KR20090068859A - 선격자 편광자를 구비한 편광 도광판 및 액정 디스플레이패널 - Google Patents

선격자 편광자를 구비한 편광 도광판 및 액정 디스플레이패널 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선격자 편광자를 구비한 편광 도광판 및 액정 디스플레이 패널에 관한 것으로, 하부에 산란 패턴이 형성되어 있는 제 1 층과; 상기 제 1 층 상부에 있으며, 상기 제 1 층의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖고, 상부에 선격자 편광자가 형성되어 있는 제 2 층으로 구성된다.
따라서, 본 발명에 따른 선격자 편광자가 형성된 편광 도광판은 굴절률이 다른 2개층으로 구성되어 있어, 선격자 편광자에 의한 광 흡수 손실을 줄일 수 있게 되어, 휘도를 향상시키고, 균일하게 광을 방출시킬 수 있는 장점이 있다.
굴절률, 2층, 편광자, 도광판, 휘도

Description

선격자 편광자를 구비한 편광 도광판 및 액정 디스플레이 패널 { Polarized light guide plate with wire grid polarizer and liquid crystal display panel }
본 발명은 휘도를 향상시킬 수 있는 선격자 편광자를 구비한 편광 도광판 및 액정 디스플레이 패널에 관한 것이다.
본 발명은 선격자 편광자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액정 디스플레이에 사용되는 선격자 편광자의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD)는 현재 휴대전화, 노트북, 모니터 및 TV에 이르기까지 광범위하게 사용되는 평판 디스플레이이다.
액정 디스플레이는 두 개의 편광판 사이에 위치한 액정 패널에서 각 픽셀에 전기 신호를 인가하여 액정 배열을 변경시킴으로써, 빛을 투과시키거나 차단하는 소자이다.
따라서, 액정 디스플레이를 동작시키기 위해서는 별도의 광원이 필요하며, 광원의 사용 방식에 따라 반사형과 투과형으로 구분할 수 있다.
반사형 액정 디스플레이는 햇빛이나 실내등과 같은 외부 광원을 사용하여, 빛이 액정 디스플레이 전면에서 입사하고, 액정 디스플레이 후면에 위치한 반사판(Reflector)에서 반사된 빛을 보게 되는 구조이다.
투과형 액정 디스플레이는 백라이트 유닛(Backlight Unit, BLU)라는 별도의 광원을 두어 액정 디스플레이 패널 후면에서 빛을 균일하게 보내주어 투과된 빛을 보게 되는 구조이다.
도 1은 일반적인 투과형 액정 디스플레이의 개략적인 단면도로서, 광원(10)과; 상기 광원(10)의 광을 균일하게 방출시키기 위한 도광판(20)과; 상기 도광판 (20) 하부에 설치되며, 상기 도광판(20) 하부면에서 빠져나오는 광을 상기 도광판(20) 상부로 반사시키는 반사판(70)과; 상기 도광판(20) 상부에 설치되며, 상기 도광판(20) 상부로 방출되는 광을 산란시켜 시야각 전반에 걸쳐 골고루 퍼지게 보이게 하는 역할을 하는 확산판(30)과; 상기 확산판(30) 상부에 설치되며, 상기 확산판(30)에서 출사된 광을 집광 또는 굴절시켜 휘도를 상승시키는 프리즘 시트(Prism Sheet)(40)로 구성된다.
이렇게 구성된 일반적인 투과형 액정 디스플레이는 상기 광원(10)에서 출사된 광은 도광판(20), 확산판(30), 프리즘 시트(40) 및 반사판(70)으로 이루어진 백라이트 유닛을 거치는 동안 상당한 부분이 손실된다.
더구나, 액정 디스플레이 패널(60) 전 후면에 위치한 편광판(61,62)은 흡수형이므로, 패널로 향하는 광의 50%를 흡수한다.
따라서, 실제 디스플레이에서 관찰자가 보는 광은 광원에서 출발한 광의 10% 이하만을 보게된다.
