KR20150119868A

KR20150119868A - 흡수, 반사 및 시준 편광기 스택과 이를 포함하는 백라이트

Info

Publication number: KR20150119868A
Application number: KR1020157022493A
Authority: KR
Inventors: 아담 디 하아그; 티모시 제이 네빗; 마이클 에프 웨버; 로버트 디 테일러; 칼 에이 스토버
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2014-02-10
Publication date: 2015-10-26
Also published as: EP2959332A1; MX2015010665A; TW201439611A; US20150378077A1; MX344848B; CN104995536A; JP6507104B2; KR102241661B1; CN104995536B; BR112015019801A2; WO2014130283A1; JP2016510903A; US10838127B2; US20210033766A1; SG11201506508SA

Abstract

편광기 스택이 기술된다. 보다 상세하게는, 흡수 편광기, 및 적어도 하나의 시준 반사 편광기를 포함하는 다수의 반사 편광기를 포함하는 편광기 스택이 기술된다. 그러한 편광기 스택은 시준되고 색상 중립적인 광을 방출할 수 있다. 그러한 편광기 스택을 포함하는 백라이트가 또한 기술된다.

Description

흡수, 반사 및 시준 편광기 스택과 이를 포함하는 백라이트{ABSORBING, REFLECTING AND COLLIMATING POLARIZER STACK AND BACKLIGHTS INCORPORATING SAME}

본 발명은 편광기 스택(polarizer stack)에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 반사 편광기 및 흡수 편광기 둘 모두를 포함하며 시준되고 색 중립(color neutral)인 광 출력을 제공하는 편광기 스택에 관한 것이다. 부가적으로, 그러한 편광기 스택을 포함하는 백라이트가 기술된다.

액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD) 장치와 같은 디스플레이 장치는 예를 들어 텔레비전, 핸드-헬드(hand-held) 장치, 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라, 및 컴퓨터 모니터를 포함하는 다양한 응용에 사용된다. LCD 패널이 자체-발광형(self-illuminating)이 아니기 때문에, 일부 디스플레이 응용은 백라이트 조립체 또는 "백라이트"를 필요로 할 수 있다. 백라이트는 전형적으로 하나 이상의 광원(예컨대, 냉음극 형광관(cold cathode fluorescent tube, CCFT) 또는 발광 다이오드(light emitting diode, LED))으로부터의 광을 LCD 패널에 결합시킨다. 보통의 디스플레이 장치는 통상적으로 편광기를 포함한다.

반사 편광기가 알려져 있다. 흔히, 반사 편광기는 상이한 광 투과성 재료로 된 다수의 얇은 층들을 포함하는 다층 광학 필름으로 구성될 수 있으며, 이 층들은 광학 필름의 반사 및 투과 특성이 층 계면들로부터 반사되는 광의 보강 간섭 및 상쇄 간섭에 의해 주로 결정되도록 충분히 얇기 때문에 흔히 미세층으로 지칭된다. 그러한 반사 편광기에서, 복수의 미세층들의 평면내(in-plane) 굴절률들은 평면내 차단 축을 따라 인접 미세층들 사이의 실질적인 굴절률 부정합을 그리고 평면내 통과 축을 따라 인접 미세층들 사이의 실질적인 굴절률 정합을 제공하도록 선택된다. 그러한 필름이 예컨대 미국 특허 제5,882,774호(존자(Jonza) 등)에 기술되어 있다. 그러한 반사 편광기는 통과 축을 따라 편광되는 수직 입사광에 대한 낮은 반사율과 높은 투과율을 유지하면서 차단 축을 따라 편광되는 수직 입사광에 대한 높은 반사율을 보장하기 위해 충분한 개수의 층들 갖는다.

일부 디스플레이 응용에서, 반사 편광기는 예컨대 흡수 편광기와 조합될 수 있다. 그러한 구성이 예컨대 각각이 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된, 오우더커크(Ouderkirk) 등의 미국 특허 제6,096,375호, 웨버(Weber) 등의 미국 특허 제6,697,195호 및 웨버 등의 미국 특허 제7,826,009호에 기술되어 있다. 흡수 편광기는 예를 들어 염료를 중합체 시트 내에 혼입시킨 다음에 중합체 시트를 일 방향으로 연신시킴으로써 제조된다. 흡수 편광기는 또한 폴리비닐 알코올과 같은 반결정질 중합체를 일축 연신시킨 다음에 중합체를 요오드 복합체 또는 이색성 염료로 염색함으로써, 또는 중합체를 배향된 이색성 염료로 코팅함으로써 제조될 수 있다. 많은 상업용 편광기들이 전형적으로 염료를 위한 중합체 매트릭스로서 폴리비닐 알코올을 사용한다. 흡수 편광기는 통상적으로 대량의 광 흡수를 갖는다(그리고 또한 일부 문헌에서 "이색성 편광기"로 지칭될 수 있음). 그러한 "하이브리드 편광기"(반사 편광기 및 흡수 편광기를 조합함)의 사용은, 층의 소광 스펙트럼(extinction spectrum)이 신중하게 설계된다면, 매우 양호한 소광을 제공할 수 있다.

또한, 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)는 최근에, 휘도 향상 프리즘형 또는 비드형 필름과 같은 구조화된 필름에 의해 대체로 제공되는 광 시준 기능을 조합하면서 여전히 필요한 반사 편광 기능을 제공할 수 있는 반사 편광기를 개발하였다. 그러한 반사 편광기가 예컨대 각각이 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된, 통상적으로 소유되고 양도된 국제출원 PCT/US2012/060485호와 PCT/US2012/060483호에 기술되어 있다. 이들 출원에 기술된 필름은, 반사된 색상과 투과된 색상의 균형을 유지하고 중립 백색(neutral white) 표시를 제공하면서 또한 광을 대체로 관찰자를 향해 시준하기 위해 투과 스펙트럼의 특유의 형상을 제공한다. 중립 백색 백라이트 출력 색상을 위한 이들 스펙트럼 설계의 결과로서, 반사 편광기의 광의 소광 상태는 흔히 필름을 통해 투과하는 비-중립 색상을 가지며, 이 색상은 이어서 (액정 패널에 도달하기 전에) 별개의 고성능 요오드 흡수 편광기 요소에 의해 중화되어야 한다. 그러한 별개의 요소는 또한 반사 편광기 필름의 차단 축 투과 수준이 액정 패널에 바로 인접한 유일한 편광 요소로서 역할하기에 너무 높았을 때 필요하였으며, 소광 상태에서의 전체 투과 수준이 대체로 낮은 경우에도, 색상 스펙트럼의 하나의 영역에 스파이크(spike)가 있을 수 있다.

편광기로서 역할하고 반사, 흡수 및 시준의 특성을 제공하면서 또한 통과 및 소광 상태들 둘 모두에서 색 중립성(color neutrality)을 제공하는 특별한 필름 스택에 대한 필요성이 당업계에 남아있다. 본 설명은 이러한 필요성을 다루고자 한다.

일 태양에서, 본 설명은 편광기 스택에 관한 것이다. 편광기 스택은 통과 축 투과 스펙트럼 및 차단 축 투과 스펙트럼을 갖는 제1 복굴절 반사 편광기, 파장의 증가에 따라 감소하는 차단 축 투과율을 갖는 시준 복굴절 반사 편광기, 및 제1 복굴절 반사 편광기와 시준 복굴절 반사 편광기 사이에 위치되는 흡수 편광기 층을 포함한다. 전체로서 편광기 스택의 통과 축 투과는 가시 파장 대역에 걸쳐 실질적으로 중립적이다. 편광기 스택은 또한 흡수 편광기 층으로부터 제1 복굴절 편광기의 반대편 면에 위치되는 제2 흡수 편광기 층을 포함할 수 있다.

일부 실시 형태들에서, 제1 복굴절 편광기의 차단 축 투과율은 파장이 가시 스펙트럼에 걸쳐 증가함에 따라 증가한다. 일부 실시 형태들에서, 시준 반사 편광기의 통과 축 투과율은 파장이 가시 스펙트럼에 걸쳐 증가함에 따라 중립적이거나 감소한다. 일부 실시 형태들에서, 편광기 스택은 p-편광된 광에 대해 또는 가능하게는 s-편광된 광에 대해 T^통과60/T^통과0 < 0.75 또는 T^통과60/T^통과0 < 0.60을 충족시킨다. 부가적으로, 가시 광의 T^통과는 0.3, 0.4 또는 0.5보다 클 수 있다. 또한, 편광기 스택은 T^차단0 < 10^-3을 충족시킬 수 있다.

일부 실시 형태들에서, 흡수 편광기의 콘트라스트 비(contrast ratio)는 100:1 이하이다. 일부 실시 형태들에서, 편광기 스택의 콘트라스트 비는 6,000:1 이상이다. 부가적으로, 제1 복굴절 편광기의 R_hemi는 <0.50일 수 있고, 시준 복굴절 반사 편광기의 R_hemi는 0.60 이상일 수 있다.

상이한 태양에서, 본 설명은 광원 및 앞서 기술된 편광기 스택을 포함하는 백라이트에 관한 것이다. 부가적으로, 본 설명은 디스플레이 및 기술된 백라이트를 포함하는 백라이트에 관한 것일 수 있다.

다른 태양에서, 본 설명은 백라이트에 관한 것이다. 백라이트는 (1) 광 재순환 공동(light recycling cavity) - 광 공동은 전방 반사기, 후방 반사기, 통과 강도 스펙트럼 및 차단 강도 스펙트럼을 포함하고, 전방 반사기는 부분 반사성이고 ARCP를 포함함 -; 및 (2) 광 재순환 공동 내로 광을 방출하도록 배치되는 하나 이상의 광원 부재들을 포함한다. 통과 강도 스펙트럼과 차단 강도 스펙트럼 둘 모두는 가시 파장 대역에 걸쳐 실질적으로 중립적이고, 수직 입사에서 500:1 이상의 비를 갖는다. 적어도 일부 실시 형태들에서, ARCP는 통과 축 스펙트럼 및 차단 축 투과 스펙트럼을 갖는 제1 복굴절 반사 편광기, 파장의 증가에 따라 감소하는 차단 축 투과율을 갖는 시준 복굴절 반사 편광기, 및 제1 복굴절 반사 편광기와 시준 복굴절 반사 편광기 사이에 위치되는 흡수 편광기 층을 포함한다.

일부 실시 형태들에서, ARCP의 통과 축 투과는 가시 파장 대역에 걸쳐 실질적으로 중립적이다. 부가적으로, 통과 강도 스펙트럼과 차단 강도 스펙트럼 둘 모두는 가시 파장 대역에 걸쳐 실질적으로 중립적이고, 수직 입사에서 1,000:1 이상의 비를 가질 수 있다. 또한, ARCP는 p-편광된 광 또는 s-편광된 광에 대해 T^통과60/T^통과0 < 0.75, 또는 T^통과60/T^통과0 < 0.60을 충족시킬 수 있다.

