JP6377408B2 - 偏光板及びこれを含む液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、偏光板及び液晶表示装置に関し、より詳しくは、液晶表示装置の上部に使用される偏光板及びこれを含む液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、現在、最も幅広く使用されている平板表示装置のうちの一つであって、画素電極と共通電極など電界生成電極が形成されている二枚の表示板と、その間に挿入されている液晶層とからなり、電界生成電極に電圧を印加して液晶層に電界を生成し、これを通じて液晶層の液晶分子の配向を決定して入射光の偏光を制御することによって画像を表示する。
液晶表示装置は、光源によって液晶セルの背面に位置したバックライトを利用して画像を表示する。このとき、外部が明るい場合には、液晶表示装置が表示する画像を使用者が認識するのが困難である場合があるが、これは液晶表示装置が外部光を反射するためである。
特開2009−139411A
本発明の目的は、低反射特性を有する偏光板及び液晶表示装置を提供することにある。
このような目的を達成ために本発明の実施形態による偏光板は、一方向に延長されて、一定の間隔を置いて配列されている複数の金属線と、前記複数の金属線のそれぞれの上部に接し、前記複数の金属線と同一の間隔及び幅を有する複数の低反射層とを含み、前記複数の金属線の間隔は可視光線の波長より小さく、前記複数の低反射層の上から入射する光に対して10%以下の反射率で光を反射させる。
前記低反射層は単一層で形成されており、前記単一層は、AlNx、TiNx、SiNx、CuNx、MoNxのような窒化金属を含んでもよい。
前記金属線は、アルミニウムで150nm以上200nm以下の高さに形成され、前記低反射層は、40nm以上70nm以下の高さに形成されてもよい。
前記低反射層は二重層で形成されており、前記金属線の上に接して形成されている第1低反射層と、前記第1低反射層の上に接して形成されている第2低反射層とを含んでもよい。
前記第1低反射層及び第2低反射層は、AlNx、TiNx、SiNx、CuNx、MoNxのような窒化金属で形成されており、前記第1低反射層と前記第2低反射層に含まれている窒化金属は互いに異なってもよい。
前記金属線は、アルミニウムで150nm以上200nm以下の高さに形成されており、前記第1低反射層はTiNxを含み、40nm以上70nm以下の高さに形成され、前記第2低反射層はCuNxを含み、高さは10nm以上100nm以下に形成されてもよい。
前記金属線は、アルミニウムで150nm以上200nm以下の高さに形成されており、前記第1低反射層はMoNxを含み、10nm以上100nm以下の高さに形成され、前記第2低反射層はCuNxを含み、高さは80nm以上100nm以下に形成されてもよい。
前記第1低反射層は、GZO、IZO、ITO、ZAOのような透明伝導物質で形成され、第2低反射層は、Tiのような金属で形成されてもよい。
前記金属線は、アルミニウムで150nm以上200nm以下の高さに形成されており、前記第1低反射層は、50nm以上100nm以下の高さに形成され、前記第2低反射層は、10nm以上40nm以下の高さに形成されてもよい。
前記第1低反射層はAlOx、TiOx、MoOx、CuOx、SiOxのような酸化金属で形成されており、第2低反射層はTiのような金属で形成されていられる。
前記金属線はアルミニウムで、150nm以上200nm以下の高さに形成されており、前記第1低反射層は、40nm以上80nm以下の高さに形成され、前記第2低反射層は、20nm以上40nm以下の高さに形成されてもよい。
本発明の実施形態による液晶表示装置は、下部絶縁基板、及び前記下部絶縁基板の一側面に付着している下部偏光板を含む下部表示板と、上部絶縁基板、及び前記上部絶縁基板の一側面に付着している上部偏光板を含む上部表示板と、前記上部表示板と前記下部表示板の間に配置する液晶層とを含み、前記上部偏光板は、一方向に延長されて、一定の間隔を置いて配列されている複数の金属線と、前記複数の金属線のそれぞれの上部に接し、前記複数の金属線と同一の間隔及び幅を有する複数の低反射層とを含み、前記複数の金属線の間隔は可視光線の波長より小さく、前記複数の低反射層の上から入射する光に対して約10%以下の反射率で光を反射させる。
前記低反射層は単一層で形成されており、前記単一層はAlNx、TiNx、SiNx、CuNx、MoNxのような窒化金属を含んでもよい。
前記金属線は、アルミニウムで150nm以上200nm以下の高さに形成され、前記低反射層は40nm以上70nm以下の高さに形成されてもよい。
前記低反射層は二重層で形成されており、前記金属線の上に接して形成されている第1低反射層と、前記第1低反射層の上に接して形成されている第2低反射層とを含んでもよい。
前記第1低反射層及び第2低反射層は、AlNx、TiNx、SiNx、CuNx、MoNxのような窒化金属で形成されており、前記第1低反射層と前記第2低反射層に含まれている窒化金属は互いに異なってもよい。
前記金属線は、アルミニウムで150nm以上200nm以下の高さに形成されており、前記第1低反射層はTiNxを含み、40nm以上70nm以下の高さに形成され、前記第2低反射層はCuNxを含み、高さは10nm以上100nm以下に形成されてもよい。
前記金属線は、アルミニウムで150nm以上200nm以下の高さに形成されており、前記第1低反射層はMoNxを含み、10nm以上100nm以下の高さに形成され、前記第2低反射層はCuNxを含み、高さは80nm以上100nm以下に形成されてもよい。
前記第1低反射層は、GZO、IZO、ITO、ZAOのような透明伝導物質で形成され、第2低反射層はTiのような金属で形成されてもよい。
前記金属線は、アルミニウムで150nm以上200nm以下の高さに形成されており、前記第1低反射層は、50nm以上100nm以下の高さに形成され、前記第2低反射層は、10nm以上40nm以下の高さに形成されてもよい。
前記第1低反射層は、AlOx、TiOx、MoOx、CuOx、SiOxのような酸化金属で形成され、第2低反射層はTiのような金属で形成されてもよい。
前記金属線は、アルミニウムで150nm以上200nm以下の高さに形成されており、前記第1低反射層は、40nm以上80nm以下の高さに形成され、前記第2低反射層は20nm以上40nm以下の高さに形成されてもよい。
前記下部偏光板は、一方向に延長されて、一定の間隔を置いて配列されている複数の金属線を含んでもよい。
本発明によれば、低反射特性を有する偏光板及び液晶表示装置を提供することができる。
