KR20160090328A - 지연 층을 포함하는 광학 필름 스택 - Google Patents

지연 층을 포함하는 광학 필름 스택 Download PDF

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Abstract

광학 필름 스택이 기술된다. 특히, 반파장 지연 층을 포함하는 광학 필름 스택이 기술된다. 1/4 파장 및 3/4 파장 지연 층으로부터 형성된 수색성 반파장 층을 포함하는 수색성 반파장 지연 층이 기술된다. 반파장 지연 층의 파장 분산을 감소시키도록 조정되는 반사 편광기를 포함하는 필름 스택이 또한 기술된다.

Description

지연 층을 포함하는 광학 필름 스택{OPTICAL FILM STACK INCLUDING RETARDATION LAYER}
백라이트에서, 광을 재순환시켜 디스플레이의 궁극적인 효율 및 휘도를 향상시키기 위해 반사 편광기(reflective polarizer)가 사용된다. 흡수 편광기 등은 액정 모듈에 의한 적절한 변조를 위하여 광을 편광시키도록 액정 모듈과 함께 사용된다. 일부 제조 공정에서, 롤 형태의 반사 편광기들은 횡방향(즉, 롤의 폭방향)으로 그들의 반사 축(즉, 차단 축(block axis) 또는 느린 축(slow axis))을 가질 수 있다. 롤 형태의 흡수 편광기들은 롤의 길이 방향(즉, 기계 방향(machine direction))을 따라 그들의 흡수 축을 갖는다. 필름 스택(stack) 내부에서 반사 축과 흡수 축을 정렬하는 것이 바람직할 수 있는 경우에, 편광기들의 롤들 중 하나 또는 둘 모두가 절단 및 회전되는 것이 필요하여, 제조 시간 및 공정 비용을 증가시킬 것이다.
일 태양에서, 본 발명은 광학 필름 스택에 관한 것이다. 광학 필름 스택은 상부 표면, 저부 표면, 투과 축 및 반사 축을 갖는 반사 편광기를 포함한다. 광학 필름 스택은 또한 상부 표면, 반사 편광기의 상부 표면 상에 배치되는 저부 표면, 및 반사 편광기의 투과 축에 대하여 실질적으로 45° 배향된 느린 축을 갖는 수색성 반파장 지연 층(achromatic half-wave retardation layer)을 포함한다. 광학 필름 스택은 또한 수색성 반파장 지연 층의 상부 표면 상에 배치되는 저부 표면, 및 반사 편광기의 투과 축에 대하여 실질적으로 90° 배향된 투과 축을 갖는 흡수 편광기를 포함한다.
다른 태양에서, 본 발명은 상부 표면, 저부 표면, 투과 축 및 반사 축을 갖는 반사 편광기를 포함하는 광학 필름 스택에 관한 것이다. 광학 필름 스택은 또한 상부 표면, 반사 편광기의 상부 표면 상에 배치되는 저부 표면, 및 반사 편광기의 투과 축에 대하여 실질적으로 45° 배향된 느린 축을 갖는 제1 지연 층; 및 상부 표면, 제1 지연 층의 상부 표면 상에 배치되는 저부 표면, 및 반사 편광기의 투과 축에 대하여 실질적으로 45° 배향되고 제1 지연 층의 느린 축에 대하여 실질적으로 90° 배향된 느린 축을 갖는 제2 지연 층을 포함한다. 광학 필름 스택은 또한 제2 지연 층의 상부 표면 상에 배치되는 저부 표면, 및 반사 편광기의 투과 축에 대하여 실질적으로 90° 배향된 투과 축을 갖는 흡수 편광기를 포함한다. 제1 및 제2 지연 층들은 함께 수색성 반파장 지연 층으로서 구성된다. 일부 실시 형태에서, 제1 지연 층은 3/4 파장 지연 층이고, 제2 지연 층은 1/4 파장 지연 층이다. 일부 실시 형태에서, 제2 지연 층은 액정 층을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 제1 지연 층은 필름을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 액정 층은 1 내지 1.3 마이크로미터의 두께를 갖고, 일부 실시 형태에서, 액정 층은 1.18 내지 1.24 마이크로미터의 두께를 갖는다.
또 다른 태양에서, 본 발명은 상부 표면, 저부 표면, 투과 축 및 반사 축을 갖는 조정된(tuned) 반사 편광기; 상부 표면, 반사 편광기의 상부 표면 상에 배치되는 저부 표면, 및 반사 편광기의 투과 축에 대하여 실질적으로 45° 배향된 느린 축을 갖는 반파장 지연 층; 및 수색성 반파장 지연 층의 상부 표면 상에 배치되는 저부 표면, 및 반사 편광기의 투과 축에 대하여 실질적으로 90° 배향된 투과 축을 갖는 흡수 편광기를 포함하는 광학 필름 스택에 관한 것이다. 조정된 반사 편광기는 반파장 지연 층의 파장 분산(wavelength dispersion)을 감소시키도록 조정된다.
일부 실시 형태에서, 광학 필름 스택은 또한 반사 편광기의 저부 표면 상에 배치된 1/4 파장 지연 층을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 수색성 반파장 지연 층의 지연 값은 가시광의 파장에 따라 직접적으로 변화한다. 일부 실시 형태에서, 실질적으로 45°는 35° 이상 55° 이하, 40° 이상 50° 이하, 또는 44° 이상 46° 이하를 의미한다. 일부 실시 형태에서, 실질적으로 90°는 80° 이상 100° 이하, 85° 이상 95° 이하, 또는 89° 이상 91° 이하를 의미한다. 광학 필름 스택은 롤 형태일 수 있다.
