KR20080039765A

KR20080039765A - 편광분리 필름 및 이를 이용한 디스플레이 소자용 조명장치

Info

Publication number: KR20080039765A
Application number: KR1020060107488A
Authority: KR
Inventors: 황성모; 위동호; 남승호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-11-01
Filing date: 2006-11-01
Publication date: 2008-05-07
Also published as: JP2008116943A; CN101173995A; US20080100913A1; KR100829572B1

Abstract

편광분리 필름 및 이를 이용한 디스플레이 소자용 조명장치를 개시한다. 본 발명의 한 유형에 따른 편광분리 필름은, 서로 수직한 제 1 및 제 2 편광성분의 광에 대해 동일한 굴절률을 갖는 등방체층; 상기 등방체층의 상면에 형성된 것으로, 서로 수직한 제 1 및 제 2 편광성분의 광에 대해 상이한 굴절률을 갖는 이방체층; 상기 등방체층의 하면에 형성된 것으로, 입사광의 광경로를 변경하기 위한 제 1 마이크로 패턴; 및 상기 등방체층과 이방체층의 계면에 형성된 것으로, 제 1 편광성분의 광은 전반사시키고 제 2 편광성분의 광은 투과시키기 위한 제 2 마이크로 패턴;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

편광분리 필름 및 이를 이용한 디스플레이 소자용 조명장치{Polarization separating film and illumination apparatus for display device using the same}

도 1은 종래의 편광분리 필름을 이용한 디스플레이 소자용 조명장치를 예시적으로 도시한다.

도 2는 쐐기형(wedge type) 도광판에서 출사되는 광의 각분포를 나타내는 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 편광분리 필름 및 디스플레이 소자용 조명장치의 구조를 개략적으로 도시한다.

도 4는 도 3에 도시된 편광분리 필름에 입사한 P-편광 광의 진행 경로를 보다 상세하게 도시한다.

도 5는 도 3에 도시된 편광분리 필름에 입사한 S-편광 광의 진행 경로를 보다 상세하게 도시한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 소자용 조명장치의 구조를 개략적으로 도시한다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

20.....디스플레이 소자용 조명장치 21.....도광판

22.....광원 23.....산란 패턴

24.....편광변환 부재 30.....편광분리 필름

31.....등방체층 32.....제 1 마이크로 패턴

33.....이방체층 34.....제 2 마이크로 패턴

본 발명은 편광분리 필름 및 이를 이용한 디스플레이 소자용 조명장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 도광판으로부터 출사하는 광 중에서 특정한 편광 방향의 광만을 투과시키는 동시에, 도광판으로부터 출사하는 광의 진행 방향을 수직 방향으로 변환할 수 있는 편광분리 필름 및 이를 이용한 디스플레이 소자용 조명장치에 관한 것이다.

디스플레이 소자에는 그 자체가 발광하여 화상을 형성하는 발광형과 외부로부터 빛을 받아 화상을 형성하는 수광형이 있다. 예컨대, 액정 디스플레이 소자는 수광형 디스플레이 소자이다. 따라서, 액정 디스플레이 소자와 같은 수광형 디스플레이 소자는 별도의 광원, 예컨대, 이른바 백라이트 유닛과 같은 조명장치를 필요로 한다. 그런데, 현재의 액정 디스플레이 소자는 광원에서 방출되는 총광량의 5% 정도만을 화상을 형성하는 데 이용하고 있다. 이러한 낮은 광이용 효율은 액정 디스플레이 소자에서 사용되는 흡수형 편광판 및 컬러필터에서의 광흡수에 기인한다. 특히, 액정 디스플레이 소자의 양면에 배치된 흡수형 편광판은 비편광 입사광의 약 50%를 흡수하기 때문에, 액정 디스플레이 소자의 낮은 광이용 효율의 최대 원인이 된다.

이러한 문제를 개선하여 광이용 효율을 증가시키기 위하여, 액정 디스플레이 소자의 배면에 배치된 배면 편광판의 편광 방향과 동일한 편광 방향만을 갖는 광을 제공하는 조명장치가 제안되고 있다.

