KR100676886B1 - 반사편광필름 및 이를 갖는 디스플레이장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 상이한 파장대역으로 입사되는 입사 편광 중 어느 한 방향의 직선편광은 투과하고 나머지 편광은 반사하는 반사편광필름에 관한 것으로서, 입사편광 중 특정 편광을 상기 직선편광으로 변환 출사시키고, 나머지 편광을 타원 또는 원편광으로 변환 출사시키는 적어도 하나의 위상지연층과; 상기 위상지연층의 출사측에 적층되어 상기 타원 또는 원편광을 입사방향으로 반사시키는 콜레스테릭액정층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하여, 휘도 향상 및 광 손실의 최소화를 도모함과 동시에 간단하게 제조할 수 있고 광학부품을 줄일 수 있는 반사편광필름 및 이를 갖는 디스플레이장치가 제공된다.

편광, 반사편광필름, 위상지연, 직선편광, 원편광, 적층형 필름, 액정표시장치, 디스플레이장치

Description

반사편광필름 및 이를 갖는 디스플레이장치{reflection polarized light film and display device having the same}

도 1은 종래 반사편광필름을 갖는 휘도 향상 디바이스의 구성도,

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 반사편광필름의 간략한 단면도,

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 반사편광필름의 간략한 단면도,

도 4는 도 3의 위상지연층 분해 구성도,

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 대표적인 반사편광필름의 간략한 단면도,

도 6은 도 5의 위상지연층 분해 구성도,

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 반사편광필름의 간략한 단면도,

도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 반사편광필름의 간략한 단면도,

도 9는 본 발명에 따른 반사편광필름을 갖는 디스플레이장치의 간략한 구성도,

도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 반사편광필름을 갖는 디스플레이장치의 다른 형태의 간략한 구성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1a ∼ 1e, A : 반사편광필름 10a ∼ 10e : 위상지연층

20a ∼ 20e : 콜레스테릭액정층 50, 50 ' 디스플레이장치

80, 90 : 광확산층

본 발명은, 반사편광필름 및 이를 갖는 디스플레이장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 휘도를 향상시킴과 동시에 광학부품을 줄일 수 있고, 간단하게 제조할 수 있는 반사편광필름 및 이를 갖는 디스플레이장치에 관한 것이다.

휴대폰 및 전자계산기나 노트북컴퓨터 및 LCD모니터 등의 디스플레이장치에 널리 이용되는 액정(LC)디스플레이는 전계의 인가와 광원으로부터 전달되는 빛 중 특정 방향의 편광을 이용하여 영상을 표시한다. 이러한 이유로 일반적인 액정디스플레이의 구성은 한 쌍의 흡광성 편광기들 사이에 액정 및 전극 매트릭스가 배치되어 있는 구조를 갖는다.

그러나, 종래의 액정디스플레이의 편광기는 광원으로부터 전달되는 빛 중 어느 한 방향의 편광(이하에서는 "P편광 "라고 함)은 통과시키고 다른 방향의 편광(이하에서는 "S편광 "라고 함)에 대해서는 흡수하여 소멸시키는 특성을 가지고 있기 때문에, 빛의 손실에 의한 디스플레이장치의 휘도가 현격하게 떨어지고, 전력낭비의 원인이 되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서, 대한민국 특허공보에는 반사편광필름을 갖는 휘도 향상 디바이스(등록번호 10-0432457)가 개시된 바 있다. 이 휘도 향상 디바이스(101)는 도 1에 도시된 바와 같이, 광학캐비티(110)와 액정어셈블리(120)사이에 반사편광필름(130)이 설치되어 있는 구조를 가지고 있다.

이 휘도 향상 디바이스(101)의 편광 분리 원리는 광학캐비티(110)로부터 액정어셈블리(120)로 향하는 빛 중 P편광은 반사편광필름(130)을 통과하여 액정어셈블리(120)로 전달되도록 하고, S편광은 반사편광필름(130)에서 광학캐비티(110)로 반사된 다음 광학캐비티(110)의 확산반사면(111)에서 빛의 편광 방향이 무작위화된 상태로 반사되어 다시 반사편광필름(130)으로 전달되는 작용에 의해 결국에는 S편광이 액정어셈블리(120)의 편광기(121)를 통과할 수 있는 P편광으로 변환되어 반사편광필름(130)을 통과한 후 액정어셈블리(120)로 전달되도록 하는 것이다.

