KR101612626B1 - 광분할 소자 - Google Patents
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- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
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Abstract
본 출원은 광분할 소자 및 입체 영상 표시 장치에 관한 것이다. 예시적인 광분할 소자는 입사 광을 편광 특성이 상이한 2종 이상의 광으로 분할할 수 있을 뿐만 아니라 상기 광 분할 영역의 경계에서 광 투과량을 조절할 수 있다. 이러한 광분할 소자는 예를 들어, 입체 영상 표시 장치의 광학 필터로 적용되어 입체 영상을 휘도의 손실이 없이 넓은 시야각에서 표시할 수 있다.
Description
본 출원은 광분할 소자 및 입체 영상 표시 장치에 관한 것이다.
입체 영상 표시 장치는 깊이감이 있는 영상을 표시할 수 있는 디스플레이 장치이다. 입체 영상 표시 장치는, 공간 내에서 대상을 입체적으로 표시할 수 있으므로, 물체 본래의 3차원 정보를 온전히 관찰자에게 전달할 수 있고, 현실감 있는 표현이 가능하다. 입체 영상 표시 기술은, 크게 안경 방식과 무안경 방식으로 구별된다. 또한, 안경 방식은 편광 안경 방식과 액정 셔터 안경(liquid crystal shutter glass) 방식으로 분류될 수 있고, 무안경 방식은 2안식/다시점 양안 시차 방식, 체적형 방식 또는 홀로그래픽 방식 등으로 분류될 수 있다.
본 출원은 광분할 소자 및 입체 영상 표시 장치를 제공한다.
예시적인 광분할 소자는 위상 지연층 및 상기 위상 지연층의 하부에 형성되어 있는 패턴 편광층을 포함할 수 있다. 상기 위상 지연층은 예를 들어, 일 방향을 따라서 서로 교대로 배치되어 있고, 서로 위상 지연 특성이 상이한 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함할 수 있다. 상기 패턴 편광층은 상기 일 방향을 따라서 교대로 배치되어 있고, 서로 상이한 방향으로 형성된 광 투과축을 가지는 제 1 및 제 2 편광 영역을 포함할 수 있다. 도 1은 제 1 및 제 2 영역(1011, 1012)을 포함하는 위상 지연층(101)과 제 1 및 제 2 편광 영역(1021, 1021)을 포함하는 패턴 편광층(102)을 포함하는 광분할 소자를 예시적으로 나타낸다.
이러한 광분할 소자는 예를 들어, 광분할 기능을 수행할 수 있는 위상 지연층과 광투과량 조절 기능을 수행할 수 있는 패턴 편광층을 포함하고 있으므로, 후술하는 입체영상표시장치에서 광학 필터로 사용되는 경우 휘도의 손실 없이 입체 영상을 넓은 시야각에서 표시할 수 있도록 한다.
이하, 위상 지연층을 보다 구체적으로 설명한다. 위상 지연층은 전술한 바와 같이 일 방향을 따라서 서로 교대로 배치되어 있고, 서로 위상 지연 특성이 상이한 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함할 수 있다. 본 출원에서「위상 지연 특성이 서로 상이하다는 것」은, 대상 영역들이 모두 위상 지연 특성을 가지는 영역인 상태에서 각 영역들이 서로 동일하거나 또는 상이한 방향으로 형성되어 있는 광축을 가지고 또한 위상 지연 수치도 서로 상이한 영역인 경우; 및 서로 동일한 위상 지연 수치를 가지면서 상이한 방향으로 형성되어 있는 광축을 가지는 경우가 포함될 수 있다. 다른 하나의 예시에서는 「위상 지연 특성이 상이하다는 것」은, 대상 영역들 중에서 어느 하나의 영역은 위상 지연 특성을 가지는 영역이고, 다른 영역은 위상 지연 특성이 없는 영역, 예를 들면, 광학적으로 등방성 영역인 경우도 포함될 수 있다.
위상 지연층의 제 1 및 제 2 영역은 서로 상이한 위상 지연 특성을 가지는 것에 의하여 예를 들면, 선편광된 광이 입사되면 서로 편광축이 실질적으로 수직하는 2종의 광으로 분할할 수 있거나, 또는 선편광된 광이 입사되면, 서로 회전 방향이 역 방향인 원편광 또는 서로 회전 방향이 역방향인 타원 편광으로 분할하는 기능을 수행할 수 있다.
본 출원에서 각도를 정의하면서, 「수직」, 「수평」, 「직교」 또는 「평행」 등의 용어를 사용하는 경우, 이는 목적 효과를 손상시키지 않는 범위에서의 실질적인 수직, 수평, 직교 또는 평행을 의미하는 것이고, 예를 들면, 제조 오차(error) 또는 편차(variation) 등을 포함하는 것이다. 따라서, 예를 들면, 상기 각각의 경우는 약 ±15도 이내의 오차, 바람직하게는 약 ±10도 이내의 오차, 보다 바람직하게는 약 ±5도 이내의 오차를 포함할 수 있다.
위상 지연층은, 예를 들어, 상기 제 1 또는 제 2 영역에서 모두 1/4 파장 위상 지연 특성을 나타낼 수 있다. 본 출원 명세서에서 「n 파장 위상 지연 특성」은 적어도 일부의 파장 범위 내에서, 입사 광을 그 입사광의 파장의 n배 만큼 위상 지연 시킬 수 있는 특성을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 위상 지연층은, 550 nm의 파장에 대한 면상 위상차가 110 nm 내지 220 nm 또는 130nm 내지 170nm의 범위 내에 있을 수 있다. 본 출원 명세서에서 「면상 위상차」는 (nx-ny) x d로 계산되는 수치이고, 상기에서 nx는 위상 지연층의 면상 지상축 방향의 굴절률이고, ny는 위상 지연층의 면상 진상축 방향의 굴절률이며, d는 위상 지연층의 두께이다. 또한, 본 출원 명세서에서 「지상축(slow axis)」은 위상 지연층에서 가장 높은 굴절률을 나타내는 방향의 축을 의미할 수 있고, 「진상축(fast axis)」은 위상 지연층에서 가장 낮은 굴절률을 나타내는 방향의 축을 의미할 수 있다. 또한, 본 출원에서「광축」은 액정층 내에서 지상축(slow axis) 또는 진상축(fast axis)를 의미할 수 있고, 예를 들어, 지상축을 의미할 수 있다.
위상 지연층은 또한, 면내 지상축 방향의 굴절률과 면내 진상축 방향의 굴절률의 차이가 0.05 내지 0.2, 0.07 내지 0.2, 0.09 내지 0.2 또는 0.1 내지 0.2의 범위일 수 있고, 액정 지연층의 두께는 약 0.5㎛ 내지 2.0㎛ 또는 약 0.5㎛ 내지 1.5㎛일 수 있다. 상기 굴절률은 550 nm 또는 589 nm의 파장의 광에 대하여 측정한 굴절률일 수 있고, 상기 굴절률의 차이는 Axomatrix사의 Axoscan을 이용하여 제조사의 매뉴얼에 따라 측정할 수 있다. 상기 굴절률의 관계와 두께를 가지는 위상 지연층은, 적용되는 용도에 적합한 위상 지연 특성을 구현할 수 있으며, 예를 들어 입체영상표시장치에서 광학 필터로 적합하게 사용될 수 있다.
제 1 및 제 2 영역이 1/4 파장 위상 지연 특성을 나타내는 경우 제 1 영역의 지상축과 제 2 영역의 지상축은 서로 상이한 방향으로. 예를 들어 서로 수직한 방향으로 형성되어 있을 수 있다. 이 경우에 상기 제 1 및 제 2 영역을 각각 통과한 선편광된 광은 서로 역방향으로 회전하는 원편광 또는 타원편광된 광으로 분할될 수 있다
서로 위상 지연 특성이 상이한 제 1 및 제 2 영역의 태양이 상기에 재한되는 것은 아니고, 예를 들면, 제 1 및 제 2 영역 중의 어느 하나는 3/4 파장층을 포함하고, 다른 영역은 1/4 파장층을 포함하는 경우에도 좌원 및 우원 편광된 광을 생성할 수 있다.
