KR19990004688A - Backlight device with increased brightness using reflective polarizer - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 방사형 편광판에 의한 휘도 개선을 더욱 향상시키기 위해 바사형 편광판과 동시에 λ/4 위상차판을 사용한다. 배면 조명 장치에 의해 반사형 편광판 (20)으로 입사하는 빛 (31)은 s파와 p파가 1:1로 혼재된 상태이다. 이중 p파는 그대로 반사형 편광판 (20)을 투과 (32)하고, s파는 반사 (33)된다. 이 s파는 적절한 방향으로 배열된 λ/4 위상차판 (30)에 의해 원편광 중의 하나인 C1으로 변환 (34)될 수 있다. 이 원편광 C1은 반사판 (14'), 도광판 (16'), 확산판 (18') 등에 의해 각각 반사 (35, 35', 35)되어, 이제는 앞서의 원편광 C1과는 반대 의미의 원편광 C2가 된다. 즉, C1이 좌원 편광이면 C2는 우원 편광이 되고, 반대로 C1이 우원 편광이면 C2는 좌원 편광이 된다.In the present invention, a λ / 4 retarder is used at the same time as the bar-like polarizer in order to further improve the luminance improvement by the radial polarizer. The light 31 incident on the reflection type polarizing plate 20 by the backlight device has a state where s-wave and p-wave are mixed at a ratio of 1: 1. The double p wave is transmitted (32) through the reflection type polarizing plate (20) as it is, and the s wave is reflected (33). This s-wave can be converted (34) to C 1, which is one of circularly polarized light, by the? / 4 phase difference plate 30 arranged in an appropriate direction. This circularly polarized light C 1 is the reflection plate 14 ', a light guide plate (16'), the diffuser plate (18 ') each reflection (35, 35 or the like', 35) is, now that prior circular C 1 and in the opposite sense of Becomes circularly polarized light C 2 . That is, if C 1 is a left circularly polarized light, C 2 becomes right circularly polarized light, and conversely, if C 1 is right circularly polarized light, C 2 becomes a left circularly polarized light.
이 반사된 빛 (35, 35', 35)은 λ/4 위상차판을 다시 투과하면서 그 편광 상태는 반사형 편광판에서 최초로 반사된 s파 (33)가 이제는 p파 (36)로 변환된다. 그러므로 반사형 편광판 (20)의 투과 방향과 일치하게 되어 이 반사형 편광판 (20)을 모두 투과 (37)한다.The reflected light 35, 35 ', 35 is again transmitted through the? / 4 retardation plate and its polarization state is converted into the p-wave 36, which is the s-wave 33 reflected first in the reflective polarizer. Therefore, the reflection type polarizing plate 20 is made to coincide with the transmission direction of the reflection type polarizing plate 20 and all the reflection type polarizing plate 20 is transmitted (37).
Description
액정 표시 장치는 휴대용 컴퓨터, 사무용 기기, 게임기 등에 널리 사용되고 있는 표시 장치인데, 액정은 스스로의 발광 능력은 없이 다만 주어진 광원에 대한 셔터 역할을 하므로, 따로이 배면 조명 장치를 필요로 한다. 배면 조명 장치로부터 나온 빛의 대부분은 액정 표시 장치를 구성하고 있는 여러 가지 구성 요소들, 예를 들어 편광판, 칼라 필터 등에 의해 많은 부분이 흡수되어 손실된다. 이중에서도 특히 기존에 널리 사용되고 있는 흡수형 편광판의 경우, 투과율은 43∼45% 정도이며 나머지는 거의 대부분 그 자체에 의하여 흡수되어 버린다. 만일 이 흡수형 편광판에 의해 흡수될 빛을 재사용할 수 있다면 동일 소비 전력 대비로 선행 기술에 의한 액정 표시 장치에 비해 두배나 높은 휘도를 얻는 것이 가능할 것이다. 흡수형 편광판에서 흡수될 빛을 재사용하기 위해서는 반사형 편광판을 사용할 수 있다. 반사형 편광판은 콜레스테릭 액정을 이용한 것과 브루스터 법칙을 이용한 다층박막 구조로된 것 등 여러 가지 형태로 구현 가능하다.The liquid crystal display device is a display device widely used in portable computers, office equipment, game machines and the like. Since liquid crystal does not have its own light emitting ability but acts as a shutter for a given light source, it requires a backlight device separately. Most of the light emitted from the backlight unit is absorbed and lost due to various components constituting the liquid crystal display device, for example, a polarizing plate, a color filter, or the like. In particular, in the case of an absorption type polarizing plate widely used in the past, the transmittance is about 43 to 45%, and the remainder is mostly absorbed by itself. If the light to be absorbed by the absorption type polarizing plate can be reused, it is possible to obtain a luminance twice as high as that of the prior art liquid crystal display device in terms of the same power consumption. In order to reuse the light to be absorbed by the absorption type polarizing plate, a reflection type polarizing plate can be used. The reflection type polarizing plate can be realized in various forms including a cholesteric liquid crystal and a multilayer thin film structure using the Brewster's law.
