KR101399314B1 - Apparatus for polarized backlight unit - Google Patents

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Abstract

본 발명은 편광 기능성 백라이트 장치에 관한 것으로서, 광원부, 상기 광원부로터의 광을 면광원으로 퍼뜨려주는 도광판, 상기 도광판의 광 출사면의 상부에 위치하고, 액정패널 하면에 설치된 편광판 및 상기 도광판과 편광판 사이에 마련된 복굴절층을 포함하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 백라이트 장치는 어떠한 편광 투과 방향의 액정 패널의 편광판에 대해서도 출사광이 최대로 입사할 수 있도록 편광 상태와 편광 방향을 임의로 제어할 수 있어 빛이 액정 패널로 입사시 편광판에서 발생되는 광 손실을 줄일 수 있고, 다양한 액정 패널 조건에 대해 백라이트 장치의 광원부 위치 및 도광판 패턴 배치 대응의 자유도가 증가하여 백라이트 장치의 표준화를 기대할 수 있으며, 또한 파장별 위상차를 보상하여 가시광선 영역의 파장 대역에서 고른 위상 지연 효과를 발생시켜 균일한 편광 상태를 만들 수 있고, 이에 따라 짧은 파장 대역의 청색 영역에서 장파장 대역의 적색 영역까지 균일한 투과율을 갖게 되어 색차 발생을 줄일 수 있다.The present invention relates to a polarizing functional backlight device, which comprises a light source, a light guide plate for spreading light from the light source rotor to a surface light source, a polarizing plate disposed on a lower surface of the liquid crystal panel and disposed above the light exit surface of the light guide plate, And the polarizing direction and the polarization direction can be controlled arbitrarily so that the emitted light can be incident on the polarizing plate of the liquid crystal panel of any polarized light transmission direction at the maximum, It is possible to reduce the light loss generated in the polarizing plate upon entering the liquid crystal panel and to increase the degree of freedom in correspondence with the position of the light source portion of the backlight device and the arrangement of the light guide plate pattern with respect to various liquid crystal panel conditions, The phase difference is compensated so that the wavelength band of the visible light region Other can make a uniform polarization state by generating a phase delay effect, so that is has a uniform transmissivity in the blue region of the short wavelength band from the red region of longer wavelength bands can reduce the color deviation.

Description

편광 기능성 백라이트 장치{Apparatus for polarized backlight unit}[0001] Apparatus for polarized backlight unit [0002]

본 발명은 편광 기능성 백라이트 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 도광판의 출사면과 이에 대향하는 액정패널의 하면 편광판 사이에 복굴절 수단을 구비하여 액정패널 편광판에서 발생되는 광손실을 줄일 수 있는 편광 기능성 백라이트 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a polarizing functional backlight device, and more particularly, to a polarizing functional backlight device having birefringent means between an exit surface of a light guide plate and a lower polarizer plate of a liquid crystal panel facing the light guide plate, ≪ / RTI >

다양한 정보를 인간이 볼 수 있도록 화면으로 구현해주는 영상 표시 장치인 디스플레이는 그 산업 규모가 매우 방대하며 그 중 LCD는 전체 디스플레이 시장의 90% 이상을 차지하는 가장 대표적인 기술이다. 특히 LCD는 CRT나 PDP, OLED와 같은 다른 디스플레이와 달리 소형에서부터 대형 사이즈까지 모든 어플리케이션 영역을 커버하는 매우 확장성 있는 기술 방식이다.The display, which is a visual display device that realizes various information on the screen to be seen by human beings, is very large in scale, and LCD is the most representative technology that occupies more than 90% of the entire display market. Unlike other displays such as CRTs, PDPs, and OLEDs, LCDs are a highly scalable technology that covers all application areas from small to large.

디스플레이는 전기적 신호와 정보 등을 사람이 인지할 수 있는 시각적인 정보로 바꾸어 표시해주는 장치로서, LCD(liquid crystal display)는 외부에서 독립적으로 발광하는 광원으로부터 광을 공급받아 입력 받은 영상 신호에 따라 액정 패널(liquid crystal panel)의 화소(pixel)별로 투과되는 빛의 양을 조절하여 영상 정보를 구현하는 비자발광 방식의 디스플레이이다.A liquid crystal display (LCD) receives light from a light source that emits light independently from the outside, and displays a liquid crystal display (LCD) according to a received image signal. Emitting display that implements image information by adjusting the amount of light transmitted through each pixel of a liquid crystal panel.

따라서, 하기 도 1과 같이 LCD와 같은 비자발광 디스플레이는 별도의 광원을 필요하게 되며, 특히 투과형 또는 반투과형 액정 모드일 때는 액정 패널(10)의 배면(背面)에 광원을 배치하게 된다. 이러한 광원 장치를 일반적으로 백라이트 장치(backlight unit)(11)라고 부른다.Therefore, as shown in FIG. 1, a non-electroluminescent display such as an LCD requires a separate light source. In particular, in a transmissive or transflective liquid crystal mode, a light source is disposed on a rear surface of the liquid crystal panel 10. Such a light source device is generally referred to as a backlight unit 11.

하기 도 1에서 보는 바와 같이, 백라이트 장치(11)는 광을 발생시키는 광원부(12)와 여기서 나온 광을 시청자 방향으로 광의 진행 방향을 바꾸고 균일한 평면광으로 전환시키는 광학 부품들(13) 및 이들을 지지하고 고정시키는 역할을 하는 기구 부품 및 광원부 구동을 위한 구동 장치(미도시)로 구성된다.1, the backlight device 11 includes a light source 12 for generating light and optical components 13 for converting the light emitted therefrom into a uniform plane light by changing the traveling direction of the light toward the viewer, And a drive unit (not shown) for driving the light source unit.

LCD 산업은 매년 폭발적인 성장을 지속하여 그 규모는 매우 커졌지만 동시에 LCD를 생산하는 각 업체들의 공급량도 더욱 빠르게 증가하여 그 경쟁이 매우 극심해지고 있다. 이에 따라 각 사들은 제품 경쟁력을 확보하기 위해 원가 절감 및 차별화 기술 개발을 강화하고 있으며, 또한 친환경적인 기술 개발과, 각종 규제에 대응하기 위해 저소비 전력 고 에너지 효율의 기술 개발도 요구받고 있는 실정이다. 이를 위한 연구 개발 방향으로 LCD 내의 부품들을 통합하거나 삭제하여 소요 부품 수를 줄이고, 손실되는 광 및 전력을 줄여 광이용 효율을 높이고자 하고 있다.The LCD industry has continued to expand explosively every year, and the size of the LCD industry has grown greatly, but at the same time, the supply volume of LCD makers has increased more rapidly and the competition has become very severe. As a result, companies are striving to reduce costs and develop differentiated technologies in order to secure product competitiveness. In addition, development of eco-friendly technologies and development of technologies for low energy consumption and high energy efficiency are required to cope with various regulations. For this purpose, we intend to integrate or delete components in the LCD to reduce the number of required components and reduce the loss of light and power, thereby increasing the efficiency of light utilization.

따라서, 종래 LCD의 백라이트 장치와 액정 패널에서 손실되어 없어지는 광을 줄이는 기술 개발의 요구는 매우 크다. 그 중에서 종래 편광 재생 필름을 사용하는 방식은 광 이용 효율은 높으나 독점적 공급으로 인하여 그 가격이 매우 비싸므로 이를 대체하는 기술이 절실히 필요한 실정이다. 특히 원가 절감 효과와 공정 및 두께 절감의 효과 등으로 백라이트 장치의 도광판에 그 기능을 일체화하는 편광 백라이트에 대한 기술 개발의 관심이 증대하고 있다.Therefore, there is a great demand for development of a technology for reducing the light lost and lost in the backlight device and the liquid crystal panel of the conventional LCD. Among them, a method of using a conventional polarized reproduction film is high in light utilization efficiency, but its price is very high due to exclusive supply, so a technology for replacing it is desperately needed. Particularly, there is an increasing interest in the development of a polarizing backlight which integrates the functions of the backlight device with the light guide plate due to the cost reduction effect and the process and thickness reduction effect.