다른 하나의 예시에서, 제 1 및 제 2 영역 중에서 어느 하나의 영역은, 1/2 파장층이고, 다른 영역은 광학적으로 등방성인 영역일 수 있다. 이 경우에 선편광된 광이 제 1 및 제 2 영역을 각각 투과하면, 실질적으로 서로 직교하는 선편광되어 있는 광으로 배출될 수 있다.
위상 지연층은 예를 들어, 중합성 액정 화합물을 포함하는 액정층일 수 있다. 본 출원에서 「중합성 액정 화합물」은, 액정성을 나타낼 수 있는 부위, 예를 들면 메조겐(mesogen) 골격 등을 포함하고, 중합성 관능기를 하나 이상 포함하는 화합물을 의미할 수 있다. 중합성 액정 화합물은, 예를 들어, 가교 또는 중합된 상태로 액정층 내에 포함될 수 있다. 본 출원에서「중합성 액정 화합물이 가교 또는 중합된 형태로 포함되어 있다는 것」은 상기 액정 화합물이 중합되어 액정층 내에서 액정 고분자의 주쇄 또는 측쇄와 같은 골격을 형성하고 있는 상태를 의미할 수 있다.
중합성 액정 화합물은 예를 들어, 수평 배항된 상태로 위상 지연층 내에 포함되어 있을 수 있다. 본 출원에서 「수평 배향」은, 중합된 액정 화합물을 포함하는 위상 지연층의 광축이 액정층의 평면에 대하여 약 0도 내지 약 25도, 약 0도 내지 약 15도, 약 0도 내지 약 10도, 약 0도 내지 약 5도 또는 약 0도의 경사각을 가지는 경우를 의미할 수 있다.
중합성 액정 화합물은, 예를 들어, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서 A는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO-이고, R1 내지 R10은, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 시아노기, 니트로기, -O-Q-P 또는 하기 화학식 2의 치환기이되, R1 내지 R10 중 적어도 하나는 -O-Q-P 또는 하기 화학식 2의 치환기이거나, R1 내지 R5 중 인접하는 2개의 치환기 또는 R6 내지 R10 중 인접하는 2개의 치환기는 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하고, 상기에서 Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이며, P는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기 등의 중합성 관능기이다:
[화학식 2]
상기 화학식 2에서 B는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO-이고, R11 내지 R15는, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 시아노기, 니트로기 또는 -O-Q-P이되, R11 내지 R15 중 적어도 하나는 -O-Q-P이거나, R11 내지 R15 중 인접하는 2개의 치환기는 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성하고, 상기에서 Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이며, P는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기 등의 중합성 관능기이다.
상기 화학식 1 및 2에서 인접하는 2개의 치환기는 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 형성한다는 것은, 인접하는 2개의 치환기가 서로 연결되어 전체적으로 -O-Q-P로 치환된 나프탈렌 골격을 형성하는 것을 의미할 수 있다.
상기 화학식 2에서 B의 좌측의 "-"은 B가 화학식 1의 벤젠에 직접 연결되어 있음을 의미할 수 있다.
상기 화학식 1 및 2에서 용어 "단일 결합"은 A 또는 B로 표시되는 부분에 별도의 원자가 존재하지 않는 경우를 의미한다. 예를 들어, 화학식 1에서 A가 단일 결합인 경우, A의 양측의 벤젠이 직접 연결되어 비페닐(biphenyl) 구조를 형성할 수 있다.
상기 화학식 1 및 2에서 할로겐으로는, 염소, 브롬 또는 요오드 등이 예시될 수 있다.
본 출원에서 용어 알킬기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기 또는 탄소수 3 내지 20, 탄소수 3 내지 16 또는 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기를 의미할 수 있다. 상기 알킬기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 이해 치환될 수 있다.
본 출원에서 용어 알콕시기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기를 의미할 수 있다. 상기 알콕시기는, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알콕시기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 이해 치환될 수 있다.
또한, 본 출원에서 용어 알킬렌기 또는 알킬리덴기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 4 내지 10 또는 탄소수 6 내지 9의 알킬렌기 또는 알킬리덴기를 의미할 수 있다. 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 이해 치환될 수 있다.
또한, 본 출원에서 알케닐기는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 2 내지 20, 탄소수 2 내지 16, 탄소수 2 내지 12, 탄소수 2 내지 8 또는 탄소수 2 내지 4의 알케닐기를 의미할 수 있다. 상기 알케닐기는, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알케닐기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 이해 치환될 수 있다.
또한, 상기 화학식 1 및 2에서 P는 바람직하게는 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이고, 보다 바람직하게는 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이며, 더욱 바람직하게는 아크릴로일옥시기일 수 있다.
본 출원에서 특정 관능기에 치환되어 있을 수 있는 치환기로는, 알킬기, 알콕시기, 알케닐기, 에폭시기, 옥소기, 옥세타닐기, 티올기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기, 메타크릴로일옥시기 또는 아릴기 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
화학식 1 및 2에서 적어도 하나 이상 존재할 수 있는 -O-Q-P 또는 화학식 2의 잔기는, 예를 들면, R3, R8 또는 R13의 위치에 존재할 수 있다. 또한, 서로 연결되어 -O-Q-P로 치환된 벤젠을 구성하는 치환기는, 예를 들면, R3 및 R4이거나, 또는 R12 및 R13일 수 있다. 또한, 상기 화학식 1의 화합물 또는 화학식 2의 잔기에서 -O-Q-P 또는 화학식 2의 잔기 이외의 치환기 또는 서로 연결되어 벤젠을 형성하고 있는 치환기 외의 치환기는 예를 들면, 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기를 포함하는 알콕시카보닐기, 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기, 시아노기 또는 니트로기일 수 있으며, 다른 예시에서는 염소, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기, 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기, 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기를 포함하는 알콕시카보닐기 또는 시아노기일 수 있다.
위상 지연층의 제 1 및 제 2 영역은 도 2에 나타낸 바와 같이 각각 일 방향과 수직한 방향으로 연장되는 스트라이프 형상을 가지면서 서로 인접하여 교대로 배치될 수 있다. 제 1 및 제 2 영역이 스트라이프 형상으로 교대로 형성되는 경우, 상기 영역의 피치, 즉 하나의 제 1 영역의 선폭 및 상기와 인접하는 제 1 영역간의 간격의 합(도 2의 P); 및 인접하는 제 1 영역의 간격(도 2 의 V)은 제한되지 않고, 광분할 소자가 적용되는 입체 영상 표시 장치에 따라서 결정될 수 있다.
또는 위상 지연층의 제 1 및 제 2 영역은, 도 3에 나타낸 바와 같이 격자 형상으로 인접하여 서로 교대로 배치될 수 있다. 이 경우에도, 각 영역의 피치 및 간격은 특별히 제한되지 않고, 광분할 소자가 적용되는 용도에 따라서 결정될 수 있다. 상기에서 피치 및 간격은 격자 무늬로 배열되는 제 1 영역 및 제 2 영역에서 세로 또는 가로 방향의 피치 및 간격을 의미할 수 있다.
