KR20020090864A - 편광변환소자 및 이를 사용한 투사형 액정표시장치 - Google Patents

편광변환소자 및 이를 사용한 투사형 액정표시장치 Download PDF

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KR20020090864A
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Abstract

(과제)
콘트라스트가 높고, 흑 표시의 화면 불균일이 없는 표시품위가 향상된 투사형 액정표시장치를 실현할 수 있는 편광변환소자를 제공하고, 이를 투사형 액정표시장치에 적용한다.
(해결수단)
기재필름에 액정성 화합물을 도포하여 이루어지는 2 장의 광학보상판 (22, 23) 이 직선편광판 (21) 의 한쪽 면에 적층되어 이루어지는 편광변환소자 (20) 가 제공된다. 이 때, 2 장의 광학보상판은 그 배향축이 상호 직교하도록 배치된다. 이 편광변환소자는 투명한 유리판 (24) 에 적층된 형태로 유리하게 사용된다. 광학보상판의 공기와 접하는 면에 반사방지층 (27) 을 형성하는 것이 바람직하다. 직선편광판의 광학보상판과 반대측의 면에는 위상차판 (25) 을 적층할 수 있다. 이들의 편광변환소자를 액정셀의 한쪽 면에 배치하여 투사형 액정표시장치가 구성된다.

Description

편광변환소자 및 이를 사용한 투사형 액정표시장치 {POLARIZING CONVERSION PLATE AND PROJECTION TYPE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 투사형 액정표시장치에 적합한 편광변환소자에 관한 것으로, 나아가서는 이를 사용한 투사형 액정표시장치에 관한 것이다.
투사형 액정표시장치는 액정 프로젝터라고도 불리고, 퍼스널 컴퓨터나 텔레비젼 등의 화면을 확대하여 스크린에 비춰낼 수 있는 장치로서 넓게 사용되고 있다.
투사형 액정표시장치의 구성의 일례를 도 6 에 기초하여 개략 설명하면, 이와 같은 투사형 액정표시장치는 통상 광원계, 반사ㆍ분광계 및 확대투사계를 갖고 있다. 광원계는 백색광원 (11), 집광렌즈 (13) 및 UVㆍIR 커트필터 (14) 를 갖고 있고, 백색광원 (11) 으로부터의 백색광 (L) 을 집광렌즈 (13) 로 집광하고, 다시 UVㆍIR 커트필터 (14) 로 자외선 및 적외선을 커트하여 제 1 다이크로익 미러 (1) 로 보내도록 되어 있다. 백색광원 (11) 에는 통상 메탈할라이드램프나 고압수은램프 등이 사용된다.
반사ㆍ분광계는 4 종류의 다이크로익 미러 (1, 2, 3, 4), 2 개의 전반사 미러 (5, 6), 각각 적색광 (R), 녹색광 (G) 및 청색광 (B) 에 대응하는 액정셀 (7R, 7G 및 7B), 입사측 편광변환소자 (8R, 8G 및 8B), 출사측 편광변환소자 (9R, 9G 및 9B), 그리고 집광렌즈 (10R, 10G 및 10B) 를 갖고 있다. 편광변환소자로는 종래부터 직선편광판, 직선편광판에 1 장의 광학보상판을 적층한 것, 또한 이것들에 위상차판을 적층한 것이 사용되고 있다
그리고 제 1 다이크로익 미러 (1) 는 녹색광 (G) 및 청색광 (B) 만을 투과하는 것으로, 이를 투과한 녹색광 (G) 및 청색광 (B) 은 제 2 다이크로익 미러 (2) 로 보내진다. 제 1 다이크로익 미러 (1) 에서 반사된 적색광 (R) 은 제 1 전반사 미러 (5) 로 보내지고, 여기서 반사된 후, 적색용 집광렌즈 (10R), 입사측 편광변환소자 (8R), 액정셀 (7R) 및 출사측 편광변환소자 (9R) 를 통과하여 제 3 다이크로익 미러 (3) 로 보내진다. 또한, 제 2 다이크로익 미러 (2) 는 청색광 (B) 만을 투과하는 것으로, 제 1 다이크로익 미러 (1) 를 투과한 녹색광 (G) 과 청색광 (B) 중, 제 2 다이크로익 미러 (2) 를 투과한 청색광 (B) 은 청색용 집광렌즈 (10B), 입사측 편광변환소자 (8B), 액정셀 (7B) 및 출사측 편광변환소자 (9B) 를 통과하여 제 2 전반사 미러 (6) 로 보내진다. 또 제 2 다이크로익 미러 (2) 에서 반사된 녹색광 (G) 은 녹색용 집광렌즈 (10G), 입사측 편광변환소자 (8G), 액정셀 (7G) 및 출사측 편광변환소자 (9G) 를 통과하여 제 3 다이크로익 미러 (3) 로 보내진다. 제 3 다이크로익 미러 (3) 는 적색광 (R) 만을 투과하는 것으로, 제 1 전반사 미러 (5) 로부터 적색용 집광렌즈 (10R), 입사측 편광변환소자 (8R), 액정셀 (7R) 및 출사측 편광변환소자 (9R) 를 통과한 적색광 (R) 은 제 3 다이크로익 미러 (3) 를 그대로 투과하고, 또 제 2 다이크로익 미러 (2) 로부터 녹색용 집광렌즈 (10G), 입사측 편광변환소자 (8G), 액정셀 (7G) 및 출사측 편광변환소자 (9G) 를 통과한 녹색광 (G) 은 제 3 다이크로익 미러 (3) 에서 반사되어 각각 제 4 다이크로익 미러 (4) 로 보내진다. 제 4 다이크로익 미러 (4) 는 적색광 (R) 및 녹색광 (G) 만을 투과하는 것으로, 제 3 다이크로익 미러 (3) 로부터의 적색광 (R) 및 녹색광 (G) 은 이를 그대로 투과하고, 제 2 전반사 미러 (6) 로부터의 청색광(B) 은 여기서 반사되어 각각 투사렌즈 (16) 로 보내진다.
