KR101137658B1 - 편광 섬유, 편광자, 편광판, 적층 광학 필름 및 화상 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 편광 섬유는, 길이 방향에 수직인 단면이 해도 구조를 이루는 동시에, 상기 단면 형상이 길이 방향으로 연속적으로 형성되어 있다. 해도 구조의 바다 부분을 형성하는 수지(바다 성분)는 이색성 색소를 함유하고, 해도 구조의 섬 부분을 형성하는 수지(섬 성분)는 투명 수지이다. 본 발명의 편광 섬유는, 예를 들어 편광자의 형성 재료로서 사용된다. 상기 편광 섬유를 사용하면, 투과율의 편차나 크랙이 적은 편광자를 형성할 수 있다.

편광 섬유, 바다 부분, 섬 부분, 직선 편광, 편광자

Description

편광 섬유, 편광자, 편광판, 적층 광학 필름 및 화상 표시 장치{POLARIZING FIBER, POLARIZING ELEMENT, POLARIZING PLATE, LAYERED OPTICAL FILM, AND IMAGE DISPLAY}

본 발명은, 편광 섬유, 편광자, 편광판, 적층 광학 필름 및 화상 표시 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은, 투과율의 편차나 크랙이 적은 편광자를 제작하기 위하여 적절하게 사용되는 편광 섬유에 관한 것이다.

일반적으로, 액정 디스플레이는, 액정 재료를 2장의 글래스판 사이에 끼워 넣은 액정 셀의 양면에 편광자를 포함하는 적층 광학 필름을 부착시킨, 액정 패널을 구비한다. 이러한 편광자로는, 폴리비닐알코올(PVA)계 필름을 옥소 등으로 염색한 후, 일축 연신된 연신 필름이 일반적으로 사용되고 있다. 이 편광자는, 흡수 이색성을 나타내는 편광자이다.

최근, 액정 디스플레이의 표시 성능의 향상에 수반하여, 보다 높은 투과율을 갖고, 또한 보다 높은 편광도를 갖는 편광자가 요구되고 있다. 높은 투과율의 편광자를 얻기 위해서는, 고중합도의 폴리비닐알코올계 원료로부터 형성된 필름이 사용된다. 또한, 높은 편광도의 편광자를 얻기 위해서는, 보다 높은 연신 배율로 연신된 필름이 사용된다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).

그러나 높은 연신 배율로 연신된 필름은, 크랙이라고 불리는 균열이 발생하기 쉽다고 알려져 있다. 이 크랙은 필름의 연신 방향과 평행하게 발생한다. 이 크랙은 필름의 연신 방향과 그 수직 방향의 사이에서 열 수축 거동이나 선 팽창률이 다르기 때문에 발생한다고 추찰되고 있다. 크랙은 높은 연신 배율로 연신된 필름일수록 발생하기 쉽다. 크랙이 발생한 편광자를 사용하면, 액정 디스플레이의 표시 성능이 손상된다.

한편, 액정 텔레비전 수상기의 대형화에 수반하여, 대형 액정 텔레비전 수상기에 사용될 수 있는 대면적의 편광자가 요구되고 있다. 액정 디스플레이 등에 사용되는 편광자는, 이음매가 없는 것이 바람직하기 때문이다. 그러나 대면적의 연신 필름은, 제조시에 상기 크랙의 발생 확률이 높아진다. 또한, 대면적의 연신 필름을 제조하기 위해서는, 대형 연신 설비가 필요하다. 이러한 연신 설비를 준비하기 위해서는, 큰 설비 투자가 필요해진다.

그래서, 크랙을 발생시키지 않고, 대형의 연신 설비를 필요로 하지 않는 방법으로, 예를 들어 특허 문헌 2에 개시된 기술이 알려져 있다. 구체적으로 특허 문헌 2에는, 편광 섬유를 사용하여 편광 직포를 형성하고, 이러한 편광 직포를 투명 수지로 피복하여 편광 필터를 형성하는 기술이 제안되어 있다. 이 기술에 따르면, 연신 필름을 사용하지 않으므로, 구조상 크랙을 발생하지 않고, 또한 대형 연신 설비가 불필요하다.

그러나 특허 문헌 2의 편광 필터는, 액정 디스플레이에 사용하기 위하여 개발된 것이 아니다. 이로 인해, 상기 편광 필터는 편광 섬유의 존재 분포에 편차가 있어, 투과광의 편차가 현저하게 나타난다. 또한, 상기 편광 필터는, 편광 섬유의 굴절률과 피복된 투명 수지의 굴절률의 차이에 의해, 편광 섬유와 투명 수지의 계면에서 광이 굴절 혹은 반사된다. 이러한 편광 필터는, 그 투과율 및 편광도가 액정 디스플레이용으로서 충분하지 않다. 따라서, 특허 문헌 2의 편광 필터는, 그대로는 액정 디스플레이에 사용될 수 없다.

또한, 편광 섬유의 염색 방법으로는, 수지와 색소를 혼련한 후에 방사하는 방법, 혹은 색소로 염색한 펠릿(칩)을 미리 제작해 두고, 방사시에 이 펠릿을 혼입하는 방법이 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 3, 4 참조). 그러나 상기 모든 방법에 있어서도, 편광자의 색조를 조정하기 위해서는, 복수의 색소를 편광 섬유의 제작시에 혼합하여 둘 필요가 있다. 이로 인해, 상기 방법에서는 편광 섬유 제조 후, 그 색조를 조정할 수 없다.

그래서, 편광 섬유와 복굴절 섬유를 병용함으로써, 투과율의 편차를 개선하고, 편광 섬유와 투명 수지의 계면에 의한 광의 굴절 혹은 반사를 방지하는 동시에, 편광 섬유의 방사 후의 색조 조정을 가능하게 하는 기술이 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 5 참조).

특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 평8-190015호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특허 출원 공개 평6-130223호 공보

특허 문헌 3 : 일본 특허 출원 공개 평10-130946호 공보

특허 문헌 4 : 일본 특허 출원 공개 평10-170720호 공보

특허 문헌 5 : 일본 특허 출원 공개 제2006-126313호 공보

그러나 상기 특허 문헌 5의 기술에 있어서, 복굴절 섬유를 산란 효율이 좋은 굵기(직경)로 형성하면, 복굴절 섬유의 강도가 부족하다. 이로 인해, 산란 효율이 좋은 굵기의 복굴절 섬유를 현실적으로 제조하는 것이 곤란하다. 또한, 특허 문헌 5의 기술에서는, 편광 섬유와 복굴절 섬유를 길이 방향에 평행하게 또한 균일하게 배치하는 것도 곤란하다.

본 발명은, 산란 효율이 좋은 굵기(직경)의 복굴절 섬유를 용이하게 형성할 수 있고, 또한 편광 섬유와 복굴절 섬유를 길이 방향에 평행하게 또한 균일하게 배치하는 것과 동일한 효과를 갖는 편광 섬유를 제공하는 것을 제1의 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 상기 편광 섬유를 사용한 편광자, 편광판, 적층 광학 필름 및 화상 표시 장치를 제공하는 것을 제2의 목적으로 한다.

본 발명에 관한 편광 섬유는, 길이 방향에 수직인 단면의 형상이 해도 구조를 이루는 동시에, 상기 단면의 형상이 길이 방향으로 연속적으로 형성된 길이 방향에 흡수축을 갖고, 상기 해도 구조의 바다 부분을 형성하는 수지(바다 성분)가 이색성 색소를 함유하고, 상기 해도 구조의 섬 부분을 형성하는 수지(섬 성분)가 투명 수지이다.

상기 편광 섬유는, 길이 방향에 수직인 단면이 해도 구조를 이루는 동시에, 상기 단면 형상이 연속적으로 형성된 길이 방향에 흡수축을 갖는다. 이러한 구조의 편광 섬유는, 복합 방사용 노즐을 사용한 압출 성형법에 의해 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 섬 부분을 형성하는 수지(섬 성분)가 투명 수지이므로, 이것은 종래의 복굴절 섬유와 동일한 기능을 한다. 이러한 섬 부분은 바다 부분(편광 수지) 안에 형성된다. 이로 인해, 종래와 같이 복굴절 섬유를 단독으로 형성하는 경우에 비해, 편광 섬유를 가늘게 하는 것도 가능하다. 따라서, 산란 효율이 좋은 단면 직경을 갖는 편광 섬유를 얻기 쉽다.

또한, 「단면이 해도 구조를 이룬다」란, 단면의 평면 형상이 바다에 비유되는 동일한 성분에 의한 부분과, 섬에 비유되는 바다와는 다른 성분을 갖는 부분으로 이루어지고, 섬 부분이 바다 부분에 둘러싸여 있는 동시에, 섬 부분끼리가 서로 접촉하지 않는 구조를 말한다.

