KR20070065337A - 낮은 필 팩터의 와이어 그리드 편광자 - Google Patents

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KR20070065337A
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polarizer
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데이비드 케슬러
리 윌리암 투트
로라 에이 웰러-브로피
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이스트맨 코닥 캄파니
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Abstract

하나의 실시태양에서, 와이어 그리드 편광자는 피치(P), 폭(W) 및 높이(H)를 갖는 다수의 평행한 전도체들을 포함한다. 실시태양에서, 필 팩터(fill-factor)(W/P)는 대략 0.18보다 크고 대략 0.25보다 작다. 또 다른 실시태양에서, 디스플레이 시스템은 광원 및 광 밸브를 포함한다. 상기 디스플레이 시스템은 또한 피치(P), 폭(W) 및 높이(H)를 갖는 다수의 평행한 전도체들을 포함하는 와이어 그리드 편광자를 포함한다. 실시태양에서, 필 팩터(W/P)는 대략 0.18보다 크고 대략 0.25보다 작다.

Description

낮은 필 팩터의 와이어 그리드 편광자{LOW FILL FACTOR WIRE GRID POLARIZER}
광 효율의 증대에 사용하기 위한 편광자를 개시한다.
광 밸브는 광범위하게 다양한 디스플레이 기술에 도움이 된다. 일례로, 디스플레이 및 마이크로디스플레이 패널은 다수의 용도, 몇 가지 예를 들자면 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 매장 디스플레이, 개인 휴대 정보 단말기 및 전자 시네마에 인기를 얻고 있다.
다수의 광 밸브는 액정(LC) 기술을 기본으로 한다. 일부 LC 기술에서 빛은 LC 장치(패널)를 통해 투과되는 반면, 다른 기술들에서는 상기 패널을 2 회 관통하고, 그 후에 상기 패널의 먼 표면에서 반사된다.
작동 시, 외부 장 또는 전압을 사용하여 상기 LC 물질의 분자들의 축을 선택적으로 회전시킨다. 잘 알려진 바와 같이, 이러한 전압을 LC 패널을 통해 인가시킴으로써, 상기 LC 분자의 방향을 조절할 수 있으며, 상기 반사된 빛의 편광 상태가 선택적으로 변화한다. 그 자체로서, 상기 LC 매질은 배열 중의 트랜지스터들 의 선택적인 스위칭에 의해, 상기 빛을 영상 정보에 의해 변조시키는데 사용될 수 있다.
다수의 LCD 시스템에서, 광 변조는 어떤 그림 소자(화소)에서는 어두운 상태의 빛을, 다른 소자에서는 밝은 상태의 빛을 생성시키며, 이때 상기 편광 상태는 각 화소 소자에 의해 투과된 광량을 결정한다. 이에 의해, 상기 LC 패널 및 광학에 의한 선택적인 편광 변환에 의해 영상 또는 '그림'을 형성시킴으로써 스크린상에 영상이 생성된다.
LCD 장치가 디스플레이 및 마이크로디스플레이 용도에서 어디에나 존재하고 있지만, 공지된 장치와 관련하여 몇몇 결점들이 존재한다. 예를 들어, 공지된 장치에서 광원으로부터의 빛의 일부는 돌이킬 수 없이 상실될 수 있으며 이는 상기 영상의 전체 휘도에 불리한 영향을 미칠 수 있다.
디스플레이 시스템에서 이러한 광 손실은 상기 디스플레이 시스템 내의 다양한 소스들로부터 있을 수 있다. 다수의 LCD 시스템에서, 하나의 소스로부터의 빛은 상기 LC 패널에 입사되기 전에 특정한 배향으로 선택적으로 편광된다. 이러한 선택적인 편광은 흡수 편광자에 의해 수행될 수 있다. 상기 LC 패널은 일정한 방식으로 상기 물질의 분자들을 배향하도록 선택적으로 인가되는 전압을 가질 수 있다. 상기 LC 패널에 입사되는 빛의 편광은 상기 LC 층을 관통할 때 선택적으로 변경된다. 하나의 선형 편광 상태의 빛은 밝은 상태의 빛으로서 편광자(종종 검광자로서도 지칭됨)에 의해 투과되며; 반면에 직교하는 편광 상태의 빛은 어두운 상태의 빛으로서 상기 검광자에 의해 흡수된다. 알 수 있는 바와 같이, 빛 에너 지의 대략 절반은 상기와 같은 시스템에서 상기 제 1 선형 편광자에 의한 흡수로 인해 상실된다.
다른 디스플레이 및 마이크로디스플레이 구조에서, 반사 편광자를 편광 선택성을 위해 사용할 수 있다. 때때로, 상기 반사 편광자를 광(편광) 재순환을 제공하기 위해서 광원과 LC 패널사이에 배치하며, 여기에서 하나의 편광 상태는 바람직하게는 반사 편광자에 의해 투과되고 하나의 편광 상태는 상기 광원을 향해 다시 반사된다. 반사 편광자를 사용하는 공지된 시스템에서, 상기 편광 재순환을 방해하는 경쟁 대물렌즈가 존재한다. 이러한 경쟁 대물렌즈는 광 투과 효율 및 편광 소광을 포함한다. 예를 들어, 와이어 그리드 편광자를 상기 반사 편광자로서 사용할 수 있다. 공지된 와이어 그리드 편광자는 비교적 높은 소광 비를 갖는다. 상기와 같은 공지된 와이어 그리드 편광자는 광 재순환에 바람직하지 않은데, 그 이유는 전체 광 처리량이 허용가능하지 않게 낮기 때문이다. 이는 관찰된 영상에 허용가능하지 않은 콘트라스트 및 휘도를 생성시킬 수 있다.
한편으로, 다층 필름 또는 비 혼화성의 층상화된 물질을 포함하는 플라스틱 반사 편광자를 디스플레이에 사용할 수 있다. 공지된 플라스틱 편광자는 비교적 낮은 소광 정량 및 비교적 높은 투과율을 갖는다. 상기와 같은 공지된 플라스틱 편광자는 상기 플라스틱이 광 흡수로 인해 "황색화"될 수 있으므로 매우 강한 역광과 함께 사용될 때 광 재순환에 바람직하지 않다. 이는 상기 관찰된 영상에 허용가능하지 않은 배색을 생성시킬 수 있다. 그 자체로서, 개선된 광 처리량 및 배색 안정성에 대한 필요성은 공지된 장치 및 구조를 통해 만족되지 못했다. 따라 서 적어도 상술한 공지된 장치의 결점을 극복하는 장치가 필요하다.
발명의 요약
실시 태양에 따라, 와이어 그리드 편광자는 피치(P), 폭(W) 및 높이(H)를 갖는 다수의 평행한 전도체들을 포함한다. 실시 태양에서, 필 팩터(W/P)는 대략 0.18보다 크고 대략 0.25보다 작다.
또 다른 실시태양에 따라, 디스플레이 시스템은 광원 및 광 밸브를 포함한다. 상기 디스플레이 시스템은 또한 피치(P), 폭(W) 및 높이(H)를 갖는 다수의 평행한 전도체들을 포함하는 와이어 그리드 편광자를 포함한다. 실시 태양에서, 필 팩터(W/P)는 대략 0.18보다 크고 대략 0.25보다 작다.
본 발명은 첨부된 도면과 함께 읽을 때 하기의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 다양한 특징부들을 반드시 축척으로 나타낼 필요가 없음을 강조한다. 실제로, 치수는 논의의 명확성을 위해 임의로 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
도 1A는 실시태양에 따른 액정 디스플레이 장치의 횡단면도이다.
도 1B는 실시태양에 따른 액정 디스플레이 장치의 횡단면도이다.
도 2A는 실시태양에 따른 와이어 그리드 편광자의 횡단면도이다.
도 2B는 실시태양에 따른 와이어 그리드 편광자의 상면도이다.
도 2C는 또 다른 실시태양에 따른, 직선이지 않은 평행한 와이어들을 나타내는 와이어 그리드 편광자의 상면도이다.