종래의 백라이트 장치는 주로 형광 램프(fluorescent lamp)나 발광다이오우드(light emitting diode, LED)와 같이 일반적으로 특정 방향의 편광 성분을 갖지 않고 모든 방향의 편광 성분을 갖는 무편광(unpolarized) 또는 무작위 편광(randomly polarized)된 광원을 사용하며, 이 광원에서 발생한 광이 백라이트를 구성하는 각 광학 부품을 통과하여 균일한 밝기의 평면광으로 전환되어 액정 패널로 진행하게 된다. 액정 패널은 내부의 액정 분자의 상태를 제어하여 액정 패널로 입사된 선형 편광 상태의 빛의 편광 상태를 바꿔서 패널을 통과하는 빛의 투과량을 조절하게 된다. 여기서 액정 패널의 상하면 유리기판 각각에 편광판(polarizer or polarizing film)(14, 15)을 부착하여 백라이트 장치로부터 들어오는 광을 선형 편광으로 만들고 이 빛이 패널 내의 액정을 통과하면서 바뀌는 편광 성분 중 특정 방향의 선형 편광 성분만을 통과하도록 한다. 그런데, 일반적으로 액정 패널의 하면에 입사하는 백라이트 광은 무편광된 광이므로 액정 패널 하면의 편광판(15)의 투과축과 평행한 50% 이하의 빛만이 선형 편광 상태로 통과하게 되고 나머지 50% 이상의 빛은 투과하지 못하고 흡수 손실된다.BACKGROUND ART [0002] Conventional backlight devices are generally classified into unpolarized or random polarized light having polarized components in all directions, such as fluorescent lamps and light emitting diodes (LEDs) randomly polarized light source is used, and the light generated from the light source passes through each optical component constituting the backlight, and is converted into a flat light having a uniform brightness, and then proceeds to the liquid crystal panel. The liquid crystal panel controls the state of liquid crystal molecules in the liquid crystal panel to change the polarization state of the linearly polarized light incident on the liquid crystal panel to control the amount of light passing through the panel. Here, a polarizer or polarizing film 14 or 15 is attached to each of the upper and lower glass substrates of the liquid crystal panel to make linear polarized light from the backlight device. Of the polarized light components that change as the light passes through the liquid crystal in the panel, Allowing only linearly polarized light components to pass through. In general, since the backlight incident on the lower surface of the liquid crystal panel is non-polarized light, only light of 50% or less parallel to the transmission axis of the polarizing plate 15 on the lower surface of the liquid crystal panel passes through the linearly polarized state, Light can not penetrate and is absorbed and lost.

그러므로 백라이트 장치의 발광면과 대향하는 면의 액정 패널의 편광판에서 발생하는 빛의 흡수 손실을 줄여서 광 이용 효율을 높이는 방법들이 연구되어 왔다. 그 중 하나는 흡수되어 사라지는 편광 방향의 빛을 반사시키고 이를 다시 산란시켜 액정 패널의 편광판의 투과축과 평행한 방향의 편광 성분으로 최대한 변환시키는 기능성 필름(polarization recycling film)이 있으며, 또 다른 하나는 백라이트 장치에서 출사되는 광이 무편광이 아니라 특정 방향으로 편광 성분을 갖도록 하는 것이다.Therefore, methods for increasing the light utilization efficiency by reducing the absorption loss of light generated in the polarizing plate of the liquid crystal panel on the surface facing the light emitting surface of the backlight device have been studied. One of them is a polarization recycling film that reflects light in the polarization direction that is absorbed and disappears and then scatters it again to convert it to a polarized component in a direction parallel to the transmission axis of the polarizing plate of the liquid crystal panel, The light emitted from the backlight device is not polarized light but has a polarization component in a specific direction.

이 방법들 중에서 비용 및 부품 수 절감의 장점이 있는 편광 성분의 광을 출사(emitting)하는 백라이트 장치 기술은 광원부에서 나온 빛을 액정 패널의 표시부 전면(全面)에 대응하는 균일한 면광원으로 변환시켜주는 도광판(light guide plate)에 미세한 패턴을 형성하여 공기 또는 낮은 굴절률을 갖는 매질과 도광판 재질간의 굴절률 차이로 인해 매질간의 경계면에서 발생하는 프레넬 반사와 투과(Fresnel reflection and transmission) 원리를 이용하는 것이다. 여기서 광원부는 형광 램프나 발광다이오우드, 레이저 다이오우드(laser diode, LD) 및 EL(electroluminescence)과 같은 광원만을 배치하거나, 광원에서 선형 편광 성분을 추출하는 편광 소자를 추가 배치할 수도 있다.Among these methods, a backlight device technology that emits light of a polarization component, which has advantages of cost and reduced number of parts, converts a light from a light source part into a uniform surface light source corresponding to the entire surface of a display part of a liquid crystal panel A light guide plate forms a fine pattern and utilizes the Fresnel reflection and transmission principle generated at the interface between the medium and the light guide plate due to difference in refractive index between the medium having a low refractive index and the material of the light guide plate. Here, the light source unit may include only a light source such as a fluorescent lamp, a light emitting diode, a laser diode (LD), and electroluminescence (EL), or may further include a polarizing element for extracting a linearly polarized light component from a light source.

종래 기술로서, 한국공개특허 제10-2007-0105766호에는 도광판의 상부에 마련되어 도광판으로부터 입사되는 광 중에서 제1편광의 광은 투과시키고, 제2편광은 반사시키는 편광 분리층을 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율의 편광 도광판을 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것이 기재되어 있고, 일본등록특허 제4076028호에는 입사광의 좌우 원편광 성분 중에서 한 성분은 투과시키고, 다른 한 성분은 반사시키는 것을 특징으로 하는 백라이트 시스템이 개시되어 있다.Korean Patent Laid-Open No. 10-2007-0105766 discloses a polarized light separating layer provided on an upper surface of a light guide plate to transmit light of a first polarized light and reflect a second polarized light among light incident from a light guide plate And Japanese Patent No. 4076028 discloses a backlight system which transmits one component of left and right circularly polarized light components of incident light and reflects another component of the incident light component. Lt; / RTI >

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 액정 패널로 입사하는 광량을 최대로 하기 위해 편광 백라이트가 출사하는 광의 편광 방향을 임의로 제어할 수 있어 액정패널로 입사하는 광 이용 효율을 극대화할 수 있고, 넓은 파장 영역대에서 균일한 광 투과율을 가져 색차 발생을 줄일 수 있는 백라이트 편광 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a liquid crystal display device capable of maximally controlling the polarization direction of light emitted from a polarizing backlight to maximize the amount of light incident on the liquid crystal panel, And to provide a backlight polarizing device capable of reducing the occurrence of color difference by having a uniform light transmittance in a wavelength region.

본 발명은 상기 과제를 달성하기 위하여,In order to achieve the above object,

광원부; 상기 광원부로터의 광을 면광원으로 퍼뜨려주는 도광판; 상기 도광판의 광 출사면의 상부에 위치하고, 액정패널 하면에 설치된 편광판; 및 상기 도광판과 편광판 사이에 마련된 복굴절층;을 포함하는 편광 기능성 백라이트 유닛을 제공한다.A light source; A light guide plate for spreading the light of the light source rotor to a surface light source; A polarizing plate disposed on a lower surface of the liquid crystal panel, the polarizing plate being positioned above a light exit surface of the light guide plate; And a birefringent layer provided between the light guide plate and the polarizing plate.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 복굴절층의 광축은 도광판의 광 출사면에서 출사하는 광의 주 편광 방향과 액정패널 하면에 설치된 편광판의 투과축이 이루는 각의 범위 내에 있을 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the optical axis of the birefringent layer may be within an angle formed by the main polarization direction of light emitted from the light exit surface of the light guide plate and the transmission axis of the polarizer provided on the bottom surface of the liquid crystal panel.