本発明の実施形態による液晶表示装置の断面図である。 本発明の実施形態による偏光板の拡大断面図である。 本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。 本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。 本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。 本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。 本発明の他の実施形態による偏光板の拡大断面図である。 本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。 本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。 本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。 本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。 本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。 本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。 本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。 本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。 本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。 本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。 本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。 本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。 本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。 本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。 本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。 本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。 本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。 本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。 本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。 本発明の実施形態による偏光板に使用可能な物質の例及びその特性を示した図面である。 本発明の実施形態による偏光板に使用可能な物質の例及びその特性を示した図面である。 本発明の比較例に対する反射率グラフである。 本発明の他の実施形態による液晶表示装置の断面図である。
添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は種々の異なる形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限られない。
図面において、種々の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。明細書の全体にわたって類似する部分に対しては同一の図面符号を付けた。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるというとき、これは他の部分の「すぐ上」にある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。一方、ある部分が他の部分の「すぐ上」にあるというときには、中間に他の部分がないことを意味する。
以下、本発明の実施形態による液晶表示装置について、図1を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態による液晶表示装置の断面図である。
本発明の実施形態による液晶表示装置は、バックライトユニット500及び液晶表示パネルを含む。
先ず、バックライトユニット500は、光源、導光板、反射板、及び光学シートを含んでもよいが、図1にはこれを一体化したもののみを示した。光源から提供された光は、導光板、反射板、及び光学シートを通じて上部の液晶表示パネルに提供される。実施形態によっては、光学シートのうちの互いに異なる屈折率の二層を反復積層した輝度向上フィルムは含まなくてもよい。輝度向上フィルムは、液晶表示パネルに使用された下部偏光板11が吸収型偏光板ではなく、図1の実施形態のように反射型偏光板であるとき含まれなくてもよい。
液晶表示パネルは、図1で示したように液晶層3、下部表示板100、及び上部表示板200を含む。
先ず、下部表示板100について説明する。
透明なガラスまたはプラスチックなどからなる下部絶縁基板110の上に下部偏光板11が形成されている。
下部偏光板11は反射型偏光板であり、複数の金属線111を含む。
複数の金属線111は一方向に延在して、一定の間隔を置いて互いに離隔している。複数の金属線111は、例えば図1に示すように、下部表示板100と上部表示板200の対向する方向、つまり図1中の上下方向に沿って延びている。金属線111の間隔は可視光線の波長より小さく、数十乃至数百nmの幅を有する。図1中において、金属線111の左右方向の幅は多様な幅を有してもよく、本実施形態では金属線111間の間隔に準ずる幅を有する。図1中において、金属線111の上下方向の高さは、金属線111を形成する物質によって異なってもよく、数十乃至数百nmの高さを有してもよいが、本実施形態では金属線111の幅の約3倍の値を有する。また、金属線111は、アルミニウム(Al)または銀(Ag)を含んでもよい。このように複数の金属線111が一方向(図1において左右方向)に配列された場合、配列方向(図1において左右方向)と概ね垂直な光(図1において上下方向の光)を透過させることができ、これと概ね平行な光(図1において左右方向の光)を反射させることができる。本実施形態において、金属線111の幅は約50nm、間隔は約50nm、高さは約150nmである。金属線111の高さは約150nm以上約200nmであってもよい。
複数の金属線111間の間隔には空気が満たされており、実施形態によっては屈折率が空気に準ずる透明な物質が満たされていてもよい。
下部偏光板11の上には、複数の金属線111の上端、及び間隔の上端を覆う対向絶縁膜115が形成されている。対向絶縁膜115は、その上に薄膜トランジスタ及び配線を形成するようにするための層であって、支持の役割を含む。
