KR101613076B1

KR101613076B1 - 광학부재 및 이를 포함하는 표시 장치

Info

Publication number: KR101613076B1
Application number: KR1020090117062A
Authority: KR
Inventors: 김동훈; 최진성; 김승모; 이강우
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2016-04-20
Also published as: KR20110060466A; EP2345926A1; CN102081261A; US20110149556A1

Abstract

본 발명은 표시장치용 광학부재 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 액정표시장치는 광원, 광원으로부터 광을 제공받아 영상을 표시하는 표시패널, 및 광원 및 표시패널 사이에 구비되고, 광이 진동하는 방향에 따라 광을 투과시키거나 반사시키는 광학부재를 포함하되, 광학부재는, 굴절율 이방성을 가지는 복수의 미세사를 포함하는 광학층을 포함하되, 복수의 미세사의 피치는 광의 파장에 따라 결정된다.

Description

광학부재 및 이를 포함하는 표시 장치{Optical body and display apparatus using the same}

본 발명은 광학부재 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 휘도를 향상시키는 광학부재 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.

액정표시장치는 평판표시장치(FLAT PANEL DISPLAY, FPD) 중 하나로서, 일반적으로 액정표시장치는 광원, 상기 광원으로부터 광을 제공받아 영상을 표시하는 액정표시패널, 및 상기 액정표시패널의 입사면 및 출사면들에 구비되어 광을 편광하는 편광판들을 포함한다.

상기 편광판들은 상기 액정표시패널 측으로 제공되는 광 중 어느 한 방향으로 진동하는 편광(이하, P편광)은 통과시키고, 다른 방향으로 진동하는 편광(이하, S편광)은 흡수하여 소멸시킨다. 따라서, 상기 광원으로부터 발생되는 광의 일부는 상기 편광판들에 의해 손실될 수 있고, 그 결과, 액정표시장치의 휘도가 저하될 수 있으며, 상기 편광판들에 의해 손실된 광의 양을 보상하기 위하여 액정표시장치의 전력 소비가 증가할 수 있다.

따라서, 저소비전력을 달성하면서 휘도를 향상시킬 수 있는 고효율의 액정표 시장치가 요구된다

본 발명의 일 목적은 표시장치의 휘도를 향상시키는 광학부재를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 광학부재를 포함하는 표시장치를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 광원, 상기 광원으로부터 광을 제공받아 영상을 표시하는 표시패널; 및 상기 광원 및 상기 표시패널 사이에 구비되고, 광이 진동하는 방향에 따라 광을 투과시키거나 반사시키는 광학부재를 포함하되, 상기 광학부재는, 굴절율 이방성을 가지는 복수의 미세사를 포함하는 광학층을 포함하되, 상기 복수의 미세사의 피치는 광의 파장에 따라 결정된다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광학부재는 굴절율 이방성을 가지는 복수의 미세사를 포함하는 광학층을 포함하되, 상기 복수의 미세사의 피치는 광의 파장에 따라 결정된다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 표시장치의 휘도를 향상시키는 광학부재가 제공될 수 있으며, 상기 광학 부재를 이용한 표시장치에 따르면, 표시장치가 영상을 표시하는 데 사용되는 광의 효율을 향상시킬 수 있어 표시장치의 휘도가 향상될 수 있다.

또한, 상기 광학부재는 광의 파장에 따라 최적화된 피치를 가지는 미세사들을 포함하는 복수의 광학층을 이용하여, 표시장치의 휘도 상승효과를 극대화할 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 살펴보기로 한다. 상기한 본 발명의 목적, 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련된 실시예들을 통해서 용이하게 이해될 것이다. 다만 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다양한 형태로 응용되어 변형될 수도 있다. 오히려 아래의 실시예들은 본 발명에 의해 개시된 기술 사상을 보다 명확히 하고 나아가 본 발명이 속하는 분야에서 평균적인 지식을 가진 당업자에게 본 발명의 기술 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이다. 따라서 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다. 한편, 하기 실시예와 함께 제시된 도면은 명확한 설명을 위해서 다소 간략화되거나 과장된 것이며, 도면상에 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

이하에서는, 본 발명의 실시예들을 설명하기 위하여, 표시 장치로서 백라이트 어셈블리를 구비하는 액정표시장치를 예로 든다. 또, 백라이트 어셈블리의 예로 는 직하형 백라이트 어셈블리를 들기로 한다. 그러나, 본 발명이 상기와 같은 예들에 의해 한정되는 것은 아님은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 분해사시도이고, 도 2는 도 1의 I-I'을 따라 절취한 부분을 나타내는 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(500)는 영상을 표시하기 위한 표시패널(400), 상기 표시패널(400)에 광을 공급하기 위한 백라이트 어셈블리(200)를 포함한다.