확대투사계는 투사렌즈 (16) 를 갖고 있고, 여기서 각각의 광에 대응하는 화상이 확대되어 스크린 (17) 으로 확대 이미지를 투영하게 된다. 또한, 각 색에 대응하는 액정셀 (7R, 7G, 7B) 의 입사측 편광변환소자 (8R, 8G, 8B) 및 출사측 편광변환소자 (9R, 9G, 9B) 는 액정셀 (7R, 7G, 7B) 에 부착되어 사용되는 경우도 있지만, 통상적으로는 액정셀 (7R, 7G, 7B) 과 간격을 두고 배치되어 있으며, 이 간격은 냉각용 통풍로가 된다. 또 입사측 편광변환소자 (8R, 8G, 8B) 는 집광렌즈 (10R, 10G, 10B) 와도 간격이 유지되고 있다. 이와 같이 편광변환소자 (8R, 8G, 8B, 9R, 9G, 9B) 를 액정셀 (7R, 7G, 7B) 및 집광렌즈 (10R, 10G, 10B) 로부터 간격을 두어 배치하는 경우는, 직선편광판을 유리 등의 보강재에 부착한 형태로 사용된다.
이와 같은 투사형 액정표시장치에서는, 각 액정셀 (7R, 7G, 7B) 은 각각 2 장의 편광변환소자, 즉 입사측 편광변환소자 (8R, 8G, 8B) 및 출사측 편광변환소자 (9R, 9G, 9B) 사이에 배치되어 있다. 이들 편광변환소자 (8, 9) 는 화상을 스크린에 확대하여 투사하는데에 필요한 광량의 광이 투과되기 때문에 발열이 크다. 또 적색광 (R), 녹색광 (G) 및/또는 청색광 (B) 이 편광광인 경우, 액정셀 (7R, 7G, 7B) 에 입사될 때에 편광면을 회전시킬 필요가 있는 경우가 많다. 또한 액정셀 (7R, 7G, 7B) 로부터 출사된 편광광은 다시 편광면을 회전시키는 경우도 있다.
편광면을 회전시키기 위해서는 위상차판을 사용하면 되고, 위상차판은 통상적으로 입사측 편광변환소자 (8R, 8G, 8B) 의 광원 (11) 측이나 출사측 편광변환소자 (9R, 9G, 9B) 의 투사렌즈 (16) 측에 배치된다. 위상차판으로는 입수용이성이나 가격 등의 면에서, 통상적으로 수지제의 것이 사용된다. 이 위상차판은 입사측 편광변환소자 (8R, 8G, 8B) 또는 출사측 편광변환소자 (9R, 9G, 9B) 에서 직선편광판에 부착된 형태로 사용된다 (예컨대 JP2000-137202A, JP2000-352615A).
이와 같은 투사형 액정표시장치는, 액정셀의 복굴절성과 광원으로부터의 광확산방법의 매칭이 충분하지 않아 스크린에 투영되는 영상의 콘트라스트가 높지 않기 때문에, 흑 표시의 화면 불균일에 의한 표시품위가 불충분하다는 문제가 있었다.
따라서 본 발명자는 콘트라스트를 더욱 높여 표시품위가 충분한 투사형 액정표시장치를 실현할 수 있는 편광변환소자를 개발하기 위해 연구하였다. 그 결과, 기재필름에 액정성 화합물을 도포하여 이루어지는 2 장의 광학보상판을 직선편광판의 한쪽 면에 적층한 구성으로 함으로써, 스크린에 투영되는 영상의 콘트라스트를 향상시킬 수 있어, 흑 표시의 화면 불균일이 없는 표시품위가 우수한 투사형 액정표시장치를 제공할 수 있는 편광변환소자가 되는 것을 발견하고 본 발명에 이르렀다.
도 1 은 본 발명에 관련되는 편광변환소자의 일례를 나타낸 단면모식도.
도 2 는 본 발명에 관련되는 편광변환소자의 다른 예를 나타낸 단면모식도.
도 3 은 본 발명에 관련되는 편광변환소자에 있어서, 직선편광판과 광학보상판 2 장의 축각도의 관계의 일례를 나타낸 배치도.