도 1은 이러한 종래의 디스플레이 소자용 조명장치의 구조를 예시적으로 도시하고 있다. 도 1을 참조하면, 종래의 조명장치(10)는 하면이 경사면인 쐐기형 도광판(wedge type light guide plate)(11), 상기 도광판(11)의 일측면에 배치된 광원(12), 상기 도광판(11)의 상면과 대향하도록 배치된 편광분리 필름(13), 상기 도광판(11)의 경사진 하면에 배치된 편광변환수단(15) 및 상기 편광분리 필름(13)의 상면과 대향하도록 배치된 수직 출광 수단(14)을 포함하고 있다.

이러한 구조에서, 광원(12)에서 방출된 광은 도광판(11)의 입사면(11a)을 통해 도광판(11)의 내부로 입사한다. 그런 후, 광은 도광판(11)의 상면과 하면에서 전반사되면서 도광판(11)의 단부(11b)를 향해 진행한다. 이 과정에서, 도광판(11)의 내부에는 상기 도광판(11)과 굴절률이 다른 다수의 미세 입자(미도시)들이 분산되어 있기 때문에, 광의 일부가 굴절되어 도광판(11)의 상면으로 출사된다. 그리고, 도광판(11)의 상면으로 출사된 광은 편광분리 필름(13)에 입사한다. 상기 편광분리 필름(13)은 입사광 중에서 특정 편광 방향의 광은 투과시키고, 투과광에 수직한 편광 방향의 광은 반사하는 성질이 있다. 반사된 광은 다시 도광판(11)에 입사한 후, 도광판(11)의 하면에 있는 편광변환수단(15)에 의해 반사되면서 편광 방향이 수직으로 바뀌게 된다. 그 결과, 편광변환수단(15)에 의해 반사된 광은 상기 편 광분리 필름(13)을 투과할 수 있다.

따라서, 도 1에 도시된 종래의 디스플레이 소자용 조명장치(10)에 따르면, 광원(12)에서 방출된 광이 거의 손실되지 않고 특정한 편광 방향의 광으로 변환되어 디스플레이 소자에 제공될 수 있다.

그러나, 도 2의 그래프에 도시된 바와 같이, 도 1에 도시된 디스플레이 소자용 조명장치(10)의 경우, 출사광의 대부분이 경사진 방향으로 진행한다. 즉, 도 2의 그래프에 나타난 출사광의 각분포를 보면, 출사광은 최대 휘도가 약 -75° 부근에 위치하며, 대부분의 출사광이 -50° 이상의 고도각을 갖는다. 여기서, 0°는 도광판(11)의 상면에 수직한 방향이며, (+) 방향은 도광판(11)에서 광원에 가까운 쪽이고, (-) 방향은 도광판(11)에서 광원에 먼 쪽이다. 따라서, 종래의 조명장치(10)의 경우, 출사광은 도면에서 볼 때 거의 대부분 오른쪽 방향으로 진행하게 된다. 이러한 문제로 인하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 조명장치(10)의 경우, 편광분리 필름(13)의 상면에 역프리즘 형태를 갖는 별도의 수직 출광 수단(14)을 추가로 배치하여야 한다.

