KR101493173B1 - 주기적인 마이크로 패턴을 갖는 fpr - Google Patents

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Abstract

본 출원은 액정 배향막, 액정 배향막의 제조방법, 광학필터 및 표시장치에 대한 것이다. 예시적인 액정 배향막에 의해, 예를 들면, 입체 영상을 휘도의 손실이 없이 넓은 시야각에서 표시할 수 있다.

Description

주기적인 마이크로 패턴을 갖는 FPR{Film Patterned Retard with periodically micro patterned structure}
본 출원은, 액정 배향막, 액정 배향막의 제조방법, 광학필터 및 표시장치에 관한 것이다.
입체 영상 표시 장치(stereoscopic image display device)는 3차원 정보를 관찰자에게 전달할 수 있는 표시 장치이다.
입체 영상을 표시하는 방식에는, 예를 들어, 안경 방식과 무안경 방식이 있다. 상기 안경 방식은 다시 편광 안경 방식과 LC 셔터 안경(LC shutter glass) 방식으로 분류될 수 있으며, 무안경 방식은 2안식/다시점 양안 시차 방식, 체적형 방식 또는 홀로그래픽 방식 등으로 분류될 수 있다. 특허문헌 1 내지 3은, 입체 영상의 표시 과정에서 효율적으로 사용될 수 있는 광학 소자에 관한 내용을 기술하고 있다.
특허문헌 1: 일본공개특허 제2005-049865호 특허문헌 2: 한국특허 제0967899호 특허문헌 3: 한국공개특허 제2010-0089782호
본 출원은, 액정 배향막, 액정 배향막의 제조방법, 광학필터 및 표시장치를 제공한다.
본 출원은, 액정 배향막에 관한 것이다. 예시적인 액정 배향막은, 액정 배향능을 가지는 표면과 홈을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어 액정 배향능을 가지는 표면은 상기 표면에 인접하는 액정층의 배향을 유도할 수 있는 능력을 가진 표면을 의미할 수 있고, 홈은 상기 액정 배향능을 가지는 표면에 직접 존재하는 것이거나 또는 상기 표면의 상부 또는 하부의 소정 영역에 존재하는 것일 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 홈은 예를 들면, 5 ㎛ 내지 300 ㎛의 범위 내에 있는 폭과 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛의 범위 내에 있는 깊이를 가질 수 있다.
도 1 내지 도 3은 예시적인 액정 배향막(1)을 나타내는 도면이다. 하나의 예시에서, 액정 배향막은, 도 1에 나타낸 바와 같이 액정 배향능을 가지는 표면(101)에 홈(102)이 직접적으로 형성되어 있는 구조일 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 액정 배향막은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 홈(102)이 형성되어 있는 하부층(103)의 표면에 액정 배향층(104)이 형성되어 있는 구조일 수 있고, 이 경우에 상기 하부층(103)은 액정 배향층(104)이 형성되지 않은 다른 일면에 기재층(105)을 추가로 더 포함할 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 액정 배향막은, 또는 도 3에 나타낸 바와 같이, 기재층을 추가로 더 포함할 수 있고, 이 경우에 홈(102)이 형성되어 있는 기재층(105)의 표면에 액정 배향층(104)이 직접적으로 형성되어 있는 구조일 수도 있다.
액정 배향능을 가지는 표면은, 이 분야에서 공지되어 있는 통상의 배향층을 통해 형성할 수 있다. 배향층으로는, 예를 들면, 직선 편광된 광의 조사에 의하여 유도되는 이성화(cis-trans isomerization), 프리즈 재배열(fries rearrangement) 또는 이량화(dimerization) 반응에 의하여 배향이 결정되고, 결정된 배향에 의하여 인접하는 액정층에 배향을 유도할 수 있는 광배향층, 러빙 처리된 폴리이미드층과 같은 고분자층, 나노임프린팅 방식 등의 임프린팅 방식으로 형성된 배향층과 같이 복수의 홈 영역이 패터닝되어 있는 배향층 등이 예시될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 배향층은 광배향층일 수 있다. 광배향층은, 예를 들면, 광배향성 화합물을 사용하여 형성할 수 있다. 광배향성 화합물은 광의 조사, 예를 들면, 직선 편광된 광의 조사에 의해서 소정 방향으로 정렬하여, 인접하는 액정 화합물의 배향을 유도할 수 있는 화합물을 의미할 수 있다.
광배향성 화합물은, 예를 들면, 광감응성 잔기(photosensitive moiety)를 포함하는 화합물일 수 있다. 액정 화합물의 배향에 사용될 수 있는 광배향성 화합물은 다양하게 공지되어 있다. 광배향성 화합물로는, 예를 들면, 트랜스-시스 광이성화(trans-cis photoisomerization)에 의해 정렬되는 화합물; 사슬 절단(chain scission) 또는 광산화(photo-oxidation) 등과 같은 광분해(photo-destruction)에 의해 정렬되는 화합물; [2+2] 첨가 환화([2+2] cycloaddition), [4+4] 첨가 환화 또는 광이량화(photodimerization) 등과 같은 광가교 또는 광중합에 의해 정렬되는 화합물; 광 프리즈 재배열(photo-Fries rearrangement)에 의해 정렬되는 화합물 또는 개환/폐환(ring opening/closure) 반응에 의해 정렬되는 화합물 등을 사용할 수 있다. 트랜스-시스 광이성화에 의해 정렬되는 화합물로는, 예를 들면, 술포화 디아조 염료(sulfonated diazo dye) 또는 아조고분자(azo polymer) 등의 아조 화합물이나 스틸벤 화합물(stilbenes) 등이 예시될 수 있고, 광분해에 의해 정렬되는 화합물로는, 시클로부탄 테트라카복실산 이무수물(cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride), 방향족 폴리실란 또는 폴리에스테르, 폴리스티렌 또는 폴리이미드 등이 예시될 수 있다. 또한, 광가교 또는 광중합에 의해 정렬되는 화합물로는, 신나메이트(cinnamate) 화합물, 쿠마린(coumarin) 화합물, 신남아미드(cinnamamide) 화합물, 테트라히드로프탈이미드(tetrahydrophthalimide) 화합물, 말레이미드(maleimide) 화합물, 벤조페논 화합물 또는 디페닐아세틸렌(diphenylacetylene) 화합물이나 광감응성 잔기로서 찰코닐(chalconyl) 잔기를 가지는 화합물(이하, 찰콘 화합물) 또는 안트라세닐(anthracenyl) 잔기를 가지는 화합물(이하, 안트라세닐 화합물) 등이 예시될 수 있고, 광 프리즈 재배열에 의해 정렬되는 화합물로는 벤조에이트(benzoate) 화합물, 벤조아미드(benzoamide) 화합물, 메타아크릴아미도아릴 (메타)아크릴레이트(methacrylamidoaryl methacrylate) 화합물 등의 방향족 화합물이 예시될 수 있으며, 개환/폐환 반응에 의해 정렬하는 화합물로는 스피로피란 화합물 등과 같이 [4+2] π-전자 시스템([4+2] π-electronic system)의 개환/폐환 반응에 의해 정렬하는 화합물 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
광배향성 화합물은, 예를 들면, 단분자 화합물, 단량체성 화합물, 올리고머성 화합물 또는 고분자성 화합물이거나, 상기 광배향성 화합물과 고분자의 블랜드(blend) 형태일 수 있다. 상기에서 올리고머성 또는 고분자성 화합물은, 상기 기술한 광배향성 화합물로부터 유도된 잔기 또는 상기 기술한 광감응성 잔기를 주쇄 내 또는 측쇄에 가질 수 있다.
광배향성 화합물로부터 유도된 잔기 또는 광감응성 잔기를 가지거나, 상기 광배향성 화합물과 혼합될 수 있는 고분자로는, 예를 들면, 폴리노르보넨, 폴리올레핀, 폴리아릴레이트, 폴라아크릴레이트, 폴리(메타)아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리암산(poly(amic acid)), 폴리말레인이미드, 폴리아크릴아미드, 폴리메타크릴아미드, 폴리비닐에테르, 폴리비닐에스테르, 폴리스티렌, 폴리실록산, 폴리아크릴니트릴 또는 폴리메타크릴니트릴 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
광배향성 화합물에 포함될 수 있는 고분자로는, 대표적으로는 폴리노르보넨 신나메이트, 폴리노르보넨 알콕시 신나메이트, 폴리노르보넨 알릴로일옥시 신나메이트, 폴리노르보넨 불소화 신나메이트, 폴리노르보넨 염소화 신나메이트 또는 폴리노르보넨 디신나메이트 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
광배향성 화합물이 고분자성 화합물인 경우에 상기 화합물은, 예를 들면, 약 10,000 g/mol 내지 500,000 g/mol 정도의 수평균분자량을 가질 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기와 같은 광배향성 화합물을 사용하여 광배향층을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 이 분야에서 공지된 방식을 사용할 수 있다.
하나의 예시에서, 액정 배향막은 기재층을 추가로 포함할 수 있고, 액정 배향능을 가지는 표면이 상기 기재층상에 형성되어 있을 수 있다. 도 2 내지 도 3은 기재층을 포함하는 액정 배향막을 예시적으로 나타내는 도면이다. 상기 기술한 바와 같이, 기재층은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 기재층(105)상에 홈(102)이 형성된 하부층(103) 및 액정 배향층(103)이 순차로 형성되어 있는 구조이거나, 또는 도 3에 나타낸 바와 같이, 기재층(105)에 직접 홈(102)이 형성되고 그 상부에 액정 배향층(1031)이 존재하는 구조일 수 있다.
상기 기재층으로는, 예를 들면, 광학 소자의 제조에 통상적으로 사용되는 유리 기재 또는 플라스틱 기재를 사용할 수 있다. 플라스틱 기재로는, TAC(triacetyl cellulose) 또는 DAC(diacetyl cellulose)와 같은 셀룰로오스 기재; 노르보르넨 유도체 등과 같은 고리형 올레핀 수지(COP; cyclo olefin polymer) 기재; PMMA(poly(methyl methacrylate) 등과 같은 아크릴 기재; 폴리카보네이트(PC, polycarbonate) 기재; PE(polyethylene) 또는 PP(polypropylene) 등과 같은 폴리올레핀 기재; 폴리비닐알코올(PVA, polyvinyl alcohol) 기재; 폴리에테르술폰(PES, poly ether sulfone) 기재; 폴리에테르에테르케톤(PEEK, polyetheretherketon) 기재; 폴리에테르이미드(PEI, polyetherimide) 기재; 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN, polyethylenenaphthatlate) 기재; PET(polyethyleneterephtalate) 등과 같은 폴리에스테르 기재; 폴리이미드(PI, polyimide) 기재; 폴리술폰(PSF, polysulfone) 기재; 또는 비정질 불소 수지 등과 같은 불소 수지 기재 등이 예시될 수 있다. 하나의 예시에서는 TAC 기재 등과 같은 셀룰로오스 기재가 사용될 수 있다.
