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KR940008668B1 - 비흡광형 편광소자, 이 편광소자의 제조방법, 그리고 이 편광소자를 이용한 편광광원, 액정표시장치 및 표시장치 - Google Patents

비흡광형 편광소자, 이 편광소자의 제조방법, 그리고 이 편광소자를 이용한 편광광원, 액정표시장치 및 표시장치 Download PDF

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KR940008668B1
KR940008668B1 KR1019910011448A KR910011448A KR940008668B1 KR 940008668 B1 KR940008668 B1 KR 940008668B1 KR 1019910011448 A KR1019910011448 A KR 1019910011448A KR 910011448 A KR910011448 A KR 910011448A KR 940008668 B1 KR940008668 B1 KR 940008668B1
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KR
South Korea
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medium
light
liquid crystal
polarized light
polarizing
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카쯔미 콘도
중이찌 히라카타
오사무 이또
테루오 카타무라
슈이찌 오오하라
니오끼 키꾸찌
마사또 시무라
Original Assignee
가부시기가이샤 히다찌세이사구쇼
미따 가쯔시게
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

내용 없음.

Description

비흡광형 편광소자, 이 편광소자의 제조방법, 그리고 이 편광소자를 이용한 편광광원, 액정표시장치 및 표시장치
제1도는 본 발명의 편광소자를 개략적으로 도시한 측면도.
제2도는 제1도에 도시한 편광소자의 개략사시도.
제3(a) 및 (b)는 본 발명의 편광소자의 작용을 설명하기 위한 도면.
제4도는 본 발명의 또다른 편광소자의 작용을 설명하기 위한 도면.
제5도는 본 발명의 반사형 액정표시장치를 도시한 개략단면도.
제6도는 본 발명의 투과형 액정표시장치를 도시한 개략단면도.
제7도는 본 발명의 또다른 실시예의 편광소자를 도시한 개략단면도.
제8도는 본 발명의 다른 반사형 액정표시장치를 도시한 개략단면도.
제9도는 본 발명의 다른 투과형 액정표시장치를 도시한 개략단면도.
제10도는 구동회로를 구비한 본 발명의 액정표시장치를 도시한 개략사시도.
제11(a) 및 (b)는 본 발명의 편광소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면.
제12도는 편광광원의 개략 측단면을 도시한 도면.
제13도는 제12도의 편광광원을 개략적으로 도시한 사시도.
제14도는 본 발명의 편광광원을 사용한 오우버헤드프로젝터의 일례를 도시한 개략도.
제15도는 본 발명의 편광광원을 사용한 액정프로젝터의 일례를 도시한 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 경계면 2 : 적층제
4,104 : 광축 6 : 편광면
7,101 : 편광소자 8 : 액정패널
9 : 반사판 10 : 액정
11 : 입사광 12 : 반사광
13 : 2색성 편광판 14,102 : 광원
15,103 : 광전도체 16 : 광
17 : 투과축 18 : 입사광의 편광상태
19 :방 출광의 편광상태 27 : 투명전극
28 : 구동회로 29 : 투명기판
30 : 절단면 110 : 편광광원
111 : 액정패널 112 : 확대렌즈
113 : 반사경 114 : 스크리인
본 발명은 밝기가 우수한 편광소자, 이 편광소자의 제조방법, 그리고 이 편광소자를 이용한 편광광원, 액정표시장치 및 표시장치에 관한 것이다.
종래의 액정표시장치에 있어서는, 편광소자로서 광흡수의 2색성을 가지는 편광판(2색상 편광소자)이 이용되어 왔다. 상기 설명한 편광판에 의해서는, 무편광의 외부광이 이 편광판에 입사되어 투과할때에, 2종류의 서로 직교하는 편광광이 각각 투과 및 흡수될 수 있다. 그리고, 상기 방법에서는 한쪽의 편광성분이 흡수되므로, 광의 절반이상이 손실되어 통상 사용되고 있는 편광판의 광투과율은 40% 정도이므로 밝기가 요구되는 광학장치의 장애가 되고 있다.
또한, 이 2색성 편광판의 편광도를 증가시켜 높은 콘트라스트표시를 얻기 위해서는 광흡수율을 증가시킬 필요가 있으나, 이 때문에 높은 콘트라스트 표시장치에 사용되는 편광판의 광투과율이 더욱 저하하는 경향이 있으며, 특히, 이러한 경향은 컬러표시에 있어서 현저하다. 따라서 색의 채도를 증가시키기 위해서 상기 광투과율이 낮은 편광판을 부득이 사용하고 있는 것이 현재의 상황이다.
광손실을 가능한 한 저감시키기 위한 시도의 하나로서는, 예를들면, 편광판을 액정셀의 한쪽의 기판으로서 겸용하는 것에 의해 계면의 수를 감소하여, 반사에 의한 광손실을 저감하는 방법이 제안되었다(일본국 특개소 61-221728호(1986년)).
