KR102440932B1 - 화상 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양자점을 포함하는 파장 변환층(22b)과, 파장 변환층(22b)에 대해 관찰자측에 형성되며 양자점의 발광에 이용되는 여기광을 발광시키는 광원의 피크 파장을 반사 파장 영역으로 포함하는 광반사층(16)을 구비하는 화상 표시 장치에 관한 것이다.

Description

화상 표시 장치
본 발명은 예를 들면, 양자점을 포함하는 파장 변환층을 이용한 액정 표시 장치(이하, 「LCD」라고도 함) 및 유기 EL 디스플레이(이하, OLED라고도 함)와 같은 화상 표시 장치에 관한 것이다.
LCD 및 OLED 등의 화상 표시 장치는 저 소비전력 및 공간 절약을 특징으로 하며, TV, PC, 스마트폰, 차 내비게이션 등 해마다 그 용도가 확대되고 있다. 이러한 화상 표시 장치의 대부분은 주로 컬러 필터를 사용하여 색상을 표시한다.
근래 들어 이들 화상 표시 장치에 대해, 색 재현성을 향상시킬 것이 요구되고 있으며 그 수단으로서 양자점(Quantum Dot: QD라고도 함)을 이용하는 기술이 주목을 받고 있다(예를 들면, 특허문헌 1). 양자점은 입경에 따라 발광색을 달리하는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 백라이트로부터 양자점을 포함하는 부재에 여기광이 입사되면, 양자점이 여기되어 형광을 발광한다. 이 때, 화상 표시 장치는, 다른 발광 특성을 갖는 양자점을 이용하여 청색, 녹색, 적색과 같이 발광 파장대역이 좁은 광을 발광시켜 백색광을 만들어 낼 수 있다. 양자점에 의한 발광은, 발광 파장대역이 좁기 때문에 파장을 적절히 선택함으로써 얻어진 백색광을 고휘도로 만들어, 색 재현성이 뛰어나게 할 수 있다.
특허문헌 2에는 양자점을 포함하는 시트를 이용한 백라이트 및 LCD가 개시되어 있다. 특허문헌 2에서는 광원으로서 청색 LED를 이용했는데, 청색 LED에 의해 여기되어 녹색 및 적색으로 각각 발광하는 양자점을 포함하는 시트가 도광판 상에 배치되어 있다.
또 특허문헌 3에는 컬러 필터와, 양자점을 갖는 파장 변환층을 조합한 색층을 갖는 표시 장치가 개시되어 있다. 양자점에서 발광하는 광은 산란광이므로 양자점이 편광판 사이에 배치되면, 광이 새어 흑색을 표시할 때의 콘트라스트가 저하된다. 따라서, 특허문헌 3에서는 인셀 편광자(in-cell polarizer)를 액정층측에 배치하고, 컬러 필터 및 파장 변환층을 인셀 편광자보다 바깥쪽(관찰자측)에 배치했다.
특허문헌 1: 미국특허 제 2012/0113672호 명세서 특허문헌 2: 일본특허공개 2017-16925호 공보 특허문헌 3: 일본특허공개 2016-70949호 공보
　특허문헌 3에 나타낸 것과 같은 표시 장치를 예를 들어, 액정 표시 장치로 이용하는 경우, 백라이트의 광을 편광으로 하여, 액정 셀 내부의 액정 분자의 배향 제어 및 인셀 편광자에 의한 광의 투과, 흡수 제어를 통해, 발광시키는 화소와 발광시키지 않는 화소를 선택하는 화상 표시가 가능해진다. 그러나, 이러한 양자점을 이용하는 컬러 필터는, 발광에 필요한 파장을 포함하는 외광(예를 들면, 태양광)에 의해서도 동시에 발광하게 된다. 예를 들어, 태양광이 입사되는 실내 등에서 특허문헌 3에 나타낸 것과 같은 화상 표시 장치를 관찰하면, 흑색을 표시할 때에도 태양광에 의해 컬러 필터가 발광하므로 흑색 휘도가 향상된다. 그 결과 콘트라스트가 저하되어 표시되는 화상의 시인성이 크게 낮아진다. 또한, 태양광뿐만 아니라 실내의 조명이더라도 백라이트의 광원(예를 들어, 청색 LED의 경우, 발광 시의 피크 파장: 450nm)과 동일한 파장의 광이 컬러 필터에 입사되면, 화상 표시의 상태에 관계없이 컬러 필터가 발광하여 화상의 시인성을 크게 해치게 된다.
따라서, 본 발명은 외광이 있는 환경에서도 시인성이 뛰어난 표시 화상을 실현할 수 있는 양자점을 이용한 화상 표시 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토하였다. 그 결과 화상 표시 장치의 관찰자측(외광이 입사되는 쪽)에, 양자점의 발광에 이용되는 여기광을 발광시키는 광원의 피크 파장을 포함하는 광반사층을 배치함으로써, 양자점을 포함하는 파장 변환층으로 외광이 입사되는 것을 줄일 수 있어, 표시 화상의 시인성을 향상시킬 수 있다는 것을 새로이 발견했다.
본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.
[1] 양자점을 포함하는 파장 변환층과,
　상기 파장 변환층에 대해 관찰자측에 설치되며, 상기 양자점의 발광에 이용되는 여기광을 발광시키는 광원의 피크 파장을 반사 파장 영역으로 포함하는 광반사층을 구비하는 화상 표시 장치.
[2] 액정 표시 장치 또는 유기 EL 디스플레이인, 상기 [1]에 기재된 화상 표시 장치.
[3] 나아가 상기 파장 변환층에 대해 관찰자측에 편광판이 배치되는, 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 화상 표시 장치.
[4] 상기 파장 변환층은, 상기 여기광에 의해 여기되어 녹색광을 발광하는 제 1 양자점과, 상기 여기광에 의해 여기되어 적색광을 발광하는 제 2 양자점을 포함하는, 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 화상 표시 장치.
[5] 상기 광원의 피크 파장은 350nm 이상 650nm 이하인, 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 화상 표시 장치.
[6] 상기 광반사층의 중심 반사 파장은 350nm 이상 750nm 이하인, 상기 [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 화상 표시 장치.
[7] 상기 광반사층의 중심 반사 파장과 상기 광원의 피크 파장의 차이의 절대값은 0nm 이상 70nm 이하인, 상기 [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재된 화상 표시 장치.
[8] 상기 광반사층은 편광 반사층인, 상기 [1] 내지 [7] 중 어느 하나에 기재된 화상 표시 장치.
[9] 상기 편광 반사층은 콜레스테릭 액정층인, 상기 [8]에 기재된 화상 표시 장치.
[10] 상기 광반사층은 콜레스테릭 액정층이고, 또한
상기 콜레스테릭 액정층과 상기 편광판 사이에 1/4 파장판이 배치되는, 상기 [3]에 기재된 화상 표시 장치.
[11] 상기 1/4 파장판의 위상차값은 90nm 이상 125nm 이하인, 상기 [10]에 기재된 화상 표시 장치.
[12] 상기 1/4 파장판의 지상축과 상기 편광판의 편광축이 이루는 각은 45°인, 상기 [10] 또는 [11]에 기재된 화상 표시 장치.
[13] 상기 광반사층의 관찰자측에 반사 방지층이 추가로 형성되는, 상기 [1] 내지 [12] 중 어느 하나에 기재된 화상 표시 장치.
본 발명은 외광이 있는 환경에서도 시인성이 뛰어난 표시 화상을 실현할 수 있는 양자점을 이용한 화상 표시 장치를 제공할 수 있다. 특히, 광반사층으로 편광 반사층(이하, ‘반사형 편광자’라고도 함)을 이용하는 경우, 본 발명은 양자점의 여기광의 파장을 포함하는 외광을 보다 효과적으로 차단하여, 화상 표시 장치로부터 출사되는 광의 밝기를 유지하면서도 외광만을 효율적으로 반사할 수 있다는 뛰어난 기능을 가진다.
　도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시형태에 따른 화상 표시 장치의 일 예인 액정 표시 장치의 개략적인 단면도이다.
　도 2는 도 1에 나타낸 액정 표시 장치의 부분 개략 단면도이다.
　도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 화상 표시 장치에서, 1/4 파장판의 배치 관계를 나타내는 부분 개략 단면도이다.
　도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 화상 표시 장치에서, 반사 방지층의 배치를 나타내는 부분 개략 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 화상 표시 장치의 다른 예인 유기 EL 디스플레이의 개략적인 단면도이다.