백라이트 어셈블리(200)는 광원(50), 반사판(80), 상기 광원(50) 및 반사판(80)을 수납하는 바텀샤시(310), 확산판(120), 다수의 광학시트들(130), 및 광학부재(140)를 포함한다.

상기 광원(50)은 후술할 광학 부재(140)를 통해 상기 표시 패널(400)에 광을 공급하며 복수 개가 구비된다. 상기 광원(50)으로는 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescence Lamp, CCFL), 외부전극형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp, EEFL), 열음극형광램프(Hot Cathode Fluorescence Lamp, HCFL) 등이 사용될 수 있다. 상기 냉음극형광램프, 외부전극형광램프 또는 열음극형광램프 등은 일 방향으로 길게 연장되어 형성될 수 있다. 또한, 발광다이오드(LED; Light Emitting Diode), 유기발광다이오드(OLED; Organic Light Emitting Diodes)도 광원으로 사용될 수 있으며, 광원의 종류는 한정되지 않는다. 상기 발광다이오드나 유기발광다이오드를 광원으로 사용하는 경우에는 점광원으로 사용하거나, 복수 개를 일 방향으로 길게 일렬로 배치하여 선광원으로 사용할 수 있다.

반사판(80)은 알루미늄, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET; Polyethylene Terephthalate)와 같은 광을 반사하는 물질을 포함하며 바텀샤시(310)의 바닥부에 구비된다. 광원(50)으로부터 발생되어, 표시패널(400) 측으로 진행하지 않고, 반사판(80) 측에 도달된 광은 반사판(80)에 의해 반사되어 표시패널(400) 측으로 제공될 수 있다.

상술한 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치(500)의 백라이트 어셈블리(200)는 바텀샤시(310)의 바닥부에 광원(50)을 수납하는 직하형이나, 다른 실시예에 따르면 측면에 광원을 수납하는 에지형일 수 있다. 액정표시장치(500)가 에지형 백라이트 어셈블리를 포함하여 구현될 경우, 액정표시장치(500)는 광원으로부터 발생되는 광을 표시패널(400) 측으로 가이드하는 도광판(미도시)을 더 포함할 수 있다.

확산판(120)은 광원(50) 상부에 배치되어 광을 확산시킨다. 그 결과, 광원(50)으로부터 발생된 광은 확산판(120)에 의해 표시패널(400) 측으로 균일하게 제공될 수 있다.

광학시트들(130)은 확산판(120) 상부에 배치된다. 광학시트들(130)은 확산판(120)을 투과한 광을 집광하여 정면 휘도를 향상시키는 프리즘 시트 및 확산판(120)으로부터 출사된 광을 확산시키는 확산시트를 포함할 수 있다.

광학부재(140)는 광이 진동하는 방향에 따라 광학시트들(130)을 투과한 광을 투과시키거나 반사시킨다. 광학부재(140)의 구조 및 기능에 대한 상세한 설명은 후술된다.

상기 표시 패널(400)은 영상을 표시할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않으나, 별도의 광원이 필요한 비발광 표시 패널이 사용된다. 비발광 표시 패널로는 액정 표시 패널(liquid crystal display panel)이나 전기영동 표시 패널(electrophoretic display panel) 등이 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 일 실시예로서 상기 표시 패널(400)로 액정 표시 패널을 적용되어 있다.

상기 표시패널(400)로 액정표시패널이 사용된 경우, 상기 표시패널(400)은 박막트렌지스터가 형성되어 있는 제1기판(420) 및 제1기판(420)과 마주하고 있는 제2기판(410) 및 상기 제1기판(420)과 상기 제2기판(420) 사이에 형성된 액정층(미도시)을 포함한다.

제1기판(420)은 다수의 화소를 포함하고, 화소들 각각은 박막트랜지스터 및 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되는 화소전극을 포함한다. 화소들 각각은 정사각형, 직사각형 또는 기타 다른 형태(예를 들어, CV사 형태)로 구현될 수 있으며, 그 형태에 한정되지 않는다.

제2기판(410)은 화소들과 일대일 대응하여 위치하는 컬러필터들 및 화소전극과 전계를 형성하는 공통전극을 포함한다.

또한, 다른 실시예에 따르면, 제 2 기판(410)은 공통전극을 포함하지 않고, 제 1 기판(420)이 상기 공통전극을 포함할 수도 있다. 제 1 기판(420)이 상기 공통전극을 포함하는 경우에, 공통전극은 화소전극과 함께 수평전계를 형성하여 액정의 방향자를 조절하는 대향전극으로 작용할 수도 있다.