또한, 본 발명의 편광 섬유는, 길이 방향에 흡수축을 갖는다. 상기 편광 섬유를 길이 방향에 평행하게 배치 또는 적층시킴으로써, 편광자를 용이하게 제작할 수 있다. 또한, 본 발명의 편광 섬유는, 복굴절 섬유로서의 기능을 하는 투명 수지(섬 성분)를 내포하고 있다. 이로 인해, 종래의 편광 섬유에 상당하는 부분(바다 성분)과 종래의 복굴절 섬유에 상당하는 부분(섬 성분)의 비율이 항상 일정하다. 따라서, 본 발명의 편광 섬유는, 편광 섬유에 상당하는 부분과 복굴절 섬유에 상당하는 부분을 길이 방향에 평행하게 또한 균일하게 배치할 수 있다.

또한, 본 발명의 편광 섬유는, 해도 구조의 바다 부분을 형성하는 수지(바다 성분)가 이색성 색소를 함유하고, 해도 구조의 섬 부분을 형성하는 수지(섬 성분)가 투명 수지이다. 따라서, 길이 방향에 평행한 편광은, 바다 부분에 있어서 흡수된다. 한편, 섬 부분에 도달한 상기 편광은, 섬 부분에서 반사, 확산 혹은 산란된다. 상기 반사, 확산 혹은 산란에 의해 광로가 변경된 상기 편광은, 다시 바다 부분으로 돌아간다. 그 결과, 상기 길이 방향에 평행한 편광은, 편광 섬유 내에 오래 머무른다. 따라서, 섬 부분을 갖지 않는 경우에 비해, 길이 방향에 평행한 편광은, 편광 섬유에 흡수되는 가능성이 보다 높아진다. 한편, 길이 방향에 수직 방향의 편광은, 바다 부분 및 섬 부분 어느 곳에도 흡수되는 일 없이, 직진하여 투과한다. 따라서, 본 발명의 편광 섬유는, 종래의 섬 부분을 갖지 않는 편광 섬유에 비해, 편광 성능이 커진다.

또한, 본 발명의 편광 섬유는, 단면 형상이 길이 방향에 연속적으로 형성되어 있다. 이로 인해, 상기 편광 섬유는, 동일 섬유 내의 길이 방향의 어느 위치에 있어서도 광학 특성에 차가 없다(균일한 광학 특성을 가짐). 따라서, 상기 편광 섬유를 길이 방향에 평행하게 배치 또는 적층함으로써, 광학 특성이 균일한 편광자를 제작할 수 있다.

본 발명의 편광 섬유는, 산란 효율이 좋은 굵기(직경)의 복굴절 섬유를 용이하게 형성할 수 있고, 또한, 편광 섬유와 복굴절 섬유를 길이 방향에 평행하게 또한 균일하게 배치하는 것과 동일한 효과를 갖는다. 본 발명의 편광 섬유를 사용하면, 편광도가 우수하고, 투과율이 불균일하거나 크랙이 적은 편광자를 제작할 수 있다.

본 발명의 바람직한 편광 섬유는, 길이 방향에 수직 방향의 상기 섬 성분의 굴절률을 n_i1, 길이 방향에 수직 방향의 상기 바다 성분의 굴절률을 n_s1이라고 하였을 때의 굴절률의 차 Δn₁=│n_s1-n_i1│이 0.02 이하이며, 길이 방향의 상기 섬 성분의 굴절률을 n_i2, 길이 방향의 상기 바다 성분의 굴절률을 n_s2라고 하였을 때의 굴절률의 차 Δn₂=│n_s2-n_i2│이 0.03 이상 0.05 이하이다.

상기 바람직한 편광 섬유는, 길이 방향에 수직 방향의 굴절률의 차 Δn₁이 0.02 이하이다. 이로 인해, 상기 편광 섬유는, 편광 섬유 중의 바다 성분과 섬 성분의 계면에 있어서, 길이 방향에 수직 방향의 편광이, 반사, 확산 혹은 산란하는 것을 한층 억제할 수 있다. 그로 인해, 길이 방향에 수직 방향의 편광은, 바다 성분으로 흡수되는 일 없이, 직진하여 투과한다.

한편, 상기 바람직한 편광 섬유는, 길이 방향의 굴절률의 차 Δn₂가 0.03 이상이다. 이로 인해, 상기 편광 섬유는, 편광 섬유 중의 바다 성분과 섬 성분의 계면에 있어서, 길이 방향에 평행한 편광이, 반사, 확산 혹은 산란하기 쉬워진다. 그로 인해, 본 발명의 편광 섬유는, 종래의 섬 부분을 갖지 않는 편광 섬유에 비하여 편광 성능이 한층 커진다.

본 발명의 다른 바람직한 편광 섬유는, 섬 부분의 수가 2개 이상인 동시에, 각 섬 부분의 장경(長徑)이 0.1 내지 8.0㎛이다.

상기 다른 바람직한 편광 섬유는, 섬 부분의 수(이하, 섬의 수라고 한다)가 2개 이상이므로, 편광 섬유 중을 투과하는 길이 방향에 평행한 편광이, 다중 반사, 다중 확산 혹은 다중 산란을 일으키기 쉽다. 이로 인해, 길이 방향에 평행한 편광이, 바다 성분 중에 있어서 흡수되는 가능성이 한층 높아진다.

또한, 섬의 장경이 광의 파장의 대략 10분의 1보다 짧은 경우에는, 편광의 산란이 발생하기 어렵다. 상기 다른 바람직한 편광 섬유는, 섬 부분의 장경이 0.1㎛ 이상이기 때문에(이것은 가시광의 파장의 10분의 1보다도 김), 편광의 산란이 발생한다.

한편, 섬의 장경이 지나치게 긴 경우에는, 편광 섬유 1개당의 섬의 수가 상대적으로 적어져, 편광이 다중 반사, 다중 확산 혹은 다중 산란을 일으키기 어려워진다. 또한, 이 경우에는 섬의 존재 분포가 희박해져서, 투과율의 편차가 발생하기 쉽다. 상기 다른 바람직한 편광 섬유는, 각 섬의 장경이 8.0㎛ 이하이므로, 섬의 장경이 지나치게 긴 경우가 없어, 전술한 폐해를 억제할 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 편광 섬유는, 상기 바다 부분을 형성하는 수지가 폴리비닐알코올 또는 에틸렌비닐알코올의 공중합체이다.

폴리비닐알코올 또는 에틸렌비닐알코올의 공중합체는, 편광자의 원료로서 실적이 있으며, 범용이고 저렴하다.

본 발명의 다른 국면에 의하면, 편광자가 제공된다.

본 발명의 편광자는, 상기 편광 섬유가 길이 방향에 평행하게 배치 또는 적층되는 동시에, 투명한 등방성 재료에 의해 포매(embedded)된 시트 형상이다.

본 발명의 바람직한 편광자는, 상기 등방성 재료의 굴절률을 n_m, 길이 방향에 수직 방향의 상기 바다 성분의 굴절률을 n_s1이라고 하였을 때의 굴절률의 차 Δn₃=│n_s1-n_m│이 0.02 이하이다.

상기 바람직한 편광자는, 길이 방향에 수직 방향의 바다 성분의 굴절률과 등방성 재료의 굴절률의 차 Δn₃이 0.02 이하이기 때문에, 길이 방향에 수직 방향의 편광이 바다 성분과 등방성 재료의 계면에 있어서, 반사, 확산 혹은 산란하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 상기 편광자는 길이 방향에 수직 방향의 편광을 용이하게 투과시키는, 투과율이 높은 편광자가 된다.

본 발명의 다른 국면에 의하면, 편광판이 제공된다.

본 발명의 편광판은, 상기 편광자의 적어도 편면에 투명한 보호막을 구비한다.

본 발명의 다른 국면에 따르면, 적층 광학 필름이 제공된다.

본 발명의 적층 광학 필름은, 상기 편광자 또는 상기 편광판을 구비한다.

본 발명의 다른 국면에 따르면, 화상 표시 장치가 제공된다.

본 발명의 화상 표시 장치는, 상기 편광자, 상기 편광판 및 상기 적층 광학 필름으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 어느 1개를 구비한다.

도 1은 1개의 실시 형태에 관한 편광 섬유를 도시하는 사시도.

도 2의 (a)는 동일한 편광 섬유의 길이 방향과 수직인 면에 의한 부분 단면도, 도 2의 (b)는 동일한 편광 섬유의 부분 측면도.

도 3은 1개의 실시 형태에 관한 편광자를 도시하는 사시도.

도 4는 1개의 실시 형태에 관한 편광판을 도시하는 부분 단면도.

도 5는 1개의 실시 형태에 관한 적층 광학 필름을 도시하는 부분 단면도.

도 6은 1개의 실시 형태에 따른 화면 표시 장치를 도시하는 부분 단면도.

이하, 본 발명을 구체화한 편광 섬유, 편광자, 편광판, 적층 광학 필름, 및 화상 표시 장치의 하나의 실시 형태를, 도 1 내지 도 6에 따라 설명한다.

[편광 섬유]

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 편광 섬유(1)는 길이 방향에 수직인 단면이 해도 구조를 이루는 동시에, 상기 단면 형상이 길이 방향으로 연속적으로 형성되어 있다. 해도 구조의 바다 부분(11)을 형성하는 수지(바다 성분)는, 이색성 색소를 함유하고 있다. 이색성 색소가 함유된 바다 부분(11)은, 길이 방향에 흡수축을 갖는다.