도 1은 본 설명에 따른 편광기 스택의 단면도.
도 2는 반사 편광 필름의 개략 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 반사 편광기의 개략 사시도.
도 4는 본 설명에 따른 편광기 스택의 단면도.
도 5는 다양한 편광기 스택들에 대한 휘도 데이터 대 편광기 각도의 그래프.
도 6은 다양한 편광기 스택들에 대한 휘도 데이터 대 편광기 각도의 그래프.
도 7은 백라이트 및 LC 패널을 갖는 디스플레이 시스템의 단면도.
도 8a 내지 도 8d는 본 설명에 따른 편광기의 투과 스펙트럼을 예시하는 도면.
도 9는 본 설명의 ARCP 대 표준 흡수 편광기의 투과 스펙트럼들을 예시하는 도면.
도 10은 백라이트 반사기에 대한 R_BL(λ) 및 ARCP R^f _hemi(λ)의 스펙트럼들뿐만 아니라 통과 강도 스펙트럼을 예시하는 도면.
도 11a 및 도 11b는 ARCP 전방 반사기를 갖는 백라이트로부터 방출된 광에 대한 색도(chromacity) 데이터를 예시하는 도면.
도 12는 본 설명에 따른 ARCP에 대한 계산된 투과 스펙트럼을 예시하는 도면.
도 13은 백라이트 반사기에 대한 R_BL(λ) 및 ARCP R^f _hemi(λ)의 스펙트럼들뿐만 아니라 통과 강도 스펙트럼을 예시하는 도면.
도 14a 및 도 14b는 ARCP 전방 반사기를 갖는 백라이트로부터 방출된 광에 대한 색도 데이터를 예시하는 도면.
도 15는 본 설명에 따른 ARCP에 대한 계산된 투과 스펙트럼을 예시하는 도면.
도 16은 백라이트 반사기에 대한 R_BL(λ) 및 ARCP R^f _hemi(λ)의 스펙트럼들뿐만 아니라 통과 강도 스펙트럼을 예시하는 도면.
도 17a 및 도 17b는 ARCP 전방 반사기를 갖는 백라이트로부터 방출되는 광에 대한 색도 데이터를 예시하는 도면.

하기의 상세한 설명에서, 본 상세한 설명의 일부를 형성하는 첨부 도면에 대한 참조가 이루어지며, 도면에서는 장치, 시스템 및 방법에 대한 몇몇 구체적 실시 형태들이 예시로 도시되어 있다. 다른 실시 형태들이 고려되고 이들은 본 발명의 범주 또는 사상으로부터 벗어나지 않고서 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 하기의 상세한 설명은 제한적인 의미로 취해져서는 안된다.

본 명세서에 사용되는 모든 과학적 및 기술적 용어는 달리 명시되지 않는 한 당업계에서 통상적으로 사용되는 의미를 갖는다. 본 명세서에서 제공된 정의는 본 명세서에서 빈번하게 사용되는 일정 용어의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며, 본 발명의 범주를 한정하고자 하는 것은 아니다.

본 설명은 흡수, 반사, 및 시준 편광기로서 역할하는 편광기 스택을 제공한다. 편광기 스택은 액정 백라이트 디스플레이와 함께 사용되는 종래의 이색성 편광기보다 더 높은 휘도를 제공할 수 있고, 또한 밝은 상태 및 어두운 상태 둘 모두에서 중립 색상을 유지하면서 광을 수직-각도 관찰자를 향해 시준시킬 수 있다. 스택에 이색성 층들을 사용하는 것은 그렇지 않을 경우 거부할 만한 색상을 가질 다층 광학 필름들을 이용하여 중립 색상을 허용한다. 그러한 편광기 스택은 전화, 모바일, 태블릿, 노트북, 모니터 등의 응용을 위한, 액정 디스플레이, 터치 스크린 디스플레이, 반투과형(transflective) 디스플레이를 비롯한 디스플레이에 매우 유용하다. 특별한 스택에서 주목된 기능들의 특유의 조합이 보다 얇고 보다 간단하며 더 효율적인 디스플레이를 허용한다.

다른 의미에서, 본 설명은 LC 패널에 바로 인접하게 사용되는 종래의 PVA 요오드 편광기의 필요 없이 중립 백색 또는 통과 상태 및 어두운 흑색 또는 차단 상태를 제공하는 액정 디스플레이 및 관련 백라이트와 함께 사용하기 위한 편광 요소를 생성하는 과제의 해법을 제공한다.

도 1을 참조하면, 편광기 스택(100)은 제1 복굴절 반사 편광기(106), 흡수 편광기(104), 및 제1 복굴절 편광기(106)로부터 흡수 편광기의 반대편 면에 위치되는 시준 복굴절 반사 편광기(102)를 포함한다. 위에서 본 바와 같이, 본 설명은 광의 시준을 제공하고, 일반적으로 이는 시준 복굴절 반사 편광기(102)를 통해 달성된다. 편광기 스택(100)은 동시에 흡수, 반사, 시준 및 편광시키고, 아래에서 편광기 스택 또는 흡수, 반사, 시준 편광기(absorbing, reflective, collimating polarizer, "ARCP")로 지칭된다. 이러한 2개의 용어들은 동일한 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 시준 복굴절 반사 편광기의 일반적인 기능이 시준 복굴절 반사 편광기(102)의 하기의 설명을 통해 더욱 잘 이해될 수 있다.

많은 실시 형태들에서, 시준 복굴절 반사 편광기는 입사각에 따라 대체로 증가하는 반사율 및 입사각에 따라 대체로 감소하는 투과율을 가지는데, 여기서 반사율과 투과율은 비편광된 가시 광에 대한 것이고 임의의 입사 평면에 대한 것이며, 그리고/또는 가용 편광 상태의 경사 광이 하나의 기준면에 대해 p-편광되고 직교 기준면에 대해 s-편광되는 평면에 입사하는 가용 편광 상태의 광에 대한 것이다. 또한, 시준 복굴절 반사 편광기는 바람직하게는 반구 반사율 R^f _hemi의 높은 값을 가지면서, 또한 응용에 가용한 광의 충분히 높은 투과율을 갖는다.

많은 실시 형태들에서, 시준 복굴절 반사 편광기는 공동 또는 필름 스택 내에서의 비교적 높은 재순환을 지원하기 위해 비교적 높은 전체 반사율을 갖는다. 이를 "반구 반사율"이라고 특성화하며, 이는 (관심대상의 파장 범위의) 광이 모든 가능한 방향들의 분포에 걸쳐 구성요소(표면, 필름, 또는 필름들의 집합체 어느 것이든 간에)에 입사할 때 그 구성요소의 전체 반사율을 의미한다. 따라서, 구성요소는 수직 방향에 중심을 둔 반구 내로 모든 방향으로부터 입사하는 광으로 (그리고 달리 언급하지 않는 한, 모든 편광 상태로) 조명되고, 그 동일 반구 내로 반사되는 모든 광이 수집된다. 관심대상의 파장 범위에 대한 입사광의 총 광속(flux)에 대한 반사광의 총 광속의 비가 반구 반사율 R_hemi를 생성한다. 특히 중요하게는, R_hemi는 개별 파장들에서 특성화되고, 관심대상의 파장 범위에 걸친 평균값으로서 취해질 수 있다. 또한, 법선 입사에 대한 반사율과 달리, R_hemi는 몇몇 구성요소(예를 들어, 프리즘 필름)들에 대해 매우 상당할 수 있는, 입사각에 따른 반사율의 변동에 민감하지 않고 이미 그 변동을 고려하고 있다.

실제로, 시준 복굴절 반사 편광기의 일부 실시 형태들은 적어도 하나의 평면에 입사하는 광에 대해, 법선으로부터 멀어지는 입사각에 따라 증가하는 (방향에 특정적인) 반사율(및 입사각에 따라 대체로 감소하는 투과율)을 나타낸다. 그러한 반사율 특성은 광이 법선에 더 가까운, 즉 백라이트의 관찰 축에 더 가까운 각도에서, 시준 편광기가 존재하는 공동 또는 스택으로부터 시준 복굴절 반사 편광기를 통해 우선적으로 투과되어 나가고, 이는 (대개는 덜 중요한 보다 높은 시야각에서 더 낮게 인지되는 휘도의 대가로) 디스플레이 산업에서 중요한 시야각(viewing angle)에서 디스플레이의 인지되는 휘도를 증가시키는 데 도움을 준다. 이러한 효과가 시준으로 불린다. 각도에 따른 반사율 증가의 거동이 "적어도 하나의 평면에 입사하는 광에 대한 것"으로 말할 수 있는데, 그 이유는 때때로 단 하나의 관찰 평면에 대해 좁은 시야각(보다 큰 시준)이 요구되고, 직교 평면에서는 더 넓은 시야각(보다 작은 시준)이 요구되기 때문이다. 일례는 수평 평면에서 관찰하는 데는 넓은 시야각이 요구되고 수직 평면에 대해서는 보다 좁은 시야각이 규정되어 있는 일부 LCD TV 응용이다. 다른 경우, 축상 휘도를 최대로 하기 위해 양 직교 평면에서 좁은 시야각이 바람직하다. 이러한 방식으로, 재순환 공동 또는 필름 스택으로부터의 광이 상당한 정도로 시준될 수 있고, 단일 필름 구조물부터의 편광된 광 출력이 제공될 수 있다.

반사율과 투과율의 하기의 논의에서, 반사율과 투과율이 파장 범위에 걸친 넓은 평균으로서 결정되는 것을 초기에 가정할 수 있다. 추후 논의는 가시 대역에 걸친 경사형 투과 및 반사 스펙트럼에 집중할 것이며, 반사율 및 투과율 특성은 파장 의존적이고, 특정 파장 구역 내에서 특성화될 필요가 있다.

경사각 반사율(oblique angle reflectivity)에 대해 논의할 때, 도 2의 기하학적 고려사항을 염두에 두는 것이 도움이 된다. 도면에서, 표면(110)이 x-y 평면에 있고, z-축이 직교 방향이다. 표면이 (국제출원 PCT/US2012/060485호 및 PCT/US2012/060483호에 기재된 것들과 같은) 편광 필름 또는 부분 편광 필름인 경우, 본 출원의 목적을 위해 y-축을 "통과 축"으로 그리고 x-축을 "차단 축"으로 지칭한다. 달리 말하면, 그 편광 축이 y-축에 평행한 수직 입사 광이 그 편광 축이 x-축에 평행한 수직 입사 광에 비해 우선적으로 투과된다.

광이 임의의 방향으로부터 표면(110)에 입사할 수 있지만, x-z 평면에 평행인 제1 입사 평면(132) 및 y-z 평면에 평행인 제2 입사 평면(122)에 중점을 둔다. "입사 평면"은 표면 법선 및 특정의 광 전파 방향을 포함하는 평면을 말한다. 도 2에서, 하나의 경사 광선(130)이 평면(132)에 입사하고, 다른 경사 광선(120)이 평면(122)에 입사하는 것을 도시한다. 광선이 비편광인 것으로 가정하면, 각각의 광선이 각각의 입사 평면에 있는 편광 성분("p-편광" 광이라고 함)과, 각각의 입사 평면에 수직으로 배향되는 직교 편광 성분("s-편광 광"이라고 하고 도 2에 "s"로 나타냄)을 가질 것이다. 반사 편광 필름에 대해, 광선의 방향에 따라 "s"와 "p"가 통과 축 또는 차단 축과 정렬될 수 있다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 도 2에서, 광선(130)의 s-편광 성분 및 광선(120)의 p-편광 성분은 통과 축(y-축)과 정렬되고, 따라서 우선적으로 투과될 것이며, 한편 반대 편광 성분(광선(130)의 p-편광 및 광선(120)의 s-편광)은 차단 축(x-축)과 정렬된다.

