KR20000077303A - 편광 소자, 광학 소자, 편광 광원 단위장치 및 액정디스플레이 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 편광 소자, 광학 소자, 편광 광원 단위장치 및 액정 셀을 가지는 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다. 편광 소자는 자연광을 편광으로 구성된 반사광 또는 투과광으로 분리시키는 기능을 가지는데, 1/2 반사 파장이, 자연광이 반사광 및 투과광으로 분리되는 예정된 파 범위 내의 반사광 스펙트럼을 기준으로 최대 반사율을 나타내는 파장의 장파측 또는 단파측에 속하는 파장이고 최대 반사율에 대하여 50%의 반사율을 나타내며 1/2 반사 평균 파장이 편광 소자의 전체 표면의 1/2 반사 파장의 평균일 때, 편광 소자의 표면에 있는 각 위치의 1/2 반사 파장은 1/2 반사 평균 파장에 비하여 ±10nm 이내의 범위이다. 광학 소자는 편광 소자 및 흡수형 편광판의 적층체를 가진다. 편광 광원 단위장치는 반사층을 가진 표면 광원 및 상기 표면 광원 위에 배치된 편광 소자와 광학 소자 중 어느 하나를 가진다. 액정 셀은 편광 광원 단위장치의 광출력 면 상에 배치된다.
Description
본 발명은 액정 디스플레이 장치의 휘도를 향상시키고, 디스플레이 불선명을 억제시키는데 적용되는 편광 소자 및 그러한 편광 소자를 사용하는 편광 광원 단위장치에 관한 것이다.
본 발명은 본원에서 참고로 인용하는 일본 특허 출원 제 99-135333호에 기초한다.
이제까지는 콜레스테릭 액정 층과 4분의 1 파장 플레이트의 적층체에 의해 구성된 소자 또는 복굴절(birefringent) 다층 필름에 의해 구성된 소자가 입사광의 약 절반이 흡수되어 손실되는 단점을 극복함으로써 액정 디스플레이 장치의 휘도를 향상시킬 수 있는 편광 소자로서 공지되어 있다(일본 특허 공개 제 92-268505호 및 PCT 제 95/17691호).
전술한 소자는 선형 편광이 편광 축에 일치하게 흡수형 편광판 상에 입사하도록 디자인 되었으므로, 흡수 손실을 방지한다. 그러나, 전술한 소자를 사용하는 액정 디스플레이 장치를 비스듬하게 볼 때 뚜렷한 디스플레이 불선명의 문제가 발생하기 때문에, 프리즘 정렬 층의 경우와 같이 시각적 인식 특성이 크게 떨어지는 문제점이 있다. 부언하면, 광로 제어에 의해 휘도를 향상시키기 위한 프리즘 정렬층에서, 약 40도 이상의 비스듬히 보이는 각에서의 휘도의 저하 때문에 시각적 인식 특성이 크게 떨어진다.
본 발명의 목적은, 양호한 광 이용 효율을 가진 액정 셀에 입사광을 공급할 수 있고 휘도가 우수하고 디스플레이 불선명이 적은 액정 디스플레이 장치를 형성할 수 있는 흡수형 편광판에 기인하여 흡수 손실이 낮은 편광을 생성할 수 있는 편광 소자, 광학 소자 및 편광 광원 단위장치를 개발하는 것이다.
도 1은 광학 소자의 일례의 단면도이다.
도 2는 액정 디스플레이 장치의 일례의 단면도이다.
본 발명의 요지에 따르면, 편광 소자의 표면에 있는 각 위치의 1/2 반사 파장이 1/2 반사 평균 파장에 비하여 ±10nm 이내 범위인, 자연광을 편광으로 구성된 반사광 또는 투과광으로 분리시키는 작용을 하는 편광 소자가 제공된다. 이때, 1/2 반사 파장은 자연광이 반사광 및 투과광으로 분리되는 예정된 파 범위내의 반사광 스펙트럼을 기준으로 최대 반사율을 나타내는 파장의 장파측 또는 단파측에 속하는 파장이다. 1/2 반사 파장은 최대 반사율에 대하여 50%의 반사율을 나타낸다. 1/2 반사 평균 파장은 편광 소자의 전체 표면내의 1/2 반사 파장의 평균이다.
본 발명은 추가로 전술한 편광 소자, 접착제 층을 통하여 편광 소자 상에 적층된 흡수형 편광판을 포함하는 광학 소자; 반사 층을 가진 표면 광원 및 상기 표면 광원 위에 배치된 전술한 편광 소자 또는 광학 소자를 포함하는 편광 광원 단위장치; 및 편광 광원 단위장치 및 흡수형 편광판을 통해 편광 광원 단위장치의 광출력면에 배치된 액정 셀을 포함하는 액정 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 편광 분리 기능이 우수하여, 흡수형 편광판에 기인한 흡수 손실이 낮은 편광을 양호한 입사광의 이용 효율로 제공하고, 휘도가 매우 우수하여 비스듬한 시야 방향에서도 착색과 같은 디스플레이 불선명이 억제되는 액정 디스플레이 장치를 형성할 수 있다. 이것은 1/2 반사 평균 파장에 대한 표면의 각 위치에서의 1/2 반사 파장의 산란이 억제되는데 기초한다.
본 발명의 특징 및 이점은 첨부 도면과 함께 기술된 바람직한 실시태양의 하기 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 편광 소자는 자연광을 편광으로 구성된 반사광 또는 투과광으로 분리시키는 기능을 가지는데, 1/2 반사 파장이 자연광이 반사광 및 투과광으로 분리되는 예정된 파 범위 내의 반사광 스펙트럼을 기준으로 최대 반사율을 나타내는 파장의 장파측 또는 단파측에 속하는 파장일 때, 편광 소자의 표면에 있는 각 위치의 1/2 반사 파장은 1/2 반사 평균 파장에 비하여 ±10nm 이내의 범위이다. 또한, 1/2 반사 파장은 최대 반사율에 대하여 50%의 반사율을 나타낸다. 1/2 반사 평균 파장은 편광 소자의 전체 표면의 1/2 반사 파장의 평균이다.
자연광을 편광의 일부인 반사광 또는 투과광으로 분리시키는 기능을 나타내는 편광 소자는 적합한 물질로 제조될 수 있다. 부언하면, 편광 소자의 예는 반사 및 투과를 통해 자연광을 오른쪽 원형 편광부 및 왼쪽 원형 편광부로 분리시키기 위한 콜레스테릭 액정 배향 층과 같은 원형 편광 분리 층(circular polarized-light separating layer)이다.
전술한 편광 소자의 다른 예는, 상이한 광탄성 계수를 가지는 수많은 중합체 층(예컨대 10 내지 1000층)을 적층하고 평면내의 예정된 방향으로의 층의 굴절율은 서로 일치하지만 예정된 방향에 수직인 방향으로의 층의 굴절율은 상이하게 되도록 적층체를 연신시킴으로써 제조되는 소자와 같이, 예정된 편광축을 가진 선형 편광을 투과시킬 수 있고 선형 편광 이외의 빛을 반사할 수 있는 소자이다.
전술한 콜레스테릭 액정은 그랜쟝(Grandjean) 배향의 나선형 피치들 사이의 차이에 따라 변하는 파장 특성을 가지는 원형 편광 분리 기능을 나타낸다. 본 발명에서, 원형 편광 분리 층은 두께의 방향으로 나선형 피치가 변하는 원형 편광 분리 층; 반사광의 중심 파장이 상이한 둘 이상의 콜레스테릭 액정 층의 겹쳐진 몸체에 의하여 구성된 원형 편광 분리 층; 또는 두께의 방향으로 변하는 나선형 피치를 만들기 위하여 반사광의 중심 파장에 기초한 길이의 순서대로 나선형 피치가 상이한 둘 이상의 콜레스테릭 액정 층을 겹침으로써 전술한 두가지 형태의 원형 편광 분리 층의 조합으로서 형성된 원형 편광 분리 층과 같은 적합한 형태의 것일 수 있다.
두께의 방향으로의 나선형 피치에서의 산란도 및 반사광의 중심 파장이 상이한, 즉 나선형 피치가 상이한 두 콜레스테릭 액정층 또는 셋 이상의 콜레스테릭 액정층을 겹치는 것은 분리 기능을 가진 파 범위를 넓히고 연장시키는 것등을 목적으로 한다. 즉, 예정된 방향으로 배향된 하나의 콜레스테릭 액정층에서, 선택 반사성(원형 편광에 대한 이색성)을 나타내는 파 범위는 일반적으로 제한된다. 그 제한이 약 100nm 너비를 포함하는 넓은 범위일 수 있다 하더라도, 파 범위는 액정 디스플레이 장치 등에 응용하기 위하여 요구되는 가시광의 전체 영역을 망라할 수는 없다. 그러므로, 콜레스테릭 액정 층의 겹침은 나선형 피치에서의 산란의 범위를 넓혀서 원형 편광 등에 대한 이색성을 나타내는 파 범위를 넓히는 것을 목표로한다.
