KR100813253B1

KR100813253B1 - 고효율의 편광도광판 유닛, 이를 채용한 백라이트 유닛 및디스플레이 장치

Info

Publication number: KR100813253B1
Application number: KR1020060038333A
Authority: KR
Inventors: 황성모; 유재호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2008-03-13
Also published as: CN101063767A; KR20070105766A; EP1850156A1; US20070252923A1; JP2007299755A

Abstract

고효율의 편광도광판 유닛, 이를 채용한 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치가 개시된다. 개시된 편광도광판 유닛은, 광원으로부터의 광을 가이드하는 도광판;과 도광판의 상부에 마련된 것으로, 도광판에서 출사된 광을 상부로 반사시키기 위한 경사면을 가지는 복수개의 반사패턴을 구비하는 콜리메이팅 부재;와 복수개의 반사패턴과 상기 도광판 사이 각각에 마련된 것으로, 도광판으로부터 입사되는 광 중 제1편광의 광은 투과시키고 제1편광과 수직인 제2편광의 광은 반사시키는 편광분리층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고효율의 편광도광판 유닛, 이를 채용한 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치{Highly efficient polarized light guide plate unit, backlight unit employing the same and display device employing the polarized light guide plate unit}

도 1은 종래의 편광 백라이트 유닛을 보인 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 편광도광판 유닛 및 이를 채용한 백라이트 유닛을 보인 단면도이다.

도 3a 및 도 3b 각각은 도 2의 콜리메이팅 부재의 실시예를 보인 사시도이다.

도 4는 도 2의 편광분리층의 구조와 편광이 분리되는 과정을 보인 도면이다.

도 5는 도 2의 실시예에 의한 편광도광판 유닛에서 출사되는 광의 입사각에 따른 투과율을 S 편광과 P 편광으로 나누어 보인 그래프이다.

도 6은 도 2의 실시예에 의한 편광도광판 유닛에서 출사되는 광의 파장에 따른 투과율을 S 편광과 P 편광으로 나누어 보인 그래프이다.

도 7a 및 도 7b 각각은 본 발명의 다른 실시예에 의한 편광도광판 유닛을 보인 단면도이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 의한 디스플레이 장치를 개략적으로 보인 단면도 이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100...광원 200...편광도광판 유닛

220,220'...콜리메이팅 부재 223...기판

223a...제2출광면 226...반사패턴

226a...제2입광면 240,247,249...편광분리층

241~245...제1~제5층 241a~245a...제1~제5 경계면

260...도광판 260a...제1입광면

260b...제1출광면 280...접착층

310...반사판 330,350...제1,제2 편광전환부재

500...디스플레이 패널 600...확산판

본 발명은 편광 성능이 개선되어 광효율이 증대된 편광도광판 유닛, 이를 채용한 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.

평판 디스플레이 장치에는 그 자체가 발광하여 화상을 형성하는 발광형 장치와 외부로부터 빛을 받아 화상을 형성하는 수광형 장치가 있다. 예컨대, 액정표시장치(liquid crystal display;LCD)는 수광형 평판 디스플레이 장치이다. 따라서, 액정표시장치는 별도의 광원, 예컨대, 백라이트 유닛과 같은 조명장치를 필요로 한 다.

현재의 액정표시장치는 광원에서 방출되는 총 광량의 약 5% 정도만을 화상을 형성하는 데 이용하고 있다. 이러한 낮은 광 이용효율은 액정표시장치 내의 편광판 및 컬러 필터에서의 광흡수에 기인한다. 액정표시장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입하여 제작되며, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 액정 분자의 상태에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다. 즉, 액정표시장치는 통과하는 직선편광의 편광방향을 변화시킴으로써 빛을 통과시키거나 차단하는 셔터 기능을 수행하는 것이므로 일 방향으로 직선 편광된 광만을 사용하게 되며, 이를 위하여 액정표시장치의 양면에 편광판이 구비된다. 이렇게 액정표시장치의 양면에 배치되는 편광판은 일 방향으로 편광된 광은 투과시키고 다른 방향으로 편광된 광은 흡수하는 흡수형 편광판으로서, 입사광의 약 50%를 흡수하기 때문에, 액정표시장치의 낮은 광 이용 효율의 최대 원인이 된다.