본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 복굴절층은 1/2 파장의 위상차를 가질 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the birefringent layer may have a phase difference of 1/2 wavelength.

본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 복굴절층은 굴절율이 다른 복수 개의 박막층이 적층되어 이루어질 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the birefringent layer may be formed by stacking a plurality of thin film layers having different refractive indexes.

본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 복굴절층은 1/4 파장의 위상차를 가지는 복수 개의 박막층을 겹쳐서 형성할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the birefringent layer may be formed by overlapping a plurality of thin film layers having a phase difference of 1/4 wavelength.

본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 복굴절층은 콜레스테릭 액정으로 이루어질 수 있고, 상기 복굴절층의 굴절율 값과 광축이 연속적으로 변화될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the birefringent layer may be formed of a cholesteric liquid crystal, and the refractive index and the optical axis of the birefringent layer may be continuously changed.

본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 백라이트 유닛은 한 개 이상의 광 집속(collimating) 부재 또는 광 확산(diffusing) 부재를 더 포함할 수 있고, 상기 광 집속 부재 또는 광 확산 부재는 상기 도광판과 액정패널 하면에 설치된 편광판 사이에 위치할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the backlight unit may further include at least one collimating member or a diffusing member, and the light focusing member or the light diffusion member may include at least one light- And can be positioned between the polarizing plates provided on the bottom surface of the panel.

본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 광 집속 부재는 상기 복굴절층과 부착되어 있을 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the light focusing member may be attached to the birefringent layer.

본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 복굴절층은 도광판의 광 출사면 상에 부착되어 있을 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the birefringent layer may be attached on the light exit surface of the light guide plate.

본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 상기 복굴절층은 액정패널 하면에 설치된 편광판에 부착되어 있을 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the birefringent layer may be attached to a polarizing plate provided on a lower surface of the liquid crystal panel.

또한, 본 발명은 상기 백라이트 유닛; 및 상기 백라이트 유닛에서 출사된 광을 이용하여 영상을 형성하는 디스플레이 패널;을 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.Further, the present invention provides a backlight unit comprising: the backlight unit; And a display panel for forming an image using light emitted from the backlight unit.

본 발명에 따른 백라이트 장치는 어떠한 편광 투과 방향의 액정 패널의 편광판에 대해서도 출사광이 최대로 입사할 수 있도록 편광 상태와 편광 방향을 임의로 제어할 수 있어 빛이 액정 패널로 입사시 편광판에서 발생되는 광 손실을 줄일 수 있고, 다양한 액정 패널 조건에 대해 백라이트 장치의 광원부 위치 및 도광판 패턴 배치 대응의 자유도가 증가하여 백라이트 장치의 표준화를 기대할 수 있으며, 또한 파장별 위상차를 보상하여 가시광선 영역의 파장 대역에서 고른 위상 지연 효과를 발생시켜 균일한 편광 상태를 만들 수 있고, 이에 따라 짧은 파장 대역의 청색 영역에서 장파장 대역의 적색 영역까지 균일한 투과율을 갖게 되어 색차 발생을 줄일 수 있다.The backlight device according to the present invention can arbitrarily control the polarization state and the polarization direction of the polarizing plate of the liquid crystal panel in any polarized light transmission direction so that the outgoing light can be incident at the maximum, It is possible to expect the standardization of the backlight device by increasing the degree of freedom of the position of the light source portion of the backlight device and the arrangement of the light guide plate pattern with respect to various liquid crystal panel conditions and also to compensate the phase difference according to the wavelength, A uniform phase retardation effect can be generated and a uniform polarization state can be obtained. Accordingly, the blue light region of a short wavelength band has a uniform transmittance from a red region of a long wavelength band, and the occurrence of color difference can be reduced.