부언하면, 가시광 범위를 포함할 수 있는 원형 편광 분리 층은 300 내지 900nm 범위의 선택 반사의 중심 파장을 가지고, 한 방향으로 원형 편광된 빛이 반사되는 그러한 조합에서 나선형 피치가 상이한 콜레스테릭 액정 층의 몇가지 종류를 겹침으로써 효과적으로 형성될 수 있다. 또한, 한 방향으로 원형 편광된 빛을 반사시키는 콜레스테릭 액정 층의 조합을 겹치는 것은 각각의 층에 의하여 반사된 원형 편광의 위상 상태를 정렬하여 각각의 파 범위 사이에서 상이한 편광 상태가 발생되는 것을 방지함으로써, 사용되도록 허용되는 편광의 양을 증가시키는 것을 목표로 한다.
전술한 원형 편광 분리 층에서, 반사광의 중심 파장에 기초한 길이의 순서대로 콜레스테릭 액정 층을 겹치는 것은 시야각의 변화 등에 의하여 발생된 투과광의 색 변화를 억제하는 것을 목표로 한다. 이 경우, 동일한 나선형 피치 형태의 콜레스테릭 액정 층과는 나선형 피치가 다른 하나의 콜레스테릭 액정 층이 동일한 나선형 피치 형태의 콜레스테릭 액정 층들 사이에 개재되거나, 동일한 나선형 피치 형태의 콜레스테릭 액정 층과는 나선형 피치가 다른 둘 이상의 콜레스테릭 액정 층이 상기한 바와 같이 중심 파장의 크기 순서대로 동일한 나선형 피치 형태의 콜레스테릭 액정 층들 사이에 개재되는 형태와 같은, 동일한 나선형 피치 형태를 가진 둘 이상의 콜레스테릭 액정 층을 가진 계층화된 구조물이 허용될 수 있다.
저분자량의 콜레스테릭 액정 등이 원형 편광 분리 층을 형성하는데 사용될 수 있다. 제조된 편광 소자의 취급 특성, 박막 필름 특성 등의 관점에서 보면, 콜레스테릭 액정 중합체가 바람직하게 사용될 수 있다. 이 경우, 편광 소자는 콜레스테릭 액정 중합체 필름 등의 단일 층 몸체로서, 또는 플라스틱 필름 등에 의하여 지지된 콜레스테릭 액정 중합체 필름의 다층 몸체로서 수득될 수 있다. 액정 디스플레이 장치 등의 양호한 시각적 인식 특성을 위하여 시야각의 확대 등의 관점에서 볼 때 바람직한 편광 소자는 그 영역(domain)에 흠이 없는 상태로 그랜쟝 배향된 콜레스테릭 액정 중합체로 제조된다.
부언하면, 임의의 적합한 중합체가 임의의 특별한 제한 없이 콜레스테릭 액정 중합체로서 사용될 수 있다. 그러므로, 액정 배향을 부여하기 위한 공액 선형 원자 그룹(메조겐)이 중합체 등의 주쇄 또는 측쇄에 도입되는 주쇄 형태 또는 측쇄 형태의 중합체와 같은 다양한 종류의 중합체가 사용될 수 있다. 콜레스테릭 액정 중합체의 복굴절율 사이의 차이가 증가함에 따라 선택 반사를 위한 파 범위는 더 넓어진다. 따라서, 층 수, 넓은 시야각 범위에서의 파장 이동을 위한 공간 등의 감소의 관점에서 보면, 복굴절율 사이의 차이가 더 큰 콜레스테릭 액정 중합체가 바람직하게 사용될 수 있다. 부언하면, 취급 특성, 실제 온도에서의 배향의 안정성 등의 관점에서 볼 때 바람직한 액정 중합체는 30 내지 150℃ 범위의 유리전이 온도를 가지는 중합체이다.
부언하면, 주쇄형 액정 중합체의 예는 파라 치환된 고리 화합물 등으로 이루어진 메조겐 그룹이 부차적인 요구로서 가요성 부여를 위한 스페이서 부분을 통해 결합되어 있는 구조를 가지는 중합체이다. 중합체의 특정한 예는 폴리에스테르 중합체, 폴리아미드 중합체, 폴리카보네이트 중합체, 폴리에스테르-이미드 중합체 등이다.
다른 한편으로, 측쇄형 액정 중합체의 예는 부차적인 요구로서 공액 원자 그룹으로 이루어진 스페이서 부분을 통해서, 주쇄 구조로서 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리실록산, 폴리말로네이트 등을 함유하고, 측쇄로서 파라 치환된 고리 화합물 등으로 이루어진 저분자량 액정 화합물(메조겐 부분)을 함유하는 중합체이다. 중합체의 특정 예는 저분자량의 키랄 성분을 함유하는 네마틱 액정 중합체, 키랄 성분이 도입된 액정 중합체, 네마틱 액정 중합체와 콜레스테릭 액정 중합체가 혼합된 액정 중합체 등이다.
상기한 바와 같이, 파라 치환된 방향족 단위, 파라 치환된 사이클로헥실 사이클릭 단위 등(예컨대, 아조메틴 형태, 아조 형태, 아족시 형태, 에스테르 형태, 바이페닐 형태, 페닐사이클로헥산 형태, 또는 바이사이클로헥산 형태)에 의하여 구성된 네마틱 배향 특성을 부여하기 위한 파라 치환된 고리 화합물을 가지는 중합체조차 비대칭 탄소 함유 화합물 등으로 이루어진 적합한 키랄 성분, 저분자량 키랄 성분 등(일본 특허 공개 제 80-21479호, 미국 특허 제 5332522호 등)을 도입하는 방법에 의하여 콜레스테릭 배향될 수 있다. 부언하면, 파라 치환된 고리 화합물의 파라 위치에 있는 말단 치환 그룹은 시아노 그룹, 알킬 그룹, 알콕시 그룹 등과 같은 적합한 그룹일 수 있다.
또한, 스페이서 부분의 예는 가요성을 나타내는 폴리메틸렌 쇄 -(CH2)n-, 폴리옥시메틸렌 쇄 -(CH2CH2O)m- 등이다. 스페이서 부분을 형성하는 구조 단위의 반복 회수는 메조겐 부분의 화학적 구조 등을 기준으로 적합하게 결정된다. 폴리메틸렌 쇄의 경우, 숫자 n은 일반적으로 0 내지 20 범위 내, 특히 2 내지 12 범위 내이다. 폴리옥시메틸렌 쇄의 경우, 숫자 m은 일반적으로 0 내지 10 범위 내, 특별히 1 내지 3 범위 내이다.
콜레스테릭 액정 중합체의 원형 편광 분리 층의 제조는 배경 기술의 저분자량 액정 배향 공정을 따른 방법에 의하여 수행될 수 있다. 부언하면, 그 방법의 예는 지지 기재 물질 상에 폴리이미드, 폴리비닐 알코올, 폴리에스테르, 폴리알릴레이트, 폴리아미드-이미드, 폴리에스테르-이미드 등의 필름을 형성하고 그 필름을 레이온 섬유 등으로 문지름으로써 제조된 배향 필름, 사방 증착된 SiO2층, 연신 공정을 거친 배향 필름과 같은 적합하게 배향된 필름 상에 액정 중합체를 도포하는 단계; 유리전이 온도 이상이지만 등방상 전이 온도 미만의 온도에서 액정 중합체를 가열하는 단계; 액정 중합체 분자가 그랜쟝-배향 상태로 존재하는 유리 전이 온도 미만의 온도까지 액정 중합체를 냉각시켜서 액정 중합체를 유리 상태로 만듦으로써 고정된 배향을 가지는 고화된 층을 형성하는 단계를 포함하는 방법이다.
트리아세틸 셀룰로오즈, 폴리비닐 알코올, 폴리이미드, 폴리알릴레이트, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리에테르-술폰, 비정형 폴리올레핀, 변성된 아크릴 중합체 또는 에폭시 수지 등과 같은 플라스틱의 단일층 또는 적재된 층 또는 연신된 필름, 유리판 등과 같은 적합한 물질이 전술한 지지 기재 물질로서 사용될 수 있다. 플라스틱 필름이 두께의 감소 등의 관점에서 볼 때 바람직하다.
