KR20120005711A - 편광안경 - Google Patents

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KR20120005711A
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김봉춘
최봉진
김용환
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명은 편광안경에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원편광의 빛을 선편광으로 변환시키기 위한 λ/4 위상차층, 상기 λ/4 위상차층에 의해 선편광화되지 않은 빛을 선편광으로 변환시키기 위하여 특정의 광학 특성을 갖는 보조 위상차층 및 상기 보조 위상차층으로부터 출사된 빛을 통과시키는 편광자를 포함함으로써, 종래 편광안경의 경사면에서 입사되는 원편광의 빛을 선편광으로 변환시켜 종래 빛샘(좌, 우측의 빛이 한 쪽에 동시 입사)에 의한 크로스 토크를 개선할 수 있는 편광안경에 관한 것이다.

Description

편광안경 {POLARIZING EYEGLASSES}
본 발명은 경사면에서 입사되는 빛이 새어(좌, 우측의 빛이 한 쪽에 동시 입사) 발생되는 크로스 토크를 개선할 수 있는 편광안경에 관한 것이다.
일반적으로 사람의 두 눈은 약 65㎜ 정도 떨어져 있어 물체를 볼 때 각각의 눈은 물체의 약간 다른 면을 보게 된다. 이를 알아 볼 수 있는 방법으로 한 물체를 손바닥으로 한쪽 눈을 가린 후 보이는 물체의 형태와, 또 다른 한 쪽을 가린 후 보이는 물체는 약간의 차이가 있다.
이를 좌우 양안에 의한 차이(Disparity)라고 하는데 이 차이가 뇌에서 합성되어 입체감을 가지는 상으로 지각된다. 이 원리가 입체화상 재현에 응용되는 기본 원리이다.
입체화상표시장치는 상판 편광판의 편광자상에 패턴화된 λ/4 위상차층을 위치시켜 원편광된 빛을 출사한다. 원편광된 빛은 편광안경에서 선편광시켜 입체화상을 인식한다. 편광안경은 좌우에 각각 λ/4 위상차층 및 편광자로 구성된다.
편광안경의 정면에서 입사되는 좌원편광 및 우원편광의 빛은 선편광으로 변환되어 각각 좌안과 우안에 상이 분리되어 인식된다. 그러나 안경면에 수직하지 않은 방향으로 입사되는 좌원편광 및 우원편광의 빛은 타원편광된 빛으로 변환되어 우측의 타원편광된 빛이 우안과 좌안에 모두 입사되거나 좌측의 타원편광된 빛이 좌안과 우안에 모두 입사되는 빛샘이 발생된다. 이러한 빛샘에 의해 좌우의 상이 제대로 분리되지 않는 크로스 토크 현상이 발생되는 문제가 있다.
본 발명은 안경면에 수직하지 않은 방향으로 입사되는 타원편광된 빛을 선편광으로 변환시켜 한 쪽에 좌, 우측의 빛이 동시에 입사되는 빛샘을 개선할 수 있는 편광안경을 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명은 상기 빛샘에 의해 발생하는 크로스 토크 현상을 개선할 수 있는 편광안경을 제공하는 데 목적이 있다.
1. 원편광의 빛을 선편광으로 변환시키기 위한 λ/4 위상차층, 상기 λ/4 위상차층에 의해 선편광화되지 않은 빛을 선편광으로 변환시키기 위한 보조 위상차층, 및 상기 보조 위상차층으로부터 출사된 빛을 통과시키는 편광자를 포함하고, 상기 보조 위상차층은 -0.5<NZ<1이고 50nm<RO<300nm인 광학 특성을 갖는 것인 편광안경.
2. 위 1에 있어서, 상기 보조 위상차층은 0≤NZ<1이고, 100nm<RO<250nm인 편광안경.
3. 위 2에 있어서, 상기 보조 위상차층의 지상축은 편광자의 투과축과 서로 평행 또는 수직으로 배치된 편광안경.
4. 위 1에 있어서, 상기 λ/4 위상차층은 액정 코팅에 의한 것이거나 필름의 연신에 의한 것인 편광안경.
5. 위 4에 있어서, 액정 코팅층은 반응성 액정 화합물(RM)을 포함하는 것인 편광안경.
6. 위 1에 있어서, 편광자의 어느 한 면에 투명 보호필름이 접합된 편광안경.