도 1은 지연 층을 포함하는 광학 필름 스택의 분해 상부 사시도.
도 2는 도 1의 광학 필름 스택의 분해 정면도.
도 3은 지연 층을 포함하는 다른 광학 필름 스택의 분해 상부 사시도.
도 4는 예시적인 광학 필름 스택에서 액정 중합체의 다양한 두께에 대한 파장의 함수로서 투과율(transmittance)을 나타내는 그래프.
도 5는 예시적인 광학 필름 스택에 대한 액정 두께의 함수로서 다양한 시야각(viewing angle)에서의 색상 시프트(color shift)를 나타내는 그래프.
도 6은 다양한 지연기 정렬에 대한 파장의 함수로서 투과율을 나타내는 그래프.
도 7은 상이한 시야각에 대한 지연기 정렬의 함수로서의 색상 시프트를 나타내는 그래프.
도 8은 예시적인 광학 필름 스택에서 상이한 액정 및 사이클로-올레핀 중합체 필름 정렬에 대한 파장의 함수로서의 투과율을 나타내는 그래프.
일부 백라이트 응용에서, 표준 반사 편광기/흡수 편광기 구조물과 유사한 성능을 갖지만 롤-투-롤(roll to roll) 공정을 통해 제조될 수 있는 광학 필름 스택을 이용하는 것이 유용할 수 있다. 또한, 반사 편광기 필름 및 흡수 편광기 필름의 표준 롤들을 사용하고 롤 형태로 전달 및 보관될 수 있는 광학 필름 스택을 이용하는 것이 유용할 수 있다.
종래의 제조 공정에서 그리고 종래의 재료 선택에 의해, 반사 편광기는 반사 축(즉, 반사 편광기에 의해 우선적으로 반사된 편광 상태에 평행한 축)이 필름의 폭 방향을 따라 있도록 신장된다. 필름 라인 용어에서, 이는 (필름의 길이에 따른 기계 방향과는 대조적으로) 횡방향으로 지칭된다.
종래의 염료-스톡(dye-stock) 흡수 편광기는, 통상적으로 제조되는 반사 편광기와는 대조적으로, 기계 방향으로 정렬되어, 흡수 축이 실질적으로 흡수 편광기 필름의 길이를 따라 있게 된다.
일부 백라이트에서, 액정 모듈은 광의 편광을 변조하는 데 사용된다. 이들 액정은 전압이 액정 모듈을 가로질러 인가되는지 여부 및 액정의 유형에 따라 꼬임(twist)의 상이한 배향 및 정도를 가질 수 있다. 예를 들어, 꼬인 네마틱(twisted nematic) 형태 액정 모듈에서, 액정 모듈의 구조는 오프(off) 상태(즉, 전압이 인가되지 않을 때)에서 액정이 광의 편광을 90°만큼 회전 또는 변조하도록 되어 있다. 온(on) 상태에서, 즉 액정 모듈을 배향시키기에 충분한 전압이 인가될 때, 액정 분자들은 정렬되고 입사 광의 그 극성을 회전 또는 변조시키지 않는다. 이들에서, 교차된 편광기들이 예를 들어 액정 모듈의 어느 일측에 배치된다. 따라서, 광이 변조되지 않은 상태로 유지되고 90°로 배향된 편광기에 의해 소멸되기 때문에, 광은 온 상태에서 차단될 수 있다. 마찬가지로, 편광이 흡수 편광기의 투과 축과 실질적으로 정렬되도록 90° 회전됨에 따라, 광은 오프 상태에서 실질적으로 투과될 수 있다.
이들 구성의 일부에서, 반사 편광기 및 흡수 편광기는 바람직한 광학적 특성을 제공하기 위하여 서로 상부에 배치된다. 예를 들어, 반사 편광기는 고 반사성 필름 또는 표면과 함께 사용되어, 광 재순환 공동(cavity)을 제공할 수 있다. 반사 편광기를 통해 우선적으로 투과되는 편광 상태를 갖는 광은 통과되지만, 직교 편광 상태를 갖는 광이 우선적으로 반사된다. 반사된 편광 상태를 갖는 광은 우선적으로 투과된 편광 상태를 갖기 전까지(이상적으로는 적은 흡수 손실로) 전후로 반사될 수 있다. 이는 최대의 유용한 광이 투과되는 것을 보장하는 대신에, 흡수 편광기에 의해 단순히 흡수되는 낭비되는 광을 최소화할 수 있다. 흡수 편광기는 도움이 되는 반사 방지 또는 결함 은폐 특성을 제공할 수 있다. 반사 편광기 및 흡수 편광기 조합은 소정 편광 상태를 갖는 광을 선택하도록 효과적으로 기능할 수 있기 때문에, 반사 축 및 흡수 축을 각각 정렬되게 하는 것(또는 다른 의미로, 그들의 투과 축들을 정렬되게 하는 것)이 유리할 수 있다.