이중에서도 다층 박막 구조로 이루어진 반사형 편광판의 한 에는 미국 특허 제5,422,756호에 잘 기술되어 있다. 도 1은 상기 특허에 의한 반사형 편광판의 작동 원리의 개요를 도시한 것이다. 형광 램프 (10)과 반사갓 (12), 반사판 (14)와 도광판 (16), 그리고 확산판 (18)을 거쳐 반사형 편광판 (20)으로 입사하는 빛은 s파와 p파가 1:1로 혼재된 상태이다. 반사형 편광판 (20)은 입사광의 p파는 투과시키고 s파는 반사시킨다. 반사된 s파는 확산판 (18), 도광판 (16), 반사판 (14) 등에 의해 다시 반사되는데, 이들은 각 부품들에 의해 산란되어 편광 상태가 재편되어 다시 s파와 p파가 1:1로 반사형 편광판 (20)에 재입사된다. 빛이 반사형 편광판에 재입사되기 위해서는 반사판 (14), 도광판 16, 그리고 특히 확산판 (18)에 의한 산란 정도가 커서 편광된 빛이 입사될 때 편광을 완전히 재편할 수 있어야 한다.One of the reflection type polarizing plates having a multilayer thin film structure is well described in U.S. Patent No. 5,422,756. Fig. 1 shows an outline of the operation principle of the reflection type polarizing plate according to the patent. Light entering the reflection type polarizing plate 20 through the fluorescent lamp 10 and the reflector 12, the reflection plate 14, the light guide plate 16 and the diffuser plate 18 is mixed with s-wave and p-wave in a ratio of 1: Respectively. The reflection type polarizing plate 20 transmits the p wave of the incident light and reflects the s wave. The reflected s waves are reflected again by the diffuser plate 18, the light guide plate 16, the reflector 14, etc., and they are scattered by the respective components and the polarized state is regrouped so that the s-wave and p- And enters the polarizing plate 20 again. In order for the light to be incident again on the reflection type polarizing plate, the degree of scattering by the reflection plate 14, the light guide plate 16, and especially the diffusion plate 18 must be large enough so that the polarized light can be completely reorganized when the polarized light is incident.
광흡수를 고려하지 않을 때, 초기에 입사한 빛의 휘도 Io에 대해 처음에 반사형 편광판을 투과하는 빛은 Io/2이며, 두 번째는 Io/4이며, 세 번째는 Io/8이 된다. 초기에 입사한 빛 Io가 모두 반사형 편광판을 투과하기 위해서는 무수히 많은 횟수의 이 과정이 필요하다. 배면 조명 장치의 각 부품들에 의한 빛의 흡수를 고려한다면 이 과정에서 적지 않은 빛이 손실된다.When not considering the light absorption, light first passes through the reflecting-type polarizing plate in respect to the luminance I o of the light incident on the early and I o / 2, the second is I o / 4, the third I o / 8. In order to transmit the initially incident light I o through the reflection type polarizing plate, a large number of processes are required. Considering the absorption of light by each part of the backlight unit, a lot of light is lost in this process.