이를 염두에 두고서, 시준 복굴절 반사 편광기가 "입사각에 따라 대체로 증가하는 반사율을 나타내는" 것을 규정하는 의미와 결과를 고려하기로 한다. 재순환 백라이트와 함께 사용되는 이러한 반사 특성은 통상적으로 소유되고 양도된 미국 특허 공개 제2010/0156953호와 제2010/0165660호에 전반적으로 기술되어 있다. 향상된 시준 특성을 갖는 시준 복굴절 반사 편광기가 또한 PCT 출원 PCT/US2012/060485호에 기술되어 있는데, 여기서 반사 스펙트럼은 경사형이다. 바람직한 편광의 광이 바람직한 경우에, 시준 복굴절 반사 편광기는 차단 편광 상태에서 수직 입사광에 대해 매우 높은 반사율을 그리고 통과 편광 상태에서 수직 입사광에 대해 보다 낮지만 여전히 상당한 반사율(예컨대, 20% 내지 90%)을 갖는 다층 구조물(예컨대, 원하는 굴절률 관계와 원하는 반사율 특성을 생성하기에 적합한 조건 하에서 배향되어진 공압출된 중합체 미세층)을 포함한다. 차단-상태 광(광선(130)의 p-편광 성분 및 광선(120)의 s-편광 성분)의 매우 높은 반사율은 일반적으로 모든 입사각에 대해 매우 높은 상태로 있다. 보다 흥미로운 거동은 통과-상태 광(광선(130)의 s-편광 성분 및 광선(120)의 p-편광 성분)에 대한 것인데, 그 이유는 수직 입사에서 중간 반사율을 나타내기 때문이다. 입사 평면(132)에서의 경사 통과-상태 광은 s-편광된 광 반사율의 특성으로 인해 입사각의 증가에 따라 증가하는 반사율을 나타낸다(그러나, 상대적 증가량은 수직 입사에서 통과-상태 반사율의 초기값에 좌우된다). 따라서, 평면(132)에 평행한 관찰 평면에 시준 복굴절 반사 편광기 전방 필름이 있는 재순환 백라이트로부터 방출된 광이 부분적으로 시준되거나 각도가 제한될 것이다. 그러나, 다른 입사 평면(122)에서의 경사 통과-상태 광(즉, 광선(120)의 p-편광 성분)은 평면내 굴절률 차이에 대한 미세층들 사이의 z-축 굴절률 차이의 크기 및 극성에 따라 3가지 거동들 중 임의의 거동을 보일 수 있다. 예컨대, 미국 특허 제5,882,774호 참조.

하나의 경우에, 브루스터각(Brewster angle)이 존재하고, 이 광의 반사율은 입사각의 증가에 따라 감소된다. 이는 평면(122)에 평행인 관찰 평면에서 밝은 축외 로브(off-axis lobe)를 생성하며, 이는 LCD 관찰 응용에서 보통 바람직하지 않다(그러나, 다른 응용에서, 이 거동은 허용가능할 수 있으며, LCD 관찰 응용의 경우에서도, 이 로브 출력은 프리즘 필름 등을 사용하여 관찰 축을 향해 방향전환될 수 있다).

다른 경우에, 브루스터각이 존재하지 않거나 매우 크고, p-편광된 광의 반사율이 입사각의 증가에 따라 비교적 일정하다. 이는 참조된 관찰 평면에서 비교적 넓은 시야각을 생성한다.

세 번째 경우에, 브루스터각이 존재하지 않고, p-편광된 광의 반사율이 입사각에 따라 상당히 증가한다. 이는 참조된 관찰 평면에서 비교적 좁은 시야각을 생성할 수 있고, 여기서 시준 정도가 시준 복굴절 반사 편광기 내의 미세층들 사이의 z-축 굴절률 차이의 크기를 제어함으로써 적어도 부분적으로 맞춤된다.

따라서, 시준 복굴절 반사 편광기에서의 입사각에 따른 반사율의 증가는 가용 편광 상태의 경사 광이 입사 평면에 대해 p-편광되게 하고 직교 입사 평면에 대해 s-편광되게 하는 평면에 입사하는 가용 편광 상태의 광과 관련될 수 있다. 대안적으로, 이러한 반사율의 증가는 임의의 입사 평면에서 비편광된 광의 평균 반사율과 관련된다.

많은 실시 형태들에서, 재순환 공동 또는 필름 스택의 시준 복굴절 반사 편광기는 또한 어느 하나의 가용 편광 상태에 대한 둘 모두의 입사 평면들에 입사하는 광에 대해, 또는 임의의 입사 평면에서의 비편광된 광에 대해 경사형 투과 스펙트럼 및 흔하게는 청색-경사형 투과 스펙트럼을 갖는다.

도 1을 다시 참조하면, 흡수 편광기(104)는 시준 복굴절 반사 편광기(102)와 제1 복굴절 반사 편광기(106) 사이에 적층될 수 있고, 가능하게는 반사 편광기들 중 하나 이상에 라미네이팅되거나 반사 편광기들 중 하나 이상과 공압출되거나 하나 이상의 반사 편광기들 상에 코팅되고 이와 함께 배향될 수 있다. 일부 예시적인 실시 형태들에서, 도 1에 도시된 스택(100) 전체가 단일 필름으로서 공압출될 수 있거나, 그의 부품들이 별도로 압출되고 라미네이팅되거나 우선 배향된 다음에 라미네이팅될 수 있다.

픽셀화된 액정 디스플레이(LCD) 구조물(들)이 상부에 존재하는 유리 표면과 재순환 백라이트 사이에 위치되는 ARCP를 고려하는데, 여기서 재순환 백라이트를 향하는 LCD의 통상의 흡수 디스플레이 편광기가 제거된다. ARCP의 스펙트럼 투과 및 반사 특성은 편리하게는 그의 반구 반사율 스펙트럼 R^f _hemi(λ)에 의해, 그리고 LCD 시스템의 통과 축을 따라 편광되는 광에 대한 그의 투과 스펙트럼 T^통과(Ω,λ) 및 LCD 시스템의 직교 차단 축을 따라 선형 편광되는 광에 대한 그의 투과 스펙트럼 T^차단(Ω,λ)에 의해 정의될 수 있다.

본 발명의 ARCP 필름은 재순환 백라이트에 사용될 때 LCD의 백색 상태의 휘도 향상을 제공함과 동시에 LCD에 대한 낮은 강도의 어두운 상태를 제공할 수 있다.

더 일반적으로, 백색-상태 LC 셀 및 상부의 편광기를 통한 광 통과의 향상된 강도와 어두운-상태 LC 셀과 위에 놓인 편광기를 통한 광 통과의 거의 0의 강도를 제공하는 요구되는 ARCP 특성은 액정 디스플레이의 인지된 색상이 ARCP/백라이트 시스템에 의해 편향되거나 왜곡되지 않도록 가시 스펙트럼에 걸쳐 제어되어야 한다. ARCP/백라이트 시스템이 디스플레이 광원(예컨대, 소형 형광 전구 또는 디스플레이용 백색 LED)의 조작된 색도 균형과 부합되지 않는 LCD 및 각각의 LC 셀 내의 컬러 필터들에 광을 전달하면, LCD 이미지는 왜곡된 색조와 백색점 값을 가질 것이고, 또한 푸르스름한 색조 또는 자홍색, 또는 불그스름한 색조와 같은 유색 색조를 갖는 낮은-밝은 이미지-영역(이미지의 흑색 또는 매우 어두운 영역)을 구비할 수 있다.

흡수 편광기(104)와 같은 흡수 편광기는 또한 본 발명에 사용하기에 적합하다. 하나의 유용한 편광 흡수 요소는 배향된 염료-함유 폴리비닐 알코올(PVA) 필름이다. 그러한 필름의 예들 및 편광 흡수 요소로서의 이들의 사용이, 예를 들어 모두 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제4,895,769호 및 제4,659,523호와 PCT 공개 WO 95/17691호에 기술되어 있다. 흡수 편광기로서 기능하기 위해, 폴리비닐 알코올 필름은 전형적으로 필름을 배향시키도록 연신된다. 편광 염료 또는 안료로 염색될 때, 필름의 배향은 필름의 광학 특성(예컨대, 소광 축(axis of extinction))을 결정한다. 바람직하게는, 흡수 요소는 차단 축을 따라 편광되는 광의 흡수가 입사각의 증가에 따라 감소하지(때때로 증가하지) 않도록 한다. 그러한 흡수 편광기의 일례는 본 명세서에 참고로 포함된 문헌[Lazarev et al. article, entitled "Low-leakage off-angle in E-polarizers", Journal of the SID 9/2, pp. 101-105 (2001)]에 기술된 바와 같은, 초분자 유방성(lyotropic) 액정 재료를 포함하는 편광기이다.

흡수 편광기에 사용되는 적합한 IR 및 가시 흡수 염료는 예를 들어 폴리에스테르, 예컨대 PEN과 함께 용융-가공될 수 있는, 양호한 열 안정성을 갖는 염료를 포함한다. 광 흡수 재료의 선택은 예를 들어 광 흡수 재료의 흡수도 스펙트럼, 비용, 가공성, 안정성, 및 광학 필터 내의 다른 요소와의 적합성과 같은 요인에 기초하여 이루어질 수 있다.

광 흡수 재료는 이러한 재료가 적어도 5:1, 10:1, 또는 가능하게는 심지어 20:1의 이색비(dichroic ratio)를 갖도록 선택될 수 있다. 이색비는 일반적으로 통과 편광에서의 흡수 상수에 대한 차단 편광에서의 흡수 상수의 비로 이해될 수 있다. 광대역 흡수 요소에 적합한 많은 광 흡수 재료가 비교적 넓은 파장 범위에 걸쳐 상당한 흡수도를 갖거나, 투과 및 반사 파장 범위 둘 모두의 일부분에 걸쳐 비교적 일정한 흡수도 값을 갖는 것이 인식될 것이다. 2개의 반사 편광기들 사이의 흡수 편광기의 조합의 사용은 흡수 요소가 단독으로 또는 단일 반사 요소와 함께 사용되었을 경우보다 낮은 로딩(loading)의 광 흡수 재료의 사용을 허용할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시 형태에 사용되는 흡수 편광기는 1000:1 미만의 콘트라스트 비를 가져서, 반사 편광기의 기여를 더욱 중요하게 만든다. 일부 예시적인 실시 형태들에서, 흡수 편광기의 콘트라스트 비는 약 500:1 이하, 약 100:1 이하, 약 10:1 이하, 또는 약 5:1 이하일 수 있다. 일부 예시적인 실시 형태들에서, 흡수 편광기는 약 5:1 내지 약 100:1의 콘트라스트 비에 의해 특성화될 수 있다. 당업자는 콘트라스트 비가 일반적으로 차단 축에 평행하게 편광되는 투과된 광의 백분율에 대한 통과 축에 평행하게 편광되는 투과된 광의 백분율의 비로 이해될 수 있음을 이해할 것이다.

반사/흡수/반사 편광기 조합의 흡수 편광기가 최대 약 10:1의 콘트라스트 비를 갖는 경우에, 반사 편광기들 중 적어도 하나는 바람직하게는 약 100:1 이상의 콘트라스트를 갖는다. 다른 예시적인 실시 형태들에서, 이축 반사 편광기들 중 하나 또는 둘 모두는 약 50:1 이상, 약 100:1 이상 또는 약 200:1 이상의 콘트라스트 비에 의해 특성화될 수 있다. (도 1의 스택(100)과 같은) 본 발명에 따른 편광기 스택 조합은 약 500:1 이상 또는 약 1000:1 이상의 총 콘트라스트 비를 가질 수 있다. 적어도 하나의 실시 형태에서, 편광기 스택(또는 ARCP)의 콘트라스트 비는 5,000:1 이상, 또는 가능하게는 6,000:1 이상일 수 있다. 일부 예시적인 실시 형태들에서, 본 발명에 따른 편광기 스택의 콘트라스트 비는 약 10,000:1만큼 높을 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 아직 상세히 기술되지 않은 편광기 스택(100)의 제3 요소는 제1 복굴절 반사 편광기(106)이다. 임의의 개수의 적절한 복굴절 반사 편광기들이 채용될 수 있다. 예를 들어, 도 3은 (예컨대, 공압출에 의해) 제2 재료(115)의 제2 층 상에 배치되는 제1 재료(113)의 제1 층을 포함하는 다층 광학 필름(111)인, 본 발명에 따른 반사 편광기의 하나의 가능한 예시적인 실시 형태를 도시한다. 도시된 광학 필름(111)은 3개의 상호 직교하는 축 x, y 및 z를 참조하여 기술될 수 있다. 2개의 직교하는 축 x 및 y는 필름(111)의 평면 내에 있고(평면내, 또는 x 및 y 축), 제3 축(z-축)은 필름 두께 방향으로 연장된다. 제1 및 제2 재료들 중 하나 또는 둘 모두는 복굴절성일 수 있다.