불행하게도, 종래의 제조 공정은 롤들이 서로 직교하도록 배향된 투과 축들을 갖게 하기 때문에, 그들의 투과 축들이 정렬된 흡수 편광기와 반사 편광기를 갖는 시트(sheet)를 제공하기 위하여 요구되는 고비용의 변환 단계가 있다. 이는 일반적으로 시트 대 롤(sheet to roll) 적층 공정인데, 여기서 반사 편광기는 축들을 정렬하기 위하여 절단되고 90° 회전된다. 이 공정은 시간 소모적이고 더 비쌀 뿐만 아니라, 변환 단계는 또한 결함을 도입할 가능성을 크게 증가시키고, 이는 적층된 필름 스택의 수율 또는 사용가능 부분을 저하시킬 수 있다.
도 1은 반파장 지연 층을 포함하는 필름 스택의 분해 상부 사시도이다. 필름 스택(100)은 반사 편광기(110), 반파장 지연 층(120) 및 흡수 편광기(130)를 포함한다. 필름 스택(100)의 필름들은 서로 광학 접촉 상태에 있는데, 서로 상에 적층되거나 부착되거나 달리 배치되어 있다. 일부 실시 형태에서, 필름 스택(100)의 필름들 또는 층은 감압 접착제, 광학적으로 투명한 접착제, UV 경화성 접착제, 또는 폴리비닐 알코올 유형의 접착제 중 하나 이상에 의해 부착된다. 일부 실시 형태에서, 필름 스택(100)의 필름들 또는 층들은 실질적으로 동일한 치수이거나 동일한 공간에 걸쳐 있다. 일부 실시 형태에서, 반파장 지연 층(120)의 저부 표면은 반사 편광기(110)의 상부 표면 상에 배치된다. 그리고, 일부 실시 형태에서, 흡수 편광기(130)의 저부 표면은 반파장 지연 층(120)의 상부 표면 상에 배치된다.
반사 편광기(110)는 와이어-그리드 편광기 또는 다층 복굴절 반사 편광기를 포함하는 임의의 적합한 반사 편광기일 수 있다. 적합한 반사 편광기는, 예를 들어 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 입수가능한 듀얼 브라이트니스 인핸싱 필름(Dual Brightness Enhancing Film(DBEF)) 또는 어드밴스드 폴라라이징 필름(Advanced Polarizing Film(APF))을 포함한다. 반사 편광기(110)는 도 1에 도시된 바와 같이 대체로 필름의 길이 방향에 따른 투과 축을 가질 수 있다. 반사 편광기(110)는 그의 반사 또는 투과 스펙트럼, 구조적 내구성, 또는 탈층(delamination) 또는 왜곡(warp) 저항성과 같은 다른 물리적 또는 광학적 특성을 위하여 선택될 수 있다.
반파장 지연 층(120)은 임의의 적합한 구조를 가질 수 있다. 일반적으로, 반파장 지연 층은 복굴절 재료의 층을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 반파장 지연 층(120)은 필름 또는 기재(substrate), 예컨대 사이클로-올레핀 중합체 기재, 셀룰로오스 트라이아세테이트(트라이아세틸 셀룰로오스), 또는 폴리카르보네이트 상에 코팅된 액정 중합체이다. 일부 실시 형태에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 반파장 지연 층(120)은 반사 편광기(110)의 투과 축에 대하여 실질적으로 45°로 배향된 느린 축을 가질 수 있다. 이러한 응용을 위하여, 실질적으로 45° 및 실질적으로 135°의 배향은 투과 축의 양방향성 성질을 고려해 볼 때 2개의 축들 사이에서 실질적으로 동등한 것으로 고려될 수 있다. 그러나, 3개 이상의 축을 비교할 때, 서로 90° 배향될 수 있는 2개의 축을 구별하기 위하여 실질적으로 45° 및 실질적으로 135°가 사용될 수 있다. 실질적으로 45°는 또한 정밀하게 45°로 제한되지 않는 것으로 이해될 수 있는데, 대신에 축들의 정렬은 45°의 10° 내, 5° 내, 또는 1° 내일 수 있다. 정렬은 일부 경우에 제조성(예컨대, 에러 공차)과 광학 성능 사이의 절충일 수 있고, 적절한 균형은 요구되는 응용에 따라 결정된다. 그럼에도 불구하고, 정밀한 정렬은, 모델링된 실시예에 나타낸 바와 같이, 많은 응용에서 실제로 중요하지 않을 수 있다. 이러한 응용을 위하여, 지연기 및 지연 층이라는 용어는 상호교환가능하게 사용된다.
일부 경우에, 반파장 지연 층(120)은 수색성 지연 층일 수 있다. 다시 말하면, 반파장 지연 층(120)은 입사 광의 파장에 따라 편광을 더 많이 또는 더 적게 회전 또는 변조시킬 수 있다. 일부 실시 형태에서, 도 3과 관련하여 도시되고 기술된 바와 같이, 수색성 반파장 지연 층은 2개의 90°-정렬된 3/4 파장 및 1/4 파장 지연 층들의 2-부품 구조를 포함할 수 있다.
수색성 반파장 지연 층은 일부 실시 형태에서, 종래의 반파장 지연 층에서의 광의 비선형 파장-종속적(wavelength-dependent) 변조를 보상하여, 투과를 대신에 상대적으로 평탄하게 하거나, 선형이게 하거나, 또는 임의의 요구되는 스펙트럼과 일치하게 하거나 이에 접근하게 하기 위하여 사용될 수 있다. 이는 색상의 시프트 또는 다른 아티팩트를 최소화하거나 제거할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 요구되는 수색성은 소정 파장-특정 지연을 설계 또는 선택함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 수색성 반파장 지연기는 400 nm 광에 대하여 200 nm 그리고 800 nm광에 대하여 400 nm(파장의 절반에 대응함)의 지연(즉, 입사광의 직교 필드 성분들 중 하나의 성분의 경로 길이에서의 차이)을 가질 수 있다. 그러나, 정밀한 선형 수색성은 일부 실시 형태에서는 필요하지 않고, 따라서 실제 지연 값은 반파장 값의 10% 내, 7.5% 내, 5% 내 또는 2% 내일 수 있다. 유사하게, 1/4 및 3/4 파장 수색성 지연기에 대하여, 이들 지연기의 실제 지연 값들은 그들의 1/4 및 3/4 파장 값들 각각의 유사한 백분율 범위들 내일 수 있다.