그 결과, 제1기판(420) 및 제2기판(410) 사이에 개재된 액정은 화소전극 및 공통전극에 의해 형성되는 전계에 의해 그 방향자가 변경되어 제1기판(420) 및 제2기판(410)을 투과하는 광량이 조절된다.

다른 실시예에 따르면, 화소들과 일대일 대응하여 위치하는 컬러필터는 제1기판(420)상에 형성될 수도 있다. 컬러필터를 통과한 광은 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 광으로 분리되며, 각각의 광의 파장에 따른 피크치가 상이하므로, 이를 고려한 설계를 통해 표시장치(500)의 휘도를 향상시킬 수 있다.

바텀샤시(310)는 바닥부 및 바닥부로부터 연장된 측벽들을 구비하여 수납공간을 제공하고, 수납공간에 반사판(80) 및 광원(50)이 수납된다. 광원(50)의 상부에는 확산판(120), 광학시트들(130), 광학부재(140) 및 표시패널(400)이 순차적으로 배치되고, 탑샤시(380)는 표시패널(400)의 테두리를 커버하도록 바텀샤시(310)와 결합된다.

도 3은 광학부재의 기능을 설명하는 도면이다. 도 3을 참조하면, 광원(50)의 하부에는 반사판(80)이 배치되고, 광원(50)의 상부에는 확산판(120), 광학시트들(130), 광학부재(140), 및 표시패널(400)이 순차적으로 배치된다. 광학부재(140)는 복수의 층으로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 광학 부재(140)는 도 3에 도시된 바와 같이, 광학층(141) 및 광학층(141)을 상하에서 덮고 있는 확산층(145, 148)을 포함할 수 있다. 확산층(145, 148)은 예컨대, 폴리카보네이트로 형성될 수 있다.

표시패널(400)은 박막트렌지스터가 형성되어 있는 제1기판(420), 제1기판(420)과 마주하고 있는 제2기판(410), 및 제1기판(420) 및 제2기판(410) 사이에 개재되는 액정층(405)을 포함한다. 또한, 제1기판(420)은 광의 입사면에 구비되는 제 1 편광판(423)을 포함하고, 상기 제2기판(410)은 광의 출사면에 구비되는 제 2 편광판(415)을 포함한다.

광원(50)으로부터 발생되는 광은 확산판(120), 광학시트들(130), 및 광학부재(140)을 순차적으로 투과하여 표시패널(400) 측으로 제공된다. 광학부재(140)은 광이 진동하는 방향에 따라 광을 투과시키거나 반사시킨다. 광학부재(140)가 광을 투과시키는 광축의 방향은 상기 제 1 편광판(423)의 투과축과 나란하고, 광학부재(140)가 광을 반사시키는 광축의 방향은 상기 제 1 편광판(423)의 흡수축과 나란하다.

예컨대, 광의 진동 방향이 서로 상이한 P편광 및 S편광을 정의하고, 상기 제 1 편광판(423) 및 상기 광학부재(140)는 상기 P편광을 투과시키고, 상기 제 1 편광판(423)은 상기 S편광을 흡수하고, 상기 광학부재(140)는 상기 S편광을 반사한다고 가정한다. 상기 광원(50)으로부터 발생되는 광은 다양한 방향으로 진동하는 광을 포함하므로 상기 광원(50)으로부터 발생되는 광은 제 1 P편광(10) 및 제 1 S편광(11)을 포함한다.

그 결과, 상기 제 1 P편광(10)은 순차적으로 상기 광학부재(140) 및 상기 제 1 편광판(423)을 투과하여 상기 표시패널(400)이 영상을 표시하는 데 사용되지만, 상기 제 1 S편광(11)은 상기 광학부재(140)에 의해 반사되어 상기 반사판(80)으로 진행하는 제 2 S편광(12)으로 변경된다.

한편, 상기 제 2 S편광(12)이 상기 반사판(80)에 의해 반사되어 다시 상기 광학부재(140) 측으로 진행할 때, 상기 제 2 S편광(12)은 제 2 P편광(13) 및 제 3 S편광(14)으로 나누어진다. 그 결과, 상기 제 2 P편광(13)은, 상기 제 1 P편광(10)과 같이, 상기 광학부재(140) 및 상기 제 1 편광판(423)을 투과하여 상기 표시패널(400)이 영상을 표시하는데 사용되고, 상기 제 3 S편광(14)은 다시 상기 광학부재(140)에 의해 반사되어 P편광 및 S편광으로 나누어진다.

상술한 상기 광학부재(140)가 광의 진동방향에 따라 광을 필터링하는 작용이 반복되고, 그 결과, 상기 광학부재(140)에 의해 상기 제 1 편광판(423)을 투과하여 영상을 표시하는 데 사용될 수 있는 광만이 상기 표시패널(400) 측으로 제공되어 표시패널(400)의 휘도가 향상될 수 있다.