複数の金属線111は、別途のレジン(樹脂)を使用せずに、対向絶縁膜115及び下部絶縁基板110に付着している。例えば、複数の金属線111の上端及び下端が、それぞれ対向絶縁膜115及び下部絶縁基板110に接触することで、複数の金属線111が挟持されている。
図1に示している下部偏光板11は、下部絶縁基板110の上部に形成されて、インセル(in cell)型に形成された実施形態である。
実施形態によっては、図1の下部偏光板11と異なって、下部偏光板11が下部絶縁基板110の下にオンセル(on cell)型に形成されてもよい。このとき、下部偏光板11は下部絶縁基板110の外側に形成され、対向絶縁膜115は金属線111の下に位置して、下部偏光板11の複数の金属線111を覆って保護する役割を果たす。
また、実施形態によっては、下部偏光板11が片方偏光の光は吸収し、これに垂直な偏光の光のみを透過させる吸収型偏光板であってもよい。
さらに図1を参照すれば、下部表示板100の対向絶縁膜115の上には薄膜トランジスタと画素電極が形成される。薄膜トランジスタと画素電極は、実施形態によって多様な構造に形成されるが、簡単な構造を中心に説明すると、次の通りである。
対向絶縁膜115の上には、ゲート線(gate line)、及びゲート線からゲート電圧の印加を受けるゲート電極(gate electrode)124が形成されている。下部表示板100の平面視において、ゲート線は主に横方向に延在し、ゲート電極124はゲート線から突出してもよい。
ゲート線及びゲート電極124の上には窒化ケイ素(SiNx)または酸化ケイ素(SiOx)などからなるゲート絶縁膜(gate insulating layer)140が形成されている。
ゲート絶縁膜140の上には、水素化非晶質シリコン(hydrogenated amorphous silicon)(非晶質シリコンは、略してa-Siと記す)または多結晶シリコン(polysilicon)などからなる半導体154が形成されている。半導体154はゲート電極124の上に形成されており、薄膜トランジスタのチャネルを形成する。
半導体154及びゲート絶縁膜140の上には、複数のデータ線(datal ine)と複数のドレイン電極(drain electrode)175が形成されている。
データ線は、データ電圧を伝達し、下部表示板100の平面視において、主に縦方向に延在してゲート線と交差する。各データ線は、ゲート電極124に向かって延在した複数のソース電極(source electrode)173を含む。ドレイン電極175はデータ線と分離されており、ゲート電極124を中心にソース電極173と対向する。
一つのゲート電極124、一つのソース電極173、及び一つのドレイン電極175は、半導体154と共に一つの薄膜トランジスタ(thin film transistor、TFT)を形成し、薄膜トランジスタのチャネル(channel)は、ソース電極173とドレイン電極175との間の半導体154に形成される。
半導体154の上であり、ソース電極173とドレイン電極175との間には複数のオーミックコンタクト部材(ohmic contact)が形成されてもよい。
データ線、ドレイン電極175、及び露出した半導体154部分の上には保護膜(passivation layer)180が形成されている。保護膜180は、無機絶縁物または有機絶縁物などからなり、表面が平坦であってもよい。無機絶縁物の例としては、窒化ケイ素と酸化ケイ素が挙げられる。有機絶縁物は、感光性(photo sensitivity)を有してもよく、その誘電定数(dielectric constant)は約4.0以下であってもよい。また、保護膜180は、下部無機膜と上部有機膜の二重膜構造を有してもよい。
保護膜180にはドレイン電極175の一端を露出するコンタクトホール(contact hole)が形成されている。
保護膜180の上には複数の画素電極(pixel electrode)190が形成されている。画素電極190は、ITOまたはIZOなどの透明な導電物質で形成してもよい。
画素電極190は、保護膜180のコンタクトホールを通じてドレイン電極175と物理的、電気的に接続されており、ドレイン電極175からデータ電圧の印加を受ける。データ電圧が印加された画素電極190は、共通電圧(common voltage)の印加を受ける共通電極(common electrode)270と共に電界を生成することによって、二つの電極190、270間の液晶層3の液晶分子310の方向を決定する。このように決定された液晶分子の方向によって液晶層3を通過する光の偏光が変化する。画素電極190と共通電極270はキャパシタ[以下、「液晶キャパシタ(liquid crystal capacitor)」という]を形成して、薄膜トランジスタがターンオフされた後にも印加された電圧を維持する。
画素電極190の上には配向膜が形成されてもよい。
以下、上部表示板200について説明する。
透明なガラスまたはプラスチックなどからなる上部絶縁基板210の下に上部偏光板21が形成されている。
上部偏光板21は反射型偏光板であり、複数の金属線211、及び各金属線211の上部に積層されて位置している複数の低反射層212を含む。
上部偏光板21は、バックライトユニット500から提供される光のうちの一部は反射させ、それ以外の光は透過させる反射型偏光板である。一方、外部から上部絶縁基板210を通過して入射する光に対しては、反射率を約10%以下に低くする。
複数の金属線211は一方向に延在して、一定の間隔を置いて互いに離隔している。複数の金属線211は、例えば図1に示すように、下部表示板100と上部表示板200の対向する方向、つまり図1中の上下方向に沿って延びている。金属線211の間隔は可視光線の波長より小さく、数十乃至数百nmの幅を有する。上部偏光板21の複数の金属線211が延長されている方向と、下部偏光板11の複数の金属線111が延長されている方向は、図1の実施形態では互いに同一である。しかし、実施形態によっては、90度の角度をなすか、または他の角度をなしてもよい。例えば、複数の金属線111は、下部表示板100から上部表示板200に向かって斜め方向に延び、複数の金属線211は、複数の金属線111と約90度又は他の角度をなして斜め方向に延びてもよい。
図1中において、金属線211の左右方向の幅は多様な幅を有してもよいが、本実施形態では金属線211間の間隔に準ずる幅を有する。図1中において、金属線211の上下方向の高さは、金属線211を形成する物質によって異なってもよく、数十乃至数百nmの高さを有してもよいが、本実施形態では金属線211の幅の約3倍の値を有する。また、金属線211はアルミニウム(Al)を含んでもよい。このように複数の金属線211が一方向(図1において左右方向)に配列された場合、配列方向(図1において左右方向)と概ね垂直な光(図1において上下方向の光)を透過させ、これと概ね平行な光(図1において左右方向の光)を反射させることができる。一実施形態において、金属線211の幅は約50nm、間隔は約50nm、高さは約150nmであってもよい。ここで、金属線211の高さは約150nm以上約200nmであってもよい。複数の金属線211が一方向に配列された場合、本方向と垂直な光は透過させ、これと平行な光は反射させることができる。