일부 실시 형태에서, 반사 편광기(110)는, 종래의 반파장 지연 층의 파장-종속적 변조를 보상하기 위하여, 광학 반복 유닛의 재료 및 층 두께의 신중한 선택을 통해 조정될 수 있다. 다시 말하면, 조정된 반사 편광기는 반파장 지연 층의 파장 분산을 감소시키도록 조정될 수 있다. 광학 반복 유닛으로 불리는 마이크로 층들의 각각의 세트의 광학적 두께(재료의 굴절률이 곱해진 물리적 두께)는 보강 간섭을 통해 그의 광학 두께의 약 2배인 파장의 광을 반사시킨다. 조정된 반사 편광기를 설계할 때, 이들 층의 배열은 파장에 기초하여 더 많거나 더 적은 반사를 제공하는 데 이용될 수 있다.
흡수 편광기(130)는 중합체 재료를 포함한 임의의 적합한 재료일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 흡수 편광기(130)는 폴리비닐 알코올을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 흡수 편광기는 편광 또는 이색성(dichroic) 염료를 포함한 편광 요소를 포함할 수 있다. 편광 요소는 소정 편광의 광을 우선적으로 흡수할 수 있고, 제2 직교 편광의 광을 우선적으로 투과시킬 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 투과 축은 반사 편광기(110)의 투과 축에 실질적으로 직교이고, 반파장 지연 층(120)의 느린 축으로부터 실질적으로 45°(또는 135°)이다.
일부 실시 형태에서, 추가 또는 중간 필름, 층 또는 구성요소가 포함될 수 있는데, 예를 들어 확산 층, 회전 층 또는 기재 층이 일부 응용에서 적절하거나 바람직할 수 있다. 광학 필름 스택(100)은, 전체적으로, 임의의 적합한 두께일 수 있다.
도 2는 도 1의 광학 필름 스택의 정면도이다. 도 1의 광학 필름 스택(100)에 대응하는 광학 필름 스택(200)은 반사 편광기(210), 반파장 지연 층(220) 및 흡수 편광기(230)를 포함한다. 광학 필름 스택의 기본적인 광학적 기능 및 메커니즘을 예시하기 위해 광선들이 도시되어 있다. 도 1의 참조는 도 2에 고려된 대응하는 층의 투과 축 및 느린 축의 예시적인 배향을 명심하는 데 유용할 수 있다.
비편광 광(unpolarized light)(211)은 반사 편광기(210)의 제1 주 표면 상에 입사한다. 비편광 광은 고르게 또는 무작위로 분포된 편광 상태를 가질 필요가 없는데, 사실, 일부 실시 형태에서의 비편광 광은 실제로 적어도 부분적으로 편광된 광일 수 있다. 그러나, 도 2에서의 설명의 용이함을 위하여, 그리고 도 2에서의 비편광 광(211)이 소정 편광 상태를 우선적으로 투과시키는 편광기를 아직 통과하지 않았기 때문에, 비편광 광(211)은 알려지지 않은 또는 임의의 편광 상태 또는 편광 상태의 분포를 갖는 광으로서 처리될 수 있다.
도 1의 반사 편광기(110)에 대응하는 반사 편광기(210)는 그의 투과 축에 평행한 편광 상태를 갖는 광을 우선적으로 투과시킨다. 따라서, 제1 편광 상태를 갖는 제1 투과 광(212)이 우선적으로 투과된다. 반사 편광기(210)의 투과 축에 대하여 직교 편광 상태를 갖는 광은 반사 광(213)으로서 우선적으로 반사된다. 일부 실시 형태에서, 반사 또는 투과 비(ratio)는 파장 또는 입사각에 기초하여 변할 수 있고, 따라서 일부 실시 형태에서 둘 모두의 편광 상태는 적어도 부분적으로 투과되고 적어도 부분적으로 반사될 수 있음에 주목한다. 일부 실시 형태에서, 이 현상은 색상 또는 출사각을 제어하기 위하여 활용될 수 있다.
제1 투과 광(212)은 반파장 지연 층(220) 상에 입사된다. 반파장 지연 층(220)은 직교 편광된 제2 투과 광(214)으로의 제1 투과 광(212)의 편광을 회전 또는 변조시키도록 구성된다. 이 응용을 위하여, 회전 및 변조는 편광 상태 변화의 전체 효과를 기술하기 위하여 이용되지만, 당업자는 특정 메커니즘, 예컨대 나선형 액정 구조에 기인한 평면내(in-plane) 복굴절 대 회전에 기초한 축-특정 지연이 용어를 변경함이 없이 일부 실시 형태에서 상호교환되거나 조합될 수 있음을 이해할 것이다. 도 1과 관련하여 기술된 바와 같이, 일부 실시 형태에서, 이러한 편광 회전은 파장 종속적일 수 있고, 따라서 수색성 반파장 지연 층 - 즉, 이러한 파장 종속적 회전을 변경하는 반파장 지연 층 - 이 이용될 수 있다.
