KR101978721B1 - 편광판, 액정 표시 장치 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

편광판, 액정 표시 장치 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개구부와 비개구부를 가지며, 상기 개구부에는 복수의 금속선이 일 방향으로 연장되어 배열되어 있으며, 상기 비개구부에는 판형 패턴이 형성되어 있으며, 상기 금속선의 높이는 상기 판형 패턴이 높이보다 낮으며, 상기 복수의 금속선의 간격은 가시광선의 파장보다 작은 편광판 및 이를 포함하는 액정 표시 장치와 그 제조 방법에 대한 것이다.

Description

편광판, 액정 표시 장치 및 이를 제조하는 방법{POLARIZER, LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 편광판, 액정 표시 장치 및 이를 제조하는 방법에 대한 것으로 좀 더 상세하게는 반사형 편광판, 이를 포함하는 액정 표시 장치 및 이를 제조하는 방법에 대한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전계 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어지며, 전계 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전계를 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치는 광원에 따라서 액정 셀의 배면에 위치한 백라이트를 이용하여 화상을 표시하는 투과형 액정 표시 장치, 자연 외부광을 이용하여 화상을 표시하는 반사형 액정 표시 장치, 그리고 투과형 액정 표시 장치와 반사형 액정 표시 장치의 구조를 결합시킨 것으로, 실내나 외부 광원이 존재하지 않는 어두운 곳에서는 표시 소자 자체의 내장 광원을 이용하여 화상을 표시하는 투과 모드로 작동하고 실외의 고조도 환경에서는 외부광을 반사시켜 화상을 표시하는 반사 모드로 작동하는 반투과형 액정 표시 장치로 구분된다.
이 중 백라이트를 이용하여 화상을 표시하는 투과형 또는 반투과형 액정 표시 장치는 표시 휘도가 높다는 장점으로 인하여 주로 사용된다.
그러나 백라이트에서 입사되는 빛은 액정 표시 장치의 하부에 부착된 편광판에 의하여 50% 가량은 흡수되며, 나머지 50% 정도만 표시에 사용되는데 그로 인하여 광 효율이 떨어지며, 표시 휘도도 낮아진다는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 백라이트 유닛에서 제공되는 빛을 이용하는 효율을 높일 수 있는 편광판 및 액정 표시 장치를 제공하고자 한다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 편광판은 개구부와 비개구부를 가지며, 상기 개구부에는 복수의 금속선이 일 방향으로 연장되어 배열되어 있으며, 상기 비개구부에는 판형 패턴이 형성되어 있으며, 상기 금속선의 높이는 상기 판형 패턴이 높이보다 낮으며, 상기 복수의 금속선의 간격은 가시광선의 파장보다 작다.
상기 판형 패턴은 상기 금속선의 높이와 같은 판형 금속 패턴과 상기 판형 금속 패턴의 상부에 위치하는 추가 판형 패턴을 포함할 수 있다.
상기 추가 판형 패턴은 금속 또는 유전 물질을 포함하며, 상기 유전 물질은 TiO2 또는 SiO2와 같은 물질을 포함하거나 고 반사(high reflective) 특성을 가지거나 저 반사(anti-reflective) 특성을 가질 수 있다.
상기 추가 판형 패턴은 이중층 구조를 가질 수 있다.
상기 금속선의 상부 및 상기 판형 금속 패턴과 상기 상부 편형 패턴의 사이에는 각각 제2 미세 부가층 및 제2 판형 부가층이 더 형성되어 있으며, 상기 제2 미세 부가층 및 상기 제2 판형 부가층은 동일한 높이로 형성되어 있을 수 있다.
상기 제2 미세 부가층 및 상기 제2 판형 부가층은 금속 또는 유전 물질을 포함하며, 상기 유전 물질은 TiO2 또는 SiO2와 같은 물질을 포함하거나 고 반사(high reflective) 특성을 가지거나 저 반사(anti-reflective) 특성을 가질 수 있다.
상기 금속선의 하부 및 상기 판형 금속 패턴의 하부에는 각각 제1 미세 부가층 및 제1 판형 부가층이 더 형성되어 있으며, 상기 제1 미세 부가층 및 상기 제1 판형 부가층은 동일한 높이로 형성되어 있을 수 있다.
상기 제1 미세 부가층 및 상기 제1 판형 부가층은 상기 추가 판형 패턴은 금속 또는 유전 물질을 포함하며, 상기 유전 물질은 TiO2 또는 SiO2와 같은 물질을 포함하거나 고 반사(high reflective) 특성을 가지거나 저 반사(anti-reflective) 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 하부 절연 기판 및 상기 하부 절연 기판의 일측면에 부착되어 있는 하부 편광판을 포함하는 하부 표시판; 상부 절연 기판 및 상기 상부 절연 기판의 일측면에 부착되어 있는 상부 편광판을 포함하는 상부 표시판; 개구부를 가지며, 빛을 차단하는 차광 부재; 및 상기 상부 표시판과 상기 하부 표시판의 사이에 위치하고 있는 액정층을 포함하며, 상기 하부 편광판 및 상기 상부 편광판 중 적어도 하나의 편광판은 반사형 편광판으로 개구부와 비개구부를 가지며, 상기 개구부에는 복수의 금속선이 일 방향으로 연장되어 배열되어 있으며, 상기 비개구부에는 판형 패턴이 형성되어 있으며, 상기 반사형 편광판의 개구부는 상기 차광 부재의 개구부와 동일한 평면 형상을 가진다.
상기 반사형 편광판에서 상기 금속선의 높이는 상기 판형 패턴이 높이보다 낮으며, 상기 복수의 금속선의 간격은 가시광선의 파장보다 작을 수 있다.
상기 판형 패턴은 상기 금속선의 높이와 같은 판형 금속 패턴과 상기 판형 금속 패턴의 상부에 위치하는 추가 판형 패턴을 포함할 수 있다.
상기 하부 편광판은 상기 반사형 편광판이며, 상기 복수의 금속선 및 상기 판형 패턴을 덮는 대향 절연막을 더 포함하고, 상기 하부 편광판의 상기 복수의 금속선 및 상기 판형 금속 패턴은 상기 하부 절연 기판의 위에 형성되어 있으며, 상기 판형 금속 패턴의 위에 상기 추가 판형 패턴이 위치하며, 상기 추가 판형 패턴의 위에 상기 대향 절연막이 위치할 수 있다.
상기 대향 절연막은 상기 복수의 금속선과 일정 거리 떨어져 있을 수 있다.
상기 추가 판형 패턴은 금속 또는 유전 물질을 포함하며, 상기 유전 물질은 TiO2 또는 SiO2와 같은 물질을 포함하거나 고 반사(high reflective) 특성을 가지거나 저 반사(anti-reflective) 특성을 가질 수 있다.
상기 추가 판형 패턴은 이중층 구조를 가질 수 있다.
상기 상부 편광판은 흡수형 편광판일 수 있다.
상기 상부 편광판은 반사형 편광판이며, 상기 복수의 금속선 및 상기 판형 패턴을 덮는 대향 절연막을 더 포함하고, 상기 상부 편광판의 상기 복수의 금속선 및 상기 판형 금속 패턴은 상기 상부 절연 기판의 위에 형성되어 있으며, 상기 판형 금속 패턴의 위에 상기 추가 판형 패턴이 위치하며, 상기 추가 판형 패턴의 위에 상기 대향 절연막이 위치할 수 있다.
상기 상부 편광판은 반사형 편광판이며, 상기 복수의 금속선 및 상기 판형 패턴을 덮는 대향 절연막을 더 포함하고, 상기 상부 편광판의 상기 복수의 금속성 및 상기 판형 패턴이 상기 상부 절연 기판의 아래에 형성되어 있으며, 상기 복수의 금속성 및 상기 판형 패턴의 아래에 상기 추가 판형 패턴 및 투명 영역이 위치하며, 상기 추가 판형 패턴 및 투명 영역의 아래에 상기 대향 절연막이 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 편광판의 제조 방법은 지지 부재 위에 금속층, 하드 마스크용 물질 및 폴리머 층을 순차적으로 적층하는 단계; 몰드로 압연하여 상기 폴리머에 선형 패턴을 형성하는 단계; 상기 폴리머를 마스크로 하여 상기 하드 마스크용 물질을 식각하여 하드 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 하드 마스크 패턴위에 포토 레지스트를 형성한 후 마스크로 노광하여 비개구부에 형성되어 있는 상기 포토 레지스트를 제거하는 단계; 추가 판형 패턴용 물질 및 제2 하드 마스크용 물질을 연속하여 적층하는 단계; 상기 포토 레지스트를 리프트 오프하여, 상기 포로 레지스트의 상부에 위치하는 상기 추가 판형 패턴용 물질 및 상기 제2 하드 마스크용 물질을 함께 제거하여 제2 하드 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 하드 마스크 패턴 및 상기 제2 하드 마스크 패턴을 마스크로 하여 상기 금속층 및 상기 추가 판형 패턴용 물질을 식각하는 단계를 포함한다.