아래에서 본 발명에 따른 각 실시형태, 비교예, 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 덧붙여, 개시된 내용은 어디까지나 하나의 예에 지나지 않으며, 당업자가 적절히 설계할 수 있는 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 또한, 도면은 설명을 명확하게 할 목적으로 실제의 양태에 비해 폭, 크기, 두께, 형상 등을 모식적으로 나타내었는데, 그러나, 이것도 어디까지나 하나의 예이다. 또한, 도면은 본 발명의 효과를 설명하는데 있어 불필요한 부분은 적절히 생략하였으나, 그 생략한 것에 관해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 화상 표시 장치는, 양자점을 포함하는 파장 변환층을 구비하는 화상 표시 장치로, 양자점의 발광에 이용되는 여기광을 발광시키는 광원의 피크 파장을 반사 파장 영역으로 포함하는 광반사층이, 파장 변환층보다 관찰자측에 배치된다. 화상 표시 장치는, 바람직하게는 액정 표시 장치 또는 유기 EL 디스플레이이다. 양자점을 포함하는 파장 변환층은, 예를 들면, 백라이트 유닛이나 컬러 필터와 같이 화상 표시 장치를 구성하는 임의의 부재에 포함되는 구성 요소이다. 양자점을 포함하는 파장 변환층은, 컬러 필터 자체이거나 또는 컬러 필터의 일부를 구성하는 것이 바람직하다. 다음에서 화상 표시 장치의 각 실시형태를 상세하게 설명한다.
[제 1 실시형태]
제 1 실시형태에서는, 화상 표시 장치가 액정 표시 장치(LCD)인 경우에 대해 설명한다. 제 1 실시형태에 따른 액정 표시 장치는 양자점을 포함하는 파장 변환층의 관찰자측에 광반사층을 구비하도록 구성된다. 도 1에 나타낸 것처럼 액정 표시 장치(1)는, 여기광을 발광시키는 광원을 갖는 백라이트 유닛(11)과, 백라이트 유닛(11) 위에 배치된 액정 표시 유닛(12)을 가진다. 이 액정 표시 장치(1)에서 관찰자는, 도 1의 위쪽에 있는 액정 표시 유닛(12)측에서 액정 표시 장치(1)를 관찰한다. 액정 표시 유닛(12)은 백라이트 유닛(11) 위에 배치되며, 백라이트의 광을 편광으로 변환하는 백라이트측 편광판(13)과, 백라이트측 편광판(13) 상에 배치된 표시 패널(14)과, 표시 패널(14) 상에 배치된 관찰자측 편광판(15)과, 관찰자측 편광판(15) 상에 배치된 광반사층(16)을 가진다. 관찰자측 편광판(15)은 반드시 배치할 필요는 없으나, 관찰자측 편광판(15)을 이용하여 화상의 콘트라스트를 더욱 향상시킬 수 있으며, 또한, 광반사층(16)에서 다 흡수하지 못한 외광을 흡수하므로 외광 차단 효율을 더욱 높일 수 있다. 표시 패널(14)은, 대향 기판(17)과, 대향 기판(17) 상에 배치된 액정층(18)과, 액정층(18) 상에 배치된 어레이 기판(19)을 가진다. 대향 기판(17)은 도시하지 않은 배향막 및 기둥 모양의의 스페이서 등을 가진다.
어레이 기판(19)은 도시하지 않은 박막 트랜지스터(TFT), 화소 전극, 배향막 등을 가진다. 어레이 기판(19)은 도 2에 나타낸 것처럼, 한 쌍의 오버코트층(20a, 20b)과, 한 쌍의 오버코트층(20a, 20b)사이에 끼워진 인셀 편광자(21)와, 한 쪽의 오버코트층(20b) 상에 배치되며 차광부(22a) 및 양자점을 포함하는 파장 변환층(22b)을 가지는 컬러 필터(22)(이하, 간단히「컬러 필터(22)」)와, 컬러 필터(22) 상에 배치된 유리 기판(23)을 가진다. 어레이 기판(19)에는 컬러 필터(22)와 유리 기판(23) 사이에 박막 트랜지스터가 설치될 수도 있으며, 또한, 도시하지 않은 신호선(소스), 주사선(게이트), 공통 전극, 화소 전극 등이 적절히 설치될 수도 있다. 박막 트랜지스터의 채널부는 도시하지 않은 비정질 실리콘층(반도체층)을 가지며, 이 외에도 더욱 이동도가 높은 폴리실리콘층(반도체층)으로 채널부를 형성할 수도 있다.
이처럼 액정 표시 장치(1)에서 컬러 필터(22)의 양자점을 포함하는 파장 변환층(22b)에 대해, 양자점의 발광에 이용되는 여기광을 발광시키는 백라이트 유닛(11)의 광원의 피크 파장을 반사 파장 영역으로 포함하는 광반사층(16)이, 관찰자측에 배치된다. 덧붙여, 여기서 말하는 양자점을 포함하는 파장 변환층(22b)을 가지는 컬러 필터(22)로는, 예를 들면, 특허문헌 3에 기재된 흡수형 컬러 필터층과, 양자점을 포함하는 파장 변환층을 조합한 색층, 양자점을 포함하는 파장 변환층만으로 제작된 컬러 필터 등을 들 수 있는데, 양자점을 포함하고 있는 것이면 특별한 제한사항은 없다.
<양자점>
양자점(제 1 양자점 및 제 2 양자점)은 반도체의 나노미터 크기의 입자이다. 양자점은, 전자 및 여기자가 나노미터 크기의 작은 결정 내에 갇히는 양자 구속 효과(양자 사이즈 효과)에 의해 특이한 광학적 및 전기적 성질을 나타내며, 반도체 나노 입자 또는 반도체 나노 결정이라고 불린다. 양자점은 반도체의 나노미터 크기의 미립자로, 양자 구속 효과를 내는 재료라면 따로 한정되지 않는다. 양자점으로는 예를 들면, 스스로의 입경에 따라 발광색이 제한되는 반도체 미립자와, 불순물(도펀트)을 갖는 반도체 미립자가 있다. 양자점으로는 어느 반도체 미립자도 사용할 수 있으며, 또한, 뛰어난 색 순도를 얻을 수 있다.
양자점은 입경에 따라 발광색을 달리한다. 예를 들면, CdSe로 이루어진 코어로만 구성되는 양자점의 경우, 입경이 2.3nm, 3.0nm, 3.8nm, 4.6nm인 형광 스펙트럼의 피크 파장은, 각각 528nm, 570nm, 592nm, 637nm이다. 덧붙여, 양자점은 파장 변환층(22b) 안에 예를 들면, 광원으로부터의 여기광에 의해 여기되어 녹색광을 발광하는, 즉, 녹색에 해당하는 파장의 2차광을 방출하는 제 1 양자점, 그리고 여기광에 의해 여기되어 적색광을 발광하는, 즉 적색에 해당하는 파장의 2차광을 방출하는 제 2 양자점을 포함할 수도 있다. 양자점의 함량은 양자점을 포함하는 파장 변환층(22b)의 두께, 백라이트 유닛(11)에서의 광의 재활용률, 희망하는 색상 등에 따라 적절히 조정된다.
양자점의 코어가 되는 재료는, 제작의 용이성, 가시광 영역에서의 발광을 얻을 수 있는 입경의 제어성 및 형광 양자 수율의 관점에서 적절히 선택된다. 양자점의 코어가 되는 재료로는 예를 들면, MgS, MgSe, MgTe, CaS, CaSe, CaTe, SrS, SrSe, SrTe, BaS, BaSe, BaTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe 및 HgTe와 같은 II-VI족 반도체 화합물; AlN, AlP, AiAs, AlSb, GaAs, GaP, GaN, GaSb, InN, InAs, InP, InSb, TiN, TiP, TiAs 및 TiSb과 같은 III-V족 반도체 화합물; Si, Ge 및 Pb과 같은 IV족 반도체 등의 반도체 화합물 또는 반도체 화합물을 포함하는 반도체 결정 등을 들 수 있다. 또 InGaP과 같은 3원소 이상을 포함하는 반도체 화합물을 포함하는 반도체 결정을 이용할 수도 있다. 또한, 불순물을 갖는 반도체 미립자로 구성된 양자점으로는, 상기 반도체 화합물에 Eu3+, Tb3+, Ag+, Cu+와 같은 희토류 금속의 양이온 또는 전이 금속의 양이온을 도핑하여 이루어진 반도체 결정을 사용할 수도 있다.
컬러 필터(22)가 광원으로부터의 여기광에 의해 청색광, 녹색광, 적색광을 발광하는 적어도 세 종류의 양자점을 각각 포함하는 파장 변환층(22b)을 구비하는 경우에는, 백라이트 유닛(11)의 광원으로서 백색 광원을 사용할 수 있다. 백색 광원의 예로는 백색 발광 다이오드(LED)를 들 수 있다. 백색 LED의 예로는 청색 LED와 황색 형광체(이트리움 알루미늄 가넷(YAG))를 조합한 것을 들 수 있다. 또한, 백라이트의 광이 청색 표시와 여기광을 겸하는 경우에, 백라이트 유닛(11)으로부터 청색 여기광(피크 파장 450nm)을 출사시켜 녹색광 및 적색광을 각각 발광하는 두 종류의 양자점을 포함하는 파장 변환층(22b)을 가지는, 즉 무색, 녹색, 적색의 세 가지 색을 하나의 화소로서 포함하는 컬러 필터(22)를 사용하여 화상을 표시할 수 있다. 백라이트 유닛(11)의 광원의 피크 파장은 350~650nm인 것이 바람직하다.