전반적으로, 제2 투과 광(214)은 반파장 지연 층(220)을 통해 투과되고, 이제 제1 투과 광(212)에 대해 직교 배향된 편광 상태를 갖는다. 일부 실시 형태에서, 제2 투과 광(214)은 바람직하게는 제1 투과 광(212)과 유사한 강도를 가질 수 있는데, 이는 반파장 지연 층(220)으로부터 낮은 흡수 또는 반사 손실을 요구한다. 이후에, 제2 투과 광(214)은 흡수 편광기(230) 상에 입사되는데, 흡수 편광기는 도 1을 다시 참조하면 반사 편광기(210)에 직교 배향된 투과 축을 갖는다. 그러나, 반파장 지연 층(220)으로부터의 편광 회전 때문에, 반사 편광기(210)를 통해 투과된 광의 편광 상태는 흡수 편광기(230) 상에 입사된 (그리고 궁극적으로 흡수 편광기를 통해 투과된) 광에 유사하게 직교 배향된다.
흡수 편광기(230)는 사실 흡수 편광기일 필요는 없지만, 일부 실시 형태에서 흡수 편광기로서 이를 구성함으로써 소정 백라이트 구성에서 잠재적으로 산만한 반사를 최소화하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 반파장 지연 층(220)은 출사 광(216)이 요구되는 휘도 또는 색상 성능을 갖도록 제2 투과 광(214)에 대한 파장의 함수로서 적절한 편광 상태 분포를 투과시킬 수 있다. 그럼에도 불구하고, 출사 광(216)은 흡수를 통해 투과되고(216), 일부 실시 형태에서 픽셀화된 액정 디스플레이를 포함한 다른 필름 또는 백라이트 구성요소에 추가로 입사될 수 있다. 본질적으로, 함께, 반사 편광기(210) 및 반파장 지연 층(220)은 반사 편광기(210)의 실제 투과 축에 직교 배향된 투과 축을 시뮬레이팅하도록 기능한다. 다르게 보면, 흡수 편광기(230) 및 반파장 지연 층(220)은 흡수 편광기(230)의 실제 투과 축에 직교 배향된 투과 축을 시뮬레이팅하도록 함께 기능한다.
도 3은 지연 층을 포함하는 다른 광학 필름 스택의 분해 상부 사시도이다. 어느 의미에서, 도 3은 반사 편광기(310), 지연기 필름 층(320), 액정 층(322) 및 흡수 편광기(330)를 포함하는 광학 필름 스택(300)을 도시한다. 광학 필름 스택(300)의 기능 및 구성은 도 1의 광학 필름 스택(100)과 유사하지만, 지연기 필름 층(320) 및 액정 층(322)이 반파장 지연 층(120) 대신에 사용된다. 도 3의 도면에서 2개의 층으로의 이러한 분할은 설명의 용이함을 위한 것이고, 이 도면에 대하여 기술된 구성은 단층 반파장 지연 층이 참조되는 곳에 동등하게 적용할 수 있다. 다시 말하면, 도 3에 기술된 2층 구성은 단층 구성과 기능적으로 동등할 수 있고, 적절한 대로 치환될 수 있다. 지연기 필름 층(320)의 저부 표면은 반사 편광기(310)의 상부 표면 상에 배치될 수 있고, 액정 층(322)의 저부 표면은 지연기 필름 층(320)의 상부 표면 상에 배치될 수 있으며, 흡수 편광기(330)의 저부 표면은 액정 층(322)의 상부 상에 배치될 수 있다. 이러한 개시 내용에서의 다른 실시 형태에서처럼, 광학적으로 투명한 접착제 및 감압 접착제를 포함하는 적합한 접착제, 적층 또는 다른 부착 메커니즘이 사용될 수 있고, 층들은 여전히 서로 상에 배치되는 것으로 고려된다.
지연기 필름 층(320)은 일부 실시 형태에서 3/4 파장 지연 층일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 지연기 필름 층(320)은 사이클로-올레핀 중합체 지연 층일 수 있다. 지연기 필름 층(320)의 느린 축은 도 3에 도시된 바와 같이, 즉 반사 편광기(310)의 투과 축으로부터 실질적으로 45°로 배향될 수 있다.
액정 층(322)은 지연기 필름 층(320) 상에 배치되고, 그의 느린 축이 지연기 필름 층(320)의 느린 축에 직교 배향된 상태에서 1/4 파장 지연 층으로서 기능할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 액정 층(322)은 본질적으로 지연기 필름 층(320) 상의 액정 코팅일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 액정 층(322)은 반응성 메소겐(mesogen) 액정을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 액정 층(322)의 정렬 및 두께는 지연기 필름 층(320)과 함께 반파장 지연 층을 시뮬레이팅하도록 설계 또는 선택될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 액정 층의 이들 특징은, 지연기 필름 층(320)과 함께, 다른 곳에서 기술된 바와 같은 수색성 반파장 지연 층을 제공하도록 선택될 수 있다. 광학 필름 스택의 전체 특성의 복잡한 제어는 액정 층(322)의 재료 선택, 정렬 및 두께를 통해 가능해질 수 있다. 따라서, 일부 실시 형태에서, 액정 층(322)은 요구되는 색상 성능 또는 휘도를 제공하도록 설계 또는 조절될 수 있다.