또한, 종래의 디스플레이 소자용 조명장치(10)의 경우, 편광분리 필름으로서 DBEF(dual brightness enhancement film)와 같은 반사형 편광판 또는 다층 박막 필름을 통상적으로 사용한다. 그러나, 이러한 종래의 편광분리 필름은 수 백층의 고분자 층을 적층하여 연신하거나, 진공 증착을 통한 박막 다층으로 코팅된 필름의 형태로 제조되기 때문에, 제조 공정이 복잡하고 가격이 매우 비싸다. 따라서, 도 1에 도시된 종래의 조명장치(10)는 제조 비용이 많이 들고, 광이용 효율에도 한계가 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 간단한 구조로도 편광분리 기능과 수직 출광 기능을 동시에 수행할 수 있는 저렴한 편광분리 필름을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 편광분리 필름을 이용하여 광이용 효율이 향상된 디스플레이 소자용 조명장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 유형에 따른 편광분리 필름은, 서로 수직한 제 1 및 제 2 편광성분의 광에 대해 동일한 굴절률을 갖는 등방체층; 상기 등방체층의 상면에 형성된 것으로, 서로 수직한 제 1 및 제 2 편광성분의 광에 대해 상이한 굴절률을 갖는 이방체층; 상기 등방체층의 하면에 형성된 것으로, 입사광의 광경로를 변경하기 위한 제 1 마이크로 패턴; 및 상기 등방체층과 이방체층의 계면에 형성된 것으로, 제 1 편광성분의 광은 전반사시키고 제 2 편광성분의 광은 투과시키기 위한 제 2 마이크로 패턴;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 이방체층의 제 1 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등방체층의 굴절률보다 크며, 제 2 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등방체층의 굴절률과 동일한 것이 바람직하다.

상기 제 1 및 제 2 마이크로 패턴은, 예컨대, 마이크로 프리즘의 어레이로 구성될 수 있다.

이 경우, 상기 제 1 마이크로 패턴의 프리즘의 꼭지각은 상기 제 2 마이크로 패턴의 프리즘의 꼭지각보다 큰 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 다른 유형에 따른 디스플레이 소자용 조명장치는, 광을 방출하는 광원; 상기 광원에서 방출된 광이 입사되는 입광면과, 입광면에 대향하는 대광면과, 광이 출사되는 상면을 갖는 도광판; 및 상기 도광판의 상면과 대향하도록 배치된 편광분리 필름;을 구비하며, 여기서 상기 편광분리 필름은, 서로 수직한 제 1 및 제 2 편광성분의 광에 대해 동일한 굴절률을 갖는 등방체층; 상기 등방체층의 상면에 형성된 것으로, 서로 수직한 제 1 및 제 2 편광성분의 광에 대해 상이한 굴절률을 갖는 이방체층; 상기 도광판의 상면과 대향하는 상기 등방체층의 하면에 형성된 것으로, 입사광의 광경로를 변경하기 위한 제 1 마이크로 패턴; 및 상기 등방체층과 이방체층의 계면에 형성된 것으로, 제 1 편광성분의 광은 전반사시키고 제 2 편광성분의 광은 투과시키기 위한 제 2 마이크로 패턴;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 도광판은 입광면으로부터 대광면으로 갈수록 두께가 얇아지도록 하면이 경사면인 쐐기형 도광판일 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 도광판의 상면에는 산란 패턴이 형성되어 있을 수 있다.

상기 도광판은 서로 수직한 제 1 및 제 2 편광성분의 광에 대해 동일한 굴절률을 갖는 등방성 도광판인 것이 바람직하다.

또한, 상기 도광판의 하면에는 편광변환 부재가 더 배치될 수 있다.

예컨대, 상기 편광변환 부재는 1/4 파장판일 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 편광분리 필름 및 상기 편광분리 필름을 이용한 디스플레이 소자용 조명장치에 구성 및 동작에 대해 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 편광분리 필름(30) 및 이를 이용한 디스플레이 소자용 조명장치(20)의 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 디스플레이 소자용 조명장치(20)는, 광을 방출하는 광원(22), 상기 광원(22)에서 방출된 광이 입사되는 입광면(21a)과 입광면(21a)에 대향하는 대광면(21b)과 광이 출사되는 상면(21c)을 갖는 도광판(21) 및 상기 도광판(21)의 상면(21c)과 대향하도록 배치된 편광분리 필름(30)을 구비하고 있다.