도 1은 일반적인 투과형 LCD의 개념도이다.
일반적인 투과형 LCD의 경우 액정 패널(10)과 백라이트 장치(11)를 포함한다. 백라이트 장치는 광을 발생시키는 광원부(12)와 여기서 나온 광을 시청자 방향으로 광의 진행 방향을 바꾸고 균일한 평면광으로 전환시키는 광학 부품들(13) 및 이를 지지하고 고정시키는 역할을 하는 기구 부품 및 광원부 구동을 위한 구동 장치(도면에 미도시)로 구성된다.
도 2a 내지 도 2b는 종래의 편광 백라이트 장치에서 도광판(22)의 장변(23) 또는 단변(24)에 배치되는 광원부(20)에서 나온 광이 도광판(22)에 입사한 후 도광판 패턴(21)에 의해 출사시 출사광(25)의 주 편광 방향이 도광판의 입광면에 수직(26) 내지는 수평(27)한 방향을 갖게 됨을 나타내는 개념도이다.
도 3a 내지 도 3c는 액정 패널 하면(30)에 부착되어 있는 편광판(31)의 투과축 방향(320, 321, 322)을 나타낸 것으로서,
액정 패널의 장변에 대해 수직, 수평 또는 경사를 갖는 각도와 같이 다양한 경우의 수를 갖는다. 이때 편광판(31)에 입사하는 광(33)이 무편광이면 편광판 투과축의 방향(320, 321, 322)과 무관하게 투과율은 50% 이하의 수준으로 항상 일정하다.
도 4a 내지 도 4c는 이상적인 선형 편광을 출사하는 편광 백라이트 장치(40)의 출사광 방향에 대한 광 투과 정도를 나타낸 것으로서,
수평 방향(41)의 편광 성분을 갖는 경우 이에 대향하는 액정 패널 하면(42)에 부착되어 있는 편광판(44)의 투과축 방향(430)이 백라이트 출사광의 편광 방향(41)과 평행하면 손실 없이 액정 패널로 입사(45)할 수 있지만, 수평 방향에 대해 45도 기울어진 방향(431)의 투과축 방향을 갖는 경우는 50%의 투과율(46)을 갖게 되므로 무편광 백라이트의 경우와 동등한 수준이 되며, 수직 방향(432)의 투과축을 갖는 경우에는 편광판의 투과축(432)과 편광 방향(41)이 이루는 각도가 90도가 되므로 액정 패널 내로 빛이 입사하지 못하고 차단(cut off)(47)된다.
도 5는 액정 디스플레이의 백라이트 장치와 액정 패널간의 광의 입출사 관계를 설명하는 개념도이다.
여기서 백라이트 장치의 출사광의 특성과 이에 대향하는 액정 패널 하면에 부착되어 있는 편광판의 투과축의 방향이 이루는 각도에 따라 광 이용 효율이 달라진다. 즉, 도 5에서 편광 백라이트(50)에서 출사하는 선형 편광된 광의 편광 방향(52)과 이에 대향하는 액정 패널의 하면(51)에 부착되어 있는 편광판의 투과축의 방향(53)이 이루는 각도를 θ(54)라고 할 때, 이 백라이트의 출사광이 이상적인 선형 편광일 경우 편광판을 통과하는 빛(55)의 비율은 이 두 방향이 이루는 각도 θ(54)와 연계하여 100·cos2θ[%]의 투과율로 변화한다. 즉, 그 각도(54)가 0도로 서로 평행하면 백라이트에서 출사한 광의 100% 모두 액정 패널의 하면 편광판을 통과하게 되고, 그 각도가 점점 증가하면서 그 투과율은 점점 감소하여 45도에서 50%가 되고 90도에 이르면 0%로 투과하는 광 없이 모두 흡수 손실된다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 편광 기능성 백라이트 장치의 구성도이다.
백라이트 장치(60)의 출사면과 이에 대향하는 액정 패널 하면(61)에 부착되어 있는 편광판(66) 사이에 복굴절을 갖는 수단(67)을 배치하여 편광 출사광의 편광 방향(62)을 편광판의 투과축의 방향(63)과 최대한 일치하도록 변환시켜준다. 이때 적용되는 복굴절 매질(67)은 최적으로 설정된 복굴절값(또는 위상차값)과 광축의 방향(68)을 갖는다.
도 7은 수평 방향(70)의 선형 편광 성분의 빛이 수직 방향(71) 투과축을 갖는 편광판을 통과할 경우를 도시한 개념도로서, 이 경우에 빛의 투과율은 0%가 된다.
도 8은 수평 방향(80)의 선형 편광 성분의 빛과 여기에 수직인 방향(81)의 투과축을 갖는 편광판 사이에 45도 경사 방향(82)의 광축을 갖는 λ/2 위상차판을 배치한 경우를 도시한 개념도로서, 수평 방향의 선형 편광이 수직 방향의 선형 편광으로 변환된다.
도 9는 수평 방향(90)의 선형 편광 성분의 빛이 이것과 45도 경사 방향(91)의 투과축을 갖는 편광판을 통과할 경우를 도시한 개념도로서, 이 경우 빛의 투과율은 50%가 된다.
도 10은 수평 방향(100)의 선형 편광 성분의 빛과 이것과 45도 경사 방향(101)의 투과축을 갖는 편광판 사이에 45도의 절반인 22.5도 경사 방향(102)의 광축을 갖는 λ/2 위상차판을 배치하는 경우를 도시한 개념도로서, 이 경우 수평 방향의 선형 편광이 45도 경사 방향의 선형 편광으로 변환된다.
도 11은 편광 백라이트 장치(110)의 출사광(111)의 편광 상태가 이상적인 선형 편광이 아닌 일반적인 타원 편광(112)인 형태인 경우에 대한 본 발명의 일 구현예를 나타낸 개념도이다.
타원 편광 상태의 경우에도 이 타원의 장축이 가리키는 방향(113)을 기준으로 기울임각(114)을 설정하여 복굴절값 수준(또는 위상차값)과 광축의 방향을 설정할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 구현예에 따라 복수개의 λ/4 위상차판(120)을 겹친 복굴절 수단을 나타낸 개념도이다.
도 13은 본 발명의 다른 일 구현예에 따라 작은 위상차값을 갖는 다수개의 위상차판(130)을 겹친 복굴절 수단을 나타낸 개념도이다.
도 14는 본 발명에서 사용될 수 있는 복굴절 수단(140)을 백라이트 장치 내에서 광의 굴절이나 집속(collimating) 또는 확산(diffusing) 기능을 하는 광학 필름 내지는 시트(141)와 일체화한 구성을 나타낸 개념도이다.
도 15는 본 발멸에 따른 편광 기능성 백라이트 장치의 구성도이다. 광원부(150)와 도광판(151), 반사판(152)과 복굴절 수단을 포함하는 광학 필름 또는 시트들(153)을 포함한다.1 is a conceptual diagram of a general transmissive LCD.
In a general transmissive LCD, a liquid crystal panel 10 and a backlight device 11 are included. The backlight device includes a light source unit 12 for generating light and optical components 13 for changing the traveling direction of light in the direction of the viewer toward uniform planar light, And a driving device (not shown) for driving.
2A and 2B show an example in which the light from the light source unit 20 disposed on the long side 23 or the short side 24 of the light guide plate 22 enters the light guide plate 22 in the conventional polarization backlight apparatus, Is a conceptual diagram showing that the main polarization direction of the outgoing light 25 at the time of emergence has a direction perpendicular (26) or horizontal (27) to the light incoming surface of the light guide plate.
3A to 3C show the transmission axis directions 320, 321 and 322 of the polarizing plate 31 attached to the lower surface 30 of the liquid crystal panel,
Such as an angle with respect to the long side of the liquid crystal panel, such as a vertical, horizontal, or inclined angle. At this time, if the light 33 incident on the polarizing plate 31 is non-polarized, the transmittance is always constant at a level of 50% or less irrespective of the polarizing plate transmission axis direction 320, 321, and 322.
Figs. 4A to 4C show the degree of light transmission with respect to the direction of the emitted light of the polarizing backlight device 40 for emitting the ideal linearly polarized light,
When the transmission axis direction 430 of the polarizing plate 44 attached to the lower surface 42 of the liquid crystal panel opposing to the polarizing component 41 in the horizontal direction 41 is parallel to the polarization direction 41 of the backlight output light, In the case of having the transmission axis direction of the direction 431 tilted by 45 degrees with respect to the horizontal direction, the transmittance 46 is 50%, which is equivalent to that of the non-polarized backlight And the transmission axis of the vertical direction 432, the angle formed by the transmission axis 432 of the polarizer and the polarization direction 41 is 90 degrees, so that light is not incident into the liquid crystal panel and is cut off 47.
5 is a conceptual diagram for explaining a light incident / output relationship between a backlight device of a liquid crystal display and a liquid crystal panel.
Here, the light utilization efficiency varies depending on the characteristics of the emitted light of the backlight device and the angle formed by the opposing direction of the transmission axis of the polarizing plate attached to the lower surface of the liquid crystal panel. 5, the angle formed by the polarization direction 52 of the linearly polarized light emitted from the polarized backlight 50 and the direction 53 of the transmission axis of the polarizing plate attached to the lower surface 51 of the liquid crystal panel facing the polarizing direction 52 is defined as? The ratio of the light 55 passing through the polarizing plate is 100 · cos 2 θ [%] in conjunction with the angle θ 54 formed by the two directions, when the emitted light of the backlight is an ideal linearly polarized light, . That is, if the angle 54 is parallel to 0 degrees, 100% of the light emitted from the backlight passes through the lower polarizer of the liquid crystal panel. As the angle gradually increases, the transmittance gradually decreases to 50% at 45 degrees When it reaches 90 degrees, all the light is absorbed and lost without passing through at 0%.
6 is a configuration diagram of a polarizing functional backlight device according to an embodiment of the present invention.
A means 67 having birefringence is disposed between the exit surface of the backlight device 60 and the polarizing plate 66 attached to the lower surface 61 of the liquid crystal panel 61 so that the polarization direction 62 of the polarized light emerging from the polarizing plate 62 Converts to match the direction of axis (63) as much as possible. The birefringent medium 67 applied at this time has an optimal birefringence value (or phase difference value) and an optical axis direction 68.
FIG. 7 is a conceptual diagram showing a case where light of a linear polarization component in the horizontal direction 70 passes through a polarizer having a transmission axis in the vertical direction 71, in which case the transmittance of light becomes 0%.
8 shows a case in which a lambda / 2 retardation plate having an optical axis in a 45-degree oblique direction 82 is disposed between the polarizing plate having the linear polarization component in the horizontal direction 80 and the transmission axis in the direction 81 perpendicular to the excitation The linearly polarized light in the horizontal direction is converted into the linearly polarized light in the vertical direction.
9 is a conceptual diagram showing a case where light of a linearly polarized component in the horizontal direction 90 passes through this and a polarizer having a transmission axis of 45 degrees inclined direction 91. In this case, the transmittance of light becomes 50%.
10 is a diagram showing the relationship between the light of the linear polarization component in the horizontal direction 100 and the polarizing plate having the transmission axis of the 45 degrees inclined direction 101 and the? / 2 phase difference In this case, the linearly polarized light in the horizontal direction is converted into the linearly polarized light in the 45-degree oblique direction.
11 is a conceptual diagram showing an embodiment of the present invention in which the polarized state of the emitted light 111 of the polarized backlight device 110 is in the form of a general elliptically polarized light 112 rather than an ideal linear polarized light.
The birefringence value level (or phase difference value) and the direction of the optical axis can be set by setting the tilt angle 114 on the basis of the direction 113 indicated by the long axis of the ellipse in the case of the elliptically polarized state.
12 is a conceptual diagram illustrating birefringence means in which a plurality of? / 4 retarder plates 120 are overlapped according to an embodiment of the present invention.
13 is a conceptual diagram illustrating birefringence means in which a plurality of retarders 130 having a small retardation value are overlapped according to another embodiment of the present invention.
14 is a conceptual diagram showing a configuration in which birefringence means 140 that can be used in the present invention is integrated with an optical film or sheet 141 that functions as a refraction, a collimating, or a diffusing function in a backlight device.
Fig. 15 is a configuration diagram of a polarization-functional backlight device according to the present invention. An optical film or sheets 153 including a light source part 150, a light guide plate 151, a reflection plate 152 and birefringence means.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구현예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted so as not to obscure the subject matter of the present invention.

