KR20160081606A - 반사편광자 및 이를 포함하는 백라이트 유닛 - Google Patents

반사편광자 및 이를 포함하는 백라이트 유닛 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반사편광자 및 이를 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정 일축방향으로 굴절률의 부정합이 최소화되어 가시광선 파장범위 내 목적하는 편광된 광의 투과율이 균일함에 따라 반사편광자를 투과한 광이 특정 파장범위에 치우치지 않아 외관이 무지개 빛으로 컬러풀 하거나 특정한 일색을 나타내지 않음으로써 우수한 광학적 물성을 발현할 수 있는 반사편광자 및 이를 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것이다.

Description

반사편광자 및 이를 포함하는 백라이트 유닛{Reflective polarizer and Backlight unit comprising the same}
본 발명은 반사편광자 및 이를 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정 일축방향으로 굴절률의 부정합이 최소화되어 가시광선 파장범위 내 목적하는 편광된 광의 투과율이 균일함에 따라 반사편광자를 투과한 광이 특정 파장범위에 치우치지 않아 외관이 무지개 빛으로 컬러풀 하거나 특정한 일색을 나타내지 않음으로써 우수한 광학적 물성을 발현할 수 있는 반사편광자 및 이를 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것이다.
평판디스플레이 기술은 TV분야에서 이미 시장을 확보한 액정디스플레이(LCD), 프로젝션 디스플레이 및 플라즈마 디스플레이(PDP)가 주류를 이루고 있고, 또 전계방출디스플레이(FED)와 전계발광디스플레이(ELD)등이 관련기술의 향상과 더불어 각 특성에 따른 분야를 점유할 것으로 전망된다. 액정 디스플레이는 현재 노트북, 퍼스널 컴퓨터 모니터, 액정 TV, 자동차, 항공기 등 사용범위가 확대되고 있으며 평판시장의 85%가량을 차지하고 있고 세계적으로 LCD의 수요가 급증해 현재까지 호황을 누리고 있다.
종래의 액정 디스플레이는 한 쌍의 흡광성 광학필름들 사이에 액정 및 전극 매트릭스를 배치한다. 액정 디스플레이에 있어서, 액정 부분은 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정부분을 움직이게 함으로써, 이에 따라 변경되는 광학 상태를 가지고 있다. 이러한 처리는 정보를 실은 '픽셀'을 특정방향의 편광을 이용하여 영상을 표시한다. 이러한 이유 때문에, 액정 디스플레이는 편광을 유도하는 전면 광학필름 및 배면 광학필름을 포함한다.
이러한 액정 디스플레이에서 사용되는 광학필름은 백라이트로부터 조사되는 광의 이용효율이 반드시 높다고는 할 수 없다. 이것은 백라이트로부터 조사되는 광 중 50%이상이 배면측 광학필름(흡수형 편광필름)에 의해 흡수되기 때문이다. 그래서 액정 디스플레이에서 백라이트 광의 이용효율을 높이기 위해서 광학캐비티와 액정어셈블리 사이에 반사 편광 필름을 설치하기도 한다.
상기 반사편광자는 광손실에 따른 광학적 성능저하를 방지하는 동시에 슬림화되는 디스플레이 패널의 두께에 맞춰 반사편광자가 슬림화되며, 제조공정의 단순화, 제조공정 상의 불량발생 최소화, 생산성 및 경제성 향상의 방향으로 지속적인 연구가 계속되고 있다.
한편, 도 1은 종래의 반사편광자의 광학원리를 도시하는 도면이다. 구체적으로 광학캐비티로부터 액정어셈블리로 향하는 빛 중 P편광은 반사편광자를 통과하여 액정어셈블리로 전달되도록 하고, S편광은 반사편광자에서 광학캐비티로 반사된 다음 광학캐비티의 확산반사면에서 빛의 편광 방향이 무작위화된 상태로 반사되어 다시 반사편광자로 전달되어 결국에는 S편광이 액정어셈블리의 편광기를 통과할 수 있는 P편광으로 변환되어 반사편광자를 통과한 후 액정어셈블리로 전달되도록 하는 것이다.
상기 반사편광자의 입사광에 대한 S편광의 선택적반사와 P편광의 투과 작용은 광학층의 신장 처리에 따른 각 광학층들의 광학적 두께 설정 및 광학층의 굴절률 변화와 이러한 굴절률 변화에 따른 이방성 굴절률을 갖는 광학층과 등방성 굴절률을 갖는 광학층 사이의 굴절률 차에 의해 각 광학층의 계면에서 이루어진다.
즉, 반사편광자로 입사되는 빛은 각 광학층을 거치면서 S편광의 반사와 P편광의 투과 작용을 반복하여 결국에는 입사편광 중 P편광만 액정어셈블리로 전달된다. 한편, 반사된 S편광은 전술한 바와 같이, 광학캐비티의 확산반사면에서 편광상태가 무작위화 된 상태로 반사되어 다시 반사형 편광자로 전달된다. 이에 의해, 광원으로부터 발생된 빛의 손실과 함께 전력 낭비를 줄일 수 있었다.
한편, 상술한 바와 같이 광학층의 신장처리가 인접한 광학층 간에 굴절률 차이를 유발하는데, 상기 신장처리는 통상적으로 공간상 X, Y, Z축 중 어느 일축방향으로 이루어지고, 신장 처리되지 않은 다른 두 축의 경우 굴절률은 거의 변화하지 않는다. 다만, 신장 처리되지 않은 다른 두 축의 굴절률이 반드시 변화하지 않는 것은 아니기에 두 축의 굴절률 차이가 0.06 이하이면 통상적으로 정합으로 보고, 그 이상 차이가 날 경우 부정합으로 본다.
상기와 같은 신장되지 않은 두 축의 굴절률 차이에 따른 부정합의 발생은 반사편광자에서 투과시켜야 되는 목적하는 편광의 투과율을 저하시킬 수 있는 문제점이 있다. 특히, 이러한 투과율 저하가 가시광선 파장범위에서 전체적으로 감소될 수도 있지만, 종래에 연구되고 개발된 반사편광자들은 가시광선 파장범위 중에서도 특정한 파장범위에서 목적하는 편광의 투과율을 감소시켰고, 특정한 파장범위의 투과율 감소는 투과율이 감소되지 않은 다른 파장범위의 편광의 투과율을 상대적으로 높게 만듬으로써 반사편광자의 외관을 상대적으로 투과율이 높아진 파장범위의 색으로 구현시키는 문제가 있었다. 예를 들어 청색광에 해당되는 450 ~ 500nm 파장범위에서의 투과율의 현저한 감소는 투과율이 감소되지 않은 황색(파장범위 570 ~ 590nm)이나 적색(610 ~ 700nm)의 투과를 상대적으로 증가시킴으로써 반사편광자의 외관이 노랗게 보이거나 붉게 보이게 하는 문제점이 있었다.
상술한 문제점은 특히 반사편광자에 대해 비법선으로 입사하는 광에 대해서는 현저하며 이러한 문제로 인해 디스플레이의 색상 조절이 매우 어렵고, 디스플레이를 통해 구현되는 색감을 매우 불량하게 만드는 문제점이 있다.
또한, 특정 파장범위의 광의 투과율 감소는 액정어셈블리로 도달하는 목적하는 편광을 감소시킴으로써 휘도 저하 등의 문제점이 발생할 수 있다.
구체적으로 대한민국 특허공개공보 제2000-0029721호에 따른 반사편광자는 상술한 것과 같은 특정파장 범위의 편광에 대한 투과율 감소에 따른 문제점을 해결한 일구현예를 개시하고 있다. 그러나 상기 일구현예는 600 ~ 700nm 파장대의 목적하는 편광의 투과율을 현저히 낮춤으로써 상대적으로 청색 및/또는 황색의 투과율을 증가시켜 반사편광자의 외관이 붉게 보이는 것을 방지하고 있는데, 이러한 반사편광자는 외관이 붉게 보이는 것이 방지될 뿐 외관이 청색이나 황색으로 보일 가능성은 여전히 상존하고 있으며, 특정색에 나타내는 파장범위의 광 투과율 증가는 디스플레이의 색조절 어려움을 여전히 해결할 수 없다.
더 구체적으로 도 1은 상기 일구현예에 따른 반사편광자의 60° 입사각에 대한 편광(P파)의 투과율 스펙트럼을 나타낸 그래프로써, 400 ~ 700nm 파장범위 중 적색에 해당하는 610 ~ 700nm의 투과율을 최소 40%까지 떨어뜨림으로써 상대적으로 적색의 편광의 투과를 줄이고, 다른 파장범위의 광의 투과를 높여 반사편광자가 붉게 보이는 것을 방지하고 있음을 알 수 있다. 그러나 도 1과 같은 파장별 투과율 스펙트럼을 보이는 반사편광자의 외관은 푸르거나 누렇게 특정 색을 띠는 것으로 보일 수 있어 디스플레이의 색조절 어려움은 여전히 존재한다. 또한, 도 1을 통해 알 수 있듯이, 400 ~ 600nm 파장범위에서 투과율은 약 450nm를 제외하고 80% 미만으로 현저히 저하된 것을 알 수 있고, 이러한 투과율 저하는 액정디스플레이에 도달하는 P편광의 세기를 저하시켜 디스플레이의 휘도를 현저히 저하시키는 문제점이 있을 수 있다.
