KR101892054B1 - 편광 광학 부재 - Google Patents

Abstract

편광 광학 부재가 제공된다. 편광 광학 부재는 협대역 반사편광부, 및 협대역 반사편광부 상에 적층된 광대역 반사편광부를 포함하되, 협대역 반사편광부의 반사편광 파장대역은 광대역 반사편광부의 반사편광 파장대역보다 작으며, 광대역 반사편광부는 편광도가 97% 이하인 저편광 구간을 포함하고, 협대역 반사편광부의 반사파장 중심파장은 광대역 반사편광부의 저편광 구간의 최저 편광 파장보다 10nm 내지 30nm 짧다.

Description

편광 광학 부재{Polarizing optical member}

본 발명은 편광 광학 부재에 관한 것이다.

최근 디스플레이는 다양한 광제어 수단을 구비하고 있다. 편광된 빛이 정밀한 광제어에 유리하기 때문에, 많은 디스플레이 장치에서 편광 시트를 채용한다.

예를 들어, 액정표시장치는 각 화소별 투과율을 조절하기 위해 액정 패널의 양면에 편광판을 부착한다. 유기 발광 표시 장치의 경우에도 외광 반사를 감소시키기 위한 목적으로 편광판이 적용되고 있다.

현재의 대부분의 편광 시트는 연신 방식을 이용하여 제조되고 있다. 즉, PVA 필름에 요오드를 흡착시킨 후 3배 내지 6배로 연신시켜 요오드를 일정한 방향으로 배향하거나, PVA 필름을 연신한 후 요오드를 흡착시키거나, PVA 필름 연신과 요오드 흡착을 동시에 수행한다.

그러나, 흡수형 편광 시트는 그 자체로 고가일 뿐만 아니라, 투과율이 50%에 지나지 않아 휘도 효율이 낮다. 휘도를 개선하기 위한 용도로 반사형 편광 시트가 알려져 있지만, 반사형 편광 시트는 편광도가 우수하지 않아 흡수형 편광 시트의 대체품으로 사용되기에는 부족한 면이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 휘도 효율이 우수하면서도 편광도가 개선된 편광 광학 부재를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 광학 부재는 협대역 반사편광부, 및 상기 협대역 반사편광부 상에 적층된 광대역 반사편광부를 포함하되, 상기 협대역 반사편광부의 반사편광 파장대역은 상기 광대역 반사편광부의 반사편광 파장대역보다 작으며, 상기 광대역 반사편광부는 편광도가 97% 이하인 저편광 구간을 포함하고, 상기 협대역 반사편광부의 반사파장 중심파장은 상기 광대역 반사편광부의 상기 저편광 구간의 최저 편광 파장보다 10nm 내지 30nm 짧다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 편광 광학 부재는 협대역 반사편광부, 상기 협대역 반사편광부 상에 배치된 위상차층, 및 상기 위상차층 상에 적층된 광대역 반사편광부를 포함하되, 상기 협대역 반사편광부의 반사편광 파장대역은 상기 광대역 반사편광부의 반사편광 파장대역보다 작다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 편광 광학 부재에 의하면, 반사 편광 특성을 가져 휘도가 증가할 뿐만 아니라, 우수한 편광도를 가져 흡수형 편광판을 대체할 수 있다. 따라서, 휘도가 개선되며 제조 원가를 낮출 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략도이다.
도 2는 광대역 반사편광부와 흡수형 편광 필름의 파장별 편광도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 광학 부재의 단면도이다.
도 4는 콜레스테릭 액정층의 광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 편광 광학 부재의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 편광 광학 부재의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 편광 광학 부재의 단면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"는 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어인 "~시트", "~필름", "~판" 등은 서로 동일한 의미로 혼용될 수 있다. 또한, 본 명세서의 용어인 광학 부재는 광학 시트, 광학 필름, 광학판, 광학 필름 패키지 등을 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치(50)는 액정 표시 패널(20), 액정 표시 패널(20) 상부에 배치된 편광 필름(30), 및 액정 표시 패널(20)의 하부에 배치된 편광 광학 부재(10)를 포함한다. 편광 광학 부재(10)의 하부에는 광원부가 배치될 수 있다.

편광 광학 부재(10)와 액정 표시 패널(20) 사이에는 다른 편광 부재, 예를 들어 흡수형 편광판이 개재되지 않을 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 편광 광학 부재(10)는 액정 표시 패널(20)의 하부에 부착되는 하부 편광 필름을 대체할 수 있다. 아울러, 편광 광학 부재(10)가 배치됨에 따라 액정 표시 패널(20) 내부에 편광 광학 부재(10)와 실질적으로 동일한 기능을 하는 하부 와이어 그리드 편광자도 불필요하다.

액정 표시 패널(20)은 전극을 이용하여 액정 분자 배향을 제어한다. 액정 표시 패널(20)은 광 입사면과 표시면을 포함한다.

편광 필름(30)은 액정 표시 패널(20)의 표시면 측에 부착된다. 편광 필름(30)은 예컨대 흡수형 편광판일 수 있다. 도면으로 도시하지는 않았지만, 편광 필름(30) 대신에 액정 표시 패널(30) 내부에 와이어 그리드 편광자가 배치될 수도 있다.