만일 반사형 편광판에서 최초에 반사된 s파가 재반사되어 되돌아오는 과정에서 편광의 흐트러짐 없이 모두 p파로 변환시켜 줄 수 있다면, 반사판에서 반사된 빛의 편광 상태를 재편함으로 발생하는 복잡한 광경로로 인한 빛의 손실을 크게 줄일 수 있게 된다.If the s-wave reflected from the reflection type polarizing plate can be converted into p-wave without disturbing the polarized light in the process of re-reflecting the reflected s-wave, The loss of light can be greatly reduced.
본 발명은 바로 이 광경로를 아주 단순화시켜 빛의 손실을 최소화시키고 휘도를 더욱 높이는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for greatly simplifying the light path, thereby minimizing the loss of light and increasing the brightness.
통상 조명 장치에서 동일 소비 전력 대비 휘도를 증가시키는 방법의 하나로 반사형 편광판을 사용할 수 있다. 반사형 편광판은 여러 가지 방법으로 구현될 수 있는데, 특히 다층 박막을 이용한 경우 이 편광판으로 입사하는 직선 편광 중 하나의 성분 만을 투과시키고 나머지 직선 편광은 반사시켜 재사용한다. 기존의 경우 재사용하는 빛은 배면 조명 장치에서 비편광화시켜 사용하나, 본 발명에서는 λ/4 위상차판을 반사형 편광판과 동시에 사용하여 재사용할 빛의 편광 상태를 원래의 방향에 대해 수직하게 변환시킨다. 이는, 광 경로를 단순화시켜 배면 조명 장치의 각 부품들에 의한 빛의 흡수를 최소화함으로써 동일 소비 전력 대비 휘도 향상 능력을 개선할 수 있게 해 준다.A reflection type polarizing plate can be used as one of the methods for increasing luminance relative to the same power consumption in a normal lighting apparatus. The reflection type polarizing plate can be realized by various methods. In particular, when a multilayer thin film is used, only one component of the linearly polarized light incident on the polarizing plate is transmitted and the remaining linearly polarized light is reflected and reused. In the present invention, the reusable light is used in a backlighting system in the form of non-optical illumination. In the present invention, the? / 4 retardation plate is used simultaneously with the reflection type polarizing plate to convert the polarization state of light to be reused vertically to the original direction. This simplifies the optical path and minimizes the absorption of light by each component of the backlight unit, thereby improving the brightness enhancement ability against the same power consumption.
도 1은 선행 기술에 의한 반사형 편광판의 작동 원리를 도시한 것이고,Fig. 1 shows the operation principle of a reflective polarizer according to the prior art,
도 2a와 도 2b는 확산판에 의한 편광의 흐트러짐 정도를 측정하는 실험 장치이며,FIGS. 2A and 2B are experimental apparatuses for measuring the degree of disturbance of polarization by the diffuser plate,
도 3은 본 발명에 의한 λ/4 위상차판의 사용예 및 작동 원리를 도시한 것이고,Fig. 3 shows an example of use and operation principle of a? / 4 retarder according to the present invention,
도 4는 본 발명의 또다른 사용 예이다.Figure 4 is another use example of the present invention.