이에 따라 반사편광자에 비법선 입사하는 광 중에서 반사편광자를 투과되는 편광이 특정 파장범위에 치우치지 않고 균등하게 투과됨으로써 특정 색이나 무지개빛을 지니는 외관을 나타내지 않는 반사편광자의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특정 일축방향으로 굴절률의 부정합이 최소화되어 가시광선 파장범위 내 목적하는 편광된 광의 투과율이 균일함에 따라 반사편광자를 투과한 광이 특정 파장범위에 치우치지 않아 외관이 무지개 빛으로 컬러풀 하거나 특정한 일색을 나타내지 않는 동시에 가시광선 전 파장 영역에서 투과율이 높게 구현됨으로써, 색조절이 용이하고 색상이 현저히 우수하며, 휘도가 매우 뛰어난 디스플레이를 구현할 수 있는 반사편광자 및 이를 포함하는 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 투과축에 평행한 제1 편광은 투과시키고, 소광축에 평행한 제2 편광은 반사시키는 반사편광자에 있어서, 입사각이 45°인 광선에 따른 상기 제1 편광에 대한 380 ~ 780nm의 파장범위에서의 투과율 중 최대투과율은 89 ~ 93%이며, 상기 최대 투과율보다 10% 감소한 투과율을 가지는 제1 편광의 파장은 450 ~ 490nm인 것을 특징으로 하는 반사편광자를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 입사각이 45°인 광선에 따른 제1 편광은 450 ~ 780nm 파장범위에서 투과율이 72% 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 파장범위에 따른 제1 편광 투과율 중 최저 투과율을 가지는 제1 편광의 파장과 동일한 파장에서의 제2 편광의 투과율은 5% 이하일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 입사각이 45°인 광선에 따른 제1 편광은 480 ~ 580nm 파장범위에서 가시광선 투과 균일도가 8% 이하이고, 580 ~ 780nm의 파장범위에서 가시광선 투과 균일도가 5% 이하일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 입사각이 45°인 광선에 따른 상기 제2 편광은 380 ~ 780nm 파장범위에서 반사율이 15% 이하일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 입사각이 45°인 광선에 따른 상기 제1 편광은 480nm 파장에서 투과율이 79 ~ 83%, 580nm 파장에서 투과율이 85 ~ 88%, 680nm 파장에서 투과율이 88 ~ 92%, 780nm 파장에서 투과율이 89 % 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 반사편광자는 기재; 및 상기 기재 내부에 분산되어 포함되는 복수개의 분산체;를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 복수개의 분산체는 기재 내부에 랜덤하게 분산되어 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 복수개의 분산체 중 적어도 2개는 단면적이 상이할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 최대 투과율보다 20% 감소한 투과율을 가지는 제1 편광의 파장은 420nm 이하일 수 있다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 투과축에 평행한 제1 편광은 투과시키고, 소광축에 평행한 제2 편광은 반사시키는 반사편광자에 있어서, 입사각이 45°인 광선에 따른 제1 편광의 450 ~ 780nm 파장범위에서 하기 수학식 1에 따른 투과율 변화율이 0.06%/nm 이하인 것을 특징으로 하는 반사편광자를 제공한다.
[수학식 1]
Figure pat00001
상기 λ1은 450nm이고, T1은 λ1에서의 제1 편광 투과율을 나타내며, 상기 λ2은 780nm이고, T2는 λ2에서의 제1 편광 투과율을 나타낸다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 입사각이 45°인 광선에 따른 상기 제2 편광은 450 ~ 780nm에서 투과율이 15% 이하일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 파장범위에서 제1 편광의 투과율은 72% 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 입사각이 45°인 광선에 따른 상기 제1 편광은 480nm 파장에서 투과율이 79 ~ 83%, 580nm 파장에서 투과율이 85 ~ 88%, 680nm 파장에서 투과율이 88 ~ 92%, 780nm 파장에서 투과율이 89 % 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 반사편광자는 기재; 및 상기 기재 내부에 분산되어 포함되는 복수개의 분산체;를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 복수개의 분산체는 기재 내부에 랜덤하게 분산되어 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 복수개의 분산체 중 적어도 2개는 단면적이 상이할 수 있다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 본 발명에 따른 반사편광자를 포함하는 백라이트 유닛을 제공한다.
또한, 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 본 발명에 따른 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
본 발명의 반사편광자는 특정 일축방향으로 굴절률의 부정합이 최소화되어 가시광선 파장범위 내 목적하는 편광된 광의 투과율이 균일함에 따라 반사편광자를 투과한 광이 특정 파장범위에 치우치지 않아 외관이 무지개 빛으로 컬러풀 하거나 특정한 일색을 나타내지 않는 동시에 가시광선 전 파장 영역에서 투과율이 높게 구현됨으로써, 색조절이 용이하고 색상이 현저히 우수하며, 휘도가 매우 뛰어난 디스플레이를 구현할 수 있다.
도 1은 종래의 반사편광자에 60° 비법선 입사되어 투과되는 P편광의 투과율을 파장에 따라 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 입사각이 45°인 광선에 따른 제1 편광 및 제2 편광에 대한 파장별 투과율 스펙트럼이다.
도 3은 종래의 반사편광자에 따른 제1 편광 및 제2 편광에 대한 파장별 투과율 스펙트럼이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 입사각이 45°인 광선에 따른 제1 편광 및 제2 편광에 대한 파장별 투과율 스펙트럼이다.
도 5는 종래의 반사편광자에 따른 제1 편광 및 제2 편광에 대한 파장별 투과율 스펙트럼이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 입사각이 45°인 광선에 따른 제1 편광 및 제2 편광에 대한 파장별 투과율 스펙트럼이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 램덤분산형 반사편광자의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 램덤분산형 반사편광자에 사용되는 분산체의 길이방향의 수직단면도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 반사편광자의 사시도이다.
도 10은 본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 흐름제어부의 일종인 코트-행거 다이의 단면도이고, 도 11은 도 10의 측면도이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 반사편광자를 채용한 액정표시장치의 사시도이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 판상형 폴리머 분산 반사편광자의 제조공정 모식도이다.
도 15는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 해도형 압출구금의 분해사시도이다.
도 16은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 판상형 폴리머 분산 반사편광자의 단면도이다.
도 17은 본 발명의 비교예에 따른 다층형 반사편광자를 제조하기 위한 슬릿형 압출구금의 분해사시도이다.
도 18은 본 발명의 비교예에 따른 다층형 반사편광자를 제조하기 위한 슬릿형 압출구금의 분해사시도이다.
도 19는 본 발명의 비교예에 따른 다층형 반사편광자의 단면도이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
상술한 바와 같이 종래에 연구되고 개발된 반사편광자들은 가시광선 파장범위 중에서도 특정한 파장범위에서 목적하는 편광의 투과율을 감소시켰고, 특정한 파장범위의 투과율 감소는 투과율이 감소되지 않은 다른 파장범위의 편광의 투과율을 상대적으로 높게 만듬으로써 반사편광자의 외관을 상대적으로 투과율이 높아진 파장범위의 색으로 구현시키는 문제가 있었다. 또한, 이러한 문제점은 특히 반사편광자에 대해 비법선으로 입사하는 광에 대해서는 현저하며 이러한 문제로 인해 디스플레이의 색상 조절이 매우 어렵고, 디스플레이를 통해 구현되는 색감을 매우 불량하게 만드는 문제점이 있었다. 나아가 특정 파장범위의 광의 투과율 감소는 액정어셈블리로 도달하는 목적하는 편광을 감소시킴으로써 휘도 저하 등의 문제점이 발생시켰다.
이에 본 발명의 제1 구현예에서는 투과축에 평행한 제1 편광은 투과시키고, 소광축에 평행한 제2 편광은 반사시키는 반사편광자에 있어서, 입사각이 45°인 광선에 따른 상기 제1 편광에 대한 380 ~ 780nm의 파장범위에서의 투과율 중 최대투과율은 89 ~ 93%이며, 상기 최대 투과율보다 10% 감소한 투과율을 가지는 제1 편광의 파장은 450 ~ 490nm인 것을 특징으로 하는 반사편광자를 제공함으로써 상술한 문제의 해결을 모색하였다. 이를 통해 반사편광자는 특정 일축방향으로 굴절률의 부정합이 최소화되어 가시광선 파장범위 내 목적하는 편광된 광의 투과율이 균일함에 따라 반사편광자를 투과한 광이 특정 파장범위에 치우치지 않아 외관이 무지개 빛으로 컬러풀 하거나 특정한 일색을 나타내지 않는 동시에 가시광선 전 파장 영역에서 투과율이 높게 구현됨으로써, 색조절이 용이하고 색상이 현저히 우수하며, 휘도가 매우 뛰어난 디스플레이를 구현할 수 있다.
먼저, 본 발명의 제1 구현예에 따른 반사편광자에 대해 구체적으로 설명하기에 앞서, 반사편광자에 의해 투과되는 제1 편광과 반사되는 제2 편광에 대해 구체적으로 설명한다.
공간상의 X, Y 및 Z축에 따른 반사편광자의 굴절률의 실질적인 일치 또는 불일치의 크기는 그 축에 따라 편광된 광선의 산란 정도에 영향을 미친다. 일반적으로, 산란능은 굴절률 불일치의 제곱에 비례하여 변화한다. 따라서, 특정 축에 따른 굴절률의 불일치의 정도가 더 클수록, 그 축에 따라 편광된 광선이 더 강하게 산란된다. 반대로, 특정 축에 따른 불일치가 작은 경우, 그 축에 따라 편광된 광선은 더 적은 정도로 산란된다. 어떤 축에 따른 반사편광자의 등방성 물질의 굴절률이 이방성물질의 굴절률과 실질적으로 일치되는 경우, 이러한 축에 평행한 전기장으로 편광된 입사광은 산란되지 않고 반사편광자를 통과한다. 보다 구체적으로, 제1 편광(P파)은 등방성 물질과 이방성 물질의 경계에 형성되는 복굴절 계면에 영향을 받지 않고 투과되나, 제2 편광(S파)은 등방성 물질과 이방성 물질의 경계에 형성되는 복굴절성 계면에 영향을 받아 광의 변조가 일어난다. 이를 통해 P파는 투과되고 S파는 광의 산란, 반사 등의 광의 변조가 발생하게 되어 결국 편광의 분리가 이루어지고, 제1 편광(P파)은 반사편광자를 투과하여 통상 반사편광자의 상부에 위치하는 액정디스플레이에 도달하게 된다. 이러한 원리로 반사편광자는 하나의 편광은 투과시키고, 다른 편광은 반사시키는 작용을 하게 되며, 투과된 편광은 투과축에 평행하게 편광되고, 반사되는 편광은 소광축에 평행하게 편광된다.
다만, 입사광의 각도 즉, 법선 입사로부터 멀어진 각도가 증가할수록 투과축에 평행하게 편광되는 제1 편광에 대한 가시광선 파장범위에서의 투과율이 달라지게 되고, 특정 입사각에서 제1 편광은 특정된 파장별 투과율 스펙트럼을 가지게 된다.
그러나 특정 입사각에서 제1 편광의 파장별 투과율 스펙트럼이 어떠한 양상을 띠는지는 상술한 반사편광자의 외관이 어느 특정한 색을 띠거나 무지개 빛을 나타내는 것과 연관이 되며, 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 반사편광자가 특정 입사각에 따른 제1 편광의 파장별 투과율 스펙트럼에서 가시광선 파장범위에서 균일한 투과율을 나타내거나 스펙트럼 상에서 투과율이 급격히 감소되는 파장을 포함하더라도 상기 파장이 가시광선보다 파장이 작은 영역(자외선 영역) 또는 큰 영역(적외선 영역)에 위치해야 매우 바람직하며, 적어도 상기 파장이 가시광선과 자외선이 인접하는 부근 또는 가시광선과 적외선이 인접하는 부근에 위치하는 것이 바람직하다.