이때, 반사편광필름(130)의 입사편광에 대한 S편광의 선택적 반사와 P편광의 굴절투과 작용은 이방성 굴절률을 갖는 평판상의 광학층a(131)와, 등방성 굴절률을 갖는 평판상의 광학층b(133)가 상호 교호적으로 다수 층으로 적층된 상태에서의 각 광학층간의 굴절율 차이와 적층된 광학층의 신장 처리에 따른 각 광학층들의 광학적 두께 설정 및 광학층a(131)의 굴절률 변화에 의해서 이루어진다.

이러한 반사편광필름(130)의 구조는 반사편광필름(130)으로 입사되는 입사편광이 각 광학층간의 경계에서 굴절률차이에 직면하여 반사될 때, 특정 입사각(브루스터 각)의 P편광은 반사계수가 0이 되어 투과 굴절되는 소위 브루스터(Brewster)효과를 이용하기 위한 것이다.

이 브루스터 효과에 의해서, 반사편광필름(130)으로 입사되는 빛은 각 광학층을 거치면서 S편광의 반사와 P편광의 굴절 투과 작용을 반복하여 결국에는 입사 편광 중 P편광만 액정어셈블리(120)로 전달된다. 한편, 반사된 S편광은 전술한 바와 같이, 광학캐비티(110)의 확산반사면(111)에서 편광상태가 무작위화 된 상태로 반사되어 다시 반사편광필름(130)으로 전달된다.

이에 의해, 광원으로부터 발생된 빛의 손실과 함께 전력 낭비를 줄일 수 있었다.

그런데, 이러한 종래 휘도 향상 디바이스의 반사편광필름은 굴절률이 상이한 평판상의 등방성 광학층과 이방성 광학층이 교호적으로 적층되고, 이를 신장처리하여 입사편광의 선택적 반사 및 굴절 투과에 최적화 될 수 있는 각 광학층간의 광학적 두께 및 굴절률을 갖도록 제작되기 때문에, 반사편광필름의 제작공정이 복잡하다는 문제점이 있었다.

특히, 반사편광필름의 각 광학층이 평판 구조를 가지고 있기 때문에, 입사편광의 광범위한 입사각 범위에 대응하여 P편광과 S편광을 분리하여야 하기 때문에, 광학층의 적층수가 과도하게 증가하여 제작의 어려움이 가중되는 문제점이 있다. 실제로 해당 특허공보(등록번호 10-0432457)에 개시된 반사편광필름의 실시예를 살펴보면 광학층의 적층수가 수백층으로 이루어짐을 확인할 수 있다.

또한, 광학층의 적층수가 과도하게 형성되는 구조에 의해서, 광손실에 의한 광학적 성능 저하가 우려되는 문제점이 있으며, 복굴절률을 이용하는 구조상 프리즘시트 등의 위도향상을 위한 광학부품을 추가로 마련해야 하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 휘도 향상 및 광 손실의 최소화를 도모함과 동시 에 간단하게 제조할 수 있고 광학부품을 줄일 수 있는 반사편광필름 및 이를 갖는 디스플레이장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 상이한 파장대역으로 입사되는 입사 편광 중 어느 한 방향의 직선편광은 투과하고 나머지 편광은 반사하는 반사편광필름에 있어서, 입사편광 중 특정 편광을 상기 직선편광으로 변환 출사시키고, 나머지 편광을 타원 또는 원편광으로 변환 출사시키는 적어도 하나의 위상지연층과; 상기 위상지연층의 출사측에 적층되어 상기 타원 또는 원편광을 입사방향으로 반사시키는 콜레스테릭액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사편광필름에 의해서 달성된다.

한편, 상기 목적은, 본 발명의 다른 형태에 따라, 상이한 파장대역으로 입사되는 입사 편광 중 어느 한 방향의 직선편광은 투과하고 나머지 편광은 반사하는 반사편광필름에 있어서, 상기 입사편광의 입사측에 배치되어 상기 입사편광을 상기 타원 또는 원편광으로 변환시키는 제1위상지연층과; 상기 제1위상지연층의 출사측에 적층되어 상기 타원 또는 원편광 중 일측 회전방향의 편광은 통과시키고, 타측 회전방향의 편광은 상기 입사측으로 반사시키는 콜레스테릭액정층과; 상기 콜레스테릭액정층의 출사측에 적층되어 상기 콜레스테릭액정층을 통과한 상기 일측 회전방향의 편광을 상기 특정 방향의 직선 편광으로 변환시키는 제2 위상지연층을 갖는 것을 특징으로 하는 반사편광필름에 의해서도 달성된다.