〈도면의주요부분에대한부호의설명〉Description of the Related Art
10 : 형광 램프10: Fluorescent lamp
12 : 반사갓12: reflector
14, 14' : 반사판14, 14 ': Reflector
16, 16' : 도광판16, 16 ': light guide plate
22, 22', 24, 24' : 흡수형 편광판22, 22 ', 24, 24': absorption type polarizer
30 : λ/4 위상차판30:? / 4 retardation plate
31 : 반사형 편광판으로 최초로 입사하는 빛31: First incident light with reflective polarizer
32 : 반사형 편광판을 최초로 투과하는 빛32: Light that initially transmits the reflective polarizer
33 : 반사형 편광판에서 최초로 반사하는 빛33: First reflected light from a reflective polarizer
34 : λ/4 위상차판을 최초로 투과한 빛34: First transmitted light of? / 4 retardation plate
35, 35', 35 : 반사판, 도광판, 확산판 등에 의해 다시 반사된 빛35, 35 ', 35: Light reflected back by a reflection plate, a light guide plate,
36 : 배면 조명 장치의 각 부품들에 의해 다시 반사되어 λ/4 위상차판으로 입사하는 빛36: light incident on the? / 4 retardation plate again reflected by the respective components of the backlight unit
37 : 반사형 반사판을 두 번째 투과하는 빛37: The second transmitting light of the reflective reflector
40 : 반사 기능을 가진 광원 상자40: Light source box with reflection function
42 : 광원42: Light source
이하 본 발명의 구성을 첨부 도면을 참조하면서 설명한다. 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서 먼저 확산판 (18')이나 도광판 (16'), 그리고 반사판 (14') 등이 그들을 투과하는 빛의 편광 상태에 크게 영향을 주지 않아야 한다. 이를 위해 본 발명의 발명자들은 LG전자 12.1 인치 휴대용 컴퓨터의 배면 조명 장치(모델명 : LP121S1)에 장착된 부품들 중 형광 램프 (10), 반사갓 (12), 반사판 (14'), 도광판 (16')을 광원으로 이용하여 도 2a와 도 2b의 실험을 실시하였다. 도광판 (16') 위에 흡수형 편광판 (22, 22')을 놓고, 그 위에 같은 장치에 사용된 확산판 (18')을 위치시켰다. 다시 확산판 (18') 위에 또 다른 흡수형 편광판 (24, 24')을 놓았다. 흡수형 편광판 (22, 22')의 방향은 또 다른 흡수형 편광판 (24, 24')의 방향과 와 같이 서로 평행(도 2a)하게 하거나, 서로 수직(도 2b)하게 배열하여 각각의 경우의 휘도를 비교 측정하였다. 도 2a의 경우의 휘도를 A, 도 2b의 경우의 휘도를 B라 하면, 각각 5.3cd/m2의 값을 얻었으므로, 그 비율은Hereinafter, the configuration of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In order to achieve the object of the present invention as described above, the diffuser plate 18 ', the light guide plate 16' and the reflection plate 14 'must not greatly affect the polarization state of light transmitted through them. To this end, the inventors of the present invention have proposed a fluorescent lamp 10, a reflector 12, a reflector 14 ', a light guide plate 16', and the like, among components mounted on a backlight unit (model name: LP121S1) Were used as light sources to conduct the experiments shown in Figs. 2A and 2B. The absorptive polarizing plates 22 and 22 'were placed on the light guide plate 16', and the diffuser plate 18 'used in the same apparatus was placed thereon. And another absorption type polarizing plate 24, 24 'is placed on the diffusing plate 18' again. The directions of the absorption type polarizing plates 22 and 22 'may be parallel to each other (FIG. 2A) or perpendicular to each other (FIG. 2B) as in the direction of another absorption type polarizing plates 24 and 24' The luminance was measured comparatively. When the luminance in the case of FIG. 2A is A and the luminance in the case of FIG. 2B is B, the value of 5.3 cd / m 2 is obtained,
이었다. 즉, 확산판에 의한 편광 상태의 흐트러짐 정도는 크지 않음을 알 수 있었다. 한편, 도광판 16'은 도트형(dot-type)이어 그 자체에 의한 편광 상태의 흐트러짐 정도는 크지 않았다. 반사판 14'도 편광 상태에 미치는 영향이 작다는 것을 알 수 있었다.. That is, the degree of disturbance of the polarization state due to the diffusing plate was not large. On the other hand, the light guide plate 16 'is a dot-type, and the degree of disturbance of the polarization state by itself is not large. And the influence of the reflection plate 14 'on the polarization state is small.
