각 갖는 2종의 필름들을 설계파장의 1/2인 극히 얇은 두께로 적어도 600~800층 이상 적층하여 어느 일 방향으로 연신하는 방법으로 제조되고 있다.Among the polarizing elements, in the case of a reflective polarizing element in which two kinds of polymer films are stacked to use anisotropy of reflectance due to refractive anisotropy, optical isotropic in order to induce polarized light with respect to light having a specific design wavelength (for example, 550 nm). And two types of films each having optical anisotropy and at least 600-800 layers or more are laminated in an extremely thin thickness of 1/2 of the design wavelength and stretched in one direction.
이 경우 제작이 어려워지고 가격이 비싼 것이 단점이다.In this case, manufacturing is difficult and the price is expensive.
위와 같은 적층식 반사편광소자와 달리, 광학적 등방성과 이방성을 각각 갖는 2종의 프리즘시트를 서로 마주보는 방향으로 적층한 것이 있는데, 적층수는 줄어드는 장점이 있으나 어느 한 프리즘시트에 광학적 이방성을 부여하기 위한 별도의 공정(예컨대 연신공정)이 추가되고, 상기 연신공정 후에도 프리즘 시트의 구조면 각도가 90도 전후를 유지하여야하므로 이 또한 쉬운 공정은 아니었다.Unlike the stacked reflective polarizers as described above, two kinds of prism sheets each having optical isotropy and anisotropy are laminated in a direction facing each other. The number of stacks is reduced, but the optical anisotropy is given to any one prism sheet. A separate process (for example, stretching process) was added, and this was not an easy process because the angle of the structural surface of the prism sheet should be maintained at about 90 degrees even after the stretching process.
본 발명에서는 상기와 같은 복잡한 제조공정을 필요로 하는 종래의 반사편광소자들과는 달리 연신과정을 필요로 하지 않고, 적층수를 대폭 줄일 수 있는 프리즘 시트를 연속 적층한 반사편광소자를 구현하고자 한다.In the present invention, unlike the conventional reflective polarizers that require such a complex manufacturing process, it is necessary to implement a reflective polarizer in which a prism sheet can be stacked in a continuous manner without requiring an stretching process and greatly reducing the number of stacked layers.
상기한 바와 같은 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 먼저 다음과 같은 주요 기술적 구성을 갖는다.In order to achieve the object of the invention as described above, the present invention has the following main technical configuration.
본 발명은, 프리즘 형상의 구조면 배열을 갖는 제1굴절체와, 상기 제1굴절체의 구조면 중 어느 한 경사면에만 코팅 또는 적층되는 제2굴절체로 이루어진 단위구조층이 연속하여 적층된 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that the unit structure layer consisting of a first refractive body having a prismatic structure surface arrangement and a second refractive body coated or laminated only on any inclined surface of the structural surface of the first refractive body is laminated successively It is done.
또한 위와 같은 단위구조층을 연속하여 적층하기 위해서 상기 언급된 중간단계의 굴절체 또는 구조층들을 공급하는 스타트롤과 상기 굴절체 또는 구조층으로 된 기재가 인입되는 성형롤 그리고 상기 성형롤에서 성형된 구조층을 권취하는 피 니쉬롤을 기본 구성으로 하는 제조장치가 설계될 수 있다.In addition, in order to successively laminate the unit structure layer as described above, the star roll supplying the above-described refraction body or the structural layers of the intermediate step and the forming roll into which the substrate of the refraction body or the structural layer is introduced and molded in the forming roll A manufacturing apparatus based on a finish roll winding the structural layer can be designed.
물론 위의 제조장치에는 상기 성형롤에 형성된 프리즘 형상의 구조면 중 어느 한 경사면에 제2굴절체를 선택적으로 분사 도포하는 분사장치나, 혹은 상기 성형롤 또는 상기 스타트롤로부터 인입되는 기재에 제1굴절체를 주입 도포하는 주입장치가 추가된다.Of course, in the above manufacturing apparatus, a spraying apparatus for selectively spraying and applying a second refractive body to any inclined surface of the prism-shaped structural surface formed on the forming roll, or a substrate drawn from the forming roll or the start trolley. An injection device for injection coating the refractor is added.