편광 광학 부재(10)는 액정 표시 패널(20)의 광 입사면 측에 배치된다. 편광 광학 부재(10)은 액정 표시 패널(20)의 광 입사면에 부착될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 편광 광학 부재(10)는 액정 표시 패널(20)로 특정 편광만이 입사되도록 한다. 편광 광학 부재(10)는 특정 편광을 흡수하는 편광 필름(30)과는 달리 반사 편광 기능을 가질 수 있다.

편광 광학 부재(10)는 특정 편광의 빛은 통과시키고 다른 특정 편광의 빛은 반사시키기 때문에, 편광 광학 부재(10)에 입사되는 빛이 무편광 빛이더라도 편광 광학 부재(10)는 특정 편광을 갖는 빛을 출사할 수 있다. 편광 광학 부재(10)에 의해 출사된 특정 편광을 갖는 빛은 액정 표시 패널(20) 측으로 입사되고, 액정층에 의해 위상이 바뀐 다음 편광 필름(30)에 의해 투과율이 조절될 수 있다.

한편, 편광 광학 부재(10)에 의해 반사된 빛은 편광 광학 부재(10)의 출사 방향의 반대 방향으로 진행된다. 반사된 빛은 광원부의 광 리사이클 구조물에 의해 굴절, 반사되면서 다시 상측으로 재진입할 수 있다. 리사이클 과정에서 빛은 위상이 달라지면서 반사되었을 때의 편광을 유지하지 않고, 다양한 편광이 혼재되는 무편광 상태로 변환될 수 있다. 따라서, 편광 광학 부재(10)로 재진입한 빛은 다시 그 편광 상태에 따라 투과 또는 반사된다. 이러한 리사이클 과정은 반복될 수 있다. 리사이클 과정을 거치면서, 특정 편광을 갖는 빛이 편광 광학 부재(10)를 통해 출사되는 양이 증폭되어, 전반적인 휘도 효율을 증가시킬 수 있다.

편광 광학 부재(10)는 협대역 반사편광부(11), 및 협대역 반사편광부(11) 상에(예컨대 상부에) 적층된 광대역 반사편광부(13)를 포함한다. 협대역 반사편광부(11)와 광대역 반사편광부(13)는 각각 적어도 일부 파장 대역의 빛을 반사 편광한다.

예시적인 실시예에서, 협대역 반사편광부(11)와 광대역 반사편광부(13)는 반사편광하는 편광의 종류가 상이할 수 있다. 예를 들어, 광대역 반사편광부(13)는 선편광을 반사편광하는 선편광형 반사편광부로서, 반사편광 파장대역의 p파와 s파 중 어느 하나는 투과시키고 다른 하나는 반사시킬 수 있다. 반면, 협대역 반사편광부(11)는 원편광을 반사편광하는 원편광형 반사편광부로서, 반사편광 파장대역의 좌원 편광과 우원 편광 중 어느 하나는 투과시키고 다른 하나는 반사시킬 수 있다.

또한, 협대역 반사편광부(11)와 광대역 반사편광부(13)는 반사편광하는 편광의 종류 뿐만 아니라 그 파장 대역이 상이할 수 있다.

예를 들어, 광대역 반사편광부(13)는 대부분의 가시광 파장 대역의 빛에 대해 반사 편광 기능을 갖는다. 일예로, 광대역 반사편광부(13)는 380nm 내지 780nm에 이르는 전체 가시광 파장 대역의 빛을 반사 편광할 수 있다.

반면, 협대역 반사편광부(11)는 광대역 반사편광부(13)의 경우보다 좁은 특정 파장 대역에 대해서만 반사 편광 기능을 갖는다. 협대역 반사편광부(11)는 반사 편광 기능을 갖는 파장 대역 이외의 빛에 대해서는 대부분 그대로 투과시킨다. 협대역 반사편광부(11)의 반사 편광 파장 대역 이외의 파장의 빛에 대한 투과율은 80% 이상일 수 있고, 바람직하게는 90% 이상일 수 있다. 협대역 반사편광부(11)가 반사 편광 기능을 하는 빛의 파장 범위는 광대역 반사편광부(13)가 반사 편광을 하는 빛의 파장 범위 내에 포함될 수 있다. 협대역 반사편광부(11)의 반사편광 파장 대역은 광대역 반사편광부(13)에서 편광도가 낮은 파장 대역과 적어도 부분적으로 겹칠 수 있다. 그에 따라 광대역 반사편광부(13)의 편광도를 개선할 수 있다.

도 2는 광대역 반사편광부와 흡수형 편광 필름의 파장별 편광도를 나타낸 그래프이다.

도 2를 참조하면, 흡수형 편광 필름은 가시광선 전 파장대에 걸쳐서 거의 100%의 편광도를 나타낸다. 이것은 편광 필름을 통과한 거의 100%의 빛이 편광 필름의 편광축(투과축)에 평행한 편광을 가짐을 의미한다.

반면, 광대역 반사편광부의 경우 일부의 파장 대역에서는 100%에 가까운 편광도를 나타내지만, 620nm 부근과 같은 일부의 파장 대역에서는 97% 이하의 편광도를 나타낸다. 본 명세서에서, 편광도가 97% 이하인 구간을 저편광 구간이라 지칭한다. 이처럼, 편광도가 낮아지면 편광축에 평행하지 않은 편광이 투과할 수 있고, 이것이 액정 표시 패널의 표시 품질을 악화시킬 수 있다. 도 2는 특정 광대역 반사편광부에 대한 예시에 불과하며, 광대역 반사편광부의 종류에 따라 저편광 구간이 달라질 수 있음은 물론이다.