본 발명에 따르면, 상기 도광판(21)은 쐐기형 도광판으로서, 입광면(21a)으로부터 대광면(21b)으로 갈수록 두께가 얇아지도록 하면(21d)이 경사져 있다. 이 경우, 입광면(21a)을 통해 광원(22)으로부터 도광판(21)의 내부로 입사한 광은 전반사를 통해 도광판(21)의 대광면(21b)을 향해 진행한다. 이때, 하면(21d)이 경사면이기 때문에, 하면(21d)에서 전반사된 광의 일부는 전반사 조건을 만족하지 못하고 상면(21c)을 통해 출사될 수 있다. 한편, 광의 출사를 돕기 위하여, 종래의 경우와 같이, 도광판(21)의 굴절률과 다른 굴절률을 갖는 다수의 미세 입자(도시되지 않음)들이 도광판(21) 내에 분산되어 있을 수 있다. 또한, 도광판(21)의 상면(21c)에는, 도 3에서 굵은 선으로 표시한 바와 같이, 미세한 산란 패턴(23)이 형성되어 있다. 상기 산란 패턴(23)은 도광판(21)의 상면(21c)으로 입사하는 광의 일부가 외 부로 출사될 수 있도록 하는 역할을 한다. 또한, 후술하겠지만, 상기 산란 패턴(23)은, 도광판(21)의 상면(21c)을 통해 외부로부터 도광판(21)의 내부로 입사하는 광을 산란시켜, 편광된 광을 비편광 상태의 광으로 변환하는 역할도 한다. 이러한 도광판(21)은 서로 수직한 두 개의 편광성분의 광에 대해 동일한 굴절률을 갖는 등방성 재료로 이루어질 수 있다. 예컨대, 도광판(21)으로서 PMMA(Poly Methyl Meth Acrylate)나 PC(Poly Carbonate) 등과 같이 광투과성이 우수한 재료를 사용할 수 있다.

광원(22)으로는, 예컨대, LED(light emitting diode) 또는 LD(laser diode) 등과 같은 점광원을 사용하거나, 냉음극형광램프(cold cathode fluorescent lamp; CCFL)와 같은 선광원을 사용할 수 있다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 편광분리 필름(30)은 서로 수직한 두 개의 편광성분의 광에 대해 동일한 굴절률을 갖는 등방체층(31)과 상기 등방체층(31) 위에 형성되어 있으며 서로 수직한 두 개의 편광성분의 광에 대해 상이한 굴절률을 갖는 이방체층(33)으로 구성된다. 예컨대, 비편광 상태의 광이 P-편광성분(도면에서 '↔'로 표시)과 S-편광성분(도면에서 '⊙'로 표시)을 갖는다고 할 때, 이방체층(33)의 S-편광 광에 대한 굴절률은 등방체층(31)의 굴절률보다 크며, P-편광 광에 대한 굴절률은 등방체층(31)의 굴절률과 실질적으로 동일할 수 있다. 반대로, P-편광 광에 대한 굴절률은 등방체층(31)의 굴절률보다 크며, S-편광 광에 대한 굴절률은 등방체층(31)의 굴절률과 실질적으로 동일한 재료를 이방체층(33)으로서 사용할 수도 있다. 여기서, 굴절률이 동일하다는 것은 구체적인 수치값이 완 전히 일치하는 것을 의미하는 것은 아니며, 약간의 굴절률 차이가 있더라도, 그로 인하여 광의 진행 경로에 실질적인 영향을 주지 않으면 된다.

도면에서는 상기 편광분리 필름(30)의 두께를 편의상 과장하여 도시하였으나, 실제로 상기 등방체층(31)과 이방체층(33)은 50~100㎛ 정도 두께의 얇은 필름으로 구성될 수 있다. 예컨대, 이러한 이방체층(33)으로서 PEN(Poly ethylene naphthalate)이나 PET(Poly ethylene terephthalate)와 같은 고분자 재료를 연신하여 사용하거나, 네마틱(nematic) 액정을 광경화시켜 형성한 액정 폴리머 등을 사용할 수 있다. 또한, s-PS(syndiotactic Polystylene)와 같은 고분자 재료를 연신하여 이방체층(33)으로서 사용하거나, 디스코틱(discotic) 액정을 광경화시켜 형성한 액정 폴리머 등을 이방체층(33)으로서 사용할 수 있다. 그리고, 등방체층(31)으로는 도광판에서 사용된 재료와 동일한 PMMA(Poly Methyl Meth Acrylate)나 PC(Poly Carbonate), 혹은 자외선(UV) 경화가 가능한 광경화성 수지 등과 같이 광투과성이 우수한 고분자 재료를 사용할 수 있다.