본 발명의 편광안경은 안경면에 수직하지 않은 방향으로 입사되는 화상신호에 의해 발생되는 크로스 토크를 개선할 수 있으므로 선명한 입체화상 구현이 가능하다.
또한, 본 발명은 눈의 시야각(좌우측 약 90°, 상하측 약 45°) 범위내에서, 편광안경의 정면 및 경사면에서 입사되는 원편광의 빛이 선편광으로 변환되어 크로스 토크의 발생이 개선되므로 종래에 비해 선명한 입체영상을 감상할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 편광안경의 구조이고,
도 3 내지 도 9는 안경면에 대하여 전 방향에서 입사된 원편광의 빛이 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 각 편광안경을 통과한 후 암(black)상태에서 측정된 빛의 시감도 투과도이다.
본 발명은 원편광의 빛을 선편광으로 변환시키기 위한 λ/4 위상차층, 상기 λ/4 위상차층에 의해 선편광화되지 않은 빛을 선편광으로 변환시키기 위하여 특정의 광학 특성을 갖는 보조 위상차층 및 상기 보조 위상차층으로부터 출사된 빛을 통과시키는 편광자를 포함함으로써, 종래 안경면에 수직하지 않은 방향으로 입사되는 타원편광의 빛을 선편광으로 변환시켜 종래 빛샘(좌, 우측의 빛이 한 쪽에 동시 입사)에 의한 크로스 토크를 개선할 수 있는 편광안경에 관한 것이다.
이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 편광안경은 원편광의 빛을 선편광으로 변환시키기 위한 λ/4 위상차층, 상기 λ/4 위상차층에 의해 선편광화되지 않은 빛을 선편광으로 변환시키기 위한 보조 위상차층, 및 상기 보조 위상차층으로부터 출사된 빛을 통과시키는 편광자를 포함한다.
λ/4 위상차층은 입사광(λ)에 대해 1/4파장만큼 위상을 지연시키는 층으로, 편광안경으로 입사되는 원편광의 빛을 선편광으로 변환시키는 역할을 한다.
λ/4 위상차층은 액정 코팅에 의한 λ/4 액정 코팅층이거나 필름의 연신에 의한 λ/4 위상차 필름일 수 있다.
액정 코팅층은 광학 이방성을 가지고, 광 또는 열에 의한 가교성을 갖는 액정 화합물을 이용하여 제조할 수 있다. 액정 화합물은 일례로 반응성 액정 화합물(RM)이 포함될 수 있다. 반응성 액정 화합물(RM)의 예로서는 인포메이션디스플레이 10권 1호(반응성 액정 단량체(RM)의 최신 연구 동향)에 기재된 것을 들 수 있다.
반응성 액정 화합물은 액정성을 발현할 수 있는 메조겐(mesogen)과 중합이 가능한 말단기를 포함하여 액정상을 갖게 되는 단량체 분자를 말한다. 반응성 액정 화합물을 중합하게 되면 액정의 배열된 상을 유지하면서 가교된 고분자 네트워크를 얻을 수 있게 된다. 반응성 액정 화합물 분자는 투명점(clearing point)으로부터 냉각하게 되면 같은 구조의 액정 고분자를 사용하는 경우보다 액정상에서 상대적으로 낮은 점도에서 보다 잘 배향된 구조를 갖는 대면적의 도메인을 얻을 수 있다.
이와 같이 형성된 λ/4 액정 코팅층은 액정이 가지는 광학 이방성이나 유전율 등의 특성을 그대로 유지하면서도 고체상의 박막 형태를 가지고 있기 때문에 기계적이나 열적으로 안정하다.
본 발명의 λ/4 액정 코팅층은 보조 위상차층면에 직접 반응성 액정 화합물을 포함하는 액정 코팅용 조성물을 코팅하여 형성할 수 있다.
또한, λ/4 액정 코팅층은 보조 위상차층면에 공지의 접착제로 투명보호필름을 접합하고 상기 투명보호필름면에 직접 반응성 액정 화합물을 포함하는 액정 코팅용 조성물을 코팅하여 형성할 수 있다.
코팅 방법은 특별히 한정하지는 않으나 구체적으로 핀 코팅, 롤 코팅, 디스펜싱 코팅 또는 그라비아 코팅 등이 사용될 수 있다. 코팅 방법에 따라 용매의 종류 및 사용량을 결정하는 것이 바람직하다.
λ/4 액정 코팅층은 반응성 액정 화합물(RM)을 포함하는 액정 코팅용 조성물을 기재에 도포한 후, 편광된 자외선, 편광된 전자기파 등을 조사하여 광경화시켜 형성할 수 있다.