상기 본 발명의 주된 기술적 특징을 보다 구체적으로 표현하기 위하여 도면에 포함된 본 발명의 일 예를 참조하여 아래에 보다 상세히 설명한다.In order to more specifically represent the main technical features of the present invention will be described in more detail below with reference to an example of the present invention included in the drawings.
다만 아래에 기술하는 본 발명의 구현예(embodiment of invention), 혹은 구체적인 실시예(specific example)를 이루는 구성요소들과 그 결합구조가 본 발명의 기술적 특징에 내재된 사상을 제한하는 것은 아님을 미리 밝혀둔다.However, it is to be understood that the components and the coupling structure of the embodiments of the present invention or specific examples described below do not limit the idea inherent in the technical features of the present invention. Reveal it.
도 1은 현재 실시되고 있는 액정표시장치(10)의 한 형태를 간략히 나타낸 것이다. 도면에서, 가장 아래쪽에 위치한 부분이 발광과 광 유도를 담당하는 부분으로서, 광원(21)으로부터 출사된 광은 반사경(22)에 의하여 도광체(18) 쪽으로 유도되며, 도광체(18) 하면에는 반사판(19)과 광확산부(20)로 이루어진 광 반사 및 확산 구성이 배치될 수 있다.1 briefly illustrates a form of the liquid
상기 도광체(18)를 거쳐 나온 광은 반사 편광부(15)로 입사하게 되는데, 상기 반사 편광부(15)는 두께가 극히 얇은 필름이 서로 다른 방향으로의 광학적 성질을 가지고 수십~수백층 적층된 편광필름 적층부(16)와 상기 적층부를 통과하면서 편광된 광을 집광하여 주는 광학 구조화 층(17)으로 구성된다.The light emitted through the
상기 도광체와 반사편광소자를 거쳐서 나온 광은 일정한 진동방향을 가지고 액정표시모듈(11)에 거의 수직에 가깝게 고르게 입사하게 되며, 상기 액정표시모듈(11)의 후면편광판(13)을 통과하여 액정층(14)에 입사하게 된다.Light emitted through the light guide and the reflective polarizer is uniformly incident to the liquid
이때 액정층(14)에 전압이 인가되지 않을 경우 상기 입사광은 액정층의 꼬인 광학경로를 통과하여 전면편광판(12)의 편광방향에 맞는 광 진동방향을 가지고 상기 전면편광판(12)을 투과하게 되는 것이다.In this case, when no voltage is applied to the
도 2는 상기 도1에서의 반사편광부(15) 구성을 외형사시도로 간략히 나타낸 것이다. 도면에서 A,B,A,B...으로 반복되는 다중 편광필름적층부는 수백 또는 수천개의 층을 포함할 수 있고, 각 구조층에 요구되는 광학성능에 따라 필름의 재료를 선택할 수 있다.FIG. 2 briefly shows the configuration of the
상기 적층층은 보통의 경우 적층상태로 어느 한 방향으로 연신공정을 거쳐 신장되는데 이 경우 신장방향(21)과 신장길이에 관계없이 굴절률이 일정한 층(B)과 신장길이에 따라 굴절율이 변경되는 층(A)으로 각각 교대로 적층된다.In general, the laminated layer is stretched in one direction in a laminated state in this case. In this case, the layer B has a constant refractive index and the refractive index is changed depending on the elongation length regardless of the
도면에서 A층은 굴절률이 연신처리에 의해 변경되는 특성을 보인다. 예를 들어 신장방향에 대해서 굴절율(1.88)을 나타내는 데 반해, 횡단방향에 대해서는 다른 굴절률을 나타낸다. 반면 B층은 신장처리에 의해서도 거의 변경되지 않는 공칭굴절률(1.64)을 나타낸다.In the figure, layer A exhibits the property that the refractive index is changed by the stretching treatment. For example, the refractive index (1.88) is shown in the stretching direction, while the other refractive index is shown in the transverse direction. On the other hand, layer B exhibits a nominal refractive index (1.64) which is hardly changed by the stretching treatment.