본 발명은 액정 디스플레이 장치에서 액정 패널로 입사하는 백라이트 장치의 광을 효과적으로 편광시켜 광 이용 효율을 극대화한 백라이트 장치에 관한 것으로서, 백라이트 장치의 도광판의 출사면과 이에 대향하는 액정 패널의 하면 편광판 사이에 복굴절을 갖는 수단을 배치하여 백라이트 장치의 출사광의 편광 상태와 방향을 최적값으로 만들 수 있는 것을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a backlight device that maximizes light utilization efficiency by effectively polarizing light from a backlight device incident on a liquid crystal panel in a liquid crystal display device, A means having birefringence can be disposed to make the polarization state and the direction of the outgoing light of the backlight device optimum.

하기 도 2a 및 도 2b에서 보는 바와 같이, 일반적으로 디스플레이의 밝기 사양과 기구적 구성에 따라 백라이트 장치의 광원부(20) 위치가 결정되고 도광판 패턴(21)도 이에 따라 형성된다. 따라서 백라이트 장치의 광원부(20)는 도광판(22)의 장변(23) 내지는 단변(24)에 배치되고 이에 따른 도광판 패턴(21)에 의한 출사광(25)의 주 편광 방향은 통상적으로 도 2a 및 도 2b와 같이 도광판의 입광면(23, 24)에 수직(26) 내지는 수평(27)한 방향이 된다.2A and 2B, the position of the light source unit 20 of the backlight unit is generally determined according to the brightness specification and the mechanical configuration of the display, and the light guide plate pattern 21 is formed accordingly. The light source portion 20 of the backlight device is disposed at the long side 23 or the short side 24 of the light guide plate 22 so that the main light polarization direction of the outgoing light 25 by the light guide plate pattern 21 is typically (26) or horizontal (27) direction on the light incidence surfaces (23, 24) of the light guide plate as shown in FIG. 2B.

그런데, 백라이트 장치의 출사면과 대향하는 면인 액정 패널 하면(30)에 부착되어 있는 편광판(31)의 투과축 방향(320, 321, 322)은 TN(twisted nematic), IPS(in-plane switching) 또는 VA(vertical alignment) 등과 같이 적용하는 액정 패널의 모드(mode)나 사용 용도에 따른 주시야각 방향 설정 등의 목적으로 제품에 따라 다를 수 있다.The transmission axis directions 320, 321 and 322 of the polarizing plate 31 attached to the lower surface 30 of the liquid crystal panel, which is the surface facing the emission surface of the backlight device, are twisted nematic (TN) Or VA (vertical alignment) mode, and setting of the main viewing angle direction according to the use purpose of the liquid crystal panel.

즉, 하기 도 3a 및 도 3c와 같이 편광판(31)의 투과축의 방향은 제품의 특성에 따라 액정 패널의 수평한 방향을 기준으로 0도(320)인 구성도 있고 90도(321) 내지는 45도(322)인 구성도 있다.3A and 3C, the direction of the transmission axis of the polarizing plate 31 may be 0 degree (320) based on the horizontal direction of the liquid crystal panel depending on the characteristics of the product, and may be 90 degrees (321) to 45 degrees (322).

기존과 같이 백라이트 장치가 무편광의 광(33)을 출사하는 경우 액정 패널의 편광판의 투과축의 방향(320, 321, 322)과 관계없이 항상 균일하게 50% 이하의 일정한 광(34)이 액정 패널 내로 입사하게 된다. 하지만 하기 도 4a 및 도 4c에서 보는 바와 같이, 백라이트 장치(40)가 편광된 빛(41)을 출사하는 경우 액정 패널 하면(42)에 부착되어 있는 편광판(44)의 투과축 방향(430, 431, 432)과 평행한 방향의 편광 성분이 적어지면 무편광인 경우보다 백라이트 장치에서 액정 패널 내로 입사되는 빛의 양이 더 적어지는 경우가 발생할 수 있다. 즉, 이상적인 선형 편광을 출사하는 편광 백라이트 장치(40)의 출사광이 수평 방향의 선형 편광 성분(41)을 주로 갖는 경우 이에 대향하는 액정 패널 하면(42)에 부착되어 있는 편광판(44)의 투과축의 방향(430)과 이 편광 방향(41)이 서로 평행하면 광의 손실 없이 액정 패널 내로 입사(45)할 수 있지만, 편광판(44)이 수평 방향에 대해 45도 기울어진 투과축 방향(431)을 갖는 경우는 50%만 편광판(44)을 통과(46)할 수 있으므로 무편광 백라이트의 경우와 동등한 수준으로 광 이용 효율 향상이 없게 되며, 수직 방향(432)의 편광판 투과축을 갖는 경우는 편광판의 투과축과 편광의 방향이 이루는 각도가 90도로 직교하게 되므로 액정 패널 내로 빛이 입사하지 못하고 거의 차단(cut off)(47)이 되는 문제가 발생한다.When the backlight device emits the non-polarized light 33 as usual, uniform light 50 uniformly less than or equal to 50% regardless of the directions 320, 321, and 322 of the transmission axis of the polarizing plate of the liquid crystal panel, . However, when the backlight device 40 emits the polarized light 41 as shown in FIGS. 4A and 4C, the transmission axis directions 430 and 431 of the polarizing plate 44 attached to the lower surface 42 of the liquid crystal panel 42 And 432, the amount of light incident into the liquid crystal panel in the backlight unit may be smaller than that in the case where the polarized light is not polarized. That is, when the outgoing light of the polarizing backlight device 40 emitting the ideal linear polarized light mainly has the linearly polarized light component 41 in the horizontal direction, the transmission of the polarizing plate 44 attached to the lower surface 42 of the liquid crystal panel, The polarizing plate 44 can be incident (45) into the liquid crystal panel without loss of light if the axis direction 430 and the polarizing direction 41 are parallel to each other. However, since the polarizing plate 44 has the transmission axis direction 431 inclined at 45 degrees with respect to the horizontal direction (50%) can pass through the polarizing plate 44 (46). Therefore, the light utilization efficiency is not improved to the level equivalent to that of the non-polarized backlight, and in the case of having the polarizing plate transmission axis in the vertical direction 432, The angle formed by the axis and the direction of the polarized light is perpendicular to 90 degrees, so that light is not incident into the liquid crystal panel and a cut off 47 occurs.

대부분의 경우 편광 백라이트가 출사하는 광의 편광 방향은 광원의 배치에 따라 수직(26) 내지는 수평(27) 방향이 되므로 대부분의 TN 모드 액정의 패널이 갖는 편광판 투과축의 방향인 45도 경사 방향(431)의 경우 50% 수준의 투과량으로 종래 무편광 백라이트와 동등한 수준이 되고, 액정 패널 하면의 편광판의 투과축과 편광 백라이트의 출사광의 편광 방향이 이루는 각도가 45-90도의 범위일 경우에는 액정 패널로의 빛의 투과량은 오히려 줄어들게 된다.In most cases, the polarization direction of light emitted by the polarized light backlight is vertical (26) or horizontal (27) direction depending on the arrangement of the light sources, and therefore, the 45-degree oblique direction 431, which is the direction of the polarizing plate transmission axis of most TN mode liquid crystal panels, The angle between the transmission axis of the polarizing plate on the underside of the liquid crystal panel and the polarizing direction of the outgoing light of the polarizing backlight is in the range of 45 to 90 degrees, The transmission of light is rather reduced.