또한, 광손실을 저감하기 위한 시도로서, 예를들면, 비임스플리터에 의해 투과광과 발사광을 서로 직교하는 직선편광광속으로 분리시킨 후, 이 양 광속을 반파장판(半波長板)에 투과시켜서 동일 편광광으로 하고 거울에 의해 반사시켜 평행하게 입사시키므로서, 광의 흡수현상을 수반하지 않고 편광도를 높이는 방법이 제안되었다(일본국 특개평 2-69715호(1990년)).
현재 실용화되고 있는 상기 2색성 판광판에 있어서는, 편광판에서의 광손실을 억제할 수 없으므로 각종 문제가 발생하고 있다.
예를들면, 자연광을 이용한 반사형 액정표시장치로는, 보다 밝은 상태를 표시한 경우에도, 편광판에서의 광손실에 의해서 백색의 표시가 아니라 회색의 표시밖에 얻을 수 없다고 하는 문제가 있다. 한편, 광원을 설치한 투과형 액정표시장치로는, 보다 충분한 밝기를 얻기 위해서 조도를 증가시킴에 따라 전력소비의 증가 및 발열이 문제로 되고 있다. 특히, 색필터가 필요한 컬러표시장치에 있어서는 보다 심각한 문제이다.
또, 일본국 특개평 2-697l5호(1990년)에 의해 개시되고 있는 방법에 있어서는, 비임스플리터, 반사경등의 광학소자가 필요하며, 장치가 대형화됨에도 불구하고 큰 면적의 광원을 얻기가 곤란하다. 예를들면, A5 사이즈의 액정표시장지용의 배면광(背面光)으로서 사용하기가 곤란하며, 반사형 및 직사형에 대해서도 마찬가지로 곤란한다.
본 발명의 제1목적은, 액정표시장치등과 같은 광학소자의 광손실의 주인자인 2색성 흡수를 저감하므로써 광투과율이 높고, 면적이 크며, 두께가 얇은 편광소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2목적은 상기 편광소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제3목적은 보다 밝은 액정표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제4목적은, 표시콘트라스트를 저하시키지 않고 밝기를 향상시킨 편광소자 및 액정표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제5목적은, 편광판의 광흡수를 저감시켜 광투과율이 높은 편광소자를 이용하며 대면적화가 가능한 편광광원을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 제6목적은 상기 편광광원을 이용한 표시장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 요지는 다음의 4가지와 같다. 즉, (1) 2개 또는 3개 굴절률이 각각 다른 편광모우드를 발생하는 복굴절성을 구비한 매질 I과, 상기 매질 I의 2개 또는 3개의 굴절률중 가장 굴절률이 큰 것보다도 작은 굴절률을 가지는 표면 또는 표면층 및 광학 활성을 구비한 매질 II로 구성되고, 상기 매질 I과 매질 II이 교호로 적층되어 특수층을 형성하고, 이 적층의 경계면은, 매질 I속을 통과한 편광광중의 한쪽은 매질 I과 매질 II의 경계에서 거의 반사시키고, 다른 쪽은 매질 II 속을 거의 투과시키는 각도로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 비흡광형 편광소자에 있다.
(2) 도전막을 가지고 적어도 한쪽이 투명한 한쌍의 기판과, 상기 기판사이에 액정층을 삽입하여 이루어진 액정패널과, 이 액정패널에 입사되는 광의 편광수단과, 상기 도전막에 전하를 부여해서 액정층을 구동하는 구동수단을 구비한 액정표시장치에 있어서, 상기 편광수단이 2개 또는 3개의 굴절률이 각기 서로 다른 편광모우드를 발생하는 복굴절성을 구비한 매질 I과, 상기 매질 I의 2개 또는 3개의 굴절률중 가장 큰 굴절률보다도 작은 굴절률을 가지는 표면 또는 표면층 및 광학활성을 구비한 매질 II로 구성되고, 매질 I과 매질 II 사이의 경계면이 매질 I 속을 통과한 편광광의 한쪽은 이 경계면에서 거의 발사시키고, 다른쪽은 거의 매질 II 속을 투과시키는 각도로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치에 있다.
(3) 2개 또는 3개의 굴절률이 각기 서로다른 편광모우드를 발생하는 복굴절성을 가지는 소정의 두께의 매질 I과, 상기 매질 I의 2개 또는 3개의 굴절률중 가장 큰 굴절률보다도 작은 굴절률을 가지는 표면 또는 표면층 및 광학활성을 구비한 소정 두께의 매질 II을 교호로 적층 접합해서 적층체를 형성하는 공정과, 매질 II과의 경계면에 있어서 매질 I 속에 입사해서 통과한 편광광중의 한쪽은 거의 반사시키고, 다른쪽은 매질 II속을 거의 투과시키는 각도로 적층경계면을 구성하도록 상기 적층체를 소정의 경사각도 및 소정두께로 절단해서 상기 매질 I과 매질 II가 줄무늬형상으로 배열된 필름을 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 편광소자의 제조방법에 있다.