複数の金属線211の上にはそれぞれ低反射層212が積層されている。低反射層212は一つの金属線211の上部に接しており、金属線211と概ね同一の幅及び間隔を有する。低反射層212の高さは使用される物質によって異なってもよく、高さについては図5で詳細に説明する。一実施形態による低反射層212の幅は約50nm、間隔は約50nmであってもよい。低反射層212は窒化金属(Metal Nitride)を含む。窒化金属の例としてはAlNx、TiNx、SiNx、CuNx、MoNxなどがある。低反射層212は、金属線211の上部のみに接して形成される。つまり、金属線211の側面には形成されず、低反射層212が金属線211の側面及び上部の両方を覆う構造に形成されない。これは、金属線211が行う反射偏光の効果を低下させないようにするためである。
複数の金属線211及び複数の低反射層212の間の間隔には空気が満たされているが、実施形態によっては、屈折率が空気に準ずる透明な物質が満たされてもよい。
複数の金属線211及び複数の低反射層212が上部絶縁基板210及びその下の層と直接接触している。つまり、別途のレジン(樹脂)を用いて複数の金属線211及び複数の低反射層212が隣接した基板または層と接着しないため、光損失を減らすことができる。例えば、複数の金属線211及び複数の低反射層212の上端及び下端が、それぞれ上部絶縁基板210及びその下の層に接触することで、複数の金属線211及び複数の低反射層212が挟持されている。
図1に示している上部偏光板21は、上部絶縁基板210の下部に形成されて、インセル(in cell)型に形成された実施形態である。
実施形態によっては、図1の上部偏光板21と異なって上部偏光板21が上部絶縁基板210の上にオンセル(on cell)型に形成されてもよいが、これについては図30で後述する。
図1には図示されていないが、複数の金属線211の下部には別途の対向絶縁膜が含まれてもよい。これは、複数の金属線211と、複数の金属線211の下部の層(遮光部材220やカラーフィルタ230など)とが直接接触しないようにして、つまり、複数の金属線211と下部の層(遮光部材220やカラーフィルタ230など)との間に別途の対向絶縁膜を介在させることで、製造工程時に複数の金属線211を保護する役割を果たす。
上部偏光板21の下には遮光部材220、カラーフィルタ230、及び共通電極270が形成される。実施形態によっては、遮光部材220、カラーフィルタ230、及び共通電極270のうちの少なくとも一つが下部表示板100に形成されてもよく、前述の3個の部材の全てが下部表示板100に形成される実施形態も可能である。図1において上部表示板200の上部偏光板21の下の構造について説明すれば、次の通りである。
上部偏光板21の下には遮光部材(light blocking member)220が形成されている。遮光部材220は、ブラックマトリックス(black matrix)ともいい、光漏れを防止する。遮光部材220は、画素電極190と対向し、ゲート線及びデータ線に対応する部分と薄膜トランジスタに対応する部分に形成されていて、画素電極190の間の光漏れを防止する。遮光部材220は、画素電極190に対応する部分に開口部(図1におけるTA)を有する。
上部偏光板21及び遮光部材220の下には複数のカラーフィルタ230が形成されている。カラーフィルタ230は、遮光部材220の開口部を覆い、上部表示板200の平面視において、縦方向に長く延在してもよい。各カラーフィルタ230は、赤色、緑色、及び青色の三原色などの原色(primary color)のうちの一つを表示することができる。
カラーフィルタ230及び遮光部材220の下には蓋膜(overcoat)250が形成されている。蓋膜250は、有機絶縁物で形成してもよく、カラーフィルタ230が露出するのを防止し、平坦面を提供する。蓋膜250は省略してもよい。
蓋膜250の下には共通電極270が形成されている。共通電極270はITO、IZOなどの透明な導電体で形成される。
共通電極270の下には配向膜が形成されてもよい。
上部表示板200及び下部表示板100の間には液晶層3が形成されている。液晶層3は誘電率異方性を有する液晶分子310を含む。液晶分子310は、電界がない状態でその長軸が二つの表示板100、200の表面に対して垂直または水平になってもよい。液晶分子310は、画素電極190と共通電極270によって生成された電界によって配向方向が変化する。
以下、図2を参照して、本発明の実施形態による上部偏光板21の構造について詳細に説明する。
図2は、本発明の実施形態による偏光板の拡大断面図であり、図2には、上部偏光板21と上部絶縁基板210を示した。
外側に位置している上部絶縁基板210の内側に上部偏光板21が位置する。
上部偏光板21は、複数の金属線211を含み、Alのような金属で形成される。Alで形成された複数の金属線211は、外部から入射する光を約45%の反射率で反射させる(図29参照)。このように反射率が高いときには、外部の環境によって使用者が表示装置の画像を視認するのが困難である場合が発生する。そのため、本発明では低反射層212を追加して上部偏光板21の反射率を約10%以下に低める。
図1の実施形態において、低反射層212は窒化金属(Metal Nitride)を含む。窒化金属の例としてはAlNx、TiNx、SiNx、CuNx、MoNxなどがある。
金属線211の幅と間隔は、低反射層212の幅及び間隔と概ね同一の値を有する。金属線211の下部には図示していないが、別途の対向絶縁膜やフィルムが形成されて金属線211を保護することができる。金属線211と対向絶縁膜は、レジン(樹脂)のような別途の層なしで直接接触することで、光効率を向上させる。
低反射層212は、金属線211の上部に直接接触している。低反射層212の上部面は、レジン(樹脂)のような別途の層なしで上部絶縁基板210と直接接触することで、光効率を向上させる。
以下、図3乃至図6を参照して、上部偏光板21の反射率が約10%以下となるようにする低反射層212の高さについて説明する。
図3乃至図6は、本発明の実施形態による偏光板の特性を示した図面である。
図6に示したように、図3乃至図6の値は、下記と同様の条件で実験された値である。
金属線211はAlで形成され、低反射層212はTiNxで形成される実施形態において、金属線211と低反射層212の周期(period;幅と間隔の合計)は約100nmであり、金属線211の高さは約150nmのとき、約550nmの波長について実験した。