이러한 문제를 개선하기 위해, 흡수형 편광판을 대체하거나 혹은 편광판에 입사하는 대부분의 광을 액정표시장치의 배면에 배치된 배면 편광판의 편광방향과 동일한 편광방향만을 갖도록 변환시켜 광 이용 효율을 증가시키려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 예컨대, 도광판의 상면에 DBEF(dual brightness enhancement film)와 같은 다층 구조의 반사형 편광필름을 부착하여 액정표시장치의 광이용 효율을 증가시킬 수 있다. 그러나, 상기 별도의 반사형 편광필름은 고가일 뿐만 아니라, 구체적인 편광 변환 수단의 부재로 광이용 효율 증가에 한계가 있다. 따라서, 자체적으로 편광 분리 및 변환 기능을 하는 편광 도광판에 대한 집중적인 연구가 요구되고 있다.

도 1은 종래의 편광 백라이트 유닛의 구조를 보인 단면도이다. 도면을 참조하면, 종래의 편광 백라이트 유닛은 선형의 광원인 램프(L)와 램프(L)를 감싸고 있는 은박 시트(R)가 도광판(1)의 한 측면에 배치되어 있다. 도광판(1)의 하면(4)에는 편광전환부재(15)가 배치되어 있고, 편광분리판(8)이 도광판(1)의 출사면(3)과 마주하게 배치되어 있다. 또한, 프리즘시트(10)가 편광분리판(8)과 마주하게 배치되어 있다.

도광판(1)은 입사면(2)을 통해 입사되는 광원(L)에서의 광을 면광원으로 바꾸어 출사면(3)으로 출사시키며, 이 때 도광판(1)의 상부에 마련된 편광분리판(8)은 특정 편광의 광만을 분리 출사시키는 역할을 한다. 또한, 상기 특정 편광 이외의 광은 편광전환부재(15)에 의해 편광방향이 변환되어 광이용 효율이 개선되는 구조가 된다. 그러나, 상기 편광분리판(8)은 굴절률과 입사각의 관계에 의해 특정 편광을 분리하는 것으로 수직 출사를 위한 구조를 구비하고 있지 않다. 따라서, 다양한 출사각을 가지고 광이 출사되며, 광이 수직 출사되게 하기 위한 별도의 프리즘 시트(10)가 필요하며, 또한 도광판(1)에 일체형으로 제작되지 않는다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 광원에서의 광 을 편광시켜 출사함에 있어, 편광 효율이 개선되고, 또한 수직 출사광이 증가되는 구조의 편광도광판 유닛, 이를 채용한 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 편광도광판 유닛은, 광원으로부터의 광을 가이드하는 도광판;과 상기 도광판의 상부에 마련된 것으로, 상기 도광판에서 출사된 광을 상부로 반사시키기 위한 경사면을 가지는 복수개의 반사패턴을 구비하는 콜리메이팅 부재;와 상기 복수개의 반사패턴과 상기 도광판 사이 각각에 마련된 것으로, 상기 도광판으로부터 입사되는 광 중 제1편광의 광은 투과시키고 상기 제1편광과 수직인 제2편광의 광은 반사시키는 편광분리층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛은, 광원;과 상기 광원으로부터의 광을 가이드하는 도광판;과 상기 도광판의 상부에 마련된 것으로, 상기 도광판에서 출사된 광을 상부로 반사시키기 위한 경사면을 가지는 복수개의 반사패턴을 구비하는 콜리메이팅 부재;와 상기 복수개의 반사패턴과 상기 도광판 사이 각각에 마련된 것으로, 상기 도광판으로부터 입사되는 광 중 제1편광의 광은 투과시키고 상기 제1편광과 수직인 제2편광의 광은 반사시키는 편광분리층; 및 상기 도광판의 측부에 배치된 반사판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 의한 디스플레이 장치는, 광원;과 상기 광원으로부터의 광을 가이드하는 도광판;과 상기 도광판의 상부에 마련된 것으로, 상기 도광판에서 출사된 광을 상부로 반사시키기 위한 경사면을 가지는 복수개의 반사패턴을 구비하는 콜리메이팅 부재;와 상기 복수개의 반사패턴과 상기 도광판 사이 각각에 마련된 것으로, 상기 도광판으로부터 입사되는 광 중 제1편광의 광은 투과시키고 상기 제1편광과 수직인 제2편광의 광은 반사시키는 편광분리층; 및 상기 도광판의 측부에 배치된 반사판;을 구비하는 백라이트 유닛;과 상기 백라이트 유닛으로부터 출사된 광을 이용하여 영상을 형성하는 디스플레이 패널;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 백라이트 유닛 및 이를 채용한 디스플레이 장치를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 아래에 예시되는 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 편광도광판 유닛과 이를 채용한 백라이트 유닛을 도시한 단면도이다. 도면을 참조하면, 백라이트 유닛은 광원(100)과 광원(100)에서 조사된 무편광의 광을 직선 편광시켜 출사시키는 편광도광판 유닛(200)을 포함한다.