여기서, 상기 위상지연층은 복굴절성을 갖는 유기물박막으로 이루어진 복수의 지연판을 상호 광축 교차하도록 적층하여 형성되며, 400nm∼700nm의 파장대역의 입사광을 λ/2의 지연값으로 위상 지연시키는 것이 바람직하다.

이때, 상기 위상지연층은 상호 상이한 지연값을 갖는 적어도 두 장의 지연판이 상호 광축 교차되도록 적층 형성될 수 있다.

또는, 상기 위상지연층은 상호 동일한 지연값을 갖는 적어도 세 장의 지연판이 상호 광축 교차되도록 적층 형성될 수 있다.

그리고, 상기 콜레스테릭액정층의 입사측 표면과 출사측 표면 중 적어도 어느 일측에는 빛을 거의 수직 방향으로 집광 굴절시키는 굴절패턴이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이때, 상기 굴절패턴은 단면투영시 삼각단면을 갖는 프리즘 형상인 것이 효과적이다.

한편, 상기 목적은 본 발명의 또 다른 분야에 따르면, 빛을 발생하며 하부에 확산반사면을 갖는 광학캐비티와, 상기 광학캐비티로부터 전달되는 빛 중 특정 방향의 직선편광을 이용하여 영상을 표시하는 액정어셈블리와, 상기 광학캐비티와 상기 액정어셈블리 사이에 배치되어 상기 광학캐비티로부터 전달되는 입사편광 중 상기 특정 방향의 직선편광은 투과하고 나머지 편광은 반사하는 반사편광필름을 갖는 디스플레이장치에 있어서, 상기 반사편광필름은 전술한 반사편광필름인 것을 특징으로 하는 디스플레이장치에 의해서도 달성된다.

여기서, 반사편광필름과 광학캐비티 사이에 마련되는 광확산층을 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 광확산층은 내부에 빛을 확산시키는 확산입자가 분포되어 있는 것이 효과적이다.

또한, 상기 광확산층은 부분원호상의 광학적 단면을 갖는 다수의 확산패턴과, 상기 확산패턴의 패턴면을 따라 형성되는 삼각 형상의 광학적 단면을 갖는 다수의 굴절패턴으로 이루어진 것이 보다 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 반사편광필름의 간략한 단면도이다. 이도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반사편광필름(1a)은 입사편광 중 특정 편광을 직선편광으로 변환시키고 나머지 편광을 타원 또는 원편광(이하 "원편광"으로 통칭함)으로 변환시키는 위상지연층(10a)과, 위상지연층(10a)의 출사측에 적층되어 직선편광은 통과시키고 원편광은 반사시키는 콜레스테릭액정층(20a)을 포함한다.

위상지연층(10a)은 적어도 2장의 지연판(11a,12a)이 각각 광축이 교차되도록 접착물질(5)을 이용하여 상호 고정되어 있다.

각 지연판(11a,12a)은 상호 상이한 위상지연값과 복굴절성을 갖는 유기물박막을 이용하여 필름형태로 제작된다. 이때, 유기물박막은 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리알릴레이트, 폴리에테르술폰, (지환족)폴리올레핀, 폴리(메타)아크릴레이트, 폴리에테르이미드 중 어느 하나 또는 이들의 중합체에 복굴절성을 부여하여 위상지연기능을 갖도록 함으로써 제조될 수 있다.

이러한 위상지연층(10a)은 양 지연판(11a,12a)의 상이한 위상지연값과 광축의 교차 결합에 의해서 특정 대역 파장에서의 입사편광 중 특정 편광은 직선편광으 로 변환시키며, 나머지 입사편광은 원편광으로 변환시킨다.

이때, 원편광의 좌향 또는 우향 방향은 양 지연판(11a,12a)의 광축 교차 방향과 각도에 의해서 선택될 수 있다.

콜레스테릭액정층(20a)은 매우 얇은 분자층 내에 분자배열이 나선형을 배열되어 있는 구조를 갖는다. 이러한 구조는 분자의 배열 상태에 따라서 직선편광은 투과하고, 일 방향의 원편광은 반사하는 구조를 만들 수 있다.

즉, 콜레스테릭액정층(20a)의 분자배열이 우향 나선형일 경우에는 우향 원편광의 입사편광을 반사시킬 수 있으며, 또는, 콜레스테릭액정층(20a)의 분자배열이 좌향 나선형일 경우에는 좌향 원편광의 입사편광을 반사킬 수 있다.