이에 따라 본 발명에 따른 제1 구현예는 입사각이 45°인 광선에 따른 제1 편광에 대한 파장별 투과율 스펙트럼에서 가시광선에 해당하는 380 ~ 780nm의 파장범위에서의 투과율 중 최대투과율이 89 ~ 93%이고, 상기 최대투과율 보다 10% 감소한 투과율을 가지는 제1 편광의 파장이 450 ~ 490nm의 파장범위에서 형성되고, 바람직하게는 상기 최대 투과율보다 20% 감소한 투과율을 가지는 제1 편광의 파장이 420nm 이하에서 형성될 수 있음에 따라 비법선 입사광에 대해서도 제1 편광은 가시광선 파장범위에서 특정한 파장범위에 대해 현저히 높은 투과율을 가지지 않게 되어 특정한 색, 특히 종래의 반사편광자에 문제되었던 외관이 노랗게 보이거나 붉게 보이는 현상이 현저히 방지될 수 있다.
구체적으로 도 2는 본 발명에 따른 바람직한 일구현예에 의한 입사각이 45°인 광선에 따른 제1 편광 및 제2 편광에 대한 파장별 투과율 스펙트럼을 나타낸 것으로써, 상기 도 2에서 스펙트럼 (a)는 45° 입사각을 가지는 광에 대한 편광율을 나타낸 것이고, 스펙트럼 (b)는 45° 입사각을 가지는 광에 대한 제1 편광의 투과율을 나타내며, 스펙트럼 (c)는 45° 입사각을 가지는 광에 대한 제2 편광의 투과율을 나타낸다. 도 2에서 380 ~ 780nm의 파장범위에서의 제1 편광 투과율 중 최대투과율(T2)은 파장(λ2)이 780nm 부근에서 달성되고 있고, 이때의 투과율은 약 90%임을 알 수 있다. 또한, 상기 최대투과율(T2) 90% 보다 투과율이 10% 감소한 투과율(T4) 80%를 달성하고 있는 제1 편광의 파장(λ4)을 살펴보면, 약 480nm 파장임을 알 수 있다.
보다 구체적으로 설명을 하면, 본 발명에 따른 제1 구현예의 반사편광자는 입사각이 45°인 광선에 따른 제1 편광에 대한 가시광선 영역에서 최대 투과율이 89 ~ 93%를 만족하는데, 이상적으로는 최대 투과율이 100%에 근접할수록 액정디스플레이에 도달하는 제1 편광의 강도가 세져 높은 휘도를 가지는 디스플레이의 구현에 유리할 수 있지만, 이는 가시광선 전 영역에서 100%의 투과율을 가진다는 전제가 필요하며, 만일 일부 가시광선 영역에만 치우쳐 투과율이 100%를 만족하고, 다른 가시광선 영역에는 투과율이 현저히 저하된 경우 반사편광자의 외관이 특정한 색으로 치우쳐짐에 따라 이러한 반사편광자로는 본 발명이 해결하려는 과제를 해결할 수 없다.
구체적으로 도 1은 종래의 반사편광자에서 구현되고 있는 제1 편광 및 제2 편광에 대한 파장별 투과율 스펙트럼으로써, 60°의 비법선 입사각을 가지는 광에 대해서 제1 편광은 380 ~ 780nm에서의 최대투과율(Ta)을 파장 λa(700nm 이상)에서 달성하고 있는 것을 알 수 있고, 상기 최대투과율은 거의 100%에 근접하고 있다. 한편, 상기 최대투과율(Ta)로부터 투과율이 10% 감소한 투과율(Tc)을 가지는 제1 편광의 파장(λc)은 약 680nm에서 형성되고 있음을 알 수 있다.
이를 달리 해석하면, 도 1과 같은 종래의 반사편광자는 투과율이 100%에 근접하는 제1 편광의 파장범위를 포함하고 있지만 최대투과율에서 투과율이 10% 감소한 지점에 해당하는 제1 편광의 파장이 가시광선 파장범위 중 적색영역에 치우쳐 있음을 의미하고, 제1 편광의 파장 λc보다 파장이 작은 범위(400 ~ 680nm)에서의 제1 편광의 투과율은 최대투과율에 대해 10% 초과하여 저하된 투과율을 가짐에 따라 가시광선영역에서 투과율의 편차가 현저히 크고 이에 따라 반사편광자의 외관이 특정한 색에 치우치지 않을 수 없고, 도 1과 같은 반사편광자의 외관은 여전히 붉거나 노랗게 보일 수 있다는 것을 알 수 있다.
그러나 본 발명에 따른 제1 구현예의 반사편광자는 입사각이 45°인 광선에 따른 제1 편광에 대한 가시광선 영역에서 최대 투과율이 89 ~ 93%를 만족하는 동시에 상기 최대 투과율에서 투과율 10% 감소한 지점의 파장이 450 ~ 490nm로, 이를 달리 해석하면 380 ~ 780nm의 가시광선 전체 파장영역 중 투과율이 최대투과율(%) 보다 10% 이내로 작은 투과율 영역에 해당하는 파장범위가 450 ~ 490nm에서 780nm에 이르게 되어 가시광선의 대부분 영역에서 투과율 차이가 적고, 이는 다르게 말하면 투과율이 균일하다는 것을 의미하며, 이를 통해 반사편광자가 특정한 색의 외관을 띠지 않을 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 최대투과율(T2)보다 투과율이 20% 감소한 투과율(T3)을 가지는 파장(λ3)은 420nm 이하에 형성됨에 따라 특정한 비법선 광입사각에서 투과율이 현저히 감소되는 파장구간을 포함하더라도 이러한 파장구간이 자외선영역에 근접하게 치우쳐져 위치됨으로써 본원발명이 달성하고자 하는 물성을 매우 우수하게 구현할 수 있다. 구체적으로 도 2에서 최대투과율(T2) 보다 투과율이 20% 저하된 지점의 투과율(T3)을 가지는 제1 편광의 파장(λ3)은 약 415nm 임을 알 수 있다.
또한, 바람직하게는 도 2를 통해 확인할 수 있듯이, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 반사편광자는 400 ~ 780nm 파장영역에서 제1 편광의 최소투과율이 60% 이상이며, 상기 최소투과율에 해당하는 제1 편광의 파장에서 제1 편광의 투과율이 80%에 해당하는 파장의 범위가 400 ~ 480nm에 불과하여 가시광선의 대부분 영역에서 제1 편광의 투과율이 80% 이상인 것을 확인할 수 있는데, 최소 투과율이 60% 이상이고, 최소투과율에서 투과율 80%에 도달하는 제1 편광의 파장범위가 좁다는 것은 반사편광자를 통과하는 제1 편광의 휘도가 가시광선 영역에 해당하는 상기 파장영역(400 ~ 780nm)에서 우수하다는 것을 의미한다.
이는 종래의 반사편광자와 비교해보면 명확하며, 구체적으로 도 3에 따른 반사편광자는 대한민국 특허공개공보 제2000-0029721호에 개시된 반사편광자로써, 상기 특허공보에서는 도 3 에 따른 반사편광자로 비법선 입사광에 따른 반사편광자 외관의 색이 붉게 변하는 것(상기 특허공보에서는 이를 축외색상(OAC)이라고 명칭함)을 해결하고 있다고 개시하고 있으나, 상술한 바와 같이 도 3(또는 도 1)을 통해서는 비법선 입사광에 따른 반사편광자 외관색의 문제를 해결할 수 없다.설령 도 3에 따른 반사편광자가 상기와 같은 종래의 문제를 해결하고 있다고 하더라도 도 3의 반사편광자를 투과하는 제1 편광의 가시광선 영역의 투과율, 구체적으로 400 ~ 700nm에서의 투과율(도 3의 P 영역)은 80% 이하, 더 구체적으로 약 70% 이하까지 떨어지고 있으며, 특히 630 ~ 680nm 에서는 투과율은 60% 이하(최소 투과율 약 38%)까지 떨어지고 있어 도 3의 종래 반사편광자를 통해서는 우수한 휘도를 구현할 수 없다는 것을 알 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 제1 구현예에 의한 반사편광자는 입사각이 45°인 광선에 따른 제1 편광의 450 ~ 780nm 파장범위에서 투과율이 72% 이상일 수 있다. 즉, 상기 파장범위에서 최대투과율은 89 ~ 93%인데 반하여 상기 파장범위에서 최소투과율(T1)은 72%로써 투과율 차이가 약 20% 이내로 들어오게 되어 가시광선 파장범위 중 상당한 파장범위에서 투과율이 균일하며, 이를 통해 비법선 입사각에 대해서도 반사편광자의 외관이 특정색을 나타내지 않을 수 있다.
또한, 상기 최소투과율(T1)을 가지는 제1 편광의 파장(λ1)과 동일한 파장에서 제2 편광의 투과율(T-1)은 5% 이하에 불과하여 상기 파장(λ1)을 가지는 제2 편광의 95% 이상이 통상 반사편광자의 하부에 위치하는 반사판을 향해 반사되고, 상기 반사판에 의해 다시 반사된 광은 반사편광자로 다시 입사될 수 있음에 따라 종국적으로 반사편광자를 통과하여 액정디스플레이에 도달하는 상기 파장(λ1)을 가지는 제1 편광의 강도는 제2 편광의 투과율(T-1)이 5%를 초과할 때 보다 더 강할 수 있으며, 이를 통해 반사편광자 외관에 특정색이 구현되지 않고, 보다 향상된 광학적 물성을 가지는 디스플레이의 구현에 유리할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 반사편광자는 입사각이 45°인 광선에 따른 제1 편광은 480 ~ 580nm 파장범위에서 가시광선 투과 균일도가 8% 이하이고, 580 ~ 780nm의 파장범위에서 가시광선 투과 균일도가 5% 이하일 수 있다.
상기 가시광선 투과 균일도란 가시광선 파장범위 중 소정의 파장범위에서 제1 편광의 투과율 최대값과 최소값의 차이를 의미한다. 상기 가시광선 투과 균일도가 높을수록 소정의 가시광선 파장범위의 투과율이 균일하여 어느 한가지 색상에 치우침이 없이 비법선 입사각에 대한 반사편광자의 외관을 백색에 가깝도록 구현할 수 있다.
구체적으로 도 4는 본 발명에 따른 바람직한 일구현예에 의한 입사각이 45°인 광선에 따른 제1 편광 및 제2 편광에 대한 파장별 투과율 스펙트럼을 나타낸 것으로써, 도 4에서 480nm(λ4) ~ 580nm(λ5) 파장범위에서의 제1 편광의 투과율은 최소값(T4)은 약 80%이고, 최대값(T5)은 약 86%임에 따라 상기 파장범위에서의 제1 편광의 가시광선 투과 균일도(α)는 6%로 투과 균일도가 매우 뛰어나다.