도 2D는 와이어 그리드 편광자의 또 다른 실시태양에 따라 랜덤하게 배열된 유한 길이 L의 평행한 와이어들을 나타내는 와이어 그리드 편광자의 상면도이다.
도 3A 및 3B는 실시태양에 따른 와이어 그리드 편광자의, 제 1 편광 상태 및 제 2 편광 상태의 빛의 반사된 편광 상태의 빛의 투과된 강도 대 충격 계수를 나타내는 그래프 표현이다.
도 4A 및 4B는 실시태양에 따른 와이어 그리드 편광자의 투과된 강도 대 충격 계수를 나타내는 그래프 표현이다.
도 5A는 실시태양에 따른 와이어 그리드 편광자의 편광된 빛의 투과율 대 파장을 나타내는 그래프 표현이다.
도 5B는 실시태양에 따른 와이어 그리드 편광자의 편광된 빛의 반사율 대 파장을 나타내는 그래프 표현이다.
도 6A는 실시태양에 따른 와이어 그리드 편광자의 편광된 빛의 투과율 대 입사각(법선으로부터 편광자의 면까지)을 나타내는 그래프 표현이다.
도 6B는 실시태양에 따른 와이어 그리드 편광자의 편광된 빛의 반사율 대 입사각(법선으로부터 편광자의 면까지)을 나타내는 그래프 표현이다.
도 7A는 실시태양에 따른 와이어 그리드 편광자의 충격 계수에 대한, 1/4 파 지연기 및 반사기를 포함한 디스플레이 시스템의 성능의 함수를 나타내는 그래프 표현이다.
도 7B는 도 7A의 분해도이다.
도 7C는 실시태양에 따른 와이어 그리드 편광자의 충격 계수에 대한, 확산 반사기를 포함한 시스템의 성능의 함수를 나타내는 그래프 표현이다.
도 7D는 도 7C의 분해도이다.
도 8은 실시태양에 따른 와이어 그리드 편광자의 횡단면도이다.
도 9는 실시태양에 따른 와이어 그리드 편광자의 횡단면도이다.
도 10은 실시태양에 따른 와이어 그리드 편광자의 횡단면도이다.
도 11은 실시태양에 따른 하나 이상의 추가의 기능성 층들과 통합된 와이어 그리드 편광자의 횡단면도이다.
도 12는 실시태양에 따른 액정 패널에 대한 와이어 그리드 편광자 내부의 횡단면도이다.
도 13은 실시태양에 따른 디스플레이 용도에 사용되는 2 개의 와이어 그리드 편광자의 횡단면도이다.
하기의 상세한 설명에서, 설명을 목적으로 제한 없이, 특정한 세부사항을 개시하는 실시태양들을 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 나타낸다. 그러나, 본 내용의 이점을 알고 있는 당해 분야의 통상적인 숙련가에게, 본 발명을 본 발명에 개시된 상기 특정한 세부사항으로부터 출발하는 다른 실시태양들로 실시할 수 있음은 자명할 것이다. 더욱이, 널리 공지된 장치 및 방법에 대한 설명을 실시태양의 설명을 모호하게 하지 않기 위해서 생략할 수 있다. 상기와 같은 방법 및 장치는 분명히 상기 실시태양들을 수행하는 발명자들의 의도 내에 있다. 가능한 어느 경우든지, 같은 숫자는 전체를 통해 같은 특징부를 나타낸다.
간단히, 실시태양과 함께 상세히 개시하는 바와 같이, 와이어 그리드 편광자 및 와이어 그리드 편광자를 포함하는 디스플레이 시스템을 개시한다. 상기 와이어 그리드 편광자는 폭, 높이 및 피치를 갖는 다수의 전도체를 포함한다. 하나의 실시태양에서, 상기 와이어 그리드 편광자는 전체 광 처리량을 실질적으로 최적화하기 위해 선택된 충격 계수를 가지며, 이는 상기 와이어 그리드 편광자를 통한 제 1 편광 상태의 광 투과율 및 상기 편광자로부터의 제 2 편광 상태의 광 반사율의 함수이다.
하나의 실시태양에서, 상기 와이어 그리드 편광자의 높이 대 피치의 비를 전체 광 처리량을 실질적으로 최적화하도록 선택한다. 이러한 방식으로, 보다 큰 퍼센트의 빛이 반사되고 이어서 상기 와이어 그리드 편광자 및 흡수 편광자를 통해 투과될 수 있으며, 이에 의해 상기 디스플레이 시스템을 통해 제공된 영상의 휘도 및 콘트라스트가 개선될 수 있다.
또 다른 실시태양에서, 상기 반사된 빛을 확산 반사기를 사용하여 편광을 제거하고 다시 상기 편광자로 반사시킬 수 있다. 더욱 또 다른 실시태양에서, 상기 반사된 빛은 1/4 파 지연기를 관통하여, 반사기에 의해 반사되고, 상기 와이어 그리드 편광자 상에 입사되기 전에 상기 1/4 파 지연기를 두 번째 관통할 수 있다.
도 1A는 실시태양의 광 밸브 영상화 장치(100)의 횡단면도이다. 영상화 장치(100)는 투과형 광-밸브(101)를 포함하며, 이는 예시적으로 LC 패널이다. 상기 영상화 장치(100)는 또한 반사 편광자(110), 및 한 쌍의 흡수 편광자(102) 및 (103)을 포함한다. 도광판(105)에 더 가까운 편광자(102)를 후방 편광자라 칭할 수 있다. 상기 영상화 장치는 또한 하나 이상의 광 처리 필름, 예를 들어 비 제한적으로 휘도 향상 필름 및 확산기(도시 안 됨)를 포함할 수 있다.
작동 시, 광원(들)(104)으로부터 편광되지 않은 빛이 도광판(105)을 통해 제공되며, 상기 도광판은 하나 이상의 외부 표면 위에 배치된 확산 반사기(106)를 가질 수 있다. 당해 분야의 통상적인 숙련가에 의해 쉽게 이해되는 바와 같이, 도광판(105), 확산 반사기(106) 및 광 처리 필름(들)은 최종 사용자에 의해 요구되는 시야각을 만족시키도록 고안된 빛의 각도 분포를 갖는 균일한 광 분포를 상기 광 밸브(101)에 제공하는데 유용하다. 예를 들어, 휘도 향상 층을 갖는 랩탑 컴퓨터는 전형적으로는 대략 ±20 도 정도 중심에서 벗어난 축 상에 있는 시야각을 갖는다. 역광 조립체 및 그의 소자들에 대한 추가의 상세한 설명은 2004년 5월 28일자로 출원되고 본 발명의 양수인에게 양도된, "향상된 액정 디스플레이 효율을 위한 확산 반사기 필름"이란 표제 하의 엑스 마이(X. Mi) 등의 미국 특허 출원 제 10/857,515 호에 상세히 개시되어 있다. 상기 출원의 내용은 본 발명에 구체적으로 인용되어 있다.
도광판(105)으로부터의 빛(107)은 반사 편광자(110) 상에 입사되며, 상기 편광자는 제 1 편광 상태(상기 페이지의 면에 수직)의 빛(108)을 투과하고 제 2 편광 상태(상기 페이지의 면에 평행)의 빛(109)을 반사한다. 본 발명의 실시태양에서, 상기 빛은 도광판(105) 상에 입사되고, 확산 반사 층(106)을 경유하여 편광되지 않은 빛으로 전환되어 빛(107)과 함께 상기 장치(100)로 재도입된다. 이러한 방식으로, 빛(109)이 재도입되거나 재순환되어, 개선된 콘트라스트 및 휘도를 통해 개선된 광학 효율 및 개선된 광학 수행성능을 제공할 수 있다.
쉽게 알 수 있는 바와 같이, 투과되는 빛(108)의 양이 클수록 광학 효율이 커진다. 실시태양에 따라, 빛(108)의 투과율의 개선은 상기 반사 편광자(110)의 투과율의 증가 및 따라서 손실되는 광량의 감소에 의해 수행된다. 본 발명의 설명이 계속됨에 따라 보다 명백해지는 바와 같이, 이는 실시태양의 개선된 반사 편광자를 통해 실현된다.