액정 중합체의 도포는 용매에 용해된 액정 중합체 용액을 예를 들어, 스핀 코팅법, 롤 코팅법, 유동 코팅법, 프린팅법, 침지 코팅법, 주조 코팅법 등과 같은 적합한 방법에 의해 박층으로 도포하는 단계; 부차적인 요구로서 박층을 건조시키는 단계를 포함하는 방법에 의하여 수행될 수 있다. 특히, 두께의 균일성이 우수한 필름을 형성할 수 있기 때문에 스핀 코팅법 등과 같은 방법이 바람직하다. 부언하면, 염화 메틸렌, 사이클로헥사논, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에탄, N-메틸피롤리돈, 테트라하이드로푸란 등과 같은 적합한 용매가 전술한 용매로 사용될 수 있다.
도포된 액정 중합체 층의 배향을 위한 가열 공정은 전술한 바와 같이 액정 중합체의 유리전이 온도 내지 등방상 전이 온도의 범위, 즉 액정 중합체가 액정 상을 나타내는 온도 범위에서 액정 중합체를 가열함으로써 수행된다. 또한, 배향 상태의 고정은 액정 중합체 층을 유리 전이 온도 미만의 온도까지 냉각시킴으로써 수행될 수 있다. 냉각 조건은 특별히 제한되지 않는다. 전술한 가열 공정은 일반적으로 300℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있으므로, 일반적으로 자연 냉각법이 사용된다. 부언하면,부차적인 요구로서 안정화제, 가소제, 금속 등과 같은 다양한 첨가제가 콜레스테릭 액정 중합체의 도포액과 혼합될 수 있다.
배향 무질서 및 투과율의 저하의 방지, 선택 반사를 위한 파 범위의 너비 등의 관점에서, 지지 기재 물질 상에 형성되는 액정 중합체의 고화된 층의 바람직한 두께는 0.5 내지 50㎛ 범위 내, 특히 1 내지 30㎛ 범위 내, 특히 2 내지 10㎛ 범위 내이다. 지지 기재 물질 상의 액정 중합체의 고화된 층은 지지 기재 물질과 합체되거나 지지 기재 물질로부터 분리된 필름 등으로서 사용될 수 있다. 부언하면, 지지 기재 물질을 사용하는 경우, 기재 물질을 포함하는 층의 총 두께는 바람직하게는 2 내지 500㎛ 범위 내, 특히 5 내지 300㎛ 범위 내, 특히 10 내지 200㎛ 범위 내이다.
부언하면, 두께의 방향으로 변하는 나선형 피치를 가진 원형 편광 분리 층의 제조는 예를 들어, 고온가압(hot pressing)에 의해서 둘 또는 셋 이상의 예정된 수의 배향된 콜레스테릭 액정 중합체 층을 서로 부착시키는 공정에 의해 수행 될 수 있다. 롤 적층기와 같은 적합한 고온가압 수단을 통해 콜레스테릭 액정 중합체 층을 유리 전이 온도 이상이지만 등방상 전이 온도 미만인 온도까지 가열함으로써 콜레스테릭 액정 중합체 층을 서로 밀착 결합시키는 방법과 같은 적합한 방법이 고온가압 공정에 사용될 수 있다. 지지 기재 물질과 각각 합체된 액정 중합체의 고화된 층의 경우, 두께 방향으로 변하는 나선형 피치를 가지는 원형 편광 분리 층은 고화된 층이 서로 밀접하게 접촉되도록 상기한 바와 같이 고화된 층을 겹침으로써 수득될 수 있다.
부언하면, 두께 방향으로 변하는 나선형 피치를 가지는 원형 편광 분리 층은 반사광의 연속 파 범위를 나타내거나 반사광의 불연속 파 범위를 나타낼 수 있다. 색채 불선명 등의 발생을 방지한다는 등의 관점에서 볼 때 바람직한 원형 편광 분리 층은 반사광의 연속 파 범위를 나타낸다. 예를 들어, 그러한 원형 편광 분리 층은 전술한 고온가압 공정 등에 의하여 형성된 콜레스테릭 액정 중합체 층의 겹쳐진 몸체가 유리 전이 온도 이상이지만 등방상 전이 온도 미만인 온도에서 가열됨으로써 계면에서 밀접하게 접촉된 상태의 상부 층과 하부 층을 형성하기 위한 콜레스테릭 액정 중합체의 혼합된 층을 형성하는 방법에 의하여 제조될 수 있다.
상기의 설명에서, 상부 층과 하부 층의 콜레스테릭 액정 중합체를 혼합함으로써 형성된 콜레스테릭 액정 중합체 층은 나선형 피치가 상부 층과 하부 층에서 상이하고 두께 방향으로 다단계로 변하는 원형 편광 분리 층을 형성한다. 일반적으로, 원형 편광 분리 층의 나선형 피치는 상부 층 및 하부 층을 형성하기 위한 콜레스테릭 액정 중합체의 값 사이의 값 중의 하나를 취하므로, 상부 층 및 하부 층을 함께 가진 원형 편광 분리 층은 반사광의 연속 파 범위를 나타내는 영역을 형성한다.
따라서, 콜레스테릭 액정 중합체 층이 함께 사용되어 상부 층 및 하부 층의 반사광의 파 범위가 서로 겹쳐지지 않을 때, 즉 콜레스테릭 액정 중합체 층이 함께 사용되어 불연속으로 인한 결여 영역이 반사광의 파 범위에 존재할 때, 상부 층 및 하부 층을 혼합함으로써 형성된 콜레스테릭 액정 중합체는 전술한 결여 영역을 상쇄함으로써 반사광의 파 범위가 연속적이 될 수 있도록 한다. 그러므로, 예를 들어, 불연속적인 반사광 파 범위인 500 내지 600nm의 파 범위에서조차 광을 반사할 수 있는 원형 편광 분리 층은 각각 500nm 이하의 반사광 파 범위 및 600nm 이상의 반사광 파 범위를 나타내는 두 종류의 콜레스테릭 액정 중합체 층을 사용함으로써 수득될 수 있다. 이것이 의미하는 바는, 보다 적은 수의 콜레스테릭 액정 중합체 층의 겹침에 의하여 넓은 밴드의 반사 파 범위를 나타내는 원형 편광 분리 층을 제조할 수 있다는 것이다.
1/2 반사 파장이 편광 소자에 의하여 반사된 광의 예정된 파 범위에 있는 스펙트럼을 기준으로 최대 반사율을 나타내는 파장의 장파 측 또는 단파 측에 위치하고, 최대 반사율에 대하여 50%의 반사율을 나타내는 파장이고, 1/2 반사 평균 파장이 편광 소자의 전 표면에서의 1/2 반사 파장의 평균일 때, 본 발명에 사용될 편광 소자는 편광 소자의 표면에 있는 각 위치에서의 1/2 반사 파장이 1/2 반사 평균 파장에 대하여 ±10nm 이내, 특히 ±9nm 이내, 특히 ±8nm 이내의 범위에 있도록(산란 특성) 제공된다.
전술한 예정된 파 범위는 사용된 편광 소자에 의하여 나타나는 반사 성질을 기준으로 적합하게 결정된다. 액정 디스플레이 장치, 특히 칼라 액정 디스플레이 장치는 가시광의 전체 파 범위를 망라하는 광을 필요로 하기 때문에, 300 내지 1000nm 의 파 범위와 같은 가시 광의 전체 파 범위를 망라하는 범위에서 전술한 산란 특성을 만족시키는 것이 바람직하다.
부언하면, 반사 광의 중심 파장이 상이한 둘 이상의 콜레스테릭 액정 층을 겸침으로써 형성된 전술한 원형 편광 분리 층과 같은 반사 파 범위가 조합된 층에서는, 전체로서의 스펙트럼 파형이 개별적인 액정 층에 기초한 갈매기-형태의(chevron-shaped) 또는 사다리꼴의 스펙트럼 파형의 조합에 의하여 생성되므로, 종종 연쇄적인 갈매기 형과 같은 형상의 피크를 다수 가지는 스펙트럼 파형이 생성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 예정된 파 범위에서 최대 반사율을 나타내는 파장은 전술한 바와 같이 다수의 피크가 존재하는 경우에조차 유일하게 측정된다. 한편, 다수의 1/2 반사 파장을 가진 광이 최대 반사율을 나타내는 파장의 장파 측 또는 단파 측에 존재할 때, 전술한 산란 조건은 1/2 반사 파장 모두에 대하여 결정된다. 전술한 산란 조건을 만족시키는 편광 소자가 본 발명에 사용된다.