광원(100)으로는, 예를들면, CCFL (cold cathode flurescent lamp)과 같은 선광원 또는 LED (light emitting diode)와 같은 점광원이 사용될 수 있다.

편광도광판 유닛(200)은, 광원(100)에서의 광을 가이드하는 도광판(260)과 상기 도광판(260)의 상부에 마련된 콜리메이팅 부재(220)와, 상기 도광판(260)과 콜리메이팅 부재(220) 사이에 배치되어 상기 도광판(260)에서 출사된 광을 그 편광 성분에 따라 분리하는 편광분리층(240)을 포함한다.

도광판(260)은 제1입광면(260a)과 제1출광면(260b)을 구비하고 있어, 광원(100)에서의 광은 제1입광면(260a)을 통해 입사되고 제2출광면(260b)을 통해 출사된다. 도광판(260)은 입사광을 투과시킬 수 있는 투명재질로 구성되며, 예컨대 PMMA(Polymethylmethacrylate) 또는 PC(Poly Carbonate)와 같은 광학적 등방성 재료를 사용할 수 있다.

콜리메이팅 부재(220)는 도광판(260)에서 출사된 광을 상부로 반사시키기 위한 반사패턴(226)을 포함하며, 반사패턴(226)은 경사면(226a)을 가진다. 콜리메이팅 부재(200)는 예를 들면, 기판(223)과 기판(223) 상에 형성된 복수개의 반사패턴(226)을 구비하며, 반사패턴(226)이 도광판(260)을 마주하도록 배치된다. 기판(223)은 광이 출사되는 제2출광면(223a)을 가지며, 반사패턴(226)은 제1출광면(260b)에서 출사된 광이 입사되는 제2입광면(226a)과 상기 입사된 광을 전반사시켜 제2출광면(223a)쪽으로 향하게 하는 경사면(226b)을 가지고 있다. 반사패턴(226)을 예를 들면 다면체 형상의 패턴이 될 수 있다. 경사면(226b)은 제2출광면(223a)으로 출사되는 광을 제2출광면(223a)과 수직이 되는 방향으로 콜리메이팅 시키는 역할을 한다. 즉, 경사면(226b)의 기울기를 조절하여 광이 콜리메이팅 되는 방향을 조절할 수 있다. 이 때, 경사면(226b)의 기울기는 경사면(226b)에서 전반사되어 제2출광면(223a)을 통해 출사되는 광과 제2출광면(223a)의 법선과 이루는 각이 약 ±10°범위내에 있도록 형성되는 것이 좋다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 콜리메이팅 부재(220)는 반사패턴(226)이 1차원 어레이로 배치되거나 또는 2차원 어레이로 배치될 수 있다.

