KR100816473B1 - Polarization splitter and backlight unit using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 투과광을 관찰했을 때, 무아레를 인식하지 않은 편광 분리소자 및 백라이트 유닛을 제공하기 위한 것이다. The present invention is to provide a polarization splitting device and a backlight unit that does not recognize moire when the transmitted light is observed.
한 쪽면에 산부와 골짜기부를 교대 또한 상호로 평행하게 형성한 굴곡면(12A, 13A)을 갖고, 다른 쪽 면에 평면을 갖는 것과 동시에, P편광을 S편광보다도 많이 투과시키는 제 1 및 제 2 광학판 부재(12, 13)를 구비하고, 제 1 및 제 2 광학판 부재(12, 13)의 각각의 굴곡면(12A, 13A)이, 상기 산부의 능선이 서로 대략 평행하게 되도록 공기층(11)을 개재해서 대향 배치되고, 제 1 및 제 2 광학판 부재(12, 13) 중 한쪽의 상기 산부의 피치를 다른 쪽의 상기 산부의 피치와 다르게 하는 것에 의해, 무아레를 식별 불가능하게 하였다.1st and 2nd optical which has the curved surface 12A, 13A which formed the mountain part and the valley part alternately and mutually parallel on one surface, has a flat surface on the other surface, and transmits P polarization more than S polarization. The air layer 11 is provided with plate members 12 and 13, and the curved surfaces 12A and 13A of the first and second optical plate members 12 and 13 are arranged so that the ridges of the peaks are substantially parallel to each other. It was arranged so as to face each other, and moire was made indistinguishable by making the pitch of the said one of the 1st and 2nd optical plate members 12 and 13 different from the pitch of the said other part.
편광분리소자, 백라이트 유닛, 광학판 부재 Polarization Separation Device, Backlight Unit, Optical Plate Member
Description
도 1은, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서 액정표시장치를 나타내는 개략도이다. 1 is a schematic view showing a liquid crystal display device in the first embodiment of the present invention.
도 2는, 도 1의 편광 분리 소자를 나타내는 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the polarization splitting element of FIG. 1.
도 3은, 각 광학판 부재의 피치의 비와 무아레 피치와의 관계를 나타내는 그래프에서, 2차 무아레까지를 고려한 것이다.3 is a graph showing the relationship between the ratio of the pitch of each optical plate member and the moire pitch.
도 4는, 각 광학판 부재의 피치의 비와 무아레 피치와의 관계를 나타내는 그래프에서, 3차 무아레까지를 고려한 것이다.4 is a graph showing the relationship between the ratio of the pitch of each optical plate member and the moire pitch.
도 5는, 본 발명의 제 2 실시예에 있어서 편광 분리 소자를 나타내는 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing a polarization splitting element in a second embodiment of the present invention.
<부호의 간단한 설명><Short description of symbols>
2 백라이트 유닛 2 backlight units
5 광원 5 light source
7, 31 편광 분리 소자 7, 31 polarization splitter
11 공기층11 air layer
12, 32 제 1 광학판 부재12, 32 first optical plate member
13, 33 제 2 광학판 부재13, 33 2nd optical plate member
12A, 13A, 32A, 33A 굴곡면12A, 13A, 32A, 33A Curved Surface
34, 35 편광도 증폭막34, 35 polarization amplifier
본 발명은, 예를 들면, 액정표시장치 등에 이용되는 편광 분리 소자 및 이것을 구비한 백라이트 유닛에 관한 것이다. The present invention relates to, for example, a polarization splitting element used for a liquid crystal display device and the like and a backlight unit having the same.
일반적으로, 액정표시장치에 있어서 표시 방법으로서, 액정층과 액정층을 협지하는 한 쌍의 유리 기판과 한 쌍의 유리 기판의 각각에 설치한 편광판을 갖는 액정 패널을 이용하여 전기적으로 액정의 배향 상태를 제어하고, 상기 액정 패널에 이면측으로부터 조명광을 조사하는 백라이트 유닛에 의해서 액정 패널을 투과한 투과광을 시인하는 방법이 있다.Generally, as a display method in a liquid crystal display device, the alignment state of a liquid crystal is electrically performed using the liquid crystal panel which has a pair of glass substrate which clamps a liquid crystal layer and a liquid crystal layer, and the polarizing plate provided in each of a pair of glass substrate. And a visible light transmitted through the liquid crystal panel by a backlight unit that irradiates the liquid crystal panel with illumination light from the rear surface side thereof.
이와 같은 액정 표시 장치에 이용되는 백라이트 유닛에 있어서, 조사에 의해서 보다 선명한 표시를 얻기 위하여, 액정 패널에 의해 많은 광량의 조명광을 조사할 수 있는 직하형 백라이트 유닛이 이용되고 있다.In the backlight unit used for such a liquid crystal display device, in order to obtain a clearer display by irradiation, the direct type backlight unit which can irradiate a large amount of illumination light with a liquid crystal panel is used.
이와 같은 백라이트 유닛에서는, 광선 이용 효율을 향상시키기 위해 편광 분 리 소자가 설치되어 있다. 편광 분리 소자로서, 복굴절 재료층을 다수 적층해서 한 쪽의 직선 편광을 투과시킴과 동시에 다른 쪽의 직선 편광을 반사시키는 편광 분리 소자나, 기판 상에 콜레스테릭(Cholesteric) 액정을 적층해서 한쪽 원편광을 투과시킴과 동시에 역회전의 원편광을 반사시키는 편광 분리 소자가 제안되고 있다. 그런데, 양자모두 구조가 복잡하고, 제조가 곤란하다. 따라서, 대면적화 했을 때에, 편광 분리 소자를 면내에서 균일화하기 어렵다고 하는 문제가 있다.In such a backlight unit, a polarization splitting element is provided in order to improve light use efficiency. As a polarization splitting element, a plurality of birefringent material layers are laminated to transmit one linearly polarized light and reflect the other linearly polarized light, or a cholesteric liquid crystal is laminated on a substrate to form one circle. Background Art A polarization splitting element that transmits polarized light and reflects circularly polarized light in reverse rotation has been proposed. By the way, both are complicated in structure and difficult to manufacture. Therefore, when large area is made, there exists a problem that it is difficult to make uniform a polarization splitting element in surface.