플라스틱 기재층은, 예를 들면, 후술하는 액정층에 비하여 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 예시적인 기재층의 굴절률은, 약 1.33 내지 약 1.53의 범위이다. 기재층이 액정층에 비하여 낮은 굴절률을 가지면, 예를 들면, 휘도 향상, 반사 방지 및 콘트라스트 특성 향상 등에 유리하다. 또한, 플라스틱 기재층은, 예를 들면, 광학적으로 등방성이거나 혹은 이방성일 수 있다.
하나의 예시에서, 기재층은 자외선 차단제 또는 자외선 흡수제를 추가로 포함할 수 있다. 자외선 차단제 또는 흡수제를 기재층에 포함시키면, 자외선에 의한 액정층의 열화 등을 방지할 수 있다. 자외선 차단제 또는 흡수제로는, 살리실산 에스테르(salicylic acid ester) 화합물, 벤조페논(benzophenone) 화합물, 옥시벤조페논(oxybenzophenone) 화합물, 벤조트리아졸(benzotriazol) 화합물, 시아노아크릴레이트(cyanoacrylate) 화합물 또는 벤조에이트(benzoate) 화합물 등과 같은 유기물 또는 산화아연(zinc oxide) 또는 니켈 착염(nickel complex salt) 등과 같은 무기물이 예시될 수 있다. 기재층 내의 자외선 차단제 또는 흡수제의 함량은 특별히 제한되지 않고, 목적 효과를 고려하여 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 플라스틱 기재층의 제조 과정에서 상기 자외선 차단제 또는 흡수제를, 기재층의 주재료에 대한 중량 비율로 약 0.1 중량% 내지 25 중량% 정도로 포함시킬 수 있다.
기재층은, 예를 들면, 단일층 구조 또는 다층 구조일 수 있으나, 보다 얇은 두께의 소자를 제공하는 측면에서 단일층 구조를 선택할 수 있다. 기재층의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 목적하는 용도에 따라서 적절하게 조절될 수 있다.
하나의 예시에서, 액정 배향막에 포함되는 홈은, 예를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 폭(W) 및 깊이(D)를 가질 수 있다. 액정 배향막에 포함되는 홈은, 예를 들면, 5 ㎛ 내지 300 ㎛, 50 ㎛ 내지 250 ㎛ 또는 100 ㎛ 내지 200 ㎛의 범위 내에 있는 폭과 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛, 1 ㎛ 내지 4.5 ㎛, 1.5 ㎛ 내지 4.0㎛, 2.0 ㎛ 내지 3.5 ㎛ 또는 2.5 ㎛ 내지 3.0 ㎛의 범위 내에 있는 깊이를 가진 홈을 포함할 수 있다. 액정 배향막에서 홈의 폭 및 깊이가 상기 범위를 만족하는 경우, 액정 배향막이 후술하는 광학 필터에 포함되어 표시장치에 사용되는 경우, 표시장치의 휘도를 향상시킬 수 있다.
하나의 예시에서, 액정 배향막은 2개 이상의 홈을 포함하고, 상기 홈은 동일한 방향으로 연장되는 스트라이프 형상을 가지면서 이격되어 배치되어 있을 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 상기 홈은 격자 패턴으로 서로 인접하여 교대로 배치되어 있을 수 있다. 그렇지만, 홈의 배치는 이에 제한되는 것은 아니며, 다른 다양한 디자인도 적용될 수 있다.
하나의 예시에서, 액정 배향막에 포함되는 홈은, 예를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 이격되어 배치되어 있는 홈 간의 피치(P) 값을 가질 수 있다. 액정 배향막에 포함되는 홈은, 예를 들면, 이격되어 배치되어 있는 홈 간의 피치가 3차원 디스플레이 화소의 상하 높이인 50 ㎛ 내지 1000 ㎛ 범위 내에 있을 수 있다. 액정 배향막에서 홈의 피치가 상기 범위를 만족하는 경우, 액정 배향막이 후술하는 광학 필터에 포함되어 표시장치에 사용되는 경우, 표시장치의 휘도를 향상시킬 수 있다.
하나의 예시에서, 액정 배향막의 홈에는 광차단 물질, 광반사 물질 또는 광산란 물질이 충전되어 있을 수 있다. 예를 들면, 액정 배향막의 홈에는 상기 언급한 물질들의 일종 또는 이종 이상이 혼합된 상태 또는 상호간에 구별되어 층을 이룬 상태로 포함되어 있을 수 있다.
도 4 내지 6은, 홈이 형성된 하부층(103)의 표면에 액정 배향층(104)이 존재하는 액정 배향막에 있어서, 홈에 상기 물질들이 충전된 경우를 예시적으로 보여준다. 도 4는 액정 배향막의 홈에 광차단 물질(106)이 충전된 경우를 예시적으로 보여주고, 도 5는 액정 배향막의 홈에 광차단 물질(106)과 다른 기능성 물질, 예를 들면, 광반사 물질(107)이 충전된 경우를 예시적으로 보여주며, 도 6는, 액정 배향막의 홈에 광반사 물질(107)이 충전된 경우를 예시적으로 보여주고 있다.
광차단 물질, 광반사 물질 또는 광산란 물질로는, 그 종류는 특별히 제한되지 않고, 공지의 소재를 사용할 수 있다. 광차단 물질로는, 예를 들면, 특별한 제한이 없이, 공지의 광차단성 또는 광흡수성 잉크를 사용할 수 있다. 이러한 잉크의 예로는, 카본 블랙(carbon black) 잉크, 흑연 또는 산화철 등과 같은 무기 안료나, 아조계 안료 또는 프탈로시아닌계 안료 등의 블랙 유기 안료 잉크(Black pigment ink)를 포함하는 잉크를 들 수 있고, 광반사 물질로는, 예를 들면, 금속성 잉크나, 콜레스테릭 액정 물질, 복굴절성 물질 등을 사용할 수 있으며, 광산란 물질로는, 예를 들면, 실리카 입자 또는 나노입자를 사용할 수 있다. 상기 광차단, 광반사 또는 광산란 물질은 단독으로 홈에 충전되거나 또는 적절한 바인더(binder), 및/또는 용제(solvent)와 배합되어 홈에 충전될 수 있다. 예를 들면, 액정 배향막이 후술하는 광학필터에 적용되는 경우, 상기 안료의 배합량이나 종류를 조절하여 홈 영역의 광투과율을 조절할 수 있다.
하나의 예시에서, 액정 배향막은 표면에 5 ㎛ 내지 300 ㎛ 범위 내에 있는 폭과 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛ 범위 내에 있는 깊이를 가지는 홈이 형성되어 있는 제 1 층; 및 상기 제 1 층의 표면상에 형성되어 있는 액정 배향층을 포함할 수 있다. 제 1 층은, 예를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이 하부층(103) 및 기재층(105)을 포함하는 의미일 수 있고, 또는 도 3에 나타낸 바와 같이, 기재층(105)만을 포함하는 의미일 수도 있다.
제 1 층의 기재층으로는, 예를 들면, 상기 기재층의 항목에서 기술한 유리 또는 플라스틱 기재층을 동일하게 적용하여 사용할 수 있고, 제 1 층의 하부층으로는, 특별히 제한되지는 않으나, 예를 들면, 공지의 수지층을 선택하여 사용할 수 있다. 상기 수지층은, 예를 들면, 상온경화형, 습기경화형, 열경화형 또는 활성 에너지선 경화형 수지 조성물을 경화된 상태로 포함할 수 있다. 하나의 예시에서는, 상기 수지층은, 열경화형 또는 활성 에너지선 경화형 수지 조성물, 또는 활성 에너지선 경화형 수지 조성물을 경화된 상태로 포함할 수 있다. 고경도층의 설명에서 「경화된 상태」란, 상기 각 수지 조성물에 포함되는 성분들이 가교 반응 또는 중합 반응 등을 거쳐서 수지 조성물이 하드(hard)한 상태로 전환된 경우를 의미할 수 있다. 또한, 상기에서 상온경화형, 습기경화형, 열경화형 또는 활성 에너지선 경화형 수지 조성물은, 상기 경화 상태가 상온 하에서 유도되거나, 혹은 적절한 습기의 존재 하, 열의 인가 또는 활성 에너지선의 조사에 의해서 유도될 수 있는 조성물을 의미할 수 있다.
제 1 층은, 예를 들면, 홈에 광차단 물질, 광반사 물질 또는 광산란 물질이 충전되어 있는 상태에서, 표면의 최대 높이 조도(maximum height roughness)가 1 ㎛ 이하, 0.8 ㎛이하, 0.6 ㎛이하, 0.4 ㎛이하 또는 0.2 ㎛이하일 수 있다. 상기 최대 높이 조도는, 컷 오프(cut off) 내의 조도 곡선에서 중심선과 평행하면서, 상기 조도 곡선의 최고점을 지나는 직선과 최저점을 지나는 직선간의 거리를 의미할 수 있으며, 예를 들면, 제 1 층상에서 100 ㎛2의 면적을 가지는 임의의 영역에 대하여 측정한 수치일 수 있다. 액정 배향막의 제 1 층이 상기 표면의 최대 높이 조도의 범위를 만족하는 경우, 광차단 물질 등이 충전된 홈의 영역과 충전되지 않은 영역과의 단차를 감소시킬 수 있기 때문에, 액정 배향막에 편광판을 부착하는 경우에 들뜸 현상이 발생하지 않아 후술하는 광학필터용 일체형 편광판의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
본 출원은, 또한 상기 액정 배향막의 제조방법에 관한 것이다.
하나의 예시에서, 상기 액정 배향막은 5 ㎛ 내지 300 ㎛의 범위 내에 있는 폭과 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛의 범위 내에 있는 깊이를 가지는 홈을 포함하는 층의 표면에 액정 배향능을 부여하는 것을 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
하나의 예시에서, 홈을 포함하는 층의 표면에 액정 배향능 부여하는 것은, 예를 들면, 표면에 홈이 형성된 제 1 층을 형성하고, 상기 홈이 형성된 제 1 층의 표면에 액정 배향층을 형성하는 방법에 의해 수행될 수 있다. 도 7은 예시적인 액정 배향막의 제조방법을 나타낸다. 도 7을 참고하면, 액정 배향막은, (a) 단계와 같이 기재층(105)상에 홈이 형성된 하부층(103), 예를 들면, 트렌치 필름을 형성하고, (b) 단계와 같이 홈에 광차단 물질(106) 또는 광차단 물질(106)과 광반사 물질(107)을 충전하며, (c) 단계와 같이 액정 배향층(104)을 형성함으로써 제조될 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 액정 배향막이 광학필터에 적용될 경우, 상기 (a), (b) 및 (c)에 (d) 단계가 추가되어 액정 배향층(104)상에 위상 지연 특성이 상이한 제 1 영역(201) 및 제 2 영역(202)를 포함하는 액정층을 형성킴으로써, 광학 필터를 제조할 수 있다.