<인셀 편광자>
인셀 편광자(21)는 예를 들면, 한 쌍의 오버코트층(20a, 20b) 사이에 끼워져 컬러 필터(22)와 액정층(18) 사이에 배치된다. 인셀 편광자(21)는 예를 들면, 와이어 그리드형, 도포형 편광자 또는 이색성 색소를 함유하는 연신 고분자를 가지는 편광자이다. 도포형 편광자는 예를 들면, 이색성 색소를 직접 배향시킨 크로모닉 편광자, 네마틱 액정 또는 스멕틱 액정 상태를 취할 수 있는 중합성 액정에 이색성 색소를 함유시켜, 중합성 액정과 이색성 색소가 배향한 후에 이들 양쪽 또는 한 쪽의 배향을 고정시킨 게스트-호스트형 편광자 등을 들 수 있다. 도포형 편광자 또는 이색성 색소를 함유하는 연신 고분자를 가지는 편광자의 구체적인 예로는 일본특허 제 6006210호 공보에 기재된 편광 소자 등을 들 수 있다.
<컬러 필터>
컬러 필터(22)는 인셀 편광자(21)의 바깥쪽, 즉 액정층(18)측과는 반대쪽인 관찰자측에 배치된다. 일반적인 액정 표시 장치의 경우, 백라이트측 편광판(13)으로부터 입사되는 직선 편광을 액정층(18)의 액정 분자의 배향에 따라 제어하고, 대향하는 관찰자측 편광판(15)의 투과축 방향에 일치하는 광만을 투과시킴으로써, 화상이 표시된다. 그러나, 양자점에 의해 발광된 광은, 전방위로 산란되는 산란광이므로 두 개의 편광판(편광자), 즉 백라이트측 편광판(13)과 인셀 편광자(21) 사이에 컬러 필터(22)를 배치하면, 액정에 의해 제어된 편광이 흩어져 화상을 표시하는데 커다란 영향을 줄 것이다. 특히, 흑색을 표시할 때 콘트라스트가 저하되는 큰 요인이 된다. 따라서, 컬러 필터(22)는 인셀 편광자(21)의 바깥쪽, 즉 액정층(18)측과 반대쪽의 위치에 배치하는 것이 바람직하다.
<액정 표시 모드>
액정 표시 장치에 사용되는 액정 표시 모드에 대해서는 제한하지 않는다. 액정 표시 모드로는, 예를 들어, 기판면에 거의 수직인 전기장을 이용하여 액정 분자의 배향을 전환하는 TN 방식(Twisted Nematic), VA 방식(Vertical Alignment), 또 기판면에 거의 평행인 전기장을 이용하여 액정 분자의 배향을 전환하는 IPS 방식(In Plane Switching), 또는 액정을 구동하기 위한 전극이 화소 내에 중첩되어, 전극 근방의 프린지 전기장에 의해 액정 분자를 전환하는 FFS 방식(Fringe Field Switching) 등을 들 수 있다.
<광반사층>
광반사층(16)은, 태양광 등의 외광이 컬러 필터(22)에 입사되는 것을 줄여주는 기능이 있다. 이를 통해 액정 표시 장치(1)는, 양자점을 포함하는 파장 변환층(22b)을 구비한 컬러 필터(22)가 외광에 의해 발광하는 것을 억제하여 표시되는 화상의 시인성을 유지할 수 있다. 광반사층(16)은, 양자점의 발광에 이용되는 여기광을 발광시키는 광원의 파장 영역의 광을 반사할 수 있다면 따로 제한하지 않는다. 광반사층(16)은 효율적인 외광의 반사, 액정 표시 장치(1)로부터의 출사광을 효율적으로 제거하기 위해, 반사광 또는 투과광이 편광이 되는 편광 반사층인 것이 바람직하다. 편광 반사층으로는 콜레스테릭 액정층, 와이어 그리드형 편광자, 다층막 복굴절 간섭형 편광자, 프리즘형 편광자와 같은 반사형 편광자를 들 수 있다. 이들 편광 반사층의 투과축과 액정 표시 장치(1)의 관찰자측 편광판(15)의 투과축을 일치시킴으로써, 액정 표시 장치(1)에서 나오는 출사광의 투과율이 저하되는 것을 억제하면서도 효과적으로 외광을 반사할 수 있다. 덧붙여, 이들 편광 반사층은 적어도 양자점의 발광에 이용되는 여기광을 발광시키는 광원의 피크 파장을 포함하는 광을 반사할 수 있도록 적절히 설계된다.
편광 반사층으로 와이어 그리드형 편광자, 다층막 복굴절 간섭형 편광자, 프리즘형 편광자, 콜레스테릭 액정층 등의 반사형 편광자를 이용하는 경우, 가시광 영역을 넓게 반사하면 표면이 거울처럼 되어 버릴 수 있다. 그러한 경우, 여기광의 파장 영역을 선택적으로 반사하도록 편광 반사층의 반사 파장 영역을 조정하는 것이 바람직하다. 특히, 콜레스테릭 액정층은, 특정 파장 영역을 선택적으로 반사하는 성질이 있기 때문에 사용하기에 알맞다.
편광 반사층에 사용되는 콜레스테릭 액정은, 카이랄성(분자 비대칭성)을 가진 네마틱 액정 또는 네마틱 액정에 카이랄제를 첨가한 배합물로부터 얻을 수 있다. 콜레스테릭 액정은, 카이랄제의 종류 및 양에 따라 나선 방향과 반사 파장을 임의로 설계할 수 있기 때문에, 네마틱 액정에 카이랄제를 첨가하여 얻는 것이 바람직하다. 네마틱 액정은 이른바 전기장으로 조작하는 액정과 달리 나선 배향 상태를 고정화하여 사용된다. 따라서, 네마틱 액정은 중합성기를 갖는 네마틱 액정 모노머를 이용하여 얻는 것이 바람직하다.
(중합성 액정 모노머)
중합성기를 갖는 네마틱 액정 모노머는, 분자 내에 중합성기를 가지며 임의의 온도 범위 또는 농도 범위에서 액정성을 나타내는 화합물이다. 중합성기의 예로는 (메타)아크릴기, 비닐기, 칼코닐기, 신나모일기, 에폭시기 등을 들 수 있다. 또한, 액정성을 나타내기 위해서는, 분자 내에 메소겐기가 있는 것이 바람직한데, 메소겐기란, 예를 들면, 비페닐기, 터페닐기, (폴리)안식향산페닐에스테르기, (폴리)에테르기, 벤질리덴아닐린기, 아세나프토퀴녹살린기와 같은 막대 모양 또는 판 모양의 치환기, 또는 트리페닐렌기, 프탈로시아닌기 및 아자 크라운기와 같은 원반 모양의 치환기, 즉 액정 상거동을 유도하는 능력을 갖는 기를 의미한다. 막대 모양 또는 판 모양의 치환기를 갖는 액정 화합물은 컬러미틱 액정으로 해당 기술 분야에 알려져있다. 이러한 중합성기를 갖는 네마틱 액정 모노머는 구체적으로는, 일본특허공개 2003-315556호 공보 및 일본특허공개 2004-29824호 공보에 기재된 중합성 액정, PALIOCOLOR 시리즈(BASF사 제품), RMM 시리즈(Merck사 제품) 등을 들 수 있다. 이들 중합성기를 갖는 네마틱 액정 모노머는 단독으로 사용할 수도 있고 여럿을 혼합하여 사용할 수도 있다.
(카이랄제)
카이랄제로는, 상기 중합성기를 갖는 네마틱 액정 모노머를 우권상(right-handed) 또는 좌권상(left-handed)으로 나선 배향시킬 수 있으며, 중합성기를 갖는 네마틱 액정 모노머와 마찬가지로 중합성기를 갖는 화합물이 바람직하다. 그러한 카이랄제의 예로는, Paliocolor LC756(BASF사 제품), 일본특허공개 2002-179668호 공보에 기재된 화합물 등을 들 수 있다. 이 카이랄제의 종류에 따라 반사하는 원편광의 방향이 결정되며, 또한, 네마틱 액정에 대한 카이랄제의 첨가량에 따라 광반사층의 반사 파장을 바꿀 수가 있다. 예를 들어, 카이랄제의 첨가량을 많게 할수록 단파장측의 파장을 반사하는 광반사층(16)을 얻을 수 있다. 카이랄제의 첨가량은 카이랄제의 종류와 반사시키는 파장에 따라 다르다. 카이랄제의 첨가량은, 일반적으로 광에 대한 광반사층(16)의 중심 반사 파장(λ2)을 희망하는 파장 영역으로 조정하는 관점에서, 중합성기를 갖는 네마틱 액정 모노머 100 질량부에 대해, 바람직하게는 0.5 질량부 이상 30 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 1 질량부 이상 20 질량부 이하, 가장 바람직하게는 3 질량부 이상 10 질량부 이하 정도로 한다.
