KR20020006414A - 액정 배향막의 광 배향용 편광광 조사장치의 편광 소자 - Google Patents

Abstract

입사하는 광망(光芒)의 광축에 대해 유리판을 부르스터 각만큼 경사지게 하고, 각각 V자형으로 조합한 편광 소자에 있어서, 통과하는 S편광광을 작게 하여 편광 소자로부터 출사하는 편광광의 소광비(消光比)를 높히는 것으로서, 편광 소자(8)의 광 입사측에 V자형의 2매의 유리판(8a)의 광 입사면에서 형성되는 능선에 따라 차광판(8b)을 설치하고, 상기 유리판(8a)에서 반사하는 광을 차광한다. 이에 따라, 유리판(8a)의 표면에서 반사한 S편광광이 대향하는 유리판으로 입사하지 않는다. 이 때문에, 편광 소자(8)를 통과하는 S편광광을 적게 할 수 있고, 상기 반사광에 의한 소광비에의 악영향을 작게 할 수 있다. 또한, 상기 차광판(8b)을 V자형으로 조합한 다수매의 유리판의 전체에 대해 설치해도 된다.

Description

액정 배향막의 광 배향용 편광광 조사장치의 편광 소자{A polarizing element of a polarized light illuminating apparatus used for light orientation of liquid crystal orientation film}

본 발명은 액정 표시 소자 배향막에 편광광을 조사하여 액정을 광 배향시키기 위한 광 조사 장치의 편광 소자에 관한 것으로, 특히, 본 발명은 시야각 보상 필름의 광 배향에 적합한 편광 소자에 관한 것이다.

액정 표시 소자는 투명 기판의 표면에 형성한 배향막에 액정을 원하는 방향으로 배향시키는 처리(배향 처리)를 실시하고, 상기 투명 기판을 2매, 배향막을 내측으로 하여 소정 간격의 간극을 유지하도록 맞붙이고, 상기 간극에 액정을 주입한 것이다.

상기 액정 표시 소자의 배향막의 배향 처리에 관한 것으로, 배향막에 편광광을 조사하여 노광 처리함으로써 행하는 광 배향이라고 불리는 기술이 있다.

광 배향용 편광광 조사 장치로는 예컨대 본 출원인이 먼저 제안한 특개평 10-90684호 공보가 있다.

최근, 상기 액정 표시 소자의 제작 이외에 시야각 보상 필름의 제작에도 상기 편광광 조사 장치가 사용되고 있다. 시야각 보상 필름은 베이스 필름상에 UV 경화 액정을 도포하고, 일정 방향으로 액정 분자를 배향시킨 후, UV를 조사하여 액정을 경화시켜 액정 분자의 방향을 고정시킨 것으로, 액정 패널에 시야각 보상 필름을 부착시켜 화질의 저하를 보상할 수 있다.

종래 상기의 「일정 방향으로 액정 분자를 배향시키는」공정은 러빙에 의해 행해졌는데, 최근 상기 편광광 조사를 사용하여, 광 배향에 의해 행해지게 되었다.

도7에 시야각 보상 필름을 광 배향하는 편광광 조사 장치의 구성예를 도시한다. 동 도면에 도시하는 바와같이, 편광광 조사 장치는 초고압 수은 램프 등의 방전 램프(1)와, 타원 집광 거울(2)과, 제1 평면 거울(3)과, 편광 소자(8)와, 집적 렌즈(4)와 셔터(5)와 제2 평면 거울(6)과 시준 렌즈(7)로 구성되어 있다.

편광 소자(8)는 입사하는 광망(光芒)의 광축에 대해 부르스터 각만큼 경사져 간격을 두고 평행 배치한 다수매의 유리판을, 각각 V자형으로 조합하고, 광의 출사측이 볼록하게 되도록 배치한 것이다.

V자형으로 조합한 편광 소자를 이용하는 이점으로는 다음과 같은 것을 들 수 있다. 우선, V자로 하지 않는 경우에 비교하면, 편광 소자 전체의 크기(광축에 대해 길이 방향의 크기)를 소형화할 수 있다. 또한, 1매 1매의 유리판의 크기가 작아져 유리 1매당 제작 비용이 낮아진다.

V자형으로 조합하여 배치한 편광 소자를 배치하는 방향은 출사측으로 볼록하게, 입사측으로 볼록하게 하는 두가지를 생각할 수 있다. 도7에 도시한 것에서는 출사측에 볼록(유리판이「계곡」을 형성하는 방향으로부터 광이 입사하는 경우)한 편광 소자를 이용하고 있다.