또한, 도 4에서 580nm(λ5) ~ 780nm(λ1) 파장범위에서의 제1 편광의 투과율은 최소값(T5)은 약 86%이고, 최대값(T1)은 약 90%임에 따라 상기 파장범위에서의 제1 편광의 가시광선 투과 균일도(β)는 5%로 투과 균일도가 매우 뛰어나고, 결국 도 4에 따른 반사편광자는 480 ~ 780nm 파장범위 내 가시광선 투과균일도가 6% 이내임에 따라 물성이 매우 우수할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 반사편광자는 입사각이 45°인 광선에 따른 상기 제1 편광은 480nm 파장에서 투과율이 79 ~ 83%, 580nm 파장에서 투과율이 85 ~ 88%, 680nm 파장에서 투과율이 88 ~ 92%, 780nm 파장에서 투과율이 89 % 이상일 수 있는데, 도 4의 반사편광자를 통해 이러한 경향을 더욱 잘 확인할 수 있다. 도 4에서 상기 각 파장별 제1 편광의 투과율을 살펴보면, 480nm 에서 780nm로 갈수록 투과율이 증가하나, 파장이 커질수록 투과율이 증가하는 비율이 작음을 알 수 있고, 이를 통해 어느 특정 파장에서 제1 편광 투과율의 현저한 저하 구간을 포함하지 않고 투과율의 변동이 적으면서 투과율이 동시에 우수함에 따라 목적하는 물성을 발현하는데 적합함을 알 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 제1 구현예의 반사편광자는 바람직하게는 입사각이 45°인 광선에 따른 상기 제2 편광은 380 ~ 780nm 파장범위에서 반사율이 15% 이하일 수 있다.
상술하였듯이, 통상적인 디스플레이에 구비되는 반사편광자의 상부에는 액정디스플레이를 포함하는데, 상기 액정디스플레이와 반사편광자의 사이에는 각종 목적의 광학필름이 포함되고, 그 중의 하나가 흡수편광자인데, 상기 흡수편광자는 반사편광자를 투과한 제2 편광을 흡수하여 액정디스플레이에 오로지 제1 편광만을 도달시키는 기능을 담당한다. 흡수편광자에 제2 편광이 흡수 되었다는 의미는 최초 입사광에서 흡수된 제2 편광만큼 광손실이 있음을 의미하고, 이러한 광손실은 디스플레이의 휘도 저하와 연결된다. 이에 따라 반사편광자는 제1 편광에 대한 투과율만큼이나 제2 편광에 대한 투과율이 중요하고, 상기 제2 편광이 최대한 적게 투과될수록 광손실을 최소화할 수 있다. 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 반사편광자는 입사각이 45°인 광선에 따른 상기 제2 편광의 380 ~ 780nm 파장범위에서 반사율이 15% 이하임에 따라 종래의 반사편광자에 비해 광손실이 최소화됨을 알 수 있다.
구체적으로 도 5는 종래의 반사편광자에 대한 제1 편광 및 제2 편광에 대한 파장범위별 투과율 스펙트럼을 나타낸 것으로써, 도 5의 스펙트럼(c)는 법선 입사에 따른 제2 편광의 파장별 투과율 스펙트럼을 나타낸다. 상기 스펙트럼(c)를 통해 확인할 수 있듯이, 제2 편광은 400 ~ 500nm 및 650 ~ 780nm의 파장범위에서 현저히 높은 제2 편광이 투과(Q)되고 있음에 따라 투과되는 제2 편광의 광량만큼 광손실이 현저하다는 것을 알 수 있다. 그러나 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 반사편광자는 입사각이 45°인 광선에 따른 상기 제2 편광의 380 ~ 780nm 파장범위에서 반사율이 15% 이하, 보다 바람직하게는 13% 이하를 만족함을 통해 보다 우수한 물성을 구현하고 있음을 알 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 제2 구현예에 따르면, 투과축에 평행한 제1 편광은 투과시키고, 소광축에 평행한 제2 편광은 반사시키는 반사편광자에 있어서, 입사각이 45°인 광선에 따른 제1 편광의 450 ~ 780nm 파장범위에서 하기 수학식 1에 따른 투과율 변화율이 0.06%/nm 이하이고, 이를 통해 가시광선 파장영역 특히, 가시광선 중 청색 ~ 적색에 이르는 파장범위의 제1 편광 투과율이 현저히 균일하여 반사편광자가 특정색을 띠거나 무지게 빛을 띠는 것이 방지될 수 있고, 상기 파장범위에서 제1 편광의 최소투과율이 바람직하게는 72%, 보다 바람직하게는 75%, 보다 더 바람직하게는 78% 이상임에 따라 현저히 우수한 휘도를 발현하는 반사편광자를 구현하기에 유리하다.
[수학식 1]
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상기 반사편광자의 투과율 변화율이란 소정의 가시광선 파장영역, 그 중에서도 청색 ~ 적색에 이르는 파장범위인 450 ~ 780nm에서 투과율 변화를 가늠해볼 수 있는 파라미터로써, 투과율 변화율이 적을수록 특정 파장에서 현저히 증가하는 투과율 또는 현저히 감소한 투과율과 같은 투과율의 변동이 적어 반사편광자의 외관이 특정한 색을 나타내지 않는 반사편광자일 수 있다. 본 발명의 제2 구현예에 따른 반사편광자는 상기 수학식 1에 따른 투과율 변화율이 0.06% 이하, 바람직하게는 0.05% 이하, 보다 바람직하게는 0.047% 이하를 만족함으로써 청색 ~ 적색의 가시광선 파장범위에서 투과율 변동이 현저히 작을 수 있다.
구체적으로 도 6은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 입사각이 45°인 광선에 대한 제1 편광과 제2 편광의 파장별 투과율 스펙트럼으로써, 상기 투과율 변화율은 도 6의 직선ℓ의 기울기를 의미하며, 상기 직선 ℓ과 제1 편광의 투과율에 대한 곡선인 곡선 b를 비교했을 때, 곡선 b의 투과율 변동은 약 480 ~ 780nm, 바람직하게는 530 ~ 780nm, 보다 바람직하게는 580 ~ 780nm에서 5% 이내로 발생함에 따라 투과율 변동이 최소화되고 넓은 파장범위에서도 투과율이 일정한 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제2 구현예는 바람직하게는 입사각이 45°인 광선에 따른 상기 제2 편광은 450 ~ 780nm에서 투과율이 15% 이하, 보다 바람직하게는 13% 이하를 만족함에 따라 매우 우수한 광학적 물성을 발현할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 상술한 본 발명에 따른 제1 구현예 및 제2 구현예를 만족시킬 수 있는 도 2 또는 도 6의 반사편광자는 바람직하게는 기재; 및 상기 기재 내부에 분산되어 포함되는 복수개의 분산체;를 포함하는 폴리머 분산형 반사편광자일 수 있고, 보다 바람직하게는 상기 분산체가 랜덤하게 기재 내부에 분산된 램덤 분산형 반사편광자일 수 있다. 상기 분산체는 상기 기재와 복굴적 계면을 형성하여 광변조 효과를 유발시켜야 되므로 상기 기재가 광학적 등방성인 경우, 분산체는 복굴절성을 가질 수 있고, 반대로 상기 기재가 광학적으로 복굴절성을 갖는 경우에는 분산체는 광학적 등방성을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 분산체의 x축 방향의 굴절율이 nX1, y축 방향의 굴절율이 nY1 및 z축 방향의 굴절율이 nZ1이고, 기재의 굴절율이 nX2, nY2 및 nZ2일 때, nX1과 nY1 사이의 면내 복굴절이 발생할 수 있다. 더욱 바람직하게는 기재와 분산체의 X, Y, Z축 굴절율 중 적어도 어느 하나가 상이할 수 있으며, 보다 바람직하게는 신장축이 X축인 경우 Y축 및 Z축 방향에 대한 굴절율의 차이가 0.05 이하이고, X축 방향에 대한 굴절율의 차이가 0.1 이상일 수 있다. 한편 통상적으로 굴절율의 차이가 0.05 이하이면 정합으로 해석된다.
한편, 상기 복수개의 분산체는 목적하는 제2 편광을 적어도 가시광선 파장범위에서 반사시키기 위해 적절한 광학적 두께를 가질 수 있고, 적절한 범위내의 두께 편차를 가질 수 있다. 상기 광학적 두께(optical thickness)는 n(굴절율)>d(물리적 두께)를 의미한다. 한편 빛의 파장과 광학적 두께는 하기 관계식 1에 따라 정의된다.
[관계식 1]
λ= 4nd, 단 λ는 빛의 파장(nm), n은 굴절율, d는 물리적 두께(nm)
따라서, 분산체의 평균 광학적 두께가 150nm일 경우 관계식 1에 의해 400nm 파장의 제2 편광을 반사시킬 수 있을 것이고, 이러한 원리로 복수개의 분산체 각각의 광학적 두께를 조절할 경우 목적하는 파장범위, 특히 가시광선 파장범위에서의 제2 편광의 반사율을 현저히 증가시킬 수 있다.
이에 따라 상술한 도 2 및/또는 도 6과 같은 물성을 발현할 수 있는 반사편광자는 바람직하게는 상기 복수개의 분산체 중 적어도 2개는 분산체가 신장된 방향으로 단면적이 상이할 수 있고, 이를 통해 분산체의 단면직경(광학적 두께에 해당함)이 다를 수 있어 광학적 두께에 대응되는 파장의 제2 편광을 반사시킬 수 있으며, 가시광선의 각 파장에 대응하는 광학적 두께를 가지는 폴리머를 포함할 경우 가시광선 영역에 대응되는 제2 편광을 반사시킬 수 있다.
상기 복수개의 분산체 그 형상은 도 2(또는 도 6)와 같은 물성을 발현할 수 있으면 특별한 제한은 없으며, 구체적으로 원형, 타원형 등일 수 있고, 전체 분산체의 개수는 32인치를 기준으로 기재의 두께가 120㎛일 때 25,000,000 ~ 80,000,000 개일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
상기 기재와 분산체는 통상적으로 반사편광자에 복굴절 계면을 형성하도록 사용되는 물질이라면 제한 없이 사용할 수 있고, 상기 기재 성분은 바람직하게는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET),폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU), 폴리이미드(PI),폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN),에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라닌(MF), 불포화포리에스테르(UP), 실리콘(SI) 및 사이크로올레핀폴리머를 사용할 수 있으며 보다 바람직하게는 PEN일 수 있다.
상기 분산체 성분은 바람직하게는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU),폴리이미드(PI),폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN),에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라닌(MF), 불포화포리에스테르(UP), 실리콘(SI) 및 사이크로올레핀폴리머를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며 보다 바람직하게는 디메틸-2,6-나프탈렌 디카르복실레이트, 디메틸테레프탈레이트 및 에틸렌글리콜, 싸이크로헥산디메탄올(CHDM) 등의 단량체들이 적절하게 중합된 co-PEN일 수 있다.
