JP4671925B2

JP4671925B2 - 偏光子、その製造方法、及びこれを有する表示装置

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Inventors: 佑濬金; 兌碩張; 震成崔
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Description

本発明は、偏光子、その製造方法、及びこれを有する表示装置に係り、より詳細には、反射型偏光フィルターとカラーフィルターとが統合されたハイブリッド型偏光子、その製造方法、及びこれを有する表示装置に関する。

一般に、液晶表示装置は、液晶の偏光変換特性を利用して画像を表示する。レーザーのような偏光された光を発生する特別な光源を除いては、前記液晶表示装置に採用される光源は偏光されていない光を出射するので、約５０％の入射光は液晶パネルの偏光板によって遮断され損失される。
又、カラー液晶パネルの場合、レッド、グリーン、及びブルーを具現するサブピクセルが一つのピクセルを形成して任意のカラーを表現する。それぞれのサブピクセルでは、異なるカラーが異なる波長を有しているため、各カラーの波長の光が他のカラーの波長を遮断してしまい、損失が生じる。

一方、反射型偏光板や反射型偏光フィルターの場合には、互いに異なる屈折率を有するフィルムを積層させた構造を採用するか、コレステリック液晶（ＣＬＣ、ＣｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）を利用した構造を採用する。前記反射型カラーフィルターの場合、該当波長の透過率を改善させた製品が開発されているが、該当帯域以外の波長に対しては、損失を避けることができないという問題点がある。

本発明の技術的課題は、このような従来の問題点を解決するためのもので、本発明の目的は、偏光特性に優れた偏光子を提供することにある。
本発明の他の目的は、偏光特性に優れた偏光子の製造方法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、偏光特性に優れた偏光子を有する表示装置を提供することにある。

前記した本発明の目的を実現するために、一実施例によるハイブリッド型偏光子は、ベース部材及び偏光−カラーフィルター部材を含む。前記偏光−カラーフィルター部材は、前記ベース部材の互いに異なる領域のそれぞれに形成された複数の金属格子を有する。前記金属格子のそれぞれは、領域別に互いに異なる幅、ピッチ、及び高さを有し、入射される光のうちの一部は透過させ、残りは反射する。この際、前記金属格子をカバーする保護層を更に含むことが好ましい。

本発明のハイブリッド型偏光子では、各色ごとの金属格子を有する各偏光カラーフィルタが設けられており、金属格子はカラーフィルタごとに異なるサイズを有している。これにより、本発明のハイブリッド型偏光子では、それぞれの色に対応して、特定の偏光成分のみを透過し、特定の偏光成分以外の偏光成分を反射する。例えば、レッドの金属格子であれば、レッド光の特定の偏光成分のみを透過する。そしてレッド光の特定の偏光成分以外の偏光成分、その他のブルー及びグリーン特定の偏光成分及び特定の偏光成分以外の偏光成分を反射する。このように、各カラーフィルタに対応する色の光のみを通過させ、他の色の光を遮断することで、通過させるべき色の光が他の波長の光から影響を受けて遮断されるのを抑制する。よって、バックライトユニットからの光の利用効率を低下させないようにすることができる。

また、前記金属格子をカバーする保護層を更に含むのが好ましい。
また、前記保護層の屈折率は、前記ベース部材の屈折率と同じであるのが好ましい。
また、前記金属格子は、アルミニウムを含むのが好ましい。
また、前記入射される光は、前記ベース部材に垂直であるのが好ましい。
前記偏光−カラーフィルター部材は、レッド金属格子部、グリーン金属格子部、及びブルー金属格子部を含む。前記レッド金属格子部は、前記ベース部材の第１領域に形成され、レッド光の第１偏光成分を透過し、レッド光の第２偏光成分と、グリーン光の第１及び第２偏光成分と、ブルー光の第１及び第２偏光成分を反射する。前記グリーン金属格子部は、前記ベース部材の第２領域に形成され、グリーン光の第１偏光成分を透過し、グリーン光の第２偏光成分と、レッド光の第１及び第２偏光成分と、ブルー光の第１及び第２偏光成分を反射する。前記ブルー金属格子部は、前記ベース部材の第３領域に形成され、ブルー光の第１偏光成分を透過し、ブルー光の第２偏光成分と、レッド光の第１及び第２偏光成分と、グリーン光の第１及び第２偏光成分を反射する。

各カラーフィルタに対応する色の光のみを通過させ、他の色の光を遮断することで、通過させるべき色の光が他の波長の光から影響を受けて遮断されるのを抑制する。よって、光の利用効率を低下させないようにすることができる。
ここで、前記第１偏光成分は、前記偏光−カラーフィルター部材に垂直する電場を有し、前記第２偏光成分は、前記偏光−カラーフィルター部に平行する電場を有する。金属格子の０次格子による透過性及び反射性を用いて、透過及び遮断を制御することができる。

前記ブルー金属格子部は、前記レッド金属格子部及びグリーン金属格子部より低い高さを有することを一特徴とする。
前記レッド金属格子部は、３３０ｎｍのピッチと、２６４ｎｍの幅と、１００ｎｍの高さを有することを一特徴とする。前記グリーン金属格子部は、２２０ｎｍのピッチと、１６５ｎｍの幅と、１００ｎｍの高さを有することを一特徴とする。前記ブルー金属格子部は、２００ｎｍのピッチと、１５０ｎｍの幅と、８０ｎｍの高さを有することを一特徴とする。

前記透過される光は、前記偏光−カラーフィルター部材と垂直する電場を有し、前記反射される光は、前記偏光−カラーフィルター部材と平行する電場を有するのが好ましい。
前記した本発明の目的を実現するために、一実施例によるハイブリッド型偏光子の製造方法は、第１乃至第３領域のそれぞれに互いに異なるサイズを有して突出されるように形成された複数の突出部を有するマスターモールドを提供する段階、基板上に金属層を蒸着する段階、前記蒸着された金属層上にポリマー層を形成する段階、前記ポリマー層に前記マスターモールドのパターンを転写する段階、及び前記マスターモールドのパターンが転写されたポリマー層をマスクとして前記金属膜をエッチングする段階を含む。

また、前記マスターモールドは、前記第１領域に形成され、第１偏光成分の第１光は透過し、第２偏光成分の第１光と、残り光は反射させる第１パターンを含むことを特徴とする。
また、前記第１光は、レッド、グリーン、及びブルー光のうち、いずれか一つであることを特徴とする。