편광분리층(240)은 복수개의 제1출광면(260b)과 제2입광면(226a) 사이에 각각 배치되며 굴절률이 다른 재질로 된 복수개의 박막층으로 형성되어 제2입광면(226a)을 통해 입사되는 광 중 제1편광의 광은 투과시키고 제1편광과 직교하는 제2편광의 광은 반사시키는 역할을 한다. 여기서, 제1편광은 예를 들어, 수평편광(P 편광)이고 제2편광은 수직편광(S 편광) 일 수 있다. 편광분리층(240)이 입사된 광에 대해 편광을 분리하는 원리는 후술하기로 한다.

도광판(260)과 편광분리층(240) 사이에는 접착층(280)이 더 마련될 수 있다. 접착층(280)의 굴절률은 도광판(260)의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 것이 좋다. 이 경우, 제1출광면(260b)에서 출사되는 광 중 임계각 보다 작은 입사각을 갖는 광만이 접착층(280)에 투과할 수 있으므로, 경사면(226b)에 입사하는 광의 입사각 분포가 작아지게 된다. 이에 따라, 경사면(226b)에서 반사되어 제2출광면(223a)으로 출사되는 광의 각 분포가 작아질 수 있다.

제1입광면(260a)과 마주하는 면 쪽 측부에는 도광판(260)과 접착층(280)과의 경계에서 전반사된 광 및 편광분리층(240)에서 반사된 편광을 다시 도광판(260)의 내부로 반사시키는 반사판(310)이 더 구비될 수 있다. 반사판(310)에 의해 반사된 광은 광 경로가 일부 변경되어 도광판(260)의 내부를 전파한 후 접착층(280)을 투과할 수 있게 된다.

반사판(310)과 도광판(260) 사이에 제1 편광전환부재(330)가 더 구비될 수도 있다. 이 경우 편광분리층(240)을 투과하지 못하고 반사된 S 편광의 광이 P 편광의 광으로 전환되어 편광분리층(240)을 투과하게 된다. 편광 전환을 용이하게 하기 위하여 제2 편광전환부재(350)가 제1출광면(260b)과 마주하는 면에 배치되는 것도 가능하다. 제1 및 제2 편광전환부재(330,350)는 예를 들면 이방성 재질로 된 1/4 파장판일수 있다. 제1 및 제2 편광전환부재(330,350)는 둘 중 하나만 구비하는 것이 바람직하다.

도 4는 도 2의 실시예에 의한 편광도광판 유닛(200)에서 편광분리층(240)의 구조와 편광분리층(240)에서 광을 편광 방향에 따라 분리되는 과정을 도시한 도면이다. 도면을 참조하면, 편광분리층(240)은 굴절률이 n_i인 도광판(260)과 굴절률 n_a인 접착층(280)이 순차 적층된 위에 굴절률이 각각 n₁~n₅인 제1 내지 제5층(241~245)의 박막이 적층되어 이루어져 있다. 광의 경로를 구체적으로 살펴보자. 먼저, 도광판(260)을 경유하여 접착층(280)으로 진행할 수 있는 광의 입사각(θ_i) 분포를 살펴보면 수학식 1과 같다.

90°-θ_c1= 90°-sin^-1(1/n_i) < θ_i< θ_c2= sin^-1(n_a/n_i)