이와 같이 백라이트의 출사면에 대향하는 액정 패널 하면의 편광판의 투과축 방향과 편광 백라이트의 출사광의 편광 방향이 이루는 각도의 범위가 0도, 45도, 90도 내지는 임의의 각도에 대해 액정 패널로 입사하는 광량의 차이가 존재하므로 편광 백라이트가 출사하는 광의 편광 방향을 각 경우에 따라 최대의 입광 효율을 갖도록 하는 편광 방향으로 만드는 것이 필요하지만 종래의 편광 백라이트의 구성에서는 이것이 불가능하였다. 즉, 광원부의 배치 위치와 도광판 패턴의 방향에 따라 편광 출사광의 특성이 결정이 되며, 편광 방향도 이에 따라 결정된다.As described above, when the range of the angle formed by the transmission axis direction of the polarizing plate on the lower surface of the liquid crystal panel facing the emitting surface of the backlight and the polarizing direction of the output light of the polarizing backlight is 0 degree, 45 degrees, 90 degrees or any angle, It is necessary to make the polarization direction of the light emitted from the polarization backlight to be the polarization direction that has the maximum light incident efficiency according to each case, but this is not possible in the configuration of the conventional polarization backlight. That is, the characteristics of the polarized light output light are determined according to the arrangement position of the light source portion and the direction of the light guide plate pattern, and the polarization direction is also determined accordingly.

하기 도 5는 액정 디스플레이의 백라이트 장치(50)와 액정 패널(51)간의 광의 입출사 관계를 설명하는 개념도이다.5 is a conceptual diagram for explaining the light input / output relationship between the backlight device 50 and the liquid crystal panel 51 of the liquid crystal display.

백라이트 장치의 출사광의 특성과 이에 대향하는 면인 액정 패널 하면에 부착되어 있는 편광판의 투과축의 방향이 이루는 각도에 따라 이 편광판을 통과하는 광량이 달라진다. 도 5의 편광 백라이트(50)에서 출사하는 선형 편광된 광의 편광 방향(52)과 이에 대향하는 액정 패널 하면(51)에 부착되어 있는 편광판의 투과축의 방향(53)이 이루는 각도를 θ(54)라고 할 때, 이 백라이트의 출사광이 이상적인 선형 편광일 경우 편광판을 통과하는 빛(55)의 비율인 투과율은 이 두 방향(52, 53)이 이루는 각도 θ(54)와 연계하여 100·cos2θ[%]로 변화한다.The amount of light passing through the polarizing plate is changed according to the angle between the characteristic of the emitted light of the backlight device and the direction of the transmission axis of the polarizing plate attached to the lower surface of the liquid crystal panel facing the polarizing plate. The angle formed by the polarization direction 52 of the linearly polarized light emitted from the polarized backlight 50 of Fig. 5 and the direction 53 of the transmission axis of the polarizing plate attached to the lower surface 51 of the liquid crystal panel 51, The transmittance, which is the ratio of the light 55 passing through the polarizing plate, is 100 · cos 2 (in terms of the angle θ 54 formed by the two directions 52 and 53) when the emitted light of the backlight is ideal linearly polarized light. θ [%].

즉, 그 각도(54)가 0도로 서로 평행하면 백라이트에서 출사한 광 100% 모두 액정 패널의 하면 편광판을 통과하게 되고, 그 각도(54)가 점점 증가하면 그 투과율은 점점 감소하여 45도에서 50%가 되고 90도에 이르면 0%로 편광판을 통과하는 광 없이 모두 흡수 손실된다. 따라서, 가장 바람직한 경우는 백라이트 장치의 출사광의 편광 방향과 이에 대향하는 액정 패널의 하면 편광판의 투과축이 평행한 것이다.That is, when the angle 54 is parallel to 0 degrees, 100% of the light emitted from the backlight passes through the lower polarizer of the liquid crystal panel, and as the angle 54 increases gradually, the transmittance gradually decreases, %, And when it reaches 90 degrees, 0% is absorbed and lost without light passing through the polarizing plate. Therefore, the most preferable case is that the polarization direction of the outgoing light of the backlight device is parallel to the transmission axis of the opposed lower polarizing plate of the liquid crystal panel.

이렇게 만들기 위해 하기 도 6에서 보는 바와 같이, 백라이트 장치(60)의 출사면과 이에 대향하는 액정 패널 하면(61)에 부착되어 있는 편광판(66) 사이에 복굴절 필름(67)을 배치하여 백라이트의 편광 출사광의 편광 방향(62)을 편광판의 투과축의 방향(63)과 최대한 일치하도록 변환시켜준다.
6, a birefringent film 67 is disposed between the exit surface of the backlight device 60 and the polarizing plate 66 attached to the lower surface 61 of the liquid crystal panel 61, The polarizing direction 62 of the outgoing light is converted so as to coincide with the direction 63 of the transmission axis of the polarizing plate as much as possible.

본 발명은 광원부와, 상기 광원부로터의 광을 면광원으로 퍼뜨려주는 도광판과, 상기 도광판의 광 출사면의 상부에 위치하고, 액정패널 하면에 설치된 편광판 및 상기 도광판과 편광판 사이에 마련된 복굴절층을 포함하는 편광 기능성 백라이트 유닛을 제공한다.A polarizing plate disposed on a lower surface of the liquid crystal panel and a birefringent layer provided between the light guide plate and the polarizing plate, the birefringent layer being disposed on the light exit surface of the light guide plate, the birefringent layer being disposed between the light guide plate and the polarizing plate, A polarizing functional backlight unit is provided.

본 발명의 일 구현예에 따라 하기 도 6과 같이 백라이트 장치(60)의 출사광의 주 편광 방향(62)과 이에 대향하는 액정 패널 하면(61)에 부착되어 있는 편광판(66)의 투과축 방향(63)이 이루는 각도 θ(64)의 절반인 θ/2도(69) 방향(68)으로 광축을 갖는 λ/2 위상차(half wave plate, HWP)를 갖는 복굴절 필름(67)을 이 사이에 배치하게 되면 백라이트의 출사 편광 방향(62)이 액정 패널 하면의 편광판 투과축과 평행한 방향(63)으로 회전하게 되어 편광판을 통과하는 빛(65)의 양이 최대로 된다.6 according to an embodiment of the present invention, the main polarization direction 62 of the emitted light of the backlight device 60 and the transmission axis direction of the polarizing plate 66 attached to the lower surface 61 of the liquid crystal panel 61 A birefringent film 67 having a half wave plate (HWP) having an optical axis in the direction 69 of the angle? / 2 which is half the angle? The outgoing polarization direction 62 of the backlight is rotated in the direction 63 parallel to the transmission axis of the polarizing plate on the lower surface of the liquid crystal panel so that the amount of the light 65 passing through the polarizing plate is maximized.

본 발명의 다른 일 구현예에 따라 하기 도 7과 같이, 수평 방향(70)의 선형 편광 성분의 빛이 수직 방향(71) 투과축을 갖는 편광판을 통과할 경우 투과율은 0%가 되지만, 하기 도 8과 같이 45도 방향(82)으로 광축을 갖는 λ/2 위상차판을 이 둘 사이에 배치하는 경우 수평 방향(80)의 선형 편광은 수직 방향(81)의 선형 편광으로 변환된다. 이를 존스 계산법(Jones calculus)를 이용하여 계산하면 아래의 [식 1]과 같다.According to another embodiment of the present invention, when the light of linear polarization component in the horizontal direction 70 passes through the polarizer having the transmission axis in the vertical direction 71 as shown in FIG. 7, the transmittance becomes 0% / 2 retardation plate having an optical axis in the 45-degree direction 82 as shown in Fig. 7A is disposed between the two, the linear polarization in the horizontal direction 80 is converted into the linear polarization in the vertical direction 81. Fig. This is calculated using the Jones calculus as shown in [Equation 1] below.