이것은 액정 디스플레이가 광의 이용 효율이 낮다는 것을 말하며, 광의 이용 효율을 향상시키는 것은 휴대용 기기에서의 배터리 사용 시간의 증가와 대화면 액정 디스플레이 TV에서 전력 소모 감소를 가능하게 한다.
한편, 액정 디스플레이의 빛 이용 효율을 향상시켜 휘도를 증가시킬 수 있는 기술로는 3M사의 DBEF(Dual Brightness Enhancement Film)이 있다.
DBEF는 다층의 고분자 박막 형태의 반사형 편광 필름으로 투과형 액정 디스플레이 경우에, 백라이트 유닛과 액정 디스플레이 패널 사이에 위치하여 휘도를 60%까지 증가시킬 수 있다.
즉, 반사형 편광판에서 반사된 특정 편광은 하부 백라이트 유닛을 거쳐 다시 반사되는 과정에서 편광이 변화하고, 일부의 편광이 다시 편광판을 투과하여 광을 재활용한다.
그러나, 이 편광판은 광학적으로 이방성인 고분자 막과 등방성인 고분자 막을 교차하여 다층으로 제작되기 때문에, 가격이 고가이고 제조 공정이 복잡한 단점이 있다.
도 2는 일반적인 선 격자 편광자의 구조를 설명하기 위한 개념도로서, 선 자 편광자(70)는 투명기판(71)과; 상기 투명기판(71) 상부에 상호 이격되어 배열되어 있는 복수개의 금속 와이어(72)로 구성된다.
상기 복수개의 금속 와이어(72)는 상호 이격되어 있으며, 평행하게 배열되어 있다.
여기서, 입사되는 광의 파장보다 금속 와이어 배열의 주기(T)가 짧을 경우, 상기 와이어 그리드 편광판(70)으로 입사되는 광은 편광 성분에 따라 반사 및 투과한다.
즉, 상기 금속 와이어(72)와 평행한 편광 성분인 'S파'는 반사되고, 수직한 편광 성분인 'P파'는 투과된다.
이러한 현상을 이용하여 고 투과율, 우수한 편광 효율, 넓은 시야각을 가지는 편광자를 제작하여 LCD의 휘도를 향상시킬 수 있다.
그러나 선 격자 편광자가 DBEF를 대체할 수 있는 정도로 우수한 특성을 가지기 위해서는 고 편광 소멸비(High extinction ratio)가 요구되고 이는 금속 격자의 주기를 감소시킴으로 가능할 수 있다.
이러한 선 격자 편광자는 액정 디스플레이의 백라이트 유닛에 적용되고 있는데, 선 격자 편광자의 금속 성분에 의해 광의 흡수 손실이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 선격자 편광자의 금속 성분에 의해 광 흡수 손실이 발생하는 문제를 해결하는 것이다.
본 발명의 바람직한 양태(樣態)는,
하부에 산란 패턴이 형성되어 있는 제 1 층과;
상기 제 1 층 상부에 있으며, 상기 제 1 층의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖고, 상부에 선격자 편광자가 형성되어 있는 제 2 층으로 구성된 것을 특징으로 선격자 편광자를 구비한 편광 도광판이 제공된다.
본 발명의 바람직한 다른 양태(樣態)는,
하부에 산란 패턴이 형성되어 있는 제 1 층과, 상기 제 1 층 상부에 있으며, 상기 제 1 층의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖고, 상부에 선격자 편광자가 형성되어 있는 제 2 층으로 이루어지며, 상기 광원의 광을 입사받아 균일하게 방출시키기 위한 도광판과;
상기 도광판 하부에 설치되며, 상기 도광판 하부면에서 빠져나오는 광을 상기 도광판 상부로 반사시키는 반사판과;
상기 도광판 상부에 설치되며, 상기 도광판 상부로 방출되는 광을 산란시켜 시야각 전반에 걸쳐 골고루 퍼지게 보이게 하는 역할을 하는 확산판과;
상기 확산판 상부에 있으며, 전면 또는 전,후면 모두에 흡수형 편광판이 형성된 액정 패널로 구성된 액정 디스플레이 패널이 제공된다.