도 1B는 또 다른 실시태양의 광 밸브 영상화 장치(111)의 횡단면도이다. 본 실시태양의 장치(111)는 도 1A의 실시태양과 동일한 다수의 특징부 및 요소들을 포함하며, 반사 편광자(11)를 통해 반사된 빛의 적어도 일부의 편광 변환을 통한 광 재순환을 제공한다. 실시태양에 따라, 상기 편광 변환을 1/4 파 지연기(112) 및 반사층(113)을 사용하여 수행한다. 제 2 편광 상태의 빛(109)을 상기 1/4 파 지연기(112) 및 반사층(113)에 의해 상기 제 1 편광 상태의 빛(114)으로 전환시킨다. 그 자체로서, 광 재순환에 필요한 상기 요구되는 편광 전환을 수행하고, 빛(114)을 목적하는 편광 상태로 상기 반사 편광자 상에 입사한다.
실시태양에 따라, 상기 반사 편광자(110)는 공지된 반사 편광자, 예를 들어 다른 와이어 그리드 편광자에 비해 개선된 투과율 및 감소된 손실을 갖는 와이어 그리드 편광자이다. 예시적인 와이어 그리드 편광자(200)를 도 2A 및 도 2B에 나타낸다. 도 2A는 편광자(200)의 횡단면도이고 도 2B는 상면도이다.
도 2A 및 도 2B의 실시태양의 와이어 그리드 편광자(200)를 도 1A 및 도 1B의 구조들과 같은 LCD 구조에서 광 재순환을 통한 광학 효율을 개선시키기 위해서 반사 편광자(110)로서 사용할 수 있다. 상기 편광자(200)는 다수의 전도체들(예를 들어 와이어들)(202)이 상부에 배치되어 있는 기판(201)을 포함한다. 상기 각각의 전도체(202)는 도시된 바와 같이, 높이(H)(203), 폭(W)(204), 길이(L) 및 간격, 또는 피치(P)(205)를 갖는다. 본 설명이 계속됨에 따라 명백해지는 바와 같이, 이러한 매개변수들의 조절은 공지된 장치에 비해 상기 편광자(200)에 개선된 투과율 및 감소된 손실을 제공하며, 따라서 광 효율을 개선시킨다.
도 2C는 와이어(222)가 서로 평행하지만 직선은 아닌 더욱 또 다른 와이어 그리드 편광자(220)의 상면도를 나타낸다. 상기 와이어(또한 전도체라고도 칭함)는 일반적인 방향(224)을 유지하지만 상기 와이어를 따라 임의의 지점에서 접선 방향(225)이 상기 일반적인 방향(224)에 대해 대략 10 도 이하의 각 α 내에 있다. 실제로, 상기 각 α는 5 도 이하일 수 있다. 이러한 와이어 그리드 편광자에서 실질적으로 '직선'인 것으로부터 상기 와이어의 비교적 작은 편향은 후방 편광자 투과율 축에 비해 상기 와이어 그리드의 정렬 허용도를 증가시킬 수 있다, 그러나 상기 각 α는 투과율 및 반사율의 면에서 상기 와이어 그리드 편광자(220)의 수행성능에 현저한 영향을 미치지 않을 것이다.
도 2D는 더욱 또 다른 예시적인 실시태양을 나타낸다. 이 실시태양에서, 편광자(230)는 서로 평균 피치 Pav로 실질적으로 평행한 와이어(232)를 가지며, 상기 와이어의 평균 폭 Wav의 대략 10 배를 초과하는 평균 유한 길이 Lav을 갖는다(종횡비). 도 2B의 비교적 보다 긴 와이어와 상반되게 도 2D의 실시태양의 비교적 보다 짧은 와이어의 수집은 보다 짧은 와이어가 당해 분야에 공지된 기법에 의해 나노 금속 와이어 또는 나노 튜브로서 형성될 수 있기 때문에 제조에 유리할 것이다.
실시태양에 따라, 기판(201)은 선택된 파장 또는 파장 범위의 빛에 투명한 유리, 중합체 또는 결정성 물질일 수 있으며 전도체(202)에 양호한 접착성을 제공한다. 상기 전도체(202)는 유용하게는 알루미늄 또는 다른 적합한 전도체, 예를 들어 구리, 금 및 은이다. 전형적으로는 상기 전도체(202)에 대해 선택된 물질이 표적 파장 범위 내에서 전도성일수록, 상기 와이어 그리드 편광자의 수행성능이 양호해진다. 예를 들어, 상기 전도성 물질은, 전체 가시 스펙트럼을 실질적으로 포함하는 광대역 반사 편광자를 제공하므로 알루미늄을 선택하는 것이 양호하다.
더욱 또한, 편광자(200)를 공지된 제조 기법을 사용하여 제조할 수 있다. 상기 제조 기법은, 단지 몇몇을 칭하자면, 석판인쇄술 및 식각 및 전자 광선 식각 기법이 있다. 상기 선택된 제조 기법은 하기 논의되는 특징 크기, 피치 및 균일성을 제공해야 함을 알아야 한다.
다양한 널리 공지된 기법을 사용하여 상기 반사 편광자 장치를 제조할 수 있으며, 제조 기법의 선택은 표면 조직에 대한 적합한 명세를 만족시키는 한 본 발명에 중요하지 않다. 한 가지 방법은 알루미늄 또는 은 필름을 조직화된 기판상에 침착시키고 패턴화함을 포함한다. 반도체 산업에 통상적인 다양한 침착 및 패턴화 기법을, 상기 방법이 충분한 피사계 심도를 제공하는 한 상기 조직화된 표면 위에 잘 한정된 패턴을 형성시키는데 사용할 수 있다. 미국 특허 제 4,049,944 호(Garvin) 또는 미국 특허 제 4,514,479 호(Ferranti)에 개시된 바와 같이, 입체영상 석판인쇄술은 충분한 해상도 및 피사계 심도를 제공하는 방법이다.
하부 기판(201)의 목적하는 표면 조직을 상기 기판의 기계적인 연마, 예를 들어 분쇄 또는 모래 뿜기에 의해 또는 기판의 화학적 연마, 예를 들어 유리의 식각에 대해 널리 공지된 묽은 불화수소산의 사용에 의해 수행할 수 있다. 한편으로, 변형 가능한 물질을 상기 기판상에 침착시키고 이어서 엠보싱 또는 방사선 지원된 주조에 의해 조직화할 수 있다(미국 특허 제 5,279,689 호(Shvartsman)에 개시되어 있음). 더욱 또 다른 방법에서, 상기 조직화된 표면을 엠보싱 처리하거나 또는 연속적인 플라스틱 필름상에 주조하고(예를 들어, 미국 특허 제 4,840,757 호(Blenkhorn)에 개시된 방법을 사용하여), 이어서 그리드 기판에 적층시킬 수 있다.
상기 확산 반사 편광자의 더욱 또 다른 제조 방법은 평행한 전도체들의 그리드를 그리드 기판 위의 중합체 필름으로 구성된 평활한 표면상에 침착 및 패턴화하고, 이어서 상기 표면 조직을 미국 특허 제 5,466,319 호(Sager)에 개시된 방법을 사용하여 엠보싱 처리하는 것이다. 제조 기법들의 다른 조합들도 상기 실시태양의 범위 내에서 확실히 가능하다. 상기 예시적인 제조 기법과 관련하여 언급된 미국 특허들은 본 발명에 참고로 인용됨에 주목한다.
상기 와이어 그리드 편광자(200)는 상기 상에 입사된 빛의 직교 편광된 상태들의 분리를 제공한다. 예를 들어, 각각 제 1 및 제 2 편광 상태(207) 및 (208)로 직교하는 편광 성분들을 갖는 광(206)은 상기 편광자(200)의 평면의 법선(209)에 대해 입사각(θ)(종종 극각이라 칭한다)으로 입사된다. 예시적으로, 제 1 편광 상태(207)는 S-편광된 빛이고, 이는 상기 페이지의 면에 수직이며; 제 2 편광 상태는 P-편광된 빛이고, 이는 상기 페이지의 면에 평행이다.