한편, 한 쪽면이 산부와 골짜기부를 교대 또한 상호로 평행하게 형성한 굴곡면이고, 다른 쪽 면이 평면에 있어서, P편광을 S편광보다도 많이 투과시키는 광학판 부재를 적어도 한 쌍 갖고, 한 쌍의 광학판 부재의 굴곡면이 공기층을 개재해서 산부의 능선이 서로 대략 평행하게 되도록 대향 배치된 편광 분리 소자가 제안되고 있다.(예를 들면, 비특허 문헌 1 참조). 이 편광 분리 소자는, 브루스터각(Brewster angle)을 이용한 광학판 부재를 이용하고 있으므로 구조가 간단하고, 한 쌍의 광학판 부재의 사이에 공기층을 개재시킴으로서 편광 분리 기능을 증대시키고 있다.On the other hand, one side is a curved surface formed by alternately paralleling the peaks and valleys, and the other surface has at least one pair of optical plate members that transmit P polarized light more than S polarized light in a plane. A polarization splitting element has been proposed in which the curved surface of the optical plate member is disposed so that the ridges of the mountain portions are substantially parallel to each other via the air layer. (See Non-Patent
<비특허 문헌 1> 스즈끼 등 저, 「백라이트 유닛용 반사형 편광 시트」(Reflective Polarizer Sheet on the Backlighting Unit), SID 다이제스트(SID Digest), 1997년, p. 813-816[Non-Patent Document 1] Suzuki et al., "Reflective Polarizer Sheet on the Backlighting Unit," SID Digest, 1997, p. 813-816
그러나, 상기 종래의 편광 분리 소자에는, 이하의 과제가 남아 있다. 즉, 동 일 피치를 갖는 광학판 부재를, 그 굴곡면이 서로 대향하도록 배치한 구성으로 되어 있다. 따라서, 약간의 제조 오차 등에 의해서 피치의 빗나감이 생김으로서, 무아레가 시인된다고 하는 문제가 있다. However, the following subjects remain in the said conventional polarization splitting element. In other words, the optical plate member having the same pitch is arranged such that its curved surfaces face each other. Therefore, there exists a problem that moire is visually recognized because a deviation of a pitch occurs because of some manufacturing error.
본 발명은, 전술한 과제에 감안해서 이루어진 것으로, 투과광을 관찰했을 때, 무아레를 인식하지 않은 편광 분리 소자 및 백라이트 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다. This invention is made | formed in view of the above-mentioned subject, and an object of this invention is to provide the polarization splitting element and backlight unit which did not recognize moire when the transmitted light was observed.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이하의 구성을 채용하였다. 즉, 본 발명의 편광 분리 소자는, 한쪽 면에 산부와 골짜기부를 교대 또는 상호로 평행하게 형성한 굴곡면을 갖고, 다른 쪽 면에 평면을 갖는 것과 동시에, 제 1직선 편광을 편광 방향이 그 제 1 직선 편광과 직교하는 제 2 직선 편광보다도 많이 투과시키는 광학판 부재를 적어도 한 쌍 구비하고, 상기 한 쌍의 광학판 부재의 각각의 상기 굴곡면이, 상기 산부의 능선이 서로 대략 평행하게 되도록 공기층을 개재해서 대향 배치된 편광 분리 소자에 있어서, 상기 한 쌍의 광학판 부재 중 한 쪽의 상기 산부의 피치를 다른 쪽의 상기 산부의 피치와 다르게 하는 것에 의하여, 무아레를 식별 불가능하게 한 것을 특징으로 한다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM This invention employ | adopted the following structures in order to solve the said subject. That is, the polarization splitting device of the present invention has a curved surface in which the peaks and valleys are alternately formed or parallel to each other on one surface, have a flat surface on the other surface, and the first linearly polarized light has a polarization direction. At least one pair of optical plate members which transmit more than 2nd linearly polarized light which is orthogonal to 1 linearly polarized light, and each said curved surface of the said pair of optical plate members has an air layer so that the ridgeline of the said mountain part may be substantially parallel with each other. In the polarization splitting element disposed to face each other, the moire is made indistinguishable by changing the pitch of the peak of one of the pair of optical plate members different from the pitch of the peak of the other. do.
이 발명에서는, 대향 배치된 굴곡면의 피치가 서로 다르게 하여 무아레를 식별 불가능하게 함으로써, 편광 분리 소자를 투과한 조명광의 면내에 있어서 휘도 얼룩을 저감시킬 수 있다. 또한, 대향 배치된 굴곡면의 산부의 피치가 달라 있음으 로서, 각 굴곡면이 서로 밀접하는 것이 없으므로, 공기층을 확실하게 형성할 수 있다. 이 때문에, 편광 분리 소자에 의한 편광 분리 기능을 유지할 수 있다.In this invention, by making the moire indistinguishable because the pitches of the curved surfaces arranged opposite are different, the luminance unevenness can be reduced in the plane of the illumination light transmitted through the polarization splitting element. In addition, since the pitches of the peaks of the curved surfaces that are arranged opposite are different, the curved surfaces do not closely contact each other, so that the air layer can be reliably formed. For this reason, the polarization separation function by a polarization separation element can be maintained.