また、前記第１偏光成分は、垂直偏光又は水平偏光であることを特徴とする。
また、前記第１乃至第３領域のそれぞれに形成されたパターンのうち、一つの領域に形成されたパターンは、他の領域に形成されたパターンのサイズより小さいことを特徴とする。
また、前記ポリマー層は、ポジティブレジストであることを特徴とする。

前記した本発明の目的を実現するために、他の実施例によるハイブリッド型偏光子の製造方法は、第１乃至第３領域のそれぞれに互いに異なるサイズを有して突出されるように形成された複数の突出部を有するマスターモールドを提供する段階、基板上にポリマー層をコーティングする段階、前記ポリマー層に前記マスターモールドのパターンを転写する段階、前記マスターモールドのパターンが転写されたポリマー層に金属層を蒸着する段階、前記蒸着された金属層を化学機械的研磨（ＣＭＰ）又はウェットエッチングで平坦化して、前記ポリマー層の一部を露出させる段階、及び前記ポリマー層又は金属層上に保護膜をコーティングする段階を含む。

前記した本発明の目的を実現するために、更に他の実施例によるハイブリッド型偏光子の製造方法は、第１乃至第３領域のそれぞれに互いに異なるサイズを有して突出されるように形成された複数の突出部を有するマスターモールドを提供する段階、ベースフィルム上にポリマーをコーティングする段階、前記ポリマー層に前記マスターモールドのパターンを転写する段階、転写されたフィルム上に金属層を蒸着する段階、金属が蒸着されたフィルムを基板上に配置させた後、圧力を加えて前記金属層を前記基板に接着する段階、前記ベースフィルムを剥離する段階、及び前記ベースフィルムが除去された表面上に保護膜をコーティングする段階を含む。

前記した本発明の目的を実現するために、一実施例による表示装置は、バックライトユニット、液晶パネル、及びハイブリッド型偏光子を含む。前記バックライトユニットは、光を出射する。前記液晶パネルは、前記バックライトユニット上に配置され、２つの基板とその間に介在された液晶層を利用して画像を表示する。前記ハイブリッド型偏光子は、互いに異なる領域のそれぞれに形成された複数の金属格子を有する偏光−カラーフィルター部材を含み、前記バックライトユニットと液晶パネルとの間に介在される。前記金属格子のそれぞれは、領域別に互いに異なる幅、ピッチ、及び高さを有して、前記バックライトユニットから出射された光のうちの一部は前記液晶パネルに透過させ、残りは前記バックライトユニットに反射させる。

前記バックライトユニットは、前記ハイブリッド型偏光子で反射される前記残り光を前記ハイブリッド型偏光子に反射する反射板を含むことを特徴とする。
反射板を有しているため、ハイブリッド型偏光子により反射された光を再利用し、光の利用効率を高めることができる。
前記ハイブリッド型偏光子は、前記液晶パネルの背面に一体に形成される。

このようなハイブリッド型偏光子、その製造方法、及びこれを有する表示装置によると、可視光線の波長以下の微細構造を有する金属格子を利用して、反射型偏光フィルターとカラーフィルターの機能を単層膜として具現して、液晶パネルの効率を向上させると共に、原価節減を実現することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例をより詳細に説明する。
＜ハイブリッド型偏光子の実施例＞
図１は、本発明によるハイブリッド型偏光子を説明する断面図である。ここで、ハイブリッド型偏光子とは、反射型偏光板の機能と反射型カラーフィルターとの機能を兼ね備えた偏光子を言うものとする。

図１に示すように、本発明によるハイブリッド型偏光子１０は、基板１２と、前記基板１２の背面に一定幅（ｗ）、一定ピッチ（ｐ）、及び一定高さ（ｈ）を有して形成された偏光−カラーフィルター部１４と、前記偏光−カラーフィルター部１４を覆う保護層１６と、を含む。ピッチ（ｐ）とは、偏光−カラーフィルター部１４間の距離である。
前記ハイブリッド型偏光子１０は、回折格子（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｇｒａｔｉｎｇ）と類似である。垂直入射光の場合、格子方程式（ｇｒａｔｉｎｇｅｑｕａｔｉｏｎ）は、下記の式（１）のようである。
［数１］
ｎ×ｓｉｎθ_m＝ｍ（λ／ｐ）・・・（１）
ここで、ｎは金属格子の屈折率、θ_mは、ｍ次（ｍ^th ｏｒｄｅｒ：ｍ＝０、±１、±２・・・）の回折角、λは、垂直入射光の波長、ｐは、金属格子の周期である。

仮に、１次（１ｓｔｏｒｄｅｒ）回折角が９０°より大きくなると（即ち、金属格子の周期（ｐ）がｐ＜λ／ｎを満足すると）、回折効果が無くなり、０次回折光のみが存在する。このような格子を０次（ｚｅｒｏｔｈｏｒｄｅｒ）格子と言う。この際、格子は均質で、光学的に異方性を有する薄膜として取り扱うことができる。よって、特定の光を透過させ、特定の光を遮断するなどの制御が行い易い。

図２及び図３は、金属の０次格子による透過及び反射特性をそれぞれ説明する概念図である。
図２を参照すると、偏光されていない入射光ＬＩが金属格子１４に入射されると、前記金属格子１４は、前記入射光ＬＩのうち、格子ベクトルと平行（図２中の縦方向に配置されたワイヤー（金属格子１４）と垂直）な電場（Ｅ）を有する光のみを透過させて透過光ＬＴとして定義する。図２では、前記透過光ＬＴは、水平偏光成分を有する。前記入射光ＬＩは＋ｚ軸方向に進行し、前記透過光ＬＴは＋ｚ軸方向に進行する。図面では、入射光が垂直偏光成分と水平偏光成分とで構成されたことを図示したが、これは、説明の便宜のために簡略化させたことは自明である。

又、図３を参照すると、偏光されていない入射光ＬＩが金属格子１４に入射されると、前記金属格子１４は、前記入射光ＬＩのうち、格子ベクトルと垂直（図３中の縦方向に配置されたワイヤー（金属格子１４）と平行）な電場（Ｅ）を有する光に対しては反射させて、反射光ＬＲとして定義する。前記入射光ＬＩは＋ｚ軸方向に進行し、前記反射光ＬＲは−ｚ軸方向に進行する。図３では、前記反射光ＬＲは垂直偏光成分を有する。