도 4 는 본 발명에 관련되는 편광변환소자에 있어서, 직선편광판과 광학보상판 2 장의 축각도의 관계의 다른 예를 나타낸 배치도.
도 5 는 본 발명에 관련되는 편광변환소자에 있어서, 직선편광판과 광학보상판 2 장의 축각도의 관계의 다른 예를 나타낸 배치도.
도 6 은 투사형 액정표시장치의 구성예를 개략적으로 나타낸 도면.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1, 2, 3, 4 : 다이크로익 미러
5, 6 : 전반사 미러
7R, 7G, 7B : 액정셀
8R, 8G, 8B : 입사측 편광변환소자
9R, 9G, 9B : 출사측 편광변환소자
10R, 10G, 10B : 집광렌즈
L : 백색광 (광원광)
R : 적색광
B : 청색광
11 : 백색광원
13 : 집광렌즈
14 : UVㆍIR 커트필터
16 : 투사렌즈
17 : 스크린
20 : 편광변환소자
21 : 직선편광판
22 : 광학보상판
23 : 광학보상판
24 : 유리판
25 : 위상차판
26 : 반사방지층을 갖는 투명필름
27 : 반사방지층
28 : 반사방지층
즉 본 발명은 기재필름에 액정성 화합물을 도포하여 이루어지는 2 장의 광학보상판이 직선편광판의 한쪽 면에 적층되어 이루어지는 편광변환소자 및 이를 사용한 투사형 액정표시장치를 제공하는 것이다.
이 편광변환소자는 기재필름 상에 액정성 화합물이 도포된 광학보상판을 2 장 사용하고 있고, 제 2 광학보상판은 제 1 광학보상판과 서로 인접하도록, 즉, 직선편광판/제 1 광학보상판/제 2 광학보상판의 순서로 배치된다. 또 제 2 광학보상판은 그 배향축이 제 1 광학보상판의 배향축과 대략 직교하도록 배치된다. 이들의 편광변환소자는 통상 투명한 유리판에 적층되어 사용되고, 이 경우, 광학보상판이 적층된 면과는 반대측의 직선편광판의 면에 투명한 유리판을 배치하는 것이 유리하다. 또 그 공기와 접하는 면에는 반사방지층을 형성하는 것이 바람직하다. 또한 직선편광판의 광학보상판이 적층된 면과 반대측의 면에는 위상차판을 적층할 수 있다.
그리고 이들 편광변환소자는 투사형 액정표시장치의 액정셀의 한쪽 면에 장착되어 사용된다. 이 투사형 액정표시장치는 보다 구체적으로는 백색광원과, 백색광원으로부터의 백색광을 적색광, 녹색광 및 청색광의 삼원색광으로 분광하기 위한 다이크로익 미러, 전반사 미러 및 집광렌즈로 이루어지는 광학계를 구성하는 부품, 액정셀, 및 상기의 편광변환소자를 갖는다.
발명의 실시형태
본 발명에 사용하는 직선편광판은, 흡수축 방향에 평행한 진동면을 갖는 직선편광광은 흡수하여 실질적으로 투과시키지 않고, 흡수축 방향에 직교하는 진동면을 갖는 직선편광광은 투과시키는 성질을 갖는 것이면 된다. 직선편광판으로는 통상 편광자 필름의 일면 또는 양면에 보호필름이 적층된 것이 사용된다. 편광자 필름으로는 예컨대 폴리비닐알코올계 수지필름에 이색성 염료 또는 요오드가 흡착배향된 것이 사용되고, 투사형 액정표시장치에는 이색성 염료가 흡착배향된 것이 바람직하게 사용된다. 편광자 필름의 두께는 통상 1∼50㎛ 정도이다. 보호필름으로는 예컨대 디아세틸셀룰로오스나 트리아세틸셀룰로오스와 같은 셀룰로오스계 수지로 이루어지는 필름, 노르보르넨계 수지필름으로 대표되는 비결정성 올레핀계 수지필름과 같은 올레핀계 수지필름, 아크릴계 수지필름, 폴리에스테르계 수지필름 등이 사용된다. 보호필름의 두께는 통상 10∼200㎛ 정도이다. 편광필름과 보호필름은 예컨대 폴리비닐알코올계 접착제층을 통하여 적층된다. 이와 같은 직선편광판은 종래부터의 투사형 액정표시장치에 사용되고 있는 것이어도 된다.