여기서, 콜레스테릭액정층(20a)의 분자배열 방향은 제조단계에서 선택적으로 셋팅되는데, 이러한 셋팅은 위상지연층(10a)에서 선택된 원편광의 방향에 대응하도록 셋팅된다.

즉, 위상지연층(10a)이 특정 편광 외의 나머지 입사편광을 좌향 원편광으로 변환시키도록 제작되면, 콜레스테릭액정층(20a)의 분자배열을 좌향 나선형으로 배향된다. 반면에, 위상지연층(10a)이 나머지 입사편광을 우향 원편광으로 변환되도록 제작되면, 콜레스테릭액정층(20a)의 분자배열을 우향 나선형으로 배향된다.

이러한 구성에 의해서, 본 실시예에 따른 반사편광필름(1a)은 광원으로부터 전달되는 특정 대역 파장의 입사편광 중 특정 편광이 위상지연층(10a)을 거치면서 직선편광으로 변환되고, 나머지 편광은 일 방향 원편광으로 출사된다. 그리고, 위상지연층(10a)에서 변환된 편광 중 직선편광은 콜레스테릭액정층(20a)을 그대로 통 과하게 되며, 일 방향 원편광은 콜레스테릭액정층(20a)에서 입사측으로 반사된다.

한편, 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 반사편광필름의 간략한 단면도이고, 도 4는 도 3의 위상지연층 분해 구성도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 반사편광필름(1b)은 입사편광 중 특정 입사편광을 직선편광으로 변환시키고 나머지 입사편광을 일 방향의 원편광으로 변환시키는 위상지연층(10b)과; 위상지연층(10b)의 출사측에 적층되어 직선편광은 통과시키고 원편광은 반사시키는 콜레스테릭액정층(20b)을 포함한다.

위상지연층(10b)은 복굴절성을 갖는 유기물박막으로 이루어진 적어도 세 장의 지연판(11b,12b,13b)이 접착물질(5)에 의해 상호 광축 교차되도록 적층되어 있는 구조를 가지고 있으며, 400nm∼700nm의 파장대역의 입사광을 λ/2의 지연값으로 위상 지연시킨다.

이들 지연판(11b,12b,13b)들은 상호 동일한 위상지연값(β)을 갖는 상태에서 각 지연판(11b,12b,13b)들의 광축각도(θ)가 후술할 스톡스 변수 및 뮬러 행렬에 의한 계산에 의해 상호 소정의 각도로 배치됨으로써, 비교적 광대역 파장인 400nm∼700nm의 파장대역에서 특정 입사각의 입사편광을 λ/2의 지연값으로 위상 지연시켜서 편광상태를 원하는 형태로 적절히 변환시켜준다. 그리고, 나머지 입사각의 입사편광을 광축교차 구조에 의해 원편광으로 변환시키게 된다.

여기서, 특정 입사각의 입사편광을 원하는 편광상태로 변환시키는 것은 이하의 식들에 의해 정의될 수 있다.

일반적으로 광의 편광상태는 네 개의 양의 항으로 기술할 수 있는데, 먼저 입사편광의 편광상태를 식으로 표현하면 아래의 식 1 및 식 2와 같이 표현된다.

여기서,

이다.

이들 식 1과 식 2를 그대로 이용하면, 입사편광의 스톡스 변수(Stokes parameters)를 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.

이들 식-3 내지 식-6을 근거로 입사편광의 대표적인 각 편광 상태를 스톡스 벡터로 표현하면 아래 표-1과 같다.

표-1

즉, 입사편광의 편광상태를 표-1에서 볼 수 있는 바와 같이, 네 개의 항(스 톡스 벡터)으로 표현할 수 있는 것이다. 여기서, 입사편광의 편광상태는 다양한 각도와 상태로 형성될 수 있으며, 이는 전술한 식-3 내지 식-4에 의해 스톡스 벡터 값으로 얻어질 수 있다.

따라서, 출사되는 입사편광의 편광상태를 변환하고자 한다면, 해당 입사 입사편광의 스톡스 벡터를 원하는 출사광의 편광상태에 해당하는 스톡스 벡터로 변환시키면 된다.