이와 같은 광대역 반사편광부의 편광도를 개선하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 광학 부재(10)는 광대역 반사편광부(13)와 중첩하도록 배치된 협대역 반사편광부(11)를 더 포함한다. 광대역 반사편광부(13)의 편광도가 취약한 저편광 구간 부근에 최소 투과율을 갖는 협대역 반사편광부(11)를 구비하면 협대역 반사편광부(11)에 의해 추가적인 반사 편광이 이루어져 해당 부위의 편광도가 개선될 수 있다.

이하, 상술한 편광 광학 부재(10)에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 광학 부재의 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 편광 광학 부재(100)는 협대역 액정필름(110)과 협대역 액정필름(110) 상부에 적층된 광대역 반사편광필름(130)을 포함한다. 협대역 액정필름(110)은 도 1의 협대역 반사편광부(11)에 대응되고, 광대역 반사편광필름(130)은 도 1의 광대역 반사편광부(13)에 대응된다. 도면에서, 편광 광학 부재(100)를 통한 빛의 주된 진행 경로는 하부로부터 상부 방향이다.

협대역 액정필름(110)은 기재(112) 및 기재(112) 상에 형성된 콜레스테릭 액정층(111)을 포함한다. 도 3에서는 콜레스테릭 액정층(111)이 광 경로상 기재(112)의 하부에 배치된 것으로 도시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 콜레스테릭 액정층(111)이 기재(112)의 상부에 배치될 수도 있다.

콜레스테릭 액정층(111)은 특정 파장대의 빛에 대해 좌원 편광과 우원 편광 중 어느 하나를 투과시키고, 다른 하나를 반사시키는 층이다. 콜레스테릭 액정층(111)은 콜레스테릭 액정을 포함한다. 콜레스테릭 액정이 선택적으로 투과/반사시키는 파장 대역은 콜레스테릭 액정의 피치에 의해 조절될 수 있다.

콜레스테릭 액정층(111)이 최소 투과율을 갖는 파장 대역은 광대역 반사편광필름(130)의 저편광 구간에 대응되도록 조절될 수 있다. 다만, 실험적으로 확인된 결과는 광대역 반사편광필름(130)의 최저 편광 파장보다 콜레스테릭 액정층(111)의 최소 투과 중심파장(반사 중심 파장)이 동일한 것보다 콜레스테릭 액정층(111)의 최소 투과 중심파장이 더 짧은 것이 편광도 개선에 효과적이라는 것이다. 대략 광대역 반사편광필름(130)의 최저 편광 파장보다 콜레스테릭 액정층(111)의 최소 투과 중심파장이 10nm 내지 30nm, 바람직하게는 20nm 짧은 경우가 편광도 개선 효과가 크다.

예를 들어, 광대역 반사편광필름(130)의 저편광 구간이 620nm 부근으로서, 최저 편광 파장이 620nm인 경우 콜레스테릭 액정층(111)은 약 590nm 내지 610nm의 파장 대역에서 최소 투과 중심파장을 갖는 피치의 콜레스테릭 액정을 포함할 수 있다.

도 4는 콜레스테릭 액정층의 광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 도 4를 참조하면, 콜레스테릭 액정층(111)의 광 스펙트럼은 약 600nm 부근의 파장 대역에서 1개의 골을 갖는다. 상기 골의 저점은 약 600nm에 위치하고, 광투과율이 40 내지 60%의 범위에 있을 수 있으며, 바람직하게는 50%에 인접한 범위에 있을 수 있다. 상기 골 외측의 파장 대역은 광투과율이 80%이상이고, 바람직하게는 90%이상 일 수 있다.

콜레스테릭 액정층(111)의 반사편광 대역이 너무 넓으면 이중 반사편광에 따라 편광도가 과도하게 저하될 수 있으므로, 콜레스테릭 액정층(111)의 반사편광 대역은 좁은 것이 바람직하다. 즉, 콜레스테릭 액정층(111)이 반사편광을 할 경우 반사된 빛도 리사이클되어 다시 재진입할 수는 있지만, 전부 투과된 것에 비해서는 그 양이 줄어들게 된다. 따라서, 광대역 반사편광층(131)에 의해 편광이 잘 이루어지는 구간은 반사편광 없이 투과만 이루어지는 것이 휘도 개선에 유리하다.

콜레스테릭 액정층(111)의 반사편광 대역의 폭은 반치폭과 관련된다. 반치폭은 아래로 볼록한 그래프에서, 최대값과 최소값의 중간을 지나는 직선과 교차하는 2개의 X좌표간 거리로 정의된다. 따라서, 광 스펙트럼의 반치폭은 광 스펙트럼 상 최대 투과율과 최소 투과율의 중간값인 중간 투과율에 해당하는 2개의 파장 간 폭으로 정의될 수 있다. 상기 반치폭에 해당하는 파장의 양단이 실효적인 반사편광 파장대역으로 정의될 수 있다. 즉, 실효적인 반사편광 파장대역은 투과율의 최대값과 최소값의 중간값보다 작거나 같은 구간일 수 있다. 상술한 협소한 반사편광 대역을 갖기 위한 콜레스테릭 액정층(111)의 광 스펙트럼의 반치폭은 60nm 이하, 바람직하게는 30nm 이하, 더욱 바람직하게는 20nm 이하일 수 있다.