위와 같이 되었을 경우, 상기 적층층(A,B,A,B...)들은 층간 큰 굴절율 차이를 갖게 되며 이때 각 층에서 비편광광이 투과 및 반사를 거듭하면서, 투과되는 P 편광광(2)과 반사되는 S 편광광으로 분할된다.In this case, the laminated layers A, B, A, B ... have a large refractive index difference between layers, and at this time, the P-polarized
도 3은 상기 도 2의 단위 A, B 적층층에서의 비편광광의 편광메커니즘을 간략히 나타낸 것인데, 도면에서, 비편광광(1 = 굵은 실선)은 굴절률이 작은 B층에서 굴절률이 큰 A층으로 입사될 때 투과광인 P 편광광(2 = 가는 실선)으로 편광되며 상기 P 편광광(2)와 직교하는 방향으로 반사광인 S 편광광(3 = 가는 점선)으로 편광된다. 물론 이때 비편광광(1)의 입사각과 S 편광광(3)의 반사각은 동일할 것이다.FIG. 3 schematically illustrates a polarization mechanism of unpolarized light in the unit A and B stacked layers of FIG. 2. In the drawing, unpolarized light (1 = thick solid line) is incident on the A layer having a high refractive index in the B layer having a small refractive index. Is polarized by P polarized light (2 = thin solid line), which is transmitted light, and S polarized light (3 = thin dotted line), which is reflected light, in a direction orthogonal to the P polarized light (2). Of course, the incident angle of the
상기 편광과정은 하나의 층에서 완벽하게 이루어질 수 없으며, 상기 투과광인 P 편광광에는 일부의 비편광광과 S 편광광 성분이 남아 있다. 남아 있는 성분은 다시 A층에서 B층으로 재입사하는데 이때 일부의 비편광광이 재차 투과광인 P 편광광과 반사광인 S 편광광으로 분할된다.The polarization process cannot be completed in one layer, and some unpolarized light and S polarized light remain in the P-polarized light, which is transmitted light. The remaining components are again incident on the A layer to the B layer, where some unpolarized light is split into P polarized light, which is transmitted light, and S polarized light, which is reflected light.
상기와 같은 과정에서 최종적으로 B층 아래로 되 튕기는 S 편광광은 도광체 혹은 반사판에서 확산 및 재반사되어 상기 B층으로 다시 입사되므로 결과적으로 액정표시장치의 휘도를 높이는데 기여할 수 있다.Since the S-polarized light finally bounced under the B layer in the above process is diffused and re-reflected by the light guide or the reflector to be incident back to the B layer, it may contribute to increase the luminance of the liquid crystal display.
그러나 상기와 같은 평면 적층형의 반사편광소자는 편광각을 확보하기가 어려우므로 극히 다수의 층을 적층할 필요가 있으며 바람직하게는 보강간섭을 유도하기 위하여 A+B층의 두께를 입사하는 비편광광 파장의 1/2로 조절할 필요가 있다.However, since the planar stacked reflective polarizer is difficult to secure a polarization angle, it is necessary to stack a very large number of layers. Preferably, in order to induce constructive interference, a non-polarized wavelength incident on the thickness of the A + B layer is required. You need to adjust it to 1/2 of.