여기서, 굴곡면의 굴곡각을, 편광 분리 소자에 입사하는 광의 브루스터각을 θB(deg)라고 했을 때에, 180°-2θB이상 180°-2(θB+15°)이하로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 편광 분리 소자의 두께 방향으로 입사한 광 중 한쪽의 제 1 직선 편광이 공기층을 대략 무반사로 투과하므로, 제 1 직선 편광을 제 2 직선 편광 보다도 많이 투과시켜 편광 분리 기능을 보다 높일 수 있다.Here, when the bend angle of the curved surface is assumed to be θ B (deg), the Brewster angle of light incident on the polarization splitting element is preferably 180 ° -2θ B or more and 180 ° -2 (θ B + 15 °) or less. . As a result, since the first linearly polarized light of one of the light incident in the thickness direction of the polarization splitting element is transmitted through the air layer with substantially no reflection, the first linearly polarized light is transmitted more than the second linearly polarized light, thereby increasing the polarization splitting function. have.
<실시 예><Example>
이하, 본 발명에 관계된 편광 분리 소자 및 백라이트 유닛의 제 1 실시예를, 도면을 참조하면서 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the 1st Example of the polarization splitting element and backlight unit which concerns on this invention is described, referring drawings.
본 실시예에 있어서 직하형 백라이트 유닛은, 도 1에 나타낸 것과 같은 액정 표시 장치(1)의 조명 수단으로서 이용된다. 상기 액정 표시 장치(1)는, 백라이트 유닛(2)과, 액정 패널(3)을 구비한다. In this embodiment, the direct type backlight unit is used as the lighting means of the liquid
백라이트 유닛(2)은, 광원(5)과, 확산판(6)과, 편광 분리 소자(7)와, 이들을 수납하는 광체(8)를 구비하고 있다.The
광원(5)은, 예를 들면 냉음극 형광등으로 구성되어 있고, 무편광의 광을 출사한다. 또한, 광원(5)에는, 이러한 냉음극 형광등을 구동 제어하는 구동 회로(도시 생략)나, 인버터(도시 생략) 등이 설치되어 있다.The
확산판(6)은, 광원(5)으로부터 출사한 광을 확산하고, 광원(5)으로부터 편광 분리 소자(7)를 향하는 조명광의 진행 방향을 균일하게 한다.The
편광 분리 소자(7)는, 공기층(11)을 개재하여 대향 배치된 한 쌍의 제 1 및 제 2 광학판 부재(12, 13)에 의해서 구성되어 있다.The polarization splitting element 7 is constituted by a pair of first and second
제 1 및 제 2 광학판 부재(12, 13)는, 예를 들면 굴절율이 1.493의 PMMA(Polymethyl methacrylate : 폴리 메틸 메타 크릴레이트)로 구성되어 있고, 한 쪽면이 산부 및 골짜기부가 교대로 일정한 간격으로 반복해서 형성된 굴곡면(12A, 13A)으로 되어 있고, 다른 쪽 면이 평면으로 되어 있다. 제 1 광학판 부재(12)는, 산부 및 골짜기부의 굴곡각(θP1)이 112.4°로 되어 있고, 산부의 정점 간격인 피치 (P1)가 예를 들면 50μm으로 되어 있다. 또한, 제 2 광학판 부재(13)는, 확산판(6)과 제 1 광학판 부재(12)와의 사이에 배치되어 있고, 굴곡각(θP2)이 112.4°, 피치(P2)가 제 1 광학판 부재(12)의 피치(P1)와 다른 75μm로 되어 있다. 따라서, 피치(P1)와 피치(P2)와의 비(P2/ P1)는 1.5로 되어 있다.The first and second
여기서, 제 1 및 제 2 광학판 부재(12, 13)의 굴곡각 (θP1, θP2)에 대해서 설명한다. 우선, 굴절율이 nA의 매질(A)로부터 굴절율이 nB의 매질(B)과의 계면을 향해서 진행하는 광의 브루스터각 (θB)은,Here, the bending angles θ P1 and θ P2 of the first and second
θB=tan-1 (nB / nA) θ B = tan -1 (n B / n A )
로 된다. 그리고, 매질(A)과 매질(B)의 경계로의 입사각을 브루스터각(θB)으로 함으로서, 한쪽의 직선 편광인 P편광이 무반사로 투과하고, 다른 쪽의 직선 편광인 S편광이 계면으로 반사한다. 본 실시예에서는, 매질(A)인 제 1 광학판 부재(12)의 굴절율 (nA)이 1. 493, 매질(B)인 공기층(11)의 굴절율 nB이 1이므로, 제 1 및 제 2 광학판 부재(12, 13)에 있어서 브루스터각(θB)이, 33.8°으로 된다.It becomes By making the angle of incidence at the boundary between the medium A and the medium B the Brewster angle θ B , the P-polarized light of one linearly polarized light is transmitted without reflection and the S polarized light of the other linearly polarized light is transferred to the interface. Reflect. In this embodiment, since the refractive index n A of the first
또한, 일반적으로, 매질(A)과 매질(B)의 계면에 입사하는 P편광의 투과율과 S편광의 투과율과의 비인 편광 분리 기능은 브루스터각(θB)보다도 조금 큰 입사각에 있어서 최대로 되고, 본 실시예에서는 브루스터각(θB)보다도 15° 정도 큰 입사각에 있어서 편광 분리 기능이 최대로 된다. 이상으로부터, 공기층(11)으로의 입사각으로서 바람직한 범위는 33.8°~48.8°로 된다.In general, the polarization separation function, which is a ratio between the transmittance of P-polarized light and the transmittance of S-polarized light, which enters the interface between medium A and medium B , is maximized at an angle of incidence slightly larger than Brewster's angle θ B. In this embodiment, the polarization splitting function is maximized at an incidence angle that is about 15 degrees larger than the Brewster angle θ B. As mentioned above, the preferable range as an incident angle into the
이것에 의해, 제 1 및 제 2 광학판 부재(12, 13)의 굴곡각(θP1, θP2)은, 편광 분리 소자(7)에 대해서 제 1 및 제 2 광학판 부재(12, 13)의 중첩 방향, 즉 도 1 및 도 2에 나타낸 화살표 X방향으로 진행하는 광의 입사각이 33.8°~48.8°으로 되도록, 82.4°~112.4°인 것이 바람직한 것이 된다.As a result, the bend angles θ P1 and θ P2 of the first and second