실시예
실시예 1
LCD 디스플레이에 사용되는 필름 스택을 위한 파장의 함수로서 투과율을 결정하기 위하여 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션을 사나이 시스템 컴퍼니 엘티디.(Sanayi System Co. Ltd.)(한국 인천)로부터 구매가능한 시뮬레이션 소프트웨어인 테크위즈 엘씨디 1디 플러스(TechWiz LCD 1D Plus)를 이용하여 실행하였다. 모든 시뮬레이션에서 테크위즈 데이터베이스에 의해 제공된 램버시안(Lambertian) 광원 옵션을 사용하였다.
필름 스택은 흡수 편광기와 반사 편광기 사이에 지연기를 포함하였고, 여기서 편광기들을 반사 편광기의 패스 축이 흡수 편광기의 패스 축과 직교하도록 배치하였다. 지연기를 3/4 파장 사이클로-올레핀 중합체(COP) 지연기로서 모델링하였는데, 이때 액정(LC) 중합체 지연기를 LC 지연기의 느린 축이 COP 지연기의 느린 축에 대해 90도이도록 COP 지연기 상에 배치하였다. 3/4 파장 지연기를 그의 느린 축이 반사 편광기의 패스 축에 대하여 45도이도록 배치하였고, LC 지연기를 그의 느린 축이 반사 편광기의 패스 축에 대하여 -45도이도록 배치하였다.
시뮬레이션에서 모델링된 필름 스택은 제온 코포레이션(Zeon Corp.)으로부터 구매가능한 COP 지연기를 대표하는 것으로서 선택된 표 1에 주어진 굴절률들을 갖는 COP 지연기를 사용하였다. x-축은 느린 축을 지칭하고, y-축은 느린 축에 수직이고 지연기 필름의 평면 내에 있으며, z-축은 두께 방향으로 있다.
[표 1]
Figure pct00001
3/4 파장 지연기를 시뮬레이팅하기 위하여, COP 지연기의 두께 d는 표 2에 나타낸 지연 값을 주는 70 마이크로미터로 취해졌고, 여기서 Re = (nx - ny) d 및 Rth = [(nx + ny)/2 - nz]d.
[표 2]
Figure pct00002
LC 지연기에서 사용된 LC는 표 3에 주어진 드문 굴절률(ne) 및 통상의 굴절률(no)을 갖는 5CB (4-펜틸-4'-시아노바이페닐)이도록 취해졌다.
[표 3]
Figure pct00003
LC 층의 두께를 시뮬레이션에서 1.04 마이크로미터로부터 1.28 마이크로미터까지 변화시켰다. 1.04 마이크로미터에서의 지연이 표 4에 주어져 있고, 1.28 마이크로미터에서의 지연이 표 5에 주어져 있다.
[표 4]
Figure pct00004
[표 5]
Figure pct00005
비교를 위하여, 39 마이크로미터의 두께를 갖는 표 1에 주어진 굴절률을 갖는 COP 지연기 필름을 모델링하였다. 이는 표 6에 주어진 지연 값을 갖는 대략 1/2 파장 지연기를 제공하였다.
[표 6]
Figure pct00006
반사 편광기 및 흡수 편광기의 종래의 구조 - 2개의 편광기들 사이에 지연기가 없고 흡수 편광기와 반사 편광기의 패스 축이 정렬됨 - 를 또한 시뮬레이팅하였다.
LC 층의 다양한 두께에 대한 파장의 함수로서의 투과율이 표 7 및 도 4에 제공되어 있다. 지연기가 없는 경우에 비해 1/2 파장 COP 지연기가 강한 파장 종속성을 보여주는 것을 알 수 있다. 수색성 지연기의 사용은 결과를 상당히 개선시켰다.
[표 7]
Figure pct00007
색상은 CIE 색도 Yxy 좌표에 의해 특징지어졌다. 지연기를 갖지 않는 정렬된 반사 및 흡수 편광기들을 갖는 경우에 대한 색상 시프트 파라미터 Δx 및 Δy가 축상 시야(on-axis viewing)(각좌표: Θ=0°, Φ=0°), 수평 축외 시야(horizontal off-axis viewing)(각좌표: Θ=45°, Φ=0°), 및 대각선 축외 시야(diagonal off-axis viewing)(각좌표: Θ=45°, Φ=45°)에 대하여 표 8 및 도 5에 주어져 있다. 지연기를 갖지 않는 정렬된 편광기의 경우는 정의에 의해 0의 색상 시프트를 갖는 반면, 회전된 편광기들 사이의 1/2 파장 COP 지연기의 경우는 도 5의 눈금을 벗어나 있는 축외 색상 시프트를 갖는다.
[표 8]
Figure pct00008
실시예 2
LC 지연기의 두께를 1.22 마이크로미터로 고정하고 COP 지연기의 느린 축과 반사 편광기의 통과 축 사이의 각도(이하, COP 각)를 45도로부터 60도까지 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 같이 시뮬레이션을 수행하였다. LC 지연기의 느린 축과 반사 편광기의 패스 축 사이의 각도(이하, LC 각)를 -45도로부터 -30도까지 변화시켜, COP 지연기의 느린 축과 LC 지연기의 느린 축 사이의 상대 각도를 90도(즉, LC 각은 COP 각에서 90도를 뺀 것이었음)로 유지시켰다.