λ/4 필름층은 용액제막법 또는 압출성형법으로 필름을 제조하고, 이를 연신하는 것이 바람직하다. 연신은 기계적 흐름방향으로 연신하는 종일축 연신; 기계적 흐름방향에 직교하는 방향으로 연신하는 횡일축 연신(예, 텐터연신); 종 및 횡을 동시에 수행하는 이축연신 등으로 제조될 수 있고, 바람직하게는 경사연신된 필름을 적용하는 것이 좋다.
편광안경에 포함되는 좌우 λ/4 위상차층은 그 지상축이 편광자의 투과축에 대하여 각각 45°, -45°를 이루도록 배치된다.
보조 위상차층은 λ/4 위상차층에 의해 선편광화되지 않은 빛을 선편광으로 변환시켜 크로스 토크를 개선하는 역할을 한다. 특히 편광안경의 경사면에서 입사되는 원편광의 빛은 λ/4 위상차층을 통과하면 타원편광이 되고, 상기 타원편광된 빛에 의해 크로스 토크가 발생된다. 본 발명은 특정의 광학물성을 갖는 보조 위상차층을 사용하여 λ/4 위상차층을 통과한 타원편광된 빛을 선편광으로 변환시킨다.
보조 위상차층은 하기 수학식 1의 굴절률비(NZ)가 -0.5<NZ<1이고, 하기 수학식 2의 정면 위상차값(RO)이 50<RO<300인 것을 사용한다. 필름 제조 공정 및 재료 선택의 용이성을 고려하면 0≤NZ<1이 바람직하고, 상기 바람직한 범위의 굴절률비(NZ)에서 위상차 보상을 고려하면 100㎚≤RO≤200㎚인 것이 바람직하다.
Figure pat00001
(여기서, Nx, Ny는 면상 굴절률로서 Nx ≥ Ny, Nz는 위상차층의 두께 방향 굴절률, d는 위상차층의 두께를 나타냄)
Figure pat00002
(여기서, Nx, Ny는 위상차층의 면상 굴절률이고, d는 위상차층의 두께를 나타냄, 이때 Nx ≥ Ny이다)
보조 위상차층의 굴절률비(NZ)가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 빛의 입사방향에 따른 크로스토크의 발생 범위가 넓어지게 되고, 정면 위상차값(RO)이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 위상차값의 균일도를 확보하기 어려운 문제가 있다.
편광안경의 보조 위상차층은 그 지상축이 편광자의 투과축과 서로 수평(도 1a) 또는 수직(도 1b)을 이루도록 배치된다.
또한 보조 위상차층은 액정 코팅에 의한 것이거나 필름의 연신에 의한 것일 수 있으며, 공정상 필름의 연신에 의한 것이 바람직하다.
편광자는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 편광기능을 수행할 수 있는 것이면 특별히 한정하지 않는다. 구체적으로 이색성 화합물을 이용한 연신 폴리비닐알콜, 와이어 그리드 및 탄소나노튜브 등이 사용될 수 있다.
이 중 특히 필름 형태로의 가공이 용이한 연신형태의 편광자는 연신된 폴리비닐알코올계 필름에 이색성 색소가 흡착 배향된 것이다. 편광자를 구성하는 폴리비닐알코올계 수지는 폴리아세트산비닐계 수지를 비누화함으로써 제조될 수 있다.
폴리아세트산비닐계 수지의 예로는, 아세트산 비닐의 단독 중합체인 폴리아세트산 비닐 이외에, 아세트산비닐 및 이와 공중합 가능한 다른 단량체와의 공중합체 등을 들 수 있다. 아세트산비닐과 공중합 가능한 다른 단량체의 구체적인 예로는 불포화 카르복시산류, 불포화 술폰산류, 올레핀류, 비닐에테르류, 암모늄기를 갖는 아크릴아미드류 등을 들 수 있다. 또한, 폴리비닐알코올계 수지는 변성된 것일 수도 있는데, 예를 들면 알데히드류로 변성된 폴리비닐포르말 또는 폴리비닐아세탈 등도 사용할 수 있다. 폴리비닐알코올계 수지의 비누화도는 통상 85 내지 100몰%, 바람직하게는 98몰% 이상일 수 있다. 또한, 폴리비닐알코올계 수지의 중합도는 통상 1,000 내지 10,000, 바람직하게는 1,500 내지 5,000이다.