또한, 광체(8)의 내벽에는, 확산판(6)이나 편광 분리 소자(7)로 반사해서 광체(8)의 내벽으로 향하는 광을 반사시키는 내면 반사층(18)이 설치되어 있다.In addition, an inner
액정 패널(3)은, 액정층(21)과, 액정층(21)의 양면에 배치된 한 쌍의 유리 기판(22, 23)과, 유리 기판(22, 23)의 각각의 외면에 배치된 편광판(24, 25)을 구 비하고 있다.The
한 쌍의 유리 기판(22, 23)의 서로가 대향하는 내면에는, 액정층(21)에 전압을 인가하는 ITO(Indium Tin Oxide : 산화 인듐) 등으로 형성된 투명전극(도시 생략)이 설치되어 있다.On the inner surface of the pair of
광원(5)으로부터 출사해서 확산판(6)에서 확산된 조명광은, 편광 분리 소자(7)로 입사해서 한쪽의 직선 편광 성분인 P편광 성분과 다른 쪽의 직선 편광 성분인 S편광 성분으로 분리되고, P편광 성분이 S편광 성분보다도 많이 편광 분리 소자(7)를 투과한다. 그 후, 액정 패널(3)로 입사한다. 여기서, 편광 분리 소자(7)에 의한 편광의 분리 방법에 대해서 설명한다.The illumination light emitted from the
도 2에 나타낸 것과 같이, 화살표 X방향에서 제 2 광학판 부재(13)로 입사해서 굴곡면(13A)에 도달하는 P편광은, 본 실시예와 같이 굴곡각 θP2가 112.4°의 경우, 굴곡면(13A)에 입사각 33.8°(=90-112.4°/2)에서 입사하므로, 제 2 광학판 부재(13)에 입사한 광의 대부분이 투과해서 공기층(11)에 입사한다. As shown in Fig. 2, the P-polarized light that enters the second
그리고, 공기층(11)에 입사한 P편광은, 제 1 광학판 부재(12)의 굴곡면(12A)에 도달하지만, 상술한 제 2 광학판 부재(13)와 마찬가지로, 입사한 광의 대부분이 제 1 광학판 부재(12)를 투과한다.The P-polarized light incident on the
또한, 도 2에 나타낸 것과 같이, 화살표 X방향에서 제 2 광학판 부재(13)로 입사해서 굴곡면(13A)에 도달하는 S편광은, 굴곡면(13A)에 입삭각 33.8°에서 입사하므로, 굴곡면(13A)에서 일부가 반사되고, 나머지 부분이 제 2 광학판 부재(13)를 투과해서 공기층(11)에 입사한다. 그리고, 제 2 광학판 부재(13)를 투과한 일부의 S편광은, 제 2 광학판 부재(13)와 마찬가지로, 제 1 광학판 부재(12)에서 일부가 반사하고, 나머지 부분이 제 1 광학판 부재(12)를 투과한다. 그런데, 제 1 및 제 2 광학판 부재(12, 13)의 각각의 굴곡면(12A, 13A)에서 반사, 투과를 차례로 반복하는 것에 의해, 제 1 광학판 부재(12)를 투과하는 S편광은 적어진다.As shown in FIG. 2, since the S-polarized light incident on the second
이상과 같이, 편광 분리 소자(7)에서 P편광과 S편광을 분리한다.As described above, the P-polarized light and the S-polarized light are separated by the polarization splitting element 7.
즉, 제 2 광학판 부재(13)의 평면에 입사하는 광의 입사각이 도 2에 나타낸 화살표 X 방향과 교차하는 각도를 갖고 있어도, 굴절율이 작은 매질인 공기로부터 굴절률이 큰 매질인 제 2 광학판 부재(13)에 입사하기 때문에, 스넬 법칙에 의해, 도 2에 나타낸 화살표 X방향에 대한 각도가 작아진다. 예를 들면, 화살표 X방향에 대한 각도가 대략 90°인 광이 제 2 광학판 부재(13)로 입사했을 때, 제 2 광학판 부재(13) 중에 있어서 화살표 X방향에 대한 각도가 약 42°로 된다. 이 때문에, 제 2 광학판 부재(13) 내에서 집광할 수 있다. 따라서, 굴곡면(13A)에 있어서 광의 입사각을 브루스터각(θB)에 가까워지고, 편광 분리 기능을 향상시킬 수 있다.That is, even if the angle of incidence of light incident on the plane of the second
또한, 제 1 광학판 부재(12)의 피치(P1)와 제 2 광학판 부재(13)의 피치(P2)와의 비(P2/ P1)와, 무아레 피치와의 관계는, 2차 무아레까지 고려한 경우에 있어서 도 3에 나타낸 것과 같이 되고, 3차 무아레까지 고려한 경우에 있어서 도 4에 나타낸 것과 같이 된다.Further, the relationship between the first optical plate pitch (P 1) and the ratio (P 2 / P 1) with a pitch (P 2) of the second
또한, 인간의 눈의 분해능을 1분(1/60°)으로서 액정표시장치(1)로부터 1000mm 떨어진 지점을 관찰 위치라고 한 경우, In addition, when the resolution of the human eye is 1 minute (1/60 °) and a point 1000 mm away from the liquid
tan(1/60) × 1000 = 0.290tan (1/60) × 1000 = 0.290
으로부터, 290μm 정도가 식별 하한 값으로 된다. 따라서, 무아레 피치가 290μm보다도 작으면, 무아레가 식별 불가능 하게 된다. 본 실시예에서는, 피치(P1)과 피치(P2)와의 비(P2/ P1)는 1.5이고, 2차 무아레까지를 고려한 경우에 있어서 식별 하한 값인 290μm보다 작으므로, 액정표시장치(1)를 관찰했을 때에 무아레가 식별 불가능하게 된다. 즉, 3차 무아레까지 고려한 경우에 있어서 무아레 피치가 무아레를 식별 가능한 레벨로 되어 있지만, 무아레의 차수가 높아짐에 따라서 무아레의 농담(濃淡)이 작아진다. 따라서, 3차 무아레까지 고려한 경우에 있어서 무아레 피치가 무아레를 식별 가능한 레벨에 있어도, 무아레의 식별을 충분히 경감할 수 있다.From the above, about 290 μm becomes the identification lower limit value. Therefore, if the moire pitch is smaller than 290 μm, the moire becomes impossible to identify. In the present embodiment, the ratio P 2 / P 1 between the pitch P 1 and the pitch P 2 is 1.5 and is smaller than 290 μm, which is the lower limit of identification when the second moire is considered. Moire becomes indistinguishable when 1) is observed. That is, in the case where even the third moire is considered, the moire pitch is at a level at which the moire can be distinguished. However, as the order of the moire increases, the moire shade becomes smaller. Therefore, even when the third moire is considered, even if the moire pitch is at a level at which the moire can be identified, the identification of the moire can be sufficiently reduced.