또, 편광 소자에 사용하는 유리판의 매수는 도면에 도시한 매수에 한정되지 않고, 조사면에서의 원하는 조도, 소광비(消光比)에 따라 적절히 조정할 수 있다.

동 도면에서 방전 램프(1)가 방사하는 자외광을 포함하는 광은 타원 집광 거울(2)로 집광되고, 제1 평면 거울(3)에서 반사하여 편광 소자(8)에 입사한다. 편광 소자(8)는 P편광을 투과시켜 S편광의 대부분을 반사하므로, 편광 소자(8)로부터 출사하는 광은 주로 P편광으로 된다. 편광 소자(8)로부터 출사한 광은 집적 렌즈(4)에 입사한다.

집적 렌즈(4)로부터 나온 광은, 셔터(5)를 통하여 다시 제2 평면 거울(6)에서 반사되고, 시준 렌즈(7)에서 평행광으로 되어, UV 경화 액정을 도포한 시야각 보상 필름(10)에 조사된다.

이하, 시야각 보상 필름(10)으로 표기한 것은 UV 경화 액정이 도포되어 있는 것으로 한다.

시야각 보상 필름(10)은 장척의 연속 워크로서, 권회 롤러(11a)에 롤형태로 감겨 있다. 그리고, 동 도면에 도시하는 바와같이 권회 롤러(11a)에 감긴 시야각보상 필름을 인출하여, 편광광을 조사한 후, 권회 롤러(11b)에 감는다. 편광광은 필름(10)을 반송하면서 필름(10)에 대해 미리 설정된 각도로 조사한다.

또한, 상기 시야각 보상 필름은 편광광의 소광비가 나쁘더라도(예컨대 P편광 : S편광= 3 : 1∼ 2 : 1) 배향하는 것이 알려져 있다. 이와같은 소광비의 편광광은 시준기 등의 광학 소자를 이용하지 않아도 얻을 수 있다.

또한, 도7에서는 편광 소자(8)를 제1 평면 거울(3)과 집적 렌즈(4) 사이에 설치했는데, 도8에 도시하는 바와같이 편광 소자(8)를 시준 렌즈(7)의 출사측에 설치해도 된다.

도9에 시야각 보상 필름을 광 배향 하는 편광광 조사 장치의 다른 구성예를 도시한다. 이 구성예에서 램프(21)는 봉 형상의 직관 램프이고, 예컨대 고압 수은 램프, 메탈 할로겐 램프이다.

상기 봉 형상 램프(21)는 단면이 포물선인 홈통 형상의 거울(22)의 초점에 배치된다. 편광 소자(8)는 도7에 도시한 것과 동일하게, 입사하는 광망의 광축에 대해 부르스터 각만큼 경사져 간격을 두고 평행 배치한 다수매의 유리판을 각각 V자형으로 조합하여, 광의 출사측이 볼록하게 되도록 배치한 것이다.

시야각 보상 필름(10)은 상기한 바와같이 장척의 연속 워크로서, 권회 롤러(11a)에 롤 형태로 감겨 있다. 그리고, 동 도면에 도시하는 바와같이 권회 롤러(11a)에 감긴 시야각 보상 필름을 인출하여, 편광광을 조사한 후, 권회 롤러(11b)에 감는다. 편광광은 필름(10)을 반송하면서, 필름(10)에 대해 미리 설정된 각도로 조사한다.

도9에 도시한 편광광 조사장치에 있어서는, 램프로부터의 직사광은 발산광이므로, 편광 소자에는 부르스터 각이 아닌 각도로 광이 입사하고, 편광 분리되지 않은 채로 편광 소자를 통과하는 광도 있다.

그러나, 홈통 형상의 거울(22)에서 반사된 광은 대략 평행광으로 되어, 부르스터 각으로 편광 소자에 입사되므로, 편광 분리되어, P편광광이 출사된다. 따라서, 편광 소자에서는 전체로서 P편광광의 성분이 많은 광이 출사하고, 시야각 보상 필름(10)에 조사된다.

이와같은 봉 형상 램프를 사용하는 이유는 도7, 도8에 도시한 점 광원의 램프를 이용한 경우에 비해, 넓은 면적을 강한 조도로 조사할 수 있어, 필름의 노광 처리 스피드가 빨라져, 스루풋이 좋아지기 때문이다.