본 발명에서는 이와 같은 직선편광판을, 기재필름면에 액정성 화합물을 도포하고 배향하여 얻어지는 광학보상판과 조합하여 사용한다. 광학보상판의 기재필름으로는, 예컨대 플루오렌 구조를 갖는 변성 폴리카보네이트 등과 같은 폴리카보네이트계 수지, 디아세틸셀룰로오스나 트리아세틸셀룰로오스와 같은 셀룰로오스계 수지, 노르보르넨계 모노머의 중합체인 환상 폴리올레핀계 수지, 폴리술폰계 수지, 폴리에테르술폰계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리이미드계수지, 폴리아미드계 수지, 폴리아릴레이트계 수지 등을 들 수 있다. 기재(基材)필름의 두께는 통상 10∼1,000㎛ 정도이다. 그 위에 도포되는 액정성 화합물은, 예컨대 디스코틱 액정성 화합물, 고분자 액정 화합물 등일 수 있다. 액정성 화합물을 배향시키는 방법은 통상적인 방법으로 충분하며, 예컨대 기재필름 표면을 미리 배향처리해 놓고, 거기에 액정성 화합물을 도포하고 건조시킨 후, 열처리에 의해 액정성 화합물을 배향시키는 방법 등을 채용할 수 있다. 액정성 화합물이 도포배향된 시판중인 광학보상판으로는, 예컨대 후지샤신필름(주) 로부터 판매되고 있는 "와이드뷰A" 나, 닛세끼미쓰비시(주) 로부터 판매되고 있는 "닛세끼LC 필름" 등을 들 수 있다.
직선편광판의 한쪽 면에 적층하는 2 장의 광학보상판은, 전자의 흡수축과 후자의 배향축이 거의 직교하거나 또는 평행이 되도록 배치하는 것이 바람직하다. 또, 2 장의 광학보상판은, 각각의 배향축이 직교하도록 배치하는 것이 바람직하다. 2 장의 광학보상판을 직선편광판에 부착시킬 때에, 직선편광판의 흡수축과 1 장의 광학보상판의 배향축이 직교하고, 직선편광판의 흡수축과 다른 1 장의 광학보상판의 배향축이 직선편광판의 흡수축과 평행이 되도록 배치하는 것이 바람직하다.
직선편광판과 광학보상판으로 이루어지는 편광변환소자는 통상 투명한 유리판에 부착되어 사용된다. 이 경우, 접착제층을 통하여 양자가 적층된다. 접착제층을 구성하는 접착제로는, 예컨대 아크릴계 감압형 접착제, 우레탄계 감압형 접착제 등의 감압형 접착제가 사용된다. 감압형 접착제는 일반적으로 투명하고 광학적으로 등방성의 접착제층을 제공한다. 접착제층의 두께는 통상 10∼60㎛ 정도이다. 또한 감압형 접착제는 점착제라고도 불리고 있다.
투명유리판으로는 청색 판유리나 백색 판유리로 불리는 통상적인 실리카계 유리판을 사용할 수 있다. 또 열전도율이 높은 사파이어 유리의 사용이 적합하다. 또, 수정유리, 석영유리도 사용할 수 있다. 사파이어 유리는 알루미나(Al2O3) 의 단결정체로, 예컨대 EFG 법 (Edge-defined Film-fed Growth법) 에 의해 판형상으로 형성된 것 등이 사용된다. 투명유리판의 한쪽 면, 즉 노출면에는 반사방지층을 갖는 것이 바람직하다. 또 다이크로익 코팅층이 형성되어 특정 파장범위의 광만을 투과하지만, 다른 파장범위의 광은 투과하지 않는 트리밍필터 등이어도 된다. 투명유리판의 두께는 통상 0.1∼2㎜ 정도이고, 바람직하게는 0.3㎜ 이상, 0.8㎜ 이하이다. 투명유리판의 면적은 목적으로 하는 투사형 액정표시장치의 크기에 따라 적절히 선택된다. 대표적인 예를 나타내면, 한 변이 10∼100㎜ 장방형 또는 정방형, 직경이 5∼100㎜ 의 원형이나 타원형 등이 있다.
이와 같은 투명유리판에 직선편광판 및 광학보상판이 적층된다. 직선편광판과 광학보상판은 투명유리판을 사이에 두고 그 양면에 각각 분리되어 부착되어도 되지만, 투명유리판의 한쪽 면에 직선편광판을 적층하고, 다시 그 직선편광판 위에 광학보상판을 적층하는 형태이어도 된다. 직선편광판 및 광학보상판의 면적은 통상 투명유리판의 면적과 거의 동일하거나 또는 그보다 약간 작다. 면적이 약간 작은 것이 유리면에 부착되기 쉬운 점도 있어, 투명유리판의 가장자리로부터 0.5∼5㎜ 정도 내측에 붙일 수 있도록 작게 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 편광변환소자에 있어서, 광학보상판은 그 외면, 즉 공기와 접하는 면에 반사방지층을 갖는 것이 바람직하다. 반사방지층은 공기층과의 경계면에서의 반사광을 저감시키는 층으로, 이와 같은 반사광에 기인하는 미광 (迷光) 의 발생을 방지한다. 따라서, 이 면에서의 반사율이 2% 이하, 특히 1% 이하가 되는 반사방지층을 형성하는 것이 바람직하다. 반사방지층으로는, 통상 사용되고 있는 것, 예컨대 금속, 금속산화물 및 금속불화물로부터 선택되는 화합물로 이루어지는 단층 또는 다층의 것을 들 수 있다. 금속으로는, 예컨대 은 등을 들 수 있고, 금속산화물로는, 예컨대 산화규소, 산화알루미늄, 산화티탄, 산화탄탈, 산화이트륨, 산화지르코늄 등을 들 수 있고, 또 금속불화물로는 예컨대 불화마그네슘 등을 들 수 있다. 이와 같은 반사방지층은, 단층이어도 되고, 다층, 예컨대 2 층, 3 층 또는 4 층 이상의 층으로 이루어진 것이어도 된다. 반사방지층의 두께나, 그것이 다층인 경우의 각 층의 두께는, 그 층의 개수, 각 층에 사용하는 물질의 굴절율 등에 의해 적절히 선택된다.