단지 2개의 층들만이 도 3에 도시되어 있고 본 명세서에서 전반적으로 기술되지만, 본 발명의 전형적인 실시 형태는 2개 이상의 제2 층들이 상호배치된 2개 이상의 제1 층들을 포함한다. 층들의 총 수는 수백 또는 수천개 이상일 수 있다. 일부 예시적인 실시 형태들에서, 인접한 제1 및 제2 층들은 광학 반복 유닛으로 지칭될 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시 형태에 사용하기에 적합한 반사 편광기가, 예를 들어 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제5,882,774호, 제6,498,683호, 제5,808,794호에 기술되어 있다.

광학 필름(111)은 추가 층을 포함할 수 있다. 추가 층은, 예컨대 추가의 광학적 기능을 수행하는 광학 층, 또는 예컨대 그 기계적 또는 화학적 특성을 위해 선택되는 비광학 층일 수 있다. 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제6,179,948호에 논의된 바와 같이, 이들 추가 층은 본 명세서에 설명된 공정 조건 하에서 배향가능할 수 있으며, 필름의 전체 광학적 및/또는 기계적 특성에 기여할 수 있지만, 명확함 및 단순함의 목적으로 이들 층은 본 출원에서 추가로 논의되지 않을 것이다.

복굴절성 반사 편광기에서, 제1 층(113)의 굴절률(n_1x, n_1y, n_1z) 및제2 층(115)의 굴절률(n_2x, n_2y, n_2z)은 하나의 평면내 축(y-축)을 따라 실질적으로 정합되고 다른 평면내 축(x-축)을 따라서는 실질적으로 부정합된다. 정합된 방향(y)은 편광기의 투과(통과) 축 또는 상태를 형성하여, 그 방향을 따라 편광된 광이 우선적으로 투과되고, 부정합된 방향(x)은 편광기의 반사(차단) 축 또는 상태를 형성하여, 그 방향을 따라 편광된 광이 우선적으로 반사된다. 일반적으로, 반사 방향을 따른 굴절률들의 부정합이 커지고 투과 방향에서의 정합이 근접할수록, 편광기의 성능이 우수해진다.

디스플레이 장치의 광각 관찰을 위해 잘 기능하기 위해서, 디스플레이 편광기는 모든 입사각에 대해 높은 차단 상태 콘트라스트를 유지하고 또한 모든 입사각에 걸쳐 높은 통과 투과율을 유지하여야 한다. 통상적으로 소유된 미국 특허 제5,882,774호에 도시되었던 바와 같이, 교번하는 제1 및 제2 층(113, 115)들의 굴절률들이 z-축을 따라 편광되는 광에 대해 그리고 y-축을 따라 편광되는 광에 대해 정합될 때 통과 상태 투과율이 증가한다. z-굴절률 정합은 또한 높은 입사각에서 차단 상태 투과율이 저하되지 않음을 보장한다.

예시적인 실시 형태들에서, 편광기 스택 내의 시준 복굴절 반사 편광기 또는 제1 복굴절 편광기 중 적어도 하나는 이축성일 수 있는데, 즉 특정 복굴절 편광기 재료에 대해 약 0.05 초과의 Δn_yz를 가질 수 있다. 다른 예시적인 실시 형태들에서, Δn_yz는 응용에 따라 0.08 이상 또는 다른 적합한 값이거나, 적어도 약 0.1 이상일 수 있다. 굴절률과 굴절률 차이의 모든 값은 633 nm에 대해 보고된다.

적어도 일부 실시 형태들에서, 시준 복굴절 반사 편광기(102)로부터 흡수 편광기(1104)의 반대편 면의 제1 복굴절 반사 편광기(106)는 실제로 그 자체가 또한 시준 반사 편광기일 수 있다. 따라서, 제1 복굴절 반사 편광기(106)는 시준 복굴절 반사 편광기(102)에 관하여 위에서 논의된 특성들 모두를 가질 수 있다.

본 설명에 따른 적절한 편광기 스택의 또 다른 예가 도 4에 도시되어 있다. 편광기 스택(100)처럼, 편광기 스택(400)은 제1 복굴절 반사 편광기(106) 및 시준 복굴절 반사 편광기(102)를 포함한다. 흡수 편광기(104)가 제1 복굴절 반사 편광기(106)와 시준 복굴절 반사 편광기(102) 사이에 위치된다. 부가적으로, 도 4에 도시된 실시 형태는 제1 흡수 편광기(104)로부터 제1 복굴절 반사 편광기(106)의 반대편 면에 위치되는 제2 흡수 편광기(108)를 포함한다. 일반적으로, 제2 흡수 편광기(108)는 상세히 전술된 흡수 편광기(104)의 특성과 유사하거나 동일한 특성을 가질 수 있다. 증가된 어두운-상태 소광을 찾고 있는 경우에, 또는 디스플레이의 관찰자 측으로부터의 눈부심(glare)을 감소시키고자 하는 경우에 제2 흡수 편광기를 사용하는 것이 특히 유용할 수 있다.

현대의 LCD 산업은 고 성능 제품 및 저 비용 제품 둘 모두에 중점을 둔다. 고 성능 흡수, 반사 및 시준 편광기 스택은 별도로 제조된 고 성능 요오드 염색된 PVA 편광기들을 전술된 것과 같은 적절한 시준 반사 편광기와 함께 라미네이팅함으로써 제조될 수 있다. 그러나, 고 성능 요오드 염색된 편광기는 고가이고, 또한 그들의 배향 방향, 즉 차단 축 방향은 전형적으로 웨브 하류(downweb) 방향(기계 또는 MD 방향)인 반면에, 배향된 다층 PEN 기반 반사 편광기는 대부분 편리하게는 웨브 횡단(crossweb) 방향(횡방향 또는 "텐터(tenter)" 방향)으로 배향된다. 이러한 이유로, 이들은 저 비용 롤투롤(roll-to-roll) 라미네이션 방법으로 연속적으로 함께 결합될 수 있는 것이 아니라, 적어도 하나가 먼저 단편 부품들로 절단되고, 이 단편 부품들은 이어서 90도 회전된 후 개별적으로 다른 편광기 필름에 라미네이팅되어야 한다. 텐터에서의 다층의 배향 전에 PVA 코팅이 다층 편광기 필름에 적용될 수 있지만, PVA와 PEN의 바람직한 배향 온도의 큰 차이가 흡수 및 반사 구성요소들 중 하나 또는 다른 하나의 불량한 품질을 초래한다는 것을 알게 되었다. 보다 낮은 성능과 보다 낮은 비용의 요오드/PVA 편광기가 본 명세서에 인용되는 대안적인 염료 대신에 본 발명에 사용될 수 있지만, 이러한 대체가 라미네이션 공정의 비용의 문제를 해소하지 못한다. 따라서, 저 비용, 고 성능 흡수 반사 시준 편광기에 대한 필요성이 당업계에 여전히 있다. 본 명세서에 개시된 바와 같이, 소정의 편광 염료가 PEN 및 PET 또는 이들의 공중합체와 같은 폴리에스테르 수지 내에 혼입된 다음에 폴리에스테르를 가공하는 데 바람직한 온도에서 압출되고 배향될 수 있다. 이러한 방식으로, 저 비용 흡수 편광기가 추가의 가공 없이 편광기 스택의 일체형 부품으로서 제조될 수 있다.

이제 편광기 스택(100, 400 등) 내에서의 다양한 편광기들의 상호작용을 추가로 논의한다. 통상적으로 소유되고 양도된 PCT 출원 PCT/US2012/060483호("PCT/US2012/060483")에 교시된 바와 같이, (편광기(102)와 같은) 시준 반사 편광기는 파장이 증가함에 따라 투과율이 감소하는 상태로 스펙트럼이 경사형인 경우에 향상된 시준을 제공한다. 본 설명의 목적을 위해, (더욱 상세히 후술될 바와 같이) 이를 음의 기울기로 정의한다. 통과 축 투과율에 대해 비교적 큰 음의 기울기를 갖는 반사 편광기가 미국 출원 제61/549,588호에 개시되었다. 통과 축이 큰 기울기를 나타낼 때, 차단 축이 또한 유사한 기울기를 보일 것이지만, 차단 축 대 통과 축에 대한 상이한 굴절률로 인해, 그리고 또한 투과율이 기초하는 선형 스케일로 투과율의 절대값의 큰 차이로 인해 정확히 동일하지는 않은 기울기를 나타낼 것이다. 차단 축 투과 편광기들 상의 큰 음의 기울기는 LCD 패널의 어두운 상태를 실질적으로 퇴색시킬 수 있는, 청색 광에 대한 상당한 누설을 초래할 수 있다. PCT/US2012/060483호의 시준 편광기가 고 성능 흡수 편광기를 포함하는 LCD 패널을 위한 백라이트에 사용되었다. 표준 LCD 패널 편광기의 차단 축은 최소의 어두운 상태 누설을 위해 선택되고, 그러한 문제를 제거한다.

본 명세서에 개시된 통합형 반사 흡수 시준 편광기 스택에 대해, 임의의 광 누설을 흡수하기 위해 (관례적인 바와 같이) 패널 상에 추가의 흡수 편광기가 존재하지 않을 것이다. 통합형 편광기는 양호한 어두운 상태, 즉 모든 가시 파장에서 낮은 차단 축 투과율을 제공할 뿐만아니라, 재순환 공동을 갖는 LCD 시스템에 사용될 때 상당한 시준 효과를 제공하여야 한다. 게다가, 통과 축은 백색 상태 휘도에 대한 허용가능한 수준을 전달하여야 한다. 후자의 이유로, 편광기 내의 등방성 저 굴절률 재료에 대해 보다 낮은 굴절률 또는 더욱 많은 1/4 파장 층들을 사용함으로써 차단 상태 투과율을 단순히 낮추는 것은 허용가능하지 않은데, 그 이유는 이것이 또한 통과 축 투과율을 허용할 수 없을 정도로 낮은 수준으로 감소시키는 불리한 영향을 미치기 때문이다. 저 굴절률 재료는 시준 반사 편광기에 대해 다소 제한되는데, 그 이유는 이것이 바람직하게는 고 굴절률 복굴절 층의 y 및 z 굴절률들 사이의 중간에 있는 굴절률을 갖기 때문이다.

제1 복굴절 반사 편광기(106)와 시준 반사 편광기(102)의 차단 투과 스펙트럼들이 반대로 경사진 스펙트럼들을 가지는 경우, 허용가능한 색상 평형된 차단 상태의 어두운 수준, 허용가능한 시준, 및 허용가능한 통과 상태 투과율 수준이 모두 동시에 달성될 수 있다. 시준 반사 편광기의 통과 축 투과 스펙트럼은 평평하거나 약간 음일 수 있다.

PCT/US2012/060483호에서 논의된 바와 같이, 시준 편광기에 경사각으로 입사하는 광에 대해 적외선 스펙트럼의 일부분이 가시 스펙트럼으로 이동한다. 비스듬히 입사하는 백색 광을 반사시키고 효과적으로 시준시키는 것을 주로 담당하는 스펙트럼의 부분은 수직 입사에서 측정되는 스펙트럼의 녹색, 적색 및 근-IR 부분이다. 이러한 이유로, 스펙트럼의 이들 부분의 기울기는 개별 반사 편광기의 차단 축 및 통과 축 둘 모두에 대해 가장 적절하다.

전체로서 편광기 스택의 경우, 흡수 염료 스펙트럼이 각도에 따라 이동하지 않기 때문에, 단지 가시 스펙트럼에 대한 기울기 결정을 평가하는 것이 가치가 있다. 따라서, 가시 기울기 계산은 또한 전체로서 편광기 스택 또는 ARCP의 "색 중립성"을 특성화하기 위해 제공된다.