(4) 2개 또는 3개의 굴절률이 각기 다른 편광모우드를 발생하는 복굴절성을 구비한 매질 I과, 상기 매질 I의 2개 또는 3개의 골절률중 가장 큰 굴절률보다도 작은 굴절률을 가지는 표면 또는 표면층 및 광학활성을 구비한 매질 II를 구성되고, 상기 매질 I과 매질 II가 교호로 복수층 적층되어 있으며, 상기 적층의 경계면이 매질 I속을 통과한 편광광중 한쪽은 매질 I과 매질 II의 경계면에서 거의 반사시키고, 다른쪽은 매질 II 속을 거의 투과시키는 각도로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 편광광원 및 이것을 이용한 표시장치에 있다.
일반적으로, 무편광 혹은 편광도가 낮은 광으로부터 보다 큰 편광을 발생하는 물리적 현상으로서는,
1. 복굴절
2. 흡수의 2색성
3. 유전체로부터의 반사
가 공지되어 있다. 그래서, 상기한 각각의 물리적 현상에 의거한 편광을 발생하는 소자(편광소자 혹은 플라라이저라고 칭함)가 고안되고 있다.
예를들면, 복굴절을 이용한 편광소자로는, 광학적 이방성 매질내에서 광은 2개의 편광으로 분리된다고 하는 성질을 이용해서 한쪽의 편광만을 취하고 있다. 또, 흡수의 이색성을 이용한 편광소자는, 한쪽의 편광만이 흡수된다고 하는 성질을 이용하고 있으며, 이 편광소자는 현재의 액정표시에 거의 사용되고 있다.
유전체로부터의 반사광은, 입사각이 소정의 각도(Brewster각)로 된때, 한쪽의 편광만으로 된다. 상기 설명한 성질을 이용한 편광소자는 크게 반사편광소자와 투과 편광소자의 2종류로 나눌 수 있다. 본 발명은, 상기 복굴절현상을 이용한 편광소자에 관한 것이다.
상기 매질 I로서는, 예를들면 방해석등과 같은 큰 복굴절성을 가지는 결정이 이용된다. 또, 다음식(단, n, m은 1 이상의 정수임)으로 표시되는 구조를 가지는 유기고분자를 배향시킨 것이 사용될 수 있다.
상기 매질 II로서는, 매질 I과 같이 반드시 큰 복굴절성을 가지지 않아도 되며, 예를들면, 폴리카아보네이트, 폴리에스테르, 나일론등의 필름이 이용된다. 그러나, 광학 활성을 반드시 가지는 것이어야만 한다. 상기 "매질 I 및 II는, 배향처리된 유기고분자필름이 바람직하다.
상기 매질 I 및 II를 가지는 필름은, 후술하는 바와 같이 매질을 교호로 적층접합하여 복수개의 층을 형성하고, 이 층을 소정의 경사각도로 절단하여 필름화하므로서 얻어진다. 또, 상기 매질 I 및 II의 접합을 위해시는, 표면층에 소정의 굴절률을 가지는 접착층을 갖는 매질 II를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 작용을 제3도에 의해 설명한다. 이 구조는 광학 활성을 가진 2종류의 매질 I 및 II로 구성되어 있다. 이 매질은 서로 적층되어 있으며, 이 적층면은 편광소자의 계면 AA'에 대해서 경사(경사각을라고 함)져 있다. 광이 해당 편광소자의 계면 AA'에 거의 수직으로 입사되는 경우에 대해서 설명한다.
계면 AA'에 대해서 수직으로 입사된 광은, 매질 I속을 전파하여 매질 II와의 경계면에 도달한다. 여기에서, 상기 경계면과의 경사각(φ)이 충분히 크고 매질 II의 굴절률(nH)애 매질 I의 굴절률(nI) 보다 충분히 작은 경우, 경사진 경계면에서 광은 제3도(a)에 도시한 바와 같이 전반사된다. 이 반사광은 직진해서 매질 II'과의 경계면에 도달함과 동시에 다시 전발사하고, 그후 계면 BB'을 투과해서 방출된다.
이 경우의 전반사조건은, 식[2]로 표현된다.
ø>sin-1(nH/nI) ………………………………………………………………[2]
한편, (nH)과 (nI)보다 크거나, 그 차가 적어 전반사조건을 만족하지 않는 경우, 광은 제3도(b)에 도시한 바와 같이 매질 I로부터 매질 II로 전파되어, 계속해서 매질 I' 속을 경유해서 방출된다.