해도 구조의 섬 부분(12)을 형성하는 수지(섬 성분)는, 투명 수지이다. 바다 성분의 길이 방향의 굴절률과 섬 성분의 길이 방향의 굴절률은, 크게 상이하다. 한편, 바다 성분의 길이 방향에 수직 방향의 굴절률과 섬 성분의 길이 방향에 수직 방향의 굴절률은[편광 섬유(1)의 단면적 방향의 굴절률], 동일 또는 유사하다.

바다 성분의 길이 방향의 굴절률과 섬 성분의 길이 방향의 굴절률의 차 Δn₂(Δn₂=│n_s2-n_i2│)는, 바람직하게는 0.03 이상 0.05 이하이며, 보다 바람직하게는 0.035 이상 0.045 이하이다.

단, 「n_s2」은 바다 성분의 길이 방향의 굴절률을 나타내고, 「n_i2」는 섬 성분의 길이 방향의 굴절률을 나타낸다.

또한, 바다 성분의 길이 방향에 수직 방향의 굴절률과 섬 성분의 길이 방향에 수직 방향의 굴절률의 차 Δn₁(Δn₁=│n_s1-n_i1│)은, 바람직하게는 0.02 이하이며, 보다 바람직하게는 0.01 이하이다.

단, 「n_s1」은 바다 성분의 길이 방향에 수직 방향의 굴절률을 나타내고, 「n_i1」은 섬 성분의 길이 방향에 수직 방향의 굴절률을 나타낸다.

바다 성분을 형성하는 수지로서는, 가시광 영역에 있어서 광투과성을 가지므로 섬유화가 가능하고, 이색성 색소를 분산할 수 있는 성질을 갖고 있으면, 그 종류는 특별히 한정되지 않는다. 이러한 수지로서는, 종래부터 편광자에 사용되는 폴리비닐알코올 및 그 유도체를 들 수 있다. 폴리비닐알코올의 유도체로서는, 폴리비닐포말, 폴리비닐아세탈 등을 들 수 있다. 또한, 폴리비닐알코올의 유도체로서는, 에틸렌, 프로필렌 등의 올레핀;아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산 등의 불포화 카르본산 및 불포화 카르본산의 알킬에스테르;아크릴아미드 등에서 변성한 폴리비닐알코올을 들 수 있다. 또한, 폴리비닐알코올의 유도체로서는, 폴리비닐피롤리돈계 수지, 아밀로오스계 수지 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 바다 성분을 형성하는 수지는, 폴리비닐알코올이 적합하고, 용융 방사의 관점에서는 에틸렌과 비닐알코올의 공중합체가 적합하다.

또한, 압출 성형에 의해 해도 구조가 형성되는 경우, 바다 성분을 형성하는 수지와 섬 성분을 형성하는 수지는, 용융 점도나 용융 흐름 지수(melt flow index)가 가까운 수지가 바람직하다.

상기 이색성 색소로서는, 특별히 한정되지 않지만 가시광 영역의 모든 파장의 광을 흡수할 수 있는 화합물이 바람직하다.

이색성 색소로서는, 화학 구조에 의한 분류에 따르면, 아조계 색소, 안트라퀴논계 색소, 페릴렌계 색소, 인단트론계 색소, 이미다졸계 색소, 인디고이드계 색소, 옥사딘계 색소, 프탈로시아닌계 색소, 트리페닐메탄계 색소, 피라졸론계 색소, 스틸벤계 색소, 디페닐메탄계 색소, 나프토퀴논계 색소, 메토시아닌계 색소, 키노프탈론계 색소, 크산텐계 색소, 알리자린계 색소, 아크리딘계 색소, 퀴논이민계 색소, 티아졸계 색소, 메틴계 색소, 니트로계 색소, 니트로소계 색소 등을 들 수 있다.

또한, 이색성 색소는 1종만 사용하여도 좋지만, 2종 이상 조합하여 사용하여도 좋다.

다음에, 도 2를 참조하여, 상기 편광 섬유로 입사한 광의 거동을 설명한다.

편광 섬유(1)에 입사한 광은, 편광 섬유(1)의 단면 방향에 평행한 직선 편광(21)과 편광 섬유(1)의 길이 방향에 평행한 직선 편광(22)으로 벡터적으로 분리하여 생각할 수 있다.

또한, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)에 있어서, 입사광의 진행 방향을 Z 방향, 편광 섬유(1)의 단면 방향에 평행한 방향을 X 방향, 편광 섬유(1)의 길이 방향에 평행한 방향을 Y 방향으로 하여 기재하고 있다. 또한, 직선 편광(21) 및 직선 편광(22)을 나타내는 화살표의 근원 부근에, 편광 방향을 나타내는 작은 화살표를 기재하고 있다.

편광 섬유(1)의 단면 방향에 평행한 직선 편광(21)(X 편광이라고 함)은, 바다 부분(11)의 흡수축 방향과 수직 방향의 편광이다. 따라서, 상기 X 편광은, 바다 부분(11)에 흡수되는 일 없이 편광 섬유(1)를 투과한다. 또한, 상술한 바와 같이, 바다 성분을 형성하는 수지의 단면적 방향(X 방향)의 굴절률과, 상기 섬 성분을 형성하는 수지의 단면적 방향(X 방향)의 굴절률은 거의 동등하다. 이로 인해, X 편광은 바다 부분(11)과 섬 부분(12)의 계면에 있어서도, 반사, 확산 혹은 산란하지 않고 편광 섬유(1)를 투과한다. 게다가, 섬 부분(12)은 투명 수지이기 때문에, X 편광은 특별한 문제없이 편광 섬유(1)를 투과한다. 따라서, X 편광은 거의 영향을 받지 않고 편광 섬유(1) 중을 투과한다.

한편, 편광 섬유(1)의 길이 방향에 평행한 직선 편광(22)(Y 편광이라고 함)은, 바다 부분(11)의 흡수축 방향과 평행한 편광이다. 따라서, 상기 Y 편광은, 그 대부분이 바다 부분(11)에 흡수된다. 또한, 상술한 바와 같이, 바다 성분을 형성하는 수지의 길이 방향(Y 방향)의 굴절률과, 섬 성분을 형성하는 수지의 길이 방향(Y 방향)의 굴절률은, 크게 상이하다. 이로 인해, Y 편광은 바다 부분(11)과 섬 부분(12)의 계면에 있어서, 반사, 확산 혹은 산란된다. 따라서, Y 편광은 바다 부분(11)과 섬 부분(12)의 계면을 통과할 때마다 광로가 변화된다. 따라서, Y 편광은 편광 섬유(1) 내에 있어서 긴 광로를 진행하고, 그 대부분이 바다 부분(11)에 흡수된다.

본 발명의 섬 성분에 상당하는 섬유로서, 종래에 복굴절 섬유가 사용되어 왔지만, 본 발명에서는 복굴절성은 반드시 필수적인 것은 아니다. 본 발명의 편광 섬유는, 상술한 바와 같이, 바다 성분과 섬 성분의 길이 방향의 굴절률이 크게 상이하고, 또한 바다 성분과 섬 성분의 길이 방향에 수직 방향의 굴절률이 동일 또는 유사하므로, 특정한 직선 편광을 선택적으로 투과할 수 있다.

따라서, 본 명세서에 있어서, 섬 성분을 구성하는 투명 수지를 「굴절률 상이 성분」으로 기재한다. 또한, 굴절률 상이 성분이 섬유화된 경우에는 「굴절률 상이 섬유」로 기재한다. 단 혼란을 방지하기 위해서, 종래와 마찬가지로 다른 섬유로 형성된 경우에는, 종래대로 복굴절 섬유라고 한다.

상기 편광 섬유(1) 1개당에 포함되는 섬의 수(섬 부분의 수)는, 바람직하게는 2개 이상이며, 보다 바람직하게는 4개 이상이며, 특히 바람직하게는 6개 이상이다. 또한, 동일한 섬의 수의 상한은, 특별히 제한은 없고, 편광 섬유나 섬 부분의 굵기에 따라 적절하게 설정된다. 동일한 섬의 수는, 예를 들어 100 이하이다.

또한, 섬 부분의 장경은, 바람직하게는 0.1 내지 8.0㎛이며, 보다 바람직하게는 0.5 내지 7.5㎛이다.

단, 섬 부분의 장경이란, 섬 부분의 단면 형상이 원형의 경우에는 그 직경을 의미하고, 섬 부분의 단면 형상이 비원형(예를 들어 타원형 등)의 경우에는 그 가장 긴 직경을 의미한다.

또한, 본 명세서에 있어서, 「A 내지 B」라는 기재는, 「A 이상 B 이하」를 의미한다.

또한, 상기 실시 형태에 관한 편광 섬유(1)는, 이하와 같이 변경하여도 좋다.

도 1에 있어서, 편광 섬유(1)의 길이 방향에 수직인 면에 의한 단면 형상은 원형이지만, 이 형상에 한정되지 않고, 예를 들어 타원형 등이라도 좋다.

또한, 도 1에 있어서, 섬 부분(12)의 길이 방향에 수직인 면에 의한 단면 형상은 원형이지만, 이 형상에 한정되지 않고, 예를 들어 타원형 등이라도 좋다.