예를 들어, 콜레스테릭 액정층(111)이 600nm에서 최소 투과율을 갖고, 60nm의 반치폭을 갖는다면, 570nm 내지 630nm의 파장 대역에서 유효한 반사 편광 기능을 나타낸다. 그에 따라, 570nm 내지 630nm 범위의 파장 범위는 콜레스테릭 액정층(111) 및 후술하는 광대역 반사편광층(131)에 의해 2회에 걸쳐 편광이 이루어지므로, 편광도가 개선될 수 있다.

구체적으로 설명하면, 콜레스테릭 액정층(111)은 반사 파장 대역의 빛에 대해서는 특정 원편광만을 투과시킨다. 반면, 반사 파장 대역 이외의 빛은 좌원편광인지 우원편광인지 여부와 무관하게 투과시킨다. 따라서, 반사 파장 대역의 빛은 예컨대 좌원편광만 출사하지만, 그 이외의 파장 대역의 빛은 좌원편광 뿐만 아니라 우원편광의 빛을 모두 포함하게 된다. 좌원편광된 빛은 상부의 광대역 반사편광필름(130)의 편광축에 대해 일정한 위상차를 갖는다. 이렇게 되면 편광 광학 부재(100)의 전반적인 편광도가 개선되는 것이 실험적으로 확인되는데, 이것은 상부의 광대역 반사편광필름(130)이 일정한 위상차를 갖는 좌원편광을 받기 때문에, 불규칙한 무편광의 빛을 받을 때보다 편광도가 개선된 것으로 추측된다.

한편, 광대역 반사편광층(131)에 의해 편광이 잘 이루어지는 구간에 해당하는 콜레스테릭 액정층(111)의 반사 파장 대역 이외의 빛은 반사 편광 없이 대부분 그대로 투과하여 광대역 반사편광층(131)에 진입하므로, 이중 반사편광에 의한 휘도 저하를 감소시킬 수 있다.

콜레스테릭 액정층(111)이 협소한 반치폭을 갖기 위해서는 콜레스테릭 액정의 굴절률 이방성이 작은 것이 유리하다. 예를 들어, 굴절률 이방성이 0.16 이하인 콜레스테릭 액정을 사용할 경우, 반치폭을 60nm 이하로 작게 할 수 있고, 상기 액정의 굴절률 이방성이 0.12 이하일 경우에는 반치폭을 30nm 이하로 더욱 작게 할 수 있으며, 상기 액정의 굴절률 이방성이 0.10 이하일 경우에는 반치폭을 20nm 이하로 더욱 작게 할 수 있어 협소한 반사편광 대역을 구현할 수 있다. 콜레스테릭 액정층(111)의 반치폭은 반사편광필름(130)의 저편광 구간의 반치폭보다 작을 수 있다.

협대역 액정필름(110) 상부에는 광대역 반사편광필름(130)이 배치된다. 광대역 반사편광필름(130)은 협대역 액정필름(110)과 근접 배치될 수 있다. 광대역 반사편광필름(130)은 협대역 액정필름(110)과 중첩하도록 위치할 수 있다.

광대역 반사편광필름(130)은 광대역 반사편광층(131)을 포함한다. 광대역 반사편광층(131)은 콜레스테릭 액정층(111)보다 넓은 파장 대역에서 반사 편광 특성을 갖는다.

광대역 반사편광층(131)은 고굴절층과 저굴절층이 연신되어 교대 적층되는 다층형 반사편광층 또는 연신형 반사편광층일 수 있다. 또한, 광대역 반사편광층(131)은 제1 폴리머층 내에 상이한 굴절율의 복수개의 제2 폴리머를 갖는 폴리머 분산형이나, 상기 제2 폴리머 대신에 섬유를 갖는 폴리머형 반사편광층이거나, 복수의 미세나노패턴을 구비하는 와이어그리드형 반사편광층일 수도 있다. 또한, 광대역 반사편광층(131)은 액정형 반사편광층일 수도 있다.

광대역 반사편광층(131)이 고굴절층과 저굴절층이 연신되어 교대 적층되는 다층형 반사편광층인 경우를 예로 하여 설명하면, 광대역 반사편광층(131)은 교대 적층된 복수의 제1 굴절층(131a)과 제2 굴절층(131b)을 포함할 수 있다. 제1 굴절층(131a)은 PEN층이고, 제2 굴절층(131b)은 COPEN층일 수 있다.

제1 굴절층(131a)과 제2 굴절층(131b)은 평면상 제1 방향을 따라서는 굴절률이 상이하고, 평면상 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라서는 굴절률이 동일할 수 있다. 제1 굴절층(131a)과 제2 굴절층(131b)의 제2 방향 굴절률은 실질적으로 동일하므로, 제2 방향으로 진동하는 선편광은 광대역 반사편광부를 투과한다. 반면, 제1 굴절층(131a)과 제2 굴절층(131b)의 제1 방향 굴절률은 서로 상이하기 때문에, 제1 방향으로 진동하는 빛은 제1 굴절층(131a)과 제2 굴절층(131b)의 계면에서 반사될 수 있다.