이와 같이 구성된 편광 분리 소자(7) 및 이것을 구비하는 백라이트 유닛(2)에 의하면, 제 1 및 제 2 광학판 부재(12, 13)의 피치(P1, P2)의 비(P2/ P1)를 1.5라고 했으므로, 2차 무아레까지를 고려한 경우에 있어서 무아레를 식별 불가능으로 할 수 있다. 따라서, 편광 분리 소자(7)를 투과한 조명광의 편광 얼룩을 저감할 수 있다.According to the polarization splitting element 7 configured as described above and the
또한, 굴곡면(12A, 13A)이 서로 밀접하는 것이 없으므로, 굴곡면(12A)과 굴곡면(13A)과의 사이에 공기층(11)을 확실하게 형성하여, P편광과 S편광과의 편광 분리 기능을 유지할 수 있다.In addition, since the
다음으로, 제 2 실시예에 대하여 도 5을 참조하면서 설명한다. 즉, 여기서 설명하는 실시예는, 그 기본적 구성이 상술한 제 1 실시예와 동일하고, 상술한 제 1 실시예에 다른 요소를 부가한 것이다. 따라서, 도 5에 있어서는, 도 2와 동일 구성 요소에 동일 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다.Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. That is, the embodiment described here is basically the same as the first embodiment described above, and adds other elements to the first embodiment described above. Therefore, in FIG. 5, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as FIG. 2, and the description is abbreviate | omitted.
제 2 실시예와 제 1 실시예와의 다른 점은, 편광 분리 소자(31)가 제 1 및 제 2 광학판 부재(32, 33)의 각각의 굴곡면(32A, 33A) 상에 형성된 편광도 증폭막(34, 35)을 갖는 점이다.The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the
제 1 광학판 부재(32)는, 굴곡면(32A)의 굴곡각(θP1)이 112.4°, 피치(P3)가 50μm으로 되어 있다. 또한, 제 2 광학판 부재(33)는, 굴곡면(33A)의 굴곡각(θP2)이 112.4°, 피치(P4)가 82.5μm으로 되어 있다. 따라서, 피치(P3)과 피치(P4)와의 비(P4/ P3)는 1.65로 되어 있다.The first
편광도 증폭막(34, 35)은, 예를 들면, 굴절율이 2.28인 TiO2(산화티탄)에 의해서 구성되고, 제 1 및 제 2 광학판 부재(32, 33)의 굴곡면(32A, 33A)에 각각 증착법에 의해서 형성되어 있다. 이 편광도 증폭막(34, 35)의 두께는, 각각 가시광 영역인 파장 380nm~780nm 중으로부터 대표적인 파장 550nm의 광에 있어서 1/4파장으로 되도록, 예를 들면, 63nm으로 되어 있다. 따라서, 편광도 증폭막(34, 35)은, 광의 간섭 현상에 의해 모든 증반사막으로 되어 있다.The polarization
따라서, 제 2 광학판 부재(33)에 입사하는 P편광의 대부분은, 제 2 광학판 부재(33), 편광도 증폭막(35), 편광도 증폭막(34), 제 1 광학판 부재(32)를 투과한 다. Therefore, most of the P-polarized light incident on the second
한편, S편광은, 편광도 증폭막(35)의 입사측의 면에서 일부가 반사되어 나머지 부분이 투과하지만, 편광도 증폭막(35)을 설치하여 반사율을 높이고 있으므로, 굴곡면(33A)에 있어서 대부분의 S편광이 반사된다.On the other hand, S polarized light is partially reflected from the incident side surface of the polarization
또한, 본 실시예에서는, 피치(P3)와 피치(P4)와의 비(P4/ P3)는 1.65이고, 3차 무아레까지를 고려한 경우에 있어서도 식별 하한 값인 290μm보다 작으므로, 액정표시장치를 관찰했을 때에 무아레가 식별 불능으로 된다.In addition, in the present embodiment, the ratio P 4 / P 3 between the pitch P 3 and the pitch P 4 is 1.65, and even when the third order moire is taken into consideration, the liquid crystal display is smaller than the lower limit of 290 μm. The moire becomes indistinguishable when the device is observed.