도 1에 있어서, 편광 섬유(1)의 단면에 있어서의 복수의 섬 부분(12)은, 거의 동심원 형상으로 배치되어 있지만, 다른 배치라도 좋다. 예를 들어, 복수의 섬 부분(12)은, 대략 균등하게 분산 배치되어 있어도 좋고, 랜덤으로 분산 배치되어 있어도 좋다. 단, 다중 반사, 다중 확산 혹은 다중 산란을 발생하기 쉽게 하기 위하여, 복수의 섬 부분(12)은, 거의 동심원 형상 등의 대략 균등하게 분산 배치되어 있는 것이 바람직하다.

[편광자]

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 편광자(3)는, 편광 섬유(1)를 구비한 시트이다. 상기 편광자(3)는, 도 1에 도시한 편광 섬유(1)를 사용하여 제작할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서, 편광자(3)는 편광 섬유(1)가 길이 방향으로 평행하게 배치 또는 적층되고, 투명한 등방성 재료(2)에 의해 포매된다. 또한, 편광자는 자연광 또는 편광으로부터 특정한 직선 편광을 투과하는 광학 특성을 갖는 시트를 말한다.

본 실시 형태의 편광자(3)는, 복수의 편광 섬유(1)가 길이 방향으로 평행하게 간극 없이 배치 또는 적층되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 편광자(3)의 두께 방향으로 편광 섬유(1)가 2개 이상 적층되는 경우, 인접하는 편광 섬유(1)는 접촉하고 있는 것이 바람직하다. 이렇게 편광 섬유(1)를 간극 없게 배치함으로써, 편광 특성이 우수한 편광자(3)를 얻을 수 있다.

본 실시 형태에 있어서, 굴절률의 차 Δn₃=│n_s1-n_m|이 0.02 이하가 되도록 등방성 재료(2)와 바다 부분(11)의 소재가 선택된다. 단, 「n_m」은 상기 등방성 재료(2)의 굴절률을 나타내고, 「n_s1」은 편광 섬유(1) 중의 바다 성분의 길이 방향에 수직 방향의 굴절률을 나타낸다.

상기 Δn₃이 0.02 이하가 되는 소재를 선택함으로써, 길이 방향에 수직 방향의 편광이 바다 부분(11)과 등방성 재료(2)의 계면에 있어서, 반사, 확산 혹은 산란하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 길이 방향에 수직 방향의 편광을 용이하게 투과시키는, 투과율이 높은 편광자(3)를 제공할 수 있다. 원리적으로는, Δn₃=0이 바람직하다. 물론, 실시하는데 있어서, Δn₃=0이 곤란한 경우도 있으므로, 다른 요건을 고려하면서, Δn₃이 될 수 있는 한 0에 근접하는 조합이 검토된다.

상기 편광자(3) 중의 편광 섬유(1)의 수를 늘리면, 편광자(3)의 투과율이 저하된다. 한편, 편광자(3) 중의 편광 섬유(1)의 수를 감소시키면, 길이 방향에 평행한 편광의 흡수율이 저하되고, 편광자(3)의 편광 성능이 저하된다. 따라서, 편광자(3) 중의 편광 섬유(1)의 수에 대해서는, 필요로 하는 투과율과 편광 성능의 밸런스에 의해 결정된다. 또한, 상기 밸런스는 바다 부분 중의 이색성 색소의 농도, 편광 섬유(1) 1개당의 섬의 수, 섬의 장경, 섬의 형상 등에 의하여도 변화된 다.

편광자(3)는 복수의 편광 섬유(1)를 등방성 재료(2)로 공극없이 포매함으로써 제작된다. 여기서, 편광자(3)의 제작시, 편광 섬유(1)와 등방성 재료(2)의 사이에 기포가 들어가면, 상기 공극이 발생하기 때문에 바람직하지 못하다. 기포가 들어가면, 그것이 편광에 의존하지 않는 등방적인 산란점이 되기 때문에, 편광자(3)의 편광 성능이 저하된다. 이러한 기포의 인입을 방지하기 위해서, 점도가 낮은 등방성 재료(2)를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 편광자(3)의 전체 두께는, 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 20 내지 500㎛ 정도이다. 편광자(3)의 두께가 지나치게 얇을 경우에는, 포매 가능한 편광 섬유(1)의 개수가 상대적으로 적어지기 때문에, 편광자(3)의 편광 성능이 불충분해진다. 편광자(3)의 두께가 지나치게 두꺼우면, 취급성이 나쁘고, 또한, 제작시에 기포가 들어가기 쉬워지는 등의 문제가 발생할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에 따른 편광자(3)는 이하와 같이 변경하여도 좋다.

편광 섬유(1)와 위사를 사용하여 직포를 형성하고, 이러한 직포를 등방성 재료(2)에 의해 포매함으로써, 편광자(3)를 제작하여도 좋다. 이 경우에도, 상기와 마찬가지로, 상기 직포를 등방성 재료(2)로 간극 없이 포매하는 것이 바람직하다. 상기 편광자(3)는 통상적으로 먼저 직포를 형성하는 공정, 이 직포를 등방성 재료(2)에 의해 포매하는 공정의 순서로 제작된다. 이 공정 순서에 따르면, 편광자(3)를 효율적으로 제작할 수 있다. 단, 직포는 짜는 것에 의해 형성되기 때문에, 편광 섬유(1)의 평행성이 약간 저하되는 경우가 있다.

상기 위사의 재료로서는, 임의의 투명 수지를 사용할 수 있다. 상기 위사는 그 굴절률이 등방성 재료(2)의 굴절률과 거의 동등한 투명 수지제의 실을 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 위사의 굴절률과 등방성 재료(2)의 굴절률의 차이는, 바람직하게는 0.02 이하이며, 보다 바람직하게는 0.01 이하이며, 특히 바람직하게는 0이다. 또한, 편광 특성의 저하를 억제하기 위해서는, 위사는 가능한 한 가는 것이 바람직하다. 당연히, 편광 섬유(1)의 강도와 위사의 강도가 지나치게 상이하면 직포의 형성이 곤란해진다. 이로 인해, 씨실의 직경은 1 내지 30㎛ 정도가 바람직하다. 씨실의 단면 형상은, 특별히 제한은 없지만, 제작의 용이성의 관점에서 타원형이 바람직하다. 직포를 짜는 방법으로서는, 평직물, 주자 방직 등 외에, 편광 섬유(1)를 몇 개 정도 묶어서 짜는 방법이라도 좋다. 이들의 방직 방법으로 형성된 직포를 사용하면, 편광자(3)의 편광 특성의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 바다 부분(11) 중에 포함되는 이색성 색소가 다른 편광 섬유(1)를 몇 종류 제작하고, 이들 편광 섬유(1)를 조합하여 편광자(3)를 제작하여도 좋다. 이렇게 제작함으로써, 편광의 흡수 파장을 용이하게 조정할 수 있고, 편광자(3)를 투과하는 편광의 색조를 용이하게 조정할 수 있다. 예를 들어, 다음에 도시하는 이색성 색소를 바다 부분(11)에 함유하는 편광 섬유(1)를 사용함으로써, 편광의 흡수율이 가시광 영역 전역에서 대략 일정한 편광자(3)를 제작할 수 있다. 우선, 이색성 색소로서, 적색계(R), 녹색계(G), 청색계(B)의 색소를 바다 성분에 함유하는 편광 섬유(1)를 제작한다. 다음에, 편광의 흡수율이 가시광 영역 전역에서 일정해 지도록 각 편광 섬유(1)를 조합하여 편광자(3)를 제작한다. 예를 들어, 적색계(R) 의 색소로서 콩고레드(기시다가가꾸가부시끼가이샤 제조), 녹색계(G)의 색소로서 다이렉트 그린(85)(미쯔비시가가꾸가부시끼가이샤 제조), 청색계(B)의 색소로서 GREY-B(클라리언트?제펜가부시끼가이샤 제조)를 사용하였을 경우에는, 각 색소의 비율을 중량비로 R:G:B=30 내지 50:40 내지 60:10 내지 30이 되도록 각 편광 섬유(1)를 조합하는 것이 바람직하다.

[편광판]

도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 편광판(5)은, 편광자(3)의 양면에 보호 필름(4)(보호막)을 적층한 구조를 갖는다.

편광자(3)는 편광 섬유(1)가 등방성 재료(2)에 의해 포매되어 있다.

상기 편광판(5)에 사용되는 보호 필름(4)은, 투명한 필름이 바람직하다. 또한, 보호 필름(4)은 기계적 강도, 열 안정성, 수분 차단성, 등방성 등이 우수한 필름이 바람직하다. 보호 필름(4)으로서는, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 폴리에틸렌계 폴리머;디아세틸셀룰로오스, 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 폴리머;폴리메틸메타크릴레이트 등의 아크릴계 폴리머;폴리스티렌, 아크릴로니트릴?스티렌 중합체(AS) 등의 스티렌계 폴리머;폴리카보네이트계 폴리머 등의 필름을 들 수 있다. 또한, 보호 필름(4)으로는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 시클로계 또는 노보넨 구조를 갖는 에틸렌?프로필렌 중합체 등의 폴리올레핀계의 폴리머;염화비닐계 폴리머;나이론、방향족 폴리아미드 등의 아미드계 폴리머;이미드계 폴리머;설폰계 폴리머;폴리에테르설폰계 폴리머;폴리에테르에테르케톤계 폴리머;폴리페닐렌술파이드계 폴리머:비닐알콜계 폴리머;염화비 닐리덴계 폴리머;비닐부티랄계 폴리머;아크릴레이트계 폴리머;폴리옥시메틸렌계 폴리머;에폭시계 폴리머;실리콘 등의 필름을 들 수 있다.