상기 하드 마스크 패턴은 가시 광선의 파장보다 작은 간격을 가질 수 있다.
이상과 같이 가시광선의 파장보다 좁은 간격을 가지는 금속선을 가지는 편광판에 의하여 편광판의 투과축에 수직한 빛도 반사되어 화상 표시에 사용하도록 함으로써 액정 표시 장치의 휘도를 향상시킨다. 뿐만 아니라 백라이트에서 사용되는 휘도 향상 필름을 사용하지 않을 수도 있고, 표시 장치의 전면에 anti reflection 필름이나 anti-glare 필름을 사용하지 않을 수도 있어 제조 단가가 절약되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 편광판의 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 편광판에서 반사 또는 투과되는 빛을 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 편광판의 제조 방법을 순서대로 도시한 도면이다.
도 12는 비교예로 사용된 편광판의 단면도이다.
도 13 및 도 14는 비교예와 도 2의 실시예에 따른 편광판의 특성을 도시한 그래프이다.
도 15 내지 도 19는 본 발명의 실시예에 따른 편광판의 특성을 도시한 그래프이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 편광판의 확대 단면도이다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 도 1을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 백라이트 유닛(500)과 액정 표시 패널을 포함한다.
먼저, 백라이트 유닛(500)은 광원, 도광판, 반사판 및 광학 시트를 포함할 수 있는데, 도 1에서는 이를 일체로만 도시하였다. 광원에서 제공된 빛은 도광판, 반사판 및 광학 시트를 통하여 상부의 액정 표시 패널로 제공된다. 실시예에 따라서는 광학 시트 중 서로 다른 굴절율의 두 층을 반복 적층한 휘도 향상 필름은 포함하지 않을 수도 있다.
액정 표시 패널은 도 1에서 도시하고 있는 바와 같이 액정층(3), 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200)을 포함한다.
먼저, 하부 표시판(100)을 살펴본다.
투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 하부 절연 기판(110) 위에 하부 편광판(11)이 형성되어 있다.
하부 편광판(11)은 반사형 편광판이며, 복수의 금속선(111)이 형성되어 있는 개구부(TA)와 판형 패턴(112, 113)이 형성되어 있어 빛을 투과시키지 않고 반사시키는 비개구부(BM)를 포함한다.
개구부(TA)에 형성되어 있는 복수의 금속선(111)은 일 방향으로 뻗어 있으며, 일정 간격을 두고 서로 떨어져 있다. 금속선(111)의 간격은 가시광선의 파장보다 작으며, 수십 내지 수백 nm의 폭을 가진다. 금속선(111)의 폭은 다양한 폭을 가질 수 있으며, 본 실시예에서는 금속선(111)간의 간격에 준하는 폭을 가진다. 금속선(111)의 두께는 금속선(111)을 형성하는 물질에 따라서 변할 수 있으며, 수십 내지 수백 nm의 폭을 가질 수 있으며, 본 실시예에서는 금속선(111)의 폭의 3배의 값을 가진다. 이와 같이 복수의 금속선(111)이 일 방향으로 배열된 경우 본 방향과 수직한 빛은 투과시킬 수 있으며, 이와 평행한 빛은 반사시킬 수 있다.
비개구부(BM)에 형성되어 있는 판형 패턴(112, 113)은 복수의 금속선(111)의 높이보다 높게 형성되어 있으며, 판형 금속 패턴(112)과 판형 금속 패턴(112)의 상부에 위치하는 추가 판형 패턴(113)을 포함한다.
판형 금속 패턴(112)은 하부로 입사된 빛을 반사시킬 수 있도록 금속선(111)과 같이 금속으로 형성되어 있다. 판형 금속 패턴(112)은 금속선(111)과 동일한 높이를 가질 수 있다. 판형 금속 패턴(112)이 형성되는 비개구부(BM)는 액정 표시 패널에서 차광 부재(220)가 형성되는 영역과 일치할 수 있으며, 차광 부재(220)의 개구부는 복수의 금속선(111)이 형성되어 있는 개구부(TA)와 일치할 수 있다. 복수의 금속선(111)은 판형 금속 패턴(112)과 동일한 금속으로 형성될 수 있으며, 실시예에 따라서는 다른 금속으로 형성될 수도 있다.
판형 금속 패턴(112)의 상부에는 추가 판형 패턴(113)이 형성되어 있으며, 추가 판형 패턴(113)은 금속 또는 유전 물질로 형성될 수 있다. 유전 물질은 TiO2 또는 SiO2와 같은 물질을 포함할 수 있으며, 고 반사(high reflective) 특성을 가지거나 저 반사(anti-reflective) 특성을 가질 수 있다. 금속은 일반적으로 고 반사 특성을 가지지만, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 티타늄(Ti) 등의 금속은 금속층과 산화물층을 이중층으로 형성되는 경우 반사 특성을 가질 수도 있다.
추가 판형 패턴(113)이 고 반사 특성을 가지는 경우에는 빛을 반사시켜 광 리사이클의 효율을 향상시키게 되며, 추가 판형 패턴(113)이 백라이트 유닛(500)를 향하여 위치할 수 있다. 또한, 추가 판형 패턴(113)이 저 반사 특성을 가지는 경우에는 빛이 반사되지 않도록 하여 표시 장치의 표시 특성을 향상시키는 것이므로 추가 판형 패턴(113)이 사용자의 눈을 향하여 위치할 수 있다. 추가 판형 패턴(113)이 금속으로 형성되는 경우 추가 판형 패턴(113)과 판형 금속 패턴(112)은 동일한 금속으로 형성할 수 있으며, 실시예에 따라서는 서로 다른 금속으로 형성할 수도 있다. 추가 판형 패턴(113)은 이중층 및 그 이상의 층으로 형성될 수도 있다.
개구부(TA)에 형성되어 있는 복수의 금속선(111)의 상부이며, 추가 판형 패턴(113)에 대응하는 부분 및 금속선(111)의 사이에는 투명 영역(114)이 형성되어 있다. 투명 영역(114)에는 공기가 채워져 있을 수 있으며, 실시예에 따라서는 굴절율이 공기에 준하는 물질이 채워져 있을 수 있다.
추가 판형 패턴(113)과 투명 영역(114)의 위에는 대향 절연막(115)이 형성되어 있다. 대향 절연막(115)은 판형 패턴(112, 113)의 추가 판형 패턴(113)과 접하지만, 복수의 금속선(111)과는 접하지 않는다. 즉, 대향 절연막(115)은 복수의 금속선(111)과 일정 거리 떨어져 있다.
이상과 같이 하부 편광판(11)은 금속선(111), 판형 패턴(112, 113), 투명 영역(114)을 포함하며, 이들을 양측에서 지지하고 보호하기 위하여 하부 절연 기판(110)과 대향 절연막(115)이 사용되고 있다. 하지만, 실시예에 따라서는 양측에 이들을 지지할 수 있는 지지 부재만 있으면 충분하고, 절연 기판이나 절연막이 사용될 필요는 없다. 즉, 하부 편광판(11)은 지지 부재의 사이에 금속선(111), 판형 패턴(112, 113), 투명 영역(114)이 형성되어 있는 필름 형태로도 제작될 수 있다. 하부 편광판(11)은 필름 형태로 제작된 후 하부 절연 기판(110)의 위에 부착되거나 박막 트랜지스터의 제조 공정과 같은 적층 및 식각 공정을 통하여 형성될 수도 있다.