콜레스테릭 액정 층의 경우, 전술한 산란 특성은 층의 두께를 가능한 한 균일하게 제조함으로써 수득될 수 있다. 다수의 층의 경우, 전술한 산란 특성은 각 층의 두께를 가능한 한 균일하게 제조함으로써 수득될 수 있다. 두께 방향으로 피치를 변화시키는 자외선 흡수제 등과 같은 인자가 함유되는 경우, 전술한 산란 특성은 그 인자의 분산도 및 자외선의 조사량의 균일성 등을 향상시킴으로써 수득될 수 있다. 특히, 콜레스테릭 액정 층에서, 코팅의 불균일 등에 의해 유발된 두께의 불균일은 디스플레이 불선명을 유발시키기 쉬울 정도로 전술한 산란을 크게 만든다.
두께 방향으로 피치가 변하는 콜레스테릭 액정 층이, 피치가 1/4 파장 플레이트 측으로부터 보아 큰 값에서부터 작은 값으로 직선 함수로 변하도록 형성될 때, 장파 측 상의 산란이 디스플레이 불선명에 크게 영향을 미치는 경향이 있다. 콜레스테릭 액정 층이, 피치가 1/4 파장 플레이트 측으로부터 보아 작은 값에서부터 큰 값으로 직선 함수로 변하도록 반대로 제조되는 때에는, 단파 측에서의 산란이 디스플레이 불선명에 큰 영향을 미치는 경향이 있다.
한편, 예정된 편광 축을 가진 선형 편광은 투과시키지만 선형 편광 이외의 다른 편광은 반사시킬 수 있는 편광 소자의 전술한 산란 특성은 다층 필름을 구성하는 각 층의 두께 및 복굴절율을 가능한 한 균일하게 함으로써 수득될 수 있다. 그러한 다층 필름 형태의 편광 소자에서, 특히 연신의 불균일에 의하여 유발된 복굴절율의 차이는 디스플레이 불선명을 유발시키기 쉬울 정도로 산란을 크게 만든다. 따라서, 적층 필름의 연신 온도가 가능한 한 일정하게 유지되는 동안 연신 공정을 수행하는 것이 바람직하다. 부언하면, 다층 필름 형태의 편광 소자에서는, 장파 측 및 단파 측에서의 산란이 디스플레이 불선명에 크게 영향을 미치는 경향이 있다.
전술한 산란 특성을 나타내는 편광 소자를 사용함으로써 액정 디스플레이 장치의 휘도 등을 안정하게 향상시킬 수 있고, 비스듬한 시야각에서의 디스플레이 불선명의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 프리즘 정렬 층이 배치될 때 정면 휘도의 저하를 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 편광 소자는 전술한 바와 같이 액정 디스플레이 장치 등을 형성하는데 바람직하게 사용될 수 있다. 이 경우, 전술한 원형 편광 분리 층을 가지는 편광 소자는 편광 소자의 하나 이상의 표면에 부착된 1/4 파장 플레이트와 함께 사용될 수 있다. 원형 편광 분리 층을 통해 투과된 원형 편광을 선형으로 편광시키는 것이 목적인 그러한 1/4 파장 플레이트는 정면과 배면 사이에서 반사광의 중심 파장에 차이가 존재하는 경우에조차 원형 편광 분리 층의 정면 또는 배면상에 배치될 수 있다.
1/4 파장 플레이트는 하나의 위상차 층 또는 둘 이상의 위상차 층을 이용하여 형성될 수 있다. 가시광 범위의 경우, 선형 편광 효과, 비스듬히 투과된 광에 의하여 유발된 색 변화의 상쇄 등의 관점에서 볼 때 100 내지 180nm 범위 내의 정면 위상차를 가진 1/4 파장 플레이트가 바람직하게 사용된다. 즉, 바람직하게 사용되는 1/4 파장 플레이트는 (nx-ny)d=△nd=100 내지 180nm(이때, nx는 1/4 파장 플레이트의 표면에서의 최대 굴절율을 나타내고, ny는 표면에 수직인 방향에서의 굴절율을 나타내고, nz는 1/4 파장 플레이트의 두께 방향에서의 굴절율을 나타내고, d는 1/4 파장 플레이트의 두께를 나타낸다)라는 공식을 만족한다.
부차적인 요구로서 전술한 1/4 파장 플레이트의 기능을 나타내는 위상차 층과 함께 사용될 수 있는 위상차 층은 상쇄 목적으로 제공되어, 1/4 파장 플레이트 기능을 나타내는 위상차 층을 통해 비스듬히 투과된 광의 색 균형이 위상차 층을 통해 수직으로 투과된 광의 색 균형과 좀더 충분히 조화를 이루게 되므로, 흡수 편광 판을 통해 덜 채색된 중간 색이 시각적으로 인지될 수 있다. 100 내지 720nm의 범위 내의 정면 위상차(△nd)를 가진 위상차 층이 바람직하게 사용된다.
부언하면, 상기 설명에서, 색 변화의 상쇄 등의 관점에서 볼 때 바람직하게 사용될 수 있는 전술한 위상차 층은 표면 내의 한 방향 또는 양 방향으로의 굴절율보다 두께 방향으로의 굴절율이 더 큰 층이거나, Nz가 하기 공식에 의하여 표현되는 층이다. (nx-Nz)/(nx-ny)가 5 이하, 바람직하게는 2 이하, 좀더 바람직하게는 1.5 이하, 훨씬 더 바람직하게는 1.1 이하이다(각각 - 값을 가질 수 있음).
위상차 층은 선택적인 임의의 물질로 제조될 수 있다. 투명성이 우수하고 특히 80% 이상의 광 투과율을 나타내어 균일한 위상차를 부여하는 물질이 바람직하다. 일반적으로 사용되는 물질의 예는 플라스틱(예컨대, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리에테르-술폰, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀, 폴리비닐 알코올, 셀룰로오즈 아세테이트 중합체, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리알릴레이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리아미드 등)으로 제조된 연신 필름 및 액정 중합체이다. 특히, 트위스트 배향된 액정 중합체가 바람직하게 사용된다.
두께 방향으로 큰 굴절율을 가지는 전술한 위상차 층은 주조법, 압출법 등과 같은 적합한 방법에 의하여 전술한 중합체로 제조된 필름이 열수축성 필름에 결합되는 동안 단일축 또는 양축 방법에 의해 가열하에 연신되거나 수축되는 방법 등과 같은 적합한 방법에 의해 제조될 수 있다.
위상차 층의 △nd, Nz 등의 전술한 특성은 필름의 재료 및 두께, 연신(수축) 정도, 연신(수축) 온도 등의 조건을 변경함으로써 조절될 수 있다. 위상차 층의 일반적인 두께는 단일층에 있어서 10 내지 500㎛ 범위 내, 특히 20 내지 200㎛ 범위 내이다. 두께는 위의 범위로 제한되지 않는다.
부언하면, 1/4 파장 플레이트와 같은 위상차 층이 액정 중합체로 제조될 때, 위상차 플레이트는 전술한 원형 편광 분리 층의 경우를 기준으로 하여 액정 중합체의 배향 필름, 투명한 기재 물질로 지지되는 액정 중합체의 배향 층 등과 같은 적합한 형태를 가진 플레이트로서 수득될 수 있다. 액정 중합체를 사용하는 경우, 목적하는 위상차 층은 어떠한 연신 공정도 거치지 않고 제조될 수 있다.
1/4 파장 플레이트는 상기한 바와 같은 단일 위상차 층에 의해 구성되거나 위상차가 다른 두개의 위상차 층 또는 셋 이상의 위상차 층의 겹쳐진 몸체에 의해 구성될 수 있다. 위상차가 다른 그러한 위상차 층의 겹침은 1/4 파장 플레이트 또는 상쇄 플레이트가 목적하는 바대로 작용하도록 허용하는 파 범위의 확장 등에 효과적이다. 위상차 층의 겹쳐진 몸체가 사용될 때, 전술한 관점에서 보면 하나 이상의 표면에서의 굴절율 nx 및 ny 보다 두께 방향으로 더 높은 굴절율을 가지는 하나 이상의 위상차 층을 배치하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 편광 소자는 편광 소자의 적층체 및 흡수형 편광판으로 제조된 광학 소자의 형태로 실제 사용될 수 있다. 도 1은 광학 소자의 예를 도시한다. 참조 번호 1은 편광 소자(원형 편광 분리 층)를 나타내고, 3은 흡수형 편광판을 나타낸다. 부언하면, 도 1에서, 편광 소자(1)는 콜레스테릭 액정 층(12 및 13)의 겹쳐진 몸체로 제조된 원형 편광 분리 층으로 구성되기 때문에, 위상차 플레이트(21 및 22)의 겹쳐진 몸체로 제조된 1/4 파장 플레이트(2)는 편광 소자(1)와 흡수형 편광판(3) 사이에 배치된다. 부언하면, 참조 번호 11은 원형 편광 분리 층(12 및 13)을 지지하는 기재 물질을 나타낸다.