편광자는 어느 한 면 이상에 투명보호필름이 접합될 수 있다. 일례로 도 2와 같이 λ/4 위상차층, 보조 위상차층, 편광자 및 투명보호필름으로 구성될 수 있다.
투명보호필름은 투명성, 기계적 강도, 열안정성, 수분차폐성, 등방성 등에서 우수한 필름이 사용될 수 있다. 구체적인 예로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌이소프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지; 디아세틸셀룰로오스, 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 수지; 폴리카보네이트계 수지; 폴리메틸(메타)아크릴레이트, 폴리에틸(메타)아크릴레이트 등의 아크릴계 수지; 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 등의 스티렌계 수지; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 시클로계 또는 노보넨 구조를 갖는 폴리올레핀, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등의 폴리올레핀계 수지; 염화비닐계 수지; 나일론, 방향족 폴리아미드 등의 아미드계 수지; 이미드계 수지; 폴리에테르술폰계 수지; 술폰계 수지; 폴리에테르술폰계 수지; 폴리에테르에테르케톤계 수지; 황화 폴리페닐렌계 수지; 비닐알콜계 수지; 염화비닐리덴계 수지; 비닐부티랄계 수지; 알릴레이트계 수지; 폴리옥시메틸렌계 수지; 에폭시계 수지 등과 같은 열가소성 수지로 구성된 필름을 들 수 있으며, 상기 열가소성 수지의 블렌드물로 구성된 필름도 사용할 수 있다. 또한, (메타)아크릴계, 우레탄계, 아크릴우레탄계, 에폭시계, 실리콘계 등의 열경화성 수지 또는 자외선 경화형 수지로 된 필름을 이용할 수도 있다.
투명보호필름 중의 상기 열가소성 수지의 함량은 50 내지 100중량%, 바람직하게는 50 내지 99중량%, 보다 바람직하게는 60 내지 98중량%, 가장 바람직하게는 70 내지 97중량%인 것이 좋다. 그 함량이 50중량% 미만인 경우에는 열가소성 수지가 가지고 있는 본래의 고투명성을 충분히 발현하지 못할 수 있다.
이러한 투명보호필름은 적절한 1종 이상의 첨가제가 함유된 것일 수도 있다. 첨가제로는, 예를 들어 자외선흡수제, 산화방지제, 윤활제, 가소제, 이형제, 착색방지제, 난연제, 핵제, 대전방지제, 안료, 착색제 등을 들 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1
도 1a와 같이, 원편광의 빛을 선편광으로 변환시키기 위한 λ/4 위상차층, 상기 λ/4 위상차층에 의해 선편광화되지 않은 빛을 선편광으로 변환시키기 위한 보조 위상차층 및 상기 보조 위상차층으로부터 출사된 빛을 통과시키는 편광자를 포함하는 편광안경을 제조하였다.
보조 위상차층은 굴절률비(NZ)가 0.5이고 정면 위상차값(RO)이 200㎚이고, 연신하여 제조된 필름을 사용하였다. λ/4 위상차층은 보조 위상차층상에 반응성 액정 화합물 용액(Merck사, RMS03-013)을 코팅하여 형성하였다.
편광안경 좌우에 배치된 λ/4 위상차층의 지상축은 각각 시계방향으로 45°와 반시계 방향으로 45° 위치하며, 편광자의 흡수축과 보조 위상차층의 지상축이 서로 평행하도록 구성하였다.
도 3은 편광안경 면에 대하여 전 방향에서 입사된 원편광의 빛을 상기에서 제조된 편광안경에 통과시킨 후 암(black)상태에서 측정된 빛의 시감도 투과도를 나타낸 것이다. 이때 입사되는 빛은 550nm의 단파장을 사용하였으며, 투과도 2%를 초과한 부위는 붉은 색, 투과도가 낮은 부위는 파란색으로 표시된다.
도 3과 같이, 편광안경 면에 대하여 수직인 방향에서부터 약 45°기울어진 방향이내(정면을 볼 때 눈의 상하 시야각 범위)에서는 파란색으로 투과도가 낮음을 확인할 수 있다. 투과도가 낮다는 것은 원편광된 빛이 선편광으로 변환되어 크로스 토크가 발생되지 않음을 의미한다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 도 2와 같이 편광자의 관측자측 면에 트리아세틸셀룰로오스(TAC)필름을 접합하여 편광안경을 제조하였다.