또한, 하부 편광판(11)은 지지 부재의 사이에 위치하는 금속선(111), 판형 패턴(112, 113), 투명 영역(114)의 상하 위치가 실시예에 따라서는 바뀔 수 있다. 즉, 도 1에서는 하부 편광판(11)의 아래측에 금속선(111) 및 판형 금속 패턴(112)이 위치하고, 위측에 투명 영역(114) 및 추가 판형 패턴(113)이 위치하고 있지만, 그 반대로 아래측에 투명 영역(114) 및 추가 판형 패턴(113)이 위치하고, 위측에 금속선(111) 및 판형 금속 패턴(112)이 형성될 수도 있다. (도 21의 상부 편광판(21) 참고)
도 1에서 도시하고 있는 하부 편광판(11)은 하부 절연 기판(110)의 상부에 형성되어 인셀(in cell) 타입으로 형성된 실시예이다.
실시예에 따라서는 도 1의 하부 편광판(11)과 달리 하부 편광판(11)이 하부 절연 기판(110)의 아래에 온 셀(on cell) 타입으로 형성될 수도 있다. 이 때, 본 실시예에서는 금속선(111), 판형 패턴(112, 113), 투명 영역(114)의 상하 배치는 변하지 않으나, 대향 절연막(115)이 제일 하부에 위치하여 하부를 지지하고 보호해주는 역할을 수행할 수 있다. 좀 더 상세하게 설명하면, 대향 절연막(115)의 위에 복수의 금속선(111) 및 판형 패턴(112, 113)이 위치하고, 복수의 금속선(111)의 위에 투명 영역(114)이 위치하며, 판형 패턴의 추가 판형 패턴(113)의 위 및 투명 영역(114)의 위에 하부 절연 기판(110)이 위치한다. 이와 같이 하부 편광판(11)에서 지지 부재인 하부 절연 기판(110)과 대향 절연막(115)막의 위치가 변경될 수 있다. 이 때, 금속선(111)이 투명 영역(114)보다는 하부에 위치하여 백라이트 유닛(500)로부터의 빛을 먼저 인가받도록 형성될 수 있다.
하지만, 실시예에 따라서는 하부 절연 기판(110)의 아래에 위치하더라도 금속선(111)이 하부 절연 기판(110)의 아래에 접하여 형성되고, 투명 영역(114)이 백라이트 유닛(500)로부터 빛을 먼저 인가받을 수도 있다.
하부 표시판(100)의 하부 편광판(11)의 위에는 박막 트랜지스터와 화소 전극이 형성된다. 박막 트랜지스터와 화소 전극은 실시예에 따라서 다양한 구조로 형성될 수 있는데, 간단한 구조를 중심으로 살펴보면 아래와 같다.
하부 편광판(11)의 대향 절연막(115)의 위에는 게이트선(gate line) 및 게이트선으로부터 게이트 전압을 인가받는 게이트 전극(gate electrode)(124)이 형성되어 있다. 게이트선은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며, 게이트 전극(124)은 게이트선으로부터 돌출되어 있을 수 있다.
게이트선 및 게이트 전극(124) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 따위로 만들어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 또는 다결정 규소(polysilicon) 등으로 만들어진 반도체(154)가 형성되어 있다. 반도체(154)는 게이트 전극(124)의 위에 형성되어 있으며, 박막 트랜지스터의 채널을 형성한다.
반도체(154) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(data line)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175)이 형성되어 있다.
데이터선은 데이터 전압을 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선과 교차한다. 각 데이터선은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗은 복수의 소스 전극(source electrode)(173)을 포함한다. 드레인 전극(175)은 데이터선과 분리되어 있으며 게이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(173)과 마주한다.
하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175)은 반도체(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체(154)에 형성된다.
반도체(154) 위이며, 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)의 사이에는 복수의 저항성 접촉 부재(ohmic contact)가 형성되어 있을 수 있다.
데이터선, 드레인 전극(175) 및 노출된 반도체(154) 부분 위에는 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 무기 절연물 또는 유기 절연물 따위로 만들어지며 표면이 평탄할 수 있다. 무기 절연물의 예로는 질화규소와 산화규소를 들 수 있다. 유기 절연물은 감광성(photosensitivity)을 가질 수 있으며 그 유전 상수(dielectric constant)는 약 4.0 이하일 수 있다. 또한, 보호막(180)은 하부 무기막과 상부 유기막의 이중막 구조를 가질 수 있다.
보호막(180)에는 드레인 전극(175)의 일단을 드러내는 접촉 구멍(contact hole)이 형성되어 있다.
보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(190)이 형성되어 있다. 화소 전극(190)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 만들어질 수 있다.
화소 전극(190)은 보호막(180)의 접촉 구멍을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 데이터 전압이 인가된 화소 전극(190)은 공통 전압(common voltage)을 인가받는 공통 전극(common electrode)(270)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극(190, 270) 사이의 액정층(3)의 액정 분자(310)의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 방향에 따라 액정층(3)을 통과하는 빛의 편광이 달라진다. 화소 전극(190)과 공통 전극(270)은 축전기[이하 "액정 축전기(liquid crystal capacitor)" 라 함]를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다.
화소 전극(190)의 위에는 배향막이 형성되어 있을 수 있다.
이하에서는, 상부 표시판(200)에 대하여 살펴본다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 상부 절연 기판(210) 위에 상부 편광판(21)이 형성되어 있다.
상부 편광판(21)은 반사형 편광판이며, 복수의 금속선(211)이 형성되어 있는 개구부(TA)와 판형 패턴(212, 213)이 형성되어 있어 빛을 투과시키지 않고 반사시키는 비개구부(BM)를 포함한다.
개구부(TA)에 형성되어 있는 복수의 금속선(211)은 일 방향으로 뻗어 있으며, 일정 간격을 두고 서로 떨어져 있다. 금속선(211)의 간격은 가시광선의 파장보다 작으며, 수십 내지 수백 nm의 폭을 가진다. 금속선(211)의 폭은 다양한 폭을 가질 수 있으며, 본 실시예에서는 금속선(211)간의 간격에 준하는 폭을 가진다. 금속선(211)의 두께는 금속선(211)을 형성하는 물질에 따라서 변할 수 있으며, 수십 내지 수백 nm의 폭을 가질 수 있으며, 본 실시예에서는 금속선(211)의 폭의 3배의 값을 가진다. 이와 같이 복수의 금속선(211)이 일 방향으로 배열된 경우 본 방향과 수직한 빛은 투과시킬 수 있으며, 이와 평행한 빛은 반사시킬 수 있다.
비개구부(BM)에 형성되어 있는 판형 패턴(212, 213)은 복수의 금속선(211)의 높이보다 높게 형성되어 있으며, 판형 금속 패턴(212)과 판형 금속 패턴(212)의 상부에 위치하는 추가 판형 패턴(213)을 포함한다.
판형 금속 패턴(212)은 액정층(3)에서 상부 표시판(200)으로 입사된 빛을 반사시키고 차단할 수 있도록 금속선(211)과 같이 금속으로 형성되어 있다. 판형 금속 패턴(212)은 금속선(211)과 동일한 높이를 가질 수 있다. 판형 금속 패턴(212)이 형성되는 비개구부(BM)는 액정 표시 패널에서 차광 부재(220)가 형성되는 영역과 일치할 수 있으며, 차광 부재(220)의 개구부는 복수의 금속선(211)이 형성되어 있는 개구부(TA)와 일치할 수 있다. 복수의 금속선(211)은 판형 금속 패턴(212)과 동일한 금속으로 형성될 수 있으며, 실시예에 따라서는 다른 금속으로 형성될 수도 있다.
판형 금속 패턴(212)의 상부에는 추가 판형 패턴(213)이 형성되어 있으며, 추가 판형 패턴(213)은 금속 또는 유전 물질로 형성될 수 있다. 유전 물질은 TiO2 또는 SiO2와 같은 물질을 포함할 수 있으며, 고 반사(high reflective) 특성을 가지거나 저 반사(anti-reflective) 특성을 가질 수 있다. 금속은 일반적으로 고 반사 특성을 가지지만, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 티타늄(Ti) 등의 금속은 금속층과 산화물층을 이중층으로 형성하여 저 반사 특성을 가지도록 할 수도 있다.
추가 판형 패턴(213)이 고 반사 특성을 가지는 경우에는 빛을 반사시켜 광 리사이클의 효율을 향상시키는데 사용될 수 있으므로, 추가 판형 패턴(213)이 액정층(3) 및 백라이트 유닛(500)를 향하여 위치할 수도 있다. (도 21 참고) 하지만, 도 1과 같이 추가 판형 패턴(213)이 사용자 눈을 향하여 위치하는 경우에도 금속 또는 고 반사 특성을 가질 수도 있다.
