KR100664419B1 - 다층 광학 박막층을 갖는 도광판 - Google Patents

Abstract

도광판의 표면으로부터 굴절률이 큰 광학 박막층과 이에 대해 상대적으로 굴절률이 작은 광학 박막층이 교대로 적층되어 이루어지는 다층 광학 박막층을 갖는 도광판이 개시된다.

도광판, LGP, 광효율, 휘도, 박막

Description

다층 광학 박막층을 갖는 도광판{Light Guide Plate having multi optical thin film}

도 1은 본 발명에 따른 도광판을 보여주는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 도광판을 적용한 후의 투과율 변화를 보여주는 그래프이다.

본 발명은 표시장치에 적용되는 도광판에 관한 것으로, 보다 구체적으로 빛이 출사되는 출사면에 굴절률이 서로 다른 광학 박막층을 교대로 적층하여 광효율을 증가시킨 다층 광학 박막층을 갖는 도광판에 관한 것이다.

정보화 사회에서 표시장치의 개발은 눈부시게 발전하고 있으며 그 역할도 중요시되고 있으며, 특히, 얇은 면광원 장치가 주요 대상이 되고 있다.

기존의 면광원 장치는 도광판, 반사시트, 확산시트, 휘도강화필름(프리즘 시트)를 포함하고 있으며, 고휘도를 위해서는 반사형 편광판을 사용한다. 이러한 광학필름을 가지는 면광원 장치는 고휘도를 나타내기 위해서 다수의 필름을 사용하기 때문에 필름의 왜곡에서 발생되는 모아레의 문제가 있으며, 화이트 스폿(white spot), 블랙 스폿(black spot)과 같은 불량이 나타나게 되며 이러한 현상은 최종 제품, 예를 들어, LCD 모듈에서 확연하게 나타난다.

최근의 많은 특허에서 광학필름의 수를 줄이기 위한 시도로 면광원 장치의 핵심 부품인 도광판의 이면에 프리즘 형상을 각인하는 방법과 피라미드 형태의 반사패턴을 각인하는 방법이 제시되었다.

그러나, 도광판에 이러한 다양한 형태를 가지더라도 확산필름과 휘도강화필름을 사용해야 한다는 단점을 가지고 있다.

또한, 앞에서 언급한 바와 같이 보다 높은 휘도를 위해서는 반사형 편광판의 사용이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제시되는 것으로, 본 발명의 목적은 다층 광학 박막층을 이용한 도광판을 도입하여 광학 필름의 수를 줄이고 광효율을 증가시켜 저전력 소모 및 고휘도를 실현하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적과 특징들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 명확하게 이해될 것이다.

본 발명에 따르면, 도광판의 표면으로부터 굴절률이 큰 광학 박막층과 이에 대해 상대적으로 굴절률이 작은 광학 박막층이 교대로 적층되어 이루어지는 다층 광학 박막층을 갖는 도광판이 개시된다.

바람직하게, 굴절률이 큰 광학 박막층은 이산화티탄이고, 굴절률이 작은 광학 박막층은 불화마그네슘일 수 있다.

바람직하게, 광학 박막층의 두께는 300 내지 900Å이며, 굴절률이 큰 광학 박막층과 굴절률이 작은 광학 박막층의 두께는 동일하다.

바람직하게, 굴절률이 큰 광학 박막층과 굴절률이 작은 광학 박막층의 굴절률의 차이는 0.1 내지 0.5의 범위일 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 대해 구체적으로 설명한다.

평면파가 굴절률이 다른 매질로 입사할 때 경계면에서 반사된 빛의 반사계수와 투과된 빛의 투과계수는 맥스웰 방정식(Maxwell's equation)과 경계면에서의 경계 조건을 이용하여 계산 가능하다.

경계면에 θ₀의 각도로 입사되는 평면파의 전기장은 입사면에 수직하게 진동하는 전기장과 입사면에 평행하게 진동하는 전기장의 두 성분으로 분리할 수 있다. 즉, 입사면에 수직한 성분의 전기장은 S-편광파, 입사면에 놓여 있는 전기장을 p-편광파라 한다.

본 발명에서는 LCD의 액정부에 존재하는 편광 필름이 P-편광파는 통과시키고 S-편광파는 흡수하는 구조로 되어 있어 S-편광파가 출사된만큼 광손실이 발생하기 때문에 P-편광파의 사용을 증가시키고, S-편광파의 투과율을 최소화하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 다층 광학 박막층을 갖는 도광판을 보여주는 단면도이다.