도 4는 도 2의 편광필름적층부(17)와 다른 구성을 갖는 편광소자를 도시한 액정표시장치를 나타낸 것이다.FIG. 4 shows a liquid crystal display device showing a polarizing element having a different configuration from that of the polarizing
도면에서, 프리즘시트형 반사편광소자(40)는 후면편광판(13) 쪽에 위치하며, 등방성 부재로 이루어진 프리즘시트 형태의 등방체층(41) 및 이방성 부재로 이루어진 프리즘시트 형태의 이방체층(42)으로 구성되며, 이방체층(42)은 백라이트(6) 측에 위치하고, 등방체층(41)은 액정층(14) 측에 위치하여 서로 적층된다.In the drawing, the prism sheet-like
도 5는 도 4의 프리즘 시트형 반사편광소자(40)에 입사되는 비편광광(1)이 프리즘경계면(43)에서 투과되는 P 편광광(2)과 상기 P 편광광에 직교하고, 경계면에서 반사되는 S 편광광(3)을 나타낸 그림이다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 단면 형태가 이등변 삼각형인 복수의 삼각뿔형 프리즘부는 경사면인 프리즘경계면(43)이 서로 면하도록 적층되며 기하학적 구조면을 구성한다.5 illustrates that the
한편, 상기 경사면(43)의 능선 방향은 상기 후면편광판의 투과축 방향과 일치한다.Meanwhile, the ridge direction of the
상기 프리즘 시트형 반사편광소자(40)에서, 이방체층(42)에서의 프리즘부의 능선에 평행한 방향은 X방향이고, X방향에 수직이며 반사편광소자(40)의 전면 및 배면에 평행한 방향은 Y방향이다. 또한, 반사편광소자(40)의 전면 및 배면에 수직인 방향은 Z방향이다. 이방체층(42)에서의 X방향의 굴절율을 NX1, Y방향의 굴절율을 NY1, Z방향의 굴절율을 NZ1이라 하면, 이들의 관계는 NX1 > NY1 = NZ1가 된다. 그리고 등방체층(41)에서의 굴절율을 NX2, Y방향의 굴절율을 NY2, Z방향의 굴절율을 NZ2이라 하면, 이들의 관계는 NX2 = NY2 = NZ2가 된다.In the prism sheet-shaped
위와 같은 특성을 바탕으로, 등방체층(41)과 이방체층(42) 간의 상대굴절률의 관계는 NX1 > NX2 (= NY2 = NZ2) > NY1 = NZ1 임을 도출할 수 있을 것이다.Based on the above characteristics, the relationship between the relative refractive index between the
도 4 및 도 5에 도시한 편광메커니즘은 상대굴절률이 큰 쪽으로 비편광광(1)이 입사할 때, 투과되는 P 편광광(2)과 상기 P 편광광(2)에 수직하게 분할 반사되는 S 편광광(3)으로 편광되며, 이때 반사된 S 편광광이 프리즘 경계면에서 전반사하여 다시 도광체로 가서 반사/확산/산란을 통해 재활용될 수 있는 메커니즘을 도시하고 있다. 그러나 반사 후 재 입사각에 따라 일부의 S 편광광이 전반사 되지 않고 투과되는 경우도 있으므로 완벽한 편광효과는 기대하기 어렵다.In the polarization mechanisms shown in FIGS. 4 and 5, when the
도 6은 도 5와 같이 하나의 프리즘경계면을 이용한 편광 구조와 달리, 제1프리즘(61), 제2프리즘(62) 및 편광면 변조부(63)로 구성된 반사편광소자를 나타낸 것이다.FIG. 6 illustrates a reflective polarizer including a
상기 반사편광소자의 편광 분할부는 높은 굴절율의 제1프리즘(61)과 낮은 굴절율의 제2프리즘(62)로 되어 있다. 상기 제1프리즘(61)은 미편광광(1)의 입사각이 대체로 Brewster각(편광각=θb)이 되도록 기울어진 경사면(64)으로 되어 있다.The polarization splitting part of the reflective polarizing element includes a first
도면에서 제1프리즘(61)은 미편광광(1)을 편광시키고 분할시킨다. 이때 편광면 변조부(63)는 제1프리즘(61)에 의해 편광되고 분할된 반사 편광의 위상을 변조한다.In the drawing, the
상기 편광 분할부는 미편광광(1)을, 편광면이 경사면들(64 및 65) 간의 경계 면에서 서로 수직으로 교차하는 투과광 및 반사광으로 분할하는 분할부의 역할을 한다. 여기서, 경사면들(64 및 65) 간의 경계면은, 진동면이 서로 수직으로 교차하는 P 편광광 및 S 편광광으로 분할하기 위한 분할부, 즉 경계면에 수직인 진동면을 갖는 P 편광광(2)을 경계면에 투과시키고, 경계면과 평행한 진동면을 갖는 S 편광광(3)을 반사시키는 역할을 한다.The polarization dividing portion serves as a dividing portion for dividing the