＜表示装置の実施例＞
図４は、本発明の実施例によるハイブリッド型偏光子が適用された表示装置を説明する断面図である。図５は、図４に図示された表示装置の動作を説明する概念図である。特に、反射型偏光板の機能と反射型カラーフィルターの機能とが一つの金属格子に具現された表示装置が図示される。

図４を参照すると、本発明による表示装置１００は、液晶パネル１１０と、前記液晶パネル１１０の背面に形成された偏光−カラーフィルター部材１２０と、前記偏光−カラーフィルター部材１２０の下に配置されたバックライトユニット１３０と、を含む。図２では、説明の便宜のために、３つのサブピクセルを図示した。前記サブピクセルは、レッドピクセル、グリーンピクセル、及びブルーピクセルを含む。

前記液晶パネル１１０は、第１基板１１１、スイッチング素子１１２、絶縁膜１１３及びピクセル電極１１４を含むアレイ基板と、第２基板１１５、それぞれのサブピクセル領域に形成された色画素層１１６を含むカラーフィルター基板と、前記アレイ基板とカラーフィルター基板との間に形成された液晶層１１７と、を含む。
色画素層１１６は、各色に対応したレッド画素層１１６Ｒ、グリーン画素層１１６Ｇ及びブルー画素層１１６Ｂを含む。

前記偏光−カラーフィルター部材１２０は、複数の金属格子部で構成され、前記液晶パネル１１０の背面に形成される。前記偏光−カラーフィルター部材１２０は、レッド（Ｒ）−金属格子１２０Ｒ、グリーン（Ｇ）−金属格子１２０Ｇ、及びブルー（Ｂ）−金属格子１２０Ｂを含む。前記金属格子部は、ＲＧＢサブピクセルのそれぞれに対応して、互いに異なるサイズを有するようにライン形態で形成される。ここで、各金属格子部は、上記式（１）において、０次の金属格子で形成されている。

各カラーの金属格子のピッチは、レッド（Ｒ）−金属格子１２０Ｒ＞グリーン（Ｇ）−金属格子１２０Ｇ＞ブルー（Ｂ）−金属格子１２０Ｂの順になるように形成する。また、各カラーの金属格子の幅は、レッド（Ｒ）−金属格子１２０Ｒ＞グリーン（Ｇ）−金属格子１２０Ｇ＞ブルー（Ｂ）−金属格子１２０Ｂの順になるように形成する。また、各カラーの金属格子の高さは、レッド（Ｒ）−金属格子１２０Ｒとグリーン（Ｇ）−金属格子１２０Ｇは同一の高さであっても良く、ブルー（Ｂ）−金属格子１２０Ｂは小さくなるように形成する。

具体的に、前記ＲＧＢサブピクセルのそれぞれに対応するレッド（Ｒ）−金属格子、グリーン（Ｇ）−金属格子、及びブルー（Ｂ）−金属格子のサイズは、下記表１に示した。なお、各カラーの金属格子は下記表１のサイズに限定されず、表１のサイズの前後で形成されても良い。

表１を参照すると、レッド−金属格子、グリーン−金属格子、及びブルー金属格子のそれぞれのピッチは、３３０ｎｍ、２２０ｎｍ、及び２００ｎｍで、それぞれの幅は、２６４ｎｍ、１６５ｎｍ、及び１５０ｎｍであって、それぞれのデューティは０．８、０．７５、０．７５である。又、レッド−金属格子やグリーン−金属格子の高さは１００ｎｍと同じであるが、ブルー−金属格子の高さは８０ｎｍであることが確認できる。

なお、表１は一例であり、ピッチ、幅、高さの組み合わせにより反射・透過される光の波長（色）を変更できれば、表１の数値に限定されない。
前記バックライトユニット１３０は、前記偏光−カラーフィルター部材１２０の背面に配置され、光を提供する。前記バックライトユニット１３０は、ランプ１３２及び反射板１３４を含み、例えば色画素毎に設けられる。

そうすると、図５を参照して、下部に配置されたバックライトユニットから光が提供される場合について、偏光−カラーフィルターの動作を説明する。なお、下記の第１偏光成分（ｐ１）は、電場（Ｅ）が格子ベクトルと平行な場合で（金属格子の伸長方向と垂直）、第２偏光（ｐ２）は、電場（Ｅ）が格子ベクトルに垂直な場合（金属格子の伸長方向と平行）である。また、例えばレッド光の場合、Ｒを用いてレッド光の第１偏光成分をＲＰ１と表し、レッド光の第２偏光成分をＲＰ２と表す。その他の光も同様に表す。

まず、アレイ基板の第１基板１１２の第１領域に形成されたレッド−金属格子１２０Ｒは、バックライトユニット１３０から偏光されていない光が入射されると、レッド光の第１偏光成分ＲＰ１を透過し、レッド光の第２偏光成分ＲＰ２と、グリーン光の第１及び第２偏光成分ＧＰ１、ＧＰ２と、ブルー光の第１及び第２偏光成分ＢＰ１、ＢＰ２を反射する。

前記透過されたレッド光の第１偏光成分ＲＰ１は、前記第１基板１１１及び液晶層１１７を経由して、カラーフィルター基板のレッドフィルター１１６Ｒを通じて画像表示のために出射される。
前記反射されたレッド光の第２偏光成分ＲＰ２と、グリーン光の第１及び第２偏光成分ＧＰ１、ＧＰ２と、ブルー光の第１及び第２偏光成分ＢＰ１、ＢＰ２は、光の再活用のために、バックライトユニットに提供される。前記バックライトユニット１３０は、反射板１３４を通じて前記反射された光やランプから発散された光を前記レッド−金属格子１２０Ｒに反射し、再び入射させる。ここで、レッド光の第２偏光成分ＲＰ２の一部は、反射板１３４により反射されてレッド光の第１偏光成分ＲＰ１に変更される。そして、変更されたレッド光の第１偏光成分ＲＰ１は、レッド−金属格子１２０Ｒを透過する。また、ブルー光の第１及び第２偏光成分ＢＰ１、ＢＰ２及びグリーン光の第１及び第２偏光成分ＧＰ１、ＧＰ２の一部は、反射板１３４により反射されて、隣接するブルー−金属格子１２０Ｂ及びグリーン−金属格子１２０Ｇに入射される。これにより光の利用効率を高めることができる。