PMMA 등의 재질로 이루어진 도광판(100) 위에 광학 박막층(110)을 다층으로 적층한다.

이때, 적층되는 광학 박막층(110)은 고굴절률의 광학 박막층(111, 113, 115)과 상대적으로 저굴절률의 광학 박막층(112, 114, 116)을 교대로 적층한다.

바람직하게, 고굴절률의 광학 박막층(111, 113, 115)과 저굴절률의 광학 박막층(112, 114, 116)의 굴절률의 차이는 0.1 내지 0.5의 범위일 수 있다.

교대로 적층되는 고굴절률의 광학 박막층(111, 113, 115)과 저굴절률의 광학 박막층(112, 114, 116)의 두께는 동일하거나 다르게 설정할 수 있으며, 바람직하게 박막층의 두께는 300 내지 900Å일 수 있다.

도광판(100)으로부터 광학 박막층(110)으로 45°의 입사각으로 광 L이 입사한다고 가정한다.

입사광 L이 첫 번째 고굴절률 박막층(111)을 지나 저굴절률 박막층(112)에 입사하는 경우, 광 L의 대부분은 투과하고, 일부는 반사되며 반사광 L1은 도광판(100)의 표면에서 다시 반사되어 진행한다.

진행되는 반사광 L1의 p-편광파는 광학 박막층(110)을 투과하여 진행되며, 저굴절률 박막층(112)에서 고굴절률 박막층(113)으로 입사하는 경우, s-편광파는 투과하지 못하고 반사된다.

재반사된 s-편광파는 고굴절률 박막층(111)의 계면에서 다시 반사되는데, 이 때, 다시 반사되면서 s-편광파는 p-편광파로 변환되어 광학 박막층(110)을 투과한다.

이러한 과정은 반사광 L1 이외에도 L2와 L3에 동일하게 적용됨으로써, 전체적으로 투과되는 광 효율을 극대화할 수 있다.

실험예

굴절률의 차이가 큰 불화마그네슘(MgF₂)과 이산화티탄(TiO₂)을 도 1과 같은 구조로 도광판(100) 위에 교대로 적층하여 광학 박막층(110)을 형성한다.

여기서, 불화마그네슘의 평균 굴절률은 1.377이고, 이산화티탄의 평균 굴절률은 2.71이다.

이와 같이 광학 박막층(110)을 형성하고, 도광판(100)으로부터 파장이 510nm인 광을 45°로 입사한 경우의 투과율 변화를 도 2에 도시하였다.

도 2에 도시된 바와 같이, 적색으로 표시한 p-편광파는 510nm에서 대략 70%의 투과율을 보이고, 청색으로 표시한 s-편광파는 510nm에서 대략 45%의 투과율을 보인다.

따라서, s-편광파를 최대 45%까지 감소시켜 광효율을 증가시킬 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기한 실시예에 국한되어서는 안되며, 이하에 서술되는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 s-편광파의 투과를 최소화함으로써 광효율을 증가할 수 있으며, 이에 따라 광학필름의 수를 줄일 수 있어 제조원가를 절감할 수 있고, 저전력 소비형 백라이트를 제작할 수 있다.

또한, s-편광파를 p-편광파로 변환하여 투과시킴으로써 휘도 향상에 크게 기여할 수 있다는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 도광판의 표면으로부터 굴절률이 큰 광학 박막층과 이에 대해 상대적으로 굴절률이 작은 광학 박막층이 교대로 적층되어 상기 굴절률이 큰 광학 박막층과 상기 굴절률이 작은 광학 박막층의 상호 작용에 의해 s-편광파의 투과를 최소화하는 것을 특징으로 하는 다층 광학 박막층을 갖는 도광판.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 굴절률이 큰 광학 박막층은 이산화티탄이고, 상기 굴절률이 작은 광학 박막층은 불화마그네슘인 것을 특징으로 하는 다층 광학 박막층을 갖는 도광판.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광학 박막층의 두께는 300 내지 900Å인 것을 특징으로 하는 다층 광학 박막층을 갖는 도광판.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 굴절률이 큰 광학 박막층과 상기 굴절률이 작은 광학 박막층의 두께는 동일한 것을 특징으로 하는 다층 광학 박막층을 갖는 도광판.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 굴절률이 큰 광학 박막층과 상기 굴절률이 작은 광학 박막층의 굴절률의 차이는 0.1 내지 0.5의 범위인 것을 특징으로 하는 다층 광학 박막층을 갖는 도광판.

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