상기한 바와같이, 입사하는 광망의 광축에 대해, 부루스타 각만큼 경사져 간격을 두고 평행 배치한 다수매의 유리판을 각각 V자형으로 조합하여 배치한 편광 소자를 이용하면, 편광 소자 전체의 크기를 소형화할 수 있고, 또한, 1매 1매의 유리판의 크기가 작아져, 유리 1매당 제작 비용을 싸게 할 수 있다.

유리판을 V자형으로 조합한 편광 소자를 이용하여 상기 편광 소자를 출사측으로 볼록하게 되도록 배치한 경우, 다음과 같은 문제가 생긴다.

도10은 유리판을 V자형으로 조합한 편광 소자를 도시하는 도면으로, 동 도면은 V자형으로 조합한 유리판(8a)을 4그룹 이용하여 편광 소자를 구성한 경우를 나타내고 있고, 각 유리판(8a)은 입사광에 대해 부르스터 각만큼 경사지고, 출사측이볼록하게 되도록 배치되어 있다. 또한, 도10에서 상하 방향의 화살표, 검은색 원의 둥근 표시는 각각 P편광광, S편광광의 편광 방향을 나타내고 있고, 또한, 유리판의 굴절에 의해 편광 소자(8)의 출사측에는 동 도면에 도시하는 바와같이 그림자가 생긴다. 또한, 실제는 유리판을 15그룹 사용하고 있지만, 도10에서는 유리판을 4그룹으로 생략하여 나타내고 있다.

도10에 도시하는 바와같이, 유리판에 부르스터 각으로 입사한 광은 P편광광과 S편광광으로 분리한다. P편광광은 유리판을 투과하지만, S편광광은 반사된다. 여기서, 유리판의 표면에서 반사된 S편광광이, 대향하는 유리판에 입사한다. 상기 반사광(S편광광)의 상기 유리판에의 입사광은 부르스터 각이 아니므로, S편광광이지만 유리판을 통과한다.

이 유리판을 통과한 S편광광은 2매째·3매째 …의 유리판의 표면에서 동일하게 반사·투과되고, 이를 반복하여 최종적으로 편광 소자를 통과하는 S편광광이 생긴다. 그 결과, 이 광이 노이즈로 되어, 편광 소자로부터 출사되는 편광광의 소광비가 저하한다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 행해진 것으로서, 본 발명의 목적은 유리판의 표면에서 반사된 S편광광이 대향하는 유리판에 입사하지 않도록 함으로써, 편광 소자를 통과하는 S편광광을 적게 하고, 편광 소자로부터 출사하는 편광광의 소광비를 높히는 것이다.

도1은 본 발명의 실시예의 편광소자를 도시하는 도면,

도2는 차광판으로서 표면이 침상으로 된 것을 이용한 실시예를 나타내는 도면,

도3은 차광판으로서 표면에 반사면을 가지는 것을 이용한 실시예를 나타내는 도면,

도4는 모든 유리판 사이에 차광판을 설치한 실시예를 나타내는 도면,

도5는 그 이외의 구성의 편광 소자에의 적용예를 도시하는 도(1),

도6은 그 이외의 구성의 편광 소자에의 적용예를 도시하는 도(2),

도7은 시야각 보상 필름을 광 배향하는 편광광 조사 장치의 구성예(1)를 도시하는 도면,

도8은 시야각 보상 필름을 광 배향하는 편광광 조사 장치의 구성예(2)를 도시하는 도면,

도9는 시야각 보상 필름을 광 배향하는 편광광 조사 장치의 다른 구성예를 도시하는 도면,

도10은 광 입사측이 볼록해지도록 유리판을 V자형으로 조합한 편광 소자를 도시하는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

l, 21 : 방전 램프 2 : 타원 집광 거울

3 : 제1 평면 거울 8 : 편광 소자

4 : 집적 렌즈 5 : 셔터

6 : 제2 평면 거울 7 : 시준 렌즈

8, 8-1, 8-2 : 편광 소자 8a : 유리판

8b : 차광판 10 : 시야각 보상 필름

22 : 홈통 형상 거울

(1) 입사하는 광망의 광축에 대해 부르스터 각만큼 경사져, 간격을 두고 평행 배치한 다수매의 유리판을 각각 V자형으로 조합하고, 광의 출사측이 볼록하게 되도록 배치한 편광 소자를 이용하여 상기 편광 소자의 광 입사측에 상기 V자형의 2매의 유리판의 광 입사면이 교차하는 능선을 따라 차광 부재를 설치한다. 그리고, 차광 부재를 상기 유리판에 부르스터 각으로 입사하는 광을 방해하지 않도록 입사광의 광축에 대략 평행하게 배치하고, 상기 유리판에서 반사되는 S편광광을 차광한다.