또한, 상기 폴리머 분산형 반사편광자는 기재와 분산체 간에 복굴절 계면을 형성하기 위해 적어도 하나의 방향으로 연신된 것일 수 있다.
한편, 보다 바람직하게는 상기 복수개의 분산체는 기재 내부에 랜덤하게 분산된 것일 수 있다. 이를 통해 도 2(또는 도 6)의 물성을 발현할 수 있는 반사편광자를 구현하기에 보다 용이할 수 있고, 종래의 반사편광자에 비해 빛샘, 휘선보임 등의 문제점까지 상쇄시킨 반사편광자를 구현할 수 있다.
또한, 도 2(또는 도 6)와 같은 물성을 발현하여 본 발명이 해결하고자 하는 우수한 물성을 달성하기 위해 보다 유리할 수 있는 랜덤분산형 반사편광자에 대해 구체적으로 설명하면, 상기 랜덤분산형 반사편광자는 기재 및 상기 기재 내부에 포함되어 외부에서 조사되는 제1 편광을 투과시키고 제2 편광을 반사시키기 위한 복수개의 분산체를 포함하며, 복수개의 분산체는 상기 기재와 적어도 하나의 축방향으로 굴절율이 상이하고, 상기 기재 내부에 포함된 복수개의 분산체 중 80% 이상이 길이방향의 수직단면을 기준으로 장축길이에 대한 단축길이의 종횡비가 1/2 이하이며, 상기 종횡비가 1/2 이하인 분산체들은 단면적에 따라 적어도 3개의 그룹에 포함되고, 상기 그룹 중 제1 그룹의 분산체 단면적은 0.2 ~ 2.0㎛2이며, 제2 그룹의 분산체 단면적은 2.0㎛2 초과부터 5.0㎛2 이하이고, 제3 그룹의 분산체 단면적은 5.0㎛2 초과부터 10.0㎛2 이하이며, 상기 제1 그룹 내지 제3 그룹의 분산체는 랜덤하게 배열된 램덤분산형 반사편광자일 수 있다. 이러한 반사편광자의 경우 상술한 우수한 물성을 달성하기에 보다 유리할 수 있다.
또한, 상기 램덤 분산형 반사편광자는 상술한 기재 및 상기 기재 내부에 포함되고, 상술한 바람직한 일구현예에 따른 분산체 조건들을 만족하는 복수개의 분산체를 포함하는 반사편광자를 코어층으로 하고, 상기 코어층의 적어도 일면에 형성된 일체화된 스킨층을 포함하는 구조일 수 있고, 상기 스킨층을 더 구비함을 통해 코어층 보호, 반사편광자의 신뢰성 향상에 기여할 수 있다.
스킨층을 포함하지 않는 일구현예와 스킨층을 포함하는 다른 일구현예에 따른 반사편광자는 용도상에서 차이가 있을 수 있고, 디스플레이 등 각종 범용적 액정표시장치에는 스킨층을 포함하는 반사편광자를 사용함이 바람직할 수 있으며, 휴대용 액정표시장치, 예를 들어 휴대용 전자기기, 스마트 전자기기, 스마트폰의 경우 슬림화된 반사편광자가 요구됨에 따라 스킨층을 포함하지 않는 반사편광자를 사용함이 바람직할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로 도 7은 상기 램덤분산형 반사편광자의 단면도로써, 기재(211) 내부에 복수개의 분산체(212 ~ 217)들이 랜덤하게 분산되어 배열된 코어층(210) 및 상기 코어층의 적어도 일면에 일체로 형성된 스킨층(220)을 나타낸다.
먼저, 상기 코어층(210)에 대해 설명하면 상기 코어층은 상기 기재 내부에 포함된 복수개의 분산체 중 80% 이상은 길이방향의 수직단면을 기준으로 장축길이에 대한 단축길이의 종횡비가 1/2 이하여야 하고 보다 바람직하게는 90% 이상이 상기 종횡비 값이 1/2 이하를 만족할 수 있다.
구체적으로 도 8은 본 발명의 바람직한 일구현예에 사용되는 분산체의 길이방향의 수직단면으로서, 장축길이를 a라 하고 단축길이를 b라 했을 때 장축길이(a)와 단축길이(b)의 상대적인 길이의 비(종횡비)가 1/2 이하여야 한다. 다시 말해 장축길이(a)가 2일 때 단축길이(b)는 그 1/2인 1보다 작거나 같아야 하는 것이다. 만일 장축길이에 대한 단축길이의 비가 1/2보다 큰 분산체가 전체 분산체의 개수 중 20% 이상으로 포함되는 경우에는 원하는 광학물성을 달성하기 어렵다.
상기 종횡비가 1/2 이하인 분산체는 단면적이 상이한 3개 이상의 그룹을 포함한다. 구체적으로 도 6에서 단면적이 가장 작은 제1 그룹의 분산체(202, 203)와 단면적이 중간크기를 갖는 제2 그룹의 분산체(204, 205) 및 단면적이 가장 큰 제3 그룹(206, 207)의 분산체들을 모두 포함하여 랜덤하게 분산된다. 이 경우 제1그룹의 단면적은 0.2 ~ 2.0㎛2이고, 제2 그룹의 단면적은 2.0 ㎛2초과부터 5.0㎛2 이하이며, 제3 그룹의 단면적은 5.0㎛2 초과부터 10.0㎛2이하이며, 제1 그룹의 분산체, 제2 그룹의 분산체 및 제3 그룹의 분산체는 랜덤하게 배열된다. 만일 제1 ~ 제3 그룹의 분산체 중 어느 한 그룹의 분산체를 포함하지 않는 경우에는 원하는 광학물성을 달성하기 어렵다.
이 경우 바람직하게는 상기 종횡비가 1/2 이하인 분산체 중 제3 그룹의 분산체의 개수는 10% 이상일 수 있다. 만일 10% 미만이면 광학적 물성향상이 미흡해질 수 있다. 보다 바람직하게는상기 종횡비가 1/2 이하인 분산체 중 제1 그룹에 해당하는 분산체의 개수는 30 ~ 50%를 만족하고 제3 그룹에 해당하는 분산체의 개수가 10 ~ 30%일 수 있으며 이를 통해 광학물성을 향상시킬 수 있다.
한편, 보다 바람직하게는 제1 그룹의 분산체의 개수/제 3그룹의 분산체의 개수가 3 ~ 5 값을 갖는 경우 광학물성을 극대화하는데 매우 유리할 수 있다.
바람직하게는 상기 종횡비가 1/2 이하인 분산체 중 제2 그룹에 해당하는 분산체의 개수는 25 ~ 45%를 만족할 수 있다. 또한 상기 제1 ~ 제3 분산체의 단면적의 범위를 벗어나는 분산체가 기 종횡비가 1/2 이하인 분산체에 잔량으로 포함될 수 있다. 이를 통해 종래의 분산형 반사편광자에 비하여 휘선보임 현상이 개선되면서도 광시야각이 넓고 광손실을 최소화하면서도 휘도향상을 극대화할 수 있다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 반사편광자의 사시도로서, 코어층(210)의 기재(201) 내부에 복수개의 랜덤 분산체(208)가 길이방향으로 신장되어 있으며, 스킨층(220)은 코어층(210)의 상부 및/또는 하부에 형성될 수 있다. 이 경우 상기 랜덤 분산체(208)는 각각 다양한 방향으로 신장될 수 있지만, 바람직하게는 어느 일 방향으로 평행하여 신장되는 것이 유리하며, 보다 바람직하게는 외부광원에서 조사되는 광에 수직하는 방향으로 신장체간에 평행하게 신장되는 것이 광변조 효과를 극대화하는데 효과적이다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 기재내부에 포함되는 분산체(제1 성분)와 기재(제2 성분)간에 복굴절 계면이 형성될 수 있다. 구체적으로, 기재내부에 분산체를 포함하는 반사편광 필름에 있어서, 기재와 분산체 간의 공간상의 X, Y 및 Z축에 따른 굴절률의 실질적인 일치 또는 불일치의 크기는 그 축에 따라 편광된 광선의 산란 정도에 영향을 미친다. 일반적으로, 산란능은 굴절률 불일치의 제곱에 비례하여 변화한다. 따라서, 특정 축에 따른 굴절률의 불일치의 정도가 더 클수록, 그 축에 따라 편광된 광선이 더 강하게 산란된다. 반대로, 특정 축에 따른 불일치가 작은 경우, 그 축에 따라 편광된 광선은 더 적은 정도로 산란된다. 어떤 축에 따라 기재의 굴절률이 분산체의 굴절률과 실질적으로 일치되는 경우, 이러한 축에 평행한 전기장으로 편광된 입사광은 분산체의 부분의 크기, 모양 및 밀도와 상관없이 산란되지 않고 분산체를 통과할 것이다. 또한, 그 축에 따른 굴절률이 실질적으로 일치되는 경우, 광선은 실질적으로 산란되지 않고 물체를 통해 통과한다. 보다 구체적으로, 제1 편광(P파)은 기재와 분산체의 경계에 형성되는 복굴절 계면에 영향을 받지 않고 투과되나, 제2 편광(S파)은 기재와 분산체간의 경계에 형성되는 복굴절성 계면에 영향을 받아 광의 변조가 일어난다. 이를 통해 P파는 투과되고 S파는 광의 산란, 반사 등의 광의 변조가 발생하게 되어 결국 편광의 분리가 이루어지게 되는 것이다.
따라서, 상기 기재와 분산체는 복굴절 계면을 형성하여야 광변조 효과를 유발할 수 있으므로, 상기 기재가 광학적 등방성인 경우, 분산체는 복굴절성을 가질 수 있고, 반대로 상기 기재가 광학적으로 복굴절성을 갖는 경우에는 분산체는 광학적 등방성을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 분산체의 x축 방향의 굴절율이 nX1, y축 방향의 굴절율이 nY1 및 z축 방향의 굴절율이 nZ1이고, 기재의 굴절율이 nX2, nY2 및 nZ2일 때, nX1과 nY1 사이의 면내 복굴절이 발생할 수 있다. 더욱 바람직하게는 기재와 분산체의 X, Y, Z축 굴절율 중 적어도 어느 하나가 상이할 수 있으며, 보다 바람직하게는 신장축이 X축인 경우 Y축 및 Z축 방향에 대한 굴절율의 차이가 0.05 이하이고, X축 방향에 대한 굴절율의 차이가 0.1 이상일 수 있다. 한편 통상적으로 굴절율의 차이가 0.05 이하이면 정합으로 해석된다.