시준 반사 편광기와 같은 다층 중합체 간섭 필터의 투과 스펙트럼은 흔히 비교적 잡음이 있는 것으로 보일 수 있는데, 예컨대 간섭 효과는 스펙트럼의 요동으로 인해 많은 국부적인 최소치와 최대치를 초래할 수 있다. 그러나, 넓은 파장 범위에 걸쳐 스펙트럼의 평균 기울기를 추정하거나 측정하기 위한 몇몇 방식들이 있다. 저차 선형 또는 다항 함수들에 대한 곡선 맞춤(curve fitting)이 하나의 방법이다. 보다 간단한 방법은 국부적인 파장들의 그룹들에서 평균 투과율 값들을 결정하는 것이다. 예를 들어, 광대역 가시 및 IR 스펙트럼에서의 평균 투과율이 IR, 적색 및 녹색 파장 범위들의 서브세트에 대해 계산될 수 있다: IR_평균, R_평균, 및 G_평균.이어서 스펙트럼 기울기가 다음과 같이 계산될 수 있다:

기울기 = (IR_평균 ― G_평균)/AVG,

여기서 AVG는 다음에 의해 주어지는 3개의 파장 평균의 단순 산술 평균이다:

AVG = (IR_평균 + R_평균 + G_평균)/3.

제1 복굴절 반사 편광기 또는 시준 복굴절 반사 편광기에 관한 임의의 논의가 위의 기울기 계산(즉, IR, 적색 및 녹색을 고려함)을 지칭하는 것으로 이해될 것이다.

다른 의미에서, 단지 가시 스펙트럼만을 포함할 스펙트럼의 기울기를 결정할 수 있다. 그러한 경우에, 평균 투과율은 청색, 적색 및 녹색 파장 범위들의 서브세트들에 대해 계산될 수 있다: B_평균, R_평균, 및 G_평균.이어서, 가시 기울기가 다음과 같이 계산될 수 있다:

가시 기울기 = (B_평균 ― R_평균)/가시 AVG,

여기서 가시 AVG는 다음에 의해 주어지는 3개의 파장 평균의 단순 산술 평균이다:

가시 AVG = (B_평균 + R_평균 + G_평균)/3.

편광기 스택/ARCP의 "가시 기울기"에 관한 임의의 논의가 바로 위의 경사 계산(즉, 청색, 적색 및 녹색을 고려함)을 지칭하는 것으로 이해될 것이다.

국부적인 색상 범위들은 청색 = 450 nm 내지 500nm, 녹색 = 500 내지 560 nm, 적색 = 600 내지 650 nm 및 IR = 700 내지 750으로 선택된다. 당업자는 기울기가 분율 또는 백분율로 표현될 수 있음을 이해할 것이다.

본 설명의 목적을 위해, "중립" 가시 기울기는 15%, 10%, 5% 이하, 또는 가능하게는 3% 이하, 그리고 가능하게는 심지어 0에 가까운 절대값을 갖는 것으로 정의될 것이다. 본 설명의 편광기 스택 또는 ARCP는 일반적으로 투과된 광에 대해 중립 가시 기울기를 갖는 것으로 이해될 수 있다(즉, 전체로서 편광기 스택의 통과 축 투과율은 가시 파장 대역에 걸쳐 실질적으로 중립임).

본 설명에서, 시준 복굴절 반사 편광기에 대한 통과 상태에서의 투과 스펙트럼(즉, T^통과(0,λ))의 기울기는 0 미만이고 -5% 미만 또는 -10% 미만 또는 -20% 미만 또는 -30% 미만 또는 -40% 미만 또는 -50% 미만일 수 있다. 차단 상태에서의 투과 스펙트럼(즉, T^차단(0,λ))의 기울기는 0 미만 또는 -10% 미만 또는 -50% 미만 또는 -100% 미만 또는 -150% 미만 또는 -200% 미만일 수 있다.

제1 복굴절 반사 편광기에 대한 통과 상태에서의 투과 스펙트럼(즉, T^통과(0,λ))의 기울기는 0 초과이고 5% 초과 또는 10% 초과 또는 20% 초과 또는 30% 초과 또는 40% 초과 또는 50% 초과일 수 있다. 차단 상태에서의 투과 스펙트럼(즉, T^차단(0,λ))의 기울기는 0 초과 또는 10% 초과 또는 50% 초과 또는 100% 초과 또는 150% 초과 또는 200% 초과일 수 있다.

편광기 스택으로부터의 광의 가능한 시준도(degree of collimation)의 표시는 주어진 필름의 수직 입사 및 60도 입사에서의 투과된 가시 광의 비로부터 얻어질 수 있다. 대부분의 LCD TV에서, LCD 패널 상의 후방 편광기는 그 통과 축이 수평 방향으로 정렬된다. 따라서, p-편광된 통과 축 광의 입사 평면은 수평 방향(좌측 및 우측)을 따른다. 따라서, s-편광된 통과 축 광의 입사 평면은 수직 방향으로 있다. 따라서, 중심선 위 또는 아래로부터 볼 때 LCD 패널의 휘도를 결정하는 것은 s-편광된 광의 백라이트 방출이고, 좌측 또는 우측으로부터 관찰 휘도를 결정하는 것은 p-편광된 광의 백라이트 방출이다. 이러한 이유로, 3개의 필름 실시예들의 통과 축 스펙트럼들이 60도 및 수직 입사에서 s-편광된 광 및 p-편광된 광에 대해 도시된다.

본 설명에서, 60도 입사에서 통과 축으로 투과된 가시 광("T^통과60")을 시준 수준을 결정하기 위해 0도 입사에서 통과 축으로 투과된 광("T^통과0")으로 나눌 수 있다. 그러한 측정은 s-편광된 광 및 p-편광된 광 둘 모두에 대해 취해질 수 있다. 현재 기술된 편광기 스택은 s-편광된 광의 경우, 0.75 미만이고 심지어 0.60 미만인 T^통과60/T^통과0의 비를 나타낸다. 유사하게, p-편광된 광의 경우, 현재 기술된 편광기 스택은 0.75 미만이고 심지어 0.60 미만인 T^통과60/T^통과0의 비를 나타낸다. 또한, 60도에서 또는 0도에서 차단 축으로 투과된 가시 광("T^차단60" 또는 "T^차단0")에 관하여 편광기 스택을 특성화할 수 있다. 본 설명의 바람직한 실시예들에서, 편광기 스택은 매우 낮은, 가능하게는 10^-3 또는 심지어 0.5 × 10^-3 미만 또는 10^-4 미만의 T^차단0을 가질 것이다.

ARCP 전방 요소를 갖는 재순환 백라이트

예시적인 목적을 위해, 재순환 공동을 형성하는, 전방 반사기 및 후방 반사기를 갖는 백라이트의 광학 요소와, 액정 디스플레이 패널을 추가로 한정하는 것이 편리하다. 일부 경우에, 본 설명은 실제로 광원에 더하여, 전반에 걸쳐 기술된 바와 같은 편광기 스택 또는 ARCP를 포함할 수 있는 재순환 백라이트에 관한 것이다. 본 설명은 또한 패널 및 그러한 백라이트를 포함하는 디스플레이를 포함할 수 있다.

도 7은 백라이트(710) 및 LC 패널(730)을 포함하는 디스플레이 시스템(700)의 개략 단면도이다. 백라이트(710)는 광을 LC 패널(730)에 제공하도록 위치된다. 백라이트(710)는 공동 깊이(H)를 갖는 광 재순환 공동(716) 및 면적(Aout)을 갖는 출력 영역(718)을 형성하는 전방 반사기(712) 및 후방 반사기(714)를 포함한다. 전방 반사기(712)는 후방 반사기(714)와의 사이에 배치되는 다른 요소들, 예를 들어 미세구조화된 렌즈릿 어레이(micro-structured lenslet array), 프리즘형 필름, 및 비드형 이득 확산기(711)와 같은 다양한 광 제어 필름을 구비할 수 있다. 본 명세서에 기술된 임의의 적합한 필름이 전방 반사기(712)를 제공하는 데 이용될 수 있다. 일반적으로, 전방 반사기는 ARCP일 것이다.

LC 패널(730)은 전형적으로 패널 판(738)들 사이에 배치되는 LC 층(736)을 포함한다. 판(738)들은 흔히 유리로 형성되고, LC 층(736) 내의 액정의 배향을 제어하기 위해 내부 표면 상에 배향 층 및 전극 구조물을 포함할 수 있다. 이들 전극 구조물은 보통 LC 패널 픽셀, 즉 액정들의 배향이 인접 영역과는 독립적으로 제어될 수 있는 LC 층의 영역을 한정하도록 배열된다. LC 패널(730)에 의해 표시되는 이미지에 색상을 부여하기 위해 컬러 필터 어레이(740)가 또한 판(738)들 중 하나 이상과 함께 포함될 수 있다.

LC 패널(730)은 전방 흡수 편광기(732)와 전방 반사기(712) 사이에 위치된다. LC 패널(730)을 전방 흡수 편광기와 후방 흡수 편광기 사이에 위치시키는 것이 당업계에서 통상의 관례이지만, 이 실시예에서는, 후방 흡수 편광기가 또한 (재순환 백라이트의) 전방 반사기로 기술되는 흡수, 반사, 시준 및 편광 요소(712)에 의해 대체된다. 전방 반사기(712)가 유리 판(738)에 직접 부착될 수 있음이 이해된다. 흡수 편광기(732), 전방 반사기(ARCP)(712), 및 LC 패널(730)은 조합되어 백라이트(710)로부터 디스플레이 시스템(700)을 통한 관찰자로의 광의 투과를 제어한다. 예를 들어, 흡수 편광기(732)와 ARCP(712)는 이들의 통과 투과축들이 서로 수직한 상태로 배치될 수 있다. 비활성 상태에서, LC 층(736)의 픽셀은 통과하는 광의 편광을 변화시키지 않을 수 있다. 따라서, ARCP(712)를 통과하는 광이 전방 흡수 편광기(732)에 의해 흡수된다. 픽셀이 활성화될 때, 이를 통과하는 광의 편광은 ARCP(712)를 통해 투과되는 광의 적어도 일부가 또한 전방 흡수 편광기(732)를 통해 투과되도록 회전된다. 예를 들어, 제어기(도시되지 않음)에 의해 LC 층(736)의 상이한 픽셀들의 선택적 활성화에 의해 광이 어떤 원하는 위치들에서 디스플레이 시스템(700)으로부터 빠져 나감으로써 관찰자가 보는 이미지를 형성한다. 제어기는 예컨대 텔레비전 이미지를 수신하여 표시하는 컴퓨터 또는 텔레비전 제어기를 포함할 수 있다.

예를 들어 디스플레이 표면에 기계적 및/또는 환경적 보호를 제공하기 위해, 하나 이상의 선택적인 층(도시되지 않음)이 전방 흡수 편광기(732)에 근접하게 제공될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 층은 전방 흡수 편광기(732) 상의 하드코트(hardcoat)를 포함할 수 있다.

일부 유형의 LC 디스플레이들은 위에서 설명된 것과는 다른 방식으로 동작할 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 흡수 편광기(732)와 ARFC(712)는 평행하게 정렬될 수 있고, LC 패널은 비활성화된 상태일 때 광의 편광을 회전시킬 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 디스플레이들의 기본 구조는 위에서 설명된 구조와 유사하다.

전방 및 후방 반사기들이 실질적으로 무한한 크기를 갖는 것으로 간주하는 분석 목적을 위해, 비편광된 가시 광에 대한 후방 반사기 유효 반사율 R_BL을 출력 표면을 한정하는 개구 이외의 재순환 공동의 내부 내의 모든 반사 및 손실 요소를 포함하는 것으로 정의할 수 있다. 이와 관련하여, LED 다이, 렌즈, 패키징, 회로, 및 노출된 회로 기판과 같은 손실 요소는, 면적 분율의 의미에서, R_BL을 결정하기 위해, 주변의 고-반사율 재료와 함께 포함된다. 또한, 반사 표면들 사이의 물리적 간극이 이러한 유효 반사율을 한정하는 데 또한 포함된다. 이때, 이러한 R_BL 표면의 물리적 위치가 편리하게도 물리적 공동 내부의 평균 표면과 일치하는 것으로 그려질 수 있다. 흔히, 잘 구성된 재순환 공동 백라이트에 대해, 후방 반사기 재료에 대한 R^b _hemi의 측정된 값(들)으로부터의 R_BL의 감소는 수 퍼센트 이하이며, 따라서 여기에서 무시될 것이다.