이색성 물질로 함침된 편광 필름 또는 폴리엔 배향 필름, 또는 투명한 보호 층으로 코팅된 필름과 같은 적합한 물질이 흡수형 편광판으로 사용될 수 있다. 부언하면, 편광 필름의 예는 폴리비닐 알코올 필름, 부분적으로 포르말린화된 폴리비닐 알코올 필름, 또는 부분적으로 비누화된 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 필름과 같은 친수성 고분자량 필름 상에 요오드, 이색성 염료 등과 같은 이색성 물질을 흡착시키고, 친수성 고분자량 필름을 연신시킴으로써 형성된 필름이다. 폴리엔 배향 필름의 예는 폴리비닐 알코올의 탈수물, 폴리비닐 클로라이드의 탈염화수소물 등이다.
액정 디스플레이 장치를 제조하는데 있어서, 휘도가 높은 디스플레이의 획득, 즉 흡수 손실을 가능한 한 충분히 방지하면서 흡수형 편광판을 통해 고도의 선형 편광을 투과시킴으로써 액정 셀에 고도의 선형 편광을 입사시킴으로 인한 양호한 콘트라스트비(contrast ratio)의 디스플레이의 획득이라는 관점에서 보면, 이색성 물질을 함유하는 편광판과 같은 편광도가 높은 편광판이 바람직하게 사용된다. 특히, 이색성 물질을 함유하고 40% 이상의 광투과율을 가지고 95.0% 이상, 바람직하게는 99% 이상의 편광도를 가지는 편광판이 바람직하게 사용된다.
부언하면, 특히 흡수형 편광판이 이색성 물질을 함유하는 편광 필름 만큼 내수성이 나쁠 때, 전술한 투명한 보호층이 보호의 목적으로 제공된다. 투명한 보호층은 플라스틱을 도포하는 방법 또는 필름과 같은 물질을 적층하는 방법과 같은 적합한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 투명한 보호층이 필름과 같은 개별 물질로부터 형성될 때, 반사 손실의 방지 등의 관점에서 보면 개별 물질이 접착제 층을 통해 서로 합체되도록 이들을 적층하는 것이 바람직하다.
투명한 보호층의 두께는 적합하게 결정될 수 있다. 두께는 일반적으로 1mm 이하, 특히 500㎛ 이하, 특히 1 내지 300㎛ 범위 내가 되도록 선택된다. 부언하면, 적합한 물질은 플라스틱으로서 사용될 수 있다. 일반적으로, 액정 중합체를 지지하는 투명한 기재 물질 및 위상차 층 등에 대한 상기 설명에서 예시한 임의의 하나의 물질이 플라스틱으로서 사용될 수 있다.
부언하면, 투명한 수지층은 미세입자 등을 투명한 수지층에 함침시키는 방법에 의하여 표면 미세 조도 구조물의 형태로 제조될 수 있다. 예를 들어, 0.5 내지 50㎛ 범위 내의 평균 입자 크기를 가진 적합한 투명한 미세입자가 미세입자로서 사용될 수 있다. 미세입자의 예는 전기 전도성일 수 있는 실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 산화 주석, 산화 인듐, 산화 카드뮴, 산화 안티몬 등의 무기 미세입자 및 가교되거나 가교되지 않은 중합체의 유기 미세입자이다. 미세입자 함량은 일반적으로 2 내지 25 중량% 범위 내, 특히 5 내지 20 중량% 범위 내이다.
도면에 도시된 바와 같은 1/4 파장 플레이트(2)의 상부면 상의 흡수형 편광판(3)의 정렬에서, 1/4 파장 플레이트에 대한 편광판의 정렬 각은 1/4 파장 플레이트의 위상차 특성 및 그 위에 입사되는 원형 편광의 특성 등에 따라 적합하게 결정된다. 광 이용 효율의 향상 등의 관점에서 보면, 흡수형 편광판(3)은 바람직하게 흡수형 편광판의 투과 축이 1/4 파장 플레이트를 통해 선형 편광된 빛의 편광 방향과 가능한 한 평행이 되도록 배치된다.
본 발명에 따른 광학 소자는, 편광 소자를 통해 반사되거나 투과된 빛과 같이, 광원으로부터 나온 자연 광과 같은 빛이 왼쪽 원형 편광부 및 오른쪽 원형 편광부, 왼쪽 선형 편광부 및 오른쪽 선형 편광부 등으로 분리되도록 제공되고, 편광 소자를 통해 투과되거나 반사된 원형, 타원형 또는 선형 편광이 부차적인 요구로서 1/4 파장 플레이트를 통해 선형 편광되어서 이렇게 수득된 선형 편광을 흡수형 편광판에 공급하도록 제공된다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 액정 디스플레이 장치 등의 배경광(back light)으로 사용되는 편광 광원 단위장치는 전술한 편광 소자 또는 광학 소자를 측광형 도광판 또는 EL 램프와 같은 적합한 표면 광원(4) 상에 배치시킴으로써 형성될 수 있다. 부언하면, 도 2에 도시된 표면 광원은 도광판(4) 및 도광판(4)의 측면 상에 배치된 광원(42)을 가진다. 부언하면, 도 2는 그러한 편광 광원 단위장치를 이용하여 형성된 액정 디스플레이 장치의 예를 도시한다.
도 2에 도시된 편광 광원 단위장치에 따르면, 광원(42)으로부터 나온 빛이 도광판(4)의 측면에 입사되어 도광판의 배면 등에 의해 반사되어 도광판의 정면으로부터 출력된다. 출력 광은 도광판의 정면 상에 배치된 원형 편광 분리 층(1)(편광 소자)을 통해 특정한 원형 편광(수직) 또는 특정한 타원형의 편광(비스듬히)으로서 투과된다. 투과 광은 1/4 파장 플레이트(2)를 통해 선형 편광된다. 선형 편광은 흡수형 편광판(3)에 입사된다. 한편, 원형 편광 분리 층(1) 상에 특정되지 않은 원형 편광으로서 반사된 빛은 다시 도광판에 입사되어 도광판의 배면 등에 배치된 반사 층(41)을 통해 반사된다. 반사광은 복귀 광(return light)으로서 다시 원형 편광 분리 층(1)에 입사된다.
빛이 도광판의 배면 상에 반사될 때에 원형 편광 분리 층 상에 반사된 상기 빛의 편광 상태가 변하므로, 반사광의 일부 또는 전부가 원형 편광 분리 층을 통해 투과될 수 있는 특정한 원형 편광으로 변형된다. 따라서, 반사광이 특정한 원형 편광으로 변형될 때까지, 원형 편광 분리 층 상에 반사된 빛이 원형 편광 분리 층과 도광판 사이에 국한되어, 그 동안 이들 사이에서 반사가 반복된다.
상기한 바와 같은 측광형 도광판에서, 반사광이 원형 편광 분리 층과 도광판 사이에 국한되어, 그 동안 이들 사이에서 반사가 반복된다. 시간의 경과에 따라, 빛이 원형 편광 분리 층을 통해 투과하는 것이 허용되도록 편광 상태가 변한다. 결과적으로, 입사광의 최초 투과광과 함께 빛이 출력된다. 이런 방법으로, 반사 손실로 인해 사용되지 않는 빛의 부분이 감소된다.
한편, 원형 편광 분리 층으로부터 출력된 빛은 1/4 파장 플레이트를 통해 다량의 선형 편광 성분을 함유하는 선형 편광 또는 타원형 편광으로 변형된다. 선형 편광의 방향이 흡수형 편광판의 투과 축과 일치할 때, 이렇게 변형된 빛은 거의 흡수되지 않지만 흡수형 편광판을 통해 투과된다. 이런 방법으로, 흡수 손실로 인한 빛의 사용되지 않은 부분이 감소된다. 결과적으로, 배경 기술에서 반사 손실 또는 흡수 손실로서 사용되지 않은 빛의 부분이 효과적으로 사용될 수 있어서 광 이용 효율을 향상시키는 것이 가능하다. 따라서, 측광형 도광판은 표면 광원으로서 바람직하게 사용될 수 있다.