제1 굴절층(131a)과 제2 굴절층(131b) 계면에서의 반사 효율은 해당 파장 및 제1 굴절층(131a)과 제2 굴절층(131b)의 두께와 상관 관계가 있다. 해당 파장에 대해 최대 반사 효율을 갖는 각층의 두께가 있는데, 파장이 길수록 최대 반사 효율을 나타내는 각층 두께도 증가한다. 따라서, 가시광 전체 파장 범위에서 우수한 반사 효율을 갖기 위하여 광대역 반사편광층(131)은 다양한 두께의 제1 굴절층(131a)과 제2 굴절층(131b)을 구비하게 된다. 예를 들어, 광대역 반사편광층(131)은 블루 파장에 최대 반사 효율을 갖는 제1 두께의 제1 굴절층(131a)과 제2 굴절층(131b)들, 그린 파장에 최대 반사 효율을 갖는 제1 두께보다 큰 제2 두께의 제1 굴절층(131a)과 제2 굴절층(131b)들 및 레드 파장에 최대 반사 효율을 갖는 제2 두께보다 큰 제3 두께의 제1 굴절층(131a)과 제2 굴절층(131b)들을 포함한다.

도면으로 도시하지는 않았지만, 광대역 반사편광층(131)은 교대 적층된 복수의 제1 굴절층(131a)과 제2 굴절층(131b)이 형성되는 기재를 더 포함할 수도 있다.

본 실시예에 따른 편광 광학 부재(100)는 반사 편광 특성을 가져 휘도가 증가할 뿐만 아니라, 우수한 편광도를 가져 흡수형 편광판을 대체할 수 있다. 따라서, 휘도가 개선되며 제조 원가를 낮출 수 있다.

이하, 본 발명의 다양한 실시예들에 대해 설명한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 편광 광학 부재의 단면도이다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 편광 광학 부재(101)는 협대역 액정필름(110)과 광대역 반사편광필름(130) 사이에 위상차층(120)을 더 포함하는 점이 도 3의 실시예와 상이한 점이다.

위상차층(120)은 콜레스테릭 액정층(111)의 상부에 배치되어, 콜레스테릭 액정층(111)을 통해 출사된 빛의 위상을 변경한다. 위상차층(120)의 위상 변경값은 콜레스테릭 액정층(111)에서 선택적으로 투과시킨 원편광을 선편광으로 변환할 수 있는 값인 것이 바람직하다. 예를 들어, 위상차층(120)은 λ/4의 위상 지연값을 가질 수 있다. 위상차층(120)의 위상지연값은 140nm 내지 150nm의 범위일 수 있다. 위상차층(120)의 위상지연값은 하부의 콜레스테릭 액정층(111)의 반사편광 중심파장의 1/4인 것이 바람직하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 위상차층(120)에 의해 변환된 선편광의 편광 방향은 상부의 광대역 반사편광필름(130)의 편광축과 동일할 수 있다.

콜레스테릭 액정층(111)은 반사 파장 대역의 빛에 대해서는 특정 원편광만을 투과시킨다. 반면, 반사 파장 대역 이외의 빛은 원편광 여부와 무관하게 투과시킨다. 따라서, 위상차층(120)을 통과한 빛 중 반사 파장 대역의 빛은 선편광으로 변환되지만, 그 이외의 파장 대역의 빛은 출사되었을 때의 편광 상태가 변환될 뿐이므로, 선편광 뿐만 아니라 원편광이나 타원 편광의 빛을 모두 포함하게 된다. 선편광된 빛을 기준으로 보면, 위상차층(120)을 통과한 빛에는 반사 파장 대역의 선편광된 빛이 다른 파장 대역의 선편광된 빛보다 더 많이 포함된다. 따라서, 상부의 광대역 반사편광필름(130)의 편광축을 반사 파장 대역의 선편광된 빛의 편광 방향과 동일하게 하면, 해당 빛이 상부의 광대역 반사편광필름(130)을 통해 효과적으로 출사될 수 있다. 그 결과, 광대역 반사편광필름(130)의 저편광 구간에 해당하는 파장 대역에서 편광된 빛의 출사량이 더욱 증가할 수 있어, 전반적인 편광도를 개선할 수 있다.

도 3의 실시예에서 위상차층(120)이 없는 경우에도 특정 원편광을 입사받은 광대역 반사편광필름(130)의 경우에도 편광도를 개선하지만, 본 실시예와 같이 위상차층(120)을 적용하면 상부의 광대역 반사편광필름(130)의 편광축과 동일한 선편광을 생성할 수 있으므로, 저편광 구간에서의 평균적인 편광도를 더욱 개선시킬 수 있다.

위상차층(120)은 A-플레이트 액정 또는 C-플레이트 액정으로 형성하거나, 일축 또는 이축 연신된 플라스틱으로 이루어진 위상차 필름의 형태로 제공될 수 있다.

몇몇 실시예에서 위상차층(120)은 협대역 액정필름에 포함되도록 제공될 수도 있다. 예를 들어, 협대역 액정필름은 기재의 일면에 콜레스테릭 액정층(111)을 코팅하고, 기재의 타면에 위상차층(120)을 코팅하는 방식으로 제조될 수 있다. 다른 예로, 협대역 액정필름은 기재의 일면에 콜레스테릭 액정층(111)을 코팅하고, 콜레스테릭 액정층의 일면에 위상차층을 코팅하여 제조될 수도 있다. 이 경우, 기재가 가장 하부에 배치될 것이다. 반대로, 협대역 액정필름은 기재의 일면에 위상차층(120)을 먼저 코팅하고, 위상차층(120)의 일면에 콜레스테릭 액정층(111)을 코팅하여 이루어질 수도 있다. 이 경우, 기재가 가장 상부를 향하도록 배치된다. 상기한 예들에서, 기재, 콜레스테릭 액정층(111), 위상차층(120)의 사이에는 프라이머층과 같은 접합층이 더 개재될 수도 있다.