또한, 상술한 반사편광 기능을 극대화하기 위하여 상기 광학부재(140)는 진행하는 광의 보강간섭이 일어나도록 설계될 수 있다.

도 4를 참조하면, 청색광(B), 녹색광(G), 적색광(R)의 파장대별 피크치가 도시되어 있다. 청색광(B)은 약 450nm, 녹색광(G)은 약 560nm, 적색광(R)은 약 600nm에서 최대 피크치를 가지므로, 각 파장대에 적합한 광학부재의 설계가 필요하다.

한편, 보강간섭은 진행하는 광의 경로차가 광의 반파장의 홀수배인 경우 일어나므로, 각 파장대별 보강간섭 조건을 결정하고, 광경로차를 결정하는 굴절율 및 거리를 조절하여 보강간섭 효과를 극대화 할 수 있다.

예를 들어, 서로 다른 두개의 매질 1, 매질 2를 가정하고, 각 매질의 굴절율은 n1, n2, 각 매질의 거리는 d1, d2로 가정한다. 이경우 광경로차가 λ/2가 될 경우 보강간섭이 일어나므로, 보강간섭이 일어나는 조건은 하기와 같다.

(조건식)

λ/2 = n1*d1+n2*d2=2*(n1*d1)=2*(n2*d2)

즉, λ/4 = n1*d1=n2*d2 일 때, 보강간섭이 일어난다.

구체적으로, 청색광(B)의 경우, 반사효율을 극대화하는 경우를 산정해 보기로 한다.

청색광(B)의 최대피크 파장은 450nm이고, 매질 1 및 매질 2의 굴절율이 n1=1.64, n2=1.88이라고 가정하면, 상기 최종식 λ/4 = n1*d1=n2*d2에 따라서, d1=69nm, d2=60nm로 결정된다. 따라서, 가시광선 영역의 각 파장에 따른 최적화된 광학층의 최적 두께 산정이 가능해진다.

일반적으로, 등방성 재질은 폴리카보네이트(polycarbonate,PC) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)등을 사용하고, 이들의 굴절율은 1.2~2.0 사이에 형성된다. 이방성 재질인 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN) 또는 CoPEN는 연신전 1.2~2.0 사이의 굴절율을 가지다가 연신함에 따라 굴절율이 증가한다.

따라서, 상기한 굴절율을 가지는 재료를 이용하여 광학층을 구성할 경우, 가시광선 영역인 350nm~800nm를 모두 커버하기 광학층에 포함된 미세사들의 피치는 30nm~200nm로 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학부재(140)는 복수의 미세사를 포함하므로, 하나의 층에 대해서도 복수의 미세사의 경계에 따른 다층 구조의 효과를 낼 수 있다. 또, 상술한 것처럼, 복수의 미세사들의 피치를 조절함에 따라 각 파장대별로 반사효율을 극대화할 수 있다.

이하 도 5 내지 도 10d를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도 5는 도 3에 도시된 광학층을 확대하여 나타낸 평면도이다. 도 5를 참조하면, 상기 광학층(141)은 제 1 방향(D1)으로 연장되는 제1 광학체(142), 상기 제 1 방향(D1)과 수직인 제 2 방향(D2)으로 연장되는 제2 광학체(143)를 포함한다.

상기 제1 광학체(142) 및 상기 제2 광학체(143) 각각은, 실과 같은, 선형의 형상을 갖는다. 또한, 상기 제1 광학체(142) 및 상기 제2 광학체(143)는 상기 제 1 및 제 2 방향들(D1, D2)로 연장되는 실들로 직조된 천과 같이, 서로 랜덤하게 교차하도록 구성될 수 있다.

상기 제1 광학체(142)는 상기 제 1 방향(D1) 및 상기 제 2 방향(D2)에 대해 서로 다른 굴절율을 갖는다. 상기 제 1 광학체(142)는 굴절율 이방성을 가지고 섬유 형상을 갖는 복수의 미세사들(144)을 포함한다. 예컨대, 제 1 방향에 대한 상기 미세사들(144)의 굴절율은 상기 제 1 방향과 수직인 제 2 방향에 대한 상기 미세사들(144)의 굴절율과 상이하다. 상기 미세사들(144)이 굴절율 이방성을 갖는 이유는, 상기 미세사들(144)은, 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN) 또는 CoPEN 과 같이, 연신하는 방향으로 굴절율 이방성을 갖는 물질을 포함하기 때문이다. 따라서, 상기 미세사들(144)이 일 방향으로 연신되어 제조되는 경우에, 상기 미세사들(144)은 연신된 방향으로 굴절율 이방성을 갖는다.