편광안경 면에 대하여 전 방향에서 입사된 원편광의 빛을 상기에서 제조된 편광안경에 통과시킨 후 암(black)상태에서 측정된 빛의 시감도 투과도는 도 3과 동일하였다.
실시예 3
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 굴절률비(NZ)가 0이고 정면 위상차값(RO)이 100㎚인 보조 위상차층을 사용하여 편광안경을 제조하였다.
도 4는 편광안경 면에 대하여 전 방향에서 입사된 원편광의 빛을 상기에서 제조된 편광안경에 통과시킨 후 암(black)상태에서 측정된 빛의 시감도 투과도로, 빛샘이 없어 크로스 토크가 발생되지 않음을 확인할 수 있다.
실시예 4
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 굴절률비(NZ)가 -0.5이고 정면 위상차값(RO)이 100㎚인 보조 위상차층을 사용하여 편광안경을 제조하였다.
도 5는 편광안경 면에 대하여 전 방향에서 입사된 원편광의 빛을 상기에서 제조된 편광안경에 통과시킨 후 암(black)상태에서 측정된 빛의 시감도 투과도로, 빛샘이 없어 크로스 토크가 발생되지 않음을 확인할 수 있다.
실시예 5
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 굴절률비(NZ)가 -0.5이고 정면 위상차값(RO)이 250㎚인 보조 위상차층을 사용하여 편광안경을 제조하였다.
도 6은 편광안경 면에 대하여 전 방향에서 입사된 원편광의 빛을 상기에서 제조된 편광안경에 통과시킨 후 암(black)상태에서 측정된 빛의 시감도 투과도로, 빛샘이 없어 크로스 토크가 발생되지 않음을 확인할 수 있다.
비교예 1
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 보조 위상차층을 제외하고 편광안경을 제조하였다.
도 7은 편광안경 면에 대하여 전 방향에서 입사된 원편광의 빛을 상기에서 제조된 편광안경에 통과시킨 후 암(black)상태에서 측정된 빛의 시감도 투과도로, 빛샘에 의해 크로스 토크가 발생됨을 확인할 수 있다.
비교예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 굴절률비(NZ)가 -0.5이고 정면 위상차값(RO)이 300㎚인 보조 위상차층을 사용하여 편광안경을 제조하였다.
도 8은 편광안경 면에 대하여 전 방향에서 입사된 원편광의 빛을 상기에서 제조된 편광안경에 통과시킨 후 암(black)상태에서 측정된 빛의 시감도 투과도로, 빛샘에 의해 크로스 토크가 발생됨을 확인할 수 있다.
비교예 3
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 굴절률비(NZ)가 1이고 정면 위상차값(RO)이 50㎚인 보조 위상차층을 사용하여 편광안경을 제조하였다.
도 9는 편광안경 면에 대하여 전 방향에서 입사된 원편광의 빛을 상기에서 제조된 편광안경에 통과시킨 후 암(black)상태에서 측정된 빛의 시감도 투과도로, 빛샘에 의해 크로스 토크가 발생됨을 확인할 수 있다.
10 : λ/4 위상차층 11 : λ/4 위상차층의 지상축
20 : 보조 위상차층 21 : 보조 위상차층의 지상축
30 : 편광자 31 : 편광자의 투과축
40 : 투명보호필름

Claims (6)

  1. 원편광의 빛을 선편광으로 변환시키기 위한 λ/4 위상차층, 상기 λ/4 위상차층에 의해 선편광화되지 않은 빛을 선편광으로 변환시키기 위한 보조 위상차층, 및 상기 보조 위상차층으로부터 출사된 빛을 통과시키는 편광자를 포함하고, 상기 보조 위상차층은 -0.5<NZ<1이고 50nm<RO<300nm인 광학 특성을 갖는 것인 편광안경.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 보조 위상차층은 0≤NZ<1이고, 100nm<RO<250nm인 편광안경.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 보조 위상차층의 지상축은 편광자의 투과축과 서로 평행 또는 수직으로 배치된 편광안경.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 λ/4 위상차층은 액정 코팅에 의한 것이거나 필름의 연신에 의한 것인 편광안경.
  5. 청구항 4에 있어서, 액정 코팅층은 반응성 액정 화합물(RM)을 포함하는 것인 편광안경.
  6. 청구항 1에 있어서, 편광자의 어느 한 면에 투명 보호필름이 접합된 편광안경.

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