図3及び図4は、それぞれ金属線211と低反射層212の高さによるERの値を示している。ER値は、図6の「透過する偏光方向の光の透過率/遮断される偏光方向の光の透過率」の値である。
表示装置が10,000程度のCR値を有するためには、ERで約100,000以上の値を有するのが好ましい。このために、Alで形成された金属線211の高さは、図3を参照すれば、約150nm以上約200nm以下の値を有してもよい。
一方、図4においても、TiNxによってER値が約100,000以上の値を有するのが好ましいが、大部分の高さでER値が100,000以上であることが確認できる。
一方、図5は、TiNxの高さによる反射率を示している。
図5を参照して、反射率が約10%(図5では0.1)以下にするためのTiNxの高さは、約40nm以上約70nm以下の値を有してもよい。
したがって、低反射層212の高さは約40nm以上約70nm以下の値を有して、上部偏光板21が低反射特性を有するようにする。
図6の値は、図3乃至図5の値を表に示したものである。図6において、TEは、上部偏光板21によって遮断される偏光方向を示し、TMは、透過する偏光方向を示しており、SumRは反射率であり、SumTは透過率である。ここで、ERはTMのSumT/TEのSumTの値である。
以下、本発明の他の実施形態の構造について、図7に基づいて説明する。
図7は、本発明の他の実施形態による偏光板の拡大断面図である。
図7では、図2の構造とは異なって二つの低反射層212、213を含む構造である。
透明なガラスまたはプラスチックなどからなる上部絶縁基板210の下に上部偏光板21が形成されている。
上部偏光板21は、反射型偏光板であり、複数の金属線211、及び各金属線211の上部に積層されて位置している二つの低反射層212、213を含み、外部から上部絶縁基板210を通過して入射する光に対しては、反射率を約10%以下に低める。
複数の金属線211は一方向に延在して、一定の間隔を置いて互いに離隔している。金属線211の間隔は、可視光線の波長より小さく、数十乃至数百nmの幅を有する。金属線211の幅は多様な幅を有してもよく、本実施形態では金属線211間の間隔に準ずる幅を有する。金属線211の高さは、金属線211を形成する物質によって変化し、数十乃至数百nmの高さを有してもよく、本実施形態では金属線211の幅の約3倍の値を有する。また、金属線211はアルミニウム(Al)を含んでもよい。このように複数の金属線211が一方向(図7において左右方向)に配列された場合、配列方向(図7において左右方向)と概ね垂直な光(図7において上下方向の光)を透過させ、これと概ね平行な光(図7において左右方向の光)を反射させることができる。一実施形態において、金属線211の幅は約50nm、間隔は約50nm、高さは約150nmであってもよい。金属線211の高さは約150nm以上約200nmであってもよい。複数の金属線211が一方向に配列された場合、本方向と垂直な光は透過させ、これと平行な光は反射させることができる。
複数の金属線211の上にはそれぞれ二つの低反射層212、213が積層されている。二つの低反射層212、213は、一つの金属線211の上部に接しており、金属線211と概ね同一の幅及び間隔を有する。低反射層212、213それぞれの高さは、使用される物質によって異なり、一実施形態による低反射層212、213の幅は約50nm、間隔は約50nmであってもよい。
二つの低反射層212、213は、金属線211の上部のみに接して形成され、金属線211の側面には形成されず、二つの低反射層212、213のうちの少なくとも一つが金属線211の側面及び上部の両方を覆う構造に形成されない。これは、金属線211が行う反射偏光の効果を低下させないようにするためである。
複数の金属線211及び複数の低反射層212、213の間の間隔には空気が満たされているが、実施形態によっては、屈折率が空気に準ずる透明な物質が満たされてもよい。
複数の金属線211及び複数の低反射層212、213が、上部絶縁基板210及びその下の層と直接接触している。つまり、別途のレジンを用いて複数の金属線211及び複数の低反射層212、213が隣接した基板または層と接着しないため、光損失を減らすことができる。
第1低反射層212は複数の金属線211の上部面と接し、第2低反射層213は第1低反射層212の上部面と接している。
第1低反射層212と第2低反射層213は、金属線211の幅及び間隔と概ね同一の幅及び間隔を有する。
第1低反射層212と第2低反射層213は多様な物質で形成されるが、多様な物質によって各層の高さが異なってもよい。このとき、高さは、上部偏光板21の反射率を約10%以下にする高さである。
一つの実施形態においては、第1低反射層212及び第2低反射層213は、互いに異なる銀窒化金属(Metal Nitride)を含んでもよい。窒化金属の例としてはAlNx、TiNx、SiNx、CuNx、MoNxなどがある。
以下、図8乃至図11を参照して、第1低反射層212としてTiNxが使用され、第2低反射層213としてCuNxが使用された実施形態において、各低反射層213の高さについて説明する。
上部偏光板21において、Alを金属線211として使用する場合には約45%の反射率を有するが(図29参照)、二層の窒化金属で低反射層212、213を形成して、上部偏光板21の反射率を約10%以下に低めることができる。
先ず、図8では、CuNx層の高さによるER値を示している。ER値が約100,000以上の値を有するのが好ましいが、全ての高さで当該ER値を有することが確認できる。
図9では、CuNx層の高さによる反射率を示しているが、全ての領域で反射率が約10%(図9の0.1)以下に表示されて、全ての高さを使用できることが確認される。
以上のような図8及び図9のデータは、図10と同一の条件で実験したものであり、該当条件は次の通りである。
金属線211はAlで形成され、第1低反射層212はTiNxで、第2低反射層213はCuNxで形成される実施形態において、金属線211と低反射層212、213の周期(period;幅と間隔の合計)は約100nmであり、金属線211の高さは約150nmであり、TiNxの第1低反射層212の高さは約40nmのとき、約550nmの波長について実験した。
このように、Alの金属線211の上にTiNxの第1低反射層212を形成した構造上に、CuNxの第2低反射層213を形成する場合には、第2低反射層として使用されるCuNxは、いかなる高さに形成しても約10%以下の反射率を有することが確認できる。
これにより、以下、図11を参照して、CuNxの第2低反射層213の高さを約10nmに決めて、TiNxの第1低反射層212の高さについて説明する。
図11に示したように、反射率が約10%(0.1)以下を有するのは、約40nm以上約70nmの値に対応することが分かる。このとき、第2低反射層213の高さは多様(約10nm以上約100nm以下)であるが、一実施形態では約10nmの値を有し、このとき、金属線211の高さは約150nmである。金属線211の高さは約150nm以上約200nmであってもよい。