이와 같은 반사방지층을 광학보상판 위에 직접 형성하여도 되지만, 이 때에 광학보상판의 특성이 변화되는 경우가 있다. 투명기재필름에 반사방지층이 형성된 반사방지필름을 광학보상판 위에 적층하는 것이 보다 바람직하다. 반사방지층이 형성되는 필름으로는, 예컨대 폴리카보네이트나 플루오렌 구조를 갖는 변성 폴리카보네이트 등과 같은 폴리카보네이트계 수지, 디아세틸셀룰로오스나 트리아세틸셀룰로오스와 같은 셀룰로오스계 수지, 노르보르넨계 모노머의 중합체인 환상 폴리올레핀계 수지, 폴리술폰계 수지, 폴리에테르술폰계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리아릴레이트계 수지 등을 들 수 있다. 특히 환상 폴리올레핀계 수지는 광탄성계수가 작아 필름기재로서 바람직하다. 환상 폴리올레핀계 수지필름으로는, 예컨대 제이에스알(주) 제조의 "아톤"(유리전이온도 약 170℃, 광탄성계수 약 4 ×10-13㎠/dyne), 세끼스이가가꾸고교(주) 제조의 "에스시나" (유리전이온도 약140℃, 광탄성계수 약 6 ×10-13㎠/dyne) 등이 시판되고 있다. 반사방지층을 형성하는 기판의 두께는 통상 10∼1,000㎛ 정도이다.
또 직선편광판/유리판/2장의 광학보상판 구성의 경우에는, 직선편광판의 외면에도 상기와 같은 반사방지층을 형성하는 것이 바람직하다. 반사방지층을 갖는 직선편광판도 시판되고 있으므로, 이것을 그대로 상기 구성에서의 직선편광판으로 사용할 수도 있다.
반사방지층의 표면에서의 접촉각도는 80°이상, 나아가서는 100°이상인 것이 바람직하다. 여기에서 말하는 접촉각도는 액체로서 물을 사용한 경우의 값이다. 공기와 접촉하는 면에서의 접촉각도가 80°미만이면 미립자가 부착되기 쉬우므로, 이와 같은 표면을 갖는 편광변환소자를 사용한 투사형 액정표시장치는 장기간에 걸쳐 사용한 경우에, 콘트라스트가 쉽게 저하되는 경향이 있다. 접촉각도의 상한은 180°이다.
반사방지층의 표면이 여기에서 규정하는 접촉각도를 만족하는 경우에는, 이와 같은 반사방지층을 갖는 반사방지필름이나 직선편광판을 그대로 본 발명의 편광변환소자로 사용할 수 있다. 단, 통상의 반사방지층은 대부분의 경우, 여기에서 규정하는 접촉각도를 갖고 있지 않으므로, 이 경우에는 반사방지층의 상면에 불소화합물로 이루어지는 층을 형성함으로써 이 접촉각도를 달성할 수 있다. 불소화합물로 이루어지는 층은 그 화합물을 함유하는 도포액의 코팅에 의해 형성할수 있다. 따라서 사용하는 불소화합물은 표면의 접촉각도를 80°이상으로 할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않고, 표면의 오염을 방지하기 위해 통상적으로 사용되는 것, 예컨대 함불소실란화합물 등을 사용할 수 있다. 이와 같은 화합물은 표면에 지문 등의 오염이 부착되는 것을 방지하기 위한 것이다.
직선편광판과 광학보상판이 적층된 편광변환소자에 있어서, 직선편광판의 편면에는 위상차판이 부착되어 있어도 된다. 여기에서 사용하는 위상차판은 통상적인 액정표시장치에 사용되는 것과 동일하게, 수지로 이루어지는 것이면 되고, 예컨대 기재필름이 일축방향으로 연신된 위상차필름이 사용된다. 수지로는, 예컨대 폴리비닐알코올계 수지, 플루오렌 구조를 갖는 변성 폴리카보네이트를 함유하는 폴리카보네이트계 수지, 디아세틸셀룰로오스나 트리아세틸셀룰로오스와 같은 셀룰로오스계 수지, 노르보르넨계 모노머의 중합체인 환상 폴리올레핀계 수지, 폴리술폰계 수지, 폴리에테르술폰계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리아릴레이트계 수지 등을 들 수 있다. 위상차판의 두께는 통상 10∼1,000㎛ 정도이다.