또한, 상기 코어층의 두께는 20 ~ 350㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50 ~ 250㎛일 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 구체적인 용도 및 스킨층의 포함여부, 스킨층의 두께에 따라 코어층의 두께는 달리 설계될 수 있다. 또한 전체 분산체의 개수는 32인치를 기준으로 기재의 두께가 120㎛일 때 25,000,000 ~ 80,000,000 개일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
다음으로, 코어층의 적어도 일면에 포함될 수 있는 스킨층(220)에 대해 설명하면, 상기 스킨층 성분은 통상적으로 사용되는 성분을 사용할 수 있으며, 통상적으로 반사편광 필름에서 사용되는 것이라면 제한없이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 코폴리에틸렌나프탈레이트(co-PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리카보네이트(PC) 얼로이, 폴리스타이렌(PS), 내열폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리우레탄(PU),폴리이미드(PI),폴리비닐클로라이드(PVC), 스타이렌아크릴로니트릴혼합(SAN),에틸렌초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 페놀, 에폭시(EP), 요소(UF), 멜라닌(MF), 불포화포리에스테르(UP), 실리콘(SI) 및 사이크로올레핀폴리머를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며 보다 바람직하게는 디메틸-2,6-나프탈렌 디카르복실레이트, 디메틸테레프탈레이트 및 에틸렌글리콜, 싸이크로헥산디메탄올(CHDM) 등의 단량체들이 적절하게 중합된 co-PEN일수 있다.
상기 스킨층의 두께는 30 ~ 500㎛일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
한편, 스킨층이 형성되는 경우 코어층(210)과 스킨층(220) 사이에도 일체로 형성된다. 그 결과 접착층으로 인한 광학물성의 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 한정된 두께에 보다 많은 층을 부가할 수 있어 광학물성을 현저하게 개선시킬 수 있다. 나아가, 스킨층은 코어층과 동시에 제조된 후 연신공정이 수행되므로 종래의 코어층 연신 후 미연신 스킨층을 접착시킬 때와는 달리 본 발명의 스킨층은 적어도 하나의 축방향으로 연신될 수 있다. 이를 통해 미연신 스킨층에 비하여 표면경도가 향상되어 내스크래치성이 개선되며 내열성이 향상될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 광학적 특성을 우수하게 달성하는데 유리한 램덤 분산형 반사편광자는 동일 출원인에 의한 대한민국 특허출원 제2019-0169215호 및 대한민국 특허출원 제2019-0169217호가 참조로 삽입될 수 있다.
상기와 같은 분산체가 기재내에 랜덤하게 분산되어 있는 반사편광자는 후술되는 제조방법을 통해 제조될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. 먼저, 상기 기재성분과 분산체 성분을 개별적으로 독립된 압출부들에 공급할 수 있으며 이 경우 압출부는 2개 이상으로 구성될 수 있다. 또한 폴리머들이 섞이지 않도록 별도의 공급로 및 분배구를 포함하는 하나의 압출부에 공급하는 것 역시 본 발명에 포함된다. 상기 압출부는 익스트루더일 수 있으며, 이는 고체상의 공급된 폴리머들을 액상으로 전환시킬 있도록 가열수단 등을 더 포함할 수 있다.
기재성분의 내부에 분산체 성분이 배열될 수 있도록 폴리머 흐름성 차이가 있도록 점도를 차이가 있도록 설계하며, 바람직하게는 기재 성분이 흐름성이 분산체 성분보다 좋도록 한다. 다음 기재 성분과 분산체 성분이 믹싱존과 메시필터존을 통과하면서 기재 내에 분산체 성분이 점성에 차이를 통해 랜덤하게 배열된반사편광자를 제조할 수 있다.
이후, 상기 제조된 반사편광자의 적어도 일면에 스킨층을 포함시킬 경우, 상기 반사편광자의 적어도 일면을 압출부에서 이송된 스킨층 성분을 합지한다. 바람직하게는 상기 스킨층 성분은 상기 반사편광자의 양면에 모두 합지될 수 있다. 양면에 스킨층이 합지되는 경우 상기 스킨층의 재질 및 두께는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
이후, 기재 내부에 포함된 분산체 성분이 랜덤하게 배열될 수 있도록 흐름제어부에서 퍼짐을 유도한다. 구체적으로 도 10은 본 발명에 적용될 수 있는 바람직한 흐름제어부의 일종인 코트-행거 다이의 단면도이고, 도 11은 도 10의 측면도이다. 이를 통해 기재의 퍼짐정도를 적절하게 조절하여 분산체 성분의 단면적의 크기 및 배열을 랜덤하게 조절할 수 있다. 도 7에서 유로를 통해 이송된 스킨층이 합지된 기재가 코트-행거 다이에서 좌우로 넓게 퍼지므로 내부에 포함된 분산체 성분 역시 좌우로 넓게 퍼지게 된다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 흐름 제어부에서 이송된 퍼짐이 유도된 반사편광자를 냉각 및 평활화하는 단계, 상기 평활화 단계를 거친 반사편광자를 연신하는 단계; 및 상기 연신된 반사편광자를 열고정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
먼저, 흐름제어부에서 이송된 반사편광자를 냉각 및 평활화하는 단계로서 통상의 반사편광자의 제조에서 사용되던 냉각하여 이를 고형화하고 이후 캐스팅 롤공정 등을 통해 평활화 단계를 수행할 수 있다.
이후, 상기 평활화 단계를 거친 반사편광자를 연신하는 공정을 거친다.
상기 연신은 통상의 반사편광자의 연신공정을 통해 수행될 수 있으며, 이를 통해 기재성분과 분산체 성분간의 굴절율 차이를 유발하여 계면에서 광변조 현상을 유발할 수 있고, 상기 퍼짐유도된 제1 성분(분산체 성분)은 연신을 통해 종횡비가 더욱 줄어들게 된다. 이를 위하여 바람직하게는 연신공정은 일축연신 또는 이축연신을 수행할 수 있으며, 보다 바람직하게는 일축연신을 수행할 수 있다. 일축연신의 경우 연신방향은 제1 성분 길이방향으로 연신을 수행할 수 있다. 또한 연신비는 3 ~ 12배 일 수 있다. 한편, 등방성 재료를 복굴절성으로 변화시키는 방법은 통상적으로 알려진 것이며 예를 들어 적절한 온도 조건 하에서 연신시키는 경우, 분산체 분자들은 배향되어 재료는 복굴절성으로 될 수 있다.
다음, 상기 연신된 반사편광자를 열고정하는 단계를 거쳐 최종적인 반사편광자를 제조할 수 있다. 상기 열고정은 통상의 방법을 통해 열고정될 수 있으며, 바람직하게는 180 ~ 200℃ 에서 0.1 ~ 3분 동안 IR 히터를 통해 수행될 수 있다.
이상에서 상술한 본 발명에 따른 물성을 만족하는 반사편광자는 광원 어셈블리나 이를 포함하는 액정 표시 장치 등에 채용되어, 광 효율을 증진시키는데 사용될 수 있다. 광원 어셈블리는 램프가 하부에 위치하는 직하형 광원 어셈블리, 램프가 사이드에 위치하는 에지형 광원 어셈블리 등으로 분류되는데, 본 발명의 구현예들에 따른 반사편광자는 어떠한 종류의 광원 어셈블리에도 채용 가능하다. 또, 액정 패널의 아래쪽에 배치되는 백라이트(back light) 어셈블리나 액정 패널의 위쪽에 배치되는 프론트 라이트(front light) 어셈블리에도 적용 가능하다. 이하에서는 다양한 적용예의 일예로서, 반사편광자가 에지형 광원 어셈블리를 포함하는 액정 표시 장치에 적용된 경우를 예시한다.
도 12는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 액정 표시 장치의 단면도로서, 액정 표시 장치(2700)는 백라이트 유닛(2400), 및 액정 패널 어셈블리(2500)를 포함한다.
백라이트 유닛(2400)은 출사된 빛의 광학적 특성을 변조하는 반사편광자(2111)을 포함하며, 이때 상기 백라이트 유닛에 포함되는 기타구성 및 상기 기타구성과 반사편광자(2111)의 위치관계는 목적에 따라 달라질 수 있어 본 발명에서 특별히 한정하지 않는다.
다만, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 도 9와 같이 광원(2410), 광원(2410)으로부터 출사된 빛을 가이드하는 도광판(2415), 도광판(2415)의 하측에 배치된 반사 필름(2320), 및 도광판(2415)의 상측에 배치되는 반사편광자(2111)로 구성 및 배치될 수 있다.
이때, 광원(2410)은 도광판(2415)의 양 사이드에 배치된다. 광원(2410)은 예를 들어 LED(Light Eimitting Diode), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp) 등이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 광원(2410)은 도광판(2415)의 일측에만 배치될 수도 있다.
도광판(2415)은 광원(2410)으로부터 출사된 빛을 내부 전반사를 통해 이동시키다가 도광판(2415) 하면에 형성된 산란패턴 등을 통해 상측으로 출사시킨다. 도광판(2415)의 아래에는 반사 필름(2420)이 배치되어, 도광판(2415)으로부터 아래로 출사된 빛을 상부로 반사한다.
도광판(2415)의 상부에는 반사편광자(2111)가 배치된다. 반사편광자(2111)에 대해서는 앞서 상세히 설명하였으므로, 중복 설명은 생략한다. 반사편광자(2111)의 위 또는 아래에는 다른 광학 시트들이 더 배치될 수도 있다. 예를 들어, 입사된 원편광을 일부 반사하는 액정 필름, 원편광 빛을 선형 편광으로 변환시키는 위상차 필름 및/또는 보호 필름을 더 설치할 수 있다.
또한, 광원(2410), 도광판(2415), 반사 필름(2420) 및 반사편광자 (2111)은 바텀 샤시(2440)에 의해 수납될 수 있다.
액정 패널 어셈블리(2500)는 제1 표시판(2511), 제2 표시판(2512) 및 그 사이에 개재된 액정층(미도시)을 포함하며, 제1 표시판(2511) 및 제2 표시판(2512)의 표면에 각각 부착된 편광판(미도시)을 더 포함할 수 있다.
액정 표시 장치(2700)는 액정 패널 어셈블리(2500)의 테두리를 덮으며, 액정 패널 어셈블리(2500) 및 백라이트 유닛(2400)의 측면을 감싸는 탑 샤시(2600)를 더 포함할 수 있다.
한편, 구체적으로 도 13은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 반사편광자를 채용한 액정표시장치의 일례로서, 프레임(3270)상에 반사판(3280)이 삽입되고, 상기 반사판(3280)의 상면에 냉음극형광램프(3290)가 위치한다. 상기 냉음극형광램프(3290)의 상면에 광학필름(3320)이 위치하며, 상기 광학필름(3320)은 확산판(3321), 반사편광자(3322) 및 흡수편광필름(3323)의 순으로 적층될 수 있으나, 상기 광학필름에 포함되는 구성 및 각 구성간의 적층순서는 목적에 따라 달라질 수 있고, 일부 구성요소가 생략되거나 복수개로 구비될 수 있다. 나아가, 위상차 필름(미도시) 등도 액정표시장치 내의 적절한 위치에 삽입될 수 있다. 한편, 상기 광학필름(3320)의 상면에 액정표시패널(3310)이 몰드프레임(3300)에 끼워져 위치할 수 있다.