이러한 스톡스 벡터는 편광광과 부분편광광에 모두 적용될 수 있는 속성이 있으며, 이 스톡스 벡터와 뮬러 행렬(Muller matrix)을 이용하면, 각 지연판(11b,12b,13b)들의 광축각도(θ)와 위상지연값(β)의 연관관계에 따른 출사되는 입사편광의 편광상태를 아래의 식-7 및 식-8에 의해 표현할 수 있다.

먼저, 복굴절이 가진 뮬러 행렬의 전달함수는 식-7과 같다.

이러한, 식-7의 전달함수를 이용하여 예컨대 지연판(11b,12b,13b)이 도 3 및 도 4와 같이, 3장으로 마련된다고 가정하면, 각 지연판(11b,12b,13b)들의 광축각도(θ₁,θ₂,θ₃)와 위상지연값(β₁,β₂,β₃ ,)에 대한 특성은 다음 식-8에 의해 계산될 수 있다.

여기서, Si는 입사광의 편광상태에 해당하는 스톡스 벡터,

S₀는 출사광의 편광상태에 해당하는 스톡스 벡터이다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 어느 한 형태의 입사광 편광상태(Si)에 대해 변환된 출사광의 편광상태(S₀)를 얻기 위해서는, 각 지연판(11b,12b,13b)들의 광축 각도(θ₁,θ₂,θ₃)와 위상지연값(β₁,β₂,β₃ ,)을 식-8에 대입하면서 변화시켜 가면, 원하는 출사광의 편광상태(S₀)를 얻을 수 있는 것이다.

여기서, 위의 식-8에서 전달함수를 추가하면, 3장 이상의 지연판들로 마련되는 위상지연층(10b)을 제조할 수 있음은 물론이다.

이러한 구성과 이론 및 식들을 근거로 따라 다양한 광대역 위상지연층을 제작할 수 있으며, 아래에 대표적인 예를 설명하였다.

〈대표 예〉

본 예의 위상지연층(10c)은 광대역을 이루기 위해서 입사편광 중 특정 입사편광을 중심파장 550nm를 기준으로 하고 있으며, 5장의 지연판(11c,12c,13c,14c,15c)을 이용하여 위상지연층(10c)을 형성한다.

각 지연판(11c,12c,13c,14c,15c)의 위상지연값은 137.5nm로 고정되며, 각 지연판(11c,12c,13c,14c,15c)의 광축각도(θ₁,θ₂,θ₃,θ₄,θ ₅) 중 θ₁=15°, θ₂=15°, θ₃=75°로 선택하여 특정 입사편광을 원편광으로 변환하고, θ₄=135°, θ₅ =180°로 선택하여 변환된 원편광을 직선편광으로 변환시켰다. 그리고, 나머지 파장의 입사편광에 대해서는 각 지연판(11c,12c,13c,14c,15c)들의 광축각도 교차 구조에 의 해 일 방향 원편광으로 변환되어 출사되도록 하였다.

이때의 파장별 타원율을 살펴보면 그림-1 및 그림-2와 같다. 이때, 타원율이 0.2이하이면 거의 직선편광임을 의미한다.

여기서, 그림1은 정확한 입사각으로 입사된 경우의 파장에 따른 타원율이며, 그림-2는 입사각도가 어긋나면서 발생하는 파장에 따른 타원율이다. 그림-2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 입사광과 10°이상 차이가 날 경우 대부분의 빛은 0.2이상의 타원율을 형성함으로써, 일 방향의 타원편광으로 출사된다.

한편, 콜레스테릭액정층(20c)은 전술한 제1실시예와 마찬가지로 분자배열을 일 방향 나선형으로 배열함으로써, 위상지연층(10c)으로부터 전달되는 직선편광은 투과하고, 일 방향의 원편광은 반사하는 구조로 마련된다. 여기서, 콜레스테릭액정층(20c)의 분자배열 방향은 위상지연층(10c)에 대응하도록 제조단계에서 선택적으로 셋팅된다.

이러한 구성에 의해서, 본 실시예에 따른 반사편광필름(1c)은 광대역의 입사편광 중 특정 편광을 액정어셈블리의 편광기를 통과할 수 있는 직선편광으로 변환 시키고, 나머지 편광을 일 방향의 타원 및 또는 원편광으로 변환시켜 출사시킨다.

그리고, 위상지연층(10c)에서 변환된 편광 중 직선편광은 콜레스테릭액정층(20c)을 투과하며, 일 방향의 원편광은 콜레스테릭액정층(20c)에서 반사된다.