또한, ARCP의 광학 특성들을, 간단한 구성체들인 R^f _hemi(λ), T^통과(Ω, λ) 및 T^차단(Ω, λ)을 사용하여 정의하는 것이 편리하다. T^통과(Ω, λ)는 LCD 시스템의 통과 축을 따라 편광되는 광의 투과율이고, T^차단(Ω,λ)은 LCD 시스템의 직교 차단 축을 따라 선형 편광되는 광의 투과율이며, Ω는 백라이트 출력 표면에 대한 관찰자의 기하학적 위치를 나타내는 관심대상의 입체각을 나타낸다. Ω의 특정 값은 정의된 입사 평면(22, 24)과 입사각(θ)의 조합에 의해 표현될 수 있다.

또한, 전방 반사기 및 후방 반사기 특성들인 R^f _hemi(λ), R^b _hemi(λ) 및 T^통과(Ω, λ)와 T^차단(Ω, λ)을 파장 특정적 스펙트럼 특성으로, 또는 대안적으로 가시 대역에 걸친 평균으로 정의하는 것이 편리하며, 이러한 경우에 이들은 R^f _hemi, R_BL 및 T^통과(Ω, λ)와 T^차단(Ω, λ)으로 기재된다. 본 발명의 목적을 위해, 가시 평균은 450 nm 내지 650 nm의 파장 범위 내의 스펙트럼 평균값으로 취해진다. 또한, 가시 스펙트럼이 본 명세서에서 논의되는 경우에, 이는 450 nm 내지 650 nm의 파장 범위를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

R^f _hemi(λ)는 ARCP의 반구 반사율을 기술하는 측정가능한 양이다. 언급된 바와 같이, 몇 가지 예를 들면, 프리즘형 필름, 마이크로렌즈 어레이 필름, 및 비드형 이득 확산기와 같은 다수의 다른 광학 필름들과 광학 요소들이 ARCP와 백라이트 후방 반사기 요소 사이에 배치될 수 있다. 이 요소들은 라미네이팅되거나 이격될 수 있지만, 일반적으로 이들은 상부의 ARCP/LCD 패널과의 상호작용 전에, 공동 내의 광을 완전히 혼합하거나 공동 내의 광을 수직 각도를 향해 시준하기 위해 백라이트 광원으로부터의 광을 재순환시키기 위한 시스템으로서 함께 작동한다. ARCP 아래의 광학 요소들은 확산기 판 및 표면 구조 확산기와 같은 확산 요소들뿐만 아니라, 렌티큘러(lenticular) 및/또는 프리즘형 필름과 같은 굴절 요소들을 포함할 수 있다.

T^통과(Ω, λ) 및 T^차단(Ω,λ)의 값은 투과 계수, 즉 전방 반사기와 흡수 편광기가 전각도(all-angle) 광원(예컨대, 각도-혼합형(angle-mixed) 재순환 공동) 위에 놓인 상태에서 (전방 반사기 평면에 대한) 관심대상의 관찰자 각도(Ω)에 중심설정된 일정 각도에서의 투과된 강도 대 전각도 광원 위에 놓인 흡수 편광기만에 대한 0도에서의 강도의 비로서 정의된다. 이러한 측정을 위해, 전방 반사기의 편광 특성이 흡수 편광기의 통과 축과 적절하게 정렬된다. T^통과(Ω,λ)와 T^차단(Ω,λ) 스펙트럼들이 퍼킨 엘머(Perkin Elmer) L-1050 분광광도계를 사용하여 하기의 실시예들에 대해 측정되었다.

ARCP의 스펙트럼 투과 및 반사 특성들은 ARCP의 광학 구성요소들, 즉 재순환 백라이트 요소에 가장 가깝게 배치되는 제1 복굴절 반사 편광기(106), 흡수 편광기(104), 및 제1 복굴절 편광기(106)로부터 흡수 편광기의 반대편 면에 위치되는 시준 복굴절 반사 편광기(102) 각각의 개별 스펙트럼 투과 및 반사 특성으로 구성된다. 선택적으로, 추가의 흡수 편광기가 LCD 구조물에 인접하게 배치될 수 있다.

당업계에서, ARCP의 MOF 구성요소의 반사 및 투과 특성이 알려져 있고, 이색성 흡수 요소의 흡수 특성이 알려져 있으면, 개별 요소 각각의 수치 조합이 ARCP의 전체 스펙트럼 투과 및 반사 특성을 결정할 것임이 이해된다.

ARCP 스펙트럼 투과 특성과 반사 특성 사이의 관계와 ARCP/재순환 백라이트 시스템에 의해 상부의 LCD에 전달되는 직교 선형 편광(통과 및 차단) 각각의 스펙트럼 광 강도를 하기의 관계를 참조함으로써 알 수 있다:

[수학식 1]

[수학식 2]

도 7에 도시된 구조물에 대해, 통과 강도 스펙트럼 및 차단 강도 스펙트럼 둘 모두는 가시 파장 대역에 걸쳐 실질적으로 중립적일 수 있고, 수직 입사에서 1,000:1 이상의 비를 가질 수 있다.

실시예

재료

흡수 편광기의 제조

흡수 편광기 층을 하기의 공정을 사용하여 형성하였다. PEN 펠릿을 22.7 ㎏/시간(50.1 파운드/시간(pph))의 비율로 이축 압출기(twin screw extruder) 내에 공급하였다. 미쓰이 케미칼로부터 구입한 이색성 염료를 또한 하기의 비율, 즉 PD-104: 45 g/시간(0.10 pph), PD-325H: 59 g/시간(0.13 pph), PD-335H: 32 g/시간(0.07 pph), 및 PD-318H: 77 g/시간(0.17 pph)으로 이축 압출기 내에 공급하였다. 이러한 혼합물을 41 cm(16 인치) 다이를 통해 각각의 측에서 22.7 ㎏/시간(50 pph)의 비율로 GN071 PETg 스킨과 함께 공급하여 6.1 m/분(20 피트/분)의 속도로 캐스트 시트(cast sheet)를 형성하였다. 캐스트 시트를 6.1 m/분(20 피트/분)의 속도로 143℃ (290℉)의 온도에서 5.6:1의 비율로 텐터에서 연신시켰다.

비교예 C1

하이브리드 편광기를 층들 사이에 광학적으로 투명한 접착제 OCA 8171을 사용하여 하기의 스택을 함께 라미네이팅함으로써 구성하였다: 흡수 편광기 층, APF(진보형 편광기 필름 - 다층 광학 필름), 제2 흡수 편광기 층, 및 제2 APF 층. 흡수 편광기 층은 "흡수 편광기의 제조"에 기술된 바와 같았다.

웨스팅하우스(Westinghouse) LD-3240 모델 텔레비전을 입수하였다. TV 내의 LCD 패널 후방의 필름 스택은 편광기, 커버 시트, 확산기 시트 및 프리즘 필름을 포함하였다. 이들 필름을 LCD 패널로부터 제거하였고, 표 1에 표시된 스택들을 조립하기 위해 사용하였다. 표 1에 표시된 필름 스택들을 갖는 LCD 패널들의 90도(방위각) 휘도를 EZ 콘트라스트 XL 88W 코노스코프(conoscope)(프랑스 생-클레르 에루빌 소재의 엘딤-옵틱스(Eldim-Optics)로부터 입수가능한 모델 XL88W-R-111124)를 사용하여 편각(polar angle)의 함수로서 측정하였다. 휘도 데이터가 도 6에 나타나 있다.

[표 1]

비교예 C2

시준 복굴절 반사 편광기를 하기와 같이 준비하였다. 325개 층들을 각각의 패킷에 사용하였고 흡수 편광기 층을 상부 표면에 공압출시켰다는 것을 제외하고는, 2개의 다층 광학 필름 패킷들을 PCT 특허 출원 제US 2012/060485호의 실시예 3에 기술된 바와 같이 공압출시켰다. 흡수 편광기 층을 표제 "흡수 편광기의 제조" 하에 전술된 재료로부터 제조하였다.

실시예 1

도 4의 ARCP 편광기를 2010년 5월 7일자로 출원된, 발명의 명칭이 "다층 중합체 필름을 제조하기 위한 피드블록(Feedblock for Manufacturing Multilayer Polymeric Films)"인 미국 특허 출원 공개 제2011/0272849호에 기술된 피드블록 방법을 사용하여 제조하였다. 교번하는 저 굴절률 및 고 굴절률 중합체 층들로 된 2개의 패킷들을 캐스트 웨브로서 공압출하고 나서, 연속 필름 제조 라인의 텐터에서 연신시켰다. 2개의 흡수 편광기 층들을 2개의 패킷들과 함께 공압출시켰는데, 이때 하나의 흡수 편광기 층이 2개의 패킷들 사이에 배치되고 다른 하나가 ARCP 스택의 상부에 배치되었다. 흡수 편광기 층을 표제 "흡수 편광기의 제조" 하에 전술된 수지로부터 제조하였다. 제1 패킷과 제2 패킷 각각은 325개 층들의 스택이었으며, 여기서 고 굴절률 층은 제한된 단축 PEN이었고, 저 굴절률 층은 GN701 PETg였다. 패킷을 제1 패킷이 반사 편광기이고 제2 패킷이 시준 반사 편광기이도록 설계하였다.

콘트라스트 비를 평균 통과 투과율 대 평균 차단 투과율의 비로서 결정하였다. 60도의 편각에서의 통과 축 p-편광된 투과율 대 수직 입사 통과 축 투과율의 비를 또한 결정하였다. 낮은 투과율 비는 강한 시준 효과를 표시하였다. 결과가 표 2에 보고되어 있는데, 여기서 실시예 1의 ARCP 편광기가 비교예들 둘 모두와는 대조적으로 낮은 T^통과(60 p-편광) / T^통과(0) 투과율 비 및 높은 콘트라스트 비를 동시에 제공하였다는 것을 볼 수 있다.

[표 2]

LG 플래트론(Flatron) IPS231P 모니터를 입수하였다. 모니터 내의 LCD 패널 후방의 필름 스택은 편광기, 프리즘 필름 및 마이크로렌즈 필름을 포함하였다. 이들 필름을 LCD 패널로부터 제거하였고, 표 3에 표시된 스택들을 조립하기 위해 사용하였다. 표 3에 표시된 필름 스택들을 갖는 LCD 패널의 90도(방위각) 휘도를 EZ 콘트라스트 XL 88W 코노스코프(프랑스 생-클레르 에루빌 소재의 엘딤-옵틱스로부터 입수가능한 모델 XL88W-R-111124)를 사용하여 편각의 함수로서 측정하였다. 휘도 데이터가 도 7에 나타나 있다.

[표 3]

실시예 2a

도 4의 흡수, 반사, 시준 편광기를 도 4의 이색성 흡수 요소(108, 104)들이 있거나 없이 둘 모두를 제조하였다. 우선, 제1 반사 편광기와 제2 반사 편광기 사이에 또는 이들에 인접하게 이색성 흡수 요소가 없었던 경우를 고려한다. 제1 복굴절 편광기는 고 굴절률 층이 제한된 단축 PEN이고 저 굴절률 재료가 PETg인 325개 층들의 스택이었고, 액정 디스플레이에 가장 가깝게 배치되었다. 제2 시준 복굴절 반사 편광기를 재순환 백라이트를 향하게(그에 가장 가깝게) 배치하였다. 이러한 제2 시준 반사 편광기는 또한 고 굴절률 층이 제한된 단축 PEN이고 저 굴절률이 PETg인 325개 층들의 스택이었다. 제1 및 제2 반사 편광기들 각각을 적절한 통과 투과 스펙트럼과 차단 투과 스펙트럼을 제공하도록 구성하였고 가공하였다.