(자외선 경화형 수지)
또한, 중합성기를 갖는 네마틱 액정 모노머와 반응 가능한 액정성을 가지지 않는 중합성 화합물을 사용하는 것도 가능하다. 이러한 화합물의 예로는 자외선 경화형 수지 등을 들 수 있다. 자외선 경화형 수지의 예로는, 라우릴(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 헥사(메타)아크릴레이트, 예를 들면, 디펜타에리스리톨 펜타(메타)아크릴레이트와 1,6-헥사메틸렌-디-이소시아네이트의 반응 생성물, 이소시아누릭 고리를 갖는 트리이소시아네이트와 펜타에리스리톨 트리(메타)아크릴레이트의 반응 생성물, 펜타에리스리톨 트리(메타)아크릴 레이트와 이소포론-디-이소시아네이트의 반응 생성물과 같은 에스테르계 우레탄 아크릴레이트계 수지 및 우레탄(메타)아크릴레이트계 수지, 디펜타에리스리톨 펜타(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 테트라(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨 테트라(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트, 디트리메틸올프로판 테트라(메타)아크릴레이트, 트리스(아크릴옥시에틸)이소시아누레이트, 트리스(메타아크릴옥시에틸)이소시아누레이트, 글리세롤 트리글리시딜에테르와 (메타)아크릴산의 반응 생성물, 카프로락톤 변성 트리스(아크릴옥시에틸)이소시아누레이트, 트리메틸올프로판 트리글리시딜에테르와 (메타)아크릴산의 반응 생성물, 트리글리세롤-디-(메타)아크릴레이트, 프로필렌글리콜-디-글리시딜에테르와 (메타)아크릴산의 반응 생성물, 폴리프로필렌글리콜-디-(메타)아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜-디-(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜-디-(메타)아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜-디-(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜-디-(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨-디-(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올-디-글리시딜에테르와 (메타)아크릴산의 반응 생성물, 1,6-헥산디올-디-(메타)아크릴레이트, 글리세롤-디-(메타)아크릴레이트, 에틸렌글리콜-디-글리시딜에테르와 (메타)아크릴산의 반응 생성물, 디에틸렌글리콜-디-글리시딜에테르와 (메타)아크릴산의 반응 생성물, 비스(아크릴옥시에틸)히드록시에틸이소시아누레이트, 비스(메타아크릴옥시에틸)히드록시에틸이소시아누레이트, 비스페놀A-디-글리시딜에테르와 (메타)아크릴산의 반응 생성물, 테트라히드로푸르푸릴(메타)아크릴레이트, 카프로락톤 변성 테트라히드로푸르푸릴(메타)아크릴레이트, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 페녹시히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 아크릴로일모르폴린, 메톡시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 메톡시테트라에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 메톡시트리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 메톡시에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 메톡시에틸(메타)아크릴레이트, 글리시딜(메타)아크릴레이트, 글리세롤(메타)아크릴레이트, 에틸카르비톨(메타)아크릴레이트, 2-에톡시에틸(메타)아크릴레이트, N,N-디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, 2-시아노에틸(메타)아크릴레이트, 부틸글리시딜에테르와 (메타)아크릴산의 반응 생성물, 부톡시트리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 부탄디올모노(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 이러한 자외선 경화형 수지는 단독으로 사용할 수도 있고 또는 복수 혼합하여 사용할 수도 있다. 이중에서도, 자외선 경화형 수지로는, 라우릴(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 헥사(메타)아크릴레이트, 에스테르계 우레탄(메타)아크릴레이트계 수지, 폴리우레탄(메타)아크릴레이트계 수지로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 1종을 이용하는 것이 바람직하다. 이들 액정성을 가지지 않는 자외선 경화형 수지는, 액정성을 손실하지 않을 정도로 첨가한다. 자외선 경화형 수지의 첨가량은 중합성기를 갖는 네마틱 액정 모노머 100 질량부에 대해, 바람직하게는 0.1 질량부 이상 20 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 1.0 질량부 이상 10 질량부 이하 정도로 한다.
(광중합 개시제)
중합성기를 갖는 네마틱 액정 모노머 및 다른 중합성 화합물이 자외선 경화형인 경우, 이들을 포함하는 조성물을 자외선에 의해 경화시키기 위해 광중합 개시제가 첨가된다. 광중합 개시제로는 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노프로판-1(BASF사 제품, Irgacure 907), 1-히드록시시클로헥실페닐케톤(BASF사 제품, Irgacure 184), 4-(2-히드록시에톡시)-페닐(2-히드록시-2-프로필)케톤(BASF사 제품, Irgacure 2959), 1-(4-도데실페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온(Merck사 제품, Darocur 953), 1-(4-이소프로필페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온(Merck사 제품, Darocur 1116), 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온(BASF사 제품, Irgacure 1173), 디에톡시아세트페논 등의 아세트페논계 화합물; 벤조인, 벤조인메틸에테르, 벤조인에틸에테르, 벤조인이소프로필에테르, 벤조인이소부틸에테르, 2,2-디메톡시-2-페닐아세트페논(BASF사 제품, Irgacure 651) 등의 벤조인계 화합물; 벤조일안식향산, 벤조일안식향산메틸, 4-페닐벤조페논, 히드록시벤조페논, 4-벤조일-4’-메틸디페닐설파이드, 3,3’-디메틸-4-메톡시벤조페논(일본화약사 제품, KAYACURE MBP) 등의 벤조페논계 화합물; 티오크산톤, 2-클로르티오크산톤(일본화약사 제품, KAYACURE CTX), 2-메틸티오크산톤, 4-디메틸티오크산톤(일본화약사 제품, KAYACURE RTX), 이소프로필티오크산톤, 2,4-디클로로티오크산톤(일본화약사 제품, KAYACURE CTX), 2,4-디에틸티오크산톤(일본화약사 제품, KAYACURE DETX), 또는 2,4-디이소프로필티오크산톤(일본화약사 제품, KAYACURE DITX) 등의 티오크산계 화합물 등을 들 수 있다. 바람직하게는, Irgacure TPO, Irgacure TPO-L, Irgacure OXE01, Irgacure OXE02, Irgacure 1300, Irgacure 184, Irgacure 369, Irgacure 379, Irgacure 819, Irgacure 127, Irgacure 907 및 Irgacure 1173(모두 BASF사 제품)을 들 수 있으며, 특히, 바람직하게는 Irgacure TPO, Irgacure TPO-L, Irgacure OXE01, Irgacure OXE02, Irgacure 1300, Irgacure 907을 들 수 있다. 이러한 광중합 개시제는 한 종류를 단독으로 사용할 수도 있고 여럿을 임의의 비율로 혼합하여 사용할 수도 있다.
광중합 개시제로 벤조페논계 화합물, 티오크산계 화합물을 사용하는 경우에는, 광중합 반응을 촉진시키기 위해 보조제를 병용할 수 있다. 그러한 보조제로는 트리에탄올아민, 메틸디에탄올아민, 트리이소프로판올아민, n-부틸아민, N-메틸디에탄올아민, 디에틸아미노에틸메타아크릴레이트, 미힐러케톤, 4,4’-디에틸아미노페논, 4-디메틸아미노안식향산에틸 4-디메틸아미노안식향산(n-부톡시)에틸, 또는 4-디메틸아미노안식향산이소아밀 등의 아민계 화합물을 들 수 있다. 이러한 보조제는 한 종류를 단독으로 사용할 수도 있고, 두 종류 이상을 병용할 수도 있다.
광중합 개시제 및 보조제의 첨가량은 네마틱 액정 모노머를 포함하는 조성물의 액정성에 영향을 주지 않는 범위에서 사용하는 것이 바람직하다. 이들의 첨가량은 해당 조성물 중 자외선에 의해 경화되는 화합물 100 질량부에 대해, 바람직하게는 0.5 질량부 이상 10 질량부 이하, 보다 바람직하게는 2 질량부 이상 8 질량부 이하 정도로 한다. 또한, 보조제의 첨가량은 광중합 개시제에 대해 0.5배 이상 2배 이하 정도의 양이 바람직하다.
(기타 첨가제)
자외선 경화형 수지를 사용하는 경우에 필요에 따라 예를 들면, 가소제, 자외선 흡수제, 산화 방지제, 광 안정제, 레벨링제, 소포제, 열선 차폐 미립자, 표면 조정제, 각종 염료, 안료, 형광 색소 등의 각종 첨가제를 추가로 사용할 수 있다.