추가 판형 패턴(213)이 저 반사 특성을 가지는 경우에는 빛이 반사되지 않도록 하여 표시 장치의 표시 특성을 향상시키는 것이므로 도 1과 같이 추가 판형 패턴(213)이 사용자의 눈을 향하여 위치할 수 있다. 도 1의 실시예에서 상부 편광판(21)의 추가 판형 패턴(213)을 저 반사 특성을 가지는 유전 물질로 형성하는 경우 상부 표시판(200)의 외측에 형성되는 안티 글레어(anti-glare) 필름 등 비 반사 필름은 사용되지 않을 수 있다.
추가 판형 패턴(213)은 이중층 및 그 이상의 층으로 형성될 수도 있다.
추가 판형 패턴(213)이 금속으로 형성되는 경우 추가 판형 패턴(213)과 판형 금속 패턴(212)은 동일한 금속으로 형성할 수 있으며, 실시예에 따라서는 서로 다른 금속으로 형성할 수도 있다.
개구부(TA)에 형성되어 있는 복수의 금속선(211)의 상부이며, 추가 판형 패턴(213)에 대응하는 부분 및 금속선(211)의 사이에는 투명 영역(214)이 형성되어 있다. 투명 영역(214)에는 공기가 채워져 있을 수 있으며, 실시예에 따라서는 굴절율이 공기에 준하는 물질이 채워져 있을 수 있다.
추가 판형 패턴(213)과 투명 영역(214)의 위에는 대향 절연막(215)이 형성되어 있다. 대향 절연막(215)은 판형 패턴(212, 213)의 추가 판형 패턴(213)과 접하지만, 복수의 금속선(211)과는 접하지 않는다. 즉, 대향 절연막(215)은 복수의 금속선(211)과 일정 거리 떨어져 있다.
이상과 같이 상부 편광판(21)은 금속선(211), 판형 패턴(212, 213), 투명 영역(214)을 포함하며, 이들을 양측에서 지지하고 보호하기 위하여 상부 절연 기판(210)과 대향 절연막(215)이 사용되고 있다. 하지만, 실시예에 따라서는 양측에 이들을 지지할 수 있는 지지 부재만 있으면 충분하고, 절연 기판이나 절연막이 사용될 필요는 없다. 즉, 지지 부재의 사이에 금속선(211), 판형 패턴(212, 213), 투명 영역(214)을 포함하는 필름 형태로 상부 편광판(21)을 형성하고 부착할 수도 있다.
상부 편광판(21)의 금속선(211), 판형 패턴(212, 213), 투명 영역(214)과 하부 편광판(11)의 금속선(111), 판형 패턴(112, 113), 투명 영역(114)은 각각 서로 동일한 물질로 형성될 수 있다.
도 1에서 도시하고 있는 상부 편광판(21)은 상부 절연 기판(210)의 상부에 형성되어 온 셀(on cell) 타입으로 형성된 실시예이다. 하지만, 실시예에 따라서는 상부 편광판(21)이 상부 절연 기판(210)의 아래에 위치하는 인 셀(in cell) 타입으로 형성할 수도 있다. (도 21 참고) 이 때, 도 21과 달리 금속선(211), 판형 패턴(212, 213) 및 투명 영역(214)의 상하 배치는 변하지 않을 수도 있으며, 대향 절연막(215)이 제일 하부에 위치하여 하부를 지지하고 보호해주는 역할을 수행할 수 있다. 좀 더 상세하게 설명하면, 대향 절연막(215)의 위에 복수의 금속선(211) 및 판형 패턴(212, 213)이 위치하고, 복수의 금속선(211)의 위에 투명 영역(214)이 위치하며, 판형 패턴의 추가 판형 패턴(213)의 위 및 투명 영역(214)의 위에 상부 절연 기판(210)이 위치한다. 이와 같이 상부 편광판(21)에서 지지 부재인 상부 절연 기판(210)과 대향 절연막(215)막의 위치가 변경될 수 있다. 이 때, 금속선(211)이 투명 영역(214)보다는 하부에 위치하여 액정층(3) 및 백라이트 유닛(500)로부터의 빛을 먼저 인가받도록 형성될 수 있다.
도 1의 실시예에 따른 상부 표시판(200)의 상부 절연 기판(210)의 아래에는 차광 부재(220), 컬러 필터(230) 및 공통 전극(270)이 형성된다. 실시예에 따라서는 차광 부재(220), 컬러 필터(230) 및 공통 전극(270) 중 적어도 하나가 하부 표시판(100)에 형성될 수도 있으며, 3개 모두 하부 표시판(100)에 형성되는 실시예도 가능하다. 도 1의 상부 표시판(200)의 상부 절연 기판(210)의 아래의 구조를 살펴보면 아래와 같다.
상부 절연 기판(210)의 아래에는 차광 부재(light blocking member)(220)가 형성되어 있다. 차광 부재(220)는 블랙 매트릭스(black matrix)라고도 하며 빛샘을 막아준다. 차광 부재(220)는 화소 전극(190)과 마주보며 차광 부재(220)는 게이트선 및 데이터선에 대응하는 부분과 박막 트랜지스터에 대응하는 부분에 형성되어 있어 화소 전극(190) 사이의 빛샘을 막는다. 차광 부재(220)는 화소 전극(190)에 대응하는 부분에 개구부(도 1에서 TA로 도시됨)를 가지며, 차광 부재(220)의 개구부는 상부 편광판(21) 및 하부 편광판(11)의 개구부와 일치한다. 또한, 차광 부재(220)가 형성되어 있는 영역(도 1에서 BM으로 도시됨)은 상부 편광판(21) 및 하부 편광판(11)의 비개구부(BM)와 일치한다.
상부 절연 기판(210) 및 차광 부재(220)의 아래에는 복수의 색필터(230)가 형성되어 있다. 색필터(230)는 차광 부재(220)의 개구부를 덮으며, 세로 방향으로 길게 뻗을 수 있다. 각 색필터(230)는 적색, 녹색 및 청색의 삼원색 등 기본색(primary color) 중 하나를 표시할 수 있다.
색필터(230) 및 차광 부재(220) 아래에는 덮개막(overcoat)(250)이 형성되어 있다. 덮개막(250)은 (유기) 절연물로 만들어질 수 있으며, 색필터(230)가 노출되는 것을 방지하고 평탄면을 제공한다. 덮개막(250)은 생략할 수 있다.
덮개막(250) 아래에는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 ITO, IZO 등의 투명한 도전체 따위로 만들어진다.
공통 전극(270)의 아래에는 배향막이 형성되어 있을 수 있다.
상부 표시판(200) 및 하부 표시판(100)의 사이에는 액정층(3)이 형성되어 있다.
액정층(3)은 유전율 이방성을 가지는 액정 분자(310)를 포함한다. 액정 분자(310)는 전기장이 없는 상태에서 그 장축이 두 표시판(100, 200)의 표면에 대하여 수직 또는 수평을 이룰 수 있다. 액정 분자(310)는 화소 전극(190)과 공통 전극(270)에 의하여 생성된 전계에 의하여 배향 방향이 바뀐다.
이하에서는 도 2를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 편광판의 구조를 상세하게 살펴본다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 편광판의 확대 단면도이며, 도 2에서는 하부 편광판(11)을 중심으로 도시하였다. 하지만, 상부 편광판(21)도 이와 같을 수 있다.
도 2에서 도시하고 있는 반사형 편광판은 개구부(TA)에 형성되어 있는 복수의 금속선(111)과 비개구부(BM)에 형성되어 있는 판형 패턴(112, 113)을 포함한다. 또한, 개구부(TA)에서 복수의 금속선은 투명 영역(114)으로 덮혀 있다.
도 2의 편광판의 지지 부재는 도 1과 같이 하부 절연 기판(110)과 대향 절연막(115)이 사용되었다. 하지만, 실시예에 따라서는 이에 한정되지 않는다.
복수의 금속선(111)은 개구부(TA) 내에 일 방향으로 뻗어 있으며, 일정 간격을 두고 서로 떨어져 있다. 금속선(111)의 간격은 가시광선의 파장보다 작으며, 수십 내지 수백 nm의 폭을 가진다. 금속선(111)의 폭은 다양한 폭을 가질 수 있으며, 본 실시예에서는 금속선(111)간의 간격에 준하는 폭을 가진다. 금속선(111)의 두께는 금속선(111)을 형성하는 물질에 따라서 변할 수 있으며, 수십 내지 수백 nm의 폭을 가질 수 있으며, 본 실시예에서는 금속선(111)의 폭의 3배의 값을 가진다.