제1 및 제2 반사 편광기들 각각에 대한 측정된 차단 투과 스펙트럼이 도 8a에 도시되어 있다. 제1 및 제2 반사 편광기들 각각에 대한 계산된 차단 투과 스펙트럼이 또한 도 8a에 도시되어 있다. PEN 및 PETg 다층 재료들에 대한 3개의 직교 축들 각각에 대한 측정된 분산 굴절률 값인, 325개 층 구조물들 각각의 원자력 현미경(Atomic Force Microscopy, AFM) 측정치를 사용하여 그리고 층상 광학 구조물에 대한 4 × 4 베레만(Berreman) 행렬 계산 엔진을 채용하여 계산된 스펙트럼을 획득하였다. 차단 편광에 대한 계산된 스펙트럼은 측정된 스펙트럼과 아주 잘 일치하였다. AFM과 분산 굴절률 값의 조합으로부터의 입력을 채용하는, 계산된 광학 스펙트럼을 채용하는 이러한 방법은 당업자에게 정확하고도 예측가능한 것으로 입증되었다.

도 8b는 이 실시예의 제1 및 제2 반사 편광기들에 대한 측정된 통과 스펙트럼 및 계산된 통과 스펙트럼을 도시한다. 다시, 일치가 매우 양호하였다.

제1 및 제2 반사 편광기 요소들 각각에 대한 계산된 기울기가 하기의 표 4에 나타나 있다.

[표 4]

요약하면, 제1 반사 편광기에 대한 T^차단(0,λ)에 대한 기울기는 강하게 양이었고(적색을 향한 보다 높은 투과로 경사짐), 제2 반사 편광기에 대한 T^차단(0,λ)는 강하게 음이었다(청색을 향한 보다 높은 투과로 경사짐). 제1 반사 편광기에 대한 T^통과(0,λ)에 대한 계산된 기울기는 0의 기울기에 가까운 "중립"이었고, 제2 시준 반사 편광기에 대한 T^통과(0,λ)에 대한 기울기는 보통으로 음이었다(청색을 향한 보다 높은 투과로 경사짐).

도 8c는 도 4의 요소(108)에 대한 투과 스펙트럼을 도시하는데, 여기서 흡수 편광기 층(108, 104)들을 전술되고 도 8a와 도 8b에 도시된 제1 반사 편광기 및 제2 시준 반사 편광기와 함께 형성하였다. 흡수 편광기 층들을 전술된 공정을 사용하여 형성하였고, 이색성 염료의 흡수 상수를 스펙트럼 데이터와 정합하도록 맞춤함으로써, 스펙트럼 T^차단(0,λ) 및 T^통과(0,λ)가 측정되고 후속적으로 계산되도록, ARCP로부터 분리시켰다. 이 실시예에서 염료에 대한 이색비는 가시 스펙트럼에 걸친 평균 값이 약 6.5였고, T^통과(0,λ)에 대해 약간 양의 기울기를 그리고 T^차단(0,λ)에 대해 중립 기울기를 나타내었다.

도 8d는 도 4의 ARCP의 전체에 대한 측정된 투과 스펙트럼 및 계산된 투과 스펙트럼을 도시하는데,

여기서 흡수 편광기 층(104)을 제1 반사 편광기와 제2 반사 편광기 사이에 배치하였고, 흡수 편광기 층(108)은 제1 반사 편광기에 인접하였다.

도 8d는 측정된 스펙트럼과 계산된 스펙트럼(T^차단(0,λ)과 T^통과(0,λ)) 사이의 양호한 일치를 나타내고, T^차단(0,λ)에 대한 투과가 가시 파장 대역에 걸쳐 매우 낮은 대략 10^-4이었고 실질적으로 중립이었다는 것을 볼 수 있다. 동시에, ARCP에 의해 제공되는 시준 수준과 차단 투과 수준이 표 5에 나타나 있으며, 여기서 가시 평균이 시준 메트릭스(metrics)에 사용된다.

[표 5]

제조된 ARCP와 도 7의 표준 흡수 디스플레이 편광기(732)에 대한 측정된 T^차단(0,λ) 및 T^통과(0,λ) 스펙트럼들의 직접적인 비교가 도 9에 도시되어 있다. 기호가 달린 곡선은 표준 흡수 디스플레이 편광기, 이 경우에 산리쯔 5618에 대한 것이고, 실선은 이 실시예의 제조된 ARCP에 대한 T^차단(0,λ) 및 T^통과(0,λ) 스펙트럼을 나타낸다.

위에서 논의된 백라이트 관계를 사용하여, 이어서 R_BL(λ), R^f _hemi(λ), T^통과(Ω, λ) 및 T^차단(Ω, λ)의 스펙트럼을 사용해서 백라이트 강도 스펙트럼을 계산하였다. 다음에, 백색 상태 및 어두운 상태 둘 모두에서 색상 결과를 결정하기 위해, 백라이트 통과 강도 스펙트럼과 백라이트 차단 강도 스펙트럼을 그리고 둘의 비를 분석하였다. 이 실시예에 대해, R_BL(λ)를 파장에 따라 일정한 것으로 간주하였고, 0.87의 값을 가졌다.

도 10은 백라이트 후방 반사기에 대한 R_BL(λ)(곡선 A) 및 예시적인 ARCP R^f _hemi(λ)(곡선 B)의 스펙트럼을 도시한다. 또한, 시야각 0도(곡선 C), 도 2의 입사 평면(122) 내에서 전파되는 p-편광된 광에 대해 60도(곡선 D), 및 도 2의 입사 평면(132) 내에서 전파되는 s-편광된 광에 대해 60도(곡선 E)에 대하여 계산된 백라이트 통과 강도 스펙트럼이 플로팅되어(plotted) 있다.

마지막으로, ARCP 전방 반사기를 갖는 이 실시예의 백라이트 시스템을, p-편광된 통과 축 및 s-편광된 통과 축(60S 및 60P로 표기됨) 각각에 대해, 0도에서 그리고 양 및 음의 60도 시야각들에서, 백라이트 방출 색상에 대해 분석하였다. 백라이트 통과 및 차단 강도 스펙트럼들에 대한 색도 데이터가 도 11a와 도 11b에 나타나 있다.

이 실시예에 대한 통과 상태 색상은 수직-각도 관찰 및 경사각 관찰 둘 모두에 대해 중립 백라이트 색상(LED 스펙트럼과 LC 패널 내의 컬러 필터에 의해 결정됨)에 매우 가까웠다. 동시에, 수직 각도에서의 차단 상태 색상은 또한 중립 색상 점에 가까웠으며, 이는 디스플레이 흑색 픽셀 영역이 유색 색조를 갖는 것이 아니라 중립 흑색으로 보였을 것을 나타낸다. 차단 상태 색좌표는 백라이트 중립 색상 점과는 y 편차에 대해 0.035 이하만큼 그리고 x 편차에 대해 0.012 이하만큼 상이하다. x 및 y 색도 편차의 이들 수준은 당업자에 의해 중립적인 것으로 간주되었을 것이다. 게다가, 중립 백라이트 색좌표로부터 차단 상태 색좌표의 편차는 (0.3, 0.3) 색도 좌표를 통해 상부 우측으로부터 하부 좌측까지 연장되는 흑체 온도 라인을 따라 있었다.

이 경우에 가시-평균 차단 강도 스펙트럼에 대한 가시-평균 통과 강도 스펙트럼의 비는 약 4000:1이었다.

실시예 2b

제2 ARCP를 생성하였는데, 여기서 제1 및 제2 반사 편광기 둘 모두를 위의 실시예 2a와 동일한 방식으로 구성하였고, 각각이 T^차단(0, λ₎에 대해 ~-80% 경사의 동일한 스펙트럼 특성을 가졌으며, 각각이 T^통과(0, λ₎에 대해 약 -5% 기울기의 동일한 스펙트럼 특성을 가졌다. 이러한 ARCP의 제1 및 제2 반사 편광기들에 대한 기울기들을 표 6에 표로 만들었다.

[표 6]

도 12는 도 4의 구성에서, 이 실시예 2b의 전체 ARCP에 대한 계산된 투과 스펙트럼을 도시하는데, 여기서 흡수 편광기 층(104)을 제1 및 제2 반사 편광기들 사이에 배치하였고, 흡수 편광기 층(108)은 제1 반사 편광기에 인접하였다. 흡수 편광기 층(104, 108)들은 실시예 2a에 제공된 것과 동일하였다.

도 12로부터, T^차단(0,λ)에 대한 투과 스펙트럼이 매우 낮았지만(가시 파장 대역에 걸쳐 대략 10^-4) 청색 스펙트럼에서 보다 높은 투과와 적색 및 근-IR에서 보다 낮은 투과를 갖고서 실질적으로 음의 기울기를 가졌다는 것을 볼 수 있다. 동시에, ARCP에 의해 제공되는 시준 수준과 차단 투과 수준이 표 7에 나타나 있으며, 여기서 가시 평균이 시준 메트릭스에 사용되었다.

[표 7]

다시, 위에서 논의된 백라이트 관계를 사용하여, R_BL(λ), R^f _hemi(λ), T^통과(Ω, λ) 및 T^차단(Ω, λ)의 스펙트럼을 사용해서 백라이트 강도 스펙트럼을 계산하였다. 이어서, 백색 상태 및 어두운 상태 둘 모두에서 색상 결과를 결정하기 위해, 백라이트 통과 강도 스펙트럼과 백라이트 차단 강도 스펙트럼을 그리고 둘의 비를 분석하였다. 이 실시예에 대해, R_BL(λ)를 파장에 따라 일정한 것으로 간주하였고, 0.87의 값을 갖는다.

도 13은 백라이트 후방 반사기에 대한 R_BL(λ) (곡선 A) 및 실시예 2b의 ARCP R^f _hemi(λ) (곡선 B)의 스펙트럼을 도시한다. 또한, 시야각 0도(곡선 C), 도 2의 입사 평면(122) 내서 전파되는 p-편광된 광에 대해 60도(곡선 D), 및 도 2의 입사 평면(132) 내서 전파되는 s-편광된 광에 대해 60도(곡선 E)에 대하여 계산된 백라이트 통과 강도 스펙트럼이 플로팅되어 있다.

도 14a와 도 14b는 이 실시예 2b의 백라이트 시스템 색상 응답을 p-편광된 통과 축 및 s-편광된 통과 축(60S 및 60P로 표기됨) 각각에 대해, 0도에서 그리고 양 및 음의 60도 시야각들에서 도시한다.

이 실시예 2b에 대한 통과 상태 색상은 다시, 수직-각도 관찰 및 경사각 관찰 둘 모두에 대해 중립 백라이트 색상에 매우 가까웠다. 그러나, 이 실시예 2b에 대해, 수직 각도에서의 차단 상태 색상은 중립 색상 점으로부터 멀리 떨어져 있었는데, 이는 디스플레이 흑색 픽셀 영역이 푸르스름한 색조로 보였을 것을 나타낸다. 차단 상태 색좌표는 백라이트 중립 색상 점과는 y 편차에 대해 0.178만큼 그리고 x 편차에 대해 0.225만큼 상이하였다. x 및 y 색도 편차의 이들 수준은 비-중립적이고 백라이트 및 LC 디스플레이에 대해 허용할 수 없는 것으로 간주되었다.

이 경우에 가시-평균 차단 강도 스펙트럼에 대한 가시-평균 통과 강도 스펙트럼의 비는 약 2600:1이었다.

실시예 2c

제3 ARCP를 생성하였는데, 여기서 제1 및 제2 반사 편광기 둘 모두를 위의 실시예 2a와 동일한 방식으로 구성하였고, 각각이 T^차단(0, λ)에 대해 ~-80% 경사의 동일한 스펙트럼 특성을 가졌으며, 각각은 T^통과(0, λ₎에 대해 약 -5% 기울기의 동일한 스펙트럼 특성을 가졌다. 이러한 ARCP의 제1 및 제2 반사 편광기들에 대한 기울기들을 표 8에 표로 만들었다.