콜레스테릭 액정을 이용하여 편광 반사층을 제작하는 방법으로는, 예를 들면, 중합성기를 갖는 네마틱 액정 모노머에 희망하는 파장을 반사하도록 우권상 또는 좌권상의 나선 배향이 되는 카이랄제를 필요량만큼 첨가한다. 그 다음 이들을 용제에 용해하고 광중합 개시제를 첨가한다. 이러한 용제는 사용하는 액정 모노머, 카이랄제 등을 용해할 수 있는 것이라면 따로 한정하지 않으나, 예를 들면, 시클로펜탄온, 아니솔, 메틸에틸케톤이 바람직하다. 그 후, 이 용액을 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 필름, TAC(트리아세틸셀룰로스) 필름, COP(시클로올레핀폴리머) 필름, 아크릴 필름 등의 플라스틱 기판 상에 가능한 한 균일한 두께로 도포하고 가열하여 용제를 제거시키면서, 기판 상에서 콜레스테릭 액정이 되며 희망하는 나선 피치로 배향될 수 있는 온도 조건에서 일정 시간을 방치한다. 이 때 플라스틱 기판 표면을 도포하기 전에 러빙 또는 연신하는 등의 배향 처리를 해두면, 콜레스테릭 액정의 배향을 더욱 균일하게 만들 수 있어 편광 반사층으로서의 헤이즈값을 낮출 수 있게 된다. 계속해서 이 배향 상태를 유지하면서 고압 수은 램프 등으로 자외선을 조사하여 배향을 고정화시킴으로써, 편광 반사층을 얻을 수 있다. 여기서 우권상 나선 배향이 되는 카이랄제를 선택하면 얻어지는 편광 반사층은 우회전 원편광을 선택적으로 반사하는 한편, 좌권상 나선 배향이 되는 카이랄제를 선택하면 얻어지는 편광 반사층은 좌회전 원편광을 선택적으로 반사한다. 이 특정 원편광을 선택적으로 반사하는 현상을 선택 반사라고 하며, 선택 반사하는 파장 대역을 선택 반사 영역이라고 한다. 또한, 사용하는 플라스틱 기판은 액정 표시 장치(1)의 관찰자측에 배치함으로써, 광반사층(16)의 보호층으로 사용할 수도 있다. 또 보호층으로서의 강도를 높이기 위해 플라스틱 기판의 광반사층(16)과 반대측 면에 하드 코트층을 형성할 수도 있다.
광반사층(16)의 반사율은, 광반사층의 제작 시 광반사층(16)의 두께를 변경하여 적절히 조정할 수 있다. 광반사층(16)의 반사율은 대상이 되는 외광의 여기광 파장에 대해 바람직하게는 10% 이상 100% 이하, 보다 바람직하게는 20% 이상 100% 이하, 더욱 바람직하게는 30% 이상 100% 이하로 한다. 편광 반사층으로 콜레스테릭 액정을 이용하는 경우, 우권상 나선 배향 및 좌권상 나선 배향 각각의 광반사층(16)의 최대 반사율이 50%이므로, 각각의 배향을 갖는 콜레스테릭 액정층을 적층하여 사용하면 외광으로부터의 여기광을 이론상 최대 100% 반사하는 것이 가능하다.
편광 반사층으로 우권상 나선 배향의 콜레스테릭 액정층과 좌권상 나선 배향의 콜레스테릭 액정층 모두를 적층하여 사용하면, 반사율에 따라서는 외광을 너무 많이 반사할 수도 있다. 그러한 경우에는, 우권상 나선 배향의 콜레스테릭 액정층 또는 좌권상 나선 배향의 콜레스테릭 액정층 중 하나를 이용하는 것이 바람직하다. 그리고 도 3에 나타낸 것처럼 관찰자측 편광판(15)과 콜레스테릭 액정층인 광반사층(16) 사이에, 1/4 파장판(24)을 관찰자측 편광판(15)의 편광축(흡수축 또는 투과축)과 1/4 파장판(24)의 지상축이 이루는 각이 45°가 되도록 배치하면 된다. 이 때, 지상축의 방향은 콜레스테릭 액정층을 투과한 편광(예를 들면, 콜레스테릭 액정층이 우권상 나선 방향인 경우, 반사광은 우회전 원편광이 되고, 투과광은 죄회전 원편광이 된다)이, 1/4 파장판(24)에 의해 직선 편광으로 변환되었을 때 그 직선 편광의 편광축이 관찰자측 편광판(15)의 흡수축과 일치하도록 배치하는 것이 좋다. 이와 같이 배치함으로써, 외광에 포함된 여기광은 콜레스테릭 액정층에서 최대 50% 반사되고, 또 콜레스테릭 액정층을 투과한 나머지 원편광은 1/4 파장판(24)에서 직선 편광으로 변환되어 관찰자측 편광판(15)에 의해 흡수된다. 그 결과 컬러 필터(22)로 외광에 포함된 여기광이 입사되는 것을 대폭 억제할 수 있다.
또한, 우권상 나선 및 좌권상 나선 중 하나의 콜레스테릭 액정층을 사용하는 경우, 도 3과 같이 관찰자측 편광판(15)과 콜레스테릭 액정층인 광반사층(16) 사이에 1/4 파장판(24)을 배치한다. 여기에서는, 관찰자측 편광판(15)의 편광축(흡수축 또는 투과축)과 1/4 파장판의 지상축이 이루는 각이 45°가 되도록 배치하면 된다. 이 때, 관찰자측 편광판(15)의 지상축의 배치는, 관찰자측 편광판(15)에서 나온 직선 편광이 1/4 파장판(24)에서 원편광이 될 때, 광반사층(16)이 반사하는 원편광의 회전 방향과 반대 방향의 원편광이 되도록 배치하는 것이 좋다. 이와 같이 배치함으로써, 관찰자측 편광판(15)에서 나온 직선 편광은 1/4 파장판(24)에서 원편광으로 변환된다. 이를 통해 변환된 원편광은 콜레스테릭 액정층인 광반사층(16)에 의해 반사되지 않고 관찰자에게 도달하며, 동시에 외광에 포함된 여기광 파장의 광도 반사되므로 외광에 의해 양자점이 발광하는 것을 저감시킬 수 있다.
광반사층(16)의 반사 파장은, 백라이트 유닛(11)의 광원이 발광하는 양자점의 발광을 위한 여기광의 파장 영역의 전체 또는 일부를 포함하도록 적절히 조정된다. 광반사층(16)의 반사 파장 영역은 백라이트 유닛(11)의 광원에서 나온 여기광의 피크 파장을 포함한다. 광반사층(16)의 중심 반사 파장은 백라이트 유닛(11)의 광원에서 나온 여기광의 피크 파장의 차이의 절대값이, 예를 들면, 바람직하게는 0nm 이상 70nm 이하, 보다 바람직하게는 0nm 이상 50nm 이하, 더욱 바람직하게는 0nm 이상 30nm 이하, 가장 바람직하게는 0nm 이상 20nm 이하이다. 또한, 광반사층(16)의 중심 반사 파장은 350nm 이상 750nm 이하인 것이 바람직하다. 예를 들어, 백라이트 유닛(11)의 광원에서 나온 여기광의 피크 파장이 380nm인 경우에는, 광반사층(16)의 중심 반사 파장은 350nm 이상 450nm 이하인 것이 바람직하고, 360nm 이상 400nm 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 백라이트 유닛(11)의 광원에서 나온 여기광의 피크 파장이 450nm인 경우, 광반사층(16)의 중심 반사 파장은 400nm 이상 500nm 이하인 것이 바람직하고, 430nm 이상 480nm 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 백라이트 유닛(11)의 광원에서 나온 여기광의 피크 파장이 550nm인 경우, 광반사층(16)의 중심 반사 파장은 500nm 이상 600nm 이하인 것이 바람직하고, 530nm 이상 580nm 이하인 것이 보다 바람직하다. 백라이트 유닛(11)의 광원에서 나온 여기광의 피크 파장이 650nm인 경우, 광반사층(16)의 중심 반사 파장은 600nm 이상 750nm 이하인 것이 바람직하고, 630nm 이상 680nm 이하인 것이 보다 바람직하다. 참고로 중심 반사 파장은, 광반사층(16)의 최대 반사율의 80%에 해당하는 단파장측 파장과 장파장측 파장의 평균이 되는 파장을 의미한다. 예를 들면, 광반사층(16)의 최대 반사율이 20%인 경우 최대 반사율의 80%에 해당하는 16%의 반사율을 나타내는 단파장측 파장을 λ1, 장파장측 파장을 λ3로 하였을 때, 하기 식(1)에서 구해진 λ2가 중심 반사 파장이다.
(λ1+λ3)/2=λ2 식(1)
광반사층(16)은 1층으로 한정되지 않으며 2층 이상의 복수의 층이 적층될 수도 있다. 예를 들어, 여기광 파장에 폭이 있으면 광반사층(16)의 반사대역이 충분하지 않을 수 있다. 이러한 경우에는 다른 중심 반사 파장을 갖는 복수의 광반사층(16)을 적층함으로써, 넓은 대역에서 외광을 반사할 수 있다. 또, 광반사층(16)이 콜레스테릭 액정층을 포함하는 경우, 액정의 복굴절률에 따라서는 충분한 반사대역을 확보할 수 없는 경우가 있다. 이러한 경우에는 예를 들어, 중심 반사 파장이 400nm 이상 500nm 이하, 500nm 이상 600nm 이하, 600nm 이상 750nm 이하인 다른 중심 반사 파장을 갖는 복수의 콜레스테릭 액정층을 적층하거나, 콜레스테릭 액정의 나선 피치를 연속적으로 변화시켜 1층의 광반사층(16)에서 반사대역을 넓힐 수도 있다.