이하, 패턴 편광층을 보다 구체적으로 설명한다. 패턴 편광층은 전술한 바와 같이 상기 일 방향을 따라서 교대로 배치되어 있고, 서로 상이한 방향으로 형성된 광 투과축을 가지는 제 1 및 제 2 편광 영역을 포함할 수 있다. 본 출원에서 용어 「편광층」은 예를 들어, 일 방향으로 형성된 투과축을 가지면서 입사 광에 대하여 비등방성 투과 특성을 나타내는 기능성 층을 의미할 수 있다. 예를 들어, 편광층은 여러 방향으로 진동하는 입사 광으로부터 어느 한쪽 방향으로 진동하는 광은 투과하고, 나머지 방향으로 진동하는 광은 흡수하는 기능을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 편광자는 입사하는 광을 직교하는 2개의 편광 성분으로 분리하여, 일방의 편광 성분은 투과시키고, 타방의 편광 성분을 흡수하여 차단시킬 수 있는 기능을 가지는 소자를 의미할 수 있다. 본 출원에서 용어「패턴 편광층」은, 예를 들어, 상기 비등방성 투과 특성이 패턴화되어 있는 기능성 소자를 의미할 수 있다.
패턴 편광층은 예를 들어, 편광 물질의 코팅층일 수 있다. 따라서 광분할 소자는, 롤투롤 공정으로, 간단하고 연속적으로 제조될 수 있을 뿐만 아니라, 구조 단순화를 통한 소자의 박형화가 가능하다. 상기 편광 물질은, 예를 들어, 중합성 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함할 수 있다. 이러한 편광자는, 소위 게스트-호스트형 편광 소자로 불리며, 예를 들어,광축 방향, 중합성 액정 화합물의 배열에 따라 이색성 염료가 함께 배열되어 염료의 정렬 방향과 평행한 광은 흡수하고 수직한 광은 투과시킴으로써 비등방성 광흡수 효과를 나타낼 수 있다. 패턴 편광층의 중합성 액정 화합물로는 예를 들어, 위상지연층의 항목에서 기술한 중합성 액정 화합물을 사용할 수 있다.
이색성 염료로는, 예를 들어, 소위 게스트호스트형 편광 소자를 형성할 수 있는 것으로 알려진 것, 예를 들어, 중합성 액정 화합물의 배향에 따라 배열될 수 있는 특성을 가지는 것으로 알려진 공지의 염료을 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 이색성 염료로는, 예를 들어, 아조 염료 또는 안트라퀴논 염료 등의 공지된 염료를 사용할 수 있고, 구체적으로, 아조 염료 F355(등록 상표), F357(등록 상표) 또는 F593(등록 상표)(Nippon Kankoh Shikiso kenkyusho Ltd) 등이나, 상기와 대등한 효과를 나타내는 것으로 공지되어 있는 종류의 염료 등이 사용될 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 이색성 염료의 이색비(dichroic ratio)는 목적하는 물성을 손상시키지 않는 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다. 본 출원에서 이색비는 이색성 염료의 장축 방향에 평행한 편광의 흡수를 상기 장축 방향에 수직하는 방향에 평행한 편광의 흡수로 나눈 값을 의미할 수 있다. 이색성 염료는, 예를 들어, 5 이상, 6 이상 또는 7 이상의 이색비를 가질 수 있다. 이색성 염료는, 예를 들어, 가시광 영역의 파장 범위 내, 예를 들면, 약 380 nm 내지 700 nm 또는 약 400 nm 내지 700 nm의 파장 범위 내에서 적어도 일부의 파장 또는 어느 한 파장에서 상기 이색비를 만족할 수 있다. 상기 이색비의 상한은, 예를 들면 20 이하, 18 이하, 16 이하 또는 14 이하 정도일 수 있다.
패턴 편광층의 제 1 편광 영역은 예를 들어, 일 방향과 수직한 방향에서 관찰할 때에 위상지연층의 제 1 또는 제 2 영역과 겹쳐지도록 배치되어 있을 수 있고, 제 2 편광 영역은 예를 들어, 상기 수직한 방향에서 관찰할 때에 위상지연층의 제 1 및 제 2 영역의 경계와 겹쳐지도록 배치되어 있을 수 있다.
패턴 편광층의 제 1 편광 영역의 광 투과축과 제 2 편광 영역의 광 투과축이 이루는 각도는 예를 들어, 70도 내지 110도, 80도 내지 100도, 85 내지 95도 일 수 있다. 제 1 및 제 2 편광 영역의 투과축이 상기 각도를 이루는 경우 광분할 소자는 우수한 광 투과 조절 기능을 가질 수 있다.
패턴 편광층의 제 1 편광 영역의 광 투과축은 예를 들어, 상기 위상지연층의 제 1 영역의 지상축과 제 2 영역의 지상축이 이루는 각도를 이등분하는 선과 서로 직교하거나 또는 평행할 수 있다. 광분할 소자가 상기 배치를 만족하는 경우 위상 지연층의 제 1 영역과 제 2 영역의 경계부에서 우수한 광 차단 기능을 나타낼 수 있다. 패턴 편광층의 제 2 편광 영역의 일 방향으로 측정된 길이는 예를 들어, 제 1 편광 영역의 상기 일 방향으로 측정된 길이와 같거나 또는 그 보다 작을 수 있다.
예시적인 광분할 소자는 하기 수식 1 또는 수식 2를 만족할 수 있다. 광분할 소자가 하기 수식 1 및 수식 2를 만족하는 경우 위상 지연층의 제 1 영역과 제 2 영역의 경계부에서 우수한 광 투과 조절 기능을 가질 수 있다.
[수식 1]
A + B/3 ≤ L ≤ A + 2B/3
상기 수식 1에서 A는 제 1 편광 영역 중에서 제 1 영역과 겹쳐지는 제 1 편광 영역의 일 방향으로 측정된 길이이고, B는 제 2 편광 영역의 상기 일 방향으로 측정된 길이이며, L은 제 1 영역의 상기 일 방향으로 측정된 길이이다.
[수식 2]
C + B/3 ≤ R ≤ C + 2B/3
상기 수식 2에서 C는 제 1 편광 영역 중에서 제 2 영역과 겹쳐지는 제 2 편광 영역의 일 방향으로 측정된 길이이고, B는 제 2 편광 영역의 상기 일 방향으로 측정된 길이이며, R은 제 2 영역의 상기 일 방향으로 측정된 길이이다.
광분할 소자는 기재층을 추가로 포함할 수 있고, 위상 지연층과 패턴 편광층이 상기 기재층 상에 순차 형성되어 있을 수 있다. 이 경우에 상기 광분할 소자는 또한 배향막을 추가로 포함할 수 있고, 상기 배향막은 기재층과 위상 지연층 사이 또는 위상 지연층과 패턴 편광층의 사이에 형성되어 있을 수 있다. 도 4는 기재(401), 배향막(402a), 위상지연층(101), 배향막(402b) 및 패턴 편광층을 순차로 포함하는 광분할 소자를 예시적으로 나타낸다.
광분할 소자는 또한 기재층을 추가로 포함하되, 상기 기재층의 일면에는 위상 지연층이 형성되어 있고, 상기 기재층의 다른 면에는 편광층이 형성되어 있을 수 있다. 이 경우에 광분할 소자는 또한 배향막을 추가로 포함할 수 있고, 상기 배향막은 위상 지연층과 기재층 사이 또는 기재층과 패턴 편광층의 사이에 형성되어 있을 수 있다. 도 5는 위상지연층(101), 배향막(402a), 기재층(401), 배향막(402b) 및 패턴 편광층(102)를 순차로 포함하는 광분할 소자를 예시적으로 나타낸다.