상기 제 1 층에 홈을 형성하는 것은, 예를 들면, 하부층에 요철면을 형성하는 방식에 의해 수행될 수 있다. 하부층에 요철면을 형성하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 하부층을 형성할 수 있는 수지 조성물의 코팅층을 목적하는 요철 구조를 가지는 금형과 접촉시킨 상태에서 수지 조성물을 경화시키거나, 요철 구조를 구현할 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 제 1 층에 홈을 형성하는 것은, 예를 들면, 기재층에 요철면을 형성하는 방식에 의해 수행될 수 있고, 상기 기재층의 요철면은, 예를 들면 프린팅 방식이나 레이저 가공 등의 방식에 의하여 형성될 수 있다.
상기 제 1 층의 표면에 액정 배향층을 형성하는 것은, 예를 들면, 제 1 층에 폴리이미드 등의 고분자막을 형성하고 러빙 처리하거나, 광배향성 화합물을 코팅하고, 직선 편광의 조사 등을 통하여 배향 처리하는 방식 또는 나노 임프린팅 방식 등과 같은 임프린팅 방식으로 형성할 수 있다.
다른 하나의 예시에서, 홈을 포함하는 층의 표면에 액정 배향능 부여하는 것은 액정 배향층을 형성한 후 액정 배향층의 표면에 홈을 형성하는 방식으로 수행될 수 있다. 상기 홈은, 예를 들면, 프린팅 방식이나 레이저 가공 등의 방식에 의하여 형성될 수 있다.
하나의 예시에서, 액정 배향능을 부여하는 것은, 액정 배향막이 서로 상이한 배향능을 가지는 제 1 배향 영역 및 제 2 배향 영역을 포함하도록 수행될 수 있다. 하나의 예시에서, 액정 배향막은, 상기 제 1 배향 영역 및 제 2 배향 영역은 서로 공통 방향으로 연장하는 스트라이프 형상을 가지면서 솔 인접하여 교대로 배치되도록 제조될 수 있다. 하나의 예시에서, 액정 배향막은, 상기 액정 배향층의 하부에 존재하는 홈이 액정 배향막 표면의 법선 방향에서 관찰한 때에 상기 제 1 배향 영역 및 제 2 배향 영역의 경계에서 상기 제 1 배향 영역 및 제 2 배향 영역과 겹쳐지도록 제조될 수 있다.
또한, 상기 액정 배향막의 제조방법은 액정 배향층을 형성하기 전에 광차단 물질, 광반사 물질 또는 광산란 물질을 홈에 충전하는 것을 추가로 포함하는 방법에 의해 수행될 수 있다. 상기 광차단 물질, 광반사 물질 또는 광산란 물질들을 홈에 충전하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 스크린 인쇄 또는 그라비아 인쇄 등의 인쇄 방식이나, 잉크젯 방식에 의한 선택적인 젯팅 방식을 사용할 수 있다.
본 출원은, 또한 광학필터에 관한 것이다. 예시적인 광학 필터는 액정 배향막 및 액정층을 포함할 수 있고, 액정층은 액정 배향막의 상부에 존재할 수 있다. 액정 배향막에 관한 내용은 본 출원의 예시적인 액정 배향막에 대하여 상기 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있고, 액정층은, 예를 들면, 서로 위상 지연 특성이 상이한 제 1 및 제 2 영역을 가질 수 있다.
광학 필터는, 예를 들면, 입사되는 광을 서로 편광 상태가 상이한 2종류 이상의 광으로 분할하는 소자일 수 있다. 이러한 소자는 예를 들면, 입체 영상을 구현하기 위하여 사용할 수 있다.
상기 액정층은, 서로 위상 지연 특성이 상이한 제 1 및 제 2 영역을 가질 수 있다. 본 명세서에서 「제 1 영역과 제 2 영역의 위상 지연 특성이 서로 상이하다는 것」은, 예를 들면, 제 1 및 제 2 영역이 모두 위상 지연 특성을 가지는 영역인 상태에서 상기 제 1 및 제 2 영역이 서로 동일하거나 또는 상이한 방향으로 형성되어 있는 광축을 가지고 또한 위상 지연 수치도 서로 상이한 영역인 경우 및 서로 동일한 위상 지연 수치를 가지면서 상이한 방향으로 형성되어 있는 광축을 가지는 경우가 포함될 수 있다.
다른 하나의 예시에서, 「제 1 및 제 2 영역의 위상 지연 특성이 상이하다는 것」은, 제 1 및 제 2 영역 중에서 어느 하나의 영역은 위상 지연 특성을 가지는 영역이고, 다른 영역은 위상 지연 특성이 없는 광학적으로 등방성인 영역인 경우도 포함될 수 있다. 이러한 경우의 예로는, 상기 액정층이 형성되어 있는 영역과 형성되어 있지 않은 영역을 모두 포함하는 형태를 들 수 있다. 제 1 또는 제 2 영역의 위상 지연 특성은, 예를 들면, 액정 화합물의 배향 상태, 액정층의 굴절률 관계 또는 액정층의 두께를 조절하여 제어할 수 있다.
하나의 예시에서, 액정 배향막은, 2개 이상의 홈을 포함하고, 상기 2개 이상의 홈은 상기 제 1 영역과 제 2 영역은 서로 공통되는 방향으로 연장하는 스트라이프 형상을 가지면서 이격되어 배치되어 있을 수 있을 수 있다. 이 경우에, 액정층의 제 1 및 제 2 영역도 서로 공통 방향으로 연장하는 스트라이프 형상을 가지면서 서로 인접하여 교대로 배치되어 있고, 상기 홈은 액정 배향막 표면의 법선 방향에서 관찰할 때 상기 제 1 및 제 2 영역의 경계에서 상기 제 1 및 제 2 영역과 겹치도록 배치되어 있을 수 있다. 도 6은 액정 배향막에서 액정 배향능을 가지는 표면(3)에 형성된 홈(2)이 제 1 영역(7) 및 제 2 영역(8)과 겹치도록 배치되어 있는, 예시적인 광학필터를 나타내는 도면이다.
다른 하나의 예시에서, 상기 제 1 영역과 제 2 영역은 격자 패턴으로 서로 인접하여 교대로 배치되어 있을 수 있다. 이 경우에는, 제 1 및 제 2 영역도 격자 패턴으로 서로 인접하여 교대로 배치되어 있고, 상기 홈은 액정 배향막 표면의 법선 방향에서 관찰할 때 상기 제 1 및 제 2 영역의 경계에서 상기 제 1 또는 제 2 영역과 겹치도록 배치되어 있을 수 있다.
하나의 예시에서, 광학 필터가 입체 영상을 표시하는 장치에 사용되는 경우, 상기 제 1 및 제 2 영역 중에서 어느 하나의 영역은 좌안용 영상 신호 편광 조절 영역(이하, 「LG 영역으로 호칭할 수 있다.)이고, 다른 하나의 영역은 우안용 영상 신호 편광 조절 영역(이하, 「RG 영역」으로 호칭할 수 있다.)일 수 있다. 다른 하나의 예시에서, 광학 필터가 입체 영상을 표시하는 장치에 사용되는 경우, 광차단 물질 등이 충진된 홈 영역은 광투과량 조절 영역(이하, 「TC 영역」으로 호칭할 수 있다.)일 수 있다.
하나의 예시에서 상기 제 1 및 제 2 영역을 포함하는 액정층에 의해서 분할되는, 서로 다른 편광 상태를 가지는 2종 이상의 광은, 실질적으로 서로 수직한 방향을 가지는 직선 편광된 2종의 광을 포함하거나, 또는 좌원 편광된 광 및 우원 편광된 광을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 각도를 정의하면서, 수직, 수평, 직교 또는 평행 등의 용어를 사용하는 경우, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 상기 각각은 실질적인 수직, 수평, 직교, 또는 평행을 의미하는 것으로, 예를 들면, 제조 오차(error) 또는 편차(variation) 등을 감안한 오차를 포함하는 것이다. 따라서, 예를 들면, 상기 각각의 경우, 약 ±15도 이내의 오차, 약 ±10도 이내의 오차 또는 약 ±5도 이내의 오차를 포함할 수 있다.
다른 하나의 예시에서 상기 제 1 및 제 2 영역 중 어느 하나의 영역은, 입사광의 편광축을 회전시키지 않고, 그대로 투과시키는 영역이며, 다른 영역은, 입사광의 편광축을 다른 영역을 투과한 광의 편광축에 대하여 직교하는 방향으로 회전시켜 투과시킬 수 있는 영역일 수 있다. 이러한 경우에는, 상기 액정층에서 중합성 액정 화합물을 포함하는 영역은, 제 1 및 제 2 영역 중에서 어느 하나의 영역에만 형성되어 있을 수 있다. 상기에서 액정층이 형성되어 있지 않은 영역은 빈 공간이거나, 유리 또는 광학적 등방성인 수지층 또는 수지 필름 또는 시트가 형성되어 있을 수 있다.
다른 하나의 예시에서 제 1 및 제 2 영역 중 어느 하나의 영역은, 입사광을 좌원 편광된 광으로 변환하여 투과시킬 수 영역이고, 다른 영역은, 입사광을 우원 편광된 광으로 변환하여 투과시킬 수 있는 영역일 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 및 제 2 영역은 서로 동일한 위상 지연 수치를 나타내면서 서로 상이한 방향으로 형성된 광축을 가지는 영역이거나, 하나의 영역은 입사되는 광을 그 파장의 1/4 파장만큼 지연시킬 수 있는 영역이고, 다른 하나의 영역은 입사되는 광을 그 파장의 3/4 파장만큼 위상 지연시킬 수 있는 영역일 수 있다.
적절한 예시에서 상기 제 1 및 제 2 영역은, 서로 동일한 위상 지연 수치, 예를 들면 입사되는 광을 그 파장의 1/4 파장만큼 위상 지연시킬 수 있는 수치를 가지고, 또한 서로 상이한 방향으로 형성되어 있는 광축을 가지는 영역일 수 있다. 상기에서 서로 상이한 방향으로 형성되어 있는 광축이 이루는 각도는 예를 들면 약 90도일 수 있다.
액정층은, 예를 들면, 면내 지상축 방향의 굴절률과 면내 진상축 방향의 굴절률의 차이가 0.05 내지 0.2, 0.07 내지 0.2, 0.09 내지 0.2 또는 0.1 내지 0.2의 범위일 수 있다. 상기에서 면내 지상축 방향의 굴절률은, 액정층의 평면에서 가장 높은 굴절률을 나타내는 방향의 굴절률을 의미하고, 진상축 방향의 굴절률은, 액정층의 평면상에서 가장 낮은 굴절률을 나타내는 방향의 굴절률을 의미할 수 있다. 통상적으로 광학 이방성의 액정층에서 진상축과 지상축은 서로 수직을 이루는 방향으로 형성되어 있다. 상기 각각의 굴절률은, 550 nm 또는 589 nm의 파장의 광에 대하여 측정한 굴절률일 수 있다. 상기 액정층은 또한, 두께가 약 0.5㎛ 내지 2.0㎛ 또는 약 0.5㎛ 내지 1.5㎛일 수 있다. 상기 굴절률의 관계와 두께를 가지는 액정층은, 적용되는 용도에 적합한 위상 지연 특성을 구현할 수 있다. 상기 굴절률의 관계와 두께를 가지는 액정층은, 광분할용 광학 필터에 적합할 수 있다.