보호 필름(4)은 편광 특성이나 내구성 등의 관점에서, 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 폴리머의 필름이 바람직하다. 특히, 보호 필름(4)은 트리아세틸셀룰로오스 필름이 적합하다.

보호 필름(4)의 두께는 적당히 결정할 수 있다. 보호 필름(4)의 두께는 일반적으로는 강도나 취급성, 박막성 등의 관점에서, 1 내지 500㎛ 정도이며, 바람직하게는 5 내지 200㎛이다.

또한, 보호 필름(4)은 가능한 한 착색되지 않은 것이 바람직하다. 이러한 보호 필름(4)은, 예를 들어 두께 방향의 위상차값이 -90㎚ 내지 +75㎚인 필름을 들 수 있다. 또한, 상기 두께 방향의 위상차값 [Rth(590)]은, Rth(590)=(nx-nz)×d로 구해진다. 단, 「590」은 측정 파장을 나타내고, 「nx」는 필름의 면내의 상지연축 방향의 굴절률을 나타내고, 「nz」는 필름의 두께 방향의 굴절률을 나타내고, 「d」는 필름의 두께를 나타낸다.

보호 필름(4)의 두께 방향의 위상차값은, 더 바람직하게는 -80㎚ 내지 +60㎚이며, 특히 바람직하게는 -70㎚ 내지 +45㎚이다.

또한, 상기 실시 형태에 따른 편광판(5)은, 이하와 같이 변경하여도 좋다.

도 4에 있어서, 편광판(5)은 편광자(3)의 양면에 보호 필름(4)이 적층되어 있지만, 이 구조에 한정되지 않고, 예를 들어 편광자(3)의 한쪽 면에만 보호 필름(4)이 적층되어 있어도 좋다. 특히, 편광자(3)의 다른 쪽 면에 다른 광학 특성 을 갖는 다른 필름을 적층하여 편광판(5)을 제작한 경우에는, 편광자(3)의 다른 쪽 면에 보호 필름을 적층하지 않아도 좋다. 이와 같이, 보호 필름(4)을 편광자(3)의 한쪽 면에만 설치함[달리 말하면, 보호 필름(4)을 편광자(3)의 다른 쪽 면에 설치하지 않음]으로써 비교적 얇은 편광판(5)을 제공할 수 있다.

[적층 광학 필름]

도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 적층 광학 필름(7)은, 한쪽 면에만 보호 필름(4)을 적층한 편광자(3)의 다른 쪽 면에, 광학 필름(6)을 적층한 구조를 갖는다.

편광자(3)는 편광 섬유(1)가 등방성 재료(2)에 의해 포매되어 있다.

광학 필름(6)은 특별히 한정되지 않고, 필요에 의해 임의의 것이 사용될 수 있다. 광학 필름(6)은, 예를 들어 위상차 필름, 광 확산층 등을 들 수 있다. 광학 필름(6)은, 동일하거나 다른 것을 조합하여 복수 적층하여도 좋다.

[화상 표시 장치]

본 발명의 화상 표시 장치는, 상기 편광자, 편광판, 적층 광학 필름으로부터 선택되는 적어도 어느 1종류를 구비한다. 상기 화상 표시 장치로는, 대표적으로 액정 표시 장치를 들 수 있지만, 유기 EL 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 등도 좋다.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 화상 표시 장치(30)는 액정 표시 장치다. 상기 액정 표시 장치는, 2장의 편광판(7)의 사이에 액정 셀(9)을 끼워 넣은 액정 패널과, 액정 패널의 한쪽의 측에 설치된 백라이트 유닛(80)을 구비한다. 또한, 액정 셀(9)은 2장의 글래스판 사이에 액정 재료가 봉입된 구조이다. 액정 셀(9)은 글래스판에 인가함으로써, 액정 재료의 배열이 변화되어, 광을 선택적으로 투과시킨다.

상기 백라이트 유닛(80)은, 적어도 광원(81)과, 반사 필름(82)과, 확산판(83)과, 프리즘 시트(84)와, 휘도 향상 필름(85)을 구비한다. 또한, 도 6에 예시한 반사 필름(82) 등의 광학 부재는, 액정 표시 장치의 조명 방식이나 액정 셀의 구동 모드 등에 따라 그 일부가 생략, 또는 다른 광학 부재로 대체될 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에 따른 액정 표시 장치(화상 표시 장치)는, 이하와 같이 변경하여도 좋다.

상기 실시 형태의 액정 표시 장치는, 액정 패널의 배면으로부터 광을 조사하여 화면을 보는 투과형이지만, 액정 표시 장치는, 액정 패널의 시인측으로부터 광을 조사하여 화면을 보는 반사형이어도 좋다. 혹은, 상기 액정 표시 장치는, 투과형과 반사형의 양쪽의 성질을 모두 갖는, 반투과형이어도 좋다.

또한, 백라이트 유닛은, 사이드 라이트 방식이어도 좋다. 사이드 라이트 방식이 채용되는 경우, 백라이트 유닛은, 상기의 구성에 추가하여, 적어도 도광판과, 라이트 리플렉터를 구비한다.

다음에, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명은, 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 단위로서 기재한 「％」는, 모두 중량 퍼센트다.

[실시예 1]

(편광 섬유 A)

이하의 섬 성분 재료와 바다 성분 재료를, 해도 복합 섬유 방사용 노즐을 사용하여 압출 성형함으로써, 편광 섬유 A를 제작하였다.

섬 성분 재료는, 융점 138℃, 용융 흐름 지수 25g/10min의 프로필렌 과다의 에틸렌?프로필렌 공중합체(니혼폴리프로가부시끼가이샤 제조, 상품명 「OX1066A」)를 사용하였다.

바다 성분 재료는, 융점 181℃, 용융 흐름지수 12g/10min의 에틸렌비닐알코올 공중합체(니혼고세이가가꾸가부시끼가이샤 제조, 상품명 「소아놀 DC3212B」)의 수지 펠릿을 이색성 색소(기시다가가꾸가부시끼가이샤 제조, 상품명 「콩고레드」)의 2％ 수용액에, 90℃에서 4시간 침지시킨 후, 수세(水洗)하고, 상기 펠릿을 진공 건조기로 충분히 건조한 것을 사용하였다.

해도 복합 섬유 방사용 노즐은, 섬유 단면 당의 섬의 수가 12개인 해도 복합 섬유 방사용 노즐을 사용하였다.

상기 섬 성분 재료와 바다 성분 재료를 중량비 5:5로, 상기 해도 복합 섬유 방사용 노즐을 사용하여 용융 압출 형성하고, 인취 속도 600m/min으로 인취함으로써, 편광 섬유를 얻었다. 이때의 섬 성분의 방사 온도는 270℃이고, 바다 성분의 방사 온도는 230℃로 하였다. 또한, 얻어진 편광 섬유는, 직경 25㎛이었다. 이 편광 섬유를 70℃의 온수 중에서 2.5배로 연신하여, 직경 약 15㎛의 편광 섬유 A를 얻었다.

편광 섬유 A는 섬의 수가 12개(섬의 수가 2개 이상)이므로, 편광 섬유 중을 투과하는 길이 방향에 평행한 편광이, 다중 반사, 다중 확산 혹은 다중 산란을 일으키기 쉽다. 이로 인해, 편광이 편광 섬유 A의 바다 성분에 흡수되는 가능성이 한층 높다.

이 편광 섬유 A의 섬 부분의 직경은, 약 1.5㎛이었다. 이러한 편광 섬유 A는 섬의 장경이 0.1㎛ 이상이므로, 가시광의 파장보다도 길다. 이로 인해, 편광의 산란이 발생할 수 있다. 또한, 이러한 편광 섬유 A는, 섬의 장경이 8.0㎛ 이하이므로, 장경이 지나치게 긴 것에 기인한 폐해가 억제된다. 즉, 이러한 편광 섬유 A는, 편광 섬유 1개당의 섬의 수가 상대적으로 적어지는 것에 의해, 편광이 다중 반사, 다중 확산 혹은 다중 산란을 일으키기 어려워지는 폐해나, 섬의 존재 분포가 희박해지는 것에 의해 투과율의 편차가 발생하기 쉬워지는 폐해가 억제된다.

또한, 상기 편광 섬유 A의 길이 방향에 수직 방향의 바다 성분의 굴절률 n_s1은 1.51이었다. 길이 방향의 바다 성분의 굴절률 n_s2는 1.54이었다.