상술한 상기 미세사들(144)의 광학적 특성으로 인해서 상기 제 1 광학체(142) 및 상기 제 1 광학체(142)를 포함하는 상기 광학층(141)은 굴절율 이방성을 가질 수 있다.

한편, 상기 제2 광학체(143)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 또는 PET 및 PC의 공중합체인 CoPET과 같이 광을 투과시키는 물질을 포함한다. 또한, PET 또는 CoPET과 같은 물질은 연신하는 방향에 상관 없이 모든 방향에 대해 동일한 굴절율을 가지므로 상기 제2 광학체(143)는 굴절율 등방성을 갖는다.

광학층(141)에서 제1 광학체(142) 및 제2 광학체(143)가 점유하고 남은 공간은 광학체 매트릭스(147)로 채워질 수 있다. 광학체 매트릭스(147)는 예컨대, 제2 광학체(143)와 동일한 물질로 이루어질 수 있다.

한편, 도 5a의 실시예와는 달리, 본 발명의 다른 몇몇 실시예에서는 제2 광학체(143)가 생략되고, 제1 광학체(142) 및/또는 광학체 매트릭스 (147)만으로 광학층(141_1)이 이루어질 수도 있다.

도 6a은 도 5에 도시된 광학층의 Ⅱ-Ⅱ'을 절취한 부분을 나타내는 단면도이다. 도 6a를 참고하면, 제1 광학체(142)는 복수의 미세사(144)를 포함한다. 상기 복수의 미세사(144)는 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN) 또는 CoPEN 과 같이 연신하는 방향으로 굴절율 이방성을 갖는 물질로 이루어진다. 상기 복수의 미세사(144)들은 상기 제 1 방향(D1)으로 연신되어 제조되기 때문에, 이를 포함하는 제1 광학체(142)는 굴절율 이방성을 가진다. 상기 연신비를 달리할 경우, 제1 광학체(142)의 굴절율이 달라질 수 있다.

도 6b는 도 6a의 변형 실시예를 도시한다. 도 6b를 참조하면, 복수의 미세사들(144)은 미세사 다발로서 제공될 수 있다. 미세사 다발은 미세사 매트릭스(146) 및 미세사 매트릭스(146) 내에 배치된 복수의 미세사(144)들을 포함할 수 있다. 미세사 매트릭스(146)는 광학체 매트릭스(147)와 실질적으로 동일한 물질로 이루어질 수 있다.

도 7a는 미세사들의 피치가 상이한 복수의 광학층을 적층한 구조를 예시한다. 상술한 바와 같이, 파장대별로 최대 피크치가 상이하므로, 각 파장대에 최적화된 설계를 통하여 액정표시장치의 휘도를 극대화할 수 있다.

예를 들어, 도 7a에 도시된 제1 광학층(700)은 청색광(B)에 최적화된 피치를 가지는 복수의 미세사(704)로 구성되고, 제2 광학층(710)은 녹색광(G)에 최적화된 피치를 가지는 복수의 미세사(714)로 구성될 수 있다. 미세사(704, 714)의 최적화된 피치를 산정하는 방법에 대해서는 전술한 바 있다.

도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학층의 적층 구조를 도시한다. 도 7b를 참조하면, 광학층은 제1 광학층(700), 제2 광학층(710) 및 제3 광학층(720)을 포함한다. 여기서, 제1 광학층(700)은 청색광(B)에 최적화된 피치를 가지는 복수의 미세사(704)로 구성되고, 제2 광학층(710)은 녹색광(G)에 최적화된 피치를 가지는 복수의 미세사(714)로 구성되며, 제3 광학층(720)은 적색광(G)에 최적화된 피치를 가지는 복수의 미세사(724)로 구성될 수 있다. 미세사(704, 714, 724)의 최적화된 피치를 산정하는 방법에 대해서는 전술한 바에 따른다. 다만, 개략적으로는 도 7b로부터 제3 광학층(720)에 포함되어 있는 미세사(724)의 피치가 가장 크고, 제2 광학층(710)에 포함되어 있는 미세사(714)의 피치는 중간이며, 제1 광학층(700)에 포함되어 있는 미세사(704)의 피치가 가장 작음을 개략적으로 확인할 수 있다.

예를 들어, 이에 제한되는 것은 아니지만, 상기 적색광의 파장이 약 650nm이고, 녹색광의 파장은 약 550nm이며, 청색광의 파장이 약 450nm라고 하면, 제3 광학층(720)의 미세사(724)의 피치는 약 105 내지 115nm이고, 제2 광학층(710)의 미세사(714)의 피치는 약 86 내지 96nm이며, 제1 광학층(700)의 미세사(704)의 피치는 약 70 내지 80nm일 수 있다.