판형 금속 패턴(112)은 비개구부(BM) 내에 금속선(111)과 동일한 높이를 가지며, 동일한 물질로 형성될 수 있다.
비개구부(BM)에 형성되어 있는 추가 판형 패턴(113)에 대응하는 높이 및 금속선(111)의 사이에는 금속선(111)이 위치하지 않으며, 해당 영역에는 투명 영역(114)이 형성되어 있다. 추가 판형 패턴(113)은 금속 또는 유전 물질로 형성될 수 있으며, 유전 물질은 TiO2 또는 SiO2와 같은 물질을 포함할 수 있으며, 고 반사(high reflective) 특성을 가지거나 저 반사(anti-reflective) 특성을 가질 수 있다. 추가 판형 패턴(113)은 이중층 및 그 이상의 층으로 형성될 수도 있다.
차가 판형 패턴(111)은 하부 편광판(11)과 같이 백라이트 유닛(500)에서 제공되는 빛을 반사시키기 위한 경우에는 고 반사 특성을 가지는 유전 물질로 형성될 수 있으며, 상부 편광판(21)과 같이 외부로부터의 빛을 차단하기 위한 경우에는 저 반사 특성을 가지는 유전 물질로 형성될 수 있다. 상부 편광판(21)에 저반사 특성을 가지는 추가 판형 패턴(113)이 사용되는 경우 상부 표시판(200)에 부착되는 안티 글레어(anti-glare) 필름등 저반사 필름이 부착되지 않을 수 있다.
투명 영역(114)은 아무런 물질도 형성하지 않아 공기로 채워질 수 있으며, 이와 달리 투명한 절연 물질을 형성시킬 수도 있다. 투명한 절연 물질은 굴절율이 공기에 준하는 물질로 사용될 수 있다.
도 2에서 도시하고 있는 바와 같이 대향 절연막(115)과 금속선(111)은 추가 판형 패턴(113)의 두께(g)만큼 떨어져 있다.
도 2에서 도시되어 있는 구조는 본 발명의 실시예에 따른 편광판의 기본 구조이며, 지지 부재로 절연 기판이나 절연막 외에 다양한 것이 사용될 수 있어, 필름 형태로 제작되어 부착될 수 있다.
하부 편광판(11)에서는 금속선(111)이 투명 영역(114)보다 백라이트 유닛(500)에 가깝도록 편광판(11)을 형성될 수 있다.
도 3에서는 본 발명의 실시예에 따른 편광판에서 빛의 반사 투과 특성을 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 편광판에서 반사 또는 투과되는 빛을 도시한 도면이다.
도 3에서 도시하고 있는 바와 같이 하부 편광판(11)의 비개구부(BM)로 입사되는 빛은 판형 금속 패턴(112)으로 인하여 입사되는 빛이 모두 반사된다. 반사된 빛은 백라이트 유닛(500)의 반사 시트를 통하여 다시 반사되어 하부 편광판(11)으로 입사되며, 이 때, 광 경로가 바뀌면서 하부 편광판(11)의 개구부(TA)로 입사하여 광 효율이 향상된다.
판형 금속 패턴(112)의 두께가 충분히 두꺼운 경우에는 비개구부(BM)로 입사되는 빛은 전부 반사되지만, 그 두께가 얇은 경우에는 일부 빛이 상부로 진행할 수 있다. 이 때, 추가 판형 패턴(113)이 고 반사 특성을 가지는 유전 물질로 형성된 경우에는 나머지 빛도 백라이트 유닛(500)로 반사되므로 반사 효율이 향상될 수 있다.
한편, 하부 편광판(11)의 개구부(TA)로 입사된 빛은 복수의 금속선(111)이 배열된 방향에 수직한 방향의 편광축을 가지는 빛은 투과하며, 이에 수직한 방향의 빛은 반사된다.
반사된 빛은 백라이트 유닛(500)의 반사시트에서 반사되어 다시 하부 편광판(11)의 개구부(TA)로 입사되며, 그 과정에서 편광 방향이 바뀐 빛만 투과되어 사용되는 빛의 양을 증가시킨다.
도 3에서 도시한 바와 같이 하부 편광판(11)이 빛을 반사/투과시켜 광 리사이클이 가능하도록 한다. 그 결과 백라이트 유닛(500)에서 일반적으로 사용하는 휘도 향상 필름(예를 들어, 서로 다른 굴절율의 두 층을 반복 적층한 필름)은 사용하지 않을 수 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 11을 통하여 본 발명의 실시예에 따라 편광판을 제조하는 방법을 살펴본다.
도 4 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 편광판의 제조 방법을 순서대로 도시한 도면이다.
도 4에서 도시하고 있는 바와 같이, 지지 부재(하부 절연 기판(110)) 위에 금속선(111) 및 판형 금속 패턴(112)용 금속으로 금속층(111’)을 적층한다. 그 후, 금속층(111’)위에 하드 마스크용 물질(111-1)을 적층한다.
그 후, 도 5에서 도시하고 있는 바와 같이, 하드 마스크용 물질(111-1)위에 폴리머(111-2)를 적층하고, 몰드(111-3)를 사용하여 폴리머(111-2)를 압연하여 폴리머(111-2)에 선형 패턴을 형성한다. 여기서, 선형 패턴은 금속선(111)을 형성하기 위한 패턴으로 가시 광선의 파장보다 작은 간격을 가질 수 있다. 한편, 몰드(111-3)는 선형 패턴이 음각으로 형성되어 있다. 본 실시예에 따른 몰드(111-3)는 개구부(TA) 및 비개구부(BM)를 가리지 않고 모든 영역에 선형 패턴이 음각으로 형성되어 있다. 그 결과 폴리머(111-2)도 개구부(TA) 및 비개구부(BM)를 가리지 않고 모든 영역에 선형 패턴이 형성되어 있다.
그 후, 도 6에서 도시하고 있는 바와 같이, 선형 패턴이 형성된 폴리머(111-2)를 마스크로 하여 하드 마스크용 물질(111-1)을 식각하여 하드 마스크 패턴(111-1’)을 형성한다. 하드 마스크 패턴(111-1’)에도 선형 패턴이 양각으로 형성되어 있다.
그 후, 도 7에서 도시하고 있는 바와 같이, 금속층(111’) 및 하드 마스크 패턴(111-1’)위에 포토 레지스트(111-4)를 적층한다. 그 후, 마스크(111-5)를 사용하여 노광한다. 여기서, 마스크(111-5)는 차광 부재(220)를 형성할 때 사용하는 마스크와 동일한 마스크일 수 있다. 그 후, 현상하여 도 8에서 도시하고 있는 바와 같은 포토 레지스트 패턴(111-4’)을 남긴다. 도 8의 포토 레지스트 패턴(111-4’)은 비개구부(BM)에 형성되어 있는 포토 레지스트(111-4)는 제거되고, 개구부(TA)에 형성되어 있는 포토 레지스트(111-4)는 남아 있는 패턴이다. 여기서, 현상에 의하여 남은 포토 레지스트 패턴(111-4’)은 차광 부재(220)와 동일한 평면 패턴을 가질 수 있다. 한편, 실시예에 따라서는 노출된 하드 마스크 패턴(111-1’)도 함께 제거할 수 있다.
그 후, 도 9에서 도시하고 있는 바와 같이, 추가 판형 패턴(113) 용 물질(113’) 및 제2 하드 마스크용 물질(113-1)을 순차적으로 적층한다.
그 후, 도 10에서 도시하고 있는 바와 같이, 포토 레지스트 패턴(111-4’)을 리프트 오프(lift off) 방식으로 제거한다. 그 결과 포토 레지스트 패턴(111-4’)의 상부에 형성되어 있던 추가 판형 패턴용 물질(113’) 및 제2 하드 마스크용 물질(113-1)은 함께 제거된다. 즉, 포토 레지스트 패턴(111-4’)이 형성되지 않았던 비개구부(BM)에만 추가 판형 패턴용 물질(113’) 및 제2 하드 마스크용 물질(113-1)이 남게 되고, 개구부(TA)에는 추가 판형 패턴용 물질(113’) 및 제2 하드 마스크용 물질(113-1)은 제거된다. 이와 같은 공정에 의하여 제2 하드 마스크 패턴(113-1’)이 완성된다.