一方、アレイ基板の第１基板１１１の第２領域に形成されたグリーン−金属格子１２０Ｇは、バックライトユニット１３０から偏光されていない光が入射されと、グリーン光の第１偏光成分ＧＰ１を透過し、グリーン光の第２偏光成分ＧＰ２と、レッド光の第１及び第２偏光成分ＲＰ１、ＲＰ２と、ブルー光の第１及び第２偏光成分ＢＰ１、ＢＰ２を反射する。

前記透過されたグリーン光の第１偏光成分ＧＰ１は、前記第１基板１１１及び液晶層１１７を経由してカラーフィルター基板のグリーンフィルター１１６Ｇを通じて画像表示のために出射される。
前記反射されたグリーン光の第２偏光成分ＧＰ２と、レッド光の第１及び第２偏光成分ＲＰ１、ＲＰ２と、ブルー光の第１及び第２偏光成分ＢＰ１、ＢＰ２は、光の再活用のために、バックライトユニットに提供される。前記バックライトユニット１３０は、反射板１３４を通じて前記反射された光やランプから発散された光を前記グリーン−金属格子１２０Ｇに反射し、再び入射させる。ここで、グリーン光の第２偏光成分ＧＰ２の一部は、反射板１３４により反射されてグリーン光の第１偏光成分ＧＰ１に変更される。そして、変更されたグリーン光の第１偏光成分ＧＰ１は、グリーン−金属格子１２０Ｇを透過する。また、ブルー光の第１及び第２偏光成分ＢＰ１、ＢＰ２及びレッド光の第１及び第２偏光成分ＲＰ１、ＲＰ２の一部は、反射板１３４により反射されて、隣接するブルー−金属格子１２０Ｂ及びレッド−金属格子１２０Ｒに入射される。これにより光の利用効率を高めることができる。

一方、アレイ基板の第１基板１１１の第３領域に形成されたブルー−金属格子１２０Ｂは、バックライトユニット１３０から偏光されていない光が入射されることにより、ブルー光の第１偏光成分ＢＰ１を透過し、ブルー光の第２偏光成分ＢＰ２と、レッド光の第１及び第２偏光成分ＲＰ１、ＲＰ２と、グリーン光の第１及び第２偏光成分ＧＰ１、ＧＰ２を反射する。

前記透過されたブルー光の第１偏光成分ＢＰ１は、前記第１基板１１１及び液晶層１１７を経由して、カラーフィルター基板のブルーフィルター１１６Ｂを通じて画像表示のために出射される。
前記反射されたブルー光の第２偏光成分ＢＰ２と、レッド光の第１及び第２偏光成分ＲＰ１、ＲＰ２と、グリーン光の第１及び第２偏光成分ＧＰ１、ＧＰ２は、光の再活用のために、バックライトユニット１３０に提供される。前記バックライトユニット１３０は、具備される反射板１３４を通じて前記反射された光やランプから発散された光を前記ブルー−金属格子１２０Ｂに反射する。

ここで、ブルー光の第２偏光成分ＢＰ２の一部は、反射板１３４により反射されてブルー光の第１偏光成分ＢＰ１に変更される。そして、変更されたブルー光の第１偏光成分ＢＰ１は、ブルー金属格子１２０Ｂを透過する。また、レッド光の第１及び第２偏光成分ＲＰ１、ＲＰ２及びグリーン光の第１及び第２偏光成分ＧＰ１、ＧＰ２の一部は、反射板１３４により反射されて、隣接するレッド金属格子１２０Ｒ及びグリーン−金属格子１２０Ｇに入射される。これにより光の利用効率を高めることができる。

次に、本発明によるハイブリッド型偏光子による入射光に対する透過率と反射率特性を説明する。
本実施例では、前記入射光に対する透過率と反射率を計算するために、ＲＣＷＡ（ＲｉｇｏｒｏｕｓＣｏｕｐｌｅｄ−ＷａｖｅＡｎａｌｙｓｉｓ）を使用し、その計算結果の一例を図６及び図７に示した。この時に利用されたそれぞれのＲＧＢサブピクセルに該当する金属格子のパラメータは、前記した表１で示したものを利用した。入射光は、垂直に空気中で基板に入射し、金属格子の材質はアルミニウムで具現した。保護層の屈折率と液晶パネルの屈折率を１．５に設定した。

第１偏光成分（ｐ１）は、電場（Ｅ）が格子ベクトルと平行な場合で（金属格子の伸長方向と垂直）、第２偏光（ｐ２）は、電場（Ｅ）が格子ベクトルに垂直な場合（金属格子の伸長方向と平行）である。第２偏光成分（ｐ２）の場合、殆ど全ての入射光が反射され、波長による偏光消滅比が図６に示している。
図６は、本発明による金属格子のそれぞれの透過率特性を説明するグラフである。ここで、実線（大文字）は、本発明によって設計された各金属格子の透過率特性を示し、点線（小文字）は、一般的なカラーフィルターの透過率特性を示す。

図６を参照すると、一般的なカラーフィルターは、４５０ｎｍの波長帯域に存在するブルー光（ｂ）を約７０％の透過率で透過させ、５２０ｎｍの波長帯域に存在するグリーン光（ｇ）を約８０％の透過率で透過させ、６５０ｎｍの波長帯域に存在するレッド光（ｒ）を約９０％の透過率で透過させる。前記一般的なカラーフィルターは吸収型カラーフィルターである反面、本発明による金属格子によって具現されるカラーフィルターは、反射型カラーフィルターである。

反面、本発明によって設計されたハイブリッド型偏光子は、４５０ｎｍの波長帯域に存在するブルー光（Ｂ）を約９０％の透過率で透過させ、５２０ｎｍの波長帯域に存在するグリーン光（Ｇ）を約９０％の透過率で透過させ、６５０ｎｍの波長帯域に存在するレッド光（Ｒ）を約８５％の透過率で透過させる。
このように、本発明によるハイブリッド型偏光子は、一般的なカラーフィルターに対してブルー光の透過率を約２０％程度、そしてグリーン光の透過率を約１０％程度上昇させることを確認した。