편광자(200)의 기능을 통해, 상기 제 1 편광 상태(S-편광)(207)의 빛(210)은 상기 편광자(200)로부터 반사되고 제 2 편광 상태(P-편광)(208)의 빛(211)은 상기 편광자를 통해 투과된다. 몇몇 실시태양에서 시야각을 또한 법선에서 디스플레이 표면 및 따라서 와이어 그리드 편광자까지 측정할 수 있음을 또한 주목한다. 일부 소비자 용도에서, 상기 시야각은 대략 +20도에서 대략 ±60도 정도임에 주목한다. 그 자체로서, 광 출력을 상기 각 범위 내에서 최적화하는 것이 유용하다.
몇몇 디스플레이 용도에서, 상기 광 밸브(예를 들어 광 밸브(101)) 및 따라서 최종 사용자에게 입사되는 광량을 최적화하는 것이 유용하다. 앞서 언급한 바와 같이, 실시태양에서 이를 투과되는 빛(211)의 양을 증가시키고 편광자(200)의 편광 분리 공정 중 발생하는 빛 에너지의 손실을 최소화함으로써 수행한다. 몇몇 예시적인 실시태양에서, 상기를 특정 범위 내에 있는 충격 계수 또는 필 팩터를 제공함으로써 수행할 수 있다. 예시적으로, 이를 피치(205)(P)의 값을 측정하고 폭(204)(W)을 변화시켜 목적하는 충격 계수, W/P를 실현시킴으로써 수행한다. 상기 항(W/P)을 종종 필-팩터라 칭한다.
당해 분야의 통상적인 숙련가에 의해 인식되는 바와 같이, 전도체(202)의 폭(W)은 입사광(206)의 빛 에너지의 반사 및 흡수에 직접적으로 영향을 미친다. 이 때문에, 상기 폭(204)이 클수록, 반사되는 S-편광된 빛의 양이 커지고 편광자(200)의 전도성 물질에 의해 흡수되는 빛 에너지의 양이 커진다. 그러나, 상기 폭(204)이 커질수록, 투과되는 P-편광된 빛의 양은 작아진다. 그 자체로서, 본 설명이 계속됨에 따라 더욱 명백해지는 바와 같이, 가능한 정도로, 상기 전도체 소자의 폭 대 피치의 비를 변화시킴으로써 적합한 성능 지수를 선택하는 것이 유용하다.
다른 실시태양에서, 상당히 개선된 전체 광 처리량은 일정한 범위 내의 높이(203)(H) 대 피치(205)(P)의 비를 제공함으로써 실현된다. 즉, 높이(203)가 클수록, 반사되는 S-편광된 빛의 양이 커진다. 그러나, 높이(203)가 클수록, 투과되는 P-편광된 빛의 양은 작아진다. 그 자체로서, 상기 폭 대 피치의 비를 변화시킴으로써 적합한 성능 지수를 선택하는 것이 또한 유용하다.
일정한 필 팩터를 제공하거나 일정한 높이(203) 대 피치(205)(H/P)의 비를 제공함으로써, 또는 이들 모두에 의해, 상기 와이어 그리드 편광자는 개선된 전체 광 처리량 및 감소된 빛 에너지 손실을 제공한다. 상기 실시태양의 개선된 광 처리량은 공지된 와이어 그리드 편광자보다 현저하게 작은 소광 비(예를 들어 Tp/Ts, 이때 Tp 및 Ts는 각각 S-편광 및 P-편광된 빛의 투과율이다)에 의해 수행됨에 주목한다. 이 때문에, 공지된 와이어 그리드 편광자에서, 100 또는 500 또는 심지어 1000의 소광 비를 제공하는 것이 바람직하다. 다수의 용도에서 상기 시스템의 콘트라스트 비를 개선시키기 위해서는 이러한 크기의 소광 비가 바람직하다. 상기 비교적 높은 소광 비를 성취하기 위해서, 허용가능하지 않은 반사 및 흡수를 생성시킬 수 있는 치수 폭 및 높이를 갖는 전도체들을 갖는 와이어 그리드 편광자를 제공할 필요가 있다. 그 자체로서, 공지된 와이어 그리드 편광자는 광 재순환을 목적으로 하는 용도에서 효율적이지 않다.
실시태양에 따라, 상기 소광 비는 대략 5:1 내지 대략 20:1의 정도이다. 이러한 비교적 작은 값에도 불구하고, 도 1A 및 1B의 실시태양의 시스템과 같은 시스템에서 실시태양의 와이어 그리드 편광자를 사용하여 실현된 콘트라스트 비는 허용 가능한 수행성능 값 내에 있다. 실제로, 출원인들은 도 1A 및 1B의 시스템과 같은 시스템에서 대략 10:1 보다 큰 소광 비가 훨씬 더 큰 소광 비를 갖는 반사 편광자를 사용하는 것에 비해 인지할 만한 이득을 제공하지 못함을 발견하였다. 이 때문에, 출원인들은 실시태양에서, 편광 재순환 장치로서 사용된 반사 편광자(110),(200), 및 높은 소광 비의 편광자(102),(103)가 광 밸브 영상화 장치(100) 및 (111)의 디스플레이 콘트라스트를 결정함에 주목한다.
실시태양에서, 제 2 편광 상태의 투과 광 Tp(211) 및 제 1 편광 상태(210)의 반사 광 Rs의 조합인 전체 광 처리량을 실질적으로 최적화하는 것이 유용하다. 상기 조합은 도 1A 및 1B의 실시태양의 시스템과 같은 시스템에서 개선된 광학 효율을 촉진한다. 이러한 실시태양의 태양들을 즉시 개시한다.
몇몇 실시태양에 따라, 와이어 그리드 편광자(110),(200)를 편광 재순환 장치로서 사용하며, 다소 간단한 분석을 통해, 상기 와이어 그리드 편광자를 통해 투과되고 후방 편광자(102)의 투과 축에 있는 전체 광 처리량 T1을 하기 식에 의해 제공한다:
Figure 112007022744550-PCT00001
Figure 112007022744550-PCT00002
수학식 1 및 2를 실시태양의 시스템에 적용하며, 이때 재순환을 반사 층(106)과 같은 확산 반사기를 사용하여 수행한다. R이 재순환 반사 필름의 반사율, 또는 각각의 광 재순환과 관련된 효율을 나타냄을 주목한다. 이상적인 경우에서, R은 1이고, 이는 광 재순환에 광 손실이 없음을 의미한다. R이 1 미만인 경우, 상기 광 재순환 경로에 약간의 광 손실이 존재한다. T1을 또한 상기와 같은 확산 반사기 기재 재순환 시스템에 대한 성능 지수로 칭함을 주목한다.
목적하는 광 재순환을 수행하기 위해 반사기 및 1/4 파 지연기를 포함하는 시스템에서, 상기 성능 지수를 전체 광, T2에 의해 제공하며, 상기 빛은 상기 와이어 그리드 편광자를 투과하고 후방 편광자(102)의 투과 축에 있다:
Figure 112007022744550-PCT00003
다시, R은 각각의 광 재순환과 관련된 효율이다.
상기 실시태양을 고수하면서, 사용되는 재순환의 유형에 관계없이, 상기 실 시태양의 디스플레이를 통해 형성된 영상의 광량(휘도)을 개선시키기 위해서 상기 각 시스템에 대한 성능 지수를 최적화하는 것이 이롭다.
일반적으로, 6 개의 매개변수(Ts, Tp, Rs, Rp, As, Ap)가 소정의 입사각에서 와이어 그리드 편광자의 광학 성질을 기술하는데 필요하며, 이때 Ts, Rs, As는 각각 S-편광된 빛의 투과율, 반사율 및 흡광도이고, Tp, Rp, Ap는 각각 P-편광의 투과율, 반사율 및 흡광도이다. 상기는 Ts + Rs + As = 1 및 Tp + Rp + Ap = 1을 만족한다. 따라서, 4 개의 독립적인 매개변수들이 존재한다.