그 후, 도 11에서 도시하고 있는 바와 같이, 하드 마스크 패턴(111-1’) 및 제2 하드 마스크 패턴(113-1’)을 마스크로 하여 금속층(111’) 및 추가 판형 패턴용 물질(113’)을 식각하여 복수의 금속선(111), 판형 금속 패턴(112) 및 추가 판형 패턴(113)을 형성한다.
그 후, 지지 부재(대향 절연막(115)를 덮어 편광판을 완성한다.
이상과 같은 편광판의 제조 방법은 액정 표시 장치를 제조할 때 함께 형성될 수 있다. 즉, 절연 기판에 편광판을 형성하고, 그 후 박막 트랜지스터, 화소 전극, 차광 부재, 컬러 필터, 공통 전극 등을 형성하고 표시판을 완성하고, 액정층을 넣어 액정 표시 장치를 완성할 수 있다. 이 때, 차광 부재용 마스크를 사용하여 편광판을 제조하여 차광 부재가 형성된 위치가 편광판의 비개구부(BM)에 대응하고, 차광 부재의 개구부가 편광판의 개구부(TA)에 대응할 수 있다.
이하에서는 도 12 내지 도 19를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 편광판의 특성을 살펴본다.
먼저, 도 12 내지 도 14를 통하여 비교예와의 특성을 비교한다.
도 12에서는 비교예의 단면을 도시하고 있다.
도 12는 비교예로 사용된 편광판의 단면도이다.
도 12에서 도시하고 있는 바와 같이 금속선(111)이 일 방향으로 뻗어 있으며, 가시광선의 파장보다 작은 간격을 가진다. 다만, 도 12의 비교예는 도 2의 편광판에서 투과 영역(TA)의 투명 영역(114)이 형성되어 있지 않다. 그 결과 지지 부재와 금속선(111)이 모두 접하고 있다.
도 12의 비교예는 도 13 및 도 14에서 reference로 도시되어 있다.
먼저, 도 13 및 도 14를 통하여 편광판의 특성을 비교한다.
도 13 및 도 14는 비교예와 도 2의 실시예에 따른 편광판의 특성을 도시한 그래프이다.
도 13 및 도 14는 비교예와 도 2에서 대향 절연막(115)과 금속선(111) 사이의 간격(g; 도 13 및 도 14에서 단차라 표시함)의 크기에 따른 다양한 실시예를 비교하여 나타내고 있다.
먼저, 도 13에서는 파장에 따른 제거 비율(Extinction ratio)을 도시하고 있다. 여기서, 제거 비율(Extinction ratio)은 입사되는 빛의 양 중 제거(즉, 반사)되는 빛의 비이다. 도 13에서 도시하고 있는 바와 같이 도 12의 비교예에 비하여 전체적으로 반사시키는 비율이 유사하거나 조금 높은 것을 확인할 수 있다. 반사 시키는 비율은 낮을수록 투과율이 향상되는 것이므로 대향 절연막(115)과 금속선(111) 사이의 간격(g, 단차)이 250nm~350nm의 범위에서는 비교예와 동일한 특성을 가지는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 14에서는 파장에 따른 투과율을 도시하고 있는데, 도 14에서도 투과율이 높을수록 좋으므로, 대향 절연막(115)과 금속선(111) 사이의 간격(g, 단차)이 250nm~300nm의 범위에서 비교예와 동일하거나 보다 좋은 특성을 가지는 것을 알 수 있다.
그러므로 대향 절연막(115)과 금속선(111) 사이의 간격은 250~300nm의 범위를 가지는 경우가 가장 반사/투과 특성이 좋은 편광판으로 판단된다.
하지만, 실질적인 차이가 적어 비교예와 본 발명의 실시예에 따른 편광판은 모두 반사/투과 편광판으로 사용하는데 문제는 없다.
이하에서는 도 15 내지 도 19를 통하여 반사 특성에 대하여 살펴본다.
도 15 내지 도 19는 본 발명의 실시예에 따른 편광판의 특성을 도시한 그래프이다.
먼저, 도 15 내지 도 17은 도 2의 편광판의 하부에서 입사되는 빛에 대한 반사 특성을 나타낸다.
도 15는 550nm의 파장에서 금속으로 알루미늄(Al)을 사용하였을 때의 두께에 따른 반사율을 나타낸다.
도 15에서 도시하고 있는 바와 같이 알루미늄 두께를 매우 두껍게 형성한 경우(bulk)는 반사율이 88%를 넘는 것을 알 수 있으며, 두께가 증가할수록 반사율도 증가하는 것을 알 수 있다.
한편, 도 16 및 도 17은 금속으로 알루미늄(Al)을 사용하고, 그 두께가 변함에 따라서 두 굴절율(k 및 n)의 변화를 도시하고 있다.
도 16 및 도 17에 의하면 금속의 두께가 증가할수록 편광판(11)으로 입사하는 빛이 느끼는 굴절율도 증가하는 것을 알 수 있다.
도 15 내지 도 17에 의하면 편광판의 하부에서 입사하는 빛은 판형 금속 패턴(112)의 두께에 의하여 반사율 및 굴절율이 정해진다. 반사율이 좋을수록 비개구부(BM)의 효율이 좋아지는 것이지만, 판형 금속 패턴(112)의 두께는 금속선(111)의 두께에 준하므로 두껍게 형성하는 것에 한계가 있다. 이에 본 발명의 편광판에서는 추가 판형 패턴(113)을 더 형성하고, 추가 판형 패턴(113)을 고 반사 특성을 가지는 유전 물질로 형성하여 하부 편광판(11)에서 반사되어 백라이트로 돌아가는 빛을 증가시키는 장점을 가질 수 있다.
이하에서는, 도 18 및 도 19를 살펴보면, 도 18 및 도 19는 도 2의 편광판의 상부에서 입사되는 빛에 대한 반사 특성을 나타낸다.
도 18에서는 550nm의 파장에서 추가 판형 패턴(113)을 알루미늄(Al) 금속 또는 유전 물질(dielectric material)을 사용하였을 때의 두께에 따른 반사율을 나타낸다.
도 18에서 bulk는 알루미늄이 두껍게 형성된 경우이고, 숫자는 알루미늄의 두께를 의미하고, dielectric 반사층은 150nm의 알루미늄을 판형 금속 패턴(112)으로 형성하고, 그 위 추가 판형 패턴(113)으로 이중층을 형성한 것으로, TiO2층을 50nm 형성하고, 그 위에 SiO2층을 75nm 형성한 구조이다.
상부에서 입사한 빛의 반사율을 보면, dielectric 반사층의 경우 가장 반사율이 좋은 것을 알 수 있다.
dielectric 반사층을 사용하는 경우와 도 12의 비교예의 경우 반사율을 비교한 것은 도 19에서 도시하고 있다.
도 19를 참고하면, 파장에 따라서 차이가 있기는 하지만, 대체적으로 dielectric 반사층을 사용한 본 발명의 실시예의 편광판이 반사 특성이 좋아 광 리사이클의 효율이 좋은 것을 알 수 있다.
그 결과 dielectric 반사층을 사용하는 편광판을 하부 편광판(11)으로 사용하여 광 리사이클 효율을 향상시킬 수 있다.
dielectric 반사층을 사용하는 편광판은 상부에서 입사되는 빛에 대한 반사율이므로, 도 2의 구조를 하부 절연 기판(110)의 아래에 역으로 배치하여 이중층의 추가 판형 패턴(113)이 백라이트 유닛(500)를 향하도록 배치할 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 편광판의 구조를 도 20을 통하여 살펴본다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 편광판의 확대 단면도이며, 하부 편광판(11)을 중심으로 도시하였다. 하지만, 실시예에 따라서는 상부 편광판(21)에도 적용할 수 있다.
도 20의 실시예는 도 2의 실시예와 달리 금속선(111)과 판형 금속 패턴(112)의 상 하부에 부가층이 더 형성된 실시예이다. 즉, 금속선(111)과 판형 금속 패턴(112)의 하부에 각각 제1 미세 부가층(111a), 제1 판형 부가층(112a)이 형성되어 있으며, 금속선(111)과 판형 금속 패턴(112)의 상부에 각각 제2 미세 부가층(111b), 제2 판형 부가층(112b)이 형성되어 있다.