図７は、本発明による金属格子のそれぞれの第２偏光成分に対する偏光消滅比特性を説明するグラフである。なお、偏光消滅比とは、入射された光のうち、透過した光と、偏光により消滅してしまう光との比である。
図７を参照すると、レッド光（Ｒ）、グリーン光（Ｇ）、及びブルー光（Ｂ）の偏光消滅比（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎｒａｔｉｏ）は、４００ｎｍの波長帯域でそれぞれ２１０、１０００、及び４５０で、４５０ｎｍの波長帯域でそれぞれ５００、１８００、及び７００で、５５０ｎｍの波長帯域でそれぞれ２２００、４０００、及び１５００で、６５０ｎｍの波長帯域でそれぞれ４５００、６５００、及び２０００で、７００ｎｍの波長帯域でそれぞれ５５００、８０００、及び２６００である。このように波長帯域が増加するにつれて、特定光の偏光消滅比も増加することが確認できる。

このように、４００ｎｍ乃至７００ｎｍの波長帯域を有する可視光領域で、偏光消滅比が最小であっても数百にまで至るので、特定波長帯域に対して光の透過を遮断する効果が優れており、液晶パネルに応用が可能である。つまり、本発明のハイブリッド型偏光子は、一般的な線格子偏光板（ｗｉｒｅｇｒｉｄｐｏｌａｒｉｚｅｒ）及び特定波長の第１偏光成分を透過する、選択的透過性を有するカラーフィルタとして機能させている。

このように、入射光の波長より非常に小さい開口部（金属格子間の間隔）を通じて透過する光が異常に増大される現象は、金属表面で励起された表面プラスモン（ｓｕｒｆａｃｅｐｌａｓｍｏｎ）と前記入射光の共振とに起因する。
第１偏光成分（ｐ１）の場合、それぞれの金属格子は帯域通過フィルターの役割を果たす。従って、各波長帯域に対しては透過率が高く、他の波長帯域に対しては透過率が低いことが好ましい。

一方、本発明によるハイブリッド型偏光子によると、図６に図示されたように、所望する波長帯域外に別に２０％乃至３０％程度の透過光が存在するので、光の損失として作用する。しかし、一般的な吸収型カラーフィルターとは異なり、透過されない残り７０％乃至８０％の光は、反射光として作用する。つまり、金属格子１２０を透過せず反射した光は、反射板１３４に反射されて再度金属格子１２０に入射される。このように、金属格子１２０で反射された反射光は再生されるので、光の利用効率の向上に寄与することができる。

以上で説明したように、液晶表示装置に採用される偏光板は、設計変数によってその性能が決定される。前記設計変数は、金属格子の周期（ｐ）、金属格子の高さ（ｈ）、金属格子の幅（ｗ）、保護層の屈折率（ｎ）、及び金属格子の形状等である。
第２偏光成分（ｐ２）の消滅比と第１偏光成分（ｐ１）の透過率、そして各カラーの選択度等を極大化するためには、前記設計変数を最適化しなければならないが、実際の応用では設計段階よりも工程上の制約が大きいので、性能と費用を考慮して適切な設計が必要である。

前記した表１に示すように、Ｒ−金属格子とＧ−金属格子との高さは同一であるので、これらの間には段差が存在しないが、Ｒ−金属格子とＢ−金属格子との間には段差が２０ｎｍ程度存在する。従って、ハイブリッド型偏光子をモールドするマスターモールドを製作する時には、通常的の線格子偏光板をモールドするマスターモールドの製作工程よりも一回のエッチング工程が追加に必要である。しかし、マスターモールドが製作された後には同じ工程なので、マスターモールドを金型として複数のハイブリッド型偏光子を作成すれば費用側面では大きな差異がない。

又、吸収型偏光板と異なり、反射型偏光板をパネルに直接付着して使用する場合、周辺の光量によってコントラスト比が低下してしまうおそれがある。これは、反射型偏光板の本質的な限界なので、コントラスト比の低下問題を緩和するためには、液晶パネルの下板にのみ反射型偏光板を使用することが好ましい。
＜ハイブリッド型偏光子の製造方法の実施例１＞
図８乃至図１２は、本発明の第１実施例によるハイブリッド型偏光子の製造方法を説明する工程図である。

図８を参照すると、ベース２１０の第１乃至第３領域のそれぞれに、互いに異なるサイズを有して陥没するように形成された複数のグルーブ２２３を有するマスターモールドを提供する。
前記マスターモールドに具備されるグルーブ２２３のうちの一つのグループは、前記第１領域に陥没するように形成され、第１偏光成分のレッド光は透過し、第２偏光成分のレッド光と、その他の光（第１及び第２偏光成分のブルー光、第１及び第２偏光成分のグリーン光）は反射させるのに適切なサイズを有する。前記マスターモールドに具備されるグルーブ２２３のうち、他の一つのグルーブは前記第２領域に陥没するように形成され、第１偏光成分のグリーン光は透過し、第２偏光成分のグリーン光と、その他の光（第１及び第２偏光成分のブルー光、第１及び第２偏光成分のレッド光）は反射させるのに適合なサイズを有する。前記マスターモールドに具備されるグルーブ２２３のうち、更に他の一つのグループは前記第３領域に陥没するように形成され、第１偏光成分のブルー光は透過し、第２偏光成分のブルー光と、その他の光（第１及び第２偏光成分のレッド光、第１及び第２偏光成分のグリーン光）は反射させるのに適合なサイズを有する。

図９を参照すると、アレイ基板３１０上に金属層３２０を蒸着する。前記アレイ基板３１０は、薄膜トランジスタＴＦＴとピクセル電極とが含まれた基板を称する。しかし、工程上の歩留まりを勘案すると、前記アレイ基板の最下部に具備されるベース基板、又は前記薄膜トランジスタが形成されたベース基板又は前記薄膜トランジスタとピクセル電極が具備されたベース基板でも良い。

図１０を参照すると、図９によって形成された金属層３２０上にＵＶ硬化性ポリマー層３３０をコーティングする。
図１１を参照すると、図１０によって形成されたＵＶ硬化性ポリマー層３３０上に図８で提供されたマスターモールドを配置して、マスターモールドのパターンを転写させる。図１１では、インプリント方式を利用して、前記マスターモールドのパターンを転写させる。前記マスターモールドの互いに異なる領域には、互いに異なる深さのグルーブが存在するので、前記ＵＶ硬化性ポリマー層３３０には互いに異なる領域に互いに異なる高さの突出部が形成される。