위상차판은 1/2 파장판인 것이 바람직하고, 예컨대 적색광에 대하여 1/2 파장판으로 기능하는 290∼320㎚ 정도, 바람직하게는 300∼310㎚ 의 레타데이션 (retardation) 을 갖는 것, 녹색광에 대하여 1/2 파장판으로 기능하는 260∼290㎚ 정도, 바람직하게는 270∼280㎚ 의 레타데이션을 갖는 것, 또 청색광에 대하여 1/2 파장판으로 기능하는 210∼240㎚ 정도, 바람직하게는 220∼230㎚ 의 레타데이션을 갖는 것을 사용할 수 있다. 시판되고 있는 위상차판을 사용할 수 있고, 본 발명에 사용하기에 적합한 시판되는 위상차판으로서는, 예컨대 청색광에 대해서는, 스미또모가가꾸고교(주) 로부터 판매되고 있는 "스미카라이트 SEF460225" (폴리카보네이트계 수지로 이루어지고, 유리전이온도가 약 150℃, 레타데이션이 약 225㎚ 인 것) 등을, 녹색광에 대해서는, 동일하게 스미또모가가꾸고교(주) 로부터 판매되고 있는 "스미카라이트 SEF460275" (폴리카보네이트계 수지로 이루어지고, 유리전이온도가 약 150℃, 레타데이션이 약 275㎚ 인 것) 등을, 또 적색광에 대해서는 동일하게 스미또모가가꾸고교(주) 로부터 판매되고 있는 "스미카라이트 SEF460305" (폴리카보네이트계 수지로 이루어지고, 유리전이온도가 약 150℃, 레타데이션이 약 305㎚ 인 것) 등을 각각 들 수 있다. 위상차판으로는 연신필름을 그대로 사용하여도 되고, 그 편면 또는 양면에 디아세틸셀룰로오스나 트리아세틸셀룰로오스와 같은 셀룰로오스계 수지로 이루어지는 보호필름이 적층된 상태에서 사용하여도 된다.
위상차판의 형상은 통상 직선편광판과 거의 동일하거나 투명유리판의 형상과 거의 동일하거나 그것보다 약간 작다. 또 위상차판이 외면, 즉 공기와 접하는 면을 갖는 경우에는, 그 위상차판의 외면에 반사방지층을 형성하여 그 면의 접촉각도가 80°이상인 것이 바람직하다. 여기에서 말하는 접촉각도는 액체로서 물을 사용한 경우의 값이다. 위상차판의 외면에 형성하는 반사방지층은, 앞에 서술한 직선편광판 또는 광학보상판의 외면에 형성하는 반사방지층과 동일한 것일 수 있다. 또 반사방지층을 갖는 면이 여기에서 규정하는 접촉각도를 만족하는 경우에는, 이와 같은 반사방지층을 갖는 위상차판을, 그대로 본 발명의 편광변환소자에 사용할 수 있다. 단, 통상의 반사방지층은 대부분의 경우, 여기에서 규정하는 접촉각도를 갖지 않으므로, 이 경우에는 반사방지층의 상면에 불소화합물로 이루어지는 층을 형성하면 된다. 불소화합물로 이루어지는 층의 구체적인 예 및 이것을 형성하는 방법은 위의 설명과 동일하다.
도 1∼도 2에는, 본 발명에 관련되는 편광변환소자의 예가 나타나 있다. 도 1 에 나타내는 예는, 직선편광판 (21) 과 광학보상판 (22, 23) 을 적층하여, 그 직선편광판 (21) 측을 유리판 (24) 에 부착하고, 광학보상판 (23) 측에는 반사방지층 (27) 이 형성된 투명필름 (26) 을 그 반사방지층 (27) 이 외측이 되도록 부착하여 편광변환소자 (20) 를 구성한 것이다. 또 유리판 (24) 의 직선편광판 (21) 으로의 부착면과 반대측의 외면에도 반사방지층 (28) 이 형성되어 있다. 광학보상판 (22 와 23) 은 그 배향축이 직교하도록 배치된다. 또 액정성 화합물이 도포된 면과 반대의 면이 중첩되도록 배치하는 것이 바람직하다. 또한 유리판이 이방성을 갖는 경우는 그 결정축과 투과하는 편광광의 편광축을 평행 또는 직교시킬 필요가 있고, 사파이어 유리의 경우는 사파이어 유리의 C 축과, 투과하는 편광광의 편광축이 평행 또는 직교하도록 배치된다. 도 2 에 나타낸 예는, 도 1 의 층 구성에 추가하여, 직선편광판 (21) 과 유리판 (24) 사이에 위상차판 (25) 을 배치하여 편광변환소자 (20) 를 구성한 것이다.
물론, 본 발명에 관련되는 편광변환소자의 층구성은 이들의 도면에 나타낸 예에 한정되는 것은 아니고, 예컨대 앞에 설명한 바와 같이 유리판의 한쪽 면에 직선편광판을, 다른 한쪽면에 2 장의 광학보상판을 적층할 수도 있다. 이 경우도직선편광판의 유리판으로의 부착면과는 반대측에 위상차판을 배치할 수 있다. 그리고 직선편광판 또는 위상차판의 공기와 접하는 면에는 반사방지층을 형성하는 것이 바람직하고, 나아가서는 광학보상판의 공기와 접하는 면에도 반사방지층을 형성하는 것이 바람직하다.