[표 8]

도 15는 도 4의 구성에서, 이 실시예 2c의 전체 ARCP에 대한 계산된 투과 스펙트럼을 도시하는데, 여기서 흡수 편광기 층(104)을 제1 및 제2 반사 편광기들 사이에 배치하였고, 흡수 편광기 층(108)은 제1 반사 편광기에 인접하였다. 흡수 편광기 층(104, 108)들은 실시예 2a에 제공된 것과 동일하였다.

도 15로부터, T^차단(0,λ)에 대한 투과 스펙트럼이 가시 파장 대역에 걸쳐 10^-4 미만으로 매우 낮았지만, 청색 스펙트럼에서 보다 낮은 투과와 적색 및 근-IR에서 보다 높은 투과를 갖고서 실질적으로 양의 기울기를 가졌다는 것을 볼 수 있다. 동시에, ARCP에 의해 제공되는 시준 수준과 차단 투과 수준이 표 9에 나타나 있으며, 여기서 가시 평균이 시준 메트릭스에 사용되었다.

[표 9]

다시, 위에서 논의된 백라이트 관계를 사용하여, R_BL(λ), R^f _hemi(λ), T^통과(Ω, λ) 및 T^차단(Ω, λ)의 스펙트럼을 사용해서 백라이트 강도 스펙트럼을 계산하였고, 이어서 백색 상태 및 어두운 상태 둘 모두에서 색상 결과를 결정하기 위해 백라이트 통과 강도 스펙트럼과 백라이트 차단 강도 스펙트럼 및 이들 둘의 비를 분석하였다. 이 실시예에 대해, 다시 R_BL(λ)를 파장에 따라 일정한 것으로 간주하였고, 0.87의 값을 갖는다.

도 16은 백라이트 후방 반사기에 대한 R_BL(λ) (곡선 A) 및 실시예 2c의 ARCP R^f _hemi(λ) (곡선 B)의 스펙트럼을 도시한다. 또한, 시야각 0도(곡선 C), 도 2의 입사 평면(122) 내서 전파되는 p-편광된 광에 대해 60도(곡선 D), 및 도 2의 입사 평면(132) 내서 전파되는 s-편광된 광에 대해 60도(곡선 E)에 대하여 계산된 백라이트 통과 강도 스펙트럼이 플로팅되어 있다.

도 17a와 도 17b는 이 실시예 2c의 백라이트 시스템 색상 응답을 p-편광된 통과 축 및 s-편광된 통과 축(60S 및 60P로 표기됨) 각각에 대해, 0도에서 그리고 양 및 음의 60도 시야각들에서 도시한다.

이 실시예 2c에 대한 통과 상태 색상은 다시, 수직-각도 관찰 및 경사각 관찰 둘 모두에 대해 중립 백라이트 색상에 매우 가까웠다. 그러나, 이 실시예 2c에 대해, 수직 각도에서의 차단 상태 색상은 중립 색상 점으로부터 자홍색을 향해 이동되었는데, 이는 디스플레이 흑색 픽셀 영역이 자홍색 색조로 보였을 것을 나타낸다. 차단 상태 색좌표는 백라이트 중립 색상 점과는 y 편차에 대해 0.052만큼 그리고 x 편차에 대해 -0.003만큼 상이하였다. x 및 y 색도 편차의 이들 수준은 비-중립적이고(백라이트 중립점에 대한 반경방향 거리의 편차가 0.025 초과임) 백라이트 및 LC 디스플레이에 대해 허용할 수 없는 것으로 간주되었다.

게다가, 중립 백라이트 색좌표로부터 차단 상태 색좌표의 편차는 (0.3, 0.3) 색도 좌표를 통해 상부 우측으로부터 하부 좌측까지 연장되는 흑체 온도 라인에 거의 수직하게 연장되었다. 흑체 온도 라인으로부터의 수직 색도 좌표 편차는 실시예 2a에 대한 경우와 같이 평행하게 또는 흑체 색상 온도 라인을 따라 연장되는 것보다 색상 편차로 상당히 더 인지가능한 것으로 알려져 있다.

이 경우에 가시-평균 차단 강도 스펙트럼에 대한 가시-평균 통과 강도 스펙트럼의 비는 약 9400:1이었다.

본 발명은 전술된 특정 실시예들 및 실시 형태들로 제한되는 것으로 간주되어서는 안되는데, 그 이유는, 본 발명의 다양한 태양들의 설명을 용이하게 하기 위하여 그러한 실시 형태들이 상세히 기술되어 있기 때문이다. 오히려, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범주 내에 속하는 다양한 수정, 등가의 공정 및 대안적인 장치를 포함하는 본 발명의 모든 태양을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

하기는 본 발명에 따른 예시적인 실시 형태들이다.

항목 1. 편광기 스택으로서, 통과 축 투과 스펙트럼 및 차단 축 투과 스펙트럼을 갖는 제1 복굴절 반사 편광기, 파장의 증가에 따라 감소하는 차단 축 투과율을 갖는 시준 복굴절 반사 편광기, 및 제1 복굴절 반사 편광기와 시준 복굴절 반사 편광기 사이에 위치되는 흡수 편광기 층을 포함하고, 전체로서 편광기 스택의 통과 축 투과는 가시 파장 대역에 걸쳐 실질적으로 중립적인, 편광기 스택.

항목 2. 항목 1의 편광기 스택으로서, 제1 복굴절 반사 편광기의 차단 축 투과율은 파장이 가시 스펙트럼에 걸쳐 증가함에 따라 증가하는, 편광기 스택.

항목 3. 항목 1의 편광기 스택으로서, 시준 복굴절 반사 편광기의 통과 축 투과율은 파장이 가시 스펙트럼에 걸쳐 증가함에 따라 중립적이거나 감소하는, 편광기 스택.

항목 4. 항목 1의 편광기 스택으로서, p-편광된 광에 대해 T^통과60/T^통과0 < 0.75를 충족시키는 편광기 스택.

항목 5. 항목 4의 편광기 스택으로서, p-편광된 광에 대해 T^통과60/T^통과0 < 0.60을 충족시키는 편광기 스택.

항목 6. 항목 4 또는 항목 5의 편광기 스택으로서, T^차단0 < 10^-3을 충족시키는 편광기 스택.

항목 7. 항목 1의 편광기 스택으로서, 가시 광의 T^통과는 0.3 초과인, 편광기 스택.

항목 8. 항목 1의 편광기 스택으로서, 가시 광의 T^통과는 0.4 초과인, 편광기 스택.

항목 9. 항목 1의 편광기 스택으로서, 가시 광의 T^통과는 0.5 초과인, 편광기 스택.

항목 10. 항목 1의 편광기 스택으로서, s-편광된 광에 대해 T^통과60/T^통과0 < 0.75를 충족시키고, T^차단0 < 10^-3을 충족시키는 편광기 스택.

항목 11. 항목 6의 편광기 스택으로서, s-편광된 광에 대해 T^통과60/T^통과0 < 0.60을 충족시키는 편광기 스택.

항목 12. 항목 7 또는 항목 8의 편광기 스택으로서, T^차단0 < 10^-3을 충족시키는 편광기 스택.

항목 13. 항목 1의 편광기 스택으로서, 흡수 편광기 층의 콘트라스트 비는 100:1 이하인, 편광기 스택.

항목 14. 항목 1의 편광기 스택으로서, 편광기 스택의 콘트라스트 비는 6,000:1 이상인, 편광기 스택.

항목 15. 항목 1의 편광기 스택으로서, 제1 복굴절 반사 편광기의 R_hemi는 < 0.50이고, 시준 복굴절 반사 편광기의 R_hemi는 0.60 이상인, 편광기 스택.

항목 16. 항목 1의 편광기 스택으로서, 흡수 편광기 층으로부터 제1 복굴절 편광기의 반대편 면에 위치되는 제2 흡수 편광기 층을 추가로 포함하는 편광기 스택.

항목 17. 광원 및 항목 1의 편광기 스택을 포함하는 백라이트.

항목 18. 패널 및 항목 17의 백라이트를 포함하는 디스플레이.

항목 19. 백라이트로서,

(1) 광 재순환 공동 ― 광 공동은 전방 반사기, 후방 반사기, 통과 강도 스펙트럼 및 차단 강도 스펙트럼을 포함하고, 전방 반사기는 부분 반사성이고 ARCP를 포함함 -; 및

(2) 광 재순환 공동 내로 광을 방출하도록 배치되는 하나 이상의 광원 부재들을 포함하고,

통과 강도 스펙트럼과 차단 강도 스펙트럼 둘 모두는 가시 파장 대역에 걸쳐 실질적으로 중립적이고, 수직 입사에서 500:1 이상의 비를 갖는, 백라이트.

항목 20. 항목 19의 백라이트로서, ARCP는 통과 축 투과 스펙트럼 및 차단 축 투과 스펙트럼을 갖는 제1 복굴절 반사 편광기, 파장의 증가에 따라 감소하는 차단 축 투과율을 갖는 시준 복굴절 반사 편광기, 및 제1 복굴절 반사 편광기와 시준 복굴절 반사 편광기 사이에 위치되는 흡수 편광기 층을 포함하는, 백라이트.

항목 21. 항목 20의 백라이트로서, ARCP의 통과 축 투과는 가시 파장 대역에 걸쳐 실질적으로 중립적인, 백라이트.

항목 22. 항목 21의 백라이트로서, 통과 강도 스펙트럼과 차단 강도 스펙트럼 둘 모두는 가시 파장 대역에 걸쳐 실질적으로 중립적이고, 수직 입사에서 1,000:1 이상의 비를 갖는, 백라이트.

항목 23. 항목 19의 백라이트로서, ARCP는 p-편광된 광에 대해 T^통과60/T^통과0 < 0.75를 충족시키는, 백라이트.

항목 24. 항목 23의 백라이트로서, ARCP는 p-편광된 광에 대해 T^통과60/T^통과0 < 0.60을 충족시키는, 백라이트.

항목 25. 항목 19의 백라이트로서, ARCP는 s-편광된 광에 대해 T^통과60/T^통과0 < 0.75를 충족시키는, 백라이트.

항목 26. 항목 25의 백라이트로서, ARCP는 s-편광된 광에 대해 T^통과60/T^통과0 < 0.75를 충족시키는, 백라이트.

Claims

편광기 스택(polarizer stack)으로서, 통과 축 투과 스펙트럼 및 차단 축 투과 스펙트럼을 갖는 제1 복굴절 반사 편광기, 파장의 증가에 따라 감소하는 차단 축 투과율을 갖는 시준 복굴절 반사 편광기, 및 제1 복굴절 반사 편광기와 시준 복굴절 반사 편광기 사이에 위치되는 흡수 편광기 층을 포함하고, 전체로서 편광기 스택의 통과 축 투과는 가시 파장 대역에 걸쳐 실질적으로 중립적인, 편광기 스택.
제1항에 있어서, 제1 복굴절 반사 편광기의 차단 축 투과율은 파장이 가시 스펙트럼에 걸쳐 증가함에 따라 증가하는, 편광기 스택.
제1항에 있어서, 시준 복굴절 반사 편광기의 통과 축 투과율은 파장이 가시 스펙트럼에 걸쳐 증가함에 따라 중립적이거나 감소하는, 편광기 스택.
제1항에 있어서, p-편광된 광에 대해 T^통과60/T^통과0 < 0.75를 충족시키는 편광기 스택.
제4항에 있어서, T^차단0 < 10^-3을 충족시키는 편광기 스택.
제1항에 있어서, 가시 광의 T^통과는 0.3 초과인, 편광기 스택.
제1항에 있어서, s-편광된 광에 대해 T^통과60/T^통과0 < 0.75를 충족시키고; T^차단0 < 10^-3을 충족시키는 편광기 스택.
제1항에 있어서, 흡수 편광기 층의 콘트라스트 비(contrast ratio)는 100:1 이하인, 편광기 스택.
제1항에 있어서, 흡수 편광기 층으로부터 제1 복굴절 편광기의 반대편 면에 위치되는 제2 흡수 편광기 층을 추가로 포함하는 편광기 스택.
광원 및 제1항의 편광기 스택을 포함하는 백라이트.