한편, 도 7a 및 도 7b에서는 광학층의 적층 순서가, 피치가 큰 것이 아래쪽에 배치된 것을 예시하였지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 몇몇 다른 실시예에서는 도 7a 또는 도 7b의 적층 순서와 정반대일 수 있다. 또 다른 몇몇 실시예에서는 피치의 크기와 무관하게 각 광학층이 랜덤하게 섞여 적층될 수도 있다. 나아가, 제4, 또는 그 이상의 광학층이 더 적층될 수도 있다. 각 광학층에 포함된 미세사의 피치는 타겟으로 하는 파장을 최대 효율로 반사시킬 수 있도록 최적화된 피치일 수 있다.

가시광을 커버하기 위하여 상기 적층되는 복수의 광학층들은 가시광선영역에 해당하는 350nm~800nm 사이의 파장에 대응하는 피치인 30nm~200nm 범위 내에서 어느 한 값을 갖는 미세사를 포함한다.

나아가, 가시광의 전 파장 범위를 커버하기 위해서는 상기 적층되는 복수의 광학층들의 미세사 피치가 각각 30nm~200nm 범위 내의 어느 한 값을 갖되, 선택된 미세사 피치가 30nm~200nm 범위에서 고르게 분포되도록 할 수 있다.

도 7a 내지 도 7b의 실시예에서는 하나의 광학층 내의 미세사들은 모두 동일한 피치를 가지며, 다수이 광학층들이 적층된 경우를 예시하였지만, 하나의 광학층 이 서로 다른 피치를 갖는 미세사를 포함할 경우에도 다양한 파장에 대한 반사 효율 극대화가 가능하다. 더욱 상세한 설명을 위하여 도 8a 내지 도 9가 참조된다.

도 8a를 참조하면, 광학층은 제1 피치를 갖는 제1 미세사(804) 및 제2 피치를 갖는 제2 미세사(814)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 피치는 타겟으로 하는 제1 파장의 편광을 최대 효율로 반사시킬 수 있도록 설계된 피치이다. 또, 제2 피치는 상기 제1 파장과 상이한 제2 파장의 편광을 최대 효율로 반사시킬 수 있도록 설계된 피치이다. 도 8a에서 제2 피치는 제1 피치보다 크다.

제1 미세사(804)와 제2 미세사(814)는 하나의 광학층 내에서 실질적인 층상 구조를 이룰 수 있다. 예를 들어, 도 8a에 도시된 것처럼 광학층의 아래쪽에는 제2 미세사(814)가 배치된 제2 미세사 영역이, 위쪽에는 제1 미세사(804)가 배치된 제1 미세사 영역이 위치할 수 있다.

도 8b는 광학층이 제1 피치를 갖는 제1 미세사(804), 제2 피치를 갖는 제2 미세사(814), 및 제3 피치를 갖는 제3 미세사(824)를 포함하는 경우를 예시한다. 아울러, 도 8c는 제1, 제2, 및 제3 미세사 이외에 제4 미세사(834) 및 제5 미세사(844)를 더 포함하는 경우를 예시한다. 도 8b 및 도 8c에서도 각 미세사들은 실질적인 층상 구조로 배치된다.

한편, 도 8a 내지 도 8c는 설명의 편의상 아래쪽으로 갈수록 피치가 증가하는 경우를 예시하였지만, 이에 제한되는 것은 아니며, 특정 피치를 갖는 특정 미세사 구간의 상하 배치는 정반대로 뒤바뀌거나, 자유롭게 변경 가능하다.

아울러, 도 9는 제1 피치의 제1 미세사(904), 제2 피치의 제2 미세사(914) 및 제3 피치의 제3 미세사(924)가 환형으로 영역을 이룬 예를 도시한다. 그 밖에도 서로 다른 피치의 미세사들을 이용한 더욱 다양한 배치가 가능함은 물론이다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서는 서로 다른 피치의 미세사들이 랜덤하게 분포될 수 있다. 또 다른 실시예에서는 서로 다른 피치의 미세사들이 두께 방향으로 피치가 점점 증가하거나, 감소하거나, 또는 증가에서 감소로 변하거나, 감소에서 증가로 변하는 등 중간에서 변곡점을 가질 수도 분포될 수도 있다.

또, 이상의 실시예들에서는 미세사들의 단면이 원형인 것을 예로 들었지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 미세사의 단면은 도 10a에 도시된 것처럼 사각형(1004)일 수 있다. 특히, 미세사의 단면이 사각형(1004)이면, 피치의 미세 조절이 용이하다.