특히, 본 실시예에 따른 반사편광필름(1c)은 위상지연층(10c)에서 복수의 지연판(11c,12c,13c,14c,15c)이 해당 광축각도에 맞게 상호 접착되는 과정에서 어느 하나의 지연판(11c,12c,13c,14c,15c 중 어느 하나)이 다른 지연판(11c,12c,13c,14c,15c 중 하나)과 잘못된 광축각도로 접착되면, 다른 지연판(11c,12c,13c,14c,15c 중 하나)을 접착할 때 이를 보정할 수 있다.

한편, 도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 반사편광필름의 간략한 단면도이다. 본 실시예에 따른 반사편광필름(1d)은 전술한 제1 및 제2실시예와 거의 동일한 위상지연층(10d)의 구성을 가지고 있으며, 콜레스테릭액정층(20d)의 출사측 표면에 빛을 거의 수직 방향으로 집광 굴절시키는 굴절패턴이 형성되어 있다.

굴절패턴은 단면투영시 삼각단면을 갖는 프리즘 패턴으로 형성되어 있으며, 이때의 프리즘 첨두각(θp)은 70°내지 110°의 프리즘 첨두각을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 굴절패턴은 반사편광필름(1d)으로부터 출사되는 출사광의 휘도를 향상시킨다.

여기서, 굴절패턴의 프리즘 첨두각은 여건에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 그리고, 굴절패턴의 패턴크기와 패턴배열은 규칙적 또는 불규칙적으로 형성될 수도 있다.

한편, 도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 반사편광필름의 간략한 단면도이 다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 반사편광필름(1e)은 입사편광중 특정의 입사편광을 원편광으로 변환시키는 제1위상지연층(10e)과, 제1위상지연층(10e)의 출사측에 적층되어 입사되는 원편광 중 일측 회전방향의 원편광은 통과시키고, 타측 회전방향의 원편광은 입사측으로 반사시키는 콜레스테릭액정층(20e)과, 콜레스테릭액정층(20e)의 출사측에 적층되어 콜레스테릭액정층(20e)을 통과한 일측 회전방향의 원편광을 특정 방향의 직선 편광으로 변환시키는 제2위상지연층(30e)을 갖는다.

여기서, 제1위상지연층(10e)은 전술한 제2실시예의 위상지연층(10b)과 같은 방법을 이용하여 특정의 입사편광을 원하는 회전방향의 원편광으로 변환시키도록 제작된다. 또한, 제2위상지연층(30e) 역시 전술한 제2실시예의 위상지연층(10b)과 같은 방법을 이용하여 일측 회전방향의 원편광을 원하는 직선편광으로 변환시키도록 제작된다.

그리고, 콜레스테릭액정층(20e)은 분자배열을 적절히 조절하여 제1위상지연층(10e)에서 출사되는 원편광 중 일측 회전방향의 원편광을 통과시키고 타측 회전방향의 원편광은 반사시키도록 제작된다. 이때, 타측 회전방향의 원편광은 제1위상지연층(10e)에서 원하는 방향으로 변환되지 않은 임의의 타원 또는 원편광을 의미한다.

이러한 구성에 의해서, 본 실시예에 따른 반사편광필름(1e)은 먼저, 제1위상지연층(10e)에서 입사편광 중 특정의 입사편광을 일측 회전방향의 원편광으로 변환시키고, 나머지 입사편광을 타측 회전방향의 타원 또는 원편광으로 변환시켜서 콜레스테릭액정층(20e)으로 출사시킨다.

콜레스테릭액정층(20e)으로 입사되는 일측 회전방향의 원편광은 콜레스테릭액정층(20e)을 그대로 통과하여 제2위상지연층(30e)으로 입사되고 타측 회전방향의 타원 또는 원편광은 입사측으로 반사된다.

그리고, 제2위상지연층(30e)으로 입사된 일측 회전방향의 원편광은 제2위상지연층(30e)에서 원하는 직선편광으로 변환되어 출사된다.

본 실시예에 따른 반사편광필름(1e)은 콜레스테릭액정층(20e)을 제1위상지연층(10e)과 제2위상지연층(30e) 사이에 배치함으로써, 콜레스테릭액정층(20e)을 보호할 수 있다. 또한, 입사편광 중 특정 편광이 제1위상지연층(10e)과 콜레스테릭액정층(20e) 및 제2위상지연층(30e)을 거치면서 정확한 직선편광으로의 변화와 나머지 편광들의 반사작용이 효율적으로 이루어져 반사편광필름(1e)의 성능을 최대한 향상시킬 수 있다.