또한, Δn₁ 및 Δn₂를 구하기 위하여, 상기 섬 성분 재료만으로 이루어지는 섬유를 제작하였다. 즉, 상기 섬 성분 재료만을 모노 필라멘트용 노즐을 사용하여 방사한 것 이외에는, 상기와 동일한 방법에 의해 직경 약 10O㎛의 섬유를 제작하였다. 이 섬유의 굴절률을 측정하였다. 그 길이 방향에 수직 방향의 섬 성분(섬유)의 굴절률 n_i1은 1.50이었다. 또한, 길이 방향의 섬 성분(섬유)의 굴절률 n_i2는, 1.51이었다.

따라서, Δn₁=│n_s1-n_i1│=│1.51-1.50│=0.01이다. 길이 방향에 수직 방향의 굴절률의 차 Δn₁이, 0.02 이하이므로, 편광 섬유 A 중의 바다 성분과 섬 성분의 계면에 있어서, 길이 방향에 수직 방향의 편광이, 반사, 확산 혹은 산란하는 것을 억제할 수 있다. 그로 인해, 길이 방향에 수직 방향의 편광은, 바다 성분에서 흡수되는 일 없이, 직진하여 투과한다.

또한, Δn₂=│n_s2-n_i2│ =│1.54-1.51│=0.03이다. 길이 방향의 굴절률의 차 Δn₂가 0.03 이상이므로, 편광 섬유 A 중의 바다 성분과 섬 성분의 계면에 있어서, 길이 방향에 평행한 편광이, 반사, 확산 혹은 산란하기 쉬워진다. 그로 인해, 편광 섬유 A는 섬 부분을 갖지 않는 종래의 편광 섬유에 비하여, 편광 성능이 한층 커진다.

여기서, 상기 직경 및 굴절률의 측정 방법을 기재한다. 실시예 1 이외의 실시예 및 비교예에 있어서도 동일한 방법으로 측정을 행하였다.

편광 섬유의 직경 및 섬 성분의 직경은, 가부시끼가이샤히타찌세이사꾸쇼 제조의 주사형 전자 현미경(제품명 「S-3000N」)을 사용하여 측정하였다.

굴절률은 상온 (25℃)에 있어서의 545㎚의 파장 광으로, 굴절률 조정액을 사용하여 베케선법에 의해 측정하였다.

[실시예 2]

(편광 섬유 B)

이색성 색소로서, 미쯔비시가가꾸가부시끼가이샤 제조의 상품명 「다이렉트 그린 85」를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 재료, 제조 방법에 의해 편광 섬유 B를 제조하였다. 실시예 2의 제조 방법 등은, 실시예 1과 동일하므로, 그 설명은 생략한다. 또한, 직경, 섬의 수, 굴절률의 측정 결과도 동일하기 때문에, 그 설명도 생략한다.

[실시예 3]

(편광 섬유 C)

이하의 섬 성분 재료와 바다 성분 재료를 코어-시이스(core-sheath) 구조 섬유 방사용 노즐을 사용하여 압출 성형함으로써, 편광 섬유 C를 제작하였다. 또한, 코어-시이스 구조 섬유 방사용 노즐은, 섬의 수가 1개의 해도 복합 섬유 방사용 노즐이다. 또한, 이하, 특별히 필요하지 않은 한 「코어 성분」이라는 용어의 대신에 「섬 성분」이라는 단어를, 「시이스 성분」이라는 용어의 대신에 「바다 성분」이라는 단어를 사용한다.

섬 성분 재료는, 융점 161℃, 용융 흐름 지수 26g/10min의 결정성 폴리프로필렌(니혼폴리프로가부시끼가이샤제, 상품명 「SA03A」)을 사용하였다.

바다 성분 재료는, 실시예 1의 바다 성분 재료와 동일한 재료를 사용하였다.

상기 섬 성분 재료와 바다 성분 재료를 중량비 3:7로, 코어-시이스 구조 섬유 방사용 노즐을 사용하여 용융 압출 형성하고, 인취 속도 600m/min으로 인취함으로써, 편광 섬유를 얻었다. 이때의 섬 성분의 방사 온도는 230℃, 바다 성분의 방사 온도는 230℃로 하였다. 또한, 얻어진 편광 섬유는, 직경 25㎛이었다. 이 편광 섬유를 70℃의 온수 중에서 2.5배로 연신하여, 직경 약 15㎛의 편광 섬유 C를 얻었다.

이 편광 섬유 C의 섬 부분의 직경은, 약 7.0㎛이었다. 이러한 편광 섬유 C는, 섬의 장경이 0.1㎛ 이상이므로, 가시광의 파장보다도 길다. 이로 인해, 편광의 산란이 발생할 수 있다. 또한, 이러한 편광 섬유 C는, 섬의 장경이 8.0㎛ 이하이므로, 직경 길이가 지나치게 큰 것에 따른 상술의 폐해가 억제된다.

또한, 상기 편광 섬유 C의, 길이 방향에 수직 방향의 바다 성분의 굴절률 n_s1은, 1.51이었다. 길이 방향의 바다 성분의 굴절률 n_s2는, 1.54이었다.

또한, Δn₁ 및 Δn₂를 구하기 위하여, 상기 섬 성분 재료만으로 이루어지는 섬유를 제작하였다.

즉, 상기 섬 성분 재료만을 모노 필라멘트용 노즐을 사용하여 방사 한 것 이외에는, 상기와 동일한 방법에 의해 직경 약 100㎛의 섬유를 제작하였다. 그리고 이 섬유의 굴절률을 측정하였다. 그 길이 방향에 수직 방향의 섬 성분(섬유)의 굴절률 n_i1은, 1.49이었다. 길이 방향의 섬 성분(섬유)의 굴절률 n_i2는, 1.50이었다.

따라서, Δn₁=│n_s1-n_i1│=│1.51-1.49│=0.02이다. 길이 방향에 수직 방향의 굴절률의 차 Δn₁이, 0.02 이하이므로, 편광 섬유 C 중의 바다 성분과 섬 성분의 계면에 있어서, 길이 방향에 수직 방향의 편광이, 반사, 확산 혹은 산란하는 것을 억제할 수 있다. 그로 인해, 길이 방향에 수직 방향의 편광은 바다 성분으로 흡수되는 일 없이, 직진하여 투과한다.

또한, Δn₂=│n_s2-n_i2│=│1.54-1.50│=0.04이다. 길이 방향의 굴절률의 차 Δn₂가, 0.03 이상이므로, 편광 섬유 C 중의 바다 성분과 섬 성분의 계면에 있어서, 길이 방향에 평행한 편광이, 반사, 확산 및 산란하기 쉬워진다. 그로 인해, 편광 섬유 C는, 섬 부분을 갖지 않는 종래의 편광 섬유에 비하여 편광 성능이 한층 커진다.

[실시예 4]

(편광판 D)

이하의 등방성 재료와 편광 섬유 A를 갖는 편광자의 양면에, 보호막으로서 두께 40㎛의 트리아세틸셀룰로오스 필름이 적층된, 편광판 D를 제작하였다.

등방성 재료는, 경화 후의 굴절률 n_m이 1.51이 되는 투명 액상 에폭시 수지를 사용한다. 구체적으로는, 상기 투명 액상 에폭시 수지는, 지환식 에폭시 수지 100 중량부와, 무수메틸헥사히드로프탈산 124 중량부와, 트리-n-부틸포스포늄브로마이드 1 중량부를 함유하고 있다.

실시예 1에서 제작한 편광 섬유(편광 섬유 A)를, 두께 40㎛의 트리아세틸셀룰로오스 필름 위에 평행하게 가지런히 갖추어서 늘어 놓았다. 계속해서, 상기 편광 섬유를 포매하도록, 상기 등방성 재료를 코팅하고, 또한 그 상부로부터 기포가 들어가지 않도록 두께 40㎛의 트리아세틸셀룰로오스 필름을 올려놓고, 2장의 TAC 필름 사이에 끼워 넣었다. 그 후, 100℃에서 5시간 경화 처리하여, 편광판 D를 얻었다. 트리아세틸셀룰로오스 필름 사이에 끼워져 있던 부분(즉, 편광자)의 두께 는, 70㎛이었다. 또한, 편광 섬유 100 중량부에 대한 등방성 재료의 사용량은, 100 중량부이었다.

상술한 바와 같이, 사용한 등방성 재료의 굴절률 n_m은, 1.51이다. 실시예 1에 기재된 바와 같이 , 편광 섬유 A의 길이 방향에 수직 방향의 바다 성분의 굴절률 n_s1은, 1.51이다. 따라서, 굴절률의 차 Δn₃=│n_s1-n_m│=│1.51-1.51│=0.00이다. 이 편광판 D는, Δn₃이 0.02 이하이므로, 바다 성분과 등방성 재료의 계면에 있어서, 길이 방향에 수직 방향의 편광이, 반사, 확산 혹은 산란하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 편광판 D가 구비된 편광자는, 길이 방향에 수직 방향의 편광을 용이하게 투과시키는, 투과율이 높은 편광자이다.

[실시예 5]

(편광판 E)

등방성 재료와 편광 섬유 C를 갖는 편광자의 양면에, 보호막으로서 두께 40㎛의 트리아세틸셀룰로오스 필름이 적층된, 편광판 E를 제작하였다.