몇몇의 상이한 COP 각에 대한 투과율 대 파장이 도 6에 도시되어 있다. (45도의 COP 각에 대한) 상대 투과율이 표 9에 주어져 있다. 도 6 및 표 9로부터, COP 각이 45도로부터 멀리 이동함에 따라 상대 투과율이 초기에 아주 천천히 하강한다는 것을 알 수 있다.
[표 9]
Figure pct00009
COP 각이 45도인 경우에 대한 색상 시프트가 표 10 및 도 7에 주어져 있는데, 여기서 색상 시프트가 45도 내지 약 50도의 각도에 대하여 COP 각에 아주 민감하지는 않다는 것을 알 수 있다.
[표 10]
Figure pct00010
실시예 3
LC 지연기의 두께를 1.22 마이크로미터로 고정하고 COP 지연기의 느린 축과 반사 편광기의 패스 축 사이의 각도를 45도로부터 35도까지 변화시키면서, LC 지연기의 느린 축과 반사 편광기의 패스 축 사이의 각도를 -45도로부터 -35도까지 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 같이 시뮬레이션을 수행하였다. COP 지연기의 느린 축과 LC 지연기의 느린 축 사이의 상대 각도를 90도로부터 70도까지 변화시켰다.
COP 각과 LC 각의 3개의 조합에 대한 투과율 대 파장이 도 5에 도시되어 있다. COP 각이 45도이고 LC 각이 -45도인 경우에 대한 색상 시프트가 표 11에 주어져 있다. 도 8 및 표 11로부터, 투과율 및 색상 시프트가 45도 및 -45도 각각으로부터의 COP 각 및 LC 각의 작은 편차에 아주 민감하지는 않다는 것을 알 수 있다.
[표 11]
Figure pct00011
하기는 본 발명에 따른 예시적인 실시 형태이다.
항목 1. 광학 필름 스택으로서,
상부 표면, 저부 표면, 투과 축 및 반사 축을 갖는 반사 편광기;
상부 표면, 반사 편광기의 상부 표면 상에 배치되는 저부 표면, 및 반사 편광기의 투과 축에 대하여 실질적으로 45° 배향된 느린 축을 갖는 수색성 반파장 지연 층; 및
수색성 반파장 지연 층의 상부 표면 상에 배치되는 저부 표면, 및 반사 편광기의 투과 축에 대하여 실질적으로 90° 배향된 투과 축을 갖는 흡수 편광기
를 포함하는, 광학 필름 스택.
항목 2. 광학 필름 스택으로서,
상부 표면, 저부 표면, 투과 축 및
반사 축을 갖는 반사 편광기;
상부 표면, 반사 편광기의 상부 표면 상에 배치되는 저부 표면, 및 반사 편광기의 투과 축에 대하여 실질적으로 45° 배향된 느린 축을 갖는 제1 지연 층;
상부 표면, 제1 지연 층의 상부 표면 상에 배치되는 저부 표면, 및 반사 편광기의 투과 축에 대하여 실질적으로 45° 배향되고 제1 지연 층의 느린 축에 대하여 실질적으로 90° 배향된 느린 축을 갖는 제2 지연 층; 및
제2 지연 층의 상부 표면 상에 배치되는 저부 표면, 및 반사 편광기의 투과 축에 대하여 실질적으로 90° 배향된 투과 축을 갖는 흡수 편광기를 포함하고,
제1 및 제2 지연 층들은 함께 수색성 반파장 지연 층으로서 구성되는, 광학 필름 스택.
항목 3. 광학 필름 스택으로서,
상부 표면, 저부 표면, 투과 축 및 반사 축을 갖는 조정된 반사 편광기;
상부 표면, 반사 편광기의 상부 표면 상에 배치되는 저부 표면, 및 반사 편광기의 투과 축에 대하여 실질적으로 45° 배향된 느린 축을 갖는 반파장 지연 층; 및
수색성 반파장 지연 층의 상부 표면 상에 배치되는 저부 표면, 및 반사 편광기의 투과 축에 대하여 실질적으로 90° 배향된 투과 축을 갖는 흡수 편광기를 포함하고,
조정된 반사 편광기는 반파장 지연 층의 파장 분산을 감소시키도록 조정되는, 광학 필름 스택.
항목 4. 항목 2의 광학 필름 스택으로서, 제1 지연 층은 3/4 파장 지연 층이고, 제2 지연 층은 1/4 파장 지연 층인, 광학 필름 스택.
항목 5. 항목 1 내지 항목 3 중 어느 한 항목의 광학 필름 스택으로서, 반사 편광기의 저부 표면 상에 배치되는 1/4 파장 지연 층을 추가로 포함하는, 광학 필름 스택.
항목 6. 항목 2 또는 항목4의 광학 필름 스택으로서, 제2 지연 층은 액정 층을 포함하는, 광학 필름 스택.
항목 7. 항목 2, 항목 4 또는 항목 6의 광학 필름 스택으로서, 제1 지연 층은 필름을 포함하는, 광학 필름 스택.
항목 8. 항목 6의 광학 필름 스택으로서, 액정 층은 1 내지 1.3 마이크로미터의 두께를 갖는, 광학 필름 스택.
항목 9. 항목 6의 광학 필름 스택으로서, 액정 층은 1.18 내지 1.24 마이크로미터의 두께를 갖는, 광학 필름 스택.
항목 10. 항목 1의 광학 필름 스택으로서, 수색성 반파장 지연 층의 지연 값은 가시광의 파장에 따라 직접적으로 변화하는, 광학 필름 스택.