또한, 상기 도광판(21)의 상면(21c)과 대향하는 등방체층(31)의 하면에는 입사광의 광경로를 변경하기 위한 제 1 마이크로 패턴(32)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 등방체층(31)과 이방체층(33)의 계면에는 서로 수직한 두 개의 편광성분의 광을 분리하기 위한(예컨대, P-편광 광과 S-편광 광을 분리하기 위한) 제 2 마이크로 패턴(34)이 형성되어 있다. 예컨대, 상기 제 1 및 제 2 마이크로 패턴(32,34)은 역삼각형 형태의 마이크로 프리즘 어레이로 구성될 수 있다. 이러한 마이크로 패턴은 엠보싱 방법을 사용하거나, 또는 마이크로 패턴이 미리 형성된 스탬프로 압착한 후 UV-경화시키는 방법 등과 같은 단순한 공정을 통해 쉽게 제조가 가능하다.

이하, 상술한 구조를 갖는 본 발명에 따른 편광분리 필름(30) 및 조명장치(20)의 동작에 대해 상세하게 설명한다.

먼저, 광원(22)에서 방출된 광은 도광판(21)의 입광면(21a)을 통해 도광판(21)의 내부로 입사한다. 그런 후, 광은 도광판(21)의 상면(21c)과 하면(21d)에서 전반사되면서 도광판(21)의 대광면(21b)을 향해 진행한다. 상술한 바와 같이, 대광면(21b) 쪽으로 도광판(21)의 두께가 점차 얇아지도록 하면(21d)이 경사져 있기 때문에, 하면(21d)에서 전반사된 광의 일부는 전반사 조건을 만족하지 못하고 상면(21c)을 통해 출사될 수 있다. 또한, 도광판(21)의 내부에 분산된 미세 입자(미도시)들과 도광판(21)의 상면에 형성된 산란 패턴(23)의 도움으로, 보다 쉽게 도광판(21)의 상면으로 광이 출사될 수 있다. 종래의 기술과 관련하여 이미 설명한 바와 같이, 상기 도광판(21)의 상면을 통해 출사되는 광은 대부분이 약 50° 이상의 고도각을 갖는다. 특히, 약 75°의 고도각에서 출광량이 피크를 이룬다.

그런 후, 도광판(21)으로부터 출사된 광은 제 1 마이크로 패턴(32)을 통해 등방체층(31)의 내부로 입사한다. 이 과정에서, 상기 제 1 마이크로 패턴(32)에 의해 광경로가 보다 수직에 가깝게 변경된다. 그리고, 광은 제 2 마이크로 패턴(34)을 통해 이방체층(33)의 내부로 입사한 다음, 다시 이방체층(33)과 등방체층(31) 사이의 경사진 계면으로 입사하게 된다. 이때의 광은 S-편광성분과 P-편광성분을 모두 갖는 비편광 상태의 광이다. 여기서, 상기 이방체층(33)은 S-편광성분의 광에 대한 굴절률과 P-편광성분의 광에 대한 굴절률이 다르다. 예컨대, 이방체층(33)의 S-편광 광에 대한 굴절률은 등방체층(31)의 굴절률보다 크며, P-편광 광에 대한 굴절률은 등방체층(31)의 굴절률과 동일할 수 있다. 이 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, S-편광 광은 제 2 마이크로 패턴(34)의 경사면에 의해 전반사되어 거의 수직한 방향으로 편광분리 필름(30)으로부터 출사된다. 반면, P-편광 광은 그대로 진행한 후, 이방체층(33)의 상면과 외부 공기층 사이의 계면에서 전반사되어 도광판(21)의 내부로 다시 입사하게 된다. 이 과정에서, P-편광 광은 도광판(21)의 상면(21c)에 있는 산란 패턴(23)에 의해 다시 비편광 상태의 광으로 바뀌게 된다. 그런 후, 비편광 상태로 변환된 광은 다시 앞서 설명한 과정을 반복하고, 최종적으로는 S-편광 광으로 되어 편광분리 필름(30)의 상면을 통해 수직하게 출사된다.