一方、図12乃至図14では、窒化金属で形成された二つの低反射層212、213において、第2低反射層213はCuNxを使用するが、第1低反射層212としてMoNxを使用する実施形態について説明する。
先ず、図12では、MoNxの高さに対するERのグラフが示されている。ERの値が100,000以上であるのが好ましいが、MoNxの全ての高さに対してそれ以上の値を有することが分かる。
図13では、CuNxの高さによる上部偏光板の反射率が示されており、約10%以下の反射率を有するCuNxの高さは、約80nm以上の値を有するときであることが確認できる。
図14では、MoNxの高さを約50nmに固定し、CuNxの高さによる値を示している。つまり、図14における実験条件は次の通りである。
金属線211はAlで形成され、第1低反射層212はMoNxで、第2低反射層213はCuNxで形成される実施形態において、金属線211と低反射層212、213の周期(period;幅と間隔の合計)は約100nmであり、金属線211の高さは150nmであり、MoNxの第1低反射層212の高さは約50nmのとき、約550nmの波長について実験した。
図14で、反射率が約10%以下である場合は、CuNxの第2低反射層213が80nm以上100nmまでである。100nmを越える高さに対しても約10%以下の反射率を有することと予想されるが、実験しなくて上限が約100nmと限定されているだけで、実際にCuNxの第2低反射層213を約100nm以上の高さにも形成することができる。
一方、図14で、CuNxの第2低反射層213が約80nmのとき、反射率が10.5%程度の値を有することと記述されているが、これは約10%を越えているが、若干の誤差を考慮すれば、上部偏光板21を形成するとき、約10%の反射率に適合する高さと判断される。
CuNxの第2低反射層213及びMoNxの第1低反射層212を使用するとき、一実施形態では、CuNxは約80nm以上約100nmの高さを有し、MoNxは約10nm以上約100nm以下の高さ(例えば、約30nmまたは約50nm)を有してもよく、Alの金属線は約150nm以上約200nm以下の高さを有してもよい。
以下、図15乃至図20を参照して、第1低反射層212として透明伝導物質を使用し、第2低反射層213として金属を使用した場合について説明する。
透明伝導物質(TCO;transparent conductive oxide)の例としては、GZO(gallium-doped zinc oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、ITO(Indium-Tin Oxide)、ZAO(Aluminium doped Zinc Oxide)などがある。また、第2低反射層213で使用される金属としてはTi(チタニウム)などがある。
実験に使用された実施形態では、第1低反射層212はIZOを、第2低反射層213はTiを使用した。
図15を参照すれば、Tiの高さの変化によるERの変化を示しているが、ER値が100,000以上の値は全てのTiの高さに対応するので、Tiが形成されていれば、いかなる高さに形成しても十分なCRを有することが確認できる。
一方、図16及び図17は、次のような実験条件で実験した結果である(図17参照)。
金属線211はAlで形成され、第1低反射層212はIZOで、第2低反射層213はTiで形成される実施形態において、金属線211と低反射層212、213の周期(period;幅と間隔の合計)は約100nmであり、金属線211の高さは約150nmであり、Tiの第2低反射層213の高さは約20nmのとき、約550nmの波長に対して実験した。
このとき、IZOの高さによる上部偏光板21の反射率が図16に示されている。
図16及び図17によれば、IZOの高さが約50nm以上約100nm以下の値を有していれば、約10%以下の反射率を有することが確認できる。
したがって、一実施形態では、金属線211のAlは約150nm以上約200nm以下の高さに形成し、第1低反射層212のIZOは約50nm以上約100nm以下の高さに形成し、第2低反射層213のTiは約10nm以上約40nm以下の高さに形成してもよい。
図15乃至図17において、使用されたIZOはインジウムの含有量が約70%であった。IZOはインジウムの含有量によって特性が変わるので、以下の図18乃至図20では、インジウムの含有量が約10%のIZOを使用する場合について説明する。
図18を参照すれば、図15とは差があるが、Tiの多様な高さに対して全体的に約100,000以上のERを有するのが確認できる。
一方、図19及び図20は、次のような実験条件で実験した結果である(図20参照)。
金属線211はAlで形成され、第1低反射層212はIZOで、第2低反射層213はTiで形成される実施形態において、金属線211と低反射層212、213の周期(period;幅と間隔の合計)は約100nmであり、金属線211の高さは約150nmであり、Tiの第2低反射層213の高さは約30nmのとき、約550nmの波長について実験した。
このとき、IZOの高さによる上部偏光板21の反射率が図19に示されている。
図19及び図20によれば、IZOの高さが約50nm以上約100nm以下の値を有していれば、約10%以下の反射率を有することが確認できる。
図15乃至図20を参照すれば、IZOでインジウムの含有量によって特性変化が生じるが、大きな差はないことが確認できる。
したがって、一実施形態においては、金属線211のAlは約150nm以上約200nm以下の高さに形成し、第1低反射層212のIZOは約50nm以上約100nm以下の高さに形成し、第2低反射層213のTiは約10nm以上約40nm以下の高さ(例えば、約30nm)に形成してもよい。
以下、図21乃至図26を参照して、第1低反射層212として酸化金属を使用し、第2低反射層213として金属を使用した場合について説明する。
酸化金属の例としてはAlOx、TiOx、MoOx、CuOx、SiOxなどがあり、第2低反射層213として使用される金属にはTi(チタニウム)などがある。
実験に使用された実施形態では、第1低反射層212はTiOxを、第2低反射層213はTiを使用した。
図21を参照すれば、TiOxの高さの変化によるERの変化を示しているが、ER値が約100,000以上の値は、約100nm以下の全てのTiの高さに対応するので、TiOxが形成されていれば、いかなる高さに形成しても十分なCRを有することが確認できる。
一方、図22及び図23は、次のような実験条件で実験した結果である(図23参照)。