또한, 콜레스테릭 액정층의 반사 파장은 광의 입사 각도가 사선 방향으로 기울수록 단파장측으로 이동하는 성질이 있다. 이 때문에 콜레스테릭 액정층은, 외광의 입사 각도가 액정 표시 장치(1)의 표시면에 대해 사선 방향인 경우, 그 각도에 따라 중심 반사 파장을 사전에 장파장측으로 조정해 둠으로써 더욱 효과적으로 외광을 반사할 수 있게 된다. 이 경우에, 예를 들어, 외광의 입사 각도가 20° 이상 50° 이하일 때, 광반사층(16)의 중심 반사 파장은 여기광의 피크 파장보다 20nm 이상 80nm 이하 정도 장파장측에 있는 것이 바람직하며, 20nm~50nm 정도 장파장측에 있는 것이 보다 바람직하다. 구체적으로는, 백라이트 유닛(11)의 광원에서 나온 여기광의 피크 파장이 450nm이고, 외광의 입사 각도가 20° 이상 50° 이하인 경우, 콜레스테릭 액정층의 중심 반사 파장을 470nm 이상 530nm 이하인 것으로, 외광에 포함된 여기광 파장(450nm)을 더욱 효과적으로 반사할 수 있다. 또한, 예를 들어, 중심 반사 파장이 400nm 이상 500nm 이하, 500nm 이상 600nm 이하, 600nm 이상 750nm 이하인 다른 중심 반사 파장을 갖는 복수의 콜레스테릭 액정층을 적층하거나, 콜레스테릭 액정의 나선 피치를 연속적으로 변화시켜, 1층의 광반사층(16)에서 반사대역을 넓혀둠으로써, 태양광의 입사 각도를 고려한 콜레스테릭 액정층의 반사 파장 영역을 조정하지 않고서도 태양광에 포함된 여기광의 피크 파장을 효과적으로 반사할 수 있다.
콜레스테릭 액정층처럼 특정 파장만 반사하면 투과광이 착색될 수 있다. 이러한 경우에는 액정 표시 장치(1)로부터 출사되는 발광 스펙트럼을 조정하여 화상의 색 재현성을 조정하면 된다. 이러한 방법의 예로는 컬러 필터(22)에서 나온 청색광, 녹색광, 적색광 각각의 발광 강도를 조정하는 방법을 들 수 있다. 또한, 광반사층(16)의 반사율, 헤이즈 등을 조정하여 투과광의 색감을 중립으로 조정할 수도 있다. 광반사층(16)의 헤이즈값은 광 반사성 및 투과광의 중립성을 양립할 수 있는 관점에서, 바람직하게는 0.5% 이상 5.0% 이하, 더욱 바람직하게는 0.8% 이상 3.0% 이하로 한다. 또한, 액정 표시 장치(1)는 광반사층(16)의 전면 또는 후면에 표시되는 화상의 색 재현성을 조정하기 위해 광 흡수층을 추가로 배치할 수 있다.
(편광판)
관찰자측 편광판(15)은 요오드나 염료와 같은 이색성 색소가 한 방향으로 배향됨으로써 특정 방향의 편광을 흡수하는 편광 소자이다. 일반적으로는, 폴리비닐알코올 필름에 상기 이색성 염료를 함침시킨 후, 붕산 수용액에서 일축 연신하는 과정을 통해 이러한 편광 소자를 얻을 수 있다. 사용하는 요오드-폴리비닐알코올 착물의 상태, 사용하는 이색성 염료의 배합 비율 등에 따라 편광 소자의 색상을 조정할 수 있다. 그러므로 관찰자측 편광판(15)은 색상을 조정하여 상기 표시 화상의 색 재현성을 조정하는 데에도 이용할 수 있다. 덧붙여, 일반적으로 편광 소자는 기계적 강도가 떨어지기 때문에, 트리아세틸셀룰로오스, 시클로올레핀폴리머와 같은 투명 플라스틱 필름 사이에 끼워두어 편광 소자를 보호한다.
(1/4 파장판)
1/4 파장판(24)은 원편광을 직선 편광으로 변환하는 기능을 가진 위상차 소자이다. 1/4 파장판(24)은, 예를 들면, 폴리카보네이트 또는 시클로올레핀폴리머로 제작된 필름을 위상차가 파장의 1/4이 되도록 일축 연신하거나 또는 수평 배향된 중합성 액정을 위상차가 파장의 1/4이 되는 두께로 배향시킴으로써 얻을 수 있다. 1/4 파장판(24)은 단독으로 사용할 수도 있고, 파장 분산에 따른 위상차의 차이가 큰 경우에는 광대역 1/4 파장판이라고 불리는 위상차 소자를 사용할 수도 있다. 광대역 1/4 파장판이란, 위상차의 파장 의존성이 저감된 위상차 소자로, 예를 들어, 같은 파장 분산을 갖는 1/2 파장판과 1/4 파장판을 각각의 지상축이 이루는 각도가 60°가 되도록 적층한 위상차 소자나, 위상차의 파장 의존성을 저감시킨 폴리카보네이트계 위상차 소자(테이진사 제품, PURE-ACE WR-S) 등을 들 수 있다. 1/4 파장판(24)은 일반적으로 편광의 입사 각도에 따라 위상차값이 변화하기 때문에, 사용 환경 등에 따라 사전에 위상차값을 조정해 두거나 위상차 소자의 굴절률을 조정한 위상차 소자를 이용함으로써 입사각에 따른 위상차의 변화를 억제할 수 있다. 그러한 예로는, 위상차 소자의 면 내에서의 지상축 방향의 굴절률을 nx, 면 내에서 nx와 직교하는 방향의 굴절률을 ny, 두께 방향의 굴절률을 nz로 할 때, 아래 식(2)로 구해지는 Nz계수가, 바람직하게는 0.3 이상 1.0 이하, 보다 바람직하게는 0.5 이상 0.8 이하 정도가 되도록 제어한다.
Nz=(nx-nz)/(nx-ny) 식(2)
1/4 파장판(24)의 위상차값은, 대상이 되는 여기광의 피크 파장의 1/4 정도인 것이 바람직하며, 구체적으로는 90nm 이상 125nm 이하인 것이 바람직하다. 예를 들어, 여기광의 피크 파장이 400nm이면 1/4 파장판(24)의 위상차값은 90nm 이상 110nm 이하 정도가 바람직하고, 여기광의 피크 파장이 450nm이면 1/4 파장판(24)의 위상차값은 100nm 이상 125nm 이하 정도가 바람직하다. 또한, 광대역 1/4 파장판처럼 각 파장에 대해 1/4 파장판으로서 기능하는 위상차 소자는, 파장마다 조정할 필요가 없으므로 특히, 바람직하다. 광대역 1/4 파장판이란, 위상차의 파장 의존성이 저감된 위상차 소자로, 예를 들어, 같은 파장 분산을 갖는 1/2 파장판과 1/4 파장판을 각각의 지상축이 이루는 각도가 60도가 되도록 적층한 위상차 소자나 위상차의 파장 의존성을 저감시킨 폴리카보네이트계 위상차 소자(테이진사 제품, PURE-ACE WR-S)나 일본 특허 제 6133456호 공보의 실시예 7 등에 기재된 중합성 액정을 이용한 위상차 소자 등을 들 수 있다.
광반사층(16)은 외광을 반사하여 외광에 의해 양자점이 발광하는 것을 억제한다. 한편, 광반사층(16)의 반사에 의한 눈부심이나, 주변이 반사되어 비치는 등의 경우에 예를 들어, 도 4에 나타낸 것처럼, 액정 표시 장치(1)는 광반사층(16)의 관찰자측에 가장 가까운 표면에 직접 또는 간접적으로 반사 방지층(25)을 배치할 수도 있다. 반사 방지층(25)으로는 고굴절률층과 저굴절률층을 소정의 막 두께로 적층한 이른바 반사 방지막(AR), 바인더 안에 광을 산란시키는 미립자를 분산시켜, 표면에 미세한 요철을 두어 광을 산란시키는 이른바 안티 글레어층(AG) 등을 들 수 있다. 반사 방지층(25)에는, 광반사층(16)이 콜레스테릭 액정층인 경우 광반사층(16)의 표면에 반사 방지층(25)을 배치해도 외광의 반사 기능은 유지된다. 따라서, 이러한 경우, 반사 방지층(25)을 사용하는 것이 바람직하다. 반사 방지층(25)을 배치하는 방법으로는, TAC 필름, COP 필름과 같이 위상차가 적은 투명 플라스틱 필름 상에 반사 방지층(25)을 형성하고, 광반사층(16)에 점착제 또는 접착제 등을 이용하여 적층하는 방법, 광반사층(16) 상에 직접 반사 방지층(25)을 형성하는 방법 등을 들 수 있다.