도 4는 편광분리 필름(30) 내에서의 P-편광 광의 진행 경로를 보다 상세하게 보여준다. 여기서, 이방체층(33)의 P-편광 광에 대한 굴절률은 등방체층(31)의 굴절률과 동일하다고 가정한다. 이 경우, P-편광 광의 관점에서 보면, 등방체층(31)과 이방체층(33)이 모두 동일한 매질이 된다. 따라서, 도 4에서는 등방체층(31)과 이방체층(33)의 계면을 점선으로 표시하였다.

먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 도광판(21)의 상면을 통해 출사된 P-편광 광은 제 1 마이크로 패턴(32)의 일측 경사면(32a)을 통해 등방체층(31)의 내부로 입사한다. 이 과정에서 P-편광 광은 약간 수직한 방향으로 굴절된다. 그런 후, P-편광 광은 등방체층(31)과 이방체층(33) 사이의 계면을 굴절 없이 통과하여 이방체층(33)의 상면과 외부 공기층 사이의 계면(33a)에 경사지게 입사하게 된다. 여기서, 이방체층(33)의 P-편광 광에 대한 굴절률과 등방체층(31)의 굴절률이 모두 약 1.6 이라고 가정하고, 등방체층(31)의 하면에 형성된 제 1 마이크로 패턴(32)이 약 145°의 꼭지각(α1)을 갖는 역삼각형 형태의 마이크로 프리즘 어레이라고 가정한다. 이 경우, 도광판(21)으로부터 출사되는 P-편광 광의 고도각(θ1)이 약 55~90° 정도면, 이방체층(33)의 상면과 외부 공기층 사이의 계면(33a)에 입사하는 P-편광 광의 입사각(θ2)은 약 39.9~54.1° 정도가 된다. 그러면, 전반사 조건이 만족되기 때문에, P-편광 광은 이방체층(33)의 상면과 외부 공기층 사이의 계면(33a)에서 전반사된다. 따라서, P-편광 광은 편광분리 필름(30)을 투과하지 않고 도광판(21)으로 되돌아가게 된다.

도 5는 편광분리 필름(30) 내에서의 S-편광 광의 진행 경로를 보다 상세하게 보여준다. 여기서, 이방체층(33)의 S-편광 광에 대한 굴절률은 등방체층(31)의 굴절률보다 크다고 가정한다. 이 경우, S-편광 광의 관점에서 보면, 등방체층(31)과 이방체층(33)은 서로 다른 매질이 된다.

먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 도광판(21)의 상면을 통해 P-편광 광과 동일한 고도각(θ1)인 약 55~90° 정도로 출사된 S-편광 광은 제 1 마이크로 패턴(32)의 일측 경사면(32a)을 통해 등방체층(31)의 내부로 입사한다. 이 과정에서 S-편광 광은 약간 수직한 방향으로 굴절된다. 그런 후, S-편광 광은 등방체층(31)과 이방체층(33) 사이의 계면에 형성된 제 2 마이크로 패턴(34)의 일측 경사면(34a)을 통해 이방체층(33)의 내부로 입사한다. 이 과정에서, S-편광 광은 다시 한번 수직한 방향으로 약간 굴절된다. 그런 후, S-편광 광은 제 2 마이크로 패턴(34)의 타측 경사면(34b)에 경사지게 입사하게 된다. 여기서, 이방체층(33)의 S- 편광 광에 대한 굴절률이 약 1.84 이고, 등방체층(31)의 굴절률이 약 1.6 이라고 가정한다. 또한, 제 1 마이크로 패턴(32)이 약 145°의 꼭지각(α1)을 갖는 역삼각형 형태의 마이크로 프리즘 어레이라고 가정한다. 또한, 제 2 마이크로 패턴(34)이 약 52°의 꼭지각(α2)을 갖는 역삼각형 형태의 마이크로 프리즘 어레이라고 가정한다. 이 경우, S-편광 광은 대부분 약 60~70°의 입사각(θ3)으로 상기 제 2 마이크로 패턴(34)의 타측 경사면(34b)에 입사한다. 따라서, S-편광 광은 제 2 마이크로 패턴(34)의 타측 경사면(34b)에서 전반사되어, 거의 수직에 가까운 각도로 편광분리 필름(30)으로부터 출사된다.