이와 같이 구성된 편광 분리 소자(31) 및 이것을 구비하는 백라이트 유닛은, 상술한 제 1 실시예와 동일한 작용, 효과를 나타내지만, 편광도 증폭막(34, 35)에 의해 반사율을 높이고, 그 결과 S편광의 투과율을 보다 작게 한 것이고, 편광 분리 기능을 높게 해서 광원(5)의 광선 이용 효율을 향상시킬 수 있다.The
또한, 제 1 및 제 2 광학판 부재(32, 33)의 피치 (P3, P4)의 비(P4/ P3)를 1.65라고 했으므로, 3차 무아레까지를 고려한 경우에 있어서 무아레를 식별 불가능하게 할 수 있다. 따라서, 편광 분리 소자(31)를 투과한 조명광의 휘도 얼룩을 보다 저감할 수 있다.In addition, since the ratio P 4 / P 3 of the pitches P 3 and P 4 of the first and second
여기서, 편광도 증폭막(34, 35)의 막 두께를 41.7(=380/(4×2.28))nm 이상 85.5(=780/(4×2.28))nm 이하인 63nm으로 하고 있으므로, 가시광 영역의 파장 S편광에 대한 반사 효과를 가지게 할 수 있다.Here, since the film thickness of the polarization
<실시예 1><Example 1>
다음으로, 본 발명에 관계된 편광 분리 소자를, 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명한다.Next, an Example demonstrates the polarization splitting element which concerns on this invention more concretely.
이하의 표 1에 나타낸 것과 같은 재료, 굴곡각, 피치의 제 1 및 제 2 광학판 부재를 갖는 편광 분리 소자를 형성하고, 각각 제 1~제 5 실시예 및 제 1 및 제 2 비교예로 하였다. 즉, 제 3~제 5 실시예에서는, 제 1 및 제 2 광학판 부재의 각각의 굴곡면에 편광도 증폭막을 형성하고 있다.A polarization splitting element having the first and second optical plate members having the same materials, bending angles, and pitches as shown in Table 1 below were formed, and the first to fifth examples and the first and second comparative examples were formed, respectively. . That is, in the third to fifth embodiments, the polarization degree amplifying film is formed on each curved surface of the first and second optical plate members.
여기서, PMMA의 굴절율은 1.493, COP(시클로올레핀 폴리머)의 굴절율은 1.53, TiO2의 굴절율은 2.28, Pb2O5(산화납)의 굴절율은 2.20이다. 따라서, 제 1 및 제 2 광학판 부재로서 COP를 이용한 경우, 브루스터각(θB)은 133.6°이다. Here, the refractive index of PMMA is 1.493, the refractive index of COP (cycloolefin polymer) is 1.53, the refractive index of TiO 2 is 2.28, and the refractive index of Pb 2 O 5 (lead oxide) is 2.20. Therefore, when COP is used as the first and second optical plate members, the Brewster angle θ B is 133.6 °.
<표 1>TABLE 1
이와 같이하여 형성한 편광 분리 소자에 있어서 P편광, S편광의 투과율 및 반사율을 측정하고, 편광도(P. d)를 산출했다. 또한, 이들 편광 분리 소자를 백라이트 유닛에 편입한 상태에서 광 이용효율(T. L. T)를 측정했다. 또한, 액정표시장 치로부터 1000mm 떨어진 관찰 위치에 있어서 무아레의 식별 여부를 판단하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.In the polarization splitting element thus formed, the transmittance and reflectance of P-polarized light and S-polarized light were measured, and the polarization degree P.d was calculated. In addition, the light utilization efficiency (T. L. T) was measured in the state which incorporated these polarization split elements into the backlight unit. In addition, it was determined whether or not the moire was identified at the observation position 1000 mm away from the liquid crystal display device. The results are shown in Table 2.
즉, 편광도는, P편광의 투과율을 TP, S편광의 투과율을 TS라고 했을 때에, ((TP-TS)/(TP+ TS)) 로 나타난다.That is, when the degree of polarization is that the transmittance of P-polarized T P, TS the transmittance of S polarized light, ((TP-TS) / (TP + TS))
또한, 광선 이용 효율은, TP×50% 보다도 크면, 편광 분리 소자로서의 효과가 인정될 수 있게 된다. 이것은, 자연광에는 P편광 성분과 S편광 성분이 50%씩 포함되어 있으므로, 편광 요소가 없는 상태에 있어서, P편광에 대한 광선 이용 효율은 이론적으로 TP의 50%가 상한으로 되기 때문이다.Moreover, when light use efficiency is larger than TP * 50%, the effect as a polarization separation element can be recognized. This is because the natural light contains 50% of the P-polarized component and the S-polarized component, so that in the absence of the polarizing element, the light utilization efficiency for P-polarized light is theoretically 50% of TP.
<표 2>TABLE 2
표 2로부터, 어느 것이나 모두 제 1 광학판 부재의 피치와 제 2 광학판 부재의 피치와의 비(제 2 광학판 부재의 피치/제 1 광학판 부재의 피치)가 1.35, 1.5, 1.65, 2.5 또는 3 이상의 어느 하나이기 때문에, 무아레 피치가 관찰 거리를 1000mm로 했을 때의 식별 하한 값인 290μm 보다도 작은 값으로 되었다. 따라서, 무아레를 식별 불가능 하게 할 수 있었던 것을 확인했다.From Table 2, the ratio between the pitch of the first optical plate member and the pitch of the second optical plate member (the pitch of the second optical plate member / the pitch of the first optical plate member) is 1.35, 1.5, 1.65, 2.5 in both cases. Or, since it is one of three or more, the moire pitch became a value smaller than 290 micrometers which is a lower limit of identification when the observation distance is 1000 mm. Therefore, we confirmed that moire could not be identified.
또한, 실시예 3~5에 있어서, 편광도 증폭막을 형성함으로서 반사율을 높게 해서 S편광의 투과율을 저감하고, 편광도가 증대하고 있는 것을 확인했다.In addition, in Examples 3 to 5, by forming a polarization degree amplification film, it was confirmed that the reflectance was increased, the transmittance of S polarized light was reduced, and the degree of polarization was increased.