한편, 상기 편광 분할부에서 분할된 반사광은 편광면 변조부(63)에 의해 변조되는데, 편광면 변조부(63)는 낮은 굴절율을 갖는 제2프리즘(62) 및 미편광광(1)에 평행한 제1프리즘(61)의 표면들 사이에 제공되는 1/2파장판이다. 상기 편광면 변조부(63)는, 경사면(64)으로부터 반사된 반사광의 편광면을 변경하여 이 편광면을 투과광의 편광면과 일치시키기 위한 위상 변조부의 역할, 다시 말해서 경사면(64)에 평행한 진동면을 갖는 반사된 S 편광광의 위상을 1/2파장만큼 변조하는 역할을 한다.Meanwhile, the reflected light split by the polarization splitter is modulated by the
상기 편광 소자에 있어서, 미편광광(1)의 입사광이 입사광원으로서 대체로 Brewster각 θb이 되도록 각 프리즘들의 경사면이 경사지므로, 입사된 임의의 편광은 경사면(64)에 의해서 P 편광광(2) 및 S 편광광(3)으로 분할된다. 그 다음에는, 반사된 S 편광광(3)이 입사광에 평행한 편광면 변조부(63)에 의해 1/2파판에 의해 P 편광광으로 변환된다. 결과적으로, 임의의 편광광으로서 미편광광은, 광학적 손실없이 액정 표시 장치에 이용될 수 있도록, 한 방향으로 편광된 방향성 없는 선형 편광으로 지향된다. In the polarizing element, the inclined planes of the prisms are inclined such that the incident light of the
그러나, 도 6에 도시된 반사편광소자에 있어서, 미편광광(1)이 입사면에 기울어져 입사하는 경우, 가끔 프리즘의 경사면(64)으로 입사하지 않고 1/2파판인 편광면 변조부(63)로 입사하게 된다. 이때, 반사편광소자는, 프리즘의 경사면(64)으로 입사하지 않고 1/2파판으로 입사한 광을, 반사편광소자로부터 출사되도록 선형 편광광으로 정렬시키는 기능을 충족할 수 없다. 이 때문에, 편광 소자의 기능이 저하되고, 편광 소자의 흡수축 방향으로 흡수되는 광이 증가하게 되는 문제점이 발생한다.However, in the reflective polarizer shown in Fig. 6, when the
상기와 같은 단점을 극복하기 위해서, 미편광광(1)이 프리즘 경사면(64)로 입사하는 확률을 높이는 방법을 생각해 볼 수 있는데, 편광면변조부(63)를 보유한 프리즘 다수 적층해 볼 수 있겠다.In order to overcome the above disadvantages, a method of increasing the probability that the
도 7은 본 발명에서 프리즘 형태로 적층되는 반사편광소자의 초기 구성단계인 단위구조층(73)을 나타낸 것이다.FIG. 7 illustrates a
도면에서, 제1굴절체(71)는 프리즘 형상(꼭지점 각도 80°~110°)으로 성형되고, 그 위에 제2굴절체(72)가 상기 제1굴절체가 산형으로 이루어진 프리즘 경사면 중 어느 한 부분에만 코팅 또는 적층된다.In the drawing, the first
물론 상기 단위구조층(73)에서, 최초 적층이 시작되는 제1굴절체(71)로 된 바닥면은 평면일 수 있다.Of course, in the
상기와 같은 프리즘 경계면에서의 어느 한 경사면에만 코팅 또는 적층되는 것은 후술하는 도 10을 참조하면 알 수 있는데, 코팅할 제2굴절체(72)를 프리즘면 위에서 수직으로 투입하지 않고, 한쪽 경사면에만 기울여서 미소하게 분사한 다음 성형롤로 압착 성형하는 방법으로 구현할 수 있다.It can be seen that the coating or lamination on only one inclined surface at the prism boundary as described above with reference to FIG. 10, which does not vertically inject the second
상기 굴절체들의 소재는 아크릴, PEN등과 같은 고분자수지(resin)가 사용될 수 있고, 광투과도와 굴절률(통상 1.4 ~ 1.8)이 조절 가능하고, 너무 높지 않은 유리전이온도를 가진 재료이어야 할 것이다.The material of the refractors may be a polymer resin such as acrylic, PEN, etc., light transmittance and refractive index (typically 1.4 to 1.8) is adjustable, it should be a material having a glass transition temperature is not too high.