제1 미세 부가층(111a), 제1 판형 부가층(112a), 제2 미세 부가층(111b) 및 제2 판형 부가층(112b)은 금속으로 형성될 수도 있지만, 본 실시예에서는 유전 물질로 형성되어 있다. 유전 물질은 TiO2 또는 SiO2와 같은 물질을 포함할 수 있으며, 고 반사(high reflective) 특성을 가지거나 저 반사(anti-reflective) 특성을 가질 수 있다. 또한, 각 층은 이중층 이상의 층으로 형성될 수도 있다.
제1 미세 부가층(111a) 및 제2 미세 부가층(111b)은 금속선(111)과 같이 식각되어 일 방향으로 뻗어 있으며, 일정 간격을 두고 서로 떨어져 있다. 제1 미세 부가층(111a) 및 제2 미세 부가층(111b)도 금속선(111)과 같이 그 간격은 가시광선의 파장보다 작다.
제1 미세 부가층(111a)과 제1 판형 부가층(112a)은 동일한 물질로 동일한 두께로 형성될 수 있다. 또한, 제2 미세 부가층(111b) 및 제2 판형 부가층(112b)은 동일한 물질로 동일한 두께로 형성될 수 있다.
제2 판형 부가층(112b)의 위에는 이중층으로 구성된 추가 판형 패턴(113)이 위치하며, 추가 판형 패턴(113)은 금속 또는 유전 물질로 형성될 수 있으며, 금속과 유전 물질의 이중층으로 이루어질 수도 있다. 본 실시예에서는 상부에는 TiO2가 형성되어 있으며, 하부에는 SiO2가 형성되어 있는 이중층을 가진다.
추가 판형 패턴(113)에 대응하는 제2 미세 부가층(111b)의 위 및 금속선(111), 제1 및 제2 미세 부가층(111a, 111b)의 사이에는 투명 영역(114)이 형성되어 있다. 제2 미세 부가층(111b)은 지지 부재인 대향 절연막(115)과 접하지 않고 일정 거리 떨어져 있다.
실시예에 따라서는 도 20의 실시예와 달리 제1 미세 부가층(111a) 및 제1 판형 부가층(112a)가 생략되거나 제2 미세 부가층(111b) 및 제2 판형 부가층(112b)이 생략될 수도 있다. 또한, 추가 판형 패턴(113)이 단일층으로 형성될 수도 있다.
또한, 상부 편광판(21) 또는 하부 편광판(11)으로 사용될 때, 금속층(111)이 투명 영역(114)보다 백라이트 유닛(500)에 가깝게 위치하거나 사용자의 눈에 가깝게 위치할 수 있다.
이하에서는 도 21 및 도 22를 통하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치를 살펴본다.
도 21 및 도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
먼저, 도 21은 도 1과 달리 상부 편광판(21)이 상부 절연 기판(210)의 내측으로 위치하며, 상부 편광판(21)에서 금속선(211)의 위치가 백라이트 방향이 아니라 외측 방향으로 형성된 구조를 가진다.
도 21에서 도시하고 있는 상부 표시판(200) 중 상부 절연 기판(210)과 상부 편광판(21)의 관계를 상세하게 살펴보면 아래와 같다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 상부 절연 기판(210) 아래에 상부 편광판(21)이 형성되어 있다.
상부 편광판(21)은 반사형 편광판이며, 복수의 금속선(211)이 형성되어 있는 개구부(TA)와 판형 패턴(212, 213)이 형성되어 있어 빛을 투과시키지 않고 반사시키는 비개구부(BM)를 포함한다.
개구부(TA)에 형성되어 있는 복수의 금속선(211)은 상부 절연 기판(210)의 아래에 위치하며, 일 방향으로 뻗어 있으며, 일정 간격을 두고 서로 떨어져 있다. 금속선(211)의 간격은 가시광선의 파장보다 작으며, 수십 내지 수백 nm의 폭을 가진다. 금속선(211)의 폭은 다양한 폭을 가질 수 있으며, 본 실시예에서는 금속선(211)간의 간격에 준하는 폭을 가진다. 금속선(211)의 두께는 금속선(211)을 형성하는 물질에 따라서 변할 수 있으며, 수십 내지 수백 nm의 폭을 가질 수 있으며, 본 실시예에서는 금속선(211)의 폭의 3배의 값을 가진다. 이와 같이 복수의 금속선(211)이 일 방향으로 배열된 경우 본 방향과 수직한 빛은 투과시킬 수 있으며, 이와 평행한 빛은 반사시킬 수 있다.
비개구부(BM)에 형성되어 있는 판형 패턴(212, 213)은 복수의 금속선(211)의 높이보다 높게 형성되어 있으며, 판형 금속 패턴(212)과 판형 금속 패턴(212)의 하부에 위치하는 추가 판형 패턴(213)을 포함한다. 도 21의 실시예에서는 금속선(211), 편형 금속 패턴(212), 추가 판형 패턴(213) 및 투명 영역(214)의 상하 관계가 도 1과 반대로 형성되어 있다.
판형 금속 패턴(212)은 액정층(3)에서 상부 표시판(200)으로 입사된 빛을 반사시키고 차단할 수 있도록 금속선(211)과 같이 금속으로 형성되어 있다. 판형 금속 패턴(212)은 금속선(211)과 동일한 높이를 가질 수 있다. 판형 금속 패턴(212)이 형성되는 비개구부(BM)는 액정 표시 패널에서 차광 부재(220)가 형성되는 영역과 일치할 수 있으며, 차광 부재(220)의 개구부는 복수의 금속선(211)이 형성되어 있는 개구부(TA)와 일치할 수 있다. 복수의 금속선(211)은 판형 금속 패턴(212)과 동일한 금속으로 형성될 수 있으며, 실시예에 따라서는 다른 금속으로 형성될 수도 있다.
판형 금속 패턴(212)의 하부에는 추가 판형 패턴(213)이 형성되어 있으며, 추가 판형 패턴(213)은 금속 또는 유전 물질로 형성될 수 있다. 유전 물질은 TiO2 또는 SiO2와 같은 물질을 포함할 수 있으며, 고 반사(high reflective) 특성을 가지거나 저 반사(anti-reflective) 특성을 가질 수 있다.
추가 판형 패턴(213)이 금속으로 형성되는 경우 추가 판형 패턴(213)과 판형 금속 패턴(212)은 동일한 금속으로 형성할 수 있으며, 실시예에 따라서는 서로 다른 금속으로 형성할 수도 있다.
복수의 금속선(211)의 상부이며, 추가 판형 패턴(213)에 대응하는 부분에는 투명 영역(214)이 형성되어 있다. 투명 영역(214)에는 공기가 채워져 있을 수 있으며, 실시예에 따라서는 굴절율이 공기에 준하는 물질이 채워져 있을 수 있다.
상부 절연 기판(210)과 복수의 금속선(211)의 사이에는 제3 미세 부가층(211a)이 형성되어 있다. 제3 미세 부가층(211a)은 유전 물질로 형성되어 있다. 유전 물질은 TiO2 또는 SiO2와 같은 물질을 포함할 수 있으며, 고 반사(high reflective) 특성을 가지거나 저 반사(anti-reflective) 특성을 가질 수 있다. 또한, 각 층은 이중층 이상의 층으로 형성될 수도 있다.
또한, 판형 패턴(212, 213)과 상부 절연 기판(210)의 사이에는 제3 판형 부가층(212a)이 형성되어 있다. 제3 판형 부가층(212a)은 유전 물질로 형성되어 있다. 유전 물질은 TiO2 또는 SiO2와 같은 물질을 포함할 수 있으며, 고 반사(high reflective) 특성을 가지거나 저 반사(anti-reflective) 특성을 가질 수 있다. 또한, 각 층은 이중층 이상의 층으로 형성될 수도 있다.
여기서 제3 미세 부가층(211a) 및 제3 판형 부가층(212a)이 저반사 특성을 가지는 경우에는 상부 절연 기판(210)의 외측에 anti reflection 또는 anti glare 처리를 하지 않을 수 있다. 이는 제3 미세 부가층(211a)이 그 역할을 수행하기 때문이다.