배면 상에 반사 층을 가져서 정면을 향하여 빛을 출력하는데 적합한 임의의 플레이트가 전술한 도광판로 사용될 수 있다. 바람직하게는, 어떠한 흡수도 일어나지 않고서 효율적으로 빛을 출력할 수 있는 플레이트가 도광판으로서 사용된다. 바람직한 도광판의 예는 액정 디스플레이 장치 내에 제공되고 (냉 또는 열) 음극 관과 같은 선형 광원 또는 발광 다이오드와 같은 광원이 도광판(4)의 측면 상에 배치되어, 도광판(4)을 통해 투과된 빛이 확산, 반사, 회절, 간섭 등에 의해 도광판의 하나의 표면 상에 입사되도록 하는 공지된 측광형 배경광이다.
상기 설명에서, 내부에 투과된 빛이 하나의 표면 상에 입사되도록 디자인된 도광판이 수득될 수 있다. 그러한 도광판에서, 예를 들어, 투명하거나 반투명한 수지 플레이트의 광출력 표면 또는 그의 배면 상에 점 또는 줄무늬 형태로 확산 부재가 제공되거나 또는 불균일한 구조물, 특히 미세한 프리즘 정렬과 유사한 불균일한 구조물이 그러한 수지 플레이트의 광출력 표면 또는 그의 배면에 주어진다.
도광판이 한쪽 표면을 통해 빛을 출력하더라도, 도광판 자체는 편광 소자에 의해 반사된 편광을 변형시키는 작용을 가질 수 있다. 반사 층(41)이 추가로 도광판의 배면 상에 제공될 때, 반사 손실을 거의 완벽하게 막을 수 있다. 확산 반사 층 또는 거울 반사 층과 같은 반사 층은 편광 소자 상에 반사된 편광을 변형시키는 기능이 우수하고 본 발명에 바람직하게 사용될 수 있다.
부언하면, 불균일한 표면으로 대표되는 확산 반사 층 등은 편광 상태를 제거하는 그의 확산 기능에 의해 편광 상태를 랜덤화한다. 거울 반사층은 알루미늄, 은 등이 증착된 층, 그러한 증착층에 제공된 수지 플레이트 및 금속 호일의 금속 표면으로 대표된다. 따라서, 편광이 거울 반사층에 의해 반사될 때 거울 반사층은 편광 상태를 역전시킨다.
도 2에 도시된 바와 같은 편광 광원 단위장치의 제조에서, 바깥으로 향하는 방향의 빛을 제어하기 위하여 프리즘 시이트 등으로 제조된 프리즘 정렬 층(5), 균일한 빛의 방출(emission)을 수득하기 위한 확산 플레이트, 누출광을 복귀시키기 위한 반사 수단 또는 선형 광원으로부터 도광판의 측면까지 바깥으로 향하는 빛을 인도하기 위한 광원 홀더와 같은 보조 수단은 부차적인 요구로서 도광판(4)의 상면, 저면 또는 측면과 같은 예정된 위치에 하나의 층으로서 또는 둘 이상의 층의 적합한 조합으로서 배치될 수 있다.
상기 설명에서, 도광판의 정면(광출력면) 상에 배치된 프리즘 정렬 층 또는 확산 플레이트, 도광판에 주어진 점 등은 그의 확산 효과 등에 의해 확산된 빛의 위상을 바꾸기 위한 편광 변형 수단으로서 작용할 수 있다. 부언하면, 둘 이상의 프리즘 정렬 층이 배치될 때, 프리즘 정렬층은 바람직하게는 예를 들어, 프리즘 정렬을 서로에 대하여 수직으로 또는 비스듬하게 교차하도록 하는 수단에 의해 각 층에서 프리즘 정렬의 정렬 각을 서로로부터 분화시킴으로써 광학 이방성(anisotropy)이 제거된 상태로 배치된다.
본 발명에 따르면, 편광 소자, 광학 소자 또는 편광 광원 단위장치를 형성하기 위한 원형 편광 분리 층, 1/4 파장 플레이트, 흡수형 편광판, 도광판 등을 포함하는 각 부품은 부차적인 요구로서 접착제 층을 통해 서로 합체되도록 적층될 수 있다. 구성 부품의 합체된 적층은 각 계면에서의 반사 손실의 억제 및 외부 물질 등의 각 계면에의 침입의 방지로 인해 디스플레이 품질의 저하를 방지하고, 상쇄 효율 및 광학 시스템의 치환으로 인한 편광 변형 효율의 감소를 방지하는데 효과적이다. 따라서, 또한 원형 편광 분리 층, 1/4 파장 플레이트, 흡수형 편광판, 도광판 등이 다수의 층으로 형성될 때, 그 층들은 접착제 층 등을 통해 서로 합체되도록 결합된다.
임의의 적합한 접착제 등이 전술한 합체 적층에 사용될 수 있다. 광원 등으로부터 전도된 열에 의해 편광 소자, 1/4 파장 플레이트, 흡수형 편광판 등에 생성된 응력을 억제함으로써 광탄성 변형에 의해 유발된 굴절율의 변화를 방지하고 또한 이에 의해 휘도가 높고 시각적 인지 및 디스플레이 품질의 신뢰성이 우수한 액정 디스플레이 장치를 제조한다는 관점에서 보면, 특히, 응력 완화 성질이 우수한 점착성(tacky) 층이 바람직하게 사용될 수 있다.
아크릴 중합체, 실리콘 중합체, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리에테르 또는 합성 고무와 같은 임의의 적합한 중합체의 사용에 의해 형성된 투명한 접착제가 점착성 층을 형성하는데 사용될 수 있다. 특히, 아크릴 접착제는 광학 투명성(transparency), 점착성, 내후성 등의 관점에서 볼 때 바람직하게 사용될 수 있다.
점착성 층의 두께는 적합하게 결정될 수 있다. 일반적으로, 접착력, 두께의 감소 등의 관점에서 보면, 두께는 1 내지 500㎛ 범위 내, 특히 2 내지 200㎛ 범위 내, 특히 5 내지 100㎛ 범위 내에서 설정된다. 부언하면, 임의의 적합한 첨가제가 부차적인 요구로서 점착성 층과 혼합될 수 있다. 첨가제의 예는 석유 수지, 로진 수지, 테르펜 수지, 쿠마론-인덴 수지, 페놀 수지, 크실렌 수지 및 알키드 수지와 같은 점착화제(tackiifier); 프탈산 에스테르, 황산 에스테르, 파라핀 클로라이드, 폴리부텐 및 폴리이소부틸렌과 같은 연화제; 다양한 종류의 충진제; 노화 방지제(age resistor) 등을 포함한다.
합체된 적층 광학 소자 등의 제조는 예를 들어, 릴리이스제(releasant)로 표면 처리된 필름과 같은 박막 시이트의 분리제 상에 제공된 점착성 층이 편광 소자의 접착제 표면 상에 전이되고(transferred); 부차적인 요구로서 1/4 파장 플레이트가 점착성 층 상에 접촉 결합되고; 점착성 층이 상기한 바와 동일한 방법으로 1/4 파장 플레이트 상에 추가로 전이되고; 흡수형 편광판이 점착성 층 상에 배치되고; 적층된 부품이 서로 접촉 결합되는 방법에 의하여 이루어질 수 있다.
다르게는, 합체된 적층 광학 소자 등의 제조는 하기와 같은 적합한 방법으로 이루어질 수 있다. 분리제(separator) 상에 제공된 점착성 층이 도광판 등의 접착제 표면 상에 전이되고; 편광 소자가 점착성 층에 배치되어 거기에 접촉 결합되고; 부차적인 요구로서 1/4 파장 플레이트 및 흡수형 편광판이 상기한 바와 동일한 방법으로 이전된 점착성 층을 통해 편광 소자와 연속적으로 접촉 결합되는 방법이 하나의 예이다. 편광 소자, 흡수형 편광판, 도광판 등과 같은 점착물(adherend)이 미리 예정된 접착제 표면 상에 제공된 점착성 층을 통해 예정된 순서대로 서로 적층되고; 적층체를 가압하여 점착물이 집합적으로 서로 접촉 결합되는 방법이 다른 예이다.