빛의 경로를 중심으로 살펴보면, 냉음극형광램프(3290)에서 조사된 빛이 광학필름(3320) 중 확산판(3321)에 도달한다. 상기 확산판(3321)을 통해 전달된 빛은 빛의 진행방향을 광학필름(3320)에 대하여 수직으로 진행시키기 위하여 반사편광자(3322)를 통과하게 되면서 광변조가 발생하게 된다. 구체적으로 P파는 반사편광자를 손실 없이 투과하나, S파의 경우 광변조(반사, 산란, 굴절 등)가 발생하여 다시 냉음극형광램프(3290)의 뒷면인 반사판(3280)에 의해 반사되고 그 빛의 성질이 P파 또는 S파로 랜덤하게 바뀐 후 다시 반사편광자(3322)을 통과하게 되는 것이다. 그 뒤 흡수편광필름(3323)을 지난 후, 액정표시패널(3310)에 도달하게 된다. 한편, 상기 냉음극형광램프(3290)는 LED로 대체될 수 있다.
이상에서 설명한 구현예들은 본 발명의 일구현예들에 따른 반사편광자가 적용됨으로써, 복수의 광변조 특성을 효과적으로 나타낼 수 있고, 휘도가 개선될 수 있으며, 빛샘, 휘선이 발생하지 않고 이물이 외관에 시현되는 외관불량이 방지될 수 있는 동시에 액정표시 장치가 사용되는 고온 다습한 환경에서도 반사편광자의 신뢰성을 담보할 수 있는 이점이 있다. 또한, 각기 기능을 갖는 마이크로패턴층, 집광층이 반사편광자에 일체화 됨으로써, 광원 어셈블리의 두께를 줄일 수 있고, 조립 공정을 단순화시킬 수 있으며, 이러한 광원 어셈블리를 포함하는 액정 표시 장치의 화질이 개선될 수 있다.
한편 본 발명에서는 반사편광자의 용도를 액정디스플레이를 중심으로 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 프로젝션 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 전계방출디스플레이 및 전계발광디스플레이 등 평판디스플레이 기술에 널리 사용될 수 있다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예 1>
분산체 성분으로서 굴절율이 1.65인 폴리에텔렌나프탈레이트(PEN)과, 기재성분으로서 폴리카보네이트 60 중량%에 테레프탈레이트와 에틸글리콜과 사이크로헥산디메탄올 1:2 몰비로 중합반응한 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(poly cyclohexylene dimethylene terephthalate, PCTG)를 38중량% 및 인산염이 포함된 열안정제 2 중량% 포함한 원료를 각각 제1 압출부 및 제2 압출부에 투입하였다. 스킨층 성분으로서 폴리카보네이트 60 중량%에 테레프탈레이트와 에틸글리콜과 사이크로헥산디메탄올 1:2 몰비로 중합반응한 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(poly cyclohexylene dimethylene terephthalate, PCTG)를 38중량% 및 인산염이 포함된 열안정제 2 중량% 를 제3 압출부에 투입하였다.
기재성분은 압출온도를 280℃, 분산체 성분의 압출 온도는 245℃로 하고 Cap.Rheometer 확인하여 I.V. 조정을 통해 폴리머 흐름을 보정하고, Filteration Mixer가 적용된 유로 통과하여 기재 내부에 분산체가 랜덤분산되도록 유도하였고, 이후 기재층 성분의 양면에 스킨층 성분을 합지하였다. 폴리머를 유속 및 압력구배를 보정하는 도 10, 11의 코트행거다이에서 퍼짐을 유도하였다. 구체적으로 다이 입구의 폭은 200mm이고 두께는 10mm이며 다이출구의 폭은 1,260 mm이고, 두께는 2.5 mm이며, 유속은 1.0m/min이었다. 그 뒤 냉각 및 캐스팅 롤에서 평활화 공정을 수행하고 MD 방향으로 6배 연신하였다. 이어서 180℃에서 2분 동안 히터챔버를 통해 열고정을 수행하여 두께가 120㎛인(Skin층 포함 두께는 300㎛) 도 7과 같은 단면구조를 가지는 랜덤 분산형 반사편광자를 제조하였다. 제조된 반사편광자의 폴리에텔렌나프탈레이트(PEN)성분의 굴절율은 (nx: 1.88, ny:1.58, nz:1.58)이고 폴리카보네이트 60 중량%에 테레프탈레이트와 에틸글리콜과 사이크로헥산디메탄올 1:2 몰비로 중합반응한 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(poly cyclohexylene dimethylene terephthalate, PCTG)를 38중량% 및 인산염이 포함된 열안정제 2 중량% 의 굴절율은 1.58였으며, 상기 복수개의 분산체는 하기 표 1과 같은 조건을 만족했다.
종횡비1 ) 1그룹2)(%) 2그룹2) (%) 3그룹2) (%) 1/3그룹3) (%)
95 49 39 12 4.1
1) 종횡비 : 전체 분산체의 개수 중 종횡비가 1/2 이하인 분산체의 개수를 %로 나타냄
2) 1그룹, 2그룹, 3그룹 : 종횡비가 1/2 이하인 분산체 중에서 본 발명의 1그룹, 2그룹 및 3그룹의 단면적 범위에 속하는 분산체의 개수를 %로 나타냄
3) 1/3그룹 : 1그룹 개수/3그룹 개수를 %로 나타냄
<실시예 2>
판상형 폴리머 분산 반사편광자를 도 14와 같이 공정을 수행하였다. 구체적으로 제1 성분으로서 굴절율이 1.65인 PEN과, 제2 성분으로서 디메틸테레프탈레이트와 디메틸-2,6-나프탈렌 디카르복실레이트가 6 : 4의 몰비로 혼합된 물질을 에틸렌 글리콜(EG)과 1 : 2의 몰비로 반응시킨 굴절율이 1.64인 co-PEN 및 스킨층 성분으로서 폴리카보네이트 90중량% 및 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(poly cyclohexylene dimethylene terephthalate, PCTG)가 10 중량%로 중합된 굴절율이 1.58인 폴리카보네이트 얼로이를 각각 제1 압출부(220), 제2 압출부(221) 및 제3 압출부(222)에 투입하였다. 제1 성분과 제2성분의 압출 온도는 295℃로 하고 Cap.Rheometer 확인하여 I.V. 조정을 통해 폴리머 흐름을 보정하고, 스킨층은 280℃ 온도 수준에서 압출공정을 수행하였다. 상기 제1 성분을 제1 가압수단(230, 가와사키사 기어펌프)로 이송하고 제2 성분 역시 제2 가압수단(231, 가와사키사 기어펌프)으로 이송하였다. 제1 가압수단의 토출량은 각각 순서대로 8.9 kg/h 이고, 제2 가압수단의 토출량은 8.9 kg/h 이다. 도 15와 같은 해도형 압출구금을 이용하여 해도형 복합류를 제조하였다. 구체적으로 해도형 압출구금 중 제4 구금분배판(T4)의 도성분 레이어의 개수는 400개이고, 도성분 공급로의 구금홀의 직경은 0.17mm이며 도성분 공급로의 개수는 각각 25000개 였다. 제6 구금분배판의 토출구의 직경은 15 mm ×15 mm 이었다. 3층 구조의 피드블록에서 상기 제3 압출부로부터 스킨층 성분이 유로를 통해 흘러들어 상기 해도형 복합류(코어층 폴리머)의 상하면에 스킨층을 형성하였다. 해도형 복합류의 종횡비가 1/30295가 되도록 상기 스킨층이 형성된 코어층 폴리머를 유속 및 압력구배를 보정하는 도 10, 11의 코트행거다이에서 퍼짐을 유도하였다. 구체적으로 다이 입구의 폭은 200mm이고 두께는 20mm이며 다이출구의 폭은 960 mm이고, 두께는 2.4 mm이며, 유속은 1m/min이었다. 그 뒤 냉각 및 캐스팅 롤에서 평활화 공정을 수행하고 MD 방향으로 6배 연신하였다. 그 결과 제1 성분은 길이방향 단면의 장축길이는 변화가 없었으나 단축길이가 줄어들었다. 그 뒤 180℃ 에서 2분 동안 IR 히터를 통해 열고정을 수행하여 도 16과 같은 폴리머가 분산된 반사편광 필름을 제조하였다. 제조된 반사편광 필름의 제1성분의 굴절율은 (nx:1.88, ny:1.64, nz:1.64)이고 제2 성분의 굴절율은 1.64였다. 중합체의 종횡비는 대략 1/180000이고, 층수는 400 레이어이며, 단축길이(두께방향)은 84nm, 장축길이 15.5mm, 평균 광학적 두께는 138nm이었다. 이때 제조된 제조된 반사편광자 코어층 두께는 59 ㎛이며, 스킨층 두께는 상하면 총합이 170.5㎛이었다.
<비교예 1>
제1 성분으로서 굴절율이 1.65인 PEN과, 제2 성분으로서 디메틸테레프탈레이트와 디메틸-2,6-나프탈렌 디카르복실레이트가 6 : 4의 몰비로 혼합된 물질을 에틸렌 글리콜(EG)과 1 :2의 몰비로 반응시킨 굴절율이 1.64인 co-PEN 및 스킨층 성분으로서 폴리카보네이트 90중량% 및 폴리시클로헥실렌 디메틸렌테레프탈레이트(poly cyclohexylene dimethylene terephthalate, PCTG)가 10 중량%로 중합된 굴절율이 1.58인 폴리카보네이트 얼로이를 각각 각각 제1 압출부, 제2 압출부 및 제3 압출부에 투입하였다. 제1성분과 제2성분의 압출 온도는 295℃로 하고 Cap.Rheometer 확인하여 I.V. 조정을 통해 폴리머 흐름을 보정하고, 스킨층은 280℃ 온도 수준에서 압출공정을 수행하였다.