액정층은, 예를 들면, 광가교성 또는 광중합성 액정 화합물의 광가교층 또는 광중합층일 수 있다. 이 분야에서는 상기와 같은 특성을 나타내는 다양한 액정 화합물이 공지되어 있으며, 그 예로는 머크(Merk)사의 RM(Reactive Mesogen) 또는 BASF사의 LG242 등을 들 수 있다.
액정층은, 예를 들면, 다관능성 중합성 액정 화합물과 단관능성 중합성 액정 화합물을 포함할 수 있다. 상기 중합성 액정 화합물은 중합된 형태로 액정층에 포함되어 있을 수 있다.
용어 「다관능성 중합성 액정 화합물」은, 메소겐(mesogen) 골격 등을 포함하여 액정성을 나타내고, 또한 중합성 관능기를 2개 이상 포함하는 화합물을 의미할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 다관능성 중합성 액정 화합물은 중합성 관능기를 2개 내지 10개, 2개 내지 8개, 2개 내지 6개, 2개 내지 5개, 2개 내지 4개, 2개 내지 3개 또는 2개 포함할 수 있다.
또한, 용어 「단관능성 중합성 액정 화합물」은, 메소겐 골격 등을 포함하여 액정성을 나타내고, 또한 1개의 중합성 관능기를 포함하는 화합물을 의미할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 「액정층에 중합된 형태로 포함되어 있는 액정 화합물」은 상기 액정 화합물이 중합되어 액정층 내에서 액정 고분자를 형성하고 있는 상태를 의미할 수 있다.
액정층이 다관능성 및 단관능성 중합성 화합물을 포함하면, 액정층에 보다 우수한 위상 지연 특성을 부여할 수 있고, 구현된 위상 지연 특성, 예를 들면, 액정층의 광축 및 위상 지연 수치 등이 가혹 조건에서도 안정적으로 유지될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 중합성 액정 화합물은, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112013109695907-pat00001
상기 화학식 1에서 A는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO- 이고, R1 내지 R10은, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 시아노기, 니트로기, -O-Q-P- 또는 하기 화학식 2의 치환기이거나, R1 내지 R5 중 인접하는 2개의 치환기 또는 R6 내지 R10 중 인접하는 2개의 치환기는 서로 연결되어 -O-Q-P-로 치환된 벤젠을 형성하되, R1 내지 R10 중 적어도 하나는 -O-Q-P- 또는 하기 화학식 2의 치환기이거나, R1 내지 R5 중 인접하는 2개의 치환기 또는 R6 내지 R10 중 인접하는 2개의 치환기의 적어도 하나의 쌍은 서로 연결되어 -O-Q-P-로 치환된 벤젠을 형성하고, 상기에서 Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이며, P는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기 등의 중합성 관능기이다.
[화학식 2]
Figure 112013109695907-pat00002
상기 화학식 2에서 B는 단일 결합, -COO- 또는 -OCO- R11 내지 R15는, 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 알콕시카보닐기, 시아노기, 니트로기 또는 -O-Q-P-이거나, R1 내지 R5 중 인접하는 2개의 치환기 또는 R6 내지 R10 중 인접하는 2개의 치환기는 서로 연결되어 -O-Q-P-로 치환된 벤젠을 형성하되, R11 내지 R15 중 적어도 하나는 -O-Q-P-이거나, R11 내지 R15 중 인접하는 2개의 치환기의 쌍은 서로 연결되어 -O-Q-P-로 치환된 벤젠을 형성하고, 상기에서 Q는 알킬렌기 또는 알킬리덴기이며, P는, 알케닐기, 에폭시기, 시아노기, 카복실기, 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기 등의 중합성 관능기이다.
상기 화학식 1 및 2에서 인접하는 2개의 치환기는 서로 연결되어 -O-Q-P-로 치환된 벤젠을 형성한다는 것은, 인접하는 2개의 치환기가 서로 연결되어 전체적으로 -O-Q-P-로 치환된 나프탈렌 골격을 형성하는 것을 의미할 수 있다.
상기 화학식 2에서 B의 좌측의 「-」는, B가 화학식 1의 벤젠에 직접 연결되어 있음을 의미할 수 있다.
상기 화학식 1 및 2에서 용어 「단일 결합」은, A 또는 B로 표시되는 부분에 별도의 원자가 존재하지 않는 경우를 의미한다. 예를 들어, 화학식 1에서 A가 단일 결합인 경우, A의 양측의 벤젠이 직접 연결되어 비페닐(biphenyl) 구조를 형성할 수 있다.
상기 화학식 1 및 2에서 할로겐으로는, 예를 들면, 염소, 브롬 또는 요오드 등이 예시될 수 있다.
상기 화학식 1 및 2에서 용어 「알킬기」는, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기 또는 탄소수 3 내지 20, 탄소수 3 내지 16 또는 탄소수 4 내지 12의 시클로알킬기를 의미할 수 있다. 상기 알킬기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
본 명세서에서 용어 「알콕시기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 예를 들면, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기를 의미할 수 있다. 상기 알콕시기는, 예를 들면, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알콕시기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 용어 「알킬렌기」 또는 「알킬리덴기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 4 내지 10 또는 탄소수 6 내지 9의 알킬렌기 또는 알킬리덴기를 의미할 수 있다. 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는, 예를 들면, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알킬렌기 또는 알킬리덴기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 「알케닐기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 2 내지 20, 탄소수 2 내지 16, 탄소수 2 내지 12, 탄소수 2 내지 8 또는 탄소수 2 내지 4의 알케닐기를 의미할 수 있다. 상기 알케닐기는, 직쇄, 분지쇄 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알케닐기는 임의적으로 하나 이상의 치환기에 의해 치환될 수 있다.
또한, 상기 화학식 1 및 2에서 P는, 예를 들면 아크릴로일기, 메타크릴로일기, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이거나, 아크릴로일옥시기 또는 메타크릴로일옥시기이거나, 또는 아크릴로일옥시기일 수 있다.
액정층은, 예를 들면, 단관능성 중합성 액정 화합물을 다관능성 중합성 액정 화합물을 100 중량부 대비 0 중량부 초과 100 중량부 이하, 1 중량부 내지 90 중량부, 1 중량부 내지 80 중량부, 1 중량부 내지 70 중량부, 1 중량부 내지 60 중량부, 1 중량부 내지 50 중량부, 1 중량부 내지 30 중량부 또는 1 중량부 내지 20 중량부로 포함할 수 있다.
상기 범위 내에서 다관능성 및 단관능성 중합성 액정 화합물의 혼합 효과를 극대화할 수 있으며, 또한, 상기 액정층이 상기 접착제층과 우수한 접착성을 나타내도록 할 수 있다. 본 명세서에서 특별히 달리 규정하지 않는 한, 단위 중량부는 중량의 비율을 의미할 수 있다.
상기 다관능성 및 단관능성 중합성 액정 화합물은 수평 배향된 상태로 액정층에 포함되어 있을 수 있다. 본 명세서에서 용어 「수평 배향」은, 중합된 액정 화합물을 포함하는 액정층의 광축이 액정층의 평면에 대하여 약 0도 내지 약 25도, 약 0도 내지 약 15도, 약 0도 내지 약 10도, 약 0도 내지 약 5도 또는 약 0도의 경사각을 가지는 경우를 의미할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「광축」은, 입사광이 해당 영역을 투과할 때의 진상축 또는 지상축을 의미할 수 있다.
하나의 예시에서, 광학필터는 액정층의 상부에 형성된 편광층을 추가로 포함할 수 있다. 편광층은, 투과축 및 상기 투과축에 직교하는 흡수축이 형성되어 있는 광학 소자이고, 빛이 입사되면 그 가운데 투과축 방향과 평행한 편광축을 가지는 신호만을 투과시킬 수 있다. 예시적인 액정 배향막은 홈에 광차단 물질 등이 충전되므로, 광차단 영역과 광차단 영역이 아닌 영역 간의 단차를 감소시킬 수 있기 때문에, 상기와 같이 광학 필터와 편광판이 부착된 광학필터용 일체형 편광판의 제조 시에도 들뜸 현상이 발생하지 않는다. 하나의 예시에서, 상기 편광층의 투과축은, 제 1 영역과 제 2 영역의 광축이 이루는 각도를 이등분한 선과 수직하게 배치될 수 있고, 예를 들면, 상기 편광층의 투과축은 제 1 영역의 광축과 45도를 이루고, 제 2 영역의 광축과는 -45도를 이룰 수 있다.
본 출원은, 또한 표시장치에 관한 것이다. 예시적인 표시장치는 상기 광학 필터를 포함할 수 있다. 광학 필터에 대한 내용은 본 출원의 예시적인 광학필터에 대하여 상기 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 하나의 예시에서 표시 장치는 입체 영상 표시 장치(이하, 「3D 장치」)일 수 있다. 표시장치는, 예를 들면, 표시부를 추가로 포함할 수 있고, 이 경우에 표시부에서 출사되는 신호가 광학필터를 투과한 후에 관찰자에게 전달될 수 있도록 배치될 수 있다.
표시부는 구동 상태에서 우안용 신호(이하, 「R 신호」)를 생성할 수 있는 우안용 신호 생성 영역(이하, 「RS 영역」)과 좌안용 신호(이하, 「L 신호」)를 생성할 수 있는 좌안용 신호 생성 영역(이하, 「LS 영역」)을 포함할 수 있다. 용어 「구동 상태」는 표시 장치, 예를 들면 3D 장치가 영상, 예를 들면, 입체 영상을 표시하고 있는 상태를 의미할 수 있다.
표시부는 또한 RS 및 LS 영역에 인접하는 광투과량 조절 영역(이하, 「TC 영역」)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 설명의 편의상 표시부에 포함되는 TC 영역은 TC1 영역으로 호칭하고, 광학필터에 포함되는 TC 영역은 TC2 영역으로 호칭한다. 본 명세서에서, 용어 「TC 영역」은 그 영역으로 입사되는 광을 차단하거나, 또는 그 영역으로 입사되는 광 중에서 일부의 광만을 투과시킬 수 있도록 형성된 영역을 의미할 수 있다. 하나의 예시에서 TC 영역은 입사되는 광의 투과율, 즉 광투과율이 0% 내지 20%, 0% 내지 15%, 0% 내지 10% 또는 0% 내지 5%인 영역을 의미할 수 있다.