여기에서, 복굴절성을 가지며, 또 한쪽의 굴절률만 전반사조건을 만족하는 것을 매질 I로 사용하고, 매질 II에 광학 활성 (여기에서, 광학활성은 편광광이 입사되어 투과할때, 입사전의 편광축에 대해서 수직인 편광성분을 방출시키는 성질을 의미한다)을 가지도록한 경우를 고려하먼, 이 편광소자에 입사된 광중, 전방사되는 편광성분(제3도(a))은 편광면을 변화시키지 않고 방출된다. 이것에 대해서, 투과된 편광성분(제3도(b))은 편광면을 변화시켜서 방출된다. 즉, 전반사되어 방출된 편광광과 같은 편광면을 가지고 광이 방출된다. 이상 설명한 방법에 의하면, 흡수현상에 의한 광의 강도의 저하를 수반하지 않고, 편광광의 편광도를 향상시킬 수 있다.
또, 상기와 같이 직교하는 2개의 편광중 한쪽을 전반사시키고 다른 쪽을 투과시키기 위해서는, 다음의 식[1]을 만족하면 된다. 즉,
sin-1(nH/nI1)<ø<sin-1(nH/nI2) ……………………………………………[1]
(여기에서, nI1및 nI2는 각각 매질 I의 굴절률의 최대치와 최소치로서 nI1>nI2이며, nI1는 적층경계면 근방의 매질 II의 굴질률을 표시한다).
식 (1)로부터 알 수 있는 바와 같이, 매질 I의 불굴절 Δn=(nI1-nI2)이 클수록, 경사각(φ)의 허용범위가 넓어지며, 편광소자의 구조상의 변동을 허용할 수 있는 여지가 확대된다. 또, 시야의 각도 동시에 넓어진다.
상기에서는, 매질 I에 입사되는 광의 효과에 대해서 설명하였으나, 직접 매질 II에 입사되는 광에 대해서는 상기와 같은 효과는 없다. 그러나, 매질 I을 매질 II에 비해서 충분히 두껍게 하므로서, 입사광의 대부분을 상기와 같이 활용할 수 있어서, 본 발명의 효과는 현저하게 된다.
또, 제4도에 개략적으로 도시한 바와 같이, 매질 I과 매질 II의 양쪽의 두께(피치 P)를 편광소자의 두께(t)에 비해서 충분히 얇게하면, 매집 II에 직접입사되는 광과, 먼저 매질 I에 입사된 후 매질 II을 투과하는 광은, 매질 I과, 매질 II 사이의 경계면에서 여러번 반사(혹은 투과)된다. 상기 설명한 바와 같이 매질 I과 매질 II 사이의 경계면에 광이 도달하는 회수를 증가시키므로서, 편광도를 향상시킬 수 있다.
이상의 설명은 편광소자에 수직으로 입사되는 광에 대한 것이었으나, 제3도에 도시한 바와 같은 전반사 및 투과의 조건을 양쪽 모두 만족시킬 수 있는 것이라면, 경사각으로 입사되는 광에 대해서도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 예를들면, 액정표시장치의 경우, 광원과 액정패널의 양자가 면적이 크고 경사져 보이는 경우, 제3도에 도시한 전반사 및 투과의 조건을 모두 만족시키는 한에 있어서 바람직한 충분한 콘트라스트를 가지는 디스플레이를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 의해 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
본 발명의 제1목적인 광투과율이 높은 편광소자가 제1도, 제2도 및 제3도에 도시되어 있다. 제1도는, 판형상의 편광소자의 개략 측단면도의 일부이며, 제2도는 이 편광소자의 개략사시도, 제3도는 이 편광소자를 확대하여 도시한 개략단면도이다.
편광소자는, 광학적 성질이 다른 매질 I 및 매질 II로 구성되며, 상기 매질의 경계면에 경사진 적층구조를 가지고 있다. 매질 I은 광학연마한 방해석으로 이루어져 있으며, 이 매질 I의 광축은 지면(紙面)에 대해서 수직이다. 이상광선(異常光線)에 대한 매질 I의 굴절률(nI1)은 1.486이고, 통상광선에 대한 매질 I의 굴절률(nI2)은 1.658이다. 또, 매질 II은 폴리카아보네이트의 연신필름과 접착제(캐나다발삼)로 구성되어 있다. 폴리카아보네이드필름(IIa)의 굴절률은 이상 광선에 대해서는 1.590, 통상광선에 대해서는 1.585이고, 접착제(IIb)의 굴절률(nIII1)은 1.550이며, 이상의 굴절률은 모두 매질(I)의 굴절률(nI2) 보다도 작다. 또, 경사각은 75°, 편광소자의 두께는 10mm이다. 광원으로서는, 막대형상의 형광관과 아크릴계 수지제의 광선도체로 구성된 평면광원을 사용하였다.