또 도 3 에는 본 발명의 편광변환소자를 구성하는 직선편광판과 광학보상판에 대하여 축각도의 관계가 나타나 있다. 직선편광판 (21) 의 한쪽 면에 2 장의 광학보상판, 즉 제 1 광학보상판 (22) 과 제 2 광학보상판 (23) 을 적층하는 경우의 축각도의 관계를 나타낸 것으로, 이 경우는 직선편광판 (21) 의 흡수축 (화살표) 과 제 1 광학보상판 (22) 의 배향축 (화살표) 이 거의 직교하도록 배치되고, 제 2 광학보상판 (23) 은 그 배향축 (화살표) 이 제 1 광학보상판의 배향축과 직교하고, 따라서 직선편광판 (21) 의 흡수축과 평행이 되도록 배치된다. 또한 2 장의 광학보상판은 액정성 화합물이 도포된 면과 반대의 면이 대향하도록 배치되어 있다. 도 4, 도 5 에도 본 발명의 편광변환소자를 구성하는 직선편광판과 광학보상판에 대하여 축각도의 관계가 나타나 있다. 직선편광판 (21) 의 한 쪽 면에 2 장의 광학보상판, 즉 제 1 광학보상판 (22) 과 제 2 광학보상판 (23) 을 적층하는 경우의 축각도의 관계를 나타낸 것으로, 이 경우는 직선편광판 (21) 의 흡수축과 제 1 광학보상판 (22) 의 배향축이 거의 평행으로 배치되고, 제 2 광학보상판 (23) 은 그 배향축이 제 1 광학보상판의 배향축과 직교하고, 따라서 직선편광판 (21) 의 흡수축과는 직교하도록 배치된다. 또한 2 장의 광학보상판은, 도 3 의 경우와 동일하게 액정성 화합물이 도포된 면과 반대의 면이 대향하도록 배치되어 있다.
본 발명의 편광변환소자는 투사형 액정표시장치에 적합하게 사용할 수 있다. 예컨대 투사형 액정표시장치에 있어서, 백색광원으로부터의 백색광의 광로중이나 백색광을 분광한 후의 적색광, 녹색광 또는 청색광인 각 원색광의 광로중에 삽입하여 사용할 수 있다.
구체적으로는 도 6 에 나타낸 바와 같은 투사형 액정표시장치에 있어서, 각 삼원색에 대응하는 액정셀 (7R, 7G, 7B) 의 입사측 편광변환소자 (8R, 8G, 8B) 또는 출사측 편광변환소자 (9R, 9G, 9B) 의 하나로서 사용할 수 있다. 이 편광변환소자는 통상 유리판보다도 광학보상판이 액정셀 (7R, 7G, 7B) 에 가까운 측이 되도록 배치된다.
단판형식으로 컬러필터로부터의 분광광을 직접 확대하는 형식의 투사형 액정표시장치도 있지만, 이 경우에는 백색광의 광로중에 본 발명의 편광변환소자가 배치되게 된다.
(실시예)
이하 구체적인 예를 나타내 본 발명을 더욱 상세하게 설명하는데 본 발명은 이들의 예에 의해 한정되는 것은 아니다.
또한 콘트라스트는 명 표시의 조도 (L1), 암 표시의 조도 (L2) 로부터 다음 식을 이용하여 산출하였다.
콘트라스트 C = L1/L2 식 (1)
실시예 1
교세라(주) 로부터 판매되고 있는 대각 0.9 인치의 사파이어 유리판의 일면에, 스미또모가가꾸고교(주) 로부터 판매되고 있는 폴리비닐알코올/이색성 염료계 직선편광판 "스미카란 SWW832A" 와, 후지샤신필름(주) 로부터 판매되고 있는 광학보상판 "와이드뷰 WVA02B" 2 장을, 점착제를 통하여 부착하였다. 또한 직선편광판과 2 장의 광학보상판은, 도 3 에 나타낸 것과 동일하게 배치하였다. 또 2 장의 광보상판은, 각각의 액정성 화합물 도포면과 반대측의 면을 대향시켜 부착하였다. 이 광학보상판의 공기와의 접촉면에는, 일면에 반사방지층을 갖는 두께 80㎛ 의 투명필름을 반사방지층이 외측이 되도록, 점착제를 통하여 부착하여 편광변환소자를 제작하였다.
투사형 액정표시장치 (액정 프로젝터) 에 있어서, 녹색 채널의 액정셀의 광원측에, 이 편광변환소자를 사파이어 유리판보다 광학보상판이 액정셀에 가까운 측이 되도록 세팅하고, 녹색광만을 스크린상에 투영시켜 콘트라스트를 측정한 결과 550 이었다.
비교예 1
광학보상판을 사용하지 않은 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 편광변환소자를 제작하였다. 또한 동일하게 콘트라스트를 측정한 결과 300 이었다.