또한 상기 제1굴절체(71)의 굴절률은 1.5 정도가 바람직하고, 상기 제2굴절체(72)의 굴절률은 1.75 정도의 것이 바람직하다.The refractive index of the first
위와 같이 구성할 때 도면 하측에서 상측으로 비편광광이 입사한다면, 제2굴절률이 적층된 경사면에서 비편광광은 낮은 굴절률에서 높은 굴절률로 입사하는 셈이 되므로 반사가 잘 일어나는 상황에 놓이게 되고 이에 따라 반사편광의 확률도 커지게 된다.If the non-polarized light is incident from the lower side to the upper side in the configuration as described above, the non-polarized light is incident at a high refractive index at a low index of refraction on the inclined surface on which the second refractive index is stacked. Also increases the probability.
도 8은 상기 도 7에서 제1굴절체(71)이 한번 더 적층 성형된 상태의 제2단위 구조층과 그에 따른 편광메커니즘을 간단히 도시한 것이다.FIG. 8 schematically illustrates the second unit structure layer and its polarization mechanism in the state in which the first
도면에서, 비편광광(1, 1-1, 1-2)들은 각각 프리즘 경계면에서 편광분할되거나, 전반사되거나, 투과된다.In the figure, the
이때 제2굴절체(72)는 상대굴절률이 0.25 더 높으므로 제1굴절체(71)에서 제1굴절체(71)로 입사하는 비편광광의 입사각보다 더 넓은 입사각의 범위에서 반사를 통한 편광분할이 일어날 수 있다.In this case, since the second
상기 비편광광(1)이 프리즘 경계면에서 반사되면, 투과되는 P 편광광(2)과 상기 P 편광광과 90°각도를 이루고 반사되는 S 편광광(3)으로 편광분할되는데, 우리가 원하는 것은 경계면에 수직한 방향으로 진동하는 P 편광광을 최대한 투과시키고 경계면에 평행하게 진동하는 S 편광광은 최대한 되돌려 보내서 재활용하는 것이다. 물론 이때 비편광광의 입사각에 따라, 투과된 P 편광광(2-1)은 다시 도광체 쪽으로 되돌아갈 수도 있고, 반사된 S 편광광(3-1)이 되돌아가지 않고 재차 위층을 투과할 수도 있으나, 구조층을 거듭하여 투과될수록 수직 상방으로 투과되는 P 편광광이 많아지고, 도광체나 반사면이 있는 하방으로 되 튕기는 S 편광광이 많아진다.When the
도 9는 상기 도7, 도8의 단위구조층들을 반복하여 구성한 본 발명의 반사편광소자(70)를 도시한 그림이다.9 is a diagram illustrating the
도면에서 제1굴절체(71)의 프리즘 형 구조층에 프리즘 경계면의 한쪽 면만 적층된 제2굴절체(72)가 반복 적층된 단위구조층(73)을 관찰할 수 있으며, 프리즘 면의 내부 전반사 효과로 인해 그 구조층의 숫자는 일반적인 편광필름의 적층층인 수백~수천층보다는 훨씬 작다.In the drawing, it is possible to observe the
참고로 도면에서 상기 제2굴절체(72)의 적층두께를 비편광광 파장의 1/2로 설계하면 위상차를 이용한 편광변조(도 6에서의 편광면 변조부(63)와 같은)의 기능을 수행할 수도 있음은 당연하다.For reference, in the drawing, when the stack thickness of the second
도 10 및 도 11은 상기 도 9에 도시된 본 발명의 반사편광소자(70)를 제조하 는 장치를 간략히 나타낸 것이다.10 and 11 briefly illustrate an apparatus for manufacturing the
도 10의 스타트롤(101)에서 성형롤(100)쪽으로 제1굴절체로 된 기재층이 인입되면 상기 성형롤 상부에 일정각도로 기울어진 분사장치(104)에서 제2굴절유동체(105 = 제2굴절체가 유동화된 상태의 원료를 말한다)가 미소 분사되어 성형롤(100)의 프리즘 면에서 일측 경사면에만 코팅된다.When the substrate layer made of the first refractive body is introduced into the forming
위에서 상기 제2굴절유동체는 온도 25도 정도에서 점도가 5000 ~10000 정도의 고분자수지(resin)를 롤 또는 Bar 코팅 부분을 연속하여 설치하여 코팅할 수 있다.The second refractive fluid may be coated by continuously installing a roll or bar coating portion of a polymer resin (resin) having a viscosity of about 5000 to 10,000 at a temperature of about 25 degrees.