その後、互いに異なる高さに形成されたＵＶ硬化性ポリマー層３３０上にＵＶを照射する。前記ＵＶ硬化性ポリマー層３３０は一種のエッチングマスクとして動作する。
図１２を参照すると、図１１によって転写されたマスターモールドパターンを利用して、金属膜３２０をエッチング除去する。即ち、ＵＶ硬化性ポリマー層３３０の隣接する突出部間に配置された金属膜３２０は、エッチングされ下部のアレイ基板３１０を露出する。ＵＶ硬化性ポリマー層３３０の高い突出部に対応される金属膜３２０はエッチングされず、第１金属格子３２２’を形成する。ＵＶ硬化性ポリマー層３３０の低い突出部に対応される金属膜３２０は部分エッチングされ、前記第１金属格子３２２’より低い高さを有する第２金属格子３２２”を形成する。本実施例では、ＵＶ硬化性ポリマー層３３０の突出部と前記金属膜３２０とが共にエッチングされたが、隣接する突出部間の金属膜３２０を１次エッチングし、低い突出分をアッシングで除去した後に２次エッチングを行って、金属膜３２０をパターニングすることもできる。ここで、前記ＵＶ硬化性ポリマー層３３０は、光を受けた部分が残留するので、ポジティブレジストである。

＜マスターモールドの製造方法の実施例１＞
図１３乃至図２１は、図８に図示されたマスターモールドの製造方法を説明する工程図である。
まず、図１３に示すように、シリコン基板２１０上に二酸化珪素（ＳｉＯ₂）層２２０、第１金属層２３０を順次に蒸着させる。

その後、図１４に示すように、前記第１金属層２３０上にフォトレジストマスク（図示せず）を積層させた後、レーザー干渉又は電子ビームを露光する。これに前記レーザー干渉又は電子ビームによって露光されたフォトレジストマスクを除去して、一定周期のパターンを有する第１フォトレジストマスク２４０を形成する。この際、パターンのピッチや幅は前記した表１で説明された金属格子のピッチや幅であることが好ましい。

その後、図１５に示すように、前記第１フォトレジストマスク２４０を利用して下部の第１金属層２３０をエッチングする。前記エッチングされない第１金属層２３０は、パターン化された第１金属層２３２を定義する。
その後、図１６に示すように、前記エッチングされた第１金属層２３０によって露出される二酸化珪素層２２０も連続してエッチングする。前記エッチングされない二酸化珪素層は、パターン化された二酸化珪素層２２２を定義する。

図１７に示すように、クロムエッチャントを利用して、前記パターン化された第１金属層２３２を除去して、均一な高さに形成された予備マスターモールドを完成する。
図１８に示すように、図１７による結果物上に第２金属層２５０を均一な高さを有するように形成する。前記第２金属層２５０は、パターン化された第１金属層２２０を覆いながら、前記パターン化された第１金属層２２０によって形成された空間に充填される。

図１９に示すように、図１８による結果物上に、フォトレジストマスク（図示せず）を積層した後、レーザー干渉又は電子ビームを露光する。前記レーザー干渉又は電子ビームによって露光されたフォトレジストマスクを除去して、一定周期のパターンを有する第２フォトレジストマスク２６０を形成する。この際、前記第２フォトレジストマスク２６０に形成されたパターンのピッチや幅は、前記した表１で説明された相対的に高い高さの金属格子のピッチや幅であることが好ましい。

図２０に示すように、前記第２フォトレジストマスク２６０を利用して下部の第２金属層２５０をエッチングする。前記エッチングされない第２金属層は、パターン化された第２金属層２５２を定義する。
図２１に示すように、パターン化された第２フォトレジストマスク２６０を除去して、互いに異なる高さに形成された突出部を有するマスターモールドを完成する。前記マスターモールドには、汚染を最小化するために、表面処理剤を利用するクリーニング処理工程が更に行われることもできる。

＜ハイブリッド型偏光子の製造方法の実施例２＞
図２２乃至図２６は、本発明の第２実施例によるハイブリッド型偏光子の製造方法を説明する工程図である。
まず、図２２に示すように、ベース２１０の第１乃至第３領域のそれぞれに互いに異なるサイズを有して突出されるように形成された複数の突出部２２４を有するマスターモールドを提供する。前記マスターモールドは、前記突出部を除いて、前記図８及び図２１で説明されたので、その詳細な説明は省略する。

図２３に示すように、アレイ基板４１０上にＵＶ硬化性ポリマー層４２０をコーティングする。前記アレイ基板４１０は、薄膜トランジスタＴＦＴとピクセル電極とが含まれた基板を称する。しかし、工程上に歩留まりを換算すると、前記アレイ基板の最下部に具備されるベース基板、又は前記薄膜トランジスタが形成されたベース基板又は前記薄膜トランジスタとピクセル電極が具備されたベース基板でも良い。

図２４に示すように、図２３によって形成されたＵＶ硬化性ポリマー層４２０上に図２２で提供されたマスターモールドを配置して、マスターモールドのパターンを転写させる。図２４では、インプリント方式を利用して、前記マスターモールドのパターンを転写させる。前記マスターモールドの互いに異なる領域には、互いに異なる高さの突出部が存在するので、前記ＵＶ硬化性ポリマー層４２０には互いに異なる領域に互いに異なる深さの溝が形成される。その後、互いに異なる深さに形成されたＵＶ硬化性ポリマー層４２０上にＵＶを照射して硬化させる。

図２５に示すように、図２４によって形成された互いに異なる深さのＵＶ硬化性ポリマー層４２０に金属層を蒸着し、化学機械的研磨（ＣＭＰ）又はウエットエッチングで平坦化させてパターン化された金属層４３０を形成する。前記パターン化された金属層４３０は、前記ＵＶ硬化性ポリマー層４２０が形成されない領域Ａと相対的に浅い深さに形成された溝Ｂには充填され、相対的に高いＵＶ硬化性ポリマー層４２０の領域Ｃには形成されない。