본 발명에서 방사형 편광판에 의한 휘도 개선을 더욱 향상시키기 위해 반사형 편광판과 동시에 λ/4 위상차판을 사용한다. 그 사용 예 및 작동 원리는 도 3에 도시되어져 있다. 배면 조명 장치에 의해 반사형 편광판 (20)으로 입사하는 빛 (31)은 s파와 p파가 1:1로 혼재된 상태이다. 이중 p파는 그대로 반사형 편광판 (20)을 투과 (32)하고, s파는 반사 (33)된다. 이 s파는 적절한 방향으로 배열된 λ/4 위상차판 (30)에 의해 원편광 중의 하나인 C1으로 변환 (34)될 수 있다. 이 원편광 C1은 반사판 (14'), 도광판 (16'), 확산판 (18') 등에 의해 각각 반사 (35, 35', 35)되어, 이제는 앞서의 원편광 C1과는 반대 의미의 원편광 C2가 된다. 즉, C1이 좌원 편광이면 C2는 우원 편광이 되고, 반대로 C1이 우원 편광이면 C2는 좌원 편광이 된다.In order to further improve the luminance improvement by the radial polarizer in the present invention, a lambda / 4 retarder is used at the same time as the reflective polarizer. Its use examples and operating principles are shown in Fig. The light 31 incident on the reflection type polarizing plate 20 by the backlight device has a state where s-wave and p-wave are mixed at a ratio of 1: 1. The double p wave is transmitted (32) through the reflection type polarizing plate (20) as it is, and the s wave is reflected (33). This s-wave can be converted (34) to C 1, which is one of circularly polarized light, by the? / 4 phase difference plate 30 arranged in an appropriate direction. This circularly polarized light C 1 is the reflection plate 14 ', a light guide plate (16'), the diffuser plate (18 ') each reflection (35, 35 or the like', 35) is, now that prior circular C 1 and in the opposite sense of Becomes circularly polarized light C 2 . That is, if C 1 is a left circularly polarized light, C 2 becomes right circularly polarized light, and conversely, if C 1 is right circularly polarized light, C 2 becomes a left circularly polarized light.
이 반사된 빛 (35, 35', 35)은 λ/4 위상차판을 다시 투과하면서 그 편광 상태는 반사형 편광판에서 최초로 반사된 s파 (33)가 이제는 p파 (36)로 변환된다. 그러므로 반사형 편광판 (20)의 투과 방향과 일치하게 되어 이 반사형 편광판 (20)을 모두 투과 (37)한다.The reflected light 35, 35 ', 35 is again transmitted through the? / 4 retardation plate and its polarization state is converted into the p-wave 36, which is the s-wave 33 reflected first in the reflective polarizer. Therefore, the reflection type polarizing plate 20 is made to coincide with the transmission direction of the reflection type polarizing plate 20 and all the reflection type polarizing plate 20 is transmitted (37).
배면 조명 장치의 각 부품들에 의한 광흡수를 무시하면, 이는 선행 기술과 비교하여 아래 표 1과 같은 광경로를 갖는다. 즉, Io의 빛이 최초로 입사한 경우, 본 발명이 두 번째에 반사형 반사판을 모두 통과하는 반면, 기존 기술은 무수히 많은 과정을 필요로 한다. 배면 조명 장치의 각 부품들에 의한 광흡수를 고려한다면, 본 발명의 경우 광경로가 간단하여 광손실을 최대한 줄일 수 있다는 장점이 있다.Ignoring the light absorption by the individual components of the backlight unit, this has the same light path as Table 1 below compared with the prior art. That is, when the light of I o is incident for the first time, the present invention passes through all of the reflection type reflectors a second time, whereas the conventional technique requires a lot of processes. Considering the light absorption by each component of the backlight unit, the present invention has the advantage that the optical path is simple and the optical loss can be reduced as much as possible.