플라스틱 기판으로는, TAC(triacetyl cellulose); 노르보르넨 유도체 등의 COP(cyclo olefin copolymer); PMMA(poly(methyl methacrylate); PC(polycarbonate); PE(polyethylene); PP(polypropylene); PVA(polyvinyl alcohol); DAC(diacetyl cellulose); Pac(Polyacrylate); PES(poly ether sulfone); PEEK(polyetheretherketon); PPS(polyphenylsulfone), PEI(polyetherimide); PEN(polyethylenemaphthatlate); PET(polyethyleneterephtalate); PI(polyimide); PSF(polysulfone); PAR(polyarylate) 또는 비정질 불소 수지 등을 포함하는 기판을 사용할 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 기재층에는, 필요에 따라서 금, 은, 이산화 규소 또는 일산화 규소 등의 규소 화합물의 코팅층이나, 반사 방지층 등의 코팅층이 존재할 수도 있다
배향막으로는 인접하는 편광층 내의 중합성 액정 화합물의 배향을 적절하게 조절할 수 있는 것이라면 어떠한 종류도 사용될 수 있고, 예를 들면, 러빙 배향막과 같이 접촉식 배향막이거나 또는 광배향막 화합물을 포함하여, 예를 들면, 직선 편광의 조사 등과 같은 비접촉식 방식에 의해 배향 특성을 나타낼 수 있는 것으로 공지된 배향막을 사용할 수 있다.
배향막으로는, 예를 들어, 광배향성 화합물을 포함하는 광배향막을 사용할 수 있다. 본 출원에서 용어 광배향성 화합물은, 광의 조사를 통하여 소정 방향으로 정렬(orientationally ordered)되고, 상기 정렬 상태에서 인접하는 액정 화합물 등을 역시 소정 방향으로 배향시킬 수 있는 화합물을 의미할 수 있다. 배향성 화합물은, 단분자 화합물, 단량체성 화합물, 올리고머성 화합물 또는 고분자성 화합물일 수 있다.
광배향성 화합물은, 광감응성 잔기(photosensitive moiety)를 포함하는 화합물일 수 있다. 액정 화합물의 배향에 사용될 수 있는 광배향성 화합물은 다양하게 공지되어 있다. 광배향성 화합물로는, 예를 들면, 트랜스-시스 광이성화(trans-cis photoisomerization)에 의해 정렬되는 화합물; 사슬 절단(chain scission) 또는 광산화(photo-oxidation) 등과 같은 광분해(photo-destruction)에 의해 정렬되는 화합물; [2+2] 첨가 환화([2+2] cycloaddition), [4+4] 첨가 환화 또는 광이량화(photodimerization) 등과 같은 광가교 또는 광중합에 의해 정렬되는 화합물; 광 프리즈 재배열(photo-Fries rearrangement)에 의해 정렬되는 화합물 또는 개환/폐환(ring opening/closure) 반응에 의해 정렬되는 화합물 등을 사용할 수 있다. 트랜스-시스 광이성화에 의해 정렬되는 화합물로는, 예를 들면, 술포화 디아조 염료(sulfonated diazo dye) 또는 아조고분자(azo polymer) 등의 아조 화합물이나 스틸벤 화합물(stilbenes) 등이 예시될 수 있고, 광분해에 의해 정렬되는 화합물로는, 시클로부탄 테트라카복실산 이무수물(cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride), 방향족 폴리실란 또는 폴리에스테르, 폴리스티렌 또는 폴리이미드 등이 예시될 수 있다. 또한, 광가교 또는 광중합에 의해 정렬되는 화합물로는, 신나메이트(cinnamate) 화합물, 쿠마린(coumarin) 화합물, 신남아미드(cinnamamide) 화합물, 테트라히드로프탈이미드(tetrahydrophthalimide) 화합물, 말레이미드(maleimide) 화합물, 벤조페논 화합물 또는 디페닐아세틸렌(diphenylacetylene) 화합물이나 광감응성 잔기로서 찰코닐(chalconyl) 잔기를 가지는 화합물(이하, 찰콘 화합물) 또는 안트라세닐(anthracenyl) 잔기를 가지는 화합물(이하, 안트라세닐 화합물) 등이 예시될 수 있고, 광 프리즈 재배열에 의해 정렬되는 화합물로는 벤조에이트(benzoate) 화합물, 벤조아미드(benzoamide) 화합물, 메타아크릴아미도아릴 (메타)아크릴레이트(methacrylamidoaryl methacrylate) 화합물 등의 방향족 화합물이 예시될 수 있으며, 개환/폐환 반응에 의해 정렬하는 화합물로는 스피로피란 화합물 등과 같이 [4+2] π 전자 시스템([4+2] π electronic system)의 개환/폐환 반응에 의해 정렬하는 화합물 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
광배향성 화합물은, 단분자 화합물, 단량체성 화합물, 올리고머성 화합물 또는 고분자성 화합물이거나, 상기 광배향성 화합물과 고분자의 블랜드(blend) 형태일 수 있다. 상기에서 올리고머성 또는 고분자성 화합물은, 상기 기술한 광배향성 화합물로부터 유도된 잔기 또는 상기 기술한 광감응성 잔기를 주쇄 내 또는 측쇄에 가질 수 있다.
광배향성 화합물로부터 유도된 잔기 또는 광감응성 잔기를 가지거나, 상기 광배향성 화합물과 혼합될 수 있는 고분자로는, 폴리노르보넨, 폴리올레핀, 폴리아릴레이트, 폴라아크릴레이트, 폴리(메타)아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리암산(poly(amic acid)), 폴리말레인이미드, 폴리아크릴아미드, 폴리메타크릴아미드, 폴리비닐에테르, 폴리비닐에스테르, 폴리스티렌, 폴리실록산, 폴리아크릴니트릴 또는 폴리메타크릴니트릴 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
배향성 화합물에 포함될 수 있는 고분자로는, 대표적으로는 폴리노르보넨 신나메이트, 폴리노르보넨 알콕시 신나메이트, 폴리노르보넨 알릴로일옥시 신나메이트, 폴리노르보넨 불소화 신나메이트, 폴리노르보넨 염소화 신나메이트 또는 폴리노르보넨 디신나메이트 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
배향성 화합물이 고분자성 화합물인 경우에 상기 화합물은, 예를 들면 약 10,000 g/mol 내지 500,000 g/mol 정도의 수평균분자량을 가질 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
배향막 또는 배향막을 형성하는 전구 물질은 상기 광배향성 화합물에 추가로 광개시제를 포함할 수 있다. 광개시제로는, 예를 들면, 광의 조상 의하여 자유 라디칼 반응을 유도할 수 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 이러한 광개시제로는, 알파 히드록시 케톤 화합물, 알파 아미노 케톤 화합물, 페닐 글리옥실레이트 화합물 또는 옥심 에스테르 화합물 등이 예시될 수 있고, 예를 들면, 옥심 에스테르 화합물이 사용될 수 있다. 전구 물질 내에서 광개시제의 비율은 특별히 제한되지 않고, 적절한 반응을 유도할 수 있는 정도로 포함되면 된다.
광배향막의 배향은 서로 다른 방향으로 배향된 제 1 및 제 2 배향 영역을 포함하도록 수행될 수 있으며, 상기 배향과정은 직선 편광된 광의 조사를 통해 수행될 수 있다. 상기 직선 편광된 광의 조사는, 예를 들어 와이어 그리드 편광자를 통하여 수행될 수 있다. 상기 배향 과정에서 광배향막의 적어도 일부 영역은 서로 상이한 방향으로 편광된 직선 편광에 동시에 또는 순차로 노출될 수 있다. 또한, 직선 편광된 광을 1회 이상 조사하는 경우, 배향막의 배향은 최종적으로 조사되는 광의 편광 방향에 의해 결정될 수 있다.
위상 지연층 또는 패턴 편광층은 예를 들면, 서로 다른 배향 방향을 가지는 제 1 및 제 2 배향 영역이 패턴화되어 있는 패턴 광배향막 상에 중합성 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물 또는 중합성 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함하는 편광 물질을 코팅한 후 상기 중합성 액정 화합물을 중합시키는 것에 의하여 제조될 수 있다.