제3도에 도시한 바와 같이, 광원으로부터의 광중, 편광소자의 계면 AA'에 대해서 수직으로 입사한 광은, 매질 I과 매질 II의 경계면에서 경사각(φ)으로 입사된다. 이때, 통상광선에 대해서는 전단사조건을 만족하나, 이상 광선에 대해서는 이 조건을 만족하지 않으므로, 이상광선만이 매질 II 속으로 진입한다(제3도(b)).
여기에서, 매질 II중 폴리카아보네이트필름은 광축이 지면에 대해서 거의 45°가 되도록 배치되어 있다. 또, 그 두께는, 입사하여 전파된 광에 대해서 1/2파장판으로서 작용하도록 설정된다. 즉, 매질 II을 통과한때의 위상차(dΔn)가 0.275㎛가 되도록 설정한다(d는 광경로의 길이이다). 따라서, 매질 II을 투과하므로서 편광면은 약 90°회전된다. 본 실시에에서는 매질 I로서 무기결정(방해석)을 이용하였으나, 본 발명의 효과가 실현될 수 있는 바와 같은 광학성질의 값을 가지는 재료라면, 유기냐 무기냐에 관계없으며, 본 발명의 매질 II과 마찬가지도 연신한 고분자필름을 사용해도 된다.
또한, 편광소자의 두께는 10mm로서, 종래의 2색성 편광관의 두께 기껏해야 1mm 보다 현저하게 두꺼우나, 얇게 연신한 고본자 필름을 다수층 적층하는 것등에 의해서 전체로서 편광소자를 보다 얇게 하는 것이 가능하다.
또한, 제1도에서는 편명형상으로 도시하였으나, 반드시 평면일 필요는 없으며, 목적에 따라서, 예를들면 곡면형상 혹은 구면형상의 것을 사용해도 된다.
[실시예 2]
본 발명의 제1목적을 달성하기 위한 다른 실시예를 제4도에 도시한다.
실시예 1에 비해서, 편광소자의 두께(t)에 대한 매질의 피치(P)의 비(P/t)를 상당히 작게(<1)하였다. 즉, t=5mm, P=0.5mm로 하였다. 매질 I로서는 다음의 구조를 가지는 액정성 화합물을 자외선조사에 의해 중합하여 얻은 액정성 고분자재료를 사용하였다.
상기 고분자의 배향방법은, 러빙처리한 유리기판 사이에 액정화합물을 삽입하는 공정과, 이것을 80℃로 가열하여 네마틱액정상으로 만드는 공정과, 80℃로 유지한 채로 자외선을 조사하면서 광중합에 의해 화합물을 고형화하는 공정과, 균일하게 배향된 필름을 얻는 공정으로 구성된다.
그후, 이 필름을 유리기판으로부터 박리하여 적층하였다.
얻어진 필름의 이상광선에 대한 굴절률은 1.72, 통상 광선에 대한 굴절률은 1.49이었다. 매질 II 및 접착제로서는, 실시예 1과 마찬가지의 재료를 사용하였다. 또, 접착면의 경계면에서의 경사각()은 70°이었다.
실시예 1 및 실시예 2에서 얻어진 편광소자는 종래의 편광소자에 비해서 그 밝기가 약 1.5배이다.
[실시예 3]
본 발명의 제3목적인 보다 밝은 액정표시장치의 실시예를 설명한다.
제5도는 반사형 액정표시장치의 실시예를 도시한 개략도이다. 입사광(11)은 먼저 본 발명의 편광소자(7)에 입사한 후 투과하여, 흡수에 의한 광손실이 거의 없는 보다 높은 편광도를 가지는 편광광으로 변환되어서, 액정패널(8)에 입사하고 반사판(9)에서 반사되어서 반사광(12)으로 되어 방출된다.
제6도는 투과형 액정표시장치의 실시예를 도시한 개략도이다. 광원(14)과 액정패널(8) 사이에 편광소자(7)가 배치된다. 광원으로부터의 광(16)은 광전도체(15) 내에서 반사되어, 먼저 편광소자(7)에 입사되고 투과되어, 상기 반사형 액정표시장치의 경우와 마찬가지로 흡수에 의한 광손실이 거의 없고 보다 높은 편광도를 가지는 편광광으로 변환되고, 그후, 액정패널(8)에 입사된다.
또, 실시에 1의 편광소자(7)를 사용하여 종래의 편광소자와 같은 밝기로 사용하면, 광원의 전력을 적어도 30% 절감할 수 있다.
[실시예 4]
본 발명의 제4목적인 밝기가 향상됨과 더불어 표시콘트라스트가 종래의 편광소자 보다도 높은 편광소자의 실시예를 설명한다.
제7도에 개략적으로 도시한 바와 같이, 실시예 1의 편광소자(7)상에 2색성 편광판(13)이 적층되어 있다. 편광소자(7)를 투과한 광의 편광축(19)과, 2색성 편광판(13)의 투과축(17)은 평행이다. 또, 2색성 편광판(13)은 외부로부터의 자연광을 사용하느냐 병설한 광원을 사용하느냐에 관계없이, 광원에 대해서 반대쪽에 배치한다.