위상차층(120)이 플라스틱으로 이루어진 위상차 필름으로 제공되는 경우, 위상차층(120) 자체가 협대역 액정필름의 역할을 할 수도 있다. 이 경우, 위상차 필름 상에 콜레스테릭 액정을 코팅하거나, 별도의 콜레스테릭 액정 필름을 형성하고 라미네이션하여 협대역 액정필름을 제조할 수 있다.

그 밖에 콜레스테릭 액정층(111)과 위상차층(120)을 하나의 일체화된 필름으로 형성하기 위한 다양한 방법이 적용될 수 있음은 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 편광 광학 부재의 단면도이다. 도 6의 실시예는 도 3의 실시예에서 협대역 액정필름(110)과 광대역 반사편광필름(130)이 일체화될 수 있음을 예시한다.

더욱 구체적으로 설명하면, 본 실시예에 따른 편광 광학 부재(102)는 협대역 액정필름(110)과 광대역 반사편광필름(130) 사이에 배치된 결합층(150)을 더 포함할 수 있다. 협대역 액정필름(110)과 광대역 반사편광필름(130)은 결합층(150)에 의해 일체화될 수 있다. 결합층(150)은 결합성 물질층, 예컨대, 접착층, 점착층, 또는 수지층으로 이루어질 수 있다. 상기 접착층을 구성하는 물질의 예로는 실리콘계, 우레탄계, 실리콘-우레탄 하이브리드 구조의 SU폴리머, 아크릴계, 이소시아네이트계, 폴리비닐알코올계, 젤라틴계, 비닐계, 라텍스계, 폴리에스테르계, 수계 폴리에스테르계 등으로 분류되는 고분자 물질을 함유하는 고투명 접착제를 들 수 있다. 상기 수지층의 예로는 자외선 경화 수지 또는 열 경화 수지를 포함하는 고분자 수지를 들 수 있다. 구체적으로, 불포화 지방산 에스테르, 방향족 비닐 화합물, 불포화 지방산과 그 유도체, 불포화 이염기산과 그 유도체, 메타크릴로나이트릴과 같은 비닐시아나이드 화합물 등으로 이루어질 수 있다.

본 실시예의 경우, 필름들(110, 130)이 복합화됨으로써 박형화가 이루어지고 조립이 간편해질 뿐만 아니라, 광대역 반사편광필름(130)과 협대역 액정필름(110) 간 간격이 일정하게 유지되기 때문에, 균일한 광학 특성을 나타낼 수 있다.

도면으로 도시하지는 않았지만, 도 5의 실시예의 경우에도 협대역 액정필름과 위상차층 사이 및/또는 위상차층과 광대역 반사편광필름 사이에 결합층이 배치될 수 있음은 물론이다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 편광 광학 부재의 단면도이다.

도 7은 도 3의 실시예에서, 편광 광학 부재(103)의 광대역 반사편광필름(130)과 협대역 액정필름(110)의 적층 순서가 뒤바뀔 수 있음을 예시한다. 도면으로 도시하지는 않았지만, 도 5의 실시예의 경우에도 협대역 액정필름과 광대역 반사편광필름의 적층 구조가 바뀔 수 있다. 다만, 이 경우에도 위상차층은 협대역 반사필름의 상부에 배치되는 것이 바람직하다.

이하, 제조예 및 실험예를 통해 본 발명의 실시예들을 더욱 상세히 설명한다.

<제조예 1-7>

협대역 액정필름(LC)과 광대역 반사편광필름(PEN)을 순차적으로 적층하여 편광 광학 부재를 준비하였다. 광대역 반사편광필름(PEN)은 가시광 파장대인 380nm 내지 780nm 전체에 걸쳐 반사 편광 기능을 갖는 것을 사용하였다. 협대역 액정필름(LC)은 반치폭이 60nm이며 최소 투과율이 각각 410nm(제조예 1), 450nm(제조예 2), 500nm(제조예 3), 550nm(제조예 4), 580nm(제조예 5), 600nm(제조예 6), 650nm(제조예 7)인 것을 사용하였다.

실험예 1.

제조예 1 내지 7에 따른 편광 광학 부재의 상부에 흡수형 편광필름(POL)을 배치하고, Tp값(평행투과율)과 Tc값(직교투과율)을 측정하였다. 또한, 비교예로서, 흡수형 편광필름을 상하부에 배치한 경우(비교예 1), 광대역 반사편광필름 상하부에 배치한 경우(비교예 2) 및 협대역 액정필름 없이 광대역 반사편광필름의 상부에 흡수형 편광필름을 배치한 경우(비교예 3)에 대한 Tp값, Tc값을 측정하였다. 그 결과를 토대로 각각의 Pe값(편광도)을 계산하였다. Tp값, Tc값, Pe값은 400nm 내지 700nm에서 10nm 단위로 측정 및 계산하였고, 이들을 평균하여 하기 표 1과 2에 전체 파장으로 나타내었다. 아울러, 590nm, 600nm, 610nm, 620nm, 630nm에서 각각 측정 및 계산된 Tp값, Tc값, Pe값을 표 1 및 표 2에 함께 나타내었다.