수학식 1 내지 3은 2 개의 매개변수 Tp 및 Rs이 편광 재순환에 특히 중요함을 가리킨다. Tp 및 Rs는 모두 충격 계수(W/P)에 의해 조절될 수 있다.
일반적으로, 높은 충격 계수 와이어 그리드 편광자는 높은 반사율 Rs 및 낮은 투과율 Tp을 생성시키며, 낮은 충격 계수의 와이어 그리드 편광자는 낮은 반사율 Rs 및 높은 투과율 Tp를 생성시킨다. 미국 특허 제 6,108,131 호(Hansen et al.)에 의해 제시된 바와 같이, 총 효율을 Rs와 Tp의 합으로서 정의하는 경우, 공지된 와이어 그리드 편광자는 0.40 내지 0.60 범위의 충격 계수(소자 폭 대 피치의 비)를 갖는 듯 하다. 그러나, 논의된 바와 같이, 실시태양과 관련하여 상기 편광 재순환을 위한 성능 지수는 수학식 1, 수학식 2 또는 수학식 3에 의해 제공되며, Rs 및 Tp의 합에 의해서 제공되지 않는다. 출원인들은 상기 실시태양의 성능 지수 함수가 실제로는 0.40 내지 0.60 범위의 충격 계수를 갖는 공지된 와이어 그리드 편 광자의 충격 계수와 매우 다른 편광 재순환용 와이어 그리드 편광자의 충격 계수를 제공함을 발견하였다. 즉, 하기 설명으로부터 보다 명백해지는 바와 같이, 상기 실시태양의 와이어 그리드 편광자의 충격 계수는 대략 0.18 내지 대략 0.25의 범위이다.
실시태양에서, 개선된 투과율 Tp로 인한 개선된 전체 광 처리량(T1 또는 T2)은 반사율 Rs을 희생하여, 상당히 감소된 폭(204), 또는 높이(203) 또는 이들 모두를 제공함으로써 실현된다.
상기 실시태양을 더욱 예시하기 위해서, 하기의 그래프 표현들을 개시한다. 이들 그래프 표현은 상기 실시태양에 의해 제공된 이점들을 예시하며 제한하고자 하는 것은 아님을 알아야 한다.
도 3A는 실시태양의 와이어 그리드 편광자의 강도 대 충격 계수의 그래프이다. 상기 와이어 그리드 편광자는 예를 들어 도 2와 관련하여 개시된 유형의 것일 수 있으며 융합된 실리카 기판(201) 위에 배치된 알루미늄 전도체(202)를 갖는다. 도 3A 및 3B의 그래프의 데이터는 140 ㎚의 피치, 140 ㎚의 높이, 550 ㎚의 파장을 갖는 법선 입사광을 갖는 상기와 같은 구조로부터의 것이다. 상기 폭의 변화에 의해 상기 충격 계수가 변한다. 곡선(301)은 P-편광 상태 빛의 투과율을 나타내는 반면, 곡선(302)은 S-편광 상태 빛의 반사율을 나타낸다.
쉽게 알 수 있는 바와 같이, 투과율 Tp는 충격 계수에 따라 감소하고, 반사율 Rs은 상기 충격 계수에 따라 증가한다. 상기 충격 계수가 낮은 경우, 예를 들 어 대략 0.0에 근접하는 경우, 투과율 Tp는 대략 97%이나; 반사율 Rs은 단지 약 3%로 너무 낮다. 정 반대로, 상기 충격 계수가 높은 경우, 예를 들어 대략 1.00에 근접하는 경우, 반사율 Rs은 92%에 가깝게 높지만, 투과율 Tp는 거의 0%이다. 어느 한 극단적인 경우 하에서, 상기 와이어 그리드 편광자는 편광 재순환에 효율적이지 않다. 따라서, 전체 광 처리량을 극대화하기 위해서는 예를 들어 수학식 1 또는 수학식 3에 의해 개시된 바와 같이, 폭 대 피치의 비, 및 높이 대 피치의 비를 변화시킴으로써 상기 투과율 Tp와 반사율 Rs간에 타협이 이루어져야 한다.
도 3B는 실시태양에 따른 성능 함수 대 충격 계수의 그래프이다. 도 3B의 그래프에 나타낸 데이터는 도 3A의 실시태양과 관련하여 개시된 와이어 그리드 편광자로부터의 것이다. 곡선(303)은 도 1B의 실시태양의 시스템과 같은, 1/4 파 지연기 및 반사 소자를 통해 편광 재순환을 수행하는 디스플레이 시스템에 배치된 와이어 그리드 편광자의 성능 함수(T2) 대 충격 계수를 나타낸다. 곡선(304)은 도 1A의 실시태양의 시스템과 같은, 확산 반사기를 사용하여 광 재순환을 제공하는 디스플레이 시스템에서 실행되는 와이어 그리드 편광자의 성능 함수(T1) 대 충격 계수를 나타낸다.
상기 두 곡선(303) 및 (304)의 관찰로부터 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 성능 지수의 함수는 대략 0.18 내지 대략 0.25의 충격 계수에서 실질적으로 최적이며, 각각의 시스템에 대해 대략 0.22에서 절정의 값을 갖는다. 따라서, 하나의 편광 상태의 빛의 확산 반사 또는 편광 변환 및 반사에 의한 와이어 그리드 편광자를 포 함하는 디스플레이의 전체 광 출력 및 광 재순환은 상기 와이어 그리드 편광자가 대략 0.18 내지 대략 0.25의 충격 계수를 갖는 경우 최적이다. 이는 0.40 내지 0.60 범위의 충격 계수를 갖는 공지된 장치의 성능 지수와 대조적이다. 이해될 수 있는 바와 같이, 재순환에 유용하지 않은 이들 공지된 와이어 그리드 편광자에 대한 성능 지수는 상기 실시태양의 와이어 그리드 편광자의 성능 지수(T1, T2)보다 현저하게 더 낮다.
도 4A 및 4B는 대략 0.5(50%) 내지 대략 1.0(100%)으로 변하는 R에 대한 T1 및 T2 대 충격 계수를 그래프로 나타낸다. 상기 데이터를 대략 140.0 ㎚의 피치, 대략 140.0 ㎚의 높이, 및 대략 550 ㎚의 파장을 갖는 통상적인 입사광을 갖는 실시태양과 관련하여 개시된 바와 같은 와이어 그리드 구조로부터 계산한다. R의 값이 클수록 T1 및 T2가 양호해짐을 알 수 있다. 그러나, R의 값과 관계없이, 최상의 T1 및 T2 값은 상기 충격 계수가 대략 0.18 내지 대략 0.25의 범위에 있을 때 존재한다. 즉, R은 상기 충격 계수에 대한 T1 및 T2의 의존성에 현저한 영향을 미치지 않는다. 간단히 하기 위해서, R을 하기의 논의에서 1인 것으로 선택한다.
선행의 예들에서, R을 간략화된 논의를 위해 1로 가정하였다. R이 1보다 작은 경우에, Rs를 R의 영향을 고려하기 위해 보다 작게 재조정할 수 있다. 상기 예에서, T1 및 T2가 유리하게 개선되며, 이는 P-편광의 투과율(Tp) 및 S-편광의 반사율(Rs)의 조합의 개선을 분명히 요구한다. 이 때문에, 쉽게 알 수 있는 바와 같이, P-편광의 투과율(Tp)이 크고 S-편광의 반사율(Rs)이 클수록, 전체 처리량이 커 진다.
도 3A, 3B 및 4A 내지 4B에 나타낸 데이터는 통상적인 입사 광에 대한 것이다. 작동 시 빛은 소정의 시야 뿔(viewing cone)에서 모든 방향으로부터 나온다. 이 경우에, 전체 광 처리량 T1 및 T2는 사용 가능한 시야 뿔에 대한 평균값이다. 그럼에도 불구하고, 출원인들은 T1 및 T2의 절대값은 변할 수 있지만, 최대 전체 광 처리량은 여전히 대략 0.18 내지 대략 0.25의 충격 계수를 갖는 실시태양의 와이어 그리드 편광자에 의해 성취됨을 발견하였다.