제8도에 반사형 액정표시장치, 제9도에 투과형 액정표시장치의 개략도를 도시한다. 이들 액정표시장치는, 실시예 1의 편광소자(7)에 2색성 편광판(13)을 병설한 것을 사용한다.
제10도에 구동회로를 구비한 액정표시장치의 개략사시도를 도시한다.
액정셀은 투명전극(27),(27')을 각각 가지는 투명기판(29),(29') 사이에 액정(10)을 끼운 구성으로 되어있으며, 이 액정셀의 바깥쪽은 본 발명의 편광소자(7)와 2색성 편광판(13)에 의해 지지되어 있다. 상기 투명전극(27),(27')은 구동회로(28),(28')에 의해 구동되어, 표시패턴에 대응해서 주사된다. 또한, 액정(10)에 전압을 인가하므로써 액정을 구동한다. 그리고 투명광을 편광소자(7)의 바닥쪽으로부터 입사하므로서 표시가 행해진다.
액정표시방식으로서는, 수퍼 TN방식, TFT방식, 강유전성 액정표시방식, 수퍼호메오트로픽방식(superhomeotropic type) 등이 공지되어 있으나, 편광소자를 사용하는 방식의 것이면 본 발명이 적용될 수 있는 것은 물론이다.
본 발명의 편광소자를 사용한 광원에 의하면 빛에너지외 손실이 거의 없으며, 예를들면 이러한 광원은 자동차의 헤드라이트등의 조명장치에 사용될 수 있다. 이 헤드라이트의 경우, 에를들면 편광방향을 오른쪽으로 45°경사지게 하고, 이와 동일한 편광방향의 편광광만을 투과하는 편광안경(흡수의 2색성이 있음)을 운전자가 착용한 경우, 밤에 다가오는 자동차의 헤드라이트의 강도를 상당량 저감시킬 수 있으므로 안정성의 향상에 효과적이다. 편광안경 대신에 자동차의 바람막이 유리상에 편광안경과 같은 편광방향을 가진 2색성 편광필름을 접착하는 것에 의해서도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
또한, 뒤쪽 창유리나 측면거울에 2색성 편광필름을 접착해도 마찬가지의 효파가 얻어진다. 특히, 뒤따라오는 자동차가 동일 유혀의 헤드라이트를 사용하고 있는 경우, 편광방향을 각각 오른쪽으로 45°또는 왼쪽으로 45°경사진 방향으로 선택하므로서 뒤쪽차량의 헤드라이트의 방현효과는 더욱 현저하게 된다.
본 발명의 편광소자는 액정표시장치 뿐만 아니라 예를들면 편광검출기 등의 수광소자로서 이용할 수 있다.
[실시예 5]
본 발명의 제2목적인 편광소자의 제조방법에 대해서 설명한다.
제11도(a)에 도시한 바와 같이, 매질 I파 매질 II을 적층해서 감아놓고, 층을 서로 접착하고 고형화하여, 제11도(b)에 도시한 바와 같은 로울형상의 적층체(2)를 형성한다.
다음에, 매질 I과 매질 II 사이의 경계면과 소정의 각도(φ)로 되도록 절단면(30),(30')을 설정해서 얇게 절단한다. 이때, 전단력의 방향이 광축(4)의 방향과 일치하도록 해서 절단한다. 이와 같이 절단하므로서, 전단력에 의한 광축방향의 변형을 작게 억제할 수 있다.
이러한 편광소자를 사용하므로서, 밝기가 우수한 액정표시장치를 얻을 수 있다.
[실시예 6]
본 발명의 제5목적인 광투과율이 높은 편광소자를 사용하므로서 높은 광이용효율을 가지는 편광광원의 실시예를 제12도 및 제13도에 표시한다. 이 편광광원은,무편광 또는 편광도가 낮은 광을 방출하는 광원(102)과 편광도를 향상하기 위한 편광소자(101)로 구성되어 있다.
[실시예 7]
본, 발명의 편광광원을 이용한 오우버헤드프로젝터(OHP)의 일례를 제14도에 도시한다. 본 발명의 편광광원(110)은 OHP의 본체의 하부에 배치되어 있다.
편광광은 액정패널(111)을 투과해서, 확대렌즈(112) 및 반사경(113)을 경유하여 스크린인(114)으로 투영된다. 종래의 OHP와 같은 밝기로 사용하면, 광원의 소비 전력을 30% 절감할 수 있다.
또한, 편광광원은, 목적에 따라서 프로젝터의 상부에 배치하여, 편광광원의 아래쪽에 배치한 액정패널을 조사하여, 액정패널을 투과한 투과광을 확대렌즈(112)와 반사경(1l3)으로 투사하는 다른 방식을 사용해도 된다.