나아가, 미세사의 단면은 도 10b에 예시된 것처럼 육각형(1014)이거나, 도 10c에 도시된 것처럼 삼각형(1024)일 수 있다. 또, 도 10d에 도시된 것처럼 그 단면이 타원(1034)일 수도 있다. 기타, 다른 다양한 다각형 형상 등도 가능함은 물론이다.

이상에서는 미세사의 피치를 조절하여, 파장대별 보강간섭을 최적화하는 방안에 대해 설명하였다. 전술한 바에 따르면 광경로차는 미세사의 피치, 즉 진행거리(d)로 조절할 수 있었다. 한편, 다른 실시예에 따르면, 광경로차는 매질의 굴절율(n)을 변화시켜 조절할 수도 있다. 즉, 동일한 피치를 가지는 미세사를 사용할 경우, 이들의 연신비를 달리하거나 미세사의 재질을 달리하여, 파장대별로 반사효과를 극대화하는 복수의 광학층을 형성할 수도 있다.

도 11은 파장대별 특성을 고려한 광학층을 사용한 광학부재의 투과율을 나타낸 그래프이다. 도 8에는 청색광(B), 녹색광(G), 적색광(R)의 파장별 특성을 고려하여, 설계한 광학층의 투과율 그래프(1120)와 파장별 특성의 고려없이 랜덤하게 설계한 광학층의 투과율 그래프(1110)와 파장별 특성을 고려하여 설계한 최대 피치보다 큰 피치로 설계한 광학층의 투과율 그래프(1100)가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 가시광선 영역의 파장이 증가할수록 투과율은 증가하고, 파장별 특성을 고려하여, 설계한 광학층의 투과율 그래프(1120)는 가시광선 전 영역에서 파장별 특성의 고려없이 랜덤하게 설계한 광학층의 투과율 그래프(1110) 및 파장별 특성을 고려하여 설계한 최대 피치보다 큰 피치로 설계한 광학층의 투과율 그래프(1100) 보다 투과율이 낮다. 즉, 파장별 특성을 고려하여, 설계한 광학층의 반사효과가 높다는 것을 알 수 있다.

이하, 도 12 내지 도 14을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 파장대별 특성을 고려한 광학층의 반사편광효과에 대해 설명하도록 한다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 실험예와 비교예에 따른 설계도를 나타낸 도면이다. 도 12에는 [표 1]에 따른 파장대별 미세사의 사이즈를 결정하여 반영한 실험예의 설계도(1200)와, 실험예의 미세사의 사이즈의 중간치인 90nm의 단일 사이즈의 미세사를 이용한 경우의 비교예의 설계도(1210)가 도시되어 있다.

[표 1]

	파장특성(λ, nm)	위상차(λ/4, nm)	미세사 Size (nm)
적색(R)	650	162.5	108.3
녹색(G)	550	137.5	91.7
청색(B)	450	112.5	75.0

도 13은 도 12의 실험예와 비교예의 설계치에 따른 반사 효율 결과를 나타낸 그래프이다. 실시예 그래프(1300)는 실험예의 설계도(1200) 따른 반사효율이고, 비교예 그래프(1310)는 비교예의 설계도(1210)에 따른 반사효율이다. 결과를 살펴보면, 실시예의 경우 비교예에 비해 반사효율(Receiver_R)이 상승하는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로 실시예의 경우 1.5~1.9e+008의 휘도 값을 가지는 반면 비교예의 경우는 1~1.5e+008을 가짐을 확인할 수 있다.

도 14는 도 12의 실험예와 비교예의 설계치에 따른 투과 효율 결과를 나타낸 그래프이다. 실시예 그래프(1400)는 실험예의 설계도(1200) 의 설계치에 따른 투과효율이고, 비교예 그래프(1410)는 비교예의 설계도(1210)에 따른 투과효율이다. 투과축에 대한 휘도 효율은 축별로 비교해보면 알 수 있듯이 실시예의 경우 비교에에 비해 휘도 효율이 적게는 5%에서 많게는 20%까지 향상되는 것을 확인할 수 있다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 분해사시도이다.

도 2는 도 1의 I-I'을 따라 절취한 부분을 나타내는 단면도이다.

도 3은 광학부재의 기능을 설명하는 도면이다.

도 4는 광의 파장대별 피크치를 나타내는 도면이다.

도 5는 도 3에 도시된 광학층을 확대하여 나타낸 평면도이다.

도 6a는 도 5에 도시된 Ⅱ-Ⅱ'을 절취한 부분을 나타내는 단면도이다.

도 6b는 도 6a의 변형 실시예를 도시한다.

도 7a는 미세사들의 피치가 상이한 복수의 광학층을 적층한 구조를 나타내는 도면이다.

도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학층의 적층 구조를 나타내는 도면이다.