[식 1][Formula 1]

Figure 112012002810547-pat00001
Figure 112012002810547-pat00001

즉, 수평 방향의 선형 편광

Figure 112012002810547-pat00002
이 이에 대해 45도 기울어진 광축 방향을 갖는 λ/2 위상차판
Figure 112012002810547-pat00003
을 통과하여 수직 방향 선형 편광
Figure 112012002810547-pat00004
으로 변환되어 수직 방향의 투과축을 가진 편광판에 손실없이 투과할 수 있게 된다.That is, the horizontal linear polarization
Figure 112012002810547-pat00002
/ 2 retardation plate having an optical axis direction inclined by 45 degrees
Figure 112012002810547-pat00003
And the vertical linearly polarized light
Figure 112012002810547-pat00004
So that it can be transmitted without loss to the polarizing plate having the transmission axis in the vertical direction.

본 발명의 다른 일 구현예에 따라 하기 도 9와 같이 수평 방향(90)의 선형 편광 성분의 빛이 이것과 45도 경사 방향(91)을 이루는 투과축을 가진 편광판을 통과할 경우 투과율은 50%가 되지만, 하기 도 10과 같이 이 두 방향(100, 101)이 이루는 45도의 절반인 22.5도 경사 방향(102)으로 광축을 갖는 λ/2 위상차판을 이 둘 사이에 배치하면 수평 방향(100)의 선형 편광이 45도 경사 방향(101)의 선형 편광으로 다음과 같이 변환됨을 알 수 있다.According to another embodiment of the present invention, when the light of the linear polarization component in the horizontal direction 90 passes through the polarizing plate having the transmission axis which is in the 45-degree oblique direction 91 as shown in FIG. 9, the transmittance is 50% However, if a? / 2 phase difference plate having an optical axis in an inclined direction 102 of 22.5 degrees which is half of 45 degrees formed by the two directions 100 and 101 as shown in FIG. 10 is disposed between the two, It can be seen that the linearly polarized light is converted into linearly polarized light in the 45-degree oblique direction 101 as follows.

[식 2][Formula 2]

Figure 112012002810547-pat00005
Figure 112012002810547-pat00005

즉, 수평 방향의 선형 편광

Figure 112012002810547-pat00006
이 이에 대해 22.5도 기울어진 광축 방향을 갖는 λ/2 위상차판
Figure 112012002810547-pat00007
을 통과하여 45도 경사 방향 선형 편광
Figure 112012002810547-pat00008
으로 변환되어 45도 경사 방향의 투과축을 가진 편광판에 손실 없이 통과할 수 있게 된다.That is, the horizontal linear polarization
Figure 112012002810547-pat00006
On the other hand, a? / 2 retardation plate having an optical axis direction tilted by 22.5 degrees
Figure 112012002810547-pat00007
45 degrees inclined linear polarization
Figure 112012002810547-pat00008
So that it can pass through the polarizing plate having the transmission axis in the 45-degree oblique direction without loss.

본 발명은 백라이트 출사광의 주편광 방향과 이에 대향하는 액정 패널 하면에 부착되어 있는 편광판 투과축이 임의의 각도 θ를 이룰 때, 상술한 바와 같이 광축을 θ/2 방향으로 λ/2 위상차판(half wave plate, HWP)을 이 둘 사이에 배치하면 이 편광판에서 광의 흡수 손실 없이 투과율을 최대로 높이는 최적 결과를 얻을 수 있다.When the main polarization direction of the backlight emitted light and the polarizing plate transmission axis attached to the lower surface of the liquid crystal panel oppose to each other are at an arbitrary angle ?, the optical axis is shifted in the? / 2 direction by? / 2 retardation plate half wave plate, HWP) can be placed between them to obtain an optimum result of maximizing the transmittance without absorbing loss of light in this polarizing plate.

또한, 하기 도 11과 같이 편광 백라이트 장치(110)의 출사광(111)의 편광 상태가 이상적인 선형 편광이 아닌 일반적인 타원 편광(112)이더라도 이 타원의 장축이 가리키는 방향(113)을 기준으로 기울임 각(114)을 설정하여 본 발명의 구현예에 따라 위상차판의 광축 방향을 정할 수 있고, 단색광이 아닌 백색 광원에 대해서도 동일하게 적용할 수 있다.Even if the polarized state of the emitted light 111 of the polarized backlight device 110 is not the ideal linear polarized light but the general elliptically polarized light 112 as shown in Fig. 11, the tilted angle The direction of the optical axis of the retarder can be determined according to the embodiment of the present invention by setting the light source 114, and the same can be applied to a white light source other than monochromatic light.

또한, 하기 도 8 내지 도 10은 λ/2 위상차판을 적용한 본 발명의 일 구현예이며, 이와 유사하게 하기 도 12 내지 도 13과 같이 복수개의 λ/4 위상차판(quarter wave plate, QWP)(120)을 겹쳐서 구현할 수 있으며, 더 나아가 임의의 작은 위상차값을 갖는 다수개의 위상차판(130)을 겹쳐서 동일한 효과를 구현할 수도 있다. 그리고, 콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystal, CLC)과 같이 연속적으로 굴절률 값과 광축이 변하는 물질을 위상차판으로 하여 구현할 수도 있다.8 to 10 illustrate an embodiment of the present invention to which a? / 2 phase difference plate is applied. Similarly, as shown in FIGS. 12 to 13, a plurality of quarter wave plates (QWP) 120 may be overlapped with each other, and further, a plurality of retardation plates 130 having arbitrary small retardation values may be stacked to realize the same effect. Also, a material such as a cholesteric liquid crystal (CLC) in which the refractive index and the optical axis change continuously can be implemented as a phase difference plate.

본 발명에 따른 복굴절 수단(140)은 위상차를 발생시키는 독립된 광학 필름이나 시트 형태로 만들 수 있고, 또한 하기 도 14와 같이 백라이트 장치 내에서 광의 굴절이나 집속(collimating) 또는 확산 기능을 하는 별도의 광학 필름이나 시트(141)와 일체화하여 만들 수도 있다.The birefringent means 140 according to the present invention may be formed as an independent optical film or sheet for generating a phase difference and may be formed as a separate optical film or sheet having a function of refracting, Or may be made integral with the film or sheet 141.

도 15는 본 발명의 일 구현예에 따른 편광 출사광의 주 편광 방향을 최적화하는 편광 기능성 백라이트 장치의 구성을 나타내는 개념도로서 광원부(150)와 도광판(151)과 반사판(152) 및 복굴절 수단을 포함하는 광학 필름 또는 시트들(153)을 포함한다.15 is a conceptual diagram showing the configuration of a polarization-functional backlight device for optimizing the main polarization direction of polarized-emitted light according to an embodiment of the present invention. The light source 150 includes a light guide plate 151, a reflection plate 152, And an optical film or sheets 153.