θ_c1은 굴절률이 ni인 도광판(260)에서 굴절률이 1인 공기층으로 광이 진행할 때 전반사가 일어나는 임계각으로, 광원(100)에서 공기층을 경유하여 굴절률이 n_i인 도광판(260)으로 광이 진행할 때는 도광판(260)에 입사된 각(θ_L)의 최대값이 되며, 따라서, 제1출광면(260b)에서는 90°-θ_c1이 접착층(280)을 향하는 최소의 입사각이 된다. 또한, θ_c2는 도광판(260)에서 접착층(280)으로 진행할 때 전반사가 일어나는 임계각으로, 접착층(280)으로 진행할 수 있는 입사각의 최대값이 된다. 수학식 1의 입사각 분포와 스넬의 법칙(Snell's law)에 에 근거하여, 제1 내지 제5층의 경계면(241a~245a)에서의 입사각(θ₁~θ₅)이 정해진다. 이러한 입사각(θ₁~θ₅)이 각 층의 경계면(241a~245a)에서의 브루스터 각(θ_B1~θ_B5,Brewster's angle)에 해당하면, S 편광의 광이 반사되고 P 편광의 광은 투과되게 된다. 브루스터 각은 굴절률 n₁인 매질에서 굴절률 n₂인 매질로 진행한다고 할 때 tan^-1(n₂/n₁)으로 정의되며, 각 층의 경계면(241a~245a)에서 편광 분리가 일어나려면 입사각(θ₁~θ₅)의 범위는 브루스터 각 (θ_B1~θ_B5)을 포함하고 있도록 설계되어야 한다.

예를 들어, n₁이 n₂보다 큰 경우로서, 광이 굴절률이 큰 매질(n₁)에서 작은 매질(n₂)로 진행하는 제2층의 경계면(242a)에서 입사각(θ₂)의 범위가 브루스터 각(θ_B2)을 포함하고 있다고 하자. 제2층의 경계면(242a)을 투과한 각 θ₃은 굴절률 n₃ 인 제3층(243)으로의 입사각이 되며, 입사각 θ₂ 보다 큰 값이 된다. 한편, 제3층의 경계면(243a)에서도 입사각(θ₃)이 브루스터 각(θ_B3)을 포함하려면, 상기 경계면(243a)에서의 브루스터 각 θ_B3은 제1층의 경계면(242a)에서의 브루스터 각 θ_B2 보다 커지는 것이 바람직하다. 따라서 n₃은 n₂보다 상대적으로 큰 값으로 되는 것이 바람직하다. 이와 같은 원리에 따라 복수개의 박막층으로 구성된 경우 굴절률이 상대적으로 큰 물질과 상대적으로 작은 물질이 교차 적층된 형태로 되는 것이 바람직할 것이다.

편광분리층(240)을 이루는 박막은 가시광 영역에서 투명한 박막이면 사용 가능하며 예를 들면, Al₂O₃, CeO₂, Ta₂O₅, TiO₂, ZnS, ZrO₂, CaF₂, MgF₂와 같은 물질이 사용될 수 있다.

도광판(260)과 접착층(280)의 굴절률이 각각 1.59, 1.45이고, 편광분리층(240)이 굴절률 2.35 및 1.63인 두 재질이 교차 적층된 경우 상기 θ_i의 범위는 수학식 1에 의해 51.03°< θ_i< 65.78°가 된다.

표 1은 상기 θ_i의 범위에 따라 각 경계면(241a~245a)에서 입사각(θ₁~θ₅)의 범위와 브루스터 각(θ_B1~θ_B5)을 계산한 것이다.

	입사각 범위	부루스터 각
제1경계면	58.5<θ₁<90.0	θ_B1=58.3°
제2경계면	31.7<θ₂<38.1	θ_B2=34.8°
제3경계면	49.3<θ₃<62.8	θ_B3=55.3°
제4경계면	31.7<θ₄<38.1	θ_B4=34.8°
제5경계면	49.3<θ₅<62.8	θ_B5=55.3°