패턴 광배향막은 예를 들어, 기재층 상에 광배향막 조성물을 도포한 후, 직선 편광된 자외선을 조사하여 1차 배향을 실시하고, 마스크를 이용하여 상기 1차로 조사된 자외선 편광과 다른 방향의 직선 편광된 자외선을 일부 영역에만 조사함으로써 2차 배향시켜 제조할 수 있다. 이 경우에 제 1 배향 방향을 가지는 제 1 배향 영역과 상기 제 1 배향 방향과는 상이한 제 2 배향 방향을 가지는 제 2 배향 영역을 포함하는 배향 방향이 서로 다른 2종류 이상의 배향 영역을 가지는 패턴 광배향막을 제조할 수 있다.
패턴 광배향막 상에 액정 조성물 또는 편광 물질을 코팅하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 롤 코팅, 인쇄법, 잉크젯 코팅, 슬릿 노즐법, 바 코팅, 콤마 코팅, 스핀 코팅 또는 그라비어 코팅 등과 같은 공지의 코팅 방식을 통한 코팅에 의해 수행될 수 있다.
중합성 액정 화합물의 중합 방법은, 특별히 제한되지 않고, 공지의 액정 화합물 중합 방법에 의하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 중합 반응이 개시될 수 있도록 적정 온도를 유지하는 방식이나 적절한 활성 에너지선을 조사하는 방식에 의하여 수행될 수 있다. 적정 온도에서의 유지 및 활성 에너지선의 조사가 동시에 요구되는 경우, 상기 공정은 순차적 또는 동시에 진행될 수 있다. 상기에서 활성 에너지선의 조사는, 예를 들면, 고압수은 램프, 무전극 램프 또는 크세논 램프(xenon lamp) 등을 사용하여 수행할 수 있으며, 조사되는 활성 에너지선의 파장, 광도 또는 광량 등의 조건은 상기 중합성 액정 화합물의 중합이 적절히 이루어질 수 있는 범위에서 선택될 수 있다.
광분할 소자는 또한 패턴 편광층의 하부에 존재하는 하부 편광자를 추가로 포함할 수 있다. 도 6은 하부 편광자(601), 패턴 편광층(102), 배향막(402b), 위상지연층(101), 배향막(402a) 및 기재층(401)이 순차 배치되어 있는 광분할 소자를 예시적으로 나타내며 도 7은 하부 편광자(601), 패턴 편광판(102), 배향막(402a), 기재층(401), 배향막(402a) 및 위상지연층(101)이 순차 배치되어 있는 광분할 소자를 예시적으로 나타낸다.
하부 편광자로는, 이 분야에서 공지되어 있는 통상적인 흡수형 편광자를 사용할 수 있다. 예를 들어, 하부 편광자는 이색성 물질을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 제 1 편광자로는, 요오드 화합물 또는 이색성 염료 등의 이색성 물질로 염색된 고분자 연신 필름, 예를 들어, 폴리비닐알코올 필름 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
하부 편광자의 광 투과축은 예를 들어, 패턴 편광자의 제 1 편광 영역의 광 투과축과 서로 평행한 방향으로 형성되어 있을 수 있다. 이 경우에 하부 편광자를 통과한 편광은 투과축이 평행한 제 1 편광 영역은 그대로 투과할 수 있고, 투과축이 평행하지 않은 제 2 편광 영역은 투과 정도가 조절됨으로써, 광 투과 조절 기능을 가질 수 있다.
본 출원은 또한 입체영상장치에 관한 것이다. 예시적인 입체영상표시장치는 상기 광분할 소자를 포함할 수 있다. 입체영상표시 장치는 예를 들어, 우안용 신호와 좌안용 신호를 생성할 수 있는 우안용 및 좌안용 신호 생성 영역을 포함하는 표시 패널 및 상기 표시 패널의 상부에 배치된 광분할 소자를 포함할 수 있다.
예시적인 입체영상표시장치(이하, 간략히 표시 장치라 호칭될 수 있다)는 도 8에 나타낸 바와 같이, 광원(801), 표시 패널(802) 및 광분할 소자(1)를 포함할 수 있다. 표시 장치가 편광 안경 타입이면, 관찰자는 편광 안경을 착용하고, 표시 장치에서 출력되는 입체 영상을 관찰할 수 있다.
표시 장치에서 광원은, 예를 들어, 구동 상태에서 비편광 상태의 광을 표시 패널을 향해서 출사할 수 있다. 본 출원에서 「표시 장치의 구동 상태」는, 상기 표시 장치가 동작하고 있는 상태로서, 영상, 예를 들면, 입체 영상을 표시하고 있는 상태를 의미할 수 있다. 광원으로는, 예를 들면, LCD(Liquid Crystal Display) 등의 표시 장치에서 광원으로서 통상 사용되는 직하형(direct type) 또는 에지형(edge type)의 백라이트 유닛(BLU; Back Light Unit)이 사용될 수 있다. 광원으로는 상기 외에도 다양한 종류의 장치가 사용될 수 있다.
표시 패널(802)의 양측에는 예를 들어, 편광판(803A, 803B)이 배치될 수 있다. 이하, 구분을 위하여 표시 패널과 광원 사이에 배치된 편광판을 제 1 편광판(803A)으로 호칭하고 표시 패널과 광분할 소자 사이에 배치된 편광판을 제 2 편광판(803B)으로 호칭할 수 있다. 제 1 및 제 2 편광판은 예를 들어, 각각 서로 직교하는 광 투과축과 광 흡수축을 가질 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 편광판의 투과축은 서로 상이한 방향, 예를 들면, 서로 직교하는 방향으로 표시 장치 내에 배치되어 있을 수 있다. 예를 들어, 광원(801)으로부터 출사된 광이 제 1 편광판(803A)에 입사하면, 상기 제 1 편광판의 투과축과 평행한 편광 방향을 가지는 광이 표시 패널(802)로 전달될 수 있다.
표시 패널은 또한, 2장의 기판(804A, 804B)의 사이에 존재하는 액정층을 포함하는 액정 패널일 수 있다. 액정 패널은, 예를 들면, 광원 측으로부터 순차로 배치된 제 1 기판, 화소 전극, 제 1 배향막, 액정층, 제 2 배향막, 공통 전극 및 제 2 기판을 포함할 수 있다. 제 1 기판에는, 예를 들면, 투명 화소 전극에 전기적으로 접속된 구동 소자로서 TFT(Thin Film Transistor)와 배선 등을 포함하는 액티브형 구동 회로가 형성되어 있을 수 있다. 화소 전극은, 예를 들면 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물을 포함하는 것으로, 화소별 전극으로 기능할 수 있다. 또한, 제 1 또는 제 2 배향막은, 예를 들면, 액정층의 액정을 배향시키는 역할을 할 수 있다. 액정층은, 예를 들면, VA(Vertical Alignment), TN(Twisted Nematic), STN(Super Twisted Nematic) 또는 IPS(In FLane Switching) 모드의 액정을 포함할 수 있다. 액정층은, 구동 회로로부터 인가되는 전압에 의해서, 광원으로부터의 광을 화소별로 투과 또는 차단하는 기능을 가질 수 있다. 공통 전극은, 예를 들면 공통의 대향 전극으로 기능할 수 있다.