金属線211はAlで形成され、第1低反射層212はTiOxで、第2低反射層213はTiで形成される実施形態において、金属線211と低反射層212、213の周期(period;幅と間隔の合計)は約100nmであり、金属線211の高さは約150nmであり、Tiの第2低反射層213の高さは約20nmのとき、約550nmの波長について実験した。
このとき、TiOxの高さによる上部偏光板21の反射率が図22に示されている。
図22及び図23によれば、TiOxの高さが約40nm以上約80nm以下の値を有していれば、約10%以下の反射率を有することが確認できる。
したがって、一実施形態においては、金属線211のAlは約150nm以上約200nm以下の高さに形成し、第1低反射層212のTiOxは約40nm以上約80nm以下の高さに形成し、第2低反射層213のTiは約20nmの高さに形成してもよい。
以下、図24乃至図26を参照して、Tiの高さを約30nmに形成した実施形態について説明する。
図24を参照すれば、図21とは差があるが、ほぼ類似してER値が約100,000以上の値は、約100nm以下の全てのTiの高さに対応するので、TiOxが形成されていれば、いかなる高さに形成しても十分なCRを有することが確認できる。
また、図25及び図26は、次のような実験条件で実験した結果である(図26参照)。金属線211はAlで形成され、第1低反射層212はTiOxで、第2低反射層213はTiで形成される実施形態において、金属線211と低反射層212、213の周期(period;幅と間隔の合計)は約100nmであり、金属線211の高さは約150nmであり、Tiの第2低反射層213の高さは約30nmのとき、約550nmの波長について実験した。
このとき、TiOxの高さによる上部偏光板21の反射率が図25に示されている。
図25及び図26によれば、TiOxの高さが約40nm以上約80nm以下の値を有していれば、約10%以下の反射率を有することが確認できる。
図21乃至図26を参照すれば、Tiの高さに関係なく、TiOxの高さは約40nm以上約80nmの値を有するのが、約10%以下の反射率を有するように上部偏光板21を形成することが確認できる。
したがって、一実施形態においては、金属線211のAlは約150nm以上約200nm以下の高さに形成し、第1低反射層212のTiOxは約40nm以上約80nm以下の高さに形成し、第2低反射層213のTiは約20nm以上約40nm以下の高さに形成してもよい。
以上、多様な低反射層を使用する実施形態を基準として実験結果について説明する。
図27及び図28は、低反射層として使用可能な物質及びその特性を示している。
図27及び図28は、本発明の実施形態による偏光板として使用可能な物質の例及びその特性を示した図面である。
図27によれば、酸化金属(Metal oxide)、窒化金属(Metal nitride)、透明伝導物質(TCO)、及び金属(metal)が低反射層として使用されてもよく、それぞれ対応する詳細物質も示している。
また、図28には、各物質別に波長に対する屈折率(n、k)値を記述している。
図27及び図28を参照すれば、本発明の実施形態による低反射層としては多様な物質が使用されるが、図2に示したように一つの低反射層を含むか、または図7に示したように二つの低反射層を含んでもよいことが分かる。
また、低反射層が3層以上に形成されてもよい。
本発明の実施形態は、このような低反射層を含む構造だけでなく、反射率が約10%以下の値を有することも特徴である。
これは、図29の比較例と比較して説明する。
図29は、本発明の比較例に対する反射率グラフである。
図29の比較例は、Alで形成された金属線上にTiの金属を含めた構造におけるTiの高さによる反射率グラフである。Tiの高さが0である部分は、Alの金属線のみで形成された場合であり、このときの反射率は約45%である。その上にTiを形成し、高さを変更しても約10%中ごろの反射率で収束することが分かる。よって、比較例では、本発明の実施形態のように約10%以下の反射率を得ることはできない。
以下、図30を参照して、本発明の他の実施形態による液晶表示装置について説明する。
図30は、本発明の他の実施形態による液晶表示装置の断面図である。
図30においては、上部偏光板21が図1と異なって上部絶縁基板210の外側に位置するオンセル型の液晶表示装置を示している。
図1と異なる上部偏光板21についてのみ説明すれば、次の通りである。
透明なガラスまたはプラスチックなどからなる上部絶縁基板210の上に上部偏光板21が形成されている。
上部偏光板21は、反射型偏光板であり、複数の金属線211、及び各金属線211の上部に積層されて位置している複数の低反射層212を含む。
複数の金属線211は一方向に延在して、一定の間隔を置いて互いに離隔している。金属線211の間隔は可視光線の波長より小さく、数十乃至数百nmの幅を有する。上部偏光板21の複数の金属線211が延長されている方向と、下部偏光板11の複数の金属線111が延長されている方向は、図1の実施形態では互いに同一である。しかし、実施形態によっては、90度の角度をなしか、またはそれ以外の角度をなしてもよい。例えば、複数の金属線111は、下部表示板100から上部表示板200に向かって斜め方向に延び、複数の金属線211は、複数の金属線111と約90度又は他の角度をなして斜め方向に延びてもよい。
金属線211の幅は多様な幅を有してもよく、本実施形態では金属線211間の間隔に準ずる幅を有する。金属線211の高さは、金属線211を形成する物質によって変化するが、数十乃至数百nmの高さを有してもよく、本実施形態では金属線211の幅の約3倍の値を有する。また、金属線211はアルミニウム(Al)を含んでもよい。このように複数の金属線211が一方向に配列された場合、配列方向(図30において左右方向)と概ね垂直な光(図30において上下方向の光)を透過させ、これと概ね平行な光(図30において左右方向の光)は反射させることができる。一実施形態において、金属線211の幅は約50nm、間隔は約50nm、高さは約150nmであってもよい。金属線211の高さは約150nm以上約200nmであってもよい。複数の金属線211が一方向に配列された場合、本方向と垂直な光は透過させ、これと平行な光は反射させることができる。
複数の金属線211の上にはそれぞれ低反射層212が積層されている。低反射層212は一つの金属線211の上部に接しており、金属線211と概ね同一の幅及び間隔を有する。低反射層212の高さは使用される物質によって異なる。低反射層212は金属線211の上部のみに接して形成され、金属線211の側面には形成されず、低反射層212が金属線211の側面及び上部の両方を覆う構造に形成されない。これは、金属線211が行う反射偏光の効果を低下させないようにするためである。
複数の低反射層212の上には対向絶縁膜215が形成されている。対向絶縁膜215は、低反射層212を外部から保護して支持するための層であって、フィルムで形成されていてもよい。