편광판 E의 제조 방법 등은, 편광 섬유로서 실시예 3에서 제작한 편광 섬유 C를 사용한 것 이외에는, 실시예 4와 동일하므로, 그 설명은 생략한다. 또한, 편광판 D 에 사용된 편광 섬유 A와 편광판 E에 사용된 편광 섬유 C는, 그 바다 성분이 동일하다. 편광판 D에 사용된 등방성 재료와 편광판 E에 사용된 등방성 재료는, 동일하다. 따라서, 편광판 D가 구비된 편광자와 편광판 E가 구비된 편광자는, 굴절률의 차 Δn₃이 동일하고, 또한 투과율이 높은 편광자이다.

[실시예 6]

(편광판 F)

등방성 재료와 편광 섬유 A와 편광 섬유 B를 갖는 편광자의 양면에, 보호막으로서 두께 40㎛의 트리아세틸셀룰로오스 필름이 적층된, 편광판 F를 제작하였다.

편광판 F의 제조 방법 등은, 편광 섬유로서 상기 편광 섬유 A와 상기 편광 섬유 B를 체적비로 48:52가 되도록 사용한 것 이외에는, 실시예 4와 동일하므로, 그 설명은 생략한다. 또한, 편광 섬유 A와 편광 섬유 B는 치우침이 발생하지 않도록 균등하게 분산시켰다.

또한, 편광 섬유 A와 편광 섬유 B는, 이색성 색소를 제외하고 바다 성분이 동일하다. 편광판 D에 사용된 등방성 재료와 편광판 F에 사용된 등방성 재료는, 동일하다. 따라서, 편광판 D가 구비된 편광자와 편광판 F가 구비된 편광자는, 굴절률의 차 Δn₃이 동일하고, 또한 투과율이 높은 편광자이다.

[실시예 7]

(편광판 G)

등방성 재료와 직포를 갖는 편광자의 양면에, 보호막으로서 두께 40㎛의 트리아세틸셀룰로오스 필름이 적층된, 편광판 G를 제작하였다.

편광판 G가 구비된 편광자는, 편광 섬유 A와 위사를 사용하여 직포를 형성하고, 이 직포를 실시예 4와 같은 등방성 재료에 의해 포매함으로써 제작하였다.

편광판 G에 사용된 직포는, 하기 경사(經絲)와 위사를 평직한 직포이다.

경사는, 실시예 1에서 제작한 편광 섬유 A를 50개 묶은 것을 사용하였다.

위사는, 편광 섬유 A의 바다 성분으로서 사용된 에틸렌비닐알코올 공중합체의 수지를 용해 방사한 섬유를 사용하였다. 단, 위사에 사용된 수지 펠릿은, 이색성 색소를 함유하지 않고 있다. 위사의 직경은, 50㎛이다.

이들 경사와 위사를 사용하여 형성한 직포를 사용한 것 이외에는, 실시예 4와 동일하게 하여 편광판 G를 얻었다.

여기서, 상기 위사와 편광 섬유 A의 바다 성분은, 이색성 색소를 제외하고 동일한 성분이다. 편광판 D에 사용된 등방성 재료와 편광판 G에 사용된 등방성 재료는 동일하다. 따라서, 편광판 D가 구비된 편광자와 편광판 G가 구비된 편광자는, 굴절률의 차 Δn₃이 같고, 또한 투과율이 높은 편광자이다.

[비교예 1]

(편광판 H)

고투과율 및 고편광도의 옥소 염색 PVA계 편광판(니또덴꼬가부시끼가이샤 제조, 상품명 「NPF-SEG1425DU」)을 사용하였다.

[비교예2]

(편광 섬유 I)

우선, 해도 구조를 갖지 않는 편광 섬유를 제작하였다.

비교예 2의 편광 섬유 I의 제작에는, 실시예 1의 편광 섬유 A의 바다 성분 재료와 동일한 재료를 사용하였다. 즉, 편광 섬유 I의 재료는, 융점 181℃, 용융 흐름 지수 12g/10min의 에틸렌비닐알코올 공중합체(니혼고세이가가꾸가부시끼가이샤 제조, 상품명 「소아놀 DC3212B」)의 수지 펠릿을, 이색성 색소(기시다가가꾸가부시끼가이샤 제조, 상품명 「콩고레드」)의 2％ 수용액에, 90℃에서 4시간 침지시킨 후, 수세하고, 상기 펠릿을 진공 건조기에서 충분히 건조한 것을 사용하였다.

동일한 재료를 모노 필라멘트 방사용 노즐을 사용하여 용융 압출 형성하고, 인취 속도 600m/min으로 인취하는 것에 의해, 편광 섬유를 얻었다. 이때의 방사 온도는, 230℃로 하였다. 또한, 얻어진 편광 섬유는, 직경 40㎛이었다. 또한, 이 편광 섬유를 70℃의 온수 중에서 2.5배로 연신하여, 직경 약 25㎛의 편광 섬유 I를 얻었다. 편광 섬유 I의 길이 방향에 수직 방향의 굴절률 n_p1은, 1.50이었다. 편광 섬유 I의 길이 방향의 굴절률 n_p2는, 1.54이었다.

(복굴절 섬유)

이색성 색소로 염색하지 않은 것 이외에는, 상기 편광 섬유 I에 사용된 수지 펠릿과 동일한 EVA 수지 펠릿을 사용하였다. 이 무염색의 수지 펠릿을, 모노 필라멘트 방사용 노즐을 사용하여, 마찬가지로 용융 압출 형성하고, 인취 속도 600m/min으로 인취하는 것에 의해, 복굴절 섬유를 얻었다. 이때의 방사 온도는, 230℃로 하였다. 이 복굴절 섬유를 90℃의 온수 중에서 연신하여, 직경 약 10㎛의 복굴절 섬유를 얻었다. 복굴절 섬유의 길이 방향에 수직 방향의 굴절률 n_o1은, 1.50이었다. 복굴절 섬유의 길이 방향의 굴절률 n_o2은, 1.54이었다.

(편광판 J)

상기 편광 섬유 I와 상기 복굴절 섬유를 갖는 편광자의 양면에, 보호막으로서 두께 40㎛의 트리아세틸셀룰로오스 필름이 적층된, 편광판 J를 제작하였다.

편광판 J의 제조 방법은, 상기 편광 섬유 I와 상기 복굴절 섬유를 체적비로 4:5가 되도록 사용한 것 이외에는, 실시예 4와 동일하므로, 그 설명은 생략한다. 또한, 상기 편광 섬유 I와 상기 복굴절 섬유는 치우침이 발생하지 않도록 균등하게 분산시켰다.

상술한 바와 같이 등방성 재료의 굴절률 n_m은, 1.51이다. 편광 섬유 I의 길이 방향에 수직 방향의 굴절률 n_p1은, 1.50이다. 따라서, 굴절률의 차 Δn₃=│n_p1-n_m│=│1.50-1.51│=0.01이다. 즉, 편광판 J는, Δn₃이 0.02 이하이기 때문에, 편광 섬유 I와 등방성 재료의 계면에 있어서, 길이 방향에 수직 방향의 편광이, 반사, 확산 혹은 산란하는 것을 억제할 수 있다.

또한, 복굴절 섬유의 길이 방향에 수직 방향의 굴절률 n_o1도 1.50이므로, 굴절률의 차 Δn₃'=│n_o1-n_m│=│1.50-1.51│=0.01이다. 즉, 편광판 J는, Δn₃'가 0.02 이하이기 때문에, 복굴절 섬유와 등방성 재료의 계면에 있어서, 길이 방향에 수직 방향의 편광이, 반사, 확산 혹은 산란하는 것을 억제할 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이, 복굴절 섬유의 길이 방향의 굴절률 n_o2는, 1.54이기 때문에, Δn₄'=│n_o2-n_m│=│1.54-1.51│=0.03이다. 편광판 J는, 길이 방향의 굴절률의 차 Δn₄가 0.03 이상이므로, 복굴절 섬유와 등방성 재료의 계면에 있어서, 길이 방향에 평행한 편광이, 반사, 확산 혹은 산란하기 쉬워진다.

또한, 편광판 J는, 편광 섬유 I와 복굴절 섬유를 등방성 재료에 의해 포매하도록 코팅함으로써 제작되어 있다. 이러한 편광판 J는, 편광 섬유 I의 계면과 복굴절 섬유의 계면이 직접적으로 접하고 있지 않기 때문에, Δn₁=│n_p1-n_o1│, Δn₂=|n_p2-n_o2│, Δn₃=│n_p1-n_m│을 산출하는 의미는 거의 없다. 그래서, 상술한 바와 같이, 편광 섬유 I 및 복굴절 섬유와 등방성 재료의 계면에 대하여 고찰하였다.

[평가 방법]

(편광 섬유의 편광 기능)

실시예 1 내지 3 및 비교예 2의 편광 섬유(즉, 편광 섬유 A, B, C 및 I)의 편광 기능을 조사하였다. 구체적으로는, 편광 섬유의 길이 방향에 수직 방향의 직선 편광을 시판되는 편광판을 사용하여 취출하여, 상기 직선 편광을 각 편광 섬유에 조사하고, 각 편광 섬유를 투과한 광을 목시 관찰하였다. 다음에, 편광 섬유의 길이 방향에 평행한 직선 편광을 마찬가지로 조사하고, 각 편광 섬유를 투과한 광을 목시 관찰하였다.