도 5A 및 5B는 실시태양에 따른 와이어 그리드 편광자에 대한 입사 파장의 함수로서, 각각 투과율 Tp(%) 및 반사율 Rs의 그래프 표현이다. 본 발명의 실시태양에서, 상기 와이어 그리드 편광자는 대략 140 ㎚의 피치 및 대략 0.20의 충격 계수를 갖는다. 곡선(501)은 상기 투과된 P-편광 상태의 빛의 투과율이 전체 파장 범위에 걸쳐 실질적으로 유지됨을 보인다. 유사하게, 상기 반사된 편광 상태(S-편광 상태)의 빛의 반사율을 곡선(502)으로 나타내며, 이는 실질적으로는 파장과 무관하다. 상기와 같은 수행성능은 컬러 디스플레이 용도에 필요하다.
앞서 언급한 바와 같이, 상기 편광자에의 입사각은 상기 와이어 그리드 편광자의 광 출력에 영향을 미칠 수 있다. 도 6A 및 6B는 각각 와이어 그리드 편광자의 입사각(θ)에 대한, 투과된 편광 상태 광의 투과율 Tp(%) 및 반사된 편광 상태의 반사율 Rs(%)을 나타낸다.
곡선(601)은 0.45의 충격 계수를 갖는 와이어 그리드 편광자에 대한 투과율 대 θ인 반면, 곡선(602)은 0.20의 충격 계수를 갖는 실시태양의 와이어 그리드 편광자에 대한 투과율이다.
대략 0 도 내지 60 도의 입사각에 대해서, 상기 투과율은 대략 0.20의 충격 계수를 갖는 실시태양의 와이어 그리드 편광자의 경우와 거의 동일하다.
유사하게, 도 6B에 곡선(603)에 의해 나타낸 바와 같이, 입사각 범위에 걸쳐, 예시적인 실시태양을 고수하면서 0.20의 충격 계수를 갖는 와이어 그리드 편광자는 거의 일정한 반사율을 제공하였다. 이는 0.45의 충격 계수를 갖는 와이어 그리드 편광자에 대한 곡선(604)에 의해 나타난 반사율과 비교된다.
도 6A 및 6B는 또한 광 재순환 용도에서 목적하는 수행성능을 만족시키는데 필요한 투과율 Tp과 반사율 Rs간의 타협을 나타낸다. 대략 0.20의 충격 계수를 갖는 와이어 그리드 편광자는 0.45의 충격 계수를 갖는 것(법선 입사에서 약 85%)보다 훨씬 더 큰 투과율 Tp(법선 입사 또는 대략 0 도의 극각에서 대략 97%)을 갖지만, 0.2의 충격 계수를 갖는 와이어 그리드 편광자는 0.45의 충격 계수를 갖는 것(법선 입사에서 약 88%)보다 더 낮은 반사율 Rs(약 84%)을 갖는다. 수학식 1, 2 또는 3을 근거로 한 전반적인 전체 광 처리량은 도 4에 관해 논의된 바와 같이, 0.45의 충격 계수를 갖는 것보다 0.2의 충격 계수를 갖는 와이어 그리드 편광자의 경우 더 높다.
도 7A 및 7C는 각각 1/4 파 지연기(즉, T2) 및 재순환을 위한 반사기를 포함하는 디스플레이 장치 및 재순환을 위한 확산 반사기(즉, T1)를 포함하는 디스플레 이 장치에 대한 성능함수 대 충격 계수의 그래프 표현이다. 상기 실시태양에서, 상기 와이어 그리드 편광자의 충격 계수는 대략 0.0 내지 대략 1.0의 범위이다. 도 7A 및 7C의 실시태양의 와이어 그리드 편광자에서, 상기 입사광은 대략 550 ㎚의 파장을 가지며, 피치는 대략 140 ㎚이고, 다양한 높이의 전도체들을 갖는 다수의 와이어 그리드 편광자를 사용한다. 즉, 곡선(701) 내지 (702)는 동일한 피치를 갖지만 충격 계수가 변하고 대략 800 내지 대략 200 ㎚ 범위의 전도체 높이(H)를 갖는 다양한 와이어 그리드 편광자 각각의 전체 광 처리량을 나타낸다. 그 자체로서, 도 7A 및 7C는 각 유형의 재순환 시스템에 대해 일정 범위의 충격 계수에 걸쳐 전체 투과율에 대한 전도체 높이의 영향에 대한 데이터를 제공한다.
도 7A 및 7C로부터 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 상기 전도체의 높이에 관계없이, 어느 한 재순환 구조에 대한 최상의 전체 광 처리량(성능지수)은 0.18 내지 대략 0.25 범위의 충격 계수를 갖는 와이어 그리드 편광자에서 존재한다.
도 7B 및 7D는 각각 최대의 전체 광 처리량을 보다 잘 관찰하기 위한, 도 7A 및 7C의 분해도이다. 상기 높이가 대략 80 내지 대략 200 ㎚의 범위에 있거나, 또는 높이 대 피치의 비가 대략 0.57 내지 대략 1.43의 범위에 있을 때, 전체 광 처리량은 본 발명의 실시태양의 매개변수에 따라 성취된 최대 수준에 있다. 상기 높이가 대략 200 ㎚보다 클 때, 또는 대략 80 ㎚보다 작을 때, 전체 투과율은 감소한다. 이는 도 7B의 곡선(706) 및 도 7D의 곡선(712)에 의해 도시된 바와 같이 대략 200 ㎚, 및 도 7B의 곡선(701) 및 도 7D의 곡선(707)에 의해 도시된 바와 같이 대략 80 ㎚에서 전체 광 처리량 T1 또는 T2에 의해 지시되며, 이는 상기 높이가 대략 100 ㎚, 대략 120 ㎚, 대략 140 ㎚, 또는 대략 160 ㎚인 경우 T1 또는 T2보다 더 낮다.
도 8은 실시태양에 따른 와이어 그리드 편광자(800)를 도시한다. 상기 와이어 그리드 편광자(800)는 횡단면이 실질적으로 직사각형인 전도체(202)뿐만 아니라 제조에 기인한 결함을 갖는 전도체(801)를 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 이들 결함은 상기 와이어 그리드 편광자(800)의 높이, 폭 및 피치의 변화를 발생시킬 수 있다. 이러한 결함이 주어진 경우, 각 높이 z에서 필 팩터를 하기와 같이 나타낼 수 있다:
Figure 112007022744550-PCT00004
상기 식에서,
w0(z)는 높이 z에서 와이어의 폭이다.
전체 높이 H에 걸친 평균 필 팩터를 하기에 의해 제공한다:
Figure 112007022744550-PCT00005
상기 식에서,
Figure 112007022744550-PCT00006
는 와이어의 표면 프로파일 아래 면적이다.
이러한 표현으로부터, 평균 폭 Wav = S/H, 또는 Wav = F·P이다. 이들은 대략 0.18 내지 대략 0.25 범위의 평균 충격 계수를 갖는 와이어 그리드 편광자에 대한 매개변수를 측정하는데 유용하다.
최종적으로, 광 효율의 일정한 개선은 상기 실시태양의 와이어 그리드 편광자에 의해 제공된 개선된 광 재순환을 통해 실현됨이 주목된다. 상기 실시태양을 고수하면서, 도 1A 및 1B의 실시태양의 디스플레이 장치는 대략 10%의 전체 광 효율 개선을 실현한다. 더욱이, 대략 4% 내지 대략 5%의 추가적인 광 효율 개선은 반사방지층(901)의 통합에 의해 성취될 수 있다. 하나의 실시태양을 도 9에 도시하며, 여기에서 반사방지층(901),(902)이 와이어 그리드 편광자(900)의 기판(201)의 어느 한 면에 배치되며, 이는 P-편광의 광 투과율 Tp을 거의 반사율 Rs의 손실 없이 97%에서 100%까지 추가로 개선시킨다. 이 실시태양을 도 9에 도시한다.