즉, 실시예의 어느 것에 있어서도, T. L. T가 50%보다도 큰 값으로 되고, 광선 이용 효율이 편광 분리 소자를 설치하지 않은 경우와 비교해서 증대하는 것을 확인했다.That is, in any of the examples, it was confirmed that T.L.T is a value larger than 50% and the light beam utilization efficiency is increased in comparison with the case where no polarization splitting element is provided.
즉, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 변경을 부가하는 것이 가능하다.That is, this invention is not limited to the said Example, It is possible to add various changes in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
예를 들면, 제 1 및 제 2 광학판 부재의 굴곡면 상에, 각각 반사 증폭막으로서 각 광학판 부재보다도 높은 굴절율을 갖는 고굴절율막과, 고굴절율막 보다도 낮은 굴절율을 갖는 저굴절율막을 교대로 복수 적층해도 좋다. 여기서, 고굴절율막(굴절율:n1)의 막두께와 저굴절율막(굴절율:n2)의 막두께는, 각각 (380/(4×n1))nm 이상 ((780/(4×n1))nm 이하, (380/(4×n2))nm 이상 (780/(4×n2))nm 이하인 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 반사 증폭막이 다중 반사막으로서 기능하고, 가시광 영역의 파장의 S편광에 대한 보다 높은 반사 효과를 갖게 할 수 있고, 편광도를 향상시킨 제 2 실시예보다도 증대시킬 수 있다.For example, a high refractive index film having a higher refractive index than each optical plate member and a low refractive index film having a lower refractive index than the high refractive index film are alternately arranged on the curved surfaces of the first and second optical plate members, respectively. You may laminate more than one. Here, the film thickness of the high refractive index film (refractive index: n 1 ) and the low refractive index film (refractive index: n 2 ) are respectively (380 / (4 × n 1 )) nm or more ((780 / (4 × n)). 1 )) nm or less, and (380 / (4 × n 2 )) nm or more and (780 / (4 × n 2 )) nm or less are preferable. With this configuration, the reflective amplification film functions as a multiple reflection film and the visible light region It can make higher reflection effect with respect to S polarization | polarized-light of the wavelength of, and can increase than the 2nd Example which improved polarization degree.
여기서, 고굴절율막으로서, 상술한 제 2 실시예에 있어서 편광 증폭막에 이용한 TiO2 이외에, Nb2O5나 ITO(산화 인듐)등, 가시광 영역에 있어서 투과성을 갖고, 또한 각 광학판 부재에 이용되는 수지 재료보다도 고굴절율인 재료를 이용할 수 있다. 또한, 저굴절율막으로서, SiO2(산화규소), MgF2(불화 마그네슘) 등, 가시광 영역에 있어서 투광성을 갖고, 또한 고굴절율막에 이용되는 고굴절율 재료보다도 저굴절율인 재료를 이용할 수 있다. Here, as the high refractive index film, TiO used for the polarization amplification film in the above-described second embodiment2 In addition, Nb2O5A material having transparency in a visible light region such as ITO (indium oxide) and a higher refractive index than a resin material used for each optical plate member can be used. In addition, as the low refractive index film, SiO2(Silicon oxide), MgF2Materials having a light transmittance in the visible light region such as (magnesium fluoride) and having a lower refractive index than those of the high refractive index material used for the high refractive index film can be used.
또한, 편광 분리 소자와 광원과의 사이에 확산 시트가 배치되어 있지만, 확산 시트를 배치하지 않은 구성으로 해도 좋다. 또한, 편광 분리 소자와 액정 패널과의 사이에 확산 시트나 프리즘 시트를 배치한 구성으로 해도 좋다.In addition, although the diffusion sheet is arrange | positioned between a polarization separation element and a light source, you may make it the structure which does not arrange | position a diffusion sheet. Moreover, it is good also as a structure which arrange | positioned the diffusion sheet and the prism sheet between the polarization separation element and the liquid crystal panel.
또한, 편광 분리 소자는 제 2 광학판 부재를 제 1 광학판 부재보다도 광원측으로 배치한 구성으로 되어 있지만, 제 1 광학판 부재를 광원측으로 배치해도 좋다. In addition, the polarization splitting element has a configuration in which the second optical plate member is disposed on the light source side than the first optical plate member, but the first optical plate member may be disposed on the light source side.
또한, 상기 실시예에서는 편광 분리 소자가 한 쌍의 제 1 및 제 2 광학판 부재만을 갖는 구성으로 되어 있지만, 2 쌍 이상의 제 1 및 제 2 광학판 부재가 공기층을 개재해서 적층된 구성으로 해도 좋다.In the above embodiment, the polarization splitting element has only a pair of first and second optical plate members, but two or more pairs of first and second optical plate members may be laminated via an air layer. .
또한, 제 1 및 제 2 광학판 부재로서 PMMA를 이용하고 있지만, 광학 이방성을 가지지 않고, 또한 가시광 영역에서 높은 투과율을 갖는 수지 재료라면, 실시예와 마찬가지로 COP를 이용해도 좋고, 아크릴이나 PS(폴리스틸렌) 등 다른 수지 재료를 이용해도 좋다. 또한, PC(폴리카보네이트) 등과 같이 복굴절성을 갖는 수지 재료라도, 캐스팅법 등, 광학 이방성의 발현을 억제할 수 있는 수법으로 작성함으로써 제 1 및 제 2 광학판 부재로서 적용할 수 있다.In addition, although PMMA is used as the 1st and 2nd optical plate members, as long as it is a resin material which does not have optical anisotropy and has high transmittance | permeability in visible region, you may use COP similarly to an Example, and acryl and PS (polystyrene) Or other resin materials may be used. Moreover, even if it is a birefringent resin material like PC (polycarbonate) etc., it can apply as a 1st and 2nd optical plate member by creating by the method which can suppress the expression of optical anisotropy, such as the casting method.