또한, 상기에서 TC1 영역이 RS 및 LS 영역에 인접한다는 것은, 시야각 범위 내에 속하는 적어도 어느 하나의 각도에서 영상을 관찰할 때에 RS 및/또는 LS 영역에서 생성된 R 신호 및/또는 L 신호가 광학필터로 전달되는 과정에서 R 및/또는 L 신호의 적어도 일부가 TC1 영역으로 입사하는 것에 의해, TC1 영역으로 입사한 신호가 TC1 영역에 의해 차단되거나 또는 TC 영역으로 입사한 신호의 일부만이 TC1 영역을 투과하여 광학필터로 전달될 수 있도록 하는 위치에 TC1 영역이 존재하는 것을 의미할 수 있다.
본 명세서에서 용어 「시야각」은, 예를 들면, LS 영역에서 생성된 L 신호가 광학필터의 좌안용 신호 편광 조절 영역(이하, 「LG 영역」)을 투과하고, 또한 우안용 신호 편광 조절 영역(이하, 「RG 영역」)은 투과하지 않으면서 관찰자에게 전달될 수 있는 각도의 범위 또는 RS 영역에서 생성된 R 신호가 광학필터의 RG 영역을 투과하고, 또한 LG 영역은 투과하지 않으면서 관찰자에게 전달될 수 있는 각도의 범위를 의미할 수 있다. 시야각을 초과하는 각도에서는, L 신호가 RG 영역을 투과하거나, 혹은 R 신호가 LG 영역을 투과한 후에 관찰자에게 전달되어서 영상의 품질을 떨어뜨리는 소위 크로스토크(crosstalk) 현상이 일어날 수 있다.
하나의 예시에서 RS 및 LS 영역에 인접하여 존재하는 TC1 영역은, 상기 RS 및 LS 영역의 사이에 위치할 수 있다. TC1 영역이 RS 및 LS 영역의 사이에 존재하는 태양의 예로는, 동일 평면상에서 RS, TC1 및 LS 영역이 순차로 위치하는 경우, 또는, RS 및 LS 영역이 위치하는 평면의 전면 또는 후면에 TC1 영역이 위치하는 경우 등이 예시될 수 있다. RS 및 LS 영역이 위치하는 평면의 전면 또는 후면에 TC1 영역이 위치하는 경우에는, TC1 영역은, 상기 장치를 정면에서 관찰할 때에, 상기 RS 및/또는 LS 영역의 적어도 일부와 겹쳐진 상태로 존재할 수 있다.
하나의 예시에서, 광학필터는 편광조절부 및 편광조절부에 인접하여 존재하는 TC2 영역을 포함할 수 있다. 상기 광학필터의 항목에서 기술한 바와 같이, 광학필터에서 위상 지연 특성이 서로 상이한 제 1 및 제 2 영역을 포함하는 액정층은 편광조절부에 대응될 수 있고, 광학필터에서 광차단 물질 등이 충전된 홈 영역은 TC 영역에 대응될 수 있다.
하나의 예시에서, 편광조절부는, RG 영역 및 LG 영역을 포함할 수 있다. RG 영역은 예를 들면, 구동 상태에서 표시부에서 생성된 R 신호가 입사될 수 있는 위치에 존재할 수 있다. 또한, LG 영역은, 예를 들면, 구동 상태에서 표시부에서 생성된 L 신호가 입사될 수 있는 위치에 존재할 수 있다. 예를 들면, 광학필터의 액정층에서 제 1 및 제 2 영역 중에서 어느 하나의 영역은 RG 영역이고, 다른 하나의 영역은 LG 영역일 수 있다.
TC2 영역은 RG 및 LG 영역과 인접하여 위치할 수 있다. TC2 영역이 RG 및 LG 영역에 인접한다는 것은, 시야각 범위 내에 속하는 적어도 어느 하나의 각도에서 영상을 관찰할 때에 표시부에서 전달되는 R 신호 및/또는 L 신호가 RG 및/또는 LG 영역으로 입사되기 전, RG 및/또는 LG 영역을 투과하는 과정, 또는 RG 및/또는 LG 영역을 투과한 후에 R 및/또는 L 신호의 일부가 TC2 영역으로 입사하는 것에 의해, TC2 영역으로 입사한 신호가 TC2 영역에 의해 차단되거나 또는 TC2 영역으로 입사한 신호의 일부만이 TC2 영역을 투과할 수 있도록 하는 위치에 TC2 영역이 존재하는 것을 의미할 수 있다.
하나의 예시에서 RG 및 LG 영역에 인접하여 존재하는 TC2 영역은, RG 및 LG 영역의 사이에 위치할 수 있다. TC2 영역이 RG 및 LG 영역의 사이에 존재하는 태양의 예로는 RG 및 LG 영역이 위치하는 평면의 전면 에 TC2 영역이 위치하는 경우 등이 예시될 수 있다. RG 및 LG 영역이 위치하는 평면의 전면에 TC2 영역이 위치하는 경우에는, TC2 영역은, 상기 장치를 정면에서 관찰할 때에, RG 및/또는 LG 영역의 적어도 일부와 겹쳐진 상태로 존재할 수 있다.
하나의 예시적인 3D 장치는, 관찰자가 입체 영상 관찰용 안경(이하, 「3D 안경」)을 착용하고 입체 영상을 관찰하는 장치일 수 있다.
도 9, 본 출원의 예시적인 3D 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 9과 같이 본 출원의 예시적인 3D 장치(3)는 표시부(301)와 광학필터(302)를 포함할 수 있다. 표시부(301)는, 광원(3011), 편광판(3012) 및 영상 생성 영역(3013)을 포함할 수 있다. RS 및 LS 영역은, 영상 생성 영역(3013)에 포함되며, 편광판(3012) 및 광원(3011)은, 상기 영상 생성 영역(3013)의 일측에 순차로 포함될 수 있다.
광원(3011)으로는, 예를 들면, LCD(Liquid Crystal Display) 등의 표시 장치에서 광원으로서 통상 사용되는 직하형(direct type) 또는 에지형(edge type)의 백라이트 유닛(BLU; Back Light Unit)이 사용될 수 있다. 광원(3011)으로는 상기 외에도 다양한 종류의 장치가 사용될 수 있다.
표시부(301)에서 편광판(3012)은 광원(3011) 및 영상 생성 영역(3013)의 사이에 위치할 수 있다. 이러한 배치에 의해, 광원(3011)에서 출사한 광은 편광판(3012)을 투과한 후에 영상 생성 영역(3013)으로 입사할 수 있다. 편광판은, 투과축 및 상기 투과축에 직교하는 흡수축이 형성되어 있는 광학 소자일 수 있다. 편광판으로 광이 입사하면, 입사된 광 중에서 편광판의 투과축 방향과 평행한 편광축을 가지는 광만이 투과될 수 있다. 본 명세서에서는, 후술하는 광학필터에 포함되는 편광판과의 구별을 위하여 표시부에 포함되는 편광판을 제 1 편광판으로 호칭하고, 광학필터에 포함되는 편광판을 제 2 편광판으로 호칭하기로 한다.
영상 생성 영역(3013)은, 구동 상태에서 L 신호를 생성할 수 있는 LS 영역과 R 신호를 생성할 수 있는 RS 영역을 포함할 수 있다.
하나의 예시에서 영상 생성 영역(3013)은, 2장의 기판의 사이에 액정층을 개재시킨 투과형 액정 패널에 의해 형성되는 영역 또는 상기 액정 패널의 내부에 형성되는 영역일 수 있다. 액정 패널은, 예를 들면, 광원(3011)측으로부터 순차로 배치된 제 1 기판, 화소 전극, 제 1 배향막, 액정층, 제 2 배향막, 공통 전극 및 제 2 기판을 포함할 수 있다. 제 1 기판에는, 예를 들면, 투명 화소 전극에 전기적으로 접속된 구동 소자로서 TFT(Thin Film Transistor)와 배선 등을 포함하는 액티브형 구동 회로가 형성되어 있을 수 있다. 화소 전극은, 예를 들면 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 금속 산화물을 포함하는 것으로, 화소별 전극으로 기능할 수 있다. 또한, 제 1 또는 제 2 배향막은, 예를 들면, 액정층의 액정을 배향시키는 역할을 할 수 있다. 액정층은, 예를 들면, VA(Vertical Alignment), TN(Twisted Nematic), STN(Super Twisted Nematic) 또는 IPS(In LGane Switching) 모드의 액정을 포함할 수 있다. 액정층은, 구동 회로로부터 인가되는 전압에 의해서, 광원(3011)으로부터의 광을 화소별로 투과 또는 차단하는 기능을 가질 수 있다. 공통 전극은, 예를 들면 공통의 대향 전극으로 기능할 수 있다.
영상 생성 영역(3013)에는 구동 상태에서 L 또는 R 신호를 생성할 수 있는 영역으로서 하나 이상의 화소(pixel)를 포함하는 LS 및 RS 영역이 형성되어 있을 수 있다. 예를 들면, 액정 패널에서 제 1 및 제 2 배향막의 사이에 밀봉된 액정을 포함하는 하나 이상의 단위 화소가 LS 또는 RS 영역을 형성하고 있을 수 있다. LS 및 RS 영역은 행 및/또는 열 방향으로 배치되어 있을 수 있다.
도 10 및 도 11은, 예시적인 RS 및 LS 영역의 배치를 나타내는 도면이다. 도 10 및 도 11은, 3D 장치를 정면에서 관찰할 경우의 RS 및 LS 영역의 배치일 수 있다. 하나의 예시에서 RS 및 LS 영역은, 도 10과 같이, 공통의 방향, 예를 들면, 길이 방향으로 연장하는 스트라이프 형상을 가지며, 인접하여 교대로 배치되어 있을 수 있다. 다른 예시에서, RS 및 LS 영역은, 도 11과 같이 격자 패턴으로 서로 인접하여 교대로 배치되어 있다. 그렇지만, RS 및 LS 영역의 배치는 도 10 및 도 11의 배치에 제한되는 것은 아니며, 다른 다양한 디자인도 적용될 수 있다.
표시부(301)는, 예를 들면, 구동 상태에서 신호에 따라 각 영역에서의 화소를 구동하는 것에 의해서 R 및 L 신호를 포함하는 신호를 생성할 수 있다.
예를 들어, 도 9를 참조하면, 광원(3011)에서 출사한 광이 제 1 편광판(3012)에 입사하면, 편광판(3012)의 투과축과 평행하게 편광된 광만이 투과될 수 있다. 이와 같이 투과된 광은 영상 생성 영역(3013)에 입사한다. 영상 생성 영역(3013)에 입사하여 RS 영역을 투과한 광은 R 신호가 되며, LS 영역을 투과한 광은 L 신호가 될 수 있다.