제3 미세 부가층(211a)은 금속선(211)과 같이 식각되어 일 방향으로 뻗어 있으며, 일정 간격을 두고 서로 떨어져 있다. 제3 미세 부가층(211a)도 금속선(211)과 같이 그 간격은 가시광선의 파장보다 작다.
추가 판형 패턴(213)과 투명 영역(214)의 아래에는 대향 절연막(215)이 형성되어 있다. 대향 절연막(215)은 판형 패턴(212, 213)의 추가 판형 패턴(213)과 접하지만, 복수의 금속선(211)과는 접하지 않는다. 즉, 대향 절연막(215)은 복수의 금속선(211)과 일정 거리 떨어져 있다.
이상과 같이 상부 편광판(21)은 금속선(211), 판형 패턴(212, 213), 투명 영역(214) 제3 미세 부가층(211a) 및 제3 판형 부가층(212a)을 포함하며, 이들을 양측에서 지지하고 보호하기 위하여 상부 절연 기판(210)과 대향 절연막(215)이 사용되고 있다. 하지만, 실시예에 따라서는 양측에 이들을 지지할 수 있는 지지 부재만 있으면 충분하고, 절연 기판이나 절연막이 사용될 필요는 없다. 실시예에 따라서는 금속선(211), 판형 패턴(212, 213), 투명 영역(214) 제3 미세 부가층(211a) 및 제3 판형 부가층(212a)을 포함하는 필름 형태로 형성될 수 있다.
도 21에서 도시하고 있는 상부 편광판(21)은 상부 절연 기판(210)의 상부에 형성되어 인 셀(in cell) 타입으로 형성된 실시예이다.
실시예에 따라서는 도 21의 상부 편광판(21)과 달리 상부 편광판(21)의 금속선(211) 및 제3 미세 부가층(211a)이 대향 절연막(215)과 접하면서 하측에 위치하고, 투명 영역(214)이 상측에 위치하며, 금속선(211) 및 제3 미세 부가층(211a)이 상부 절연 기판(210)과 접하지 않는 구조를 가질 수도 있다.
한편, 이하에서는 도 22의 구조를 살펴본다.
도 22에서는 상부 편광판(21)이 흡수형 편광판을 사용하고 있는 구조를 도시하고 있다. 즉, 본 발명에서는 편광판 중 상부 편광판(21)은 흡수형 편광판을 사용할 수도 있다.
이는 하부 편광판(11)에서 광 효율을 향상시키면서, 백라이트에 휘도 향상 필름을 사용하지 않는 장점을 가지면서, 상부 편광판(21)은 흡수형 편광판을 사용하여 상측에서는 편광 특성을 향상시켜 계조 표현 및 화이트 또는 블랙 표현의 특성을 향상시켜 CR을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 하부 표시판 11: 하부 편광판
110: 하부 절연 기판 111, 211: 금속선
112, 212: 판형 금속 패턴 113, 213: 추가 판형 패턴
114, 214: 투명 영역 115, 215: 대향 절연막
111a, 111b, 211a: 미세 부가층
112a, 112b, 212a: 판형 부가층
200: 상부 표시판 21: 상부 편광판
210: 상부 절연 기판 500: 백라이트 유닛

Claims (20)

  1. 개구부와 비개구부를 가지며, 상기 개구부에는 복수의 금속선이 일 방향으로 연장되어 배열되어 있으며, 상기 비개구부에는 판형 패턴이 형성되어 있으며,
    상기 금속선의 높이는 상기 판형 패턴이 높이보다 낮으며,
    상기 복수의 금속선의 간격은 가시광선의 파장보다 작으며,
    상기 판형 패턴은 상기 금속선의 높이와 같은 판형 금속 패턴과
    상기 판형 금속 패턴의 상부에 위치하는 추가 판형 패턴을 포함하고,
    상기 추가 판형 패턴은 이중층을 가지며, 상기 이중층은 TiO2를 포함하는 층위에 SiO2를 포함하는 층으로 형성되어 있는 편광판.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 금속선의 상부 및 상기 판형 금속 패턴과 상기 추가 판형 패턴의 사이에는 각각 제2 미세 부가층 및 제2 판형 부가층이 더 형성되어 있으며,
    상기 제2 미세 부가층 및 상기 제2 판형 부가층은 동일한 높이로 형성되어 있는 편광판.
  6. 제5항에서,
    상기 제2 미세 부가층 및 상기 제2 판형 부가층은 금속 또는 유전 물질을 포함하며,
    상기 유전 물질은 TiO2 또는 SiO2와 같은 물질을 포함하거나 고 반사(high reflective) 특성을 가지거나 저 반사(anti-reflective) 특성을 가지는 편광판.
  7. 제1항에서,
    상기 금속선의 하부 및 상기 판형 금속 패턴의 하부에는 각각 제1 미세 부가층 및 제1 판형 부가층이 더 형성되어 있으며,
    상기 제1 미세 부가층 및 상기 제1 판형 부가층은 동일한 높이로 형성되어 있는 편광판.
  8. 제7항에서,
    상기 제1 미세 부가층 및 상기 제1 판형 부가층은 상기 추가 판형 패턴은 금속 또는 유전 물질을 포함하며,
    상기 유전 물질은 TiO2 또는 SiO2와 같은 물질을 포함하거나 고 반사(high reflective) 특성을 가지거나 저 반사(anti-reflective) 특성을 가지는 편광판.
  9. 하부 절연 기판 및 상기 하부 절연 기판의 일측면에 부착되어 있는 하부 편광판을 포함하는 하부 표시판;
    상부 절연 기판 및 상기 상부 절연 기판의 일측면에 부착되어 있는 상부 편광판을 포함하는 상부 표시판;
    개구부를 가지며, 빛을 차단하는 차광 부재; 및
    상기 상부 표시판과 상기 하부 표시판의 사이에 위치하고 있는 액정층을 포함하며,
    상기 하부 편광판 및 상기 상부 편광판 중 적어도 하나의 편광판은 반사형 편광판으로 개구부와 비개구부를 가지며, 상기 개구부에는 복수의 금속선이 일 방향으로 연장되어 배열되어 있으며, 상기 비개구부에는 판형 패턴이 형성되어 있으며, 상기 판형 패턴은 상기 금속선의 높이와 같은 판형 금속 패턴과 상기 판형 금속 패턴의 상부에 위치하는 추가 판형 패턴을 포함하고, 상기 추가 판형 패턴은 이중층을 가지며, 상기 이중층은 TiO2를 포함하는 층위에 SiO2를 포함하는 층으로 형성되어 있으며,
    상기 반사형 편광판의 개구부는 상기 차광 부재의 개구부와 동일한 평면 형상을 가지는 액정 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 반사형 편광판에서 상기 금속선의 높이는 상기 판형 패턴이 높이보다 낮으며, 상기 복수의 금속선의 간격은 가시광선의 파장보다 작은 액정 표시 장치.
  11. 삭제
  12. 제9항에서,
    상기 하부 편광판은 상기 반사형 편광판이며,
    상기 복수의 금속선 및 상기 판형 패턴을 덮는 대향 절연막을 더 포함하고,
    상기 추가 판형 패턴의 위에 상기 대향 절연막이 위치하는 액정 표시 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 대향 절연막은 상기 복수의 금속선과 일정 거리 떨어져 있는 액정 표시 장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제9항에서,
    상기 상부 편광판은 흡수형 편광판인 액정 표시 장치.
  17. 제9항에서,
    상기 상부 편광판은 반사형 편광판이며,
    상기 복수의 금속선 및 상기 판형 패턴을 덮는 대향 절연막을 더 포함하고,
    상기 판형 금속 패턴의 위에 상기 추가 판형 패턴이 위치하며,
    상기 추가 판형 패턴의 위에 상기 대향 절연막이 위치하는 액정 표시 장치.
  18. 제9항에서,
    상기 상부 편광판은 반사형 편광판이며,
    상기 복수의 금속선 및 상기 판형 패턴을 덮는 대향 절연막을 더 포함하고,
    상기 상부 편광판의 상기 복수의 금속선 및 상기 판형 패턴이 상기 상부 절연 기판의 아래에 형성되어 있으며,
    상기 복수의 금속선 및 상기 판형 패턴의 아래에 상기 추가 판형 패턴 및 투명 영역이 위치하며,
    상기 추가 판형 패턴 및 투명 영역의 아래에 상기 대향 절연막이 위치하는 액정 표시 장치.
  19. 삭제
  20. 삭제
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