図２６に示すように、図２５によって形成された結果物上に一定厚みの保護膜４４０をコーティングする。
＜ハイブリッド型偏光子の製造方法の実施例３＞
図２７乃至図３３は、本発明の第３実施例によるハイブリッド型偏光子の製造方法を説明する工程図である。

図２７に示すように、ベース２１０の第１乃至第３領域のそれぞれに互いに異なるサイズを有して突出されるように形成された複数の突出部２２４を有するマスターモールドを提供する。前記マスターモールドは、前記突出部を除いて、前記図８、図２１、及び図２２で説明したので、その詳細な説明は省略する。
図２８に示すように、ベースフィルム５１０上にＵＶ硬化性ポリマー層５２０を厚くコーティングする。

図２９に示すように、図２８によって形成されたＵＶ硬化性ポリマー層５２０上に図２７で提供されたマスターモールドを配置して、マスターモールドのパターンを転写させる。図２９では、インプリント方式を利用して、前記マスターモールドのパターンを転写させる。前記マスターモールドの互いに異なる領域には、互いに異なる高さの突出部が存在するので、前記ＵＶ硬化性ポリマー層５２０には互いに異なる領域に互いに異なる深さの溝が形成される。その後、互いに異なる深さに形成されたＵＶ硬化性ポリマー層５２０上にＵＶを照射して硬化させる。

図３０に示すように、図２９によって形成された互いに異なる深さのＵＶ硬化性ポリマー層５２０に金属層５３０を蒸着する。
図３１に示すように、図３０による結果物をアレイ基板上に配置させ、その上に圧力を印加してベースフィルム５１０に形成された前記金属層５３０を前記アレイ基板５４０に接着する。前記アレイ基板５４０は、薄膜トランジスタＴＦＴとピクセル電極とが含まれた基板を称する。しかし、工程上の歩留まりを勘案すると、前記アレイ基板の最下部に具備されるベース基板、又は前記薄膜トランジスタが形成されたベース基板又は前記薄膜トランジスタとピクセル電極が具備されたベース基板でも良い。

図３２に示すように、図３１による結果物からベースフィルム５１０を剥離する。
図３３に示すように、図３２による結果物上に一定厚みの保護膜５５０をコーティングして、ハイブリッド型偏光子が形成されたアレイ基板を完成する。

以上で説明したように、本発明によると、金属格子のサイズ又は構造の変更を通じて偏光とカラーに対する透過率及び反射率、偏光消滅比及び各カラーフィルターの帯域幅を調節することにより、バックライトユニットからの光の利用効率を極大化することができる。具体的に、本発明のハイブリッド型偏光子では、各色ごとの金属格子を有する各偏光カラーフィルタが設けられており、金属格子はカラーフィルタごとに異なるサイズを有している。これにより、本発明のハイブリッド型偏光子では、それぞれの色に対応して、特定の偏光成分のみを透過し、特定の偏光成分以外の偏光成分を反射する。例えば、レッドの金属格子であれば、レッド光の特定の偏光成分のみを透過する。そしてレッド光の特定の偏光成分以外の偏光成分、その他のブルー及びグリーン特定の偏光成分及び特定の偏光成分以外の偏光成分を反射する。このように、各カラーフィルタに対応する色の光のみを通過させ、他の色の光を遮断することで、通過させるべき色の光が他の波長の光から影響を受けて遮断されるのを抑制する。よって、バックライトユニットからの光の利用効率を低下させないようにすることができる。

又、前記したバックライトユニットからの光の利用効率を極大化することによって、前記金属格子が採用される表示装置の電力消費を最小化することができる。
又、本発明によるハイブリッド型偏光子は、ラジオ波長帯域又はマイクロ波長帯域分野で検証されたように、材質の屈折率、異方性又は偏光変換特性を利用する一般的な偏光子と比較して、入射角、透過／反射率、偏光消滅比、そして広帯域である等の側面で優れる。

又、本発明によるハイブリッド型偏光子は、数百個の積層構造を有するＤＢＥＦ（Dual Brightness Enhancement Film）と比較して構造が簡単なので、工程が単純で、性能を犠牲にすることなく、安い費用で具現することができる。
又、本発明によるハイブリッド型偏光子は、一つの金属格子に反射型偏光板の機能と反射型カラーフィルターの機能を具現することで、偏光機能と共にカラーの再使用が可能である。

以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。

本発明は、液晶表示装置などに適用可能である。

本発明によるハイブリッド型偏光子を説明する断面図である。金属の０次格子による透過及び反射特性をそれぞれ説明する概念図である。金属の０次格子による透過及び反射特性をそれぞれ説明する概念図である。本発明の実施例によるハイブリッド型偏光子が適用された表示装置を説明する断面図である。図４に図示された表示装置の動作を説明する概念図である。本発明による金属格子のそれぞれの透過率特性を説明するグラフである。本発明による金属格子のそれぞれの第２偏光に対する偏光消滅比特性を説明するグラフである。本発明の第１実施例によるハイブリッド型偏光子の製造方法を説明する工程図である。本発明の第１実施例によるハイブリッド型偏光子の製造方法を説明する工程図である。本発明の第１実施例によるハイブリッド型偏光子の製造方法を説明する工程図である。本発明の第１実施例によるハイブリッド型偏光子の製造方法を説明する工程図である。本発明の第１実施例によるハイブリッド型偏光子の製造方法を説明する工程図である。図８に図示されたマスターモールドの製造方法を説明する工程図である。図８に図示されたマスターモールドの製造方法を説明する工程図である。図８に図示されたマスターモールドの製造方法を説明する工程図である。図８に図示されたマスターモールドの製造方法を説明する工程図である。図８に図示されたマスターモールドの製造方法を説明する工程図である。図８に図示されたマスターモールドの製造方法を説明する工程図である。図８に図示されたマスターモールドの製造方法を説明する工程図である。図８に図示されたマスターモールドの製造方法を説明する工程図である。図８に図示されたマスターモールドの製造方法を説明する工程図である。本発明の第２実施例によるハイブリッド型偏光子の製造方法を説明する工程図である。本発明の第２実施例によるハイブリッド型偏光子の製造方法を説明する工程図である。本発明の第２実施例によるハイブリッド型偏光子の製造方法を説明する工程図である。本発明の第２実施例によるハイブリッド型偏光子の製造方法を説明する工程図である。本発明の第２実施例によるハイブリッド型偏光子の製造方法を説明する工程図である。本発明の第３実施例によるハイブリッド型偏光子の製造方法を説明する工程図である。本発明の第３実施例によるハイブリッド型偏光子の製造方法を説明する工程図である。本発明の第３実施例によるハイブリッド型偏光子の製造方法を説明する工程図である。本発明の第３実施例によるハイブリッド型偏光子の製造方法を説明する工程図である。本発明の第３実施例によるハイブリッド型偏光子の製造方法を説明する工程図である。本発明の第３実施例によるハイブリッド型偏光子の製造方法を説明する工程図である。本発明の第３実施例によるハイブリッド型偏光子の製造方法を説明する工程図である。