본 발명에 따른 편광 소자, 광학 소자 또는 편광 광원 단위장치는 적합한 위치 예컨대, 표면 또는 층 사이에 배치된 광산란 플레이트와 같은 임의의 적합한 광학 층을 포함할 수 있다. 이 경우, 광학 층은 응력 완화 성질이 우수한 점착성 층 등을 통해 편광 소자 등에 합체되어 적층될 수 있다. 그러한 예비 점착 방법은 조립 라인에서 연속적으로 점착하는 방법에 의해 제조된 소자보다 품질이 더욱 안정되고 신뢰도가 더 우수한 소자를 제조할 수 있는 이점을 가진다.
부언하면, 본 발명에 따른 편광 소자, 광학 소자 또는 편광 광원 단위장치를 형성하기 위한 액정 층, 1/4 파장 플레이트, 흡수형 편광판, 도광판, 접착제 층, 또 다른 광학 층 등과 같은 부품은 예컨대, 그 부품을 살리실산 에스테르 화합물, 벤조페놀 화합물, 벤조트리아졸 화합물, 시아노아크릴레이트 화합물 또는 니켈 착체(complex) 염 화합물과 같은 자외선 흡수제로 처리하는 방법에 의하여 자외선 흡수능을 가지도록 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 편광 소자 또는 광학 소자는 측광형 도광판과 같은 적합한 표면 광원과 조합됨으로써 편광 소자에 의해 편광된 빛이 편광 변형되어 부차적인 요구로서 출력광으로 재사용됨으로써 반사 손실을 방지한다. 게다가, 출력광은 부차적인 요구로서 1/4 파장 플레이트를 통해 위상이 제어되므로 출력광의 상태는 흡수형 편광 플레이트를 통해 투과될 수 있는 선형 편광 성분이 풍부한 상태로 변형됨으로써 흡수형 편광 플레이트로 인한 흡수 손실을 방지한다. 결과적으로, 휘도의 향상이 이루어질 수 있다.
따라서, 편광 소자 또는 광학 소자는 광 이용 효율이 충분히 우수하여 흡수형 편광판을 통해 쉽게 투과되는 빛을 제공하고, 그의 면적을 쉽게 증가시키기 때문에, 본 발명에 따른 편광 소자 또는 광학 소자는 액정 디스플레이 장치 등의 배경광 시스템으로서 다양한 장치에 바람직하게 사용될 수 있다. 이 경우, 광원으로서 출력광을 사용한다는 관점에서 보면, 출력광이 선형 편광의 형태로 흡수형 편광판을 통해 투과될 수 있는 선형 편광 성분 또는 타원형 편광의 주축 성분을 65% 이상, 특히 70% 이상 포함하는 것이 바람직하다.
도 2는 배경광 시스템으로서 본 발명에 따른 편광 광원 단위장치를 사용하는 액정 디스플레이 장치를 도시한다. 액정 디스플레이 장치에서, 액정 셀(6)은 광학 소자를 통해 편광 광원 단위장치를 형성하는 도광판(4)의 광출력 표면 상에 배치된다. 액정 셀(6)은 도 2에 도시된 바와 같이 광학 소자의 1/4 파장 플레이트(2) 면 상에 배치된다. 도 2에서, 참조 번호 61은 흡수형 편광판을, 7은 시각적 인지를 위해 빛을 확산시키기 위한 광확산 플레이트를 나타낸다.
본 발명에 따른 광학 소자 또는 편광 광원 단위장치는 특히 액정 셀의 양쪽 면 상에 배치된 흡수형 편광판을 가지는 액정 디스플레이 장치를 형성하는데 바람직하게 사용될 수 있다. 부언하면, 광학 소자가 1/4 파장 플레이트의 상부면 상에 흡수형 편광판을 가질 때, 액정 셀의 광학 소자 면 상의 흡수형 편광판은 생략될 수 있다.
일반적으로, 액정 디스플레이 장치는 흡수형 편광판, 액정 셀, 배경광, 필요한 경우에는 위상차 상쇄 플레이트와 같은 적합하게 조립되는 구성 부품에 의하여, 그리고 그 안에 구동 회로를 삽입시킴으로써 형성된다. 본 발명에 따르면, 액정 디스플레이 장치는 편광 소자, 광학 소자 또는 편광 광원 단위장치가 상기한 바와 같이 시각적 인식 표면 상의 액정 셀의 배면 상에 배치되는 점을 제외하고는 특별한 제한 없이 배경 기술에 따라 제조될 수 있다. 그러나, 구성 부품이 각각 점착성 층을 통해 서로 합체되어 결합되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 편광 소자, 광학 소자 또는 편광 광원 단위장치는 바람직하게 트위스트 네마틱(twist nematic) 액정을 사용하는 셀 또는 수퍼트위스트 네마틱(supertwist nematic) 액정을 사용하는 셀과 같은 편광의 입사에 요구되는 액정 셀에 적용될 수 있다. 또한 비-트위스트(non-twist) 액정, 확산된 이색성 물질을 함유하는 게스트-호스트(guest-host) 액정, 강유전성(ferroelectric) 액정 등을 사용하는 액정 셀에 적용될 수 있다.
액정 디스플레이 장치가 제조될 때, 예를 들어, 시각적 인식 면 상의 편광판 상에 제공되는 광 확산 플레이트, 채광 방지(anti-glare)층, 반사 방지 필름, 보호 층 및 보호 플레이트, 또는 액정 셀과 시각적 인식 면 상의 편광판 사이에 제공되는 위상차 상쇄 플레이트와 같은 적합한 광학 층이 적합하게 배치될 수 있다. 부언하면, 일반적으로 다수의 중합체 박막이 적층되는 광학 층(일본 특허 공개 제 92-268505호 및 PCT 제 95/17691호)이 휘도 등의 향상을 위하여 배경광과 액정 셀 사이에 배치될 수 있다.
전술한 위상차 상쇄 플레이트는 시각적 인지 성질 등의 향상을 위해 복굴절율에 대한 파장의 영향을 상쇄한다. 본 발명에 따르면, 위상차 상쇄 플레이트는 시각적 인식 면 상의 흡수형 편광판과 액정 셀 사이에 배치되고/배치되거나 부차적인 요구로서 배경광 면 상의 흡수형 편광판과 액정 셀 사이에 배치될 수 있다. 부언하면, 임의의 적합한 플레이트가 파 범위 등에 따라 위상차 상쇄 플레이트로서 사용될 수 있다. 위상차 상쇄 플레이트는 하나의 위상차 층 또는 둘 이상의 위상차 층의 다중충으로서 형성될 수 있다. 위상차 상쇄 플레이트는 전술한 1/4 파장 플레이트에서 기술한 바와 같이 연신된 필름, 액정 중합체 층 등으로서 수득될 수 있다.
실시예 1
400 내지 470nm의 선택 반사 파장 범위(A)를 갖는, 아크릴 굴열성(thermotropic) 콜레스테릭 액정 중합체 20 중량%를 함유하는 테트라하이드로푸란 용액을 스핀 코팅기에 의하여 50㎛ 두께의 트리아세틸 셀룰로오즈 필름의 폴리비닐 알코올-마찰 표면(약 0.1㎛ 두께) 상에 도포하였다. 필름을 160±2℃에서 2분간 가열하여 배향시켰다. 그런 다음, 필름을 실온에 두어서 냉각시켰다. 따라서, 1.5±0.1㎛ 두께를 가지고 오른쪽 원형 편광을 투과시킬 수 있는 원형 편광 분리 층을 제조하였다.
그런 다음, 각각 500 내지 580nm의 선택 반사 파 범위(B), 600 내지 690nm의 선택 반사 파 범위(C) 및 700 내지 800nm의 선택 반사 파 범위(D)를 갖는, 왼쪽 원형 편광을 투과할 수 있는 원형 편광 분리 층을, B, C 및 D 층이 각각 두 종류의 메조겐의 비율을 변화시킴으로써 제조된다는 점을 제외하고는, 전술한 방법으로 상기 원형 편광 분리 층(A) 상에 연속적으로 적층시켰다. 따라서, 원형 편광 분리 층 A, B, C 및 D의 알파벳 순서로 된 적층체로 제조되고, 원형 편광에 대하여 이색성을 나타내는 소자를 제조하였다. 폴리카보네이트의 연신된 필름으로 제조되고, 130nm의 정면 위상차 및 0.5의 Nz 값을 가지는 1/4 파장 플레이트를 20㎛ 두께의 아크릴 점착성 층을 통해 원형 편광 분리 층(D)의 표면(나선형 피치가 더 큰 면) 상에 결합시켰다. 이렇게 하여, 편광 소자를 생산하였다.