따라서, 본 발명에 따른 편광분리 필름(30)의 경우, 광경로를 수직하게 하기 위한 별도의 수단이 필요하지 않다. 한편, 일부의 S-편광 광은 상기 제 2 마이크로 패턴(34)의 타측 경사면(34b)에 입사하지 않고, 이방체층(33)의 상면과 외부 공기층 사이의 계면(33a)에 입사할 수도 있다. 이 경우에는, P-편광 광과 마찬가지로 S-편광 광 역시 상기 계면(33a)에서 전반사되어 도광판(21)으로 재입사하게 된다. 따라서, 편광분리 필름(30)으로부터 경사지게 출사하는 광은 거의 존재하지 않는다.

도 4 및 도 5와 관련된 설명에 제시된 예에서, 제 1 마이크로 패턴(32)의 프리즘의 꼭지각(α1)과 제 2 마이크로 패턴(34)의 프리즘의 꼭지각(α2)은 상기 등방체층(31)과 이방체층(33)의 굴절률에 따라 달라질 수 있다. 그러나, S-편광 광이 제 2 마이크로 패턴(34)의 타측 경사면(34b)에서 전반사되기 위해서는, 제 1 마이크로 패턴(32)의 프리즘의 꼭지각(α1)이 제 2 마이크로 패턴(34)의 프리즘의 꼭지 각(α2)보다는 커야 한다. 또한, 도 4 및 도 5에서는, P-편광 광이 도광판(21)의 내부로 전반사되고, S-편광 광이 편광분리 필름(30)의 외부로 출사되는 것으로 설명하였다. 그러나, 이방체층(33)의 P-편광 광에 대한 굴절률이 등방체층(31)의 굴절률보다 크고 S-편광 광에 대한 굴절률이 등방체층(31)의 굴절률과 같은 경우에는, S-편광 광이 도광판(21)의 내부로 전반사되고 P-편광 광이 편광분리 필름(30)의 외부로 출사될 수도 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 소자용 조명장치(20')의 구조를 개략적으로 도시한다. 도 3에 도시된 조명장치(20)와 비교할 때, 도 7에 도시된 조명장치(20')는 도광판(21)의 하면(21d)에 편광변환 부재(24)가 추가로 배치되어 있다는 점에서 차이가 있다. 도 3의 조명장치(20)의 경우, 도광판(21)의 상면(21c)에 있는 산란 패턴(23)을 통해, 편광분리 필름(30)으로부터 전반사되는 P-편광 광(또는 S-편광 광)을 비편광 상태의 광으로 변환한다. 그러나, 산란 패턴(23)에 의해 비편광 상태로 바뀌는 광이 비교적 적기 때문에, 상당한 양의 광은 여전히 편광 상태로 남아 있다. 따라서, 편광변환 부재(24)를 도광판(21)의 하면(21d)에 부착하여, 도광판(21)의 하면(21d)에서 반사되는 광의 편광방향을 보다 효율적으로 변환할 수 있다. 이러한 편광변환 부재(24)로서, 예컨대, 1/4 파장판을 사용할 수 있다. 그러나, 1/4 파장판 이외에도, 이방성 고분자 필름을 연신하여 사용하거나 광경화성 액정 폴리머 등을 이용할 수도 있다. 예컨대, 굴절률 축을 45° 회전시킨 이방성 필름을 도광판(21)의 하면(21d)에 배치하는 경우, 도광판(21)의 하면(21d)에서 반사되는 P-편광(또는 S-편광)은 타원편광 또는 원편광으로 변환될 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 간단한 구조로도 편광분리 기능과 수직 출광 기능을 동시에 구현할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 조명소자를 사용할 경우, 디스플레이 소자의 광이용 효율을 크게 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 편광분리 필름은 엠보싱 방법 또는 UV-경화 방법을 이용하여 비교적 간단한 공정으로 제조될 수 있기 때문에, 종래의 편광분리 필름에 비하여 훨씬 저렴한 비용으로 제조가 가능하다.