제조예		전체 파장			590nm			600nm
No.	Sheet 구성	T p	Tc	Pe(%)	T p	Tc	Pe(%)	T p	Tc	Pe(%)
비교예 1	POL-POL	38.85	0.01	99.977	39.48	0	100.00	39.6	0.01	99.97
비교예 2	PEN-PEN	39.49	1.51	96.28	39.33	2.7	93.36	38.9	4.72	88.52
비교예 3	POL-PEN	37.63	0.87	97.69	39.49	0.74	98.14	39.76	2.2	94.61
제조예 1	POL-PEN+LC410nm	35.04	0.67	98.09	37.55	2.81	92.78	37.63	3.49	91.12
제조예 2	POL-PEN+LC450nm	34.28	0.64	98.14	37.93	3.46	91.26	37.83	3.17	91.94
제조예 3	POL-PEN+LC500nm	33.68	0.67	98.10	36.93	3.09	91.96	37.54	3.49	91.10
제조예 4	POL-PEN+LC550nm	33.84	0.71	97.98	36.93	3.09	91.96	37.54	3.49	91.10
제조예 5	POL-PEN+LC580nm	34.22	0.69	97.92	35.34	1.28	96.44	36.53	2.56	93.22
제조예 6	POL-PEN+LC600nm	34.10	0.58	98.16	27.87	0.69	97.55	27.8	1.47	94.84
제조예 7	POL-PEN+LC650nm	34.56	0.67	98.12	37.98	3.09	92.17	38.12	3.43	91.37

제조예		610nm			620nm			630nm
No.	Sheet 구성	T p	Tc	Pe(%)	T p	Tc	Pe(%)	T p	Tc	Pe(%)
비교예 1	POL-POL	39.3	0.01	99.97	39.95	0.01	99.970	40.24	0	100.00
비교예 2	PEN-PEN	38.45	5.63	86.29	38.4	2.95	92.59	38.35	0.89	97.71
비교예 3	POL-PEN	39.76	3.35	91.90	9.67	3.71	91.05	39.71	2.91	92.92
제조예 1	POL-PEN+LC410nm	37.86	3.16	91.97	38.04	1.89	95.15	38.31	0.52	98.65
제조예 2	POL-PEN+LC450nm	37.62	2.12	94.51	37.61	0.67	98.23	37.89	0.2	99.47
제조예 3	POL-PEN+LC500nm	37.78	3.07	92.18	37.54	1.72	95.52	37.5	0.45	98.81
제조예 4	POL-PEN+LC550nm	37.78	3.07	92.18	37.54	1.72	95.52	37.5	0.45	98.81
제조예 5	POL-PEN+LC580nm	37.45	3.06	92.14	37.32	2.75	92.88	37.67	1.35	96.48
제조예 6	POL-PEN+LC600nm	28.02	1.91	93.40	29.98	2.41	92.26	34.65	1.41	96.01
제조예 7	POL-PEN+LC650nm	37.15	2.91	92.45	34.98	1.58	95.58	33.05	0.4	98.80

상기 표 1 및 도 2를 참조하면, 협대역 액정필름을 사용한 제조예들이 협대역 액정필름을 사용하지 않은 비교예 2나 3에 비해 더 높은 편광도(Pe)를 나타냈음을 알 수 있다. 또한, 비교예 3에서는 광대역 반사편광필름의 편광도(Pe)가 620nm에서 가장 저조했으나, 제조예 중에서는 그보다 20nm 마이너스 쉬프트된 600nm에서 반사편광 중심파장을 갖는 제조예 6이 상대적으로 가장 높은 편광도(Pe)를 나타내어, 해당 부위의 이중 편광에 의해 편광도를 개선하였음을 알 수 있다.

<제조예 8-14>

협대역 액정필름(LC)과 광대역 반사편광필름(PEN) 사이에 145nm 위상 지연값을 갖는 위상차층(145nm)을 배치한 것을 제외하고는 제조예 1-7과 동일한 방법으로 편광 광학 부재를 준비하였다. 즉, 광대역 반사편광필름(PEN)은 가시광 파장대인 380nm 내지 780nm 전체에 걸쳐 반사 편광 기능을 갖는 것을 사용하였고, 협대역 액정필름(LC)은 반치폭이 60nm이며 최소 투과율이 각각 410nm(제조예 8), 450nm(제조예 9), 500nm(제조예 10), 550nm(제조예 11), 580nm(제조예 12), 600nm(제조예 13), 650nm(제조예 14)인 것을 사용하였다.

실험예 2.

제조예 8 내지 14에 따른 편광 광학 부재의 상부에 흡수형 편광필름(pol)을 배치하고, Tp값(평행투과율)과 Tc값(직교투과율)을 측정하였다. 또한, 비교예 4로서 위상차층(140nm)과 광대역 반사편광필름(PEN)을 적층한 편광 광학 부재를 배치하고, 상부에 흡수형 편광필름(pol)을 배치한 후, Tp값(평행투과율)과 Tc값(직교투과율)을 측정하였다. 측정된 Tp값, Tc값을 이용하여 Pe값(편광도)을 계산하였다. Tp값, Tc값, Pe값은 400nm 내지 700nm에서 10nm 단위로 측정 및 계산하였고, 이들을 평균하여 하기 표 1과 2에 전체 파장으로 나타내었다. 아울러, 590nm, 600nm, 610nm, 620nm, 630nm에서 각각 측정 및 계산된 Tp값, Tc값, Pe값을 표 3 및 표 4에 함께 나타내었다.