실시예 2
두 종류의 메조겐의 비율만을 변경시킴으로써 제조되고, 각각 800 내지 910nm의 선택 반사 파 범위(E), 700 내지 800nm의 선택 반사 파 범위(D), 600 내지 690nm의 선택 반사 파 범위(C), 500 내지 580nm의 선택 반사 파 범위(B), 400 내지 470nm의 선택 반사 파 범위(A)를 가진 왼쪽 원형 편광을 투과할 수 있는 원형 편광 분리 층이 연속적으로 적층됨으로써 E, D, C, B 및 A의 순서대로 원형 편광 분리 층의 적층체로 제조되고 원형 편광에 대해 이색성을 나타내는 소자를 제조하고, 폴리카보네이트의 연신된 필름으로 제조되고 130nm의 정면 위상차 및 2의 Nz값을 가지는 1/4 파장 플레이트가 소자의 원형 편광 분리 층(E)의 표면(나선형 피치가 큰 면) 상에 결합된다는 점을 제외하고는 실시예 1에서와 유사하게 편광 소자를 제조하였다.
실시예 3
2 내지 10㎛ 두께의 폴리에스테르 또는 변성 폴리에스테르 필름 100 층을 두께의 순서대로 번갈아가며 적층하고 190℃에서 열 접촉 결합시켜서 서로 합체되도록 하였다. 그런 다음, 그러한 적층체를 170±1℃에서 각각 1.1배, 1.2배, 1.3배 및 1.4배가 되도록 연신하였다. 이렇게 연신된 적층체를 각 20㎛ 두께의 아크릴 점착성 층을 통한 연신 비율의 순서대로 적층하여 서로 결합시켰다. 이로써 편광 소자를 제조하였다.
비교 실시예 1
1.5±0.5㎛ 두께의 원형 편광 분리 층이 각각 생성되는 바(bar) 코팅기가 스핀 코팅기를 대신하고, 이렇게 생성된 원형 편광 분리 층이 서로 적층된다는 점을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 방법으로 편광 소자를 제조하였다.
비교 실시예 2
1.5±0.5㎛ 두께의 원형 편광 분리 층이 각각 생성되는 바 코팅기가 스핀 코팅기를 대신하고, 이렇게 생성된 원형 편광 분리 층이 서로 적층된다는 점을 제외하고는 실시예 2에서와 동일한 방법으로 편광 소자를 제조하였다.
비교 실시예 3
130±5℃에서 적층체를 연신하여 1.05배, 1.10배, 1.15배 및 1.20배가 되게하고, 이렇게 형성되어 생성된 연신 적층체를 사용한다는 점을 제외하고는 실시예 3에서와 동일한 방법으로 편광 소자를 제조하였다.
평가 시험
1/2 반사 파장
분광 광도계(MCPD-2000)을 이용하여 300 내지 1000nm의 파 범위에서 실시예 및 비교 실시예에서 제조한 각 편광 소자의 반사율을 측정하였다. 측정된 최대 반사율을 기준으로 하여 표면의 다섯 곳에서의 1/2 반사 파장의 평균값 및 평균값에 대한 측정값의 편차를 조사하였다.
디스플레이 불선명
실시예 및 비교 실시예에서 제조한 각 편광 소자를, 4mm의 두께를 가지고 도트 프린트된 배면을 가진 아크릴 도광판; 도광판의 측면에 배치된 3mm 직경을 가진 냉 음극관; 냉 음극관을 둘러싸기 위한 알루미늄 증착 필름; 및 도광판의 도트 프린트된 배면 상에 제공된 발포된 폴리에스테르 필름의 반사 시이트를 가지는 측광형 표면 광원 상에 배치하였다. 최대 휘도를 나타내도록 조정된 축 각을 가지는 흡수형 편광판(SEG1425DU, 니토 덴코 코오포레이션에서 제조)을 편광 소자 상에 배치하였다. 전술한 조건에서, 비스듬한 시야각에서의 디스플레이 불선명(색도)을 육안으로 평가하였다.
전술한 평가의 결과가 하기 표에 기재되어 있다.
| 1/2 반사 파장에서의 산란 | 디스플레이 불선명 | ||
| 장파 측 | 단파 측 | ||
| 실시예 1 | 750 ±3 nm | 410 ±2 nm | 거의 없음 |
| 실시예 2 | 850 ±3 nm | 415 ±4 nm | 거의 없음 |
| 실시예 3 | 870 ±5 nm | 400 ±7 nm | 거의 없음 |
| 비교 실시예 1 | 755 ±13 nm | 415 ±15 nm | 뚜렷함 |
| 비교 실시예 2 | 845 ±18 nm | 410 ±14 nm | 뚜렷함 |
| 비교 실시예 3 | 880 ±19 nm | 420 ±22 nm | 뚜렷함 |
본 발명은 특별한 정도로 바람직한 형태로 기술되어 있으나, 본 발명의 바람직한 형태의 개시는 본원에서 이후에 청구하고 있는 발명의 정신 및 범주로부터 벗어나지 않고서 구성의 세밀한 부분 및 부분의 조합 및 배열에서 변화될 수 있다.
본 발명에 따라, 편광 분리 기능이 우수한 흡수형 편광판에 의한 흡수 손실이 적은 편광을 입사광 이용 효율이 높게 제공하고, 휘도가 우수하여 비스듬한 시야 방향에서도 표면 얼룩이 적은 액정 표시 장치를 제조할 수 있다. 이것은, 표면의 각 위치에 있어서의 1/2 반사 평균 파장에 대한 1/2 반사 파장의 편차가 억제되는데 기인한다.
Claims (16)
- 편광 소자의 표면의 각 위치에서의 1/2 반사 파장이 1/2 반사 평균 파장에 대하여 ±10nm 내의 범위이고, (ⅰ) 1/2 반사 파장이, 자연광이 반사광 및 투과광으로 분리되는 예정된 파 범위 내의 반사광 스펙트럼을 기준으로 최대 반사율을 나타내는 파장의 장파측 또는 단파측에 속하는 파장이고, 최대 반사율에 대하여 50%의 반사율을 나타내며, (ⅱ) 1/2 반사 평균 파장이 편광 소자의 전체 표면의 1/2 반사 파장의 평균인,자연광을 각각 편광으로 구성된 반사광 및 투과광으로 분리시키는 기능을 가지는 편광 소자.
- 제 1항에 있어서,(ⅰ) 콜레스테릭 액정 층 및 (ⅱ) 콜레스테릭 액정 층과 1/4 파장 플레이트의 조합 중 하나를 포함하고,상기 예정된 파 범위가 300 내지 1000nm인 편광 소자.
- 제 1항에 있어서,예정된 편광 축을 가진 선형 편광을 투과시킬 수 있는 반면, 상기 선형 편광 이외의 빛은 반사하는 소자를 포함하고,상기 예정된 파 범위가 300 내지 1000nm인 편광 소자.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 따른 편광 소자 및 흡수형 편광판이 접착제 층을 통해 서로 적층된 광학 소자.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 따른 편광 소자가 반사층을 가진 표면 광원 위에 배치된 편광 광원 단위장치.
- 제 5항에 있어서,하나 이상의 프리즘 정렬 층(prism array layer)을 가지는 편광 광원 단위장치.
- 제 6항에 있어서,상부 층과 하부 층의 정렬 방향이 서로 교차하도록 둘 이상의 프리즘 정렬 층이 정렬된 편광 광원 단위장치.
- 액정 셀이 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 편광 광원 단위장치의 광출력 면 상에 배치된 액정 디스플레이 장치.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,형성되는 층이 접착제 층을 통해 전체적으로 또는 부분적으로 서로 결합되는 편광 소자.
- 제 4항에 따른 광학 소자가 반사 층을 가진 표면 광원 상에 배치된 편광 광원 단위장치.
- 제 10항에 있어서,하나 이상의 프리즘 정렬 층을 가지는 편광 광원 단위장치.
- 제 11항에 있어서,상부 층 및 하부 층의 정렬 방향이 서로 교차되도록 둘 이상의 프리즘 정렬 층이 정렬된 편광 광원 단위장치.
- 액정 셀이 제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른 편광 광원 단위장치의 광출력 면 상에 배치된 액정 디스플레이 장치.
- 제 4항에 있어서,형성되는 층이 접착제 층을 통해 전체적으로 또는 부분적으로 서로 결합된 광학 소자.
- 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,형성되는 층이 접착제 층을 통해 전체적으로 또는 부분적으로 서로 결합된 편광 광원 단위장치.
- 제 8항에 있어서,형성되는 층이 접착제 층을 통해 전체적으로 또는 부분적으로 서로 결합되는 액정 디스플레이 장치.
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