상기 OHP와 마찬가지로 본 발명의 편광광원을 사용한 액정프로젝터가 제15도에 도시되어 있다. 이 예의 경우, 상기 OHP와 마찬가지로 종래의 액정프로젝터와 같은 밝기로 사용하면 광원의 소비전력을 30% 이상 절감할 수 있다.
본 발명에 의하면, 광투과율이 높은 편광광원을 제공하는 것이 가능하다. 이 편광 광원은 종래와 마찬가지의 밝기로 사용하면 광원의 전력을 상당량 절감할 수 있으며, 광원의 수명도 향상할 수 있다.

Claims (18)

  1. 2개 또는 3개의 굴절률이 각각 다른 편광모우드를 발생하는 복굴절성을 구비한 매질 I과, 상기 매질 I의 2개 또는 3개의 굴절률중 가장 큰 굴절률 보다도 굴절률이 낮은 표면 또는 표면층과 광학활성을 구비한 매질 II로 구성되고, 상기 매질 I과 매질 II가 교호로 복수층 적층되고, 이 적층의 경계면은 상기 매질 I 속을 투과한 편광광중의 한쪽은 상기 매질 I과 매질 II와의 경계면에서 반사시키고, 다른 쪽은 상기 매질 II속을 투과시키는 각도로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 비흡광형 편광소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 매질 I속을 투과한 투과광과 상기 적층의 경계면의 경사각도()가 다음식[1]의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 비흡광형 편광소자
    sin-1(nⅡ/nI1)(ø<sin-1(nⅡ/nI2)) …………………………………………… [1]
    (여기에서, nI1및 nI2는 각각 상기 매질 I의 최대굴절률 및 최소굴절률로서 nI1>nI2이며, nI1는 상기 적층의 경계면 근방에 있는 상기 매질 II의 굴절률이다).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 매질 II가 소정의 굴절률 및 광학활성을 가지는 층과 소정의 굴절률 및 접착성을 가지는 접착층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 비흡광형 편광소자.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 매질 I의 층이 상기 매질 II의 층보다도 두껍게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 비흡광형 편광소자.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 매질 I 및/또는 상기 매질 II가 배향처리된 유기고분자인 것을 특징으로 하는 비흡광형 편광소자.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 매질 I이 액정성 고본자필름인 것을 특징으로 하는 비흡광형 편광소자.
  7. 제1항 포는 제2항에 있어서, 상기 편광소자가 흡수의 2색성을 가지는 편광판(2색성 편광판)을 가지며, 상기 2색성 편광판의 광투과축이 상기 편광소자로부터의 방출광의 편광면과 거의 평행이 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 비흡광형 편광소자.
  8. 적어도 2개의 매질을 적층하는 것과, 상기 매질중 적어도 하나가 북굴절성을 갖도록 하는 것과, 상기 매질중 적어도 다른 하나가 광학활성을 갖도록 하는 것과, 외부로부터 입사된 무편광 또는 편광도가 낮은 광을 2개 또는 3개의 각각 굴절률이 다른 편광광으로 분리하는 것과, 상기 편광광중의 적어도 한쪽을 상기 광학활성 매질속을 투과시키지 않고 방출하는 것과, 상기 편광광중의 적어도 다른 한쪽을 상기 광학활성 매질속을 투과시켜 방출하는 것과, 상기 양편광광을 합성하는 것이 가능하도록 이루어진 것을 특정으로 하는 비흡광형 편광소자.
  9. 제1항에 있어서, 상기 매질 I 속을 전파한 편광광중, 한쪽은 상기 매질 I과 상기 매질 II 사이의 경계면에서 반사시키고, 다른 쪽은 상기 매질 II 속을 투과시키는 각도로 상기 적층의 경계면이 배치되고, 상기 반사광이 상기 편광소자속을 투과하는 동안에 복수회 반사되도록 상기 매질 I의 막두께를 설정하는 것을 특징으로 하는 비흡광형 편광소자.