상기 차광 부재를 설치함으로써, 유리판의 표면에서 반사된 S편광광이 차광판에 의해 흡수 또는 반사되어, 대향하는 유리판에 입사하지 않는다. 그 결과, 편광 소자를 통과하는 S편광광을 적게 할 수 있고, 상기 반사광에 의한 소광비에의 악영향을 작게 할 수 있다.

(2) 상기 (1)에서 상기 차광 부재를 V자형으로 조합한 다수매의 유리판 전체에 대해 설치한다.

이에 따라, V자형으로 조합한 다수매의 유리판에서 반사되는 S편광광을 모두 차광할 수 있어, 한층 상기 반사광에 의한 소광비에의 영향을 작게 할 수 있다.

<발명의 실시형태>

도1은 본 발명의 제1 실시예의 편광 소자를 도시하는 도면으로, 동 도면은 상기 도10과 동일하게 V자형으로 조합한 유리판(8a)을 4그룹 이용하여 편광 소자를 구성한 경우를 나타내고 있고, 각 유리판(8a)은 입사광에 대해 부르스터 각만큼 경사져, 출사측이 볼록하게 되도록 배치되어 있다.

또, 이하에서는 차광판을 구비한 편광 소자에 대해서만 설명하지만, 이하에도시하는 각 실시예의 차광판을 구비한 편광 소자는 상기 도7∼도9에 도시한 편광광 조사 장치의 편광 소자로서 사용할 수 있다.

또, 유리판을 실제는 도10과 동일하게 15그룹 사용했지만, 도1에서는 4그룹으로 생략하고 있다.

상기 구성의 편광 소자에서 본 실시예에서는 도1에 도시하는 바와같이, 편광 소자(8)를 구성하는 유리판(8a)에서 반사하는 광을 차광하는 차광판(8b)을 형성한다. 상기 차광판(8b)은 그 1변이 V자형으로 조합한 유리판의 접합 부분에 따라 배치되고, 부르스터 각으로 유리판(8a)에 입사하는 광을 방해하지 않도록 입사하는 광망의 광축에 대략 평행하게 배치되어 있다.

상기 차광판으로는 예컨대 알루미늄판에 흑알루마이트 처리를 한 것을 이용할 수 있고, 유리판(8a)에 의해 반사한 광은 상기 차광판(8b)에 의해 흡수된다.

이러한 차광판(8b)을 형성함으로써, 유리판(8a)의 표면에서 반사한 S편광광은 도1에 도시하는 바와같이 차광판(8b)에서 차광되어 대향하는 유리판에 입사하지 않는다. 이에 따라, 상기 도10에 도시한 차광판을 설치하지 않는 경우에 비해 편광 소자로부터 출사하는 편광광의 소광비가 유리판을 15그룹 사용했을 때, 15 : 1에서 20 : 1로 상승했다.

상기 실시예에서는 차광판으로서 평판 형태의 것을 이용하는 경우에 대해 나타냈는데, 차광판의 형상으로는 다양한 형상의 것을 이용할 수 있다.

도2는 차광판(8b)으로서, 표면이 침상으로 된 것을 이용한 경우를 나타내고 있고, 이러한 형상의 차광판을 이용함으로써, 차광판에 입사하는 광을 효과적으로흡수할 수 있다.

또한, 차광판으로서는 광을 흡수하는 것뿐만 아니라, 거울을 이용하는 것도 가능하다.

도3은 표면에 반사면을 가지는 차광판을 이용한 경우를 나타내고 있고, 동 도면에 도시하는 바와같이, 차광판의 반사면은 유리판(8a)에서 반사한 S편광광이 다시 유리판(8a)에 입사하지 않는 방향으로 반사시키도록 형성되어 있다. 이러한 반사면을 가지는 차광판을 이용해도 도1, 도2에 도시한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

차광판(8b)은 도1∼도3에 도시하는 바와같이 유리판에 의한 반사광의 강도가 크고, 편광 소자의 입사측에 설치하는 것이 가장 효과적이지만, 이 차광판을 출사측으로 연장하고, V자형을 구성하는 모든 유리판 사이에 차광판(8b)을 설치하면, 더욱 소광비에의 영향을 작게 할 수 있다.