항목 11. 항목 1의 광학 필름 스택으로서, 수색성 반파장 지연 층은 감압 접착제, UV 경화성 접착제 또는 폴리비닐 알코올 유형의 접착제 중 적어도 하나를 이용하여 흡수 편광기에 부착되는, 광학 필름 스택.
항목 12. 항목 1 내지 항목 3 중 어느 한 항목의 광학 필름으로서, 실질적으로 45°는 35° 이상 55° 이하를 의미하는, 광학 필름.
항목 13. 항목 1 내지 항목 3 중 어느 한 항목의 광학 필름으로서, 실질적으로 45°는 40° 이상 50° 이하를 의미하는, 광학 필름.
항목 14. 항목 1 내지 항목 3 중 어느 한 항목의 광학 필름으로서, 실질적으로 45°는 44° 이상 46° 이하를 의미하는, 광학 필름.
항목 15. 항목 1 내지 항목 3 중 어느 한 항목의 광학 필름으로서, 실질적으로 90°는 80° 이상 100° 이하를 의미하는, 광학 필름.
항목 16. 항목 1 내지 항목 3 중 어느 한 항목의 광학 필름으로서, 실질적으로 90°는 85° 이상 95° 이하를 의미하는, 광학 필름.
항목 17. 항목 1 내지 항목 3 중 어느 한 항목의 광학 필름으로서, 실질적으로 90°는 89° 이상 91° 이하를 의미하는, 광학 필름.
항목 18. 항목 1 내지 항목 17 중 어느 한 항목의 광학 필름 스택을 포함하는 필름 롤.
도면의 요소들에 대한 설명은 달리 지시되지 않는다면 다른 도면의 대응하는 요소에 동등하게 적용된다고 이해되어야 한다. 본 발명은 전술한 특정 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 청구범위 및 그 등가물들에 의해 한정되는 본 발명의 범주 내에 속하는 다양한 변형들, 등가의 공정들, 및 대안적인 디바이스들을 포함한 본 발명의 모든 태양들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (10)

  1. 광학 필름 스택(optical film stack)으로서,
    상부 표면, 저부 표면, 투과 축 및 반사 축을 갖는 반사 편광기;
    상부 표면, 반사 편광기의 상부 표면 상에 배치되는 저부 표면, 및 반사 편광기의 투과 축에 대하여 실질적으로 45° 배향된 느린 축(slow axis)을 갖는 수색성 반파장 지연 층(achromatic half-wave retardation layer); 및
    수색성 반파장 지연 층의 상부 표면 상에 배치되는 저부 표면, 및 반사 편광기의 투과 축에 대하여 실질적으로 90° 배향된 투과 축을 갖는 흡수 편광기
    를 포함하는, 광학 필름 스택.
  2. 광학 필름 스택으로서,
    상부 표면, 저부 표면, 투과 축 및 반사 축을 갖는 반사 편광기;
    상부 표면, 반사 편광기의 상부 표면 상에 배치되는 저부 표면, 및 반사 편광기의 투과 축에 대하여 실질적으로 45° 배향된 느린 축을 갖는 제1 지연 층;
    상부 표면, 제1 지연 층의 상부 표면 상에 배치되는 저부 표면, 및 반사 편광기의 투과 축에 대하여 실질적으로 45° 배향되고 제1 지연 층의 느린 축에 대하여 실질적으로 90° 배향된 느린 축을 갖는 제2 지연 층; 및
    제2 지연 층의 상부 표면 상에 배치되는 저부 표면, 및 반사 편광기의 투과 축에 대하여 실질적으로 90° 배향된 투과 축을 갖는 흡수 편광기를 포함하고,
    제1 및 제2 지연 층들은 함께 수색성 반파장 지연 층으로서 구성되는, 광학 필름 스택.
  3. 광학 필름 스택으로서,
    상부 표면, 저부 표면, 투과 축 및 반사 축을 갖는 조정된(tuned) 반사 편광기;
    상부 표면, 반사 편광기의 상부 표면 상에 배치되는 저부 표면, 및 반사 편광기의 투과 축에 대하여 실질적으로 45° 배향된 느린 축을 갖는 반파장 지연 층; 및
    수색성 반파장 지연 층의 상부 표면 상에 배치되는 저부 표면, 및 반사 편광기의 투과 축에 대하여 실질적으로 90° 배향된 투과 축을 갖는 흡수 편광기를 포함하고,
    조정된 반사 편광기는 반파장 지연 층의 파장 분산(wavelength dispersion)을 감소시키도록 조정되는, 광학 필름 스택.
  4. 제2항에 있어서, 제1 지연 층은 3/4 파장 지연 층이고, 제2 지연 층은 1/4 파장 지연 층인, 광학 필름 스택.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 반사 편광기의 저부 표면 상에 배치되는 1/4 파장 지연 층을 추가로 포함하는 광학 필름 스택.
  6. 제2항 또는 제4항에 있어서, 제2 지연 층은 액정 층을 포함하는, 광학 필름 스택.
  7. 제2항 또는 제4항에 있어서, 제1 지연 층은 필름을 포함하는, 광학 필름 스택.
  8. 제6항에 있어서, 액정 층은 1 내지 1.3 마이크로미터의 두께를 갖는, 광학 필름 스택.
  9. 제1항에 있어서, 수색성 반파장 지연 층의 지연 값은 가시광의 파장에 따라 직접적으로 변화하는, 광학 필름 스택.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 광학 필름 스택을 포함하는 필름 롤(roll).
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