표 1을 참조하면, 제2 내지 제5 경계면(242a~245a)에서의 입사각(θ₂~θ₅)의 범위는 브루스터 각(θ_B2~θ_B5)를 포함하고 있다. 제1경계면(241a)에서의 입사각(θ₁)은 브루스터 각 θ_B1을 포함하지 않으나, 예를 들면, 접착층(280)의 굴절률을 1.45보다 조금 크게 하여 입사각(θ₁) 범위에 브루스터 각(θ_B1)을 포함시킬 수 있음을 알 수 있다. 각 경계면(241a~245a)에서의 입사각(θ₁~θ₅)이 브루스터 각 (θ_B1~θ_B5)에 해당하는 경우 수직편광(S 편광)의 투과율은 최소값 0이 되므로, 입사광 중 일정 부분의 S 편광은 투과되지 않고 반사되고 수평편광(P 편광)의 광 만이 투과된다. 또한, 입사각(θ₁~θ₅)이 브루스터 각(θ_B1~θ_B5)에서 벗어남에 따라 S편광의 광의 투과율이 점진적으로 증가하는 것이므로 전체적으로 S편광의 광은 적은 양만이 다음 층으로 진행하게 된다. 이와 같은 과정은 경계면(241a~245a)에서 반복되고 S 편광은 각 층의 경계면에서 계속 반사되어 P 편광 성분의 광이 분리되어 편광분리층(240)을 통과하게 된다. 각 층의 경계면(241a~245a)에서 반사된 광은 주로 S편광의 광이 될것이나, 일부 P 편광의 광도 포함하게 된다. 입사각(θ₁~θ₅)이 브루스터 각에 해당하는 경우 P 편광의 광이 전부 투과하지만 입사각이 브루스터 각(θ_B1~θ_B5)에서 벗어남에 따라 P편광의 광의 투과량도 조금씩 줄어들기 때문이다. 이렇게 반사된 P 편광의 광은 도광판(260)을 진행하며 편광분리층(240)을 투과할 수 있는 입사각으로 바뀌어 편광분리층(240)을 통과하게 된다. S편광의 광은 도광판(260) 내부를 진행하는 동안 편광이 바뀔 수 있다. 도광판(260)은 광학적 등방성 재질로 형성되나, 일반적으로 등방성 재질이라해도 편광 방향에 따라 굴절률이 완전히 같지는 않기 때문이다. 또는, 편광전환부재(330,350)에 의해 P 편광의 광으로 편광이 변하여 다시 편광분리층(240)을 통과할 수 있게 된다.

도 5는 도 2의 실시예에 의한 편광도광판 유닛에서 출사되는 광의 입사각에 따른 투과율을 S 편광과 P 편광으로 나누어 보인 그래프이다. 그래프는 파장 550nm인 광에 대한 것이다. 그래프를 참조하면, 입사각 64도에서 P 편광의 광이 투과율은 최대값 100%를 나타내며 이를 벗어남에 따라 조금씩 감소함을 볼 수 있다. 또한, S 편광의 광의 투과율은 입사각 전 범위에서 약 5% 미만으로 소량으로 나타나고 있어, 전체적으로 볼 때 편광분리효율이 매우 우수함을 볼 수 있다.

도 6은 도 2의 실시예에 의한 편광도광판 유닛에서 출사되는 광의 S 편광 및 P 편광의 광의 투과율을 파장에 따라 보인 그래프이다. 실선으로 된 것은 입사각 64°인 경우이고 점선으로 된 것이 54°,74°인 경우이다. 그래프를 참조하면, P 편광 투과율은 전 범위에서 약 90%이상이며, S 편광 투과율은 파장범위가 450nm에서 700nm 인 가시광 영역 대부분에서 약 20% 이하로 나타나고 있다.

편광분리층(240)을 구성하는 층의 개수가 많을수록 편광분리가 복수개의 경계면에서 반복되어 일어나므로 일반적으로 편광분리효율은 향상된다고 볼 수 있다. 뿐만 아니라, 입사각의 분포를 고려하여 브루스터 각이 최적 설계되도록 각 층의 굴절률을 선택함에 의해서도 편광분리효율을 높일 수 있다.