또한, 제 1 및 제 2 광학판 부재의 두께는, 설계에 따라 적의 변경해도 좋 다.In addition, you may change suitably the thickness of a 1st and 2nd optical plate member according to a design.
또한, 제 1 및 제 2 광학판 부재의 각각의 굴곡면에 있어서 굴곡각은, 브루스터각을 θB(deg)에 대해서, 180°-2θB이상 180°-2(θB+15°)이하라면 적의 변경해도 좋다. 또한, 제 1 광학판 부재에 있어서 굴곡면과 제 2 광학판 부재에 있어서 굴곡각이 다른 값이라도 좋다.In addition, if the bending angle in each curved surface of the first and second optical plate members is equal to or greater than 180 ° -2θ B and less than 180 ° -2 (θ B + 15 °) with respect to θ B (deg), You may change your enemy. In addition, a value different from the bending angle in the curved surface and the second optical plate member in the first optical plate member may be used.
제 1 및 제 2 광학판 부재의 피치는, 제 1 광학판 부재의 피치와 제 2 광학판 부재의 피치와의 비(제 2 광학판 부재의 피치/제 1 광학판 부재의 피치)가 1.35, 1.5, 1.65, 2.5 또는 3이상의 어느 하나를 만족하는 값이라면 적의 변경해도 좋다. 여기서, 제조 오차 등에 의해 각 광학 부재의 피치에 ±3% 정도의 차이가 발생한 경우도 포함된다. 이와같이, 피치의 비를 1.5 또는 3이하로 함으로서, 2차까지를 고려했을 때에 무아레 피치를 무아레의 식별 하한 값보다 작은 값으로 할 수 있다. 또한, 피치의 비를 1.35, 1.65, 2.5 또는 4.0 이상으로 함으로서, 3차 무아레 까지를 고려했을 때에 무아레 피치를 무아레의 식별 하한 값보다 작은 값으로 할 수 있다.The pitch of the first and second optical plate members has a ratio of the pitch of the first optical plate member and the pitch of the second optical plate member (the pitch of the second optical plate member / the pitch of the first optical plate member) to be 1.35, If the value satisfies any one of 1.5, 1.65, 2.5, or 3 or more, the enemy may be changed. Here, the case where the difference of about +/- 3% generate | occur | produces in the pitch of each optical member by manufacturing error etc. is also included. Thus, by setting the ratio of the pitch to 1.5 or 3 or less, the moire pitch can be made smaller than the moire lower identification value when the second order is considered. In addition, by setting the ratio of the pitch to 1.35, 1.65, 2.5, or 4.0 or more, the moire pitch can be made smaller than the lower limit of the moire when the third moire is considered.
또한, 무아레 피치가 무아레의 식별 하한 값보다 작은 값으로 되는 구성이라면, 다른 값으로 해도 좋다.In addition, as long as the moire pitch is a value smaller than the moire lower identification limit, the value may be different.
또한, 각 공기층의 두께도 설계에 따라 적의 변경해도 좋다.In addition, you may change suitably the thickness of each air layer according to a design.
또한, 제 2 실시예에 있어서, 편광도 증폭막의 막두께는, 고굴절율막의 굴절율을 n으로 했을 때에, (380/(4×n))nm 이상 ((780/(4×n))nm 이하라면 적의 변경 해도 좋다. 그리고, 편광도 증폭막으로서 TiO2를 이용하고 있지만, 실시예나 상술한 고굴절율막과 마찬가지로, Nb2O5나 TiO2 등, 가시광 영역에 있어서 투광성을 갖고, 또한 각 광학판 부재에 이용되는 수지 재료보다도 고굴절율인 재료라면 다른 부재를 이용해도 좋다.Further, in the second embodiment, the film thickness of the polarization degree amplification film is equal to or greater than (380 / (4 x n)) nm or less ((780 / (4 x n)) nm when the refractive index of the high refractive index film is n. If TiO 2 is used as the polarization degree amplification film, however, similarly to the examples and the high-refractive index film described above, it has light transmittance in visible light regions such as Nb 2 O 5 and TiO 2 , and each optical As long as the material has a higher refractive index than the resin material used for the plate member, another member may be used.
또한, 편광도 증폭막은 증착법에 한정되지 않고, 스팩터법 다른 박막 형성 방법에 의해서 형성해도 좋다. 또한, 수지 중에 광학판 부재에 이용되는 수지 필름보다도 고굴절율의 나노 입자를 분산시키는 것을 광학판 부재의 표면에 적층하는 구성으로 해도 좋다.In addition, a polarization degree amplification film is not limited to the vapor deposition method, You may form by another thin film formation method by the sputtering method. Moreover, it is good also as a structure which laminates on the surface of an optical plate member what disperse | distributes nanoparticles of higher refractive index than resin film used for an optical plate member in resin.
또한, 제 1 및 제 2 광학판 부재의 쌍방에 편광도 증폭막을 설치하고 있지만, 어느 한쪽에만 설치하는 구성으로 해도 좋다.In addition, although the polarization degree amplification film is provided in both of the 1st and 2nd optical plate members, it is good also as a structure provided only in either one.
본 발명의 편광 분리 소자 및 백라이트 유닛에 의하면, 대향 배치된 굴곡면의 피치가 서로 다르도록 구성하고 있으므로, 무아레를 식별 불가능하게 할 수 있다. 또한, 공기층을 확실하게 형성하여서, 제 1 직선 편광과 제 2 직선 평광과의 편광 분리 기능을 유지할 수 있다. According to the polarization splitting element and the backlight unit of the present invention, since the pitches of the curved surfaces arranged opposite to each other are configured to be different from each other, the moire can be made indistinguishable. In addition, the air layer can be reliably formed to maintain the polarization separation function between the first linearly polarized light and the second linearly polarized light.
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