도 10은 실시태양에 따른 낮은 필 팩터의 와이어 그리드 편광자 구조(1000)를 도시한다. 본 실시태양에서, 상기 와이어 그리드 편광자는 후방 흡수 편광자(1001)와 통합되고 공통의 기판(201)을 공유한다.
도 11은 다른 광 소자들, 예를 들어 보상 필름 또는 지연 필름을 또한 와이어 그리드 편광자에 통합시킬 수 있는 추가의 실시태양(1100)을 도시한다. 도 11은 기판(201) 상에 형성된 와이어 그리드 요소(202)를 도시한다. 흡수 편광층(1001)을 추가의 기능성 층(1101)과 함께 도시한다. 층(1101)은 예를 들어 보상 필름을 포함할 수 있지만, 다른 기능성 층들도 또한 고려할 수 있다. 도 11이 접착제, 차단층 또는 정렬 층의 존재를 나타내지 않지만, 도 11의 실시태양에서 상기와 같은 추가의 층들이 제공될 수 있음을 알 것이다.
도 12에 도시된 추가의 실시태양에서, 와이어 그리드 편광자를 액정 디스플레이 패널의 상부 및 기부 기판 사이에 배치한다. 이 도면에서, 도 11에 도시한 바와 유사한 구조를 와이어 그리드 조립체(1200)로 도시하며, 이때 와이어 그리드 요소(202)는 상기 액정 셀의 기판(1201)의 한 면 상에 직접 배치된다. 액정 물질, 전극, 컬러 필터 및 다른 패널 요소들 및 층들을 도시하지 않지만, 와이어 그리드 요소로서 기판(1201)의 같은 면에 배치됨은 물론이다.
도 13에 도시된 또 다른 실시태양에서, 제 2 와이어 그리드 편광자를 사용할 수 있다. 상기 제 2 와이어 그리드 편광자는 상기 실시태양의 와이어 그리드 편광자와 실질적으로 동일할 수 있다. 조립체(1300)의 제 2 와이어 그리드 편광자를 기판(1301) 및 와이어 그리드 요소(1302)로 도시한다. 상기 와이어 그리드 구조를 도 12의 와이어 그리드 조립체에 인접하여 도시한다. 공극(1303)을 상기 기판(1301) 상의 와이어 그리드 구조와 액정 패널 기판(1003) 사이에 나타낸다. 이러한 공극은 임의적이며, 접착제, 지수 부합 층, 또는 최적의 수행성능을 생성하도록 선택된 다른 물질에 의해 대체될 수 있다. 요소(1302) 및 기판(1301)을 포함하는 상기 첨가된 와이어 그리드를 우선적으로는 상기 액정 패널의 역광 면 상에 배치한다. 공칭적으로 편광되지 않은 빛은 상기 제 1 반사 편광자에 충돌하여, 단일 편광 상태의 빛을 효율적으로 투과시킨다. 상기 직교 편광 상태의 임의의 잔류 광은 상기 LC 패널내에 배치된 와이어 그리드 편광자에 의해 반사된다. 상 기 두 와이어 그리드 편광자 모두의 공동 작동은 흡수 편광자(1101)에 대한 필요성을 잠재적으로 제거하기에 충분한 편광 소광을 제공할 수 있다. 따라서, 상기 두 와이어 그리드 편광자를 상기 조립체의 편광 소광을 추가로 향상시킬 목적으로, 평행한 방식으로 배향된 그들의 와이어 요소들과 배열한다.
당해 분야의 통상적인 숙련가에 의해 이해되는 바와 같이, 상기 실시태양들에 의해, 달리 상실될 수도 있는 빛을 상기 디스플레이 시스템에 재도입시킬 수 있으며 이에 의해 형성된 영상의 휘도 및 콘트라스트를 개선시킬 수 있다. 상기 및 다른 이점들은 개시된 실시태양들의 고찰로부터 당해 분야의 숙련가에게 쉽게 자명해질 것이다.
예시적인 실시태양에 따라, 와이어 그리드 편광자를 디스플레이에 사용하여 도광판의 일정 표면 위에 거울 반사기를 포함하는 공지된 구조에 비해 개선된 광학 효율(발광성)을 제공할 수 있다. 더욱이, 다양한 방법, 물질, 소자 및 매개변수들을 어떠한 제한적인 의미가 아닌, 단지 예로서 포함시킨다. 따라서, 개시된 실시태양들은 예시적인 것이며 유리한 역광 조립체를 제공하는데 유용하다. 상기 내용을 고려하여, 당해 분야의 숙련가들은 다양한 표본 장치를 실행시켜 개선된 역광 효율을 성취할 수 있으며, 이는 동시에 첨부된 청구의 범위 내에 있다.
부품 목록
100 광 밸브 영상화 장치
101 투과형 광 밸브
102 흡수 편광자
103 흡수 편광자
104 광원
105 도광판
106 확산 반사기
107 광
108 광
109 광
110 반사 편광자
111 광 밸브 영상화 장치
112 1/4 파 지연기
113 반사층
114 광
200 와이어 그리드 편광자
201 융합된 실리카 기판
202 다수의 전도체
203 높이
204 폭
205 피치
206 광
207 제 1 편광 상태
208 제 2 편광 상태
209 법선
210 제 1 편광 상태
211 투과된 빛
220 와이어 그리드 편광자
222 와이어
224 일반적인 방향
225 접선 방향
230 편광자
232 와이어
301 곡선
302 곡선
303 곡선
304 곡선
501 곡선
502 곡선
601 곡선
602 곡선
603 곡선
604 곡선
701 곡선
702 곡선
703 곡선
704 곡선
705 곡선
706 곡선
707 곡선
708 곡선
709 곡선
710 곡선
711 곡선
712 곡선
800 와이어 그리드 편광자
801 전도체
901 반사방지층
902 반사방지층
1000 와이어 그리드 편광자 구조
1001 후방 흡수 편광자
1003 액정 패널 기판
1100 와이어 그리드 편광자
1101 흡수 편광자
1200 와이어 그리드 조립체
1201 기판
1300 조립체
1301 기판
1302 와이어 그리드 요소
1303 공극
H 높이
P 피치
Pav 평균 피치
Lav 평균 유한 길이
W 폭
Wav 평균 폭
(W/P) 필 팩터
T1 성능 함수
T2 성능 함수
Ts 투과율(s-편광된 빛)
Tp 투과율(p-편광된 빛)
Rs 반사율(s-편광된 빛)
F H에 대한 평균 필 팩터
S 표면 프로파일 하의 면적
α 각
(θ) 입사각

Claims (47)

  1. 피치(P), 폭(W), 높이(H) 및 길이(L)를 갖는 다수의 평행한 전도체들을 포함하고; 필 팩터(fill-factor)(W/P)가 대략 0.18 내지 대략 0.25의 범위이고; 종횡비(L/P)가 대략 10을 초과하는, 와이어 그리드 편광자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    높이 대 피치의 비가 대략 0.57 내지 대략 1.43의 범위인 와이어 그리드 편광자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    대략 5:1 내지 대략 20:1 범위의 소광 비를 갖는 와이어 그리드 편광자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    높이가 대략 80 ㎚ 내지 대략 200 ㎚의 범위이고 와이어 그리드 편광자 상에 입사되는 빛이 400 ㎚ 내지 700 ㎚의 파장 범위에 걸쳐 실질적으로 동일한 투과율을 갖는 와이어 그리드 편광자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    와이어 그리드 편광자 상에 입사되는 빛의 투과율이 대략 0.0 도 내지 대략 60.0 도의 입사각 범위에 걸쳐 실질적으로 동일한 와이어 그리드 편광자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    폭이 W ≡ S/H에 의해 제공되는 평균 폭이고, 이때
    Figure 112007022744550-PCT00007
    이고 w0(z)가 높이 z의 함수로서 전도체들의 폭인 와이어 그리드 편광자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    다수의 전도체들이 상부에 배치되어 있는 기판을 또한 포함하는 와이어 그리드 편광자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    다수의 평행한 전도체들에 대한 각각의 접선 방향들이 상기 평행한 전도체들의 일반적인 방향에 대해 유한 각으로 존재하고 상기 유한 각이 대략 10 도 미만인 와이어 그리드 편광자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    전도체들이 평균 길이 Lav 및 평균 피치 Pav를 갖고; 서로에 대해 실질적으로 랜덤한 방식으로 평행하게 배열되고; 대략 10을 초과하는 Lav/Pav의 평균 종횡비를 갖는 와이어 그리드 편광자.