도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 미세사의 배치를 나타내는 단면도들이다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미세사의 배치를 나타내는 단면도이다.

도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 미세사의 단면 형상을 나타낸 단면도들이다.

도 11은 파장대별 특성을 고려한 광학층을 사용한 광학부재의 투과율을 나타낸 그래프이다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 실험예와 비교예에 따른 설계도를 나타낸 도면이다.

도 13은 도 12의 실험예와 비교예의 설계치에 따른 반사 효율 결과를 나타낸 그래프이다.

도 14는 도 12의 실험예와 비교예의 설계치에 따른 투과 효율 결과를 나타낸 그래프이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

50 -- 광원 80 -- 반사판

120 -- 확산판 130 -- 광학시트들

140 -- 광학부재 141 -- 광학층

142 -- 제1 광학체 143 -- 제2 광학체

200 -- 백라이트 어셈블리 400 -- 액정표시패널

500 -- 액정표시장치

Claims

광원;

상기 광원으로부터 광을 제공받아 영상을 표시하는 표시패널; 및

상기 광원 및 상기 표시패널 사이에 구비되고, 광이 진동하는 방향에 따라 광을 투과시키거나 반사시키는 광학부재를 포함하되,

상기 광학부재는,

굴절율 이방성을 가지는 복수의 미세사를 포함하는 광학층을 포함하되, 상기 복수의 미세사의 피치는 광의 파장에 따라 결정되고,

상기 광학층은 복수개이고,

각각의 광학층에 포함되는 복수의 미세사들은 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B) 중 적어도 하나의 광의 파장에 대응하도록 피치가 결정되고,

상기 적색광의 파장에 대응되는 피치는 105 내지 115nm이고,

상기 녹색광의 파장에 대응되는 피치는 86 내지 96nm이며,

상기 청색광의 파장에 대응되는 피치는 70 내지 80nm인 표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 광학층은 제1 피치를 갖는 제1 미세사 영역 및 제2 피치를 갖는 제2 미세사 영역을 포함하되,

상기 제1 피치 및 상기 제2 피치는 서로 상이하고,

상기 제1 피치는 제1 파장의 광에 따라 결정된 것이고,

상기 제2 피치는 상기 제1 파장과 상이한 제2 파장의 광에 따라 결정된 것인 표시장치.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 미세사는 연신방향에 따른 굴절율 이방성을 가지고, 연신비에 따라 굴절율이 달라지는 표시장치.
삭제
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 광학층은 굴절율 이방성을 갖는 제1 광학체 및 굴절율 등방성을 가지고 상기 제1 광학체를 지지하는 제2 광학체를 포함하되,

상기 제1 광학체는 상기 복수의 미세사를 포함하는 표시장치.
제 8 항에 있어서,

상기 제2 광학체의 굴절율은 1.3 내지 2.0이고, 상기 복수의 미세사의 연신전 굴절율은 1.3 내지 2.0인 표시장치.
제 1 항에 있어서,

광을 집광하여 정면 휘도를 향상시키는 프리즘 시트를 더 포함하는 표시장치.
굴절율 이방성을 가지는 복수의 미세사를 포함하는 광학층을 포함하되, 상기 복수의 미세사의 피치는 광의 파장에 따라 결정되고,

상기 광학층은 복수개이고,

각각의 광학층에 포함되는 복수의 미세사들은 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B) 중 적어도 하나의 광의 파장에 대응하도록 피치가 결정되고,

상기 적색광의 파장에 대응되는 피치는 105 내지 115nm이고,

상기 녹색광의 파장에 대응되는 피치는 86 내지 96nm이며,

상기 청색광의 파장에 대응되는 피치는 70 내지 80nm인 광학부재.
제 11 항에 있어서,

상기 광학층은 제1 피치를 갖는 제1 미세사 영역 및 제2 피치를 갖는 제2 미세사 영역을 포함하되,

상기 제1 피치 및 상기 제2 피치는 서로 상이하고,

상기 제1 피치는 제1 파장의 광에 따라 결정된 것이고,

상기 제2 피치는 상기 제1 파장과 상이한 제2 파장의 광에 따라 결정된 것인 광학부재.
삭제
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삭제
제 11 항에 있어서,

상기 광학층은 굴절율 이방성을 갖는 제1 광학체 및 굴절율 등방성을 가지고 상기 제1 광학체를 지지하는 제2 광학체를 포함하되,

상기 제1 광학체는 상기 복수의 미세사를 포함하는 광학부재.
제 17 항에 있어서,

상기 제2 광학체의 굴절율은 1.3 내지 2.0이고, 상기 복수의 미세사의 연신전 굴절율은 1.3 내지 2.0인 광학부재.