즉, 도4에 도시하는 바와같이, 유리판(8a-1)의 입사측뿐만 아니라, 차광판을 편광 소자의 2매째 유리판(8a-2), 3매째 유리판(8a-3), 4매째 유리판(8a-4) 사이에 설치하면, 이들 유리판의 표면에서 반사하는 S편광광도 차광할 수 있으므로, 소광비에의 악영향을 더욱 작게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 차광판은 유리판(8a)에서 반사한 S편광광의 전부 또는 일부를 흡수하여, 고온으로 되는 경우가 있다. 이 경우에는 공냉 또는 수냉 수단을 이용하여 차광판을 냉각시키면 좋다.

본 발명은 V자형으로 조합한 유리판으로 구성되는 편광 소자를, 다수 그룹조합한 다양한 형상의 편광 소자에도 적용할 수 있다.

도5는 유리판을 출사측이 볼록하게 되도록 배치한 제1 편광 소자(8-1)와, 유리판을 입사측이 볼록하게 되도록 배치한 제2 편광 소자(8-2)를 이용하여 제1 편광 소자를 입사측에 설치하고, 제2 편광 소자를 출사측에 설치한 경우를 나타내고 있다.

이 경우에는 제1 편광 소자(8-1)의 입사측에, 상기한 바와같이 차광판을 배치한다. 이에 따라 편광 소자(8-1)의 유리판에서 반사되는 S편광광을 차광할 수 있고, 상기한 바와같이 편광광의 소광비의 저하를 작게 할 수 있다.

도6은 상기 제1 편광 소자(8-1)를 출사측에 설치하고, 제2 편광 소자를 입사측에 설치한 경우를 나타내고 있다.

이 경우에는 제1 편광 소자(8-1)의 입사측에, 상기한 바와같이 차광판을 배치한다. 이에 따라 편광 소자(8-1)의 유리판에서 반사되는 S편광광을 차광할 수 있어, 상기한 바와같이 편광광의 소광비의 저하를 작게 할 수 있다.

또한, 도5, 도6에 있어서도, 상기 도4에 도시한 바와같이 제1 편광 소자(8-1)에 설치한 차광판을 출사측으로 연장하고, 출사측이 볼록하게 되도록 V자형으로 조합한 모든 각 유리판 사이에 차광판을 설치해도 된다.

이상 설명한 바와같이 본 발명에서는 편광 소자의 광 입사측에 차광 부재를 설치하였으므로 이하의 효과를 얻을 수 있다.

(1) 유리판의 표면에서 반사한 S편광광이 차광판에 의해 흡수 또는 반사되어, 대향하는 유리판에 입사하지 않는다. 이때문에, 편광 소자를 통과하는 S편광광을 적게 할 수 있어, 편광 소자로부터 출사하는 편광광의 소광비를 높힐 수 있다.

(2) V자형으로 조합한 다수매의 유리판 전체에 대해 상기 차광 부재를 설치함으로써 모든 유리판에서 반사하는 S편광광을 차광할 수 있고, 한층 더 편광 소자로부터 출사하는 편광광의 소광비를 높힐 수 있다.

Claims (2)

1. 램프와, 상기 램프의 광을 집광하는 집광 거울과 편광 소자를 구비한 액정 배향막의 광 배향용 편광광 조사 장치에 있어서,

   상기 편광 소자는 입사하는 광망(光芒)의 광축에 대해 부르스터 각만큼 경사져, 간격을 두고 평행 배치한 다수매의 유리판을, 각각 V자형으로 조합하고, 광의 출사측이 볼록하게 되도록 배치한 것으로서,

   상기 편광 소자의 광입사측에 상기 V자형의 2매의 유리판의 광 입사면에서 형성되는 능선에 따라 차광 부재를 형성하고,

   상기 차광 부재를, 입사하는 광망의 광축에 대해 대략 평행으로 배치하고, 상기 유리판으로 반사하는 광을 차광하는 것을 특징으로 하는 액정 배향막의 광 배향용 편광광 조사 장치의 편광 소자.
2. 제1항에 있어서, V자형으로 조합한 다수매의 유리판의 전부에 대해 상기 차광 부재를 설치한 것을 특징으로 하는 액정 배향막의 광 배향용 편광광 조사 장치의 편광 소자.