10 : 액정 패널 11 : 백라이트 장치
12 : 광원부 13 : 광학 부품
21 : 도광판 패턴 22 : 도광판
23 : 도광판의 장변 24 : 도광판의 단변
25 : 출사광 26 : 도광판 입광면에 수직 방향
27 : 도광판 입광면에 수평 방향
30 : 액정패널 하면 31 : 액정패널 하면의 편광판
33 : 광 320 : 액정패널 하면의 투과축 방향
321 : 액정패널 하면의 투과축 방향
322 : 액정패널 하면의 투과축 방향
40 : 편광 백라이트 장치 41 : 출사광의 수평 편광성분
42 : 액정패널 하면 44 : 액정패널 하면의 편광판
430 : 액정패널 하면 편광판의 투과축 방향
431 : 액정패널 하면 편광판의 투과축 방향
432 : 액정패널 하면 편광판의 투과축 방향
45 : 액정패널을 통과한 투과광
46 : 액정패널을 통과한 투과광
47 : 액정패널을 통과한 투과광
50 : 편광 백라이트 51 : 액정패널 하면
52 : 선형 편광된 출사광의 편광 방향
53 : 편광판의 투과축 방향
54 : 출사광의 편광 방향과 편광판의 투과축 방향이 이루는 각도
55 : 액정패널을 통과한 투과광
60 : 백라이트 장치 61 : 액정패널 하면
62 : 출사광의 편광 방향 63 : 편광판의 투과축 방향
64 : 출사광의 편광 방향과 편광판의 투과축 방향이 이루는 각도
65 : 액정패널을 통과한 투과광
66 : 액정패널 하면의 편광판
67 : 복굴절 매질 68 : 복굴절 매질의 광축 방향
69 : 출사광의 편광 방향과 복굴절 매질의 광축 방향이 이루는 각도
70 : 수평 방향의 선형 편광 성분
71 : 수직 방향 투과축을 갖는 편광판
80 : 수평 방향의 선형 편광 성분
81 : 수직 방향의 투과축을 갖는 편광판
82 : 45도 경사 방향의 광축을 갖는 λ/2 위상차판
90 : 수평 방향의 선형 편광 성분
91 : 45도 경사 방향의 투과축을 갖는 편광판
100 : 수평 방향의 선형 편광 성분
101 : 45도 경사 방향의 투과축을 갖는 편광판
102 : 22.5도 경사 방향의 광축을 갖는 λ/2 위상차판
110 : 편광 백라이트 장치
111 : 출사광 112 : 타원 편광
113 : 타원 편광의 장축이 가리키는 방향
114 : 타원 편광의 장축이 가리키는 방향 기준으로 설정한 기울임각
120 : 복수 개의 λ/4 위상차판을 겹친 복굴절 수단
130 : 다수개의 위상차판을 겹친 복굴절 수단
140 : 복굴절 수단
141 : 광굴절, 광집속 또는 광확산 기능의 기능성 필름 또는 시트
150 : 광원부 151 : 도광판
152 : 반사판
153 : 복굴절 수단을 포함하는 광학 필름 또는 시트10: liquid crystal panel 11: backlight device
12: light source part 13: optical part
21: light guide plate pattern 22: light guide plate
23: long side of light guide plate 24: short side of light guide plate
25: outgoing light 26: vertical direction to the light incident surface of the light guide plate
27: Horizontal direction on the light incidence surface of the light guide plate
30: liquid crystal panel 31: polarizer on the bottom of liquid crystal panel
33: light 320: transmission axis direction of the lower surface of the liquid crystal panel
321: transmission axis direction of the lower surface of the liquid crystal panel
322: transmission axis direction of the lower surface of the liquid crystal panel
40: polarized light backlight device 41: horizontal polarized light component of emitted light
42: liquid crystal panel, 44: polarizer on the lower surface of the liquid crystal panel
430: When the liquid crystal panel is in the transmission axis direction of the polarizer
431: the direction of the transmission axis of the polarizing plate in the liquid crystal panel
432: the direction of the transmission axis of the polarizer plate
45: Transmitted light passing through the liquid crystal panel
46: Transmitted light passing through the liquid crystal panel
47: Transmitted light passing through the liquid crystal panel
50: polarized backlight 51: liquid crystal panel
52: polarization direction of linearly polarized outgoing light
53: Transmission axis direction of polarizer
54: angle formed between the polarization direction of the outgoing light and the transmission axis direction of the polarizing plate
55: Transmitted light passing through the liquid crystal panel
60: backlight device 61: liquid crystal panel
62: polarization direction of emitted light 63: transmission axis direction of polarizer
64: angle formed by the polarization direction of the outgoing light and the transmission axis direction of the polarizing plate
65: Transmitted light passing through the liquid crystal panel
66: polarizer on the lower surface of the liquid crystal panel
67: Birefringent medium 68: Optical axis direction of birefringent medium
69: angle formed between the polarization direction of the outgoing light and the optical axis direction of the birefringent medium
70: linear polarization component in the horizontal direction
71: Polarizer with vertical transmission axis
80: Linearly polarized light component in the horizontal direction
81: Polarizer with vertical transmission axis
82: A / 2 retardation plate having an optical axis in the oblique direction
90: Linear polarization component in the horizontal direction
91: polarizer having a transmission axis in the oblique direction
100: linear polarization component in the horizontal direction
101: Polarizer with transmission axis in 45 degree inclination direction
102: a? / 2 retardation plate having an optical axis in the oblique direction
110: polarized backlight device
111: emitted light 112: elliptically polarized light
113: Direction pointed by the long axis of elliptically polarized light
114: a tilt angle set on the basis of the long axis of the elliptically polarized light
120: birefringent means in which a plurality of? / 4 retardation plates are overlapped
130: birefringent means in which a plurality of retardation plates are overlapped
140: Birefringence means
141: Functional film or sheet with optical refraction, light focusing or light diffusion function
150: light source 151: light guide plate
152: reflector
153: Optical film or sheet including birefringent means

Claims (11)

광원부; 상기 광원부로터의 광을 면광원으로 퍼뜨려주는 도광판; 상기 도광판의 광 출사면의 상부에 위치하고, 액정패널 하면에 설치된 편광판; 및 상기 도광판과 편광판 사이에 마련된 복굴절층;을 포함하고,
상기 도광판의 광 출사면에서 출사되는 빛은 편광된 빛이고,
상기 복굴절층은 1/2 파장의 위상차를 가지며,
상기 복굴절층의 광축은 도광판의 광 출사면에서 출사하는 광의 주 편광 방향과 액정패널 하면에 설치된 편광판의 투과축이 이루는 각(θ)의 절반(θ/2)이 되는 방향에 있는 것을 특징으로 하는 편광 기능성 백라이트 유닛.A light source; A light guide plate for spreading the light of the light source rotor to a surface light source; A polarizing plate disposed on a lower surface of the liquid crystal panel, the polarizing plate being positioned above a light exit surface of the light guide plate; And a birefringent layer provided between the light guide plate and the polarizing plate,
The light emitted from the light exit surface of the light guide plate is polarized light,
The birefringent layer has a phase difference of 1/2 wavelength,
And the optical axis of the birefringent layer is in a direction that is a half (? / 2) of an angle? Formed by the main polarization direction of light emitted from the light exit surface of the light guide plate and the transmission axis of a polarizing plate provided on the bottom surface of the liquid crystal panel Polarization functional backlight unit. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 복굴절층은 콜레스테릭 액정으로 이루어지고, 상기 복굴절층의 굴절율 값과 광축이 연속적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 편광 기능성 백라이트 유닛.The method according to claim 1,
Wherein the birefringent layer is made of cholesteric liquid crystal, and the refractive index and the optical axis of the birefringent layer change continuously. 제 1 항에 있어서,
상기 백라이트 유닛은 한 개 이상의 광 집속(collimating) 부재 또는 광 확산 부재를 더 포함하고, 상기 광 집속 부재 또는 광 확산 부재는 상기 도광판과 액정패널 하면에 설치된 편광판 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 편광 기능성 백라이트 유닛.The method according to claim 1,
Wherein the backlight unit further comprises at least one light collimating member or a light diffusion member and the light focusing member or the light diffusion member is positioned between the light guide plate and a polarizing plate provided on a lower surface of the liquid crystal panel. Backlight unit. 제 7 항에 있어서,
상기 광 집속 부재는 상기 복굴절층과 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 편광 기능성 백라이트 유닛.8. The method of claim 7,
Wherein the light focusing member is attached to the birefringent layer. 제 1 항에 있어서,
상기 복굴절층은 도광판의 광 출사면 상에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 편광 기능성 백라이트 유닛.The method according to claim 1,
Wherein the birefringent layer is attached on the light exit surface of the light guide plate. 제 1 항에 있어서,
상기 복굴절층은 액정패널 하면에 설치된 편광판에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 편광 기능성 백라이트 유닛.The method according to claim 1,
Wherein the birefringent layer is attached to a polarizing plate provided on a bottom surface of the liquid crystal panel. 제 1 항 및 제 6 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 백라이트 유닛; 및 상기 백라이트 유닛에서 출사된 광을 이용하여 영상을 형성하는 디스플레이 패널;을 포함하는 디스플레이 장치.A backlight unit according to any one of claims 1 and 6 to 10; And a display panel that forms an image using light emitted from the backlight unit.
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