符号の説明

１０ハイブリッド型偏光子
１２基板
１４偏光−カラーフィルター部
１６保護層
１００表示装置
１１０液晶パネル
１１１、１１５基板
１１２スイッチング素子
１１３絶縁膜
１１４ピクセル電極
１１６色画素層
１１７液晶層
１２０偏光−カラーフィルター部材
１３０バックライトユニット
１３２ランプ
１３４反射板

Claims

ベース部材と、
前記ベース部材の互いに異なる領域のそれぞれに形成された複数の金属格子を有する偏光−カラーフィルター部材と、
前記金属格子をカバーする保護層とを含み、
前記偏光−カラーフィルター部材は、
前記ベース部材の第１領域に形成され、レッド光の第１偏光成分を透過し、レッド光の第２偏光成分と、グリーン光の第１及び第２偏光成分と、ブルー光の第１及び第２偏光成分を反射するレッド金属格子部と、
前記ベース部材の第２領域に形成され、グリーン光の第１偏光成分を透過し、グリーン光の第２偏光成分と、レッド光の第１及び第２偏光成分と、ブルー光の第１及び第２偏光成分を反射するグリーン金属格子部と、
前記ベース部材の第３領域に形成され、ブルー光の第１偏光成分を透過し、ブルー光の第２偏光成分と、レッド光の第１及び第２偏光成分と、グリーン光の第１及び第２偏光成分を反射するブルー金属格子部とを含み、
前記第１偏光成分は、前記偏光−カラーフィルター部材に垂直する電場を有し、前記第２偏光成分は、前記偏光−カラーフィルター部に平行する電場を有し、
各カラーの金属格子のピッチは、レッド金属格子部＞グリーン金属格子部＞ブルー金属格子部であり、
各カラーの金属格子の幅は、レッド金属格子部＞グリーン金属格子部＞ブルー金属格子部であり、
ブルー金属格子部の高さは、レッド金属格子部及びグリーン金属格子部の高さより小さい、ことを特徴とするハイブリッド型偏光子。
前記保護層の屈折率は、前記ベース部材の屈折率と同じである請求項１記載のハイブリッド型偏光子。
前記金属格子は、アルミニウムを含む請求項１又は２記載のハイブリッド型偏光子。
前記レッド金属格子部は、３３０ｎｍのピッチと、２６４ｎｍの幅と、１００ｎｍの高さを有し、
前記グリーン金属格子部は、２２０ｎｍのピッチと、１６５ｎｍの幅と、１００ｎｍの高さを有し、
前記ブルー金属格子部は、２００ｎｍのピッチと、１５０ｎｍの幅と、８０ｎｍの高さを有する請求項３記載のハイブリッド型偏光子。
前記請求項１に記載のハイブリッド型偏光子の製造方法であって、
前記第１から前記第３領域のそれぞれに互いに異なるサイズを有する複数のパターンを有するマスターモールドを提供する段階と、
基板上に金属層を蒸着する段階と、
前記蒸着された金属層上にポリマー層を形成する段階と、
前記ポリマー層に前記マスターモールドのパターンを転写する段階と、
前記マスターモールドのパターンが転写されたポリマー層をマスクとして前記金属膜をエッチングする段階とを含み、
前記マスターモールドのパターンは、
各カラーの金属格子のピッチが、レッド金属格子部＞グリーン金属格子部＞ブルー金属格子部であり、各カラーの金属格子の幅が、レッド金属格子部＞グリーン金属格子部＞ブルー金属格子部であり、ブルー金属格子部の高さが、レッド金属格子部及びグリーン金属格子部の高さより小さくなるように形成されていることを特徴とするハイブリッド型偏光子の製造方法。
前記請求項１に記載のハイブリッド型偏光子の製造方法であって、
前記第１から前記第３領域のそれぞれに互いに異なるサイズを有して突出されるように形成された複数の突出部を有するマスターモールドを提供する段階と、
基板上にポリマー層を形成する段階と、
前記ポリマー層に前記マスターモールドのパターンを転写する段階と、
前記マスターモールドのパターンが転写されたポリマー層に金属層を蒸着する段階と、
前記蒸着された金属層を化学機械的研磨（ＣＭＰ）又はウェットエッチングで平坦化して、前記ポリマー層の一部を露出させる段階と、
前記ポリマー層又は金属層上に保護膜をコーティングする段階とを含み、
前記マスターモールドの前記突出部は、
各カラーの金属格子のピッチが、レッド金属格子部＞グリーン金属格子部＞ブルー金属格子部であり、各カラーの金属格子の幅が、レッド金属格子部＞グリーン金属格子部＞ブルー金属格子部であり、ブルー金属格子部の高さが、レッド金属格子部及びグリーン金属格子部の高さより小さくなるように形成されていることを特徴とするハイブリッド型偏光子の製造方法。
光を出射するバックライトユニットと、
前記バックライトユニット上に配置され、２つの基板とその間に介在された液晶層を利用して画像を表示する液晶パネルと、
前記バックライトユニットと液晶パネルとの間に介在された、前記請求項１に記載のハイブリッド型偏光子とを含み、
前記金属格子のそれぞれは、領域別に互いに異なるサイズを有して、前記バックライトユニットから出射された光のうちの一部は液晶パネルに透過させ、残りは前記バックライトユニットに反射させ、
前記バックライトユニットは、前記ハイブリッド型偏光子で反射される前記残り光を前記ハイブリッド型偏光子に反射する反射板を含むことを特徴とする表示装置。
前記ハイブリッド型偏光子は、前記液晶パネルの背面に一体に形成される請求項７記載の表示装置。