(편광판의 투과율, 편광도)

실시예 4 내지 7 및 비교예 1 내지 2의 편광판(즉, 편광판 D, E, F, C, H 및J)에 대하여, 적분구를 구비한 분광 광도계(히타치세이사쿠쇼 제조, 제품명 「U-4100」)를 사용하여, 파장 550㎚에서의 투과율 및 편광도를 산출하였다.

(편광판의 색상)

실시예 4 내지 7 및 비교예 1 내지 2의 편광판에 대하여, 목시에 의해 각 편광판의 착색 정도를 관찰하였다.

(편광판의 편차)

실시예 4 내지 7 및 비교예 1 내지 2의 편광판을, 5㎝(단면 방향)×20㎝(길이 방향 또는 연신 방향)로 수예용 핑킹 가위로 절단하고, 이를 두께 0.7㎜의 글래스판에 부착하여 샘플로 하였다. 또한, 핑킹 가위로 절단하면, 통상, 다음에 서술하는 크랙이 보다 발생하기 쉬워진다. 동일한 2장의 샘플을 직교 니콜 상태로 하여, 고휘도의 백라이트 상에서 목시 관찰하고, 각 샘플(편광판)에 편차가 발생하였는지의 여부를 확인하였다.

(편광판의 크랙)

상기 각 샘플을, -30℃에서 60분 냉각한 후 80℃에서 60분 가열하는 냉열 사이클 시험을 100 사이클 행하였다. 그 후, 동일한 2장의 샘플을 직교 니콜 상태로 하여, 각 샘플(편광판)의 크랙을 목시 관찰하였다.

[평가 결과 및 고찰]

(편광 섬유의 편광 기능)

길이 방향에 수직 방향의 직선 편광을 각 편광 섬유에 조사하였을 때에는, 각 편광 섬유를 투과한 광은, 모든 편광 섬유에 대해 거의 무색 투명이었다. 또한, 길이 방향에 평행한 직선 편광을 조사하였을 때에는, 각 편광 섬유를 투과한 광은, 모든 편광 섬유에 대해 이색성 색소의 흡수 파장에 의해 착색되어 있었다. 따라서, 편광 섬유 A, B, C 및 I의 모든 편광 섬유는, 편광 기능을 발현하고 있다 는 것을 알 수 있었다.

(편광판의 투과율, 편광도, 편차 및 크랙)

편광판의 투과율, 편광도, 편차 및 크랙의 측정 결과를 표 1에 도시한다. 또한, 편ㅊ 및 크랙에 대해서는, 그들이 발생하는 경우를 「×」로, 그들이 발생하지 않는 경우를 「○」로 나타낸다.

실시예 4 내지 7과 비교예 1을 비교하면, 비교예 1은 크랙을 발생하고 있다. 따라서, 비교예 1의 편광판 H는, 가혹한 사용 조건 하(냉열 사이클 시험을 100 사이클)에서 크랙이 발생할 수 있는 것을 알 수 있었다. 편광 섬유를 사용한 편광판은, 비교예 2를 포함시키고, 크랙은 발생하지 않고 있다.

실시예 4 내지 7과 비교예 2를 비교하면, 비교예 2는 실시예 1과 동일한 이색성 색소를 사용하고 또한 투과율도 거의 동등하지만, 실시예 4 내지 7에 비하여 편광도가 낮다. 이 원인으로는, 다음과 같은 것이 추측된다. 우선, 비교예 2에서는, 편광판 제작시, 편광 섬유와 복굴절 섬유를 균등 또한 평행하게 배치하는 것이 곤란하다 것을 들 수 있다. 이들을 균등 또한 평행하게 배치할 수 없으면, 섬유의 길이 방향에 평행한 편광과 수직 방향의 편광의 투과율의 차가 커지지 않기 때문에, 편광도가 저하된다. 다음에, 편광 섬유 및 복굴절 섬유의 가공성의 문제를 들 수 있다. 비교예 2에서는, 편광 섬유 및 복굴절 섬유를 따로 제작하므로, 충분히 가는 섬유를 얻을 수 없어, 양쪽 섬유의 계면에 있어서의 산란을 효과적으로 이용할 수 없었다고 추측된다.

실시예 4와 실시예 5를 비교하면, 편광 섬유에 포함되는 이색성 색소가 동일함에도 불구하고, 투과율 및 편광도 모두, 편광판 E에 비해, 편광판 D가 조금 양호하다. 이는, 편광판 E는, 편광 섬유 1개당의 섬의 수가 1개인 것에 대해, 편광판 D는, 편광 섬유 1개당의 섬의 수가 12개이기 때문이라고 생각된다. 즉, 편광판 D는, 섬의 수가 2개 이상이므로, 편광 섬유 중을 투과하는 길이 방향에 평행한 편광이, 다중 반사, 다중 확산 혹은 다중 산란을 일으키기 쉽다. 이로 인해, 상기 편광이, 편광판 D의 바다 성분에 흡수되는 가능성이 한층 높아졌기 때문이라고 생각된다.

실시예 4와 실시예 7을 비교하면, 동일한 편광 섬유 A를 사용하고 있음에도 불구하고, 투과율 및 편광도 모두, 편광판 G에 비해, 편광판 D가 조금 양호하다. 편광판 D가 구비된 편광자는, 편광 섬유 A를 늘어 놓았기 때문에, 편광 섬유 A가 평행하게 배치되어 있다. 한편, 편광판 G가 구비하는 편광자는, 편광 섬유 A를 직포로 형성하였기 때문에, 편광 섬유 A가 충분히 평행하게 배치하지 않았던 것이 원인으로 생각된다. 물론, 편광판 G의 편광도는, 비교예 2의 편광도보다 양호하다. 또한, 편광 섬유 A를 평직물의 직포로 형성하면, 편광자 제작시의 작업성이 좋기 때문에, 편광판 G를 따라 용이하게 제조할 수 있다.

(편광판의 색상)

실시예 6에 관한 편광판 F는, 실시예 4, 5 및 7에 관한 편광판 D, E 및 G에 비해 착색이 억제되어 있는 것을, 목시 관찰에 의해 알 수 있었다. 편광판 F는, 2종류의 편광 섬유 A 및 B를 사용하고 있다. 따라서, 이색성 색소가 다른 2종류의 편광 섬유를 사용함으로써, 파장에 의한 흡광 편차를 평준화할 수 있다는 것을 시사하고 있다.

본 발명의 편광 섬유는, 예를 들어 편광자의 형성 재료로서 사용할 수 있다.

편광자에 적당한 광학 부재가 적층됨으로써, 편광판이나 적층 광학 필름을 제공할 수 있다.

편광자, 편광판 및 적층 광학 필름은, 화상 표시 장치에 사용할 수 있다.

Claims (10)

1. 길이 방향에 수직인 단면의 형상이 해도 구조를 이루는 동시에, 상기 단면의 형상이 길이 방향으로 연속적으로 형성되고, 또한 길이 방향에 흡수축을 갖는 편광 섬유이며,

   상기 해도 구조의 바다 부분을 형성하는 수지(바다 성분)가 이색성 색소를 함유하고,

   상기 해도 구조의 섬 부분을 형성하는 수지(섬 성분)가 투명 수지이며,

   상기 섬 부분의 수가 2개 이상인 동시에, 각 섬 부분의 장경이 0.1 내지 8.0㎛인, 편광 섬유.
2. 제1항에 있어서, 길이 방향에 수직 방향의 상기 섬 성분의 굴절률을 n_i1, 길이 방향에 수직 방향의 상기 바다 성분의 굴절률을 n_s1로 하였을 때의 굴절률의 차 Δn₁=│n_s1-n_i1│가, 0.02 이하이고,

   길이 방향의 상기 섬 성분의 굴절률을 n_i2, 길이 방향의 상기 바다 성분의 굴절률을 n_s2로 하였을 때의 굴절률의 차 Δn₂=│n_s2-n_i2│가, 0.03 이상 0.05 이하인, 편광 섬유.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 바다 부분을 형성하는 수지가, 폴리비닐알코올 또는 에틸렌비닐알코올의 공중합체인, 편광 섬유.
5. 제1항에 기재된 편광 섬유가 길이 방향에 평행하게 배치 또는 적층되는 것과 동시에, 투명한 등방성 재료에 의해 포매된 시트 형상인, 편광자.
6. 제5항에 있어서, 상기 등방성 재료의 굴절률을 n_m, 길이 방향에 수직 방향의 상기 바다 성분의 굴절률을 n_s1로 하였을 때의 굴절률의 차 Δn₃=│n_s1-n_m│이, 0.02 이하인, 편광자.
7. 제5항에 기재된 편광자의 적어도 편면에 투명한 보호막을 구비하는, 편광판.
8. 제5항에 기재된 편광자 또는 제7항에 기재된 편광판을 구비하는, 적층 광학 필름.
9. 제5항에 기재된 편광자 또는 제7항에 기재된 편광판을 구비하는, 화상 표시 장치.
10. 제8항에 기재된 적층 광학 필름을 구비하는, 화상 표시 장치.

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