한편, 도 9는 본 발명에 따른 반사편광필름을 갖는 디스플레이장치의 간략한 구성도이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반사편광필름을 갖는 디스플레이장치(50)는 광학캐비티(60)와 액정어셈블리(70) 사이에 전술한 제1 내지 제4 실시예에 따른 반사편광필름(A) 중 어느 하나가 배치되어 있다.

광학캐비티(60)로부터 발생된 빛은 반사편광필름(A)을 통과하면서 전술한 바와 같이, 특정의 편광이 액정어셈블리(70)의 편광기(71)를 통과할 수 있는 직선편광으로 변환되어 액정어셈블리(70)로 전달되고, 나머지 편광은 원편광으로 변환되어 콜레스테릭액정층(a)에서 광학캐비티(60)로 반사된다.

액정어셈블리(70)로 전달되는 직선편광 액정어셈블리(70)의 편광기(71)를 통과하여 영상표시를 위한 빛으로 사용되며, 반사된 나머지 편광은 광학캐비티(60)의 확산반사면(61)에서 빛의 편광 방향이 무작위화 된 상태로 반사되어 다시 반사편광필름(A)으로 전달된다.

그러면, 결국에는 나머지 편광이 반사편광필름(A)에서 직선편광으로 변환되어 액정어셈블리(70)로 전달된다.

이에 의해, 광학캐비티(60)에서 발생된 빛은 대부분이 액정어셈블리(70)로 공급되어 빛의 손실을 최소화 할 수 있으며, 따라서, 빛의 추가 발생을 위한 전력 낭비를 줄일 수 있다.

여기서, 반사편광필름(A)은 도 9와 같이, 광학캐비티(60)와 액정어셈블리(70) 사이에 별개의 광학부품으로 설치될 수도 있으며, 액정어셈블리(70)의 입사측 하부면에 일체로 설치될 수도 있다. 또한, 반사편광필름(A)의 광학캐비티(60)의 출사측 상부면에 일체로 설치될 수도 있다.

한편, 도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이장치의 간략한 구성도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 디스플레이장치(50 ')는 전술한 도 9의 디스플레이장치(50)의 구성과 거의 동일하며, 반사편광필름(A) 하부에 마련되는 광확산층(80)을 더 포함한다.

이 광확산층(80)은 도 10과 같이, 다수의 확산입자(81)가 함유되어 있는 광확산필름으로 마련될 수 있으며, 이때, 확산입자(81)는 아크릴입자, 스티렌입자, 실리콘입자 등의 투명 고체입자를 이용할 수도 있으며, 고체입자가 아닌 기포형상 을 갖는 다수의 공기입자로 마련될 수도 있다.

또는, 광확산층(80)은 도 11과 같이, 부분원호상의 광학적 단면을 갖는 다수의 확산패턴(91)과, 확산패턴(91)의 패턴면을 따라 형성되는 삼각 형상의 광학적 단면을 갖는 다수의 굴절패턴(93)을 갖는 구조로 형성될 수도 있다. 이 광확산층(90)은 굴절패턴(93)이 확산패턴(91)을 따라 형성됨으로써 빛의 굴절 확산 작용을 유도하여 한다.

이렇게 반사편광필름(A) 하부에 광확산층(80 또는 90)을 형성함으로써, 반사편광필름(A) 내부로 입사되는 빛을 확산시켜서, 출사측에서 고휘도를 실현함과 동시에, 반사편광필름(A) 내부에 포함될 수 있는 스크래치나 먼지 등의 이물질과 얼룩 등이 관찰자에게 시각적으로 전달되는 것을 방지할 수 있다.

여기서, 광확산층(80 또는 90)은 반사편광필름(A)의 최하부에 일체로 형성될 수도 있으며, 여건에 따라 별도의 광학부품(확산필름)으로 마련되어 반사편광필름(A) 하부에 배치될 수도 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 반사편광필름 및 이를 갖는 디스플레이장치는 반사편광필름의 위상지연층에서 입사편광 중 특정 편광과 나머지 편광이 각각 직선편광과 원편광으로 변환 출사된 다음, 콜레스테릭액정층에서 직선편광은 투과되고 원편광은 입사측으로 반사됨으로써, 현격하게 적은 수로 적층된 광학층을 가지고 입사편광을 효과적으로 분리할 수 있다.

이에 의해, 비교적 간단한 제작공정으로 반사편광필름을 제작할 수 있으며, 광손실을 줄일 수 있다.