複数の金属線211及び複数の低反射層212の間の間隔には空気が満たされているが、実施形態によっては、屈折率が空気に準ずる透明な物質が満たされてもよい。
複数の金属線211及び複数の低反射層212が、上部絶縁基板210及び対向絶縁膜215と直接接触している。つまり、別途のレジンを用いて複数の金属線211及び複数の低反射層212が接着しないため、レジン層による光損失を減らす。
図30の実施形態で使用される上部偏光板21においても、低反射層212の数が二つ以上であってもよい。
以上のように、金属線を含む偏光板において、金属線のうちの外部光が入射する側に、追加的に単層または2層以上の複層で形成されている低反射層をさらに形成することによって、偏光板が低反射特性を有するようにする。その結果、金属線を通じて光を反射させながら偏光させて光の効率を高め、低反射特性を有して使用者が画像を容易に視認することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の種々の変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属する。
100 下部表示板
11 下部偏光板
110 下部絶縁基板
111 金属線
115 対向絶縁膜
124 ゲート電極
140 ゲート絶縁膜
154 半導体
173 ソース電極
175 ドレイン電極
180 保護膜
190 画素電極
200 上部表示板
21 上部偏光板
210 上部絶縁基板
211 金属線
212、213 低反射層
215 対向絶縁膜
220 遮光部材
230 カラーフィルタ
250 蓋膜
270 共通電極
3 液晶層
310 液晶分子
500 バックライトユニット

Claims (9)

  1. 一方向に延長されて、一定の間隔を置いて配列されている複数の金属線と、
    前記複数の金属線のそれぞれの上部に接し、前記複数の金属線と同一の間隔及び幅を有する複数の低反射層とを含み、
    前記複数の金属線の間隔は可視光線の波長より小さく、
    前記複数の低反射層の上から入射する光に対して10%以下の反射率で光を反射させ、
    前記低反射層は二重層で形成されており、
    前記金属線の上に接して形成されている第1低反射層と、前記第1低反射層の上に接して形成されている第2低反射層とを含み、
    前記第1低反射層及び第2低反射層は、AlNx、TiNx、SiNx、CuNx及びMoNxから選択される窒化金属で形成され、
    前記第1低反射層と前記第2低反射層に含まれている窒化金属は互いに異なり、
    前記金属線は、アルミニウムで150nm以上200nm以下の高さに形成され、
    前記第1低反射層はTiNxを含み、40nm以上70nm以下の高さに形成され、
    前記第2低反射層はCuNxを含み、高さは10nm以上100nm以下に形成される偏光板。
  2. 前記第2低反射層の高さは80nm以上100nm以下に形成される、請求項1に記載の偏光板。
  3. 一方向に延長されて、一定の間隔を置いて配列されている複数の金属線と、
    前記複数の金属線のそれぞれの上部に接し、前記複数の金属線と同一の間隔及び幅を有する複数の低反射層とを含み、
    前記複数の金属線の間隔は可視光線の波長より小さく、
    前記複数の低反射層の上から入射する光に対して10%以下の反射率で光を反射させ、
    前記低反射層は二重層で形成されており、
    前記金属線の上に接して形成されている第1低反射層と、前記第1低反射層の上に接して形成されている第2低反射層とを含み、
    前記第1低反射層及び第2低反射層は、AlNx、TiNx、SiNx、CuNx及びMoNxから選択される窒化金属で形成され、
    前記第1低反射層と前記第2低反射層に含まれている窒化金属は互いに異なり、
    前記金属線は、アルミニウムで150nm以上200nm以下の高さに形成され、
    前記第1低反射層はMoNxを含み、10nm以上100nm以下の高さに形成され、前記第2低反射層はCuNxを含み、高さは80nm以上100nm以下に形成される偏光板。
  4. 前記第1低反射層の高さは40nm以上100nm以下に形成される、請求項1に記載の偏光板。
  5. 一方向に延長されて、一定の間隔を置いて配列されている複数の金属線と、
    前記複数の金属線のそれぞれの上部に接し、前記複数の金属線と同一の間隔及び幅を有する複数の低反射層とを含み、
    前記複数の金属線の間隔は可視光線の波長より小さく、
    前記複数の低反射層の上から入射する光に対して10%以下の反射率で光を反射させ、
    前記低反射層は二重層で形成されており、
    前記金属線の上に接して形成されている第1低反射層と、前記第1低反射層の上に接して形成されている第2低反射層とを含み、
    前記第1低反射層は、GZO、IZO、ITO及びZAOから選択される透明伝導物質で形成され、第2低反射層は、Tiを含む金属で形成されており、
    前記金属線は、アルミニウムで150nm以上200nm以下の高さに形成され、
    前記第1低反射層は、50nm以上100nm以下の高さに形成され、前記第2低反射層は、10nm以上40nm以下の高さに形成される偏光板。
  6. 前記第1低反射層は、IZOを含む、請求項5に記載の偏光板。
  7. 一方向に延長されて、一定の間隔を置いて配列されている複数の金属線と、
    前記複数の金属線のそれぞれの上部に接し、前記複数の金属線と同一の間隔及び幅を有する複数の低反射層とを含み、
    前記複数の金属線の間隔は可視光線の波長より小さく、
    前記複数の低反射層の上から入射する光に対して10%以下の反射率で光を反射させ、
    前記低反射層は二重層で形成されており、
    前記金属線の上に接して形成されている第1低反射層と、前記第1低反射層の上に接して形成されている第2低反射層とを含み、
    前記第1低反射層はTiOxを含む酸化金属で形成され、第2低反射層は、Tiを含む金属で形成されており、
    前記金属線は、アルミニウムで150nm以上200nm以下の高さに形成され、
    前記第1低反射層は、40nm以上80nm以下の高さに形成され、前記第2低反射層は、20nm以上40nm以下の高さに形成される偏光板。
  8. 下部絶縁基板、及び前記下部絶縁基板の一側面に付着している下部偏光板を含む下部表示板と、
    上部絶縁基板、及び前記上部絶縁基板の一側面に付着している上部偏光板を含む上部表示板と、
    前記上部表示板と前記下部表示板の間に配置する液晶層とを含み、
    前記上部偏光板は、請求項1乃至7のうちの一つである液晶表示装置。
  9. 前記下部偏光板は、一方向に延長されて、一定の間隔を置いて配列されている複数の金属線を含む、請求項8に記載の液晶表示装置。
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