표시 패널에는 또한 구동 상태에서 우안용 신호(이하, 「R 신호」라 한다)를 생성할 수 있는 우안용 신호 생성 영역(이하, 「UR 영역」이라 한다,)과 좌안용 신호(이하, 「L 신호」라 한다)를 생성할 수 있는 좌안용 신호 생성 영역(이하, 「UL 영역」이라 한다,)으로서, 각각 하나 이상의 화소(pixel)를 포함하는 UR 및 UL 영역(803R, 803L)이 형성되어 있을 수 있다. UR 및 UL 영역은 예를 들어, 액정 패널에서 제 1 및 제 2 배향막의 사이에 밀봉된 액정을 포함하는 하나 이상의 단위 화소에 의하여 형성되어 있을 수 있다. UR 및 UL 영역은 행 및/또는 열 방향으로 배치되어 있을 수 있다. UR 및 UL 영역은, 예를 들면, 각각 공통된 방향으로 연장되는 스트라이프상을 가지면서 서로 인접하여 교대로 배치될 수 있다. 다른 예시에서 UR 및 UL 영역은 격자 패턴으로 서로 인접하여 교대로 배치되어 있을 수 있다.
표시 패널은 또한 UR 및 UL 영역에 인접하는 광투과량 조절 영역(이하, 「TC1 영역」)(802B)을 추가로 포함할 수 있다. 다만, 상기 UR 및 UL 영역에 인접하는 TC1 영역은 임의적 구성일 수 있다. 본 출원에서 용어 「TC1 영역」은 입사되는 광을 차단하거나, 또는 입사되는 광의 일부를 흡수하고, 다른 일부만을 투과시킬 수 있도록 형성된 영역을 의미할 수 있다. TC1 영역은, 예를 들면, 입사되는 광의 투과율, 즉 광투과율이 0% 내지 20%, 0% 내지 15%, 0% 내지 10% 또는 0% 내지 5%인 영역을 의미할 수 있다.
상기에서, TC1 영역이 UR 및 UL 영역에 인접한다는 것은, 시야각 범위 내에 속하는 적어도 어느 하나의 각도에서 영상을 관찰할 때에 UR 및/또는 UL 영역에서 생성된 R 신호 및/또는 L 신호가 광분할 소자로 전달되는 과정에서 R 및/또는 L 신호의 적어도 일부가 TC1 영역으로 입사하여, TC 영역으로 입사한 신호가 TC1 영역에 의해 차단되거나 또는 TC1 영역으로 입사한 신호의 일부만이 TC1 영역을 투과하여 광분할 소자로 전달될 수 있도록 하는 위치에 TC1 영역이 존재하는 것을 의미할 수 있다.
UR 및 UL 영역에 인접하여 존재하는 TC 영역은, UR 및 UL 영역의 사이에 위치할 수 있다. TC 영역이 UR 및 UL 영역의 사이에 존재하는 태양의 예로는, 동일 평면상에서 UR, TC 및 UL 영역이 순차로 위치하는 경우, 또는, UR 및 UL 영역이 위치하는 평면의 전면 또는 후면에 TC 영역이 위치하는 경우 등이 예시될 수 있다. UR 및 UL 영역이 위치하는 평면의 전면 또는 후면에 TC 영역이 위치하는 경우에는, TC 영역은, 상기 장치를 정면에서 관찰할 때에, 상기 UR 및/또는 UL 영역의 적어도 일부와 겹쳐진 상태로 존재할 수 있다.
TC1 영역은, 예를 들면, 블랙 매트릭스일 수 있다. 예를 들어, 표시 패널이 액정 패널인 경우, TC 영역은, 전술한 바와 같이 액정 패널에 포함될 수 있는 제 2 기판에 통상적으로 존재하는 컬러 필터에 포함되는 블랙 매트릭스일 수 있다. 하나의 예시에서 TC 영역은, 크롬(Cr), 크롬과 크롬 산화물의 이층막(Cr/CrOx 이층막), 카본 블랙(carbon black), 카본 안료 등과 같은 안료(pigment)를 포함하는 수지층 또는 그래파이트(Graphite)를 포함하여 형성되는 영역일 수 있다. 상기 소재를 사용하여 TC 영역을 형성하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, TC 영역은, 블랙 매트릭스를 형성하는 통상적인 방식인 포토리소그라피(photolithography)나 리프트 오프(lift off) 방식 등으로 형성할 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 상기 TC1 영역은 전술한 패턴 편광층과 하부 편광자의 조합에 의하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 하부 편광자의 광 투과축과 평행하지 않은 방향으로 형성된 투과축을 가지는 패턴 편광층의 제 2 편광 영역이 상기 TC1 영역으로 작용할 수도 있다.
표시 장치에 포함되는 광분할 소자에 대해서는 상기 광분할 소자의 항목에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 상기 광분할 소자는 패턴 편광층이 상기 제 2 편광판(803B)에 인접하도록 배치될 수 있다. 이 경우에 상기 제 2 편광판(803B)은 상기 광분할 소자의 항목에서 전술한 하부 편광판(601)과 동일한 소자를 의미할 수 있다.
표시 장치에서 제 1 편광판(803A)을 통하여 선편광된 광이 표시 패널의 UR 영역(802R)을 투과하면 R 신호가 되며, 상기 선편광된 광이 표시 패널의 UL 영역(802L)을 투과하면 L 신호가 될 수 있다. 제 2 편광판은 표시 패널로부터 R 및 L 신호가 입사되면, 제 2 편광판의 투과축과 평행하게 선편광된 광만을 투과시킬 수 있다. 이어서, 광분할 소자의 위상 지연층은 예를 들어, 제 2 편광판(804B)을 거친 R 신호가 입사되는 RG 영역 및 제 2 편광판(804B)을 거친 L 신호가 입사되는 LG 영역을 포함할 수 있다. 상기 RG 영역 및 LG 영역은, 각각 R 및 L 신호의 편광 상태를 조절할 수 있는 영역일 수 있다. 이러한 RG 영역 및 LG 영역은 예를 들어, 상기 광분할 소자에서 전술한 제 1 및 제 2 영역에 대응할 수 있다.
RG 및 LG 영역은 예를 들어, R 및 L 신호가 서로 회전 방향이 역방향인 원편광 또는 타원 편광된 광을 가진 채로 입체 영상 표시 장치로부터 출사되도록 하는 역할을 할 수 있다. 즉, 광분할 소자의 RG 및 LG 영역에 각각 입사한 R 및 L 신호는 서로 편광 상태가 상이하게 변환되어 출사되고, 관찰자는 편광 안경을 착용하고 상기 신호를 관찰함으로써 입체 영상을 인지할 수 있다.
패턴 편광층(102)은 제 2 편광판(803B)와 인접하게 배치될 수 있고, 제 2 편광판의 광 투과축과 평행한 투과축을 가지는 제 1 편광 영역은 위상 지연층의 RG 영역 또는 LG 영역과 겹치도록 배치되어 있고, 제 2 편광판의 광 투과축과 수직한 투과축을 가지는 제 2 편광 영역은, 위상 지연층의 RG 영역과 LG 영역의 경계와 겹쳐지도록 배치될 수 있다. 이 경우에 상기 제 2 편광 영역은 광 분할 소자에서 광 투과량 조절 영역(이하, TC2 영역)으로 기능할 수 있다.
상기 TC1 영역과 UR 및 RL 영역의 관계와 마찬가지로 제 2 편광 영역(TC2 영역)도 RG 및 LG 영역에 인접하여 존재할 수 있다. 제 2 편광 영역(TC2 영역)도 RG 및 LG 영역에 인접한다는 것은, 시야각 범위 내에 속하는 적어도 어느 하나의 각도에서 영상을 관찰할 때에 표시 패널에서 전달되는 R 신호 및/또는 L 신호가 RG 및/또는 LG 영역으로 입사되기 전, RG 및/또는 LG 영역을 투과하는 과정, 또는 RG 및/또는 LG 영역을 투과한 후에 R 및/또는 L 신호의 일부가 제 2 편광 영역으로 입사하는 것에 의해, 제 2 편광 영역으로 입사한 신호가 제 2 편광 영역에 의해 차단되거나 또는 제 2 편광 영역으로 입사한 신호의 일부만이 제 2 편광 영역을 투과할 수 있도록 하는 위치에 제 2 편광 영역이 존재하는 것을 의미할 수 있다.