실시예 2
교세라(주) 로부터 판매되고 있는 대각 0.9 인치의 사파이어 유리판의 편면에, 스미또모가가꾸고교(주) 로부터 판매되고 있는 폴리카보네이트계 위상차판 "스미카라이트 SEF460275" 와 마찬가지로 스미또모가가꾸고교(주) 로부터 판매되고 있는 폴리비닐알코올/이색성 염료계 직선편광판 "스미카란 SWW832A" 를 점착제를 통하여 이 순서대로 부착하였다. 또한 그 직선편광판의 표면에, 후지샤신필름(주) 으로부터 판매되고 있는 광학보상판 "와이드뷰 WVA02B" 의 2 장을 도 3 에 나타낸 것과 동일하게 배치하였다. 또 2 장의 광학보상판은, 각각의 액정성 화합물 도포면과 반대측의 면을 대향시켜 점착제를 통하여 부착하였다. 이 광학보상판의 공기와의 접촉면에는, 실시예 1 과 동일한 일면에 반사방지층을 갖는 두께 80㎛ 의 투명필름을 반사방지층이 외측이 되도록, 점착제를 통하여 부착하여 편광변환소자를 제작하였다.
실시예 3
위상차판을 스미또모가가꾸고교(주) 로부터 판매되고 있는 폴리카보네이트계 위상차판 "스미카라이트 SEF460305" 로 변경한 것 이외에는, 실시예 2 와 동일하게 하여 편광변환소자를 제작하였다.
실시예 4
위상차판을, 스미또모가가꾸고교(주) 로부터 판매되고 있는 폴리카보네이트계 위상차판 "스미카라이트 SEF460225" 로 변경하고, 또 편광판을 동일하게 스미또모가가꾸고교(주) 로부터 판매되고 있는 폴리비닐알코올/이색성 염료계 직선편광판 "스미카란 SCX8A2A-HC-04" 로 변경한 것 이외에는, 실시예 2 와 동일하게 하여 편광변환소자를 제작하였다.
실시예 5
투사형 액정표시장치 (액정 프로젝터) 에서 액정셀의 출사측에, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4 에서 제작한 편광변환소자를, 각각 녹색 채널, 적색 채널, 청색 채널의 투사렌즈측에, 사파이어 유리판보다도 광학보상판이 엑정셀에 가까운 측이 되도록 고정시킨 결과, 스크린 상의 콘트라스트가 매우 향상되고 흑 표시의 화면 불균일도 작아져 표시품위가 향상되었다.
비교예 2
광학보상판을 1 장 적층한 것 이외에는 실시예 2, 3, 4 와 동일하게 하여 편광변환소자를 제작하여, 실시예 5 와 동일하게 투사형 액정표시장치 (액정 프로젝션) 에 고정시킨 결과, 스크린 상의 콘트라스트는 향상되지 않고 표시품위도 향상되지 않았다.
실시예 7
광학보상판의 공기와의 접촉면에, 일면에 반사방지층을 갖는 투명필름을 적층하지 않은 것 이외에는 실시예 2, 3, 4 와 동일하게 하여 편광변환소자를 제작하여, 실시예 5 와 동일하게 투사형 액정표시장치 (액정 프로젝션) 에 고정시킨 결과, 스크린 상의 콘트라스트는 약간 향상되었지만, 흑 표시의 화면 불균일이 조금 있고 표시품위는 그렇게 향상되지 않았다.
본 발명의 편광변환소자는 직선편광판과 그 한쪽 면에 2 장의 광학보상판을 베치하여 이루어지는 것으로, 투사형 액정표시장치에 유효하게 사용되고, 이 편광변환소자를 액정셀의 입사측/또는 출사측에 배치한 투사형 액정표시장치는, 투사되는 화상의 콘트라스트가 높아지고, 흑 표시의 화면 불균일이 없어 표시품위가 향상된다.

Claims (10)

  1. 기재필름에 액정성 화합물을 도포하여 이루어지는 2 장의 광학보상판이 직선편광판의 한쪽 면에 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 편광변환소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 2 장의 광학보상판의 배향축이 각각 직교하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 편광변환소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 투명한 유리판이 추가로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 편광변환소자.
  4. 제 3 항에 있어서, 투명한 유리판이 직선편광판의 광학보상판이 적층된 면과는 반대측의 면에 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 편광변환소자.
  5. 제 3 항에 있어서, 투명한 유리판이 직선편광판과 광학보상판 사이에 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 편광변환소자.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항에 있어서, 투명한 유리판이 사파이어 유리인 것을 특징으로 하는 편광변환소자.
  7. 제 1 항에 있어서, 광학보상판의 공기와 접하는 면에 반사방지층을 갖는 것을 특징으로 하는 편광변환소자.
  8. 제 1 항에 있어서, 반사방지층을 갖는 투명기재필름이 광학보상판의 공기와 접하는 면에 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 편광변환소자.
  9. 제 1 항에 있어서, 직선편광판의 광학보상판이 적층된 면과는 반대측의 면에 위상차판이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 편광변환소자.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 편광변환소자가 액정셀의 한쪽 면에 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치.
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