이후 상기 제1굴절체로 된 기재층이 성형롤과 합쳐지면 도 7과 같은 단위구조층(73)이 만들어져서 피니쉬롤(102)에 감겨진다.Subsequently, when the base layer of the first refractive body is combined with the forming roll, the
이때 상기 과정의 중간에 경화장치(103)들이 적절히 배치되어 상기 제1굴절체와 제2굴절유동체가 원활히 합쳐질 수 있도록 도와준다.At this time, the
도 11에서는 상기 도10의 과정을 거친 단위구조층(73)이 감겨있는 스타트롤(101)에서 성형롤(100)쪽으로 인입되면 상기 성형롤 상부에 배치된 주입장치(106)에서 제1굴절유동체(107 = 제1굴절체가 유동화된 상태의 원료를 말한다)가 미소 분사되어 성형롤(100)의 프리즘 면 전체에 코팅된다.In FIG. 11, when the
이후 상기 단위구조층이 성형롤과 합쳐지면 도 8과 같이 단위구조층위에 제1굴절체(71)가 프리즘형 구조면으로 적층 형성된 구조층이 만들어져서 피니쉬롤(102)에 감겨진다.Then, when the unit structure layer is combined with the forming roll, as shown in FIG. 8, a structure layer in which the first
이때에도 도 10과 마찬가지로 상기 과정의 중간에 경화장치(103)들이 적절히 배치되어 상기 단위구조층과 제1굴절유동체가 원활히 합쳐질 수 있도록 도와줄 수 있다.In this case, as in FIG. 10, the curing
이후 상기 도 9의 과정을 다시 거치면 이제는 2개의 단위구조층이 적층될 수 있고, 마찬가지로 상기 도9 - 도10 과정을 반복하면 여러개의 단위구조층이 적층된 반사편광소자(70)을 얻을 수 있다.After the process of FIG. 9 is again performed, two unit structure layers may now be stacked. Similarly, repeating the process of FIGS. 9 to 10 may provide a
이상 본 발명이 구체화된 실시예를 도면과 함께 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시예에만 국한되는 것은 아니다.While the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the technical spirit of the present invention is not limited to the above embodiments.
다시 말해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 명세서 및 도면이 내포하고 있는 기술적 사상을 활용하여 필요에 따라 본 발명의 명세서 및 도면에 포함되지 않은 변경 및 확장 실시예를 추가로 구현할 수 있을 것이나 이 또한 본 발명이 고유하게 보유하는 기술적 사상의 범위에 자명하게 포함된다.In other words, those skilled in the art to which the present invention pertains, modifications and extended embodiments that are not included in the specification and drawings of the present invention as needed by utilizing the technical spirit contained in the specification and drawings of the present invention. It will be possible to further implement but this is also obviously included in the scope of the technical idea uniquely possessed by the present invention.
상술한 바와 같은 본 발명의 반사편광소자는 프리즘 면 특유의 기하학적 반사면으로 인해 편광효과와 집광효과를 동시에 발휘할 뿐 아니라, 내부 프리즘면의 전반사 효과와 층간 굴절률의 차이에 따른 반사율 증가가 적절히 결합되어 통상의 편광필름과 달리 단위굴절층을 많이 적층하지 않고도 편광효과를 달성할 수 있다.As described above, the reflective polarizer of the present invention exhibits a polarization effect and a light condensing effect simultaneously due to the geometric reflective surface peculiar to the prism plane, and is appropriately combined with the total reflectance effect of the inner prism plane and an increase in reflectance due to the difference in interlayer refractive index. Unlike conventional polarizing films, polarizing effects can be achieved without stacking a large number of unit refractive layers.
또한 일반 편광적층필름과 달리 연신공정이 없고, 롤에 의한 연속생산이 가능하므로 생산효율이 크게 향상되는 장점이 있다.In addition, unlike the general polarizing laminated film, there is no stretching process, it is possible to continuously produce by the roll has the advantage that the production efficiency is greatly improved.
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