예시적인 광분할 소자는 위상 지연층에 의하여 입사 광을 편광 특성이 상이한 2종 이상의 광으로 분할할 수 있을 뿐만 아니라 안료 등을 포함하는 블랙 매트릭스를 별도로 형성하지 않고도 코팅형 패턴 편광층에 의하여 상기 위상 지연층의 광 분할 영역의 경계에서 광 투과량을 조절할 수 있으므로, 입체 영상 표시 장치의 광학 필터로 적용되는 경우 입체 영상을 휘도의 손실이 없이 넓은 시야각에서 표시할 수 있다. 전술한 내용 이외에 상기와 같은 입체영상표시장치를 구성하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 상기 광분할 소자가 사용되는 한 통상적인 방식이 적용될 수 있다.
예시적인 광분할 소자는 입사 광을 편광 특성이 상이한 2종 이상의 광으로 분할할 수 있을 뿐만 아니라 상기 광 분할 영역의 경계에서 광 투과량을 조절할 수 있다. 이러한 광분할 소자는 예를 들어, 입체 영상 표시 장치의 광학 필터로 적용되어 입체 영상을 휘도의 손실이 없이 넓은 시야각에서 표시할 수 있다.
도 1은 광분할 소자를 예시적으로 나타낸다.
도 2 내지 3은 위상 지연층을 예시적으로 나타낸다.
도 4 내지 7은 광분할 소자를 예시적으로 나타낸다.
도 8은 입체영상표시장치를 예시적으로 나타낸다.
도 9 및 도 10은 각각 실시예 1 및 비교예 1의 광분할 소자의 휘도 얼룩 평가 결과 이미지를 나타낸다.
도 2 내지 3은 위상 지연층을 예시적으로 나타낸다.
도 4 내지 7은 광분할 소자를 예시적으로 나타낸다.
도 8은 입체영상표시장치를 예시적으로 나타낸다.
도 9 및 도 10은 각각 실시예 1 및 비교예 1의 광분할 소자의 휘도 얼룩 평가 결과 이미지를 나타낸다.
이하 본 출원에 따르는 실시에 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 출원을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 출원의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예
1
하기 롤 방향과 평행한 흡수축을 가지는 편광자(요오드계 PVA 연신 필름, 단체 투과율: 42%, 직교 투과율: 0.01%), 상기 제 1 편광자의 흡수축과 평행한 방향으로 형성된 광축을 가지며, 폭이 445㎛인 제 1 영역과 상기 제 1 편광자의 흡수축과 수직한 방향으로 형성된 광축을 가지며 폭이 100 ㎛인 제 2 영역이 스트라이프 형상으로 교대로 형성되어 있는 코팅형 패턴 편광자(단체 투과율: 70%, 직교 투과율: 10%), TAC 기재 및 각각 상기 제 1 편광자의 흡수축과 45도 및 135도의 광축을 가지며, 폭이 545 ㎛인 R 영역 및 L 영역이 상기 패턴 편광자의 제 2 영역의 중심선을 경계로 스트라이프 형상으로 교대로 형성되어 있는 위상 지연층을 롤 코팅에 의하여 순차로 적층하여 실시예 1의 광분할 소자를 제조하였다.
상기에서 단체 투과율은 편광자 또는 코팅형 패턴 편광자 하나로부터 측정된 투과율을 의미하고, 직교 투과율은 편광자 2개의 흡수축을 서로 직교하도록 배치하고, 코팅형 패턴 편광자 2개의 광축을 서로 직교하도록 배치한 후 측정된 투과율을 의미하며, 상기 투과율은 스펙트럼 측정 장비인 N&K 또는 JASCO 장치를 통하여 측정된 값이다.
상기 광분할 소자는 구체적으로 하기 방법에 의하여 제조하였다. 먼저, TAC 기재의 양면에 신나메이트계 광배향성 화합물을 톨루엔 용매에 고형분 농도가 2 wt%가 되도록 용해시켜 제조한 광배향막 형성용 조성물을 건조 후의 두께가 약 1,000 Å이 되도록 코팅하고, 80℃의 오븐에서 2 분 동안 건조시켰다.
이어서, 상기 건조된 조성물의 상부에 폭이 100 ㎛이고 간격이 445㎛인 스트라이프 형상의 광투과부 및 광차단부가 상하 및 좌우로 교대로 형성되어 있는 패턴 마스크를 위치시키고, 또한 상기 패턴 마스크의 상부에는 각각 서로 다른 편광(롤 방향에 직교하는 편광 및 롤 방향에 평행하는 편광)을 투과시키는 두개의 영역이 형성된 편광판을 위치시켰다. 그 후, 상기 광배향막이 형성되어 있는 기재를 약 3 m/min의 속도로 이동시키면서, 상기 편광판 및 패턴 마스크를 매개로 광배향막 형성용 조성물에 자외선(300 mW/cm2)을 약 30초 동안 조사하여 배향 처리를 수행하였다. 이어서, 배향 처리된 배향층 상에 이색성 염료(G241, 나가세社) 염료와 중합성 액정 화합물(LC242, BASF社)을 1: 20 중량부로 포함하는 편광 조성물을 약 1㎛ 의 건조 두께가 되도록 도포하고, 하부의 배향층에 배향에 따라 배향시킨 후에, 자외선(300mW/cm2)을 약 10초 동안 조사하여 액정을 가교 및 중합시켜, 상기 코팅형 패턴 편광자를 형성하였다.
다음으로, 상기 TAC 기재에 상기 코팅형 패턴 편광자가 형성되지 않은 다른 면에 존재하는 건조된 광배향성 조성물의 상부에 각각 폭이 545 ㎛인 스트라이프 형상의 광투과부 및 광차단부가 상하 및 좌우로 위치시키고, 또한 상기 패턴 마스크의 상부에는 각각 서로 다른 편광(롤 방향에 45도를 이루는 편광 및 135도를 이루는 편광)을 투과시키는 두개의 영역이 형성된 편광판을 위치시킨 것을 제외하고는 상기와 동일한 방법을 수행하여 배향층을 형성한 후에, 상기 배향층 상에 1/4 파장판을 형성할 수 있는 수평 배향 가능한 액정 화합물을 포함하는 액정 조성물을 약 1㎛ 의 건조 두께가 되도록 도포하고, 하부의 배향층에 배향에 따라 배향시킨 후에, 자외선(300mW/cm2)을 약 10초 동안 조사하여 액정을 가교 및 중합시켜, 위상 지연층을 제조하였다.
실시예 1의 광분할 소자는 상기 코팅형 패턴 편광자의 제 1 영역에서 55.6%의 투과율을 나타내면서 투과부 영역을 형성할 수 있고, 상기 제 2 영역에서는 3.2%의 투과율(코팅 두께 편차 5%에 기인하여 투과율 편차는 최대 3.7% 내지 최소 2.7%를 나타낼 수 있음)을 나타내면서 차단 영역을 형성할 수 있다. 이로부터, 실시예 1의 광분할 소자는 위상 지연층의 R 영역과 L 영역의 경계에 BS(Black Stripe) 영역이 형성될 수 있음을 알 수 있다.
또한, 실시예 1의 차단 영역(BS 영역)은 설계값 100㎛ 대비 ±1㎛ 오차 범위 내로 형성 가능하며, 상기 오차 범위에 따른 위치 정밀도를 고려하면 광분할 소자의 L 영역 및 R 영역의 경계에 균일한 BS 영역을 형성할 수 있으므로, 상하 방향의 유효 시야각 증가는 약 22도(상방향 약 10도 및 하방향 약 10도)이고, 또한 실시예 1의 경우 도 9에 나타낸 바와 같이 위치 불균일로 인한 얼룩이 발생하지 않아 위치별 휘도 편차도 발생하지 않는다.