(다른 위상차 필름)
관찰자측 편광판(15)과 어레이 기판(19) 또는 백라이트측 편광판(13)과 대향 기판의 사이, 또는 이 중 어느 사이에는 필요에 따라 시야각 개선을 위해 위상차 필름을 배치할 수도 있다. 위상차 필름은 액정 표시 방식에 따라 다른 것을 사용해도 무방하다. 위상차 필름으로는, 액정 표시 모드가 TN 방식이면 하이브리드 배향시킨 디스코틱 액정층을 갖는 위상차 필름(이 경우 백라이트측 편광판(13)과 대향 기판(17) 사이에 배치)이, VA 방식이면 Negative-C-Plate라 불리는 위상차 필름이, IPS 방식이면 Negative-A-Plate 또는 A-Plate와 Positive-C-Plate의 적층체 등이 사용하기 알맞다.
[제 2 실시형태]
다음으로, 제 2 실시형태에 대해 설명한다. 제 2 실시형태에서는 화면 표시 장치가 유기 EL 디스플레이(OLED)인 경우에 대해 설명한다. 유기 EL 디스플레이는, 양자점을 포함하는 파장 변환층을 갖는 일반적인 유기 EL 디스플레이에서, 양자점을 발광시키는데 이용되는 여기광을 발광하는 광원의 피크 파장을 반사 파장 영역에 포함하는 광반사층을, 양자점을 포함하는 파장 변환층보다 관찰자측에 배치함으로써 얻을 수 있다.
예를 들어, 도 5에 나타낸 것처럼, 유기 EL 디스플레이(2)는, 반사 방지층(25), 광반사층(16), 1/4 파장판(24), 원편광판(28), 유리 기판(23b), 차광부(22a) 및 양자점을 포함하는 파장 변환층(22b)을 구비한 컬러 필터(22), 유기 EL층(27), 박막 트랜지스터(TFT)(26) 및 유리 기판(23a)을, 관찰자측으로부터 위 순서로 가진다. 도 5에서는 도 1~4에 나타낸 액정 표시 장치(1)와 공통되는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 기능도 동일하게 했다. 즉, 제 1 실시형태에서 설명한 광반사층(16), 차광부(22a), 양자점을 포함하는 파장 변환층(22b)을 구비한 컬러 필터(22), 유리 기판(23), 1/4 파장판(24), 반사 방지층(25)은 유기 EL 디스플레이(2)에서도 동일하게 사용할 수 있으며, 이들의 기능도 동일한 것으로 한다. 박막 트랜지스터(26) 상에 형성된 발광층이기도 한 유기 EL층(27)은 청색광만을 발광한다. 이 청색광은 컬러 필터(22)의 파장 변환층(22b)에 포함된 양자점의 여기광과 동일한 파장(예를 들면, 450nm)을 가진다. 제 1 실시형태에 나타낸 액정 표시 장치(1)와 마찬가지로, 양자점을 포함하는 파장 변환층(22b)을 구비한 컬러 필터(22)는, 무색, 녹색, 적색의 세 가지 색을 하나의 화소로 포함하며, 녹색 및 적색 화소는 양자점을 포함하는 파장 변환층(22b)을 가진다. 또한, 관찰자측에는 임의의 구성으로서 원편광판(28)을 마련한다. 일반적인 유기 EL 디스플레이에서는 외광에 포함된 여기광에 의해 컬러 필터(22)가 발광될 우려가 있다. 그러나, 제 1 실시형태에서 상술한 광반사층(16)을, 컬러 필터(22)로 외광이 입사되는 쪽에, 구체적으로는 디스플레이의 맨 위에 배치함으로써, 태양광 등의 외광이 디스플레이의 컬러 필터(22)로 입사되는 것을 감소시켜 시인성이 뛰어나게 표시할 수 있다. 또한, 원편광판(28)을 배치하면, 제 1 실시형태에 나타낸 액정 표시 장치(1)와 마찬가지로, 광반사층(16)과 원편광판(28)의 사이에 1/4 파장판(24)을 적절히 배치함으로써, 원편광판(28)에서 나온 출사광을 광반사층(16)에서 반사시키지 않고서도 출사시키는 것이 가능하다. 이뿐만 아니라 가장 윗면에는 임의의 구성으로서 반사 방지층(25)이 배치되어 있어도 무방하다. 기타 구성은 상술한 제 1 실시형태와 동일하므로 그 설명을 생략한다.
실시예
이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 나타낸다. 덧붙여, 본 발명은 다음의 실시형태 및 비교예에 의해 한정되지 않는다. 또한, 다음의 실시예에서 ‘부’는 질량부를 의미한다.
[실시예 1]
<광반사층의 제작>
아래의 순서에 따라 광반사층을 제작하고, 얻어진 광반사층과 1/4 파장판을 적층하여 적층체를 얻었다.
(1) 표 1에 나타낸 조성의 도포액(R1)을 제조했다.
(2) 플라스틱 기판으로는 특허공개 2002-90743호 공보의 실시예 1에 기재된 방법으로 사전에 면을 러빙 처리한 언더코트층(undercoat layer)이 없는 토요방적사의 PET 필름(상품명 A4100, 두께 50μm)을 준비했다. 이 PET 필름의 러빙 처리면에 와이어 바를 이용하여 건조 후 얻어진 반사층의 두께가 4μm가 되도록 도포액을 실온에서 도포했다.
(3) 도포막을 150℃에서 5분간 가열하여 용매를 제거하고, 콜레스테릭 액정상으로 했다. 이어서 고압 수은 램프(해리슨토시바라이팅사 제품)를 120W의 출력으로 5~10초간 UV 조사하여 콜레스테릭 액정상을 고정하여, PET 필름 상에 광반사층을 얻었다.
(4) (2)~(3)에서 제작한 PET 필름 상의 광반사층과, 480nm에서의 위상차값이 115nm인 1/4 파장판(테이진사 제품, PURE-ACE WR-S)을 아크릴계 점착제(소켄화학사 제품, 아크릴 점착제 SK다인906)를 이용하여 적층하고, 적층체를 얻었다.
(5) PET 필름을 박리했다.
<광반사층의 평가>
얻어진 광반사층의 가시광 영역에서의 반사율을, 분광 광도계(필메트릭스사 제품, F20-UVX)를 이용하여 측정한 결과, 중심 반사 파장은 450nm(반치폭은 123nm), 중심 반사 파장의 반사율은 47%였다.
도포액(R1)의 조성을 아래 표 1에 나타낸다.
Figure 112019084375450-pct00001
[실시예 2~6]
<광반사층의 제작>
표 2에 나타낸 도포액(R2)~(R6)을 조정하고, 실시예 1과 동일한 조건으로 두께가 약 1μm인 광반사층 및 1/4 파장판의 적층체를 제작했다.
도포액(R2) ~(R6)의 조성을 아래 표 2에 나타낸다.
Figure 112019084375450-pct00002
표 2에 표시된 자외선 경화형 수지 및 첨가제 A 및 B는 다음과 같다.
ㆍ「BLEMMER-LA」: 라우릴아크릴레이트(Mw.240.4)
ㆍ 「DPHA」: 디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트(Mw.578)
ㆍ UX-5000: 에스테르계 우레탄아크릴레이트계 수지(Mw.1,500)
ㆍ DPHA-40H: 우레탄아크릴레이트계 수지(Mw.2,000)
ㆍ 첨가제 A: 폴리아크릴레이트계 표면 조정제
ㆍ 첨가제 B: 나프탈이미드계 형광 색소
<광반사층의 평가>
얻어진 광반사층의 중심 반사 파장, 반치폭, 중심 반사 파장에서의 반사율, 헤이즈값, 광반사층 투과색의 색감을 나타내는 b*값을 측정했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다. 덧붙여, 헤이즈값은 헤이즈미터(도쿄덴쇼쿠사 제품, TC-HIII)를 이용하여 JIS K7105에 준거하여 측정했다. b*값은 색차계(코니카미놀타사 제품 CM2600d)를 이용하여 JIS Z8730: 2009에 준거하여 측정했다.