제조예		전체 파장			590nm			600nm
No.	Sheet 구성	T p	Tc	Pe(%)	T p	Tc	Pe(%)	T p	Tc	Pe(%)
비교예 4	POL-PEN+145nm	35.76	0.78	97.80	37.59	2.88	92.61	37.73	3.65	90.75
제조예 8	POL-PEN+145nm-LC410nm	35.12	0.61	98.25	37.56	2.98	92.36	37.53	2.96	92.40
제조예 9	POL-PEN+145nm-LC450nm	35.14	0.55	98.40	37.49	2.04	94.70	37.48	2.65	93.16
제조예 10	POL-PEN+145nm-LC500nm	35.36	0.59	98.31	37.42	2.24	94.18	37.66	2.81	92.80
제조예 11	POL-PEN+145nm-LC550nm	35.19	0.55	98.43	37.44	2.86	92.63	37.48	2.41	93.76
제조예 12	POL-PEN+145nm-LC580nm	35.08	0.39	98.84	36.14	1.24	96.63	36.53	1.33	96.42
제조예 13	POL-PEN+145nm-LC600nm	35.30	0.37	98.91	36.49	1.37	96.31	36.26	0.9	97.55
제조예 14	POL-PEN+145nm-LC650nm	35.41	0.57	98.37	37.54	3.03	92.23	37.67	2.5	93.57

제조예		610nm			620nm			630nm
No.	Sheet 구성	T p	Tc	Pe(%)	T p	Tc	Pe(%)	T p	Tc	Pe(%)
비교예 4	POL-PEN+145nm	37.72	3.2	91.85	37.75	2.13	94.51	38.06	0.73	98.10
제조예 8	POL-PEN+145nm-LC410nm	37.6	2.13	94.49	37.62	0.73	98.08	37.78	0.2	99.47
제조예 9	POL-PEN+145nm-LC450nm	37.55	2.78	92.85	37.56	1.33	96.52	37.79	0.28	99.26
제조예 10	POL-PEN+145nm-LC500nm	37.81	2.79	92.87	37.94	1.4	96.38	38.04	0.31	99.19
제조예 11	POL-PEN+145nm-LC550nm	37.52	1.47	96.16	37.46	0.42	98.89	37.71	0.16	99.58
제조예 12	POL-PEN+145nm-LC580nm	37.02	0.96	97.44	37.29	0.31	99.17	37.63	0.13	99.66
제조예 13	POL-PEN+145nm-LC600nm	36.18	0.41	98.87	36.52	0.1	99.73	37.49	0.06	99.84
제조예 14	POL-PEN+145nm-LC650nm	37.81	1.5	96.11	37.66	0.42	98.89	37.54	0.15	99.60

상기 표 3 및 표 4를 참조하면, 위상차층과 협대역 액정필름을 사용한 제조예들이 위상차층을 적용하였다고 하더라도 협대역 액정필름을 사용하지 않은 비교예 4에 비해 더 높은 편광도(Pe)를 나타냈음을 알 수 있다. 아울러, 상기 표 1, 2와 상기 표 3, 4를 함께 참조하면, 동일하게 협대역 액정필름을 사용하였더라도 위상차층을 적용한 제조예 8-14가 위상차층을 적용하지 않은 제조예 1-7에 비하여 Tp값이 개선됨에 따라 전반적인 편광도(Pe)가 개선되었음을 확인할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 편광 광학 부재
110: 협대역 액정필름
120: 위상차층
130: 광대역 반사편광필름

Claims (9)

1. 협대역 반사편광부; 및
   상기 협대역 반사편광부 상에 적층된 광대역 반사편광부를 포함하되,
   상기 협대역 반사편광부의 반사편광 파장대역은 상기 광대역 반사편광부의 반사편광 파장대역보다 작으며,
   상기 광대역 반사편광부는 편광도가 97% 이하인 저편광 구간을 포함하고,
   상기 협대역 반사편광부의 반사파장 중심파장은 상기 광대역 반사편광부의 상기 저편광 구간의 최저 편광 파장보다 10nm 내지 30nm 짧고,
   상기 협대역 반사편광부는 원편광을 반사편광하고,
   상기 광대역 반사편광부는 선편광을 반사편광하는 편광 광학 부재.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 협대역 반사편광부의 반사편광 파장대역은 상기 광대역 반사편광부의 반사편광 파장대역 내에 포함되는 편광 광학 부재.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 협대역 반사편광부의 반사편광 파장대역은 상기 저편광 구간과 적어도 부분적으로 겹치는 편광 광학 부재.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 협대역 반사편광부의 반사편광 중심 파장은 590nm 내지 610nm의 범위에 있는 편광 광학 부재.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 협대역 반사편광부의 반사편광 반치폭은 60nm 이하인 편광 광학 부재.
6. 삭제
7. 제1 항에 있어서,
   상기 협대역 반사편광부 상에 배치된 위상차층을 더 포함하는 편광 광학 부재.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 협대역 반사편광부는 콜레스테릭 액정층을 포함하고,
   상기 위상차층은 상기 콜레스테릭 액정층을 통과한 원편광을 선편광으로 변환하되,
   상기 변환된 선편광의 방향은 상기 광대역 반사편광부의 편광축과 동일한 편광 광학 부재.
9. 제7 항에 있어서,
   상기 협대역 반사편광부는 콜레스테릭 액정층을 포함하고,
   상기 위상차층의 위상지연값은 상기 콜레스테릭 액정층의 반사편광 중심파장의 1/4인 편광 광학 부재.

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