  10. 제 7 항에 있어서,
    기판 밑에 배치된 후방 편광자를 또한 포함하는 와이어 그리드 편광자.
  11. 제 10 항에 있어서,
    후방 편광자가 흡수 편광자인 와이어 그리드 편광자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    액정(LC) 셀 구조에 배치된 와이어 그리드 편광자.
  13. 제 6 항에 있어서,
    높이 대 피치의 비가 대략 0.57 내지 대략 1.43의 범위인 와이어 그리드 편광자.
  14. 제 6 항에 있어서,
    대략 5:1 내지 대략 20:1 범위의 소광 비를 갖는 와이어 그리드 편광자.
  15. 제 6 항에 있어서,
    높이가 대략 80 ㎚ 내지 대략 200 ㎚의 범위이고 와이어 그리드 편광자 상에 입사되는 빛이 400 ㎚ 내지 700 ㎚의 파장 범위에 걸쳐 실질적으로 동일한 투과율을 갖는 와이어 그리드 편광자.
  16. 제 6 항에 있어서,
    와이어 그리드 편광자 상에 입사되는 빛의 투과율이 대략 0.0 도 내지 대략 60.0 도의 입사각 범위에 걸쳐 실질적으로 동일한 와이어 그리드 편광자.
  17. 제 6 항에 있어서,
    다수의 전도체들이 상부에 배치되어 있는 기판을 또한 포함하는 와이어 그리드 편광자.
  18. 제 17 항에 있어서,
    기판 밑에 배치된 후방 편광자를 또한 포함하는 와이어 그리드 편광자.
  19. 제 18 항에 있어서,
    후방 편광자가 흡수 편광자인 와이어 그리드 편광자.
  20. 제 19 항에 있어서,
    액정(LC) 셀 구조에 배치된 와이어 그리드 편광자.
  21. 광원;
    광 밸브; 및
    피치(P), 폭(W), 높이(H), 길이(L), 대략 0.18 내지 대략 0.25 범위의 필 팩터(W/P), 및 10 초과의 종횡비(L/P)를 갖는 다수의 평행한 전도체들을 포함하는 와이어 그리드 편광자
    를 포함하는 디스플레이 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    높이 대 피치의 비가 대략 0.57 내지 대략 1.43의 범위인 디스플레이 장치.
  23. 제 21 항에 있어서,
    와이어 그리드 편광자가 대략 5:1 내지 대략 20:1 범위의 소광 비를 갖는 디스플레이 장치.
  24. 제 21 항에 있어서,
    높이가 대략 80 ㎚ 내지 대략 200 ㎚의 범위이고 와이어 그리드 편광자 상에 입사되는 빛이 대략 400 ㎚ 내지 대략 700 ㎚의 파장 범위에 걸쳐 실질적으로 동일한 투과율을 갖는 디스플레이 장치.
  25. 제 21 항에 있어서,
    와이어 그리드 편광자 상에 입사되는 빛의 투과율이 대략 0.0 도 내지 대략 60.0 도의 입사각 범위에 걸쳐 실질적으로 동일한 디스플레이 장치.
  26. 제 21 항에 있어서,
    다수의 평행한 전도체들에 대한 각각의 접선 방향들이 상기 평행한 전도체들의 일반적인 방향에 대해 유한 각으로 존재하고 상기 유한 각이 대략 10 도 미만인 디스플레이 장치.
  27. 제 21 항에 있어서,
    전도체들이 평균 길이 Lav 및 평균 피치 Pav를 갖고; 서로에 대해 실질적으로 랜덤한 방식으로 평행하게 배열되고; 대략 10을 초과하는 Lav/Pav의 평균 종횡비를 갖는 디스플레이 장치.
  28. 제 21 항에 있어서,
    폭이 W ≡ S/H에 의해 제공되는 평균 폭이고, 이때
    Figure 112007022744550-PCT00008
    이고 w0(z)가 높이 z의 함수로서 전도체의 폭인 디스플레이 장치.
  29. 제 21 항에 있어서,
    확산 반사기를 또한 포함하는 디스플레이 장치.
  30. 제 21 항에 있어서,
    1/4 파 지연기 및 반사기를 또한 포함하는 디스플레이 장치.
  31. 제 29 항에 있어서,
    총 투과율이 T1 = 0.5 Tp/(1-0.5Rs)에 의해 제공되고, 이때 Tp 및 Rs가 각각 와이어 그리드 편광자를 통해 투과되고 상기로부터 반사된, P-편광된 빛의 투과율 및 S-편광된 빛의 반사율인 디스플레이 장치.
  32. 제 30 항에 있어서,
    총 투과율이 T2 = 0.5 Tp(1 + Rs)에 의해 제공되고, 이때 Tp 및 Rs가 각각 와이어 그리드 편광자를 통해 투과되고 상기로부터 반사된, P-편광된 빛의 투과율 및 S-편광된 빛의 반사율인 디스플레이 장치.
  33. 제 21 항에 있어서,
    다수의 전도체들이 상부에 배치되어 있는 기판을 또한 포함하는 디스플레이 장치.
  34. 제 33 항에 있어서,
    기판 밑에 배치된 후방 편광자를 또한 포함하는 디스플레이 장치.
  35. 제 34 항에 있어서,
    후방 편광자가 흡수 편광자인 디스플레이 장치.
  36. 제 35 항에 있어서,
    와이어 그리드 편광자가 액정(LC) 셀 구조에 배치된 디스플레이 장치.
  37. 제 28 항에 있어서,
    높이 대 피치의 비가 대략 0.57 내지 대략 1.43의 범위인 디스플레이 장치.
  38. 제 28 항에 있어서,
    와이어 그리드 편광자가 대략 5:1 내지 대략 20:1 범위의 소광 비를 갖는 디스플레이 장치.
  39. 제 28 항에 있어서,
    높이가 대략 80 ㎚ 내지 대략 200 ㎚의 범위이고 와이어 그리드 편광자 상에 입사되는 빛이 400 ㎚ 내지 700 ㎚의 파장 범위에 걸쳐 실질적으로 동일한 투과율을 갖는 디스플레이 장치.
  40. 제 28 항에 있어서,
    와이어 그리드 편광자 상에 입사되는 빛의 투과율이 대략 0.0 도 내지 대략 60.0 도의 입사각 범위에 걸쳐 실질적으로 동일한 디스플레이 장치.
  41. 제 28 항에 있어서,
    다수의 전도체들이 상부에 배치되어 있는 기판을 또한 포함하는 디스플레이 장치.
  42. 제 41 항에 있어서,
    기판 밑에 배치된 후방 편광자를 또한 포함하는 디스플레이 장치.
  43. 제 42 항에 있어서,
    후방 편광자가 흡수 편광자인 디스플레이 장치.
  44. 제 43 항에 있어서,
    와이어 그리드 편광자가 액정(LC) 셀 구조에 배치된 디스플레이 장치.
  45. 제 21 항에 있어서,
    또 다른 와이어 그리드 편광자를 또한 포함하는 디스플레이 장치.
  46. 제 21 항에 있어서,
    와이어 그리드 편광자가 광원과 광 밸브 사이에 배치된 디스플레이 장치.
  47. 제 1 항에 있어서,
    알루미늄, 금 및 은 중 하나 이상을 포함하는 와이어 그리드 편광자.
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