표시부(301)는, TC1 영역을 포함할 수 있다. TC1 영역은, RS 및 LS 영역에 인접하여 위치할 수 있다. 예시적인 장치(3)를 모식적으로 도시한 도 9에서는 TC1 영역이 영상 생성 영역(3013)에서 RS 및 LS 영역이 형성되는 평면의 전면에 위치하고, 또한 정면에서 관찰할 때에 상기 RS 및 LS 영역의 사이에서 상기 RS 및 LS 영역의 일부와 겹쳐지도록 위치하고 있다. 그렇지만, TC1 영역의 위치는 도 9에 나타난 배치에 제한되지 않는다. 예를 들면, TC1 영역은 RS 및 LS 영역이 형성되는 평면의 후면에 위치하거나, 예를 들면, 후술하는 도 18에 나타난 것처럼 RS 및 LS 영역이 형성되면 평면과 동일한 평면에 위치할 수도 있다. 도 12은, 도 10의 LS 및 RS 영역의 배치 형태를 TC1의 존재를 감안하여 다시 도시한 도면이고, 도 13은 도 11의 LS 및 RS 영역의 배치를 TC1의 존재를 감안하여 다시 도시한 도면이다. 도 12 및 도 13에서 TC1 영역은 사선으로 표시되어 있다.
TC1 영역은, 예를 들면, 후술하는 TC2 영역과 조합되어 휘도의 손실 없이 3D 장치가 넓은 시야각에서 영상을 표시하도록 할 수 있다.
하나의 예시에서 TC1 영역은, 블랙 매트릭스일 수 있다. 예를 들어, 영상 생성 영역(3013)이 투과형 액정 패널에 의해 형성되는 영역이거나 그 내부에 형성되는 영역인 경우, TC1 영역은, 전술한 바와 같이 액정 패널에 포함될 수 있는 제 2 기판에 통상적으로 존재하는 컬러 필터에 포함되는 블랙 매트릭스일 수 있다. 하나의 예시에서 TC1 영역은, 크롬(Cr), 크롬과 크롬 산화물의 이층막(Cr/CrOx 이층막), 카본 블랙(carbon black), 카본 안료 등과 같은 안료(pigment)를 포함하는 수지층 또는 그래파이트(Graphite)를 포함하여 형성되는 영역일 수 있다. 상기 소재를 사용하여 TC1 영역을 형성하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, TC1 영역은, 블랙 매트릭스를 형성하는 통상적인 방식인 포토리소그라피(photolithography)나 리프트 오프(lift off) 방식 등으로 형성할 수 있다.
3D 장치에서 광학필터는, 예를 들면 도 9에 나타난 바와 같이, 편광 조절부(3022)를 포함하고, 제 2 편광판(3021)을 추가로 포함할 수 있다. 제 2 편광판은 상기 기술한 광학필터의 편광층일 수 있다. 제 2 편광판(3021)은, 표시부(301)와 편광 조절부(3022)의 사이에 포함될 수 있다. 편광 조절부(3022)는 LG 및 RG 영역을 포함한다. 또한 TC2 영역은 LG 및 RG 영역에 인접하여 위치할 수 있다. 예시적인 장치(3)를 모식적으로 도시한 도 9에서는 TC2 영역이 RG 및 LG 영역의 사이에 위치하고, 또한 RG 및 LG 영역이 위치하는 평면의 전면에서 상기 RG 및 LG 영역의 일부와 겹쳐지도록 위치하는 것으로 표시되어 있다. 이에 의해 영상 생성 영역(3013)에서 출사된 신호는 제 2 편광판(3021)과 편광 조절부(3022)를 순차로 투과하여 관찰자에게 전달될 수 있다. 또한, R 및/또는 L 신호의 적어도 일부는, 시야각 내의 어느 하나의 각도에서 관찰할 때에 RG 및/또는 LG 영역에 입사하기 전, RG 및/또는 LG 영역을 투과하는 과정 또는 RG 및/또는 LG 영역을 투과한 후에 TC2 영역으로 입사할 수 있다.
하나의 예시에서 3D 장치(3)에 포함되는 제 1 및 제 2 편광판(1012, 1021)은 각각의 흡수축이 서로 수직을 이루도록 배치되어 있을 수 있다. 제 1 및 제 2 편광판(1012, 1021)의 투과축도 역시 서로 수직을 이루고 있을 수 있다. 상기에서 수직은, 실질적인 수직을 의미하고, 예를 들면, ±15도 이내, ±10도 이내 또는 ±5도 이내의 오차를 포함할 수 있다.
편광조절부(3022)에 포함되는 RG 및 LG 영역은, 각각 R 및 L 신호의 편광 상태를 조절할 수 있는 영역이다. 하나의 예시에서 RG 및 LG 영역은, R 및 L 신호가 서로 상이한 편광 상태를 가진 채로 3D 장치로부터 출사되도록 하는 역할을 하는 영역일 수 있다.
하나의 예시에서 RG 영역은, 구동 상태에서 RS 영역에서 생성 및 전달되는 R 신호가 입사될 수 있도록 RS 영역에 대략적으로 대응하는 위치에 RS 영역과 대략적으로 대응되는 크기로 배치되어 있을 수 있고, LS 영역은, LS 영역에서 생성 및 전달되는 L 신호가 입사될 수 있도록 LS 영역의 대략적으로 대응하는 위치에 LS 영역과 대략적으로 대응되는 크기로 배치되어 있을 수 있다. RS 또는 LS 영역에 대응되는 위치에 대응되는 크기로 RG 또는 LG 영역이 형성된다는 것은, RS 영역에서 생성된 R 신호가 RG 영역에 입사될 수 있고, LS 영역에서 생성된 L 신호가 LG 영역으로 입사될 수 있는 위치 및 크기를 의미하는 것이고, 반드시 양자가 동일한 위치에 동일한 크기로 형성되어야 하는 것을 의미하는 것은 아니다.
RG 및 LG 영역은, 예를 들면, 표시부의 RS 및 LS 영역의 배치에 대응하여 공통 방향, 예를 들면, 길이 방향으로 연장하는 스트라이프 형상으로 형성되고, 또한 서로 인접하여 교대로 배치되어 있거나, 혹은 격자 패턴으로 서로 인접하여 교대로 배치되어 있을 수 있다. 예를 들어, RS 및 LS 영역이 도 10과 같이 배치되어 있는 경우, RG 및 LG 영역은 도 14와 같은 형태로 배치되어 있을 수 있으며, RS 및 LS 영역이 도 11과 같이 배치되어 있는 경우, RG 및 LG 영역은 도 15와 같은 형태로 배치되어 있을 수 있다. 도 16는 도 14의 LG 및 RG 영역의 배치 형태를 TC2의 존재를 감안하여 다시 도시한 도면이고, 도 17는 도 15의 LG 및 RG 영역의 배치를 TC2의 존재를 감안하여 다시 도시한 것이다. 도 16 및 도 17에서 TC2 영역은 사선으로 표시되어 있다.
하나의 예시에서 RG 및 LG 영역을 각각 투과한 R 및 L 신호는 실질적으로 서로 수직한 방향으로 직선 편광되어 있는 신호일 수 있다. 다른 예시에서 RG 및 LG 영역을 각각 투과한 R 및 L 신호 중 어느 하나의 신호는 좌원 편광된 신호이고, 다른 하나의 신호는 우원 편광된 신호일 수 있다. 이를 위하여 LG 및 RG 영역 중 하나 이상의 영역은 위상차층을 포함할 수 있다. 상기 위상차층은, 예를 들면, 상기 광학필터의 액정층일 수 있다.
예를 들어, 좌원 및 우원 편광된 신호를 생성할 수 있는 경우로는, RG 및 LG 영역이 모두 위상차층을 포함하고, RG 영역에 포함되는 위상차층과 LG 영역에 포함되는 위상차층이 파장층인 경우가 예시될 수 있다. 서로 역방향으로 회전하는 원편광된 광을 생성하기 위하여, RG 영역에 배치된 λ/4 파장층의 광축과 LG 영역에 배치된 λ/4 파장층의 광축은 서로 상이하게 형성되어 있을 수 있다. 하나의 예시에서 RG 영역은 위상차층으로서 제 1 방향으로 광축을 가지는 λ/4 파장층을 포함하고, LG 영역은 위상차층으로서 상기 제 1 방향과는 상이한 제 2 방향으로 광축을 가지는 λ/4 파장층을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어 「nλ파장층」은 입사되는 광을 그 파장의 n배만큼 위상 지연을 시킬 수 있는 위상 지연 소자를 의미할 수 있고, 상기에서 n은, 예를 들면, 1/2, 1/4 또는 3/4일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 용어 「광축」은 광이 해당 영역을 투과하는 과정에서의 지상축(slow axis) 또는 진상축(fast axis)을 의미할 수 있고, 예를 들면, 지상축을 의미할 수 있다.
RG 및 LG 영역의 태양이 상기와 같은 태양에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, RG 및 LG 영역 중의 어느 하나는 3λ/4파장층을 포함하고, 다른 영역은 λ/4 파장층을 포함하는 경우에도 좌원 및 우원 편광된 광을 생성할 수 있다.
다른 예시에서는 상기 RG 및 LG 영역 중에서 어느 하나의 영역은, λ/2 파장층이고, 다른 영역은 광학적으로 등방성인 영역일 수 있다. 이러한 경우에는, RG 및 LG 영역을 각각 투과한 R 및 L 신호는 실질적으로 서로 수직한 방향으로 편광축을 가지도록 직선 편광된 광의 형태로 3D 장치에서 출사될 수 있다.
하나의 예시에서, 다른 예시에서 TC2 영역은, 편광 조절부의 표시부의 반대측에 위치할 수 있다. 상기 상태에서 TC2 영역은, 장치를 정면에서 볼 때 RG 또는 LG 영역, 또는 RG 및 LG 영역의 적어도 일부분과 겹쳐지도록 위치할 수 있다. 도 18은, TC2 영역이 편광 조절부의 표시부의 반대측에 위치하는 3D 장치(12)를 예시적으로 나타내는 도면이다. 도 18과 같이, TC2 영역은, 예를 들면, 제 2 편광판(3021)과 접하는 편광조절부(3022)의 면과는 반대측의 편광조절부(3022)의 일면에 접하면서, RG 및/또는 LG 영역의 적어도 일부분과 접하도록 위치할 수 있다.
본 출원에 예시하는 3D 장치는, TC1과 TC2 영역을 포함하고, 이에 의하여 휘도의 손실 없이도 넓은 시야각에서 입체 영상을 표시할 수 있다.
하나의 예시에서 TC1 및 TC2 영역은, 하기 수식 1을 만족할 수 있다. 하기 수식 1을 만족하는 범위 내에서 3D 장치의 휘도 특성이 적절하게 확보되면서 넓은 시야각을 나타낼 수 있다.