또한, 콜레스테릭액정층에 광학패턴을 형성함으로써, 별도의 프리즘 필름을 추가하지 않아도 휘도를 충분히 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 광학부품 수를 줄여 제조비를 절감할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 휘도 향상 및 광 손실의 최소화함과 동시에, 간단하게 제조할 수 있고 광학부품을 줄일 수 있는 반사편광필름 및 이를 갖는 디스플레이장치가 제공된다.

Claims (12)

1. 상이한 파장대역으로 입사되는 입사 편광 중 어느 한 방향의 직선편광은 투과하고 나머지 편광은 반사하는 반사편광필름에 있어서,

   입사편광 중 특정 편광을 상기 직선편광으로 변환 출사시키고, 나머지 편광을 타원 또는 원편광으로 변환 출사시키는 적어도 하나의 위상지연층과;

   상기 위상지연층의 출사측에 적층되어 상기 타원 또는 원편광을 입사방향으로 반사시키는 콜레스테릭액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사편광필름.
2. 상이한 파장대역으로 입사되는 입사 편광 중 어느 한 방향의 직선편광은 투과하고 나머지 편광은 반사하는 반사편광필름에 있어서,

   상기 입사편광의 입사측에 배치되어 상기 입사편광을 상기 타원 또는 원편광으로 변환시키는 제1위상지연층과;

   상기 제1위상지연층의 출사측에 적층되어 상기 타원 또는 원편광 중 일측 회전방향의 편광은 통과시키고, 타측 회전방향의 편광은 상기 입사측으로 반사시키는 콜레스테릭액정층과;

   상기 콜레스테릭액정층의 출사측에 적층되어 상기 콜레스테릭액정층을 통과한 상기 일측 회전방향의 편광을 상기 특정 방향의 직선 편광으로 변환시키는 제2 위상지연층을 갖는 것을 특징으로 하는 반사편광필름.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 위상지연층은 복굴절성을 갖는 유기물박막으로 이루어진 복수의 지연판을 상호 광축 교차하도록 적층하여 형성되며, 400nm∼700nm의 파장대역의 입사광을 λ/2의 지연값으로 위상 지연시키는 것을 특징으로 하는 반사편광필름.
4. 제3항에 있어서,

   상기 위상지연층은 상호 상이한 지연값을 갖는 적어도 두 장의 지연판이 상호 광축 교차되도록 적층 형성되는 것을 특징으로 하는 반사편광필름.
5. 제3항에 있어서,

   상기 위상지연층은 상호 동일한 지연값을 갖는 적어도 세 장의 지연판이 상호 광축 교차되도록 적층 형성되는 것을 특징으로 하는 반사편광필름.
6. 제3항에 있어서,

   상기 콜레스테릭액정층의 입사측 표면과 출사측 표면 중 적어도 어느 일측에는 빛을 거의 수직 방향으로 집광 굴절시키는 굴절패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사편광필름.
7. 제6항에 있어서,

   상기 굴절패턴은 단면투영시 삼각단면을 갖는 프리즘 형상인 것을 특징으로 하는 반사편광필름.
8. 제7항에 있어서,

   상기 굴절패턴은 70°내지 110°의 프리즘 첨두각을 갖는 것을 특징으로 하는 반사편광필름.
9. 빛을 발생하며 하부에 확산반사면을 갖는 광학캐비티와, 상기 광학캐비티로부터 전달되는 빛 중 어느 한 방향의 직선편광을 이용하여 영상을 표시하는 액정어셈블리와, 상기 광학캐비티와 상기 액정어셈블리 사이에 배치되어 상기 광학캐비티로부터 전달되는 입사편광 중 상기 어느 한 방향의 직선편광은 투과하고 나머지 편광은 반사하는 반사편광필름을 갖는 디스플레이장치에 있어서,

   상기 반사편광필름은 상기 제1항 또는 제2항의 반사편광필름인 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
10. 제9항에 있어서,

    반사편광필름과 광학캐비티 사이에 마련되는 광확산층을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
11. 제10항에 있어서,

    상기 광확산층은 내부에 빛을 확산시키는 확산입자가 분포되어 있는 것을 특 징으로 하는 디스플레이장치.
12. 제10항에 있어서,

    상기 광확산층은 부분원호상의 광학적 단면을 갖는 다수의 확산패턴과, 상기 확산패턴의 패턴면을 따라 형성되는 삼각 형상의 광학적 단면을 갖는 다수의 굴절패턴으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.

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