Figure 112019084375450-pct00003
<액정 표시 장치의 제작>
액정 표시 장치를, 도 1 및 도 2에 나타낸 구성이 되도록 제작했다. 어레이 기판(19)은, 유리 기판(23) 상에 박막 트랜지스터, 신호선, 주사선, 양자점을 포함하는 파장 변환층(22b)을 구비한 컬러 필터(22), 오버코트층(20a, 20b) 사이에 끼워진 인셀 편광자(21), 공통 전극, 화소 전극을 배치하여 제작했다. 신호선 상에 절연막을 통해 양자점을 포함하는 파장 변환층(22b)을 구비하는 컬러 필터(22)를 배치했다. 덧붙여, 양자점으로는 기술 문헌: Journal of American Chemical Society. 2007, 129, 15432-15433의 기재에 따라, 여기광의 피크 파장이 450nm이고, 형광 스펙트럼의 피크 파장이 637nm인 InP/ZnS 코어쉘형 양자점, 형광 스펙트럼의 피크 파장이 528nm인 InP/ZnS 코어쉘형 양자점을 제작할 수 있다. 본 실시예에서는 일본 특허 공개 2017-21322호 공보의 실시예의 기재에 따라, 각 양자점 분산체와 감광성 수지의 혼합물을 포함하는 조성물을 제작하고, 각각의 조성물을 스핀 코팅법으로 유리 기판 상에 도포한 후 가열하고, 계속해서 1μm 이상 100μm 이하의 라인/스페이스 패턴을 갖는 포토 마스크를 이용하여 자외선을 조사했다. 그 다음 현상액으로 현상 및 세정하여 무색, 녹색, 적색의 세 가지 색을 하나의 화소로서 포함하는 컬러 필터(22)를 얻었다. 제작한 액정 표시 장치(1)에서는, 양자점을 포함하는 컬러 필터(22) 상에 절연막을 통해 한 쌍의 오버코트층(20a, 20b) 사이에 끼워진 인셀 편광자(21)를 배치했다. 또한, 인셀 편광자(21)의 오버코트층(20a) 상에는 절연막을 통해 공통 전극과, 공통 전극 상에 절연막을 통해 화소 전극을 추가로 배치했다. 공통 전극 및 화소 전극은 투명성과 전도성이 우수한 ITO(Indium Tin Oxide)로 구성되었다. 신호선과 주사선은 서로 교차했고, 교차부의 근방에는 박막 트랜지스터가 있어 화소 전극과 일대일로 대응했다. 화소 전극에, 박막 트랜지스터와 커넥터 홀을 통해 신호선으로부터 화상 신호에 대응한 전위가 부여되었고, 또한, 박막 트랜지스터의 동작을 주사선의 주사 신호에 의해 제어했다. 액정 표시 장치(1)에는 화소 전극의 액정층(18)에 근접한 쪽에 도시되지 않은 제 1 배향막이 설치되어 있었다. 제 1 배향막은 폴리이미드계 고분자로 광 배향 또는 러빙 처리에 의해 소정의 방향으로 배향 처리되어 있었다.
대향 기판(17)은, 유리 기판 상의 액정층(18)에 근접한 쪽에 도시하지 않은 기둥 모양의 스페이서와 제 2 배향막을 설치하여 제작했다. 제 2 배향막은 제 1 배향막과 마찬가지로 폴리이미드계 고분자이며, 광 배향 또는 러빙 처리에 의해 소정의 방향으로 배향 처리되어 있었다. 상기 어레이 기판(19)과 대향 기판(17)을 조립하여, 양쪽의 간극은 대향 기판(17)에 배치한 기둥 모양의 스페이서로 균일하게 유지했다. 이 간극에 액정을 봉입하여 액정층(18)을 제작 했다.
대향 기판(17)의 백라이트 유닛(11)측에는 백라이트측 편광판(13)을 배치했다. 백라이트측 편광판(13)과 대향 기판(17)은 아크릴계 점착제를 이용해 적층했다. 이 때, 백라이트측 편광판(13)의 흡수축과 인셀 편광자(21)의 흡수축이 직교하도록 배치했다. 또한, 어레이 기판(19)의 관찰자측에 아크릴계 점착제를 이용해 관찰자측 편광판(15)을 적층했다. 여기에서는 관찰자측 편광판(15)의 흡수축과 인셀 편광자(21)의 흡수축이 평행을 이루도록 배치했다. 또한, 관찰자측 편광판(15)의 관찰자측에, 1/4 파장판(24)과, 플라스틱 기판이 관찰자측이 되도록 배치한 광반사층(16)의 상기 적층체를, 관찰자측 편광판(15)과 광반사층(16) 사이에 1/4 파장판(24)이 배치되도록 아크릴계 점착제를 이용해 적층했다. 여기에서는 관찰자측 편광판(15)의 흡수축과 1/4 파장판(24)의 지상축이 이루는 각이 45°가 되도록 적층했다.
백라이트 유닛(11)은 광원으로 청색 LED(발광시의 피크 파장은 약 450nm)를 이용하는 시판 액정 표시 장치와 동일한 것을 사용했다. 백라이트 유닛(11)은, 엣지 라이트 타입으로 도광판의 하부에 반사판을, 도광판의 상부에는 확산 시트, 프리즘 시트 두 장을 구비하고 있었다. 참고로 두 장의 프리즘 시트는 각각의 스트라이프 라인이 직교했다. 이상과 같이 액정 표시 유닛(12)과 백라이트 유닛(11)을 결합시켜 실시예 1~6의 액정 표시 장치(1)를 제작했다.
<표시 화상의 평가>
제작한 실시예 1의 액정 표시 장치(1)를 실내의 창가에 배치하고 표시 화상의 시인성을 육안으로 관찰했다. 실시예 1의 액정 표시 장치(1)에서는, 태양광이 창문에서 액정 표시 장치(1)의 표시면에서 약 30° 기울어진 방향에서 입사한 경우에도, 광반사층(16)에 의해 태양광에 포함된 여기파장을 차단하므로, 양자점을 포함하는 파장 변환층(22b)을 구비한 컬러 필터(22)가 외광에 의해 발광하는 것을 억제할 수 있었다. 그 결과, 액정 표시 장치(1)의 표시 화상의 가시성을 대폭 향상시킬 수 있었다. 또 실시형태 2~6에서 제작한 액정 표시 장치(1)에서는, 광반사층(16)을 투과한 황색감이 적기 때문에, 외광에 의해 양자점을 포함하는 파장 변환층(22b)을 구비한 컬러 필터(22)가 발광하는 것을 억제하면서도 표시하는 화상의 표시색에 영향을 미치는 것을 크게 줄일 수 있었다.
[비교예]
도 1의 광반사층(16)을 배치하지 않는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 액정 화상 표시 장치를 제작했다. 이 액정 화상 표시 장치를 실시예 1과 마찬가지로 실내의 창가에 배치하고 동일하게 관찰했다. 양자점을 포함하는 파장 변환층을 구비한 컬러 필터가 외광에 의해 발광하는 것을 억제할 수 없었으며, 그 결과 액정 표시 장치(1)가 표시하는 화상의 시인성이 크게 떨어졌다.
위의 결과로부터 본 발명에 따른 화상 표시 장치는 외광이 있는 환경에서도 시인성이 뛰어난 표시 화상을 실현할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 화상 표시 장치는 양자점의 여기광의 파장을 포함하는 외광을 보다 효과적으로 차단하여, 화상 표시 장치에서 나오는 출사광의 밝기를 유지하면서도 외광만을 효율적으로 반사할 수 있다.
1 액정 표시 장치
2 유기 EL 디스플레이
11 백라이트 유닛
12 액정 표시 유닛
13 백라이트측 편광판
14 디스플레이 패널
15 관찰자측 편광판
16 광반사층
17 대향 기판
18 액정층
19 어레이 기판
20a, 20b 오버코트층
21 인셀 편광자
22 컬러 필터
22a 차광부
22b 파장 변환층
23, 23a, 23b 유리 기판
24 1/4 파장판
25 반사 방지층
26 박막 트랜지스터(TFT)
27 유기 EL층
28 원편광판

Claims (13)

  1. 양자점을 포함하는 파장 변환층과,
    편광판과,
    1/4 파장판과,
    상기 양자점이 발광하는데 이용되는 여기광을 발광시키는 광원의 피크 파장을 반사 파장 영역으로 포함하는 광반사층을 구비하되, 상기 광원 측으로부터 상기 파장 변환층, 상기 편광판, 상기 1/4 파장판 및 상기 광반사층 순서로 배치되고,
    상기 광반사층은 콜레스테릭 액정층인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  2. 청구항 1항에 있어서,
    액정 표시 장치 또는 유기 EL 디스플레이인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 파장 변환층은 상기 여기광에 의해 여기되어 녹색광을 발광하는 제 1 양자점과, 상기 여기광에 의해 여기되어 적색광을 발광하는 제 2 양자점을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  5. 청구항 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 광원의 피크 파장이 350nm 이상 650nm 이하인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  6. 청구항 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 광반사층의 중심 반사 파장이 350nm 이상 750nm 이하인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  7. 청구항 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 광반사층의 중심 반사 파장과 상기 광원의 피크 파장의 차이의 절대값이 0nm 이상 70nm 이하인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 청구항 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 1/4 파장판의 위상차값이 90nm 이상 125nm 이하인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  12. 청구항 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 1/4 파장판의 지상축과 상기 편광판의 편광축이 이루는 각이 45°인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
  13. 청구항 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 광반사층의 관찰자측에 반사 방지층이 추가로 형성되는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
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