편광분리층은 한 층의 박막으로 구성되는 것도 가능하다. 도 7a 및 도 7b는 한 층의 박막으로 된 편광분리층(247,249)으로서 각각 접착층(280)을 구비하지 않은 경우와 구비한 경우를 도시한다. 도 7a를 참조하면, 광원(100)으로부터 도광판(260)에 입사된 각(θ_L)의 최대값이 sin^-1(1/n_i)이므로, 편광분리층(247)에 입사하는 광의 입사각(θ) 분포는 90°-sin^-1(1/n_i) < θ < 90°가 된다. 따라서, 상기 범위에 브루스터 각이 포함되도록 편광분리층(247)의 굴절률 n은 수학식 2와 같도록 하는 것이 바람직하다.

tan^-1(n/n_i) > 90°-sin^-1(1/n_i)

도 7b를 참조하면, 접착층(280)에 입사하는 광의 입사각(θ_i) 분포는 도 4에서 설명한 바와 같이, 수학식 1과 같다. 이에 따라, 편광분리층(249)에 입사하는 광의 입사각(θ) 분포는 sin^-1[(n_i/n_a)cos(sin^-1(1/n_i))] < θ< 90° 가 되므로, 상기 범위에 브루스터 각이 포함되도록, 편광분리층(249)의 굴절률 n은 수학식 3과 같도록 하는 것이 바람직하다.

tan^-1(n/n_a) > sin^-1[(n_i/n_a)cos(sin^-1(1/n_i))]

도 8은 본 말명의 실시예에 의한 디스플레이 장치를 보이는 개략도이다. 도면을 참조하면, 디스플레이 장치는 본 발명의 실시예에 의한 편광도광판 유닛을 채용한 백라이트 유닛(400) 및 디스플레이 패널(500)을 포함한다. 디스플레이 패널(600)은 예를 들면 액정 패널일 수 있다. 디스플레이 패널(500)의 상부에 확산판(600)을 더 구비할 수 있다. 백라이트 유닛(400)에서 편광된 광을 디스플레이 패널(600)에 수직인 방향으로 출사시키는 원리에 대해서는 전술하였으므로 여기서는 자세한 설명은 생략한다. 디스플레이 패널(500)은 백라이트 유닛(400)에서 출사된 광을 이용하여 영상을 형성하며, 확산판(600)은 디스플레이 패널(500)을 통해 형성된 영상에 대해 시야각 확보를 위해 광을 확산하기 위해 사용된다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 편광도광판 유닛은 편광 효율이 개선되고 수직 출사광량이 증가되는 구조를 갖는다. 따라서, 본 발명의 실시예에 의한 백라이트 유닛은 광이용효율이 높고, 디스플레이 장치에 응용되었을 때 휘도나 콘트라스트 비와 같은 화상 특성이 개선된다는 장점이 있으며, 또한, 광의 수직출사를 위한 구조가 도광판에 일체로 제작될 수 있어 보다 간편한 구조가 된다는 장점이 있다.

상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위 내에서 정해져야만 할 것이다.

Claims

광원으로부터의 광을 가이드하는 도광판;과

상기 도광판의 상부에 마련된 것으로, 상기 도광판에서 출사된 광을 상부로 반사시키기 위한 경사면을 가지는 복수개의 반사패턴을 구비하는 콜리메이팅 부재;와

상기 복수개의 반사패턴과 상기 도광판 사이 각각에 마련된 것으로, 상기 도광판으로부터 입사되는 광 중 제1편광의 광은 투과시키고 상기 제1편광과 수직인 제2편광의 광은 반사시키는 편광분리층;을 포함하며

상기 편광분리층은 굴절률이 다른 복수개의 박막층이 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 편광도광판 유닛.
제1항에 있어서,

상기 반사패턴은 다면체패턴인 것을 특징으로 하는 편광도광판 유닛.
삭제
제1항에 있어서,

상기 편광분리층은 굴절률이 다른 물질로 된 두 박막층이 교차 적층된 복수 개의 박막층으로 이루어지는것을 특징으로 하는 편광도광판 유닛.
제1항에 있어서,