  10. 도전성막을 가지며, 적어도 한쪽이 투명한 한쌍의 기판과, 상기 한쌍의 기판 사이에 액정층을 삽입해서 이루어진 액정패널과, 액정패널에 입사하는 광의 편광수단과, 상기 도전성막에 전하를 부여해서 상기 액정층을 구동하는 구동수단을 가지는 액정 표시장치에 있어서, 상기 편광수단이 2개 또는 3개의 굴절률이 각각 다른 편광도우드를 발생하는 복굴절성을 구비한 매질 I과, 상기 매질 I의 2개 또는 3개의 굴절률중 가장 큰 굴절률보다도 작은 굴절률을 가지는 표면 또는 표면층과 광학활성을 구비한 매질 II로 구성되고, 상기 매질 I과 매질 II가 교호로 복수층 적층되고, 이 적층의 경계면을 상기 매질 I 속을 전파한 편광광중의 한쪽은 상기 매질 I과 상기 매질 II 사이의 경계면에서 반사시키고, 다른 쪽의 편광광은 상기 매질 II속을 투과시키는 각도로 배치된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 편광수단과 광단사수단의 사이에 액정패널을 배치한 것을 특징으로 하는 액정표시 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 편광수단에 2색성 편광판이 적층되고, 이 편광수단을 2색상 편광판이 액정패널에 대향하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 편광수단에 2색성 편광판이 적층되고, 상기 편광수단과 광반사수단의 사이에 액정패널을 배치한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  14. 2개 또는 3개의 굴절률이 각각 다른 편광모우드를 발생하는 복굴절성을 가지는 소정 두께의 매질 I과, 상기 매질 I의 2개 또는 3개의 굴절률중 가강 큰 굴절률 보다도 작은 굴절률을 가지는 표면 또는 표면층과 광학활성을 가지는 소정의 두께의 매질 II을 교호로 적층접착하여 적층체를 형성하는 공정과, 상기 매질 I 속을 전파한 편광광중 한쪽은 상기 매질 I과 매질 II 사이의 경계면에서 반사시키고, 다른쪽은 상기매질 II 속을 투과시키는 각도로 상기 적층의 경계면이 구성되도록 상기 적층체를 소정각도 및 소정두께로 절단하여, 상기 매질 I과 매질 II가 출무늬형상으로 배열된 필름을 만드는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 편광소자의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 매질 I 매질 II가 배향처리된 유기고분자로 이루어지고, 상기 양 매질을 접합하는 것을 특징으로 하는 편광소자의 제조방법.
  16. 무편광 또는 편광도가 낮은 광을 발생시키는 광원과, 상기 광을 입사 및 투과시켜서 편광도가 높은 편광을 발생시키는 편광소자로 이루어진 편광광원에 있어서, 상기 편광소자는 2개 또는 3개의 굴절률이 각각 다른 편광모우드를 발생하는 복굴절성을 구비한 매질 I과, 상기 매질 I의 2개 또는 3개의 굴절률중 가장 큰 굴절률보다 작은 굴절률을 가지는 표면 또는 표면층과 광학활성을 구비한 매질 II로 구성되고, 상기 매질 I과 매질 II가 교호로 복수층 적층되어, 상기 적층의 경계면이 상기 매질 I속을 전파한 편광광중의 한쪽은 상기 매질 I과 매질 II의 경계면에서 반사시키고, 다른쪽은 상기 매질 II속을 투과시키는 각도로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 편광광원.
  17. 무편광 또는 편광도가 낮은 광을 발생시키는 광원과, 상기 광을 입사 및 투과시켜 편광도가 높은 편광을 발생시키는 편광소자로 구성된 편광광원에 있어서, 상기 편광소자는, 적어도 2개의 매질을 적층하는 것과, 상기 매질중 적어도 하나가 복굴절성을 가지도록 하는 것과, 상기 매질중 적어도 다른 하나가 광학활성을 가지도록 하는 것과, 외부로부터 입사된 무편광 또는 편광도가 낮은 광을 2 또는 3개의 각각 굴절률이 다른 편광광으로 분리하는 것과, 상기 편광광중의 적어도 한쪽을 상기 광학활성 매질속을 투과시키지 않고 방출하는 것과, 상기 편광광중의 적어도 다른 쪽을 상기 광학활성 매질속을 투과시켜 방출하는 것과, 상기 양쪽편광광을 합성하는 것이 가능하도록 이루어진 편광광원.
  18. 편광광원과, 액정표시소자에 의해 형성된 화상을 스크리인상에 결속시키는 화상 결속수단으도 구성된 표시장치에 있어서, 상기 편광광원은, 무편광 또는 편광도가 낮은 광을 발생하는 광원과, 상기 광을 입사 및 투과시켜 편광도가 높은 광을 발생하는 편광소자로 이루어지고, 상기 편광소자는, 2개 또는 3개의 굴절률이 각각 다른 편광모우드를 발생하는 복굴절률을 구비한 매질 I과, 상기 매질 I의 2개 또는 3개의 굴절률중 가장 큰 굴절률보다도 작은 굴절률을 가지는 표면 또는 표면층 및 광학활성을 구비한 매질 II로 구성되고, 상기 매질 I과 매질 II가 교호로 복수층 적층되고, 상기 적층의 경계면은 상기 매질 I 속을 전파한 편광광중 한쪽은 상기 매질 I과 매질 II 사이의 경계면에서 반사시키고, 다른쪽은 상기 매질 II속을 투과시키는 각도로 배치되어 있으며, 상기 화상결속수단은 상기 편광광원으로부터의 편광광을 집광하고, 액정표시소자를 투과시키므로서 상기 액정표시소자에 의해 형성된 화상을 스크리인상에 결속시키는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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