상기에서 시야각은 입체 영상 표시 장치의 영상 생성 영역에서 생성된 L 신호가 광분할 소자의 L 영역을 투과하고, 또한 R 영역은 투과하지 않으면서 관찰자에게 전달될 수 있는 각도의 범위 또는 입체 영상 표시 장치의 영상 생성 영역에서 생성된 R 신호가 광분할 소자의 R 영역을 투과하고, 또한 L 영역은 투과하지 않으면서 관찰자에게 전달될 수 있는 각도의 범위를 의미할 수 있고, 경사각 80도까지 색도 및 휘도 측정이 가능한 공지의 휘도 측정 장치에 의하여 측정될 수 있다.
비교예
1
실시예 1과 마찬가지로 일 방향으로 형성된 흡수축을 가지는 편광자 상에 L 영역과 R 영역이 형성된 위상 지연층을 적층하되, 실시예 1과 같이 패턴 편광자를 형성하는 것 대신에, 상기 위상 지연층의 L 영역과 R 영역의 경계 면에 카본 블랙을 이용한 Black 잉크(BK4670, Assault 社) 및 광개시제(Irg 819, Ciba 社)를 혼합한 용액을 폭 100㎛ 및 주기 554㎛의 스트라이프 형상으로 잉크 젯팅하여 도포한 후 UV 경화하여 Black Stripe를 형성함으로써, 비교예 1의 광분할 소자를 제조하였다.
비교예 1의 경우 BS 영역의 위치 정밀도가 약 ±20㎛ 이내(설계값 100㎛ 대비)이므로, 상하 방향의 불균일이 발생할 수 있으며, 상기 위치 정밀도를 고려하면 상하 방향의 유효 시야각 증가는 약 8도 정도이고, 또한 도 10에 나타낸 바와 같이 위치 불균일로 인한 얼룩이 발생하여 위치별 휘도 편차가 증가하는 경향이 있다.
101: 위상 지연층
1011, 1012: 제 1 및 제 2 영역
102: 패턴 편광층
1021, 1022: 제 1 및 제 2 편광 영역
401: 기재층
402a, 402b: 제 1 및 제 2 배향막
601: 하부 편광판
801: 광원
802: 표시 패널
802R, 802L: UR 및 UL 영역
802B: TC1 영역
803A, 803B: 제 1 및 제 2 편광판
804A, 804B: 제 1 및 제 2 기판
1011, 1012: 제 1 및 제 2 영역
102: 패턴 편광층
1021, 1022: 제 1 및 제 2 편광 영역
401: 기재층
402a, 402b: 제 1 및 제 2 배향막
601: 하부 편광판
801: 광원
802: 표시 패널
802R, 802L: UR 및 UL 영역
802B: TC1 영역
803A, 803B: 제 1 및 제 2 편광판
804A, 804B: 제 1 및 제 2 기판
Claims (21)
- 일 방향을 따라서 서로 교대로 배치되어 있고, 서로 위상 지연 특성이 상이한 제 1 영역 및 제 2 영역을 포함하는 위상 지연층; 상기 위상 지연층의 하부에 형성되어 있으며, 상기 일 방향을 따라서 교대로 배치되어 있고, 서로 상이한 방향으로 형성된 광 투과축을 가지는 제 1 및 제 2 편광 영역을 포함하는 패턴 편광층을 포함하는 광분할 소자.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 영역 및 제 2 영역은 1/4파장 위상 지연 특성을 가지는 광분할 소자.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 영역의 지상축과 제 2 영역의 지상축은 서로 상이한 방향으로 형성되어 있는 광분할 소자.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 영역 및 제 2 영역은 수평 배향된 중합성 액정 화합물을 포함하는 액정층인 광분할 소자.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 영역 및 제 2 영역은 각각 일 방향과 수직한 방향으로 연장되는 스트라이프 형상을 가지면서 서로 인접하여 교대로 배치되어 있는 광분할 소자.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 영역 및 제 2 영역은 격자 형상으로 인접하여 서로 교대로 배치되어 있는 광분할 소자.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 편광 영역은 일 방향과 수직한 방향에서 관찰할 때에 제 1 또는 제 2 영역과 겹쳐지도록 배치되어 있고, 제 2 편광 영역은 상기 수직한 방향에서 관찰할 때에 제 1 및 제 2 영역의 경계와 겹쳐지도록 배치되어 있는 광분할 소자.
- 제 1 항에 있어서, 패턴 편광층은 편광 물질의 코팅층인 광분할 소자.
- 제 8 항에 있어서, 편광 물질은 중합성 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함하는 광분할 소자.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 편광 영역의 광 투과축과 제 2 편광 영역의 광 투과축이 이루는 각도는 70도 내지 110도인 광분할 소자.
- 제 1 항에 있어서, 제 1 영역의 지상축과 제 2 영역의 지상축이 이루는 각도를 이등분하는 선과 제 1 편광 영역의 광 투과축은 직교하거나 또는 평행한 광분할 소자.
- 제 1 항에 있어서, 제 2 편광 영역의 일 방향으로 측정된 길이는, 제 1 편광 영역의 상기 일 방향으로 측정된 길이와 같거나 또는 그 보다 작은 광분할 소자.
- 제 1 항에 있어서, 하기 수식 1을 만족하는 광분할 소자:
[수식 1]
A + B/3 ≤ L ≤ A + 2B/3
상기 수식 1에서 A는 제 1 편광 영역 중에서 제 1 영역과 겹쳐지는 제 1 편광 영역의 일 방향으로 측정된 길이이고, B는 제 2 편광 영역의 상기 일 방향으로 측정된 길이이며, L은 제 1 영역의 상기 일 방향으로 측정된 길이이다. - 제 2 항에 있어서, 하기 수식 2를 만족하는 광분할 소자:
[수식 2]
C + B/3 ≤ R ≤ C + 2B/3
상기 수식 2에서 C는 제 1 편광 영역 중에서 제 2 영역과 겹쳐지는 제 2 편광 영역의 일 방향으로 측정된 길이이고, B는 제 2 편광 영역의 상기 일 방향으로 측정된 길이이며, R은 제 2 영역의 상기 일 방향으로 측정된 길이이다. - 제 1 항에 있어서, 기재층을 추가로 포함하고, 위상 지연층과 패턴 편광층이 상기 기재층 상에 순차 형성되어 있는 광분할 소자.
- 제 15 항에 있어서, 기재층과 위상 지연층 사이 및 위상 지연층과 패턴 편광층의 사이에 배향막을 추가로 포함하는 광분할 소자.
- 제 1 항에 있어서, 기재층을 추가로 포함하고, 상기 기재층의 일면에는 위상 지연층이 형성되어 있고, 상기 기재층의 다른 면에는 패턴 편광층이 형성되어 있는 광분할 소자.
- 제 17 항에 있어서, 기재층과 위상 지연층의 사이 및 기재층과 패턴 편광층의 사이에 배향막을 추가로 포함하는 광분할 소자.
- 제 1 항에 있어서, 패턴 편광층의 하부에 존재하는 하부 편광자를 추가로 포함하는 광분할 소자.
- 제 19 항에 있어서, 하부 편광자의 광 투과축과 제 1 편광 영역의 광 투과축은 평행한 방향으로 형성되어 있는 광분할 소자.
- 우안용 신호와 좌안용 신호를 생성할 수 있는 우안용 및 좌안용 신호 생성 영역을 포함하는 표시 패널 및 상기 표시 패널의 상부에 배치된 제 1 항의 광분할 소자를 포함하는 입체 영상 표시 장치.
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