[수식 1]
H1 + H2 = (PL + PR)/2
상기 수식 1에서 H1은 TC1 영역의 폭이고, H2는, TC2 영역의 폭이며, PL은, LG 영역의 폭이고, PR은 RG 영역의 폭이다.
도 18은, 3D 장치의 영상 생성 영역(3013) 및 제 2 편광판(3021)과 편광조절부(3022)를 포함하는 광학필터(302)만을 측면에서 관찰하는 경우를 모식적으로 도시한 도면이고, 도 18에는, 상기 「H1」, 「H2」, 「PL」 및 「PR」가 각각 표시되어 있다.
3D 장치에서 「H1」 및 「H2」의 구체적인 범위는 3D 장치의 구체적인 사양에 따라서 상기 수식 1을 만족하는 범위를 고려하여 적절하게 선택될 수 있는 것이고, 그 구체적인 수치는 특별히 제한되는 것이 아니다. 하나의 예시에서 H2는 예를 들면, 0 ㎛을 초과하고, 또한 1,000 ㎛ 이하인 범위일 수 있다. 상기 H2의 하한은, 예를 들면, 20 ㎛, 25 ㎛, 30 ㎛, 35 ㎛, 40 ㎛, 45 ㎛, 50 ㎛, 55 ㎛, 60 ㎛, 65 ㎛, 70 ㎛, 75 ㎛ 또는 80 ㎛일 수 있다. 또한, 상기 H2의 상한은, 예를 들면, 900 ㎛, 800 ㎛, 700 ㎛, 600 ㎛, 500 ㎛, 400 ㎛, 300 ㎛, 290 ㎛, 280 ㎛, 270 ㎛, 260 ㎛, 250 ㎛, 240 ㎛, 230 ㎛, 220 ㎛, 210 ㎛ 또는 200 ㎛일 수 있다. 이러한 상한과 하한의 범위에서 다양한 수치가 선택 및 조합되어 H2의 범위가 규정될 수 있다.
또한, 「H1」은, 예를 들어, H1과 H2의 합이 약 0 ㎛를 초과하고, 또한 2,000 ㎛ 이하인 범위가 되도록 선택될 수 있다. 상기 H1과 H2의 합의 하한은, 예를 들면, 40 ㎛, 50 ㎛, 60 ㎛, 70 ㎛, 80 ㎛, 90 ㎛, 100 ㎛, 110 ㎛, 120 ㎛, 130 ㎛, 140 ㎛, 150 ㎛ 또는 160 ㎛일 수 있다. 또한, 상기 H1과 H2의 합의 상한은, 예를 들면, 1900 ㎛, 1800 ㎛, 1700 ㎛, 1600 ㎛, 1500 ㎛, 1400 ㎛, 1300 ㎛, 1200 ㎛, 1100 ㎛, 1000 ㎛, 900 ㎛, 800 ㎛, 700 ㎛, 600 ㎛, 500 ㎛, 400 ㎛ 또는 300 ㎛일 수 있다. 이러한 상한과 하한의 범위에서 다양한 수치가 선택 및 조합되어 H1과 H2의 합의 범위가 규정될 수 있다.
또한, 상기 3D 장치에서 「PR」 및 「PL」의 구체적인 범위도, 3D 장치의 구체적인 사양에 따라서 선택될 수 있는 것이고, 그 구체적인 수치는 특별히 제한되는 것이 아니다. 하나의 예시에서 상기 3D 장치가 47인치의 장치인 경우에 상기 「PR」 및 「PL」의 구체적인 범위는, 예를 들면, 각각 150 ㎛ 내지 350 ㎛의 범위 내에서 선택될 수 있다. 통상적인 장치의 스펙을 감안하면 상기 「PR」 및 「PL」의 구체적인 범위는, 예를 들면, 150 ㎛ 내지 1,000 ㎛의 범위에 있을 수 있다.
3D 장치에서는, TC2 영역의 폭(H2)이 TC1 영역의 폭(H1)과 동일하거나 또는 그보다 작을 수 있다. 하나의 예시에서 TC1 영역의 폭(H1)과 TC2 영역의 폭(H2)의 차이(H1 - H2)는, 예를 들면, 1,000 ㎛ 이내, 900 ㎛ 이내, 800 ㎛ 이내, 700 ㎛ 이내, 600 ㎛ 이내, 500 ㎛ 이내, 400 ㎛ 이내, 300 ㎛ 이내, 175 ㎛ 이내, 150 ㎛ 이내, 125 ㎛ 이내, 100 ㎛ 이내, 75 ㎛ 이내, 50 ㎛ 이내 또는 25 ㎛ 이내이거나, 실질적으로 0 ㎛ 이내일 수 있다. 이러한 상태에서 상기 3D 장치는, 휘도의 손실 없이 넓은 시야각을 확보할 수 있다.
상기 3D 장치는, 예를 들면, 정면에서 관찰한 상대 휘도가 60% 이상, 65% 이상 또는 70% 이상일 수 있다. 본 명세서에서 용어 「상대 휘도」는, TC1 및 TC2 영역이 모두 형성되어 있지 않은 3D 장치에서의 휘도(IO) 대비 TC1 및 TC2 영역이 형성되어 있는 3D 장치에서의 휘도(IT)의 비율(IT/IO)을 의미할 수 있다.
상기 3D 장치는, 또한, 예를 들면, 하기 수식 2를 만족하는 각도 "θU"의 최대값과 하기 수식 3을 만족하는 각도 "θL"의 최대값이 모두 3도 또는 그 이상, 5도 또는 그 이상, 8도 또는 그 이상, 8.5도 또는 그 이상, 9도 또는 그 이상, 9.5도 또는 그 이상, 10도 또는 그 이상, 10.5도 또는 그 이상, 11도 또는 그 이상, 11.5도 또는 그 이상, 12도 또는 그 이상, 12.5도 또는 그 이상, 13도 또는 그 이상, 13.5도 또는 그 이상, 14도 또는 그 이상, 14.5도 또는 그 이상 또는 15도 또는 그 이상일 수 있다.
[수식 2]
tanθU = (H1 + 2y)/2T
[수식 3]
tanθL = (H1 + 2H2 - 2y)/2T
상기 수식 2 및 3에서 H1는 TC1 영역의 폭이고, H2는, TC2 영역의 폭이며, T는 표시부에서 광학필터까지의 거리이고, y는 TC1 영역의 폭을 이등분하는 선의 상기 TC1 영역의 표면에 대한 가상의 법선이 TC2 영역과 접하는 지점에서부터 TC2 영역이 존재하는 부분까지의 거리이다.
"θU" 및 "θL"은, 예를 들면, 각각 3D 장치의 시야각을 의미할 수 있다. 수식 2 및 3을 도 19를 참조하여, 더욱 설명하면 하기와 같다.
용어 「시야각」이, 영상 생성 영역에서 생성된 L 신호가 광학필터의 LG 영역을 투과하고, 또한 RG 영역은 투과하지 않으면서 관찰자에게 전달될 수 있는 각도의 범위 또는 영상 생성 영역에서 생성된 R 신호가 광학필터의 RG 영역을 투과하고, 또한 LG 영역은 투과하지 않으면서 관찰자에게 전달될 수 있는 각도의 범위를 의미하는 것으로 가정할 때, 상기 시야각은 도 19에서 각각 "θU" 및 "θL"로 표시되어 있다.
도 19에서와 같이 시야각은, 영상 생성 영역에서 광학필터까지의 거리(T)와 TC1 및 TC2 영역의 폭에 따라서 결정될 수 있다. 상기에서 영상 생성 영역에서 광학필터까지의 거리(T)는, 예를 들면, 영상 생성 영역의 광학필터와 마주보는 면에서부터 광학필터의 LG 및 RG 영역이 끝나는 지점까지의 거리일 수 있다. 예를 들어, 영상 생성 영역이 액정 패널에 의해 형성되는 영역인 경우에 상기 영상 생성 영역의 광학필터와 마주보는 면은, 상기 액정 패널의 액정층의 상기 광학필터와 마주보는 면을 의미할 수 있다.
상기 거리(T)는, 3D 장치의 사양에 따라서 결정되는 것으로 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 거리(T)는 5 mm 이하, 또는 약 0.5 mm 내지 5 mm 정도일 수 있다.
도 19를 참조하면, 시야각 "θU" 및 "θL"은, 거리(T)가 동일할 때, TC1 및 TC2 영역의 폭(H1 및 H2)과 TC1 및 TC2 영역의 상대적 위치에 따라서 결정되는 것을 알 수 있다.
즉, 도 19를 참조하면, 시야각 "θU"는, tanθU가 TC1 영역의 폭(H1)의 1/2배의 수치에 TC1 영역의 폭을 이등분하는 선의 상기 TC1 또는 영상 생성 영역의 표면에 대한 가상의 법선(C)이 TC2 영역과 접하는 지점에서부터 TC2 영역이 존재하는 부분까지의 거리(y)의 합(H1/2+y)을 상기 거리(T)로 나눈 수치와 같아지도록 형성되고 있음을 알 수 있다. 또한, 시야각 "θL"은, tanθL이 TC1 영역의 폭(H1)의 1/2배의 수치에 상기 TC2 영역의 폭(H2)에서 TC1 영역의 폭(H1)을 이등분하는 선의 상기 TC1 영역 또는 영상 생성 영역의 표면에 대한 가상의 법선(C)이 TC2 영역과 접하는 지점에서부터 TC2 영역이 존재하는 부분까지의 거리(y)를 뺀 수치(H2 - y)의 합(H1/2+H2 - y)을 상기 거리(T)로 나눈 수치와 같아지도록 형성되고 있음 알 수 있다.
TC1 및 TC2 영역을 포함하는 3D 장치에서는, TC1 및 TC2 영역의 크기, 예를 들면, 폭과 상기 TC1 및 TC2 영역의 상대적 위치를 적절하게 조절함으로써, 입체 영상의 관찰 시에 넓은 시야각을 확보하면서도 휘도 특성도 우수하게 확보할 수 있다.
하나의 예시적인 상기 3D 장치는, 정면에서 관찰한 상대 휘도가 60% 이상, 65% 이상 또는 70% 이상이고, 또한 그와 동시에 상기 수식 2를 만족하는 각도 "θU"최대값 및 상기 수식 3을 만족하는 각도 "θL" 최대값이 모두 3도 또는 그 이상, 5도 또는 그 이상, 8도 또는 그 이상, 8.5도 또는 그 이상, 9도 또는 그 이상, 9.5도 또는 그 이상, 10도 또는 그 이상, 10.5도 또는 그 이상, 11도 또는 그 이상, 11.5도 또는 그 이상, 12도 또는 그 이상, 12.5도 또는 그 이상, 13도 또는 그 이상, 13.5도 또는 그 이상, 14도 또는 그 이상, 14.5도 또는 그 이상 또는 15도 또는 그 이상일 수 있다.
또한, 입체 영상 표시 장치는 상기 광학 필터를 광분할 소자로 포함하는 한, 이 분야에서 공지된 다양한 방식이 모두 적용되어 제조될 수 있다.