도 17, 18의 슬릿형 압출구금 4개를 이용하여 평균 광학적 두께가 상이한 4개의 복합류를 제조하였다. 구체적으로 제1 압출부에서 이송된 제1 성분을 4개의 슬릿형 압출구금에 분배하고, 제2 압출부에서 이송된 제2 성분을 4개의 슬릿형 압출구금에 이송하였다. 하나의 슬릿형 압출구금은 300 레이어로 구성되며, 도16의 제5 구금분배판의 저면의 제1 슬릿형 압출구금의 슬릿의 두께는 0.26㎜, 제2슬릿형 압출구금의 슬릿두께는 0.21㎜, 제3 슬릿형 압출구금의 슬릿두께는 0.17㎜, 제4 슬릿형 압출구금의 슬릿두께는 0.30㎜ 이고, 제6 구금분배판의 토출구의 직경은 15 mm 15 mm였다. 상기 4개의 슬릿형 압출구금을 통해 토출된 4개의 다층 복합류 및 별도의 유로를 통해 이송된 스킨층 성분이 컬렉션 블록에서 합지하여 단일 코어층 및 코어층의 양면에 일체로 형성된 스킨층으로 합지하였다. 상기 스킨층이 형성된 코어층 폴리머를 유속 및 압력구배를 보정하는 도 7, 8의 코트 행거다이에서 퍼짐을 유도하였다. 구체적으로 다이 입구의 폭은 200mm이고 두께는 20mm이며 다이출구의 폭은 960 mm이고, 두께는 2.4 mm이며, 유속은 1m/min이었다. 그 뒤 냉각 및 캐스팅 롤에서 평활화 공정을 수행하고 MD 방향으로 6배 연신하였다. 이어서 180℃ 에서 2분 동안 IR 히터를 통해 열고정을 수행하여 도 19와 같은 다층 반사형 편광자를 제조하였다. 제조된 반사형 편광자의 제1성분의 굴절율은 (nx:1.88, ny:1.64, nz:1.64)이고 제2 성분의 굴절율은 1.64였다. A그룹은 300층(150 반복단위)이며 반복단위의 두께는 168nm이고, 평균 광학적두께 275.5nm이며 광학적 두께편차는 20% 내외였다. B그룹은 300층(150 반복단위)이며 반복단위의 두께는 138nm이고, 평균 광학적두께 226.3nm이며 광학적 두께편차는 20% 내외였다. C그룹은 300층(150 반복단위)이며 반복단위의 두께는 110nm이고, 평균 광학적두께 180.4nm이며 광학적 두께편차는 20% 내외였다. D그룹은 300층(150 반복단위)이며 반복단위의 두께는 200nm이고, 평균 광학적두께 328nm이며 광학적 두께편차는20% 내외였다. 제조된 다층 반사형 편광자의 코어층 두께 92.4 ㎛, 스킨층 두께를 각각 153.8 ㎛로, 전체 두께가 400㎛가 되도록 하였다.
<실험예 1>
상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 반사편광자에 대하여 다음과 같은 물성을 평가하여 그 결과를 표 1 에 나타내었다.
1. 45° 비법선 입사각에 따른 제1 편광 및 제2 편광의 투과율 측정
투과율 측정을 위해 편광도 측정기(Jasco V7100)를 이용했고, 구체적으로 시료 셀을 입사광에 대해 45°되도록 장치에 장착한 후 파장별 제1 편광, 제2 편광의 투과율, 편광도를 측정했다.
또한, 실시예 1에 대한 제1 편광 및 제2 편광에 대한 파장별 투과율을 도 2에 나타내었다.
2. 상대 휘도
상기 제조된 반사편광자의 휘도를 측정하기 위하여 하기와 같이 수행하였다. 반사필름, 도광판, 확산판, 반사편광자가 구비된 32" 직하형 백라이트 유니트 위에 패널을 조립 한 후, 탑콘사의 BM-7 측정기를 이용하여 9개 지점의 휘도를 측정하여 평균치를 나타내었다.
상대휘도는 실시예 1의 복합 반사편광 필름의 휘도를 100(기준)으로 하였을 때, 다른 실시예 및 비교예의 휘도의 상대값을 나타낸 것이다.
3. 외관 색상
상대휘도 측정을 위해 제조된 패널에서 반사편광자의 외관을 육안으로 관찰하여 특정색 또는 무지개빛을 나타내지 않는 경우 0, 특정색을 나타내는 경우 그 정도에 따라 1 ~ 5로 나타내었다.
실시예 1 실시예2 비교예1
제1편광 파장별투과율 450nm 76 58 70
480nm 80 75 62
580nm 86 81 64
680nm 89 80 88
780nm 90 86 98
최소투과율1 )(%)/파장(nm) 76/450 85/450 42/630
투과율변동율2 )(%/nm) 0.042 0.084 0.084
제2 편광 최대투과율(%)/파장(nm) 13/780 19/780 10/420
물성 상대휘도 100 86 91
외관평가 0 2(주황) 3(붉음)
1) 최소투과율은 450 ~ 780nm 파장범위에서의 최소투과율을 의미함
2) 투과율 변동율은 (T2-T1)/(λ2- λ1)이고, 상기 λ1은 450nm이고, T1은 λ1에서의 제1 편광 투과율을 나타내며, 상기 λ2은 780nm이고, T2는 λ2에서의 제1 편광 투과율을 의미함.
구체적으로 상기 표 2를 통해 확인할 수 있듯이,
비교예 1과 같은 광학적으로 등방성인 성분과 이방성인 성분이 교호적층된 다층형 반사편광자는 45°비법선 입사광에 따른 제1 편광이 380 ~ 780nm의 파장범위에서의 투과율 중 최대투과율은 98%이며, 상기 최대투과율에서 투과율이 10% 감소한 투과율인 투과율 88%를 가지는 제1 편광의 파장은 약 680nm에서 형성됨에 따라 이러한 반사편광자는 외관평가에서 붉은색을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 또한, 최대투과율은 98%에 이르지만, 최소투과율을 기록한 630nm 이하의 파장범위에서 투과율이 70% 이하를 나타냄에 따라 휘도가 좋지 않았다.
이에 반하여, 실시예 1은 45°비법선 입사광에 따른 제1 편광이 380 ~ 780nm의 파장범위에서의 투과율 중 최대투과율에서 10% 감소한 투과율인 투과율 80%를 가지는 제1 편광의 파장이 약 480nm임에 따라 외관평가에서 특정한 색을 나타내지 않아 매우 우수함을 확인할 수 있다. 또한, 휘도 역시 가시광선 영역인 450nm ~780nm에서 76% 이상의 투과율을 보임에 따라 비교예 보다 우위인 것을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 2는 45°비법선 입사광에 따른 제1 편광이 380 ~ 780nm의 파장범위에서의 투과율 중 최대투과율에서 10% 감소한 투과율인 투과율 76%를 가지는 제1 편광의 파장이 480nm 보다 다소 큰 파장에서 형성됨에 따라 외관평가에서 주황빛을 나타내었고, 다만, 그 정도에 있어 비교예와 같이 강하지는 않아 비교예보다 외관평가에서 우수한 것을 확인할 수 있으나 휘도에는 비교예 1보다 저하된 것을 확인할 수 있다.
한편, 투과율 변동율에 있어 실시예1은 그 변동의 폭이 매우 좁아 외관평가 결과가 좋았으나, 실시예 2 및 비교예의 경우 변동의 폭이 큰 것을 알 수 있고, 이를 통해 투과율 변동율 클수록 외관에 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있다.

Claims (16)

  1. 투과축에 평행한 제1 편광은 투과시키고, 소광축에 평행한 제2 편광은 반사시키는 반사편광자에 있어서,
    입사각이 45°인 광선에 따른 상기 제1 편광에 대한 380 ~ 780nm의 파장범위에서의 투과율 중 최대투과율은 89 ~ 93%이며, 상기 최대 투과율보다 10% 감소한 투과율을 가지는 제1 편광의 파장은 450 ~ 490nm인 것을 특징으로 하는 반사편광자.
  2. 제1항에 있어서,
    입사각이 45°인 광선에 따른 제1 편광은 450 ~ 780nm 파장범위에서 투과율이 72% 이상인 것을 특징으로 하는 반사편광자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 파장범위에 따른 제1 편광 투과율 중 최저 투과율을 가지는 제1 편광의 파장과 동일한 파장에서의 제2 편광의 투과율은 5% 이하인 것을 특징으로 하는 반사편광자.
  4. 제1항에 있어서,
    입사각이 45°인 광선에 따른 제1 편광은 480 ~ 580nm 파장범위에서 가시광선 투과 균일도가 8% 이하이고, 580 ~ 780nm의 파장범위에서 가시광선 투과 균일도가 5% 이하인 것을 특징으로 하는 반사편광자.
  5. 제1항에 있어서,
    입사각이 45°인 광선에 따른 상기 제2 편광은 380 ~ 780nm 파장범위에서 반사율이 15% 이하인 것을 특징으로 하는 반사편광자.
  6. 제1항에 있어서,
    입사각이 45°인 광선에 따른 상기 제1 편광은 480nm 파장에서 투과율이 79 ~ 83%, 580nm 파장에서 투과율이 85 ~ 88%, 680nm 파장에서 투과율이 88 ~ 92%, 780nm 파장에서 투과율이 89 % 이상인 것을 특징으로 하는 반사편광자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 최대 투과율보다 20% 감소한 투과율을 가지는 제1 편광의 파장은 420nm 이하인 것을 특징으로 하는 반사편광자.
  8. 투과축에 평행한 제1 편광은 투과시키고, 소광축에 평행한 제2 편광은 반사시키는 반사편광자에 있어서,
    입사각이 45°인 광선에 따른 제1 편광의 450 ~ 780nm 파장범위에서 하기 수학식 1에 따른 투과율 변화율이 0.06%/nm 이하인 것을 특징으로 하는 반사편광자;
    [수학식 1]
    Figure pat00003

    상기 λ1은 450nm이고, T1은 λ1에서의 제1 편광 투과율을 나타내며, 상기 λ2은 780nm이고, T2는 λ2에서의 제1 편광 투과율을 나타낸다.
  9. 제8항에 있어서,
    입사각이 45°인 광선에 따른 상기 제2 편광은 450 ~ 780nm에서 투과율이 15% 이하인 것을 특징으로 하는 반사편광자.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 파장범위에서 제1 편광의 투과율은 72% 이상인 것을 특징으로 하는 반사편광자.
  11. 제8항에 있어서,
    입사각이 45°인 광선에 따른 상기 제1 편광은 480nm 파장에서 투과율이 79 ~ 83%, 580nm 파장에서 투과율이 85 ~ 88%, 680nm 파장에서 투과율이 88 ~ 92%, 780nm 파장에서 투과율이 89 % 이상인 것을 특징으로 하는 반사편광자.
  12. 제1항 또는 제8항에 있어서, 상기 반사편광자는
    기재; 및
    상기 기재 내부에 분산되어 포함되는 복수개의 분산체;를 포함하는 폴리머 분산형 반사편광자인 것을 특징으로 하는 반사편광자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수개의 분산체 중 적어도 2개는 단면적이 상이한 것을 특징으로 하는 반사편광자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수개의 분산체는 기재 내부에 랜덤하게 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 반사편광자.
  15. 제1항 또는 제8항에 따른 반사편광자를 포함하는 백라이트 유닛.
  16. 제15항에 따른 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치.
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