상기 콜리메이팅 부재는, 상기 경사면의 기울기를 조절하여, 상기 경사면에서 전반사되어 상기 콜리메이팅 부재의 상면을 통해 출사되는 광과 상기 상면의 법선과 이루는 각이 ±10°범위가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 편광도광판 유닛.
제1항에 있어서,

상기 반사패턴은 일차원 또는 이차원 어레이 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 편광도광판 유닛.
제1항에 있어서,

상기 편광분리층은 굴절률이 n인 물질로 된 한 개의 박막층으로 이루어지며, n은 식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 편광도광판 유닛.

<식 1>

tan^-1(n/n_i) > 90°-sin^-1(1/n_i)

여기서 n_i는 상기 도광판의 굴절률이다.
제1항, 제2항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 편광분리층을 구성하는 각각의 박막층은 Al₂O₃, CeO₂, Ta₂O₅, TiO₂, ZnS, ZrO₂, CaF₂, MgF₂ 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 편광도광판 유닛.
제1항에 있어서,

상기 도광판과 상기 편광분리층 사이에 상기 도광판의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 물질로 된 접착층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 편광도광판 유닛.
제9항에 있어서,

상기 편광분리층은 굴절률이 n인 물질로 된 한 개의 박막층으로 이루어지며, n은 식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 편광도광판 유닛.

<식 2>

tan^-1(n/n_a) > sin^-1[(n_i/n_a)cos(sin^-1(1/n_i))]

여기서 n_i는 상기 도광판의 굴절률이고, n_a는 상기 접착층의 굴절률이다.
제1항, 제2항, 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 도광판과 상기 편광분리층 사이에 상기 도광판의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 물질로 된 접착층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 편광도광판 유닛.
광원;과

상기 광원으로부터의 광을 가이드하는 도광판;과

상기 도광판의 상부에 마련된 것으로, 상기 도광판에서 출사된 광을 상부로 반사시키기 위한 경사면을 가지는 복수개의 반사패턴을 구비하는 콜리메이팅 부재;와

상기 복수개의 반사패턴과 상기 도광판 사이 각각에 마련된 것으로, 상기 도광판으로부터 입사되는 광 중 제1편광의 광은 투과시키고 상기 제1편광과 수직인 제2편광의 광은 반사시키는 편광분리층; 및

상기 도광판의 측부에 배치된 반사판;을 포함하며

상기 편광분리층은 굴절률이 다른 복수개의 박막층이 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
삭제
제12항에 있어서,

상기 편광분리층은 굴절률이 다른 물질로 된 두 박막층이 교차 적층된 복수개의 박막층으로 이루어지는것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제12항에 있어서,

상기 콜리메이팅 부재는, 상기 경사면의 기울기를 조절하여, 상기 경사면에서 전반사되어 상기 콜리메이팅 부재의 상면을 통해 출사되는 광과 상기 상면의 법선과 이루는 각이 ±10°범위가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제12항에 있어서,

상기 반사패턴은 일차원 또는 이차원 어레이 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제12항에 있어서,

상기 도광판의 하면에 편광전환부재가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제12항, 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 반사판과 상기 도광판 사이에 편광전환부재가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제18항에 있어서,

상기 편광전환부재는 1/4 파장판인 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제12항, 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 편광분리층을 구성하는 각각의 박막층은 Al₂O₃, CeO₂, Ta₂O₅, TiO₂, ZnS, ZrO₂, CaF₂, MgF₂ 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제12항, 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 도광판과 상기 편광분리층 사이에 상기 도광판의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 물질로 된 접착층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
제12항, 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항의 백라이트 유닛;과

상기 백라이트 유닛에서 출사된 광을 이용하여 영상을 형성하는 디스플레이 패널;을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제21항의 백라이트 유닛;과

상기 백라이트 유닛에서 출사된 광을 이용하여 영상을 형성하는 디스플레이 패널;을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.