예시적인 액정 배향막에 의해, 예를 들면, 입체 영상을 휘도의 손실이 없이 넓은 시야각에서 표시할 수 있다.
도 1 내지 도 6은 예시적인 액정 배향막을 나타내는 도면이다.
도 7은 예시적인 액정 배향막의 제조방법을 나타내는 도면이다.
도 8은 예시적인 광학 필터를 나타내는 도면이다.
도 9은 예시적인 표시 장치를 나타내는 도면이다.
도 10 내지 도 13은 LS 영역, RS 영역 및 TC1 영역의 예시적인 배치를 보여주는 도면이다.
도 14 내지 도 17은 LG 영역, RG 영역 및 TC2 영역의 예시적인 배치를 보여주는 도면이다.
도 18은 예시적인 표시장치를 나타내는 도면이다.
도 19는 표시장치에서 시야각 형성을 보여주는 모식도이다.
도 20은 실시예 1 내지 2의 FPR의 상대휘도 결과 그래프이다.
도 21은 비교예 1(a) 및 실시예 1(b)의 FPR을 나타내는 도면이다.
이하 실시예 빛 비교예를 통하여 상기 액정 배향막을 보다 상세히 설명하나, 액정 배향막의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1.
피치가 540 ㎛인 47인치용 FPR(Film Patterned Retard )에서, 액정 배향능이 서로 상이한 두 영역의 경계에 폭이 100 ㎛인 홈을 내고 광차단물질로 충전시켜 실시예 1의 FPR을 제조하였다. 도 20은 실시예 1의 FPR이 입체영상표시장치용 패널에 부착된 경우, 시야각에 따른 상대휘도를 나타낸다. 도 20에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 FPR을 사용할 경우, 광차단 영역인 BM(Black Matrix)이 없는 패널대비, 정면대비 81.5%의 상대휘도를 나타낸다. 이로부터, 홈에 광차단물질이 충전된 FPR을 사용할 경우, 입체영상표시장치의 휘도가 향상되는 효과가 있음을 알 수 있다.
실시예 2.
피치가 540 ㎛인 47인치용 FPR에서, 액정 배향능이 서로 상이한 두 영역의 경계에 폭이 100 ㎛인 홈을 내고 광차단물질과 광반사물질로 충전시켜 실시예 2의 FPR을 제조하였다. 도 20은 실시예 2의 FPR이 입체영상표시장치용 패널에 부착된 경우, 시야각에 따른 상대휘도를 나타낸다. 도 20에 나타낸 바와 같이, 실시예 2의 FPR을 사용할 경우 광차단 영역인 BM(Black Matrix)이 없는 패널대비, 정면대비 81.5%의 휘도를 나타낸다. 나아가, 시야각이 증가함에 따라서 시야각 30도에서는 BM이 없는 패널 대비 90%까지 상대휘도가 상승한다. 이로부터, 홈에 광차단물질과 광반사물질이 충전된 FPR을 사용할 경우, 입체영상표시장치에 있어서, 광차단효과와 휘도향상효과를 동시에 발휘할 뿐만 아니라, 시야각에 따른 휘도향상효과도 우수함을 알 수 있다.
비교예 1.
액정배향막에 홈을 형성시키지 않고, 액정배향막 상에 광차단막을 직접 형성시켜 비교예 1의 FPR을 제조하였다. 도 21은 비교예 1(a)과 실시예 1(b)의 FPR의 광차단 효과를 비교한 결과이다. 도 21에 나타낸 바와 같이, 동일한 100 ㎛폭으로 패턴을 형성할 경우 비교예 1과 같이 홈을 내지 않고 광차단막을 직접 형성한 경우는 80% 영역을 차단막으로 사용이 가능하고, 실시예 1과 같이 홈을 내고 광차단 물질을 충진시킨 경우는 98% 영역을 차단막으로 사용이 가능하다. 비교예 1과 같이 액정 배향막 위에 홈없이 광차단막을 직접 형성시킨 경우, 광차단막 형성영역과 광차단막이 형성되지 않은 영역의 위치에 따른 높이 차이 때문에, 광차단 효과가 광차단막 형성 패턴의 폭에 비해서 감소하게 된다.
101: 액정 배향능을 가지는 표면
102: 홈
103: 하부층
104: 액정 배향층
105: 기재층
106: 광차단 물질
107: 광반사 물질
2: 광학 필터
201: 제 1 영역
202: 제 2 영역
3: 표시장치
3011: 광원
3012: 제 1 편광판
3013: 영상 생성 영역
301: 표시부
3021: 제 2 편광판
3022: 편광조절부
302: 광학필터
LS: 좌안용 신호 생성 영역
RS: 우안용 신호 생성 영역
TC1: 제 1 투과량 조절 영역
LG: 좌안용 신호 편광 조절 영역
RG: 우안용 신호 편광 조절 영역
TC2: 제 2 투과량 조절 영역
H1: 제 1 광투과량 조절 영역의 폭
H2: 제 2 광투과량 조절 영역의 폭
PL: 좌안용 신호 편광 조절 영역의 폭
PR: 우안용 신호 편광 조절 영역의 폭
T: 표시부에서 광학필터까지의 거리
C: 제 1 광투과량 조절 영역의 폭을 이등분하는 선의 상기 제 1 광투과량 조절 영역 또는 영상 생성 영역의 표면에 대한 가상의 법선
y: 상기 가상의 법선(C)이 제 2 광투과량 조절 영역과 접하는 지점으로부터 제 2 광투과량 조절 영역의 존재하는 부분까지의 거리
θU, θL: 시야각

Claims (18)

  1. 액정 배향능을 가지는 표면과 5 ㎛ 내지 300 ㎛의 범위 내에 있는 폭과 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛의 범위 내에 있는 깊이를 가지는 홈을 포함하며, 상기 홈에는 광차단 물질, 광반사 물질 또는 광산란 물질이 충전되어 있는 액정 배향막.
  2. 제 1 항에 있어서, 2개 이상의 홈을 포함하고, 상기 홈은 동일한 방향으로 연장되는 스트라이프 형상을 가지면서 이격되어 배치되어 있는 액정 배향막.
  3. 제 2 항에 있어서, 이격되어 배치되어 있는 홈간의 피치는 50 ㎛ 내지 1000 ㎛의 범위 내에 있는 액정 배향막.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 광차단 물질은 카본 블랙(carbon black), 흑연, 산화철, 아조계 안료 또는 프탈로시아닌계 안료인 액정 배향막.
  6. 제 1 항에 있어서, 광반사 물질은 금속성 잉크, 콜레스테릭 액정, 복굴절성 물질인 액정 배향막.
  7. 제 1 항에 있어서, 광산란 물질은 실리카입자 또는 나노입자인 액정 배향막.
  8. 제 1 항에 있어서, 표면에 5 ㎛ 내지 300 ㎛의 범위 내에 있는 폭과 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛의 범위 내에 있는 깊이를 가지는 홈이 형성되어 있는 제 1 층; 및 상기 제 1 층의 표면상에 형성되어 있는 액정 배향층을 포함하고, 상기 제 1 층의 홈에 광차단 물질, 광반사 물질 또는 광산란 물질이 충전되어 있으며, 상기 제 1 층의 표면의 최대 높이 조도는 1 ㎛ 이하인 액정 배향막.
  9. 삭제
  10. 5 ㎛ 내지 300 ㎛의 범위 내에 있는 폭과 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛의 범위 내에 있는 깊이를 가지는 홈을 포함하는 층의 표면에 액정 배향능을 부여하는 것을 포함하는 액정 배향막의 제조 방법이고, 제 1 층의 표면에 5 ㎛ 내지 300 ㎛의 범위 내에 있는 폭과 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛의 범위 내에 있는 깊이를 가지는 홈을 형성하고, 상기 홈이 형성된 제 1 층의 표면에 액정 배향층을 형성하는 것을 포함하되, 상기 액정 배향층을 형성하기 전에 광차단 물질, 광반사 물질 또는 광산란 물질을 홈에 충전하는 것을 추가로 포함하는 액정 배향막의 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 액정 배향능을 가지는 표면과 5 ㎛ 내지 300 ㎛의 범위 내에 있는 폭과 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛의 범위 내에 있는 깊이를 가지는 홈을 포함하며, 상기 홈에는 광차단 물질, 광반사 물질 또는 광산란 물질이 충전되어 있는 액정 배향막; 및 상기 액정 배향능을 가지는 표면에 형성되어 있고, 위상 지연 특성이 서로 상이한 제 1 및 제 2 영역을 포함하는 액정층을 가지는 광학 필터.
  14. 제 13 항에 있어서, 액정 배향막은 2개 이상의 홈을 포함하고, 상기 홈은 동일한 방향으로 연장되는 스트라이프 형상을 가지면서 이격되어 배치되어 있는 광학 필터.
  15. 제 14 항에 있어서, 제 1 및 제 2 영역은 서로 공통 방향으로 연장하는 스트라이프 형상을 가지면서 서로 인접하여 교대로 배치되어 있고, 홈은 배향막 표면의 법선 방향에서 관찰한 때에 상기 제 1 및 제 2 영역의 경계에서 상기 제 1 또는 제 2 영역과 겹져지도록 배치되어 있는 광학 필터.
  16. 제 13 항에 있어서, 액정층의 상부에 형성된 편광층을 추가로 포함하는 광학 필터.
  17. 제 13 항의 광학 필터를 포함하는 표시 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 우안용 신호를 생성할 수 있는 우안용 신호 생성 영역; 좌안용 신호를 생성할 수 있는 좌안용 신호 생성 영역; 및 상기 우안용 및 좌안용 신호 생성 영역에 인접하는 광투과량 조절 영역을 포함하는 표시부를 포함하고, 광학 필터는 상기 표시부의 일측에 상기 우안용 신호가 입사될 수 있는 위치에 제 1 및 제 2 영역 중 어느 한 영역이 위치하고, 상기 좌안용 신호가 입사될 수 있는 위치에 상기 제 1 및 제 2 영역 중 다른 한 영역이 위치할 수 있으며, 하기 수식 2를 만족하는 각도 θU의 최대값과 하기 수식 3을 만족하는 각도 θL의 최대값이 3도 이상이 되도록 배치되어 있는 표시 장치:
    [수식 2]
    tanθU = (H1 + 2y)/2T
    [수식 3]
    tanθL = (H1 + 2H2 - 2y)/2T
    수식 2 및 3에서 H1은 광투과량 조절 영역의 폭이며, H2는, 광학 필터에 형성된 홈의 폭이고, T는 표시부에서 광학 필터까지의 거리이며, y는 광투과량 조절 영역의 이등분선의 상기 광투과량 조절 영역의 표면에 대한 가상의 법선이 광학 필터의 홈과 접하는 지점으로부터 상기 홈이 존재하는 부분까지의 거리이다.
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