Claims

서로 수직한 제 1 및 제 2 편광성분의 광에 대해 동일한 굴절률을 갖는 등방체층;

상기 등방체층의 상면에 형성된 것으로, 서로 수직한 제 1 및 제 2 편광성분의 광에 대해 상이한 굴절률을 갖는 이방체층;

상기 등방체층의 하면에 형성된 것으로, 입사광의 광경로를 변경하기 위한 제 1 마이크로 패턴; 및

상기 등방체층과 이방체층의 계면에 형성된 것으로, 제 1 편광성분의 광은 전반사시키고 제 2 편광성분의 광은 투과시키기 위한 제 2 마이크로 패턴;을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광분리 필름.
제 1 항에 있어서,

상기 이방체층의 제 1 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등방체층의 굴절률보다 크며, 제 2 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등방체층의 굴절률과 동일한 것을 특징으로 하는 편광분리 필름.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 마이크로 패턴은 마이크로 프리즘의 어레이로 구성된 것을 특징으로 하는 편광분리 필름.
제 3 항에 있어서,

상기 제 1 마이크로 패턴의 프리즘의 꼭지각은 상기 제 2 마이크로 패턴의 프리즘의 꼭지각보다 큰 것을 특징으로 하는 편광분리 필름.
광을 방출하는 광원;

상기 광원에서 방출된 광이 입사되는 입광면과, 입광면에 대향하는 대광면과, 광이 출사되는 상면을 갖는 도광판; 및

상기 도광판의 상면과 대향하도록 배치된 편광분리 필름;을 구비하며,

상기 편광분리 필름은:

서로 수직한 제 1 및 제 2 편광성분의 광에 대해 동일한 굴절률을 갖는 등방체층;

상기 등방체층의 상면에 형성된 것으로, 서로 수직한 제 1 및 제 2 편광성분의 광에 대해 상이한 굴절률을 갖는 이방체층;

상기 도광판의 상면과 대향하는 상기 등방체층의 하면에 형성된 것으로, 입사광의 광경로를 변경하기 위한 제 1 마이크로 패턴; 및

상기 등방체층과 이방체층의 계면에 형성된 것으로, 제 1 편광성분의 광은 전반사시키고 제 2 편광성분의 광은 투과시키기 위한 제 2 마이크로 패턴;을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자용 조명장치.
제 5 항에 있어서,

상기 이방체층의 제 1 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등방체층의 굴절률보다 크며, 제 2 편광성분의 광에 대한 굴절률은 상기 등방체층의 굴절률과 동일한 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자용 조명장치.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 마이크로 패턴은 마이크로 프리즘의 어레이로 구성된 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자용 조명장치.
제 7 항에 있어서,

상기 제 1 마이크로 패턴의 프리즘의 꼭지각은 상기 제 2 마이크로 패턴의 프리즘의 꼭지각보다 큰 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자용 조명장치.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 도광판은 입광면으로부터 대광면으로 갈수록 두께가 얇아지도록 하면이 경사면인 쐐기형 도광판인 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자용 조명장치.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 도광판의 상면에 산란 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자용 조명장치.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 도광판은 서로 수직한 제 1 및 제 2 편광성분의 광에 대해 동일한 굴절률을 갖는 등방성 도광판인 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자용 조명장치.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

상기 도광판의 하면에 편광변환 부재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자용 조명장치.
제 12 항에 있어서,

상기 편광변환 부재는 1/4 파장판인 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자용 조명장치.
제 12 항,

상기 편광변환 부재는 이방성 고분자 필름 또는 광경화성 액정 폴리머층으로 구성된 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자용 조명장치.