이상과 같은 본 발명이 적용되는 그 효과가 크게 나타나려면 배면 조명 장치의 각 부품들이 편광 상태에 미치는 영향이 없거나 적을수록 좋다.In order that the effect of the present invention as described above can be greatly exerted, it is preferable that the components of the backlight unit have no or small influence on the polarization state.
본 발명에 사용되는 λ/4 위상차판은 반사형 편광판과 도광판 사이의 어느 위치에도 있을 수 있다. 또한 독립적인 판형(sheet-type)이나 필름 형태로도 가능하며, 반사형 편광판을 포함한 기타 배면 조명 장치의 어느 한 부품의 기층(substrate)의 형태로도 가능하다.The? / 4 phase difference plate used in the present invention may be located anywhere between the reflection type polarizing plate and the light guide plate. It may also be in the form of an independent sheet-type or film, or in the form of a substrate of any other part of the backlighting device, including the reflective polarizer.
또한, 앞서의 설명에서는 가장자리 조명(edge-lit) 형태의 배면 조명 장치를 예를 들었으나, 형광 램프 등의 광원이 반사판 바로 위에 위치하는 일반적인 조명 장치에도 본 발명이 적용된다. 이의 예가 도 4에 도시되어져 있다. 광원 (42)로부터 나온 특정한 편광 방향을 갖지 않는 빛은 반사형 편광판 (20)에서 직선 편광의 한 성분은 투과되고 그 방향에 수직한 편광 방향을 가지는 빛은 반사형 편광판 (20)에서 직선 편광의 성분만 투과되고, 그 방향에 수직한 편광 방향을 가지는 빛은 반사된다. 편광 상태에 별 영향을 주지 않는 확산판 (18')을 사용하고 본 발명을 적용하면, 이 반사된 빛은 원래의 방향과 수직한 방향의 편광 상태를 가지고 반사형 편광판을 다시 투과할 수 있게 된다. 이는 입체 영화 등 편광된 빛을 필요로 하는 장치에 적용될 수 있다.In the above description, an edge-lit backlight device is taken as an example, but the present invention is also applied to a general illumination device in which a light source such as a fluorescent lamp is positioned directly above the reflection plate. An example of this is shown in Fig. Light having a specific polarization direction emitted from the light source 42 is transmitted through a component of linearly polarized light in the reflection type polarizing plate 20 and light having a polarization direction perpendicular to the direction is reflected by the reflection type polarizing plate 20 in a linearly polarized state Only the component is transmitted, and the light having the polarization direction perpendicular to the direction is reflected. When the diffuser plate 18 'which does not affect the polarization state is used and the present invention is applied, the reflected light has a polarization state in a direction perpendicular to the original direction and is allowed to transmit again through the reflection type polarizer plate . This can be applied to devices requiring polarized light such as stereoscopic movies.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1019970028825A KR19990004688A (en) | 1997-06-28 | 1997-06-28 | Backlight device with increased brightness using reflective polarizer |
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| KR1019970028825A KR19990004688A (en) | 1997-06-28 | 1997-06-28 | Backlight device with increased brightness using reflective polarizer |
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| KR1019970028825A KR19990004688A (en) | 1997-06-28 | 1997-06-28 | Backlight device with increased brightness using reflective polarizer |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100329325B1 (en) * | 1998-11-12 | 2002-03-22 | 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시 | Liquid crystal display |
| KR100812349B1 (en) * | 2006-01-24 | 2008-03-11 | 삼성코닝정밀유리 주식회사 | Back light unit formed an optical layer being able to polarizing |
-
1997
- 1997-06-28 KR KR1019970028825A patent/KR19990004688A/en not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100329325B1 (en) * | 1998-11-12 | 2002-03-22 | 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시 | Liquid crystal display |
| KR100812349B1 (en) * | 2006-01-24 | 2008-03-11 | 삼성코닝정밀유리 주식회사 | Back light unit formed an optical layer being able to polarizing |
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Legal Events
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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