본 발명은 선격자 편광자가 형성된 편광 도광판이 굴절률이 다른 2개층으로 구성되어 있어, 선격자 편광자에 의한 광 흡수 손실을 줄일 수 있게 되어, 휘도를 향상시키고, 균일하게 광을 방출시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 편광 도광판의 휘도가 향상됨으로써, 백라이트 유닛에 사용되는 광학 필름의 수를 줄일 수 있어, 재료비 및 조립 비용을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 선격자 편광자를 구비한 편광 도광판의 개략적인 단면도로서, 편광 도광판(200)은 하부에 산란 패턴(211)이 형성되어 있는 제 1 층(210)과; 상기 제 1 층(210) 상부에 있으며, 상기 제 1 층(210)의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖고, 상부에 선격자 편광자(230)가 형성되어 있는 제 2 층(220)으로 구성된다.
그리고, 본 발명에 따른 선격자 편광자를 구비한 편광 도광판(200)은 측부에 광원(100)이 위치되어 있으며, 상기 광원(100)에서 출사된 광을 상기 편광 도광판(200)의 측면으로 입사된다.
이때, 상기 편광 도광판(200)에서 하부에 위치하고 있는 제 1 층(210)으로 입사된 광 중 전반사 조건을 만족하는 광은 제 1 층(210)과 제 1과 제 2 층(210,220) 계면 사이로 진행한다.
그리고, 상기 제 1 층(210) 하부에는 산란 패턴(211)이 형성되어 있으므로, 상기 제 1 층(210)으로 도광되는 광이 상기 산란 패턴(211)에 만나게 되면, 진행 방향이 바뀌어 편광 도광판(200) 상부로 방출되게 된다.
그러므로, 본 발명의 편광 도광판(200)의 제 1 층(210)으로 진행하는 광은 선 격자 편광자(230)와 만나지 않으므로 흡수 손실이 발생하지 않게 된다.
그리고, 상기 제 2 층(220)의 굴절률이 제 1 층(210)의 굴절률보다 작으므로, 상기 제 2 층(220)으로 입사된 광은 전반사 조건을 만족하지 않아, 상기 제 2 층(220)으로 도파되는 광 중 선격자 편광자(230)에서 반사된 광은 제 1 층(210)으로 내려오게 되고, 제 1 층(210) 하부에 있는 산란 패턴(211)에 의해 도광판 외부로 방출되게 된다.
여기서, 상기 선격자 편광자(230)는 200㎚이하 주기(T)의 초미세 금속 그레이팅 패턴으로 상기 제 2 층(220) 상부에 형성된다.
그리고, 상기 선격자 편광자(230)를 구성하는 금속은 알루미늄, 은 등이 바람직하다.
또, 상기 산란 패턴(211)은 상기 제 1 층(210) 하부면이 제거된 패턴인 것이 바람직하다.
게다가, 상기 제 1 층(210)은 상기 제 2 층(220)보다 큰 굴절률을 갖는 예시 로 , 폴리카보네이트(Polycarbonate)로 형성하고, 상기 제 2 층(220)은 PMMA로 형성한다.
한편, 도 4는 본 발명의 비교예로 적용된 선격자 편광자가 형성된 편광 도광판에서 광의 진행 경로를 설명하기 위한 개략적인 단면도이며, 전술된 바와 같이, 도광판이 굴절률이 다른 두개의 층으로 구성되지 않고, 도 4와 같이 하나의 층으로 구성되어 있으면, 선격자 편광자(330)에서 흡수 손실이 발생한다.
즉, 광원(110)에서 방출된 광이 도광층(320) 입사면으로 입사되어 도광층(320) 반대 종단면까지 진행할 때, 도광층(320) 내부에서 전반사되는 광(A)은 도광층(320) 상부의 선격자 편광자(330)에서 반사된다.
이때, 상기 선격자 편광자(330)에 의해 약 5~10%의 흡수 손실이 발생한다.
그러므로, 상기 도광층(320) 종단면까지 진행하는 광은 상기 선격자 편광자(330)로부터 수차례 반사를 통해 많은 양의 광을 잃게 된다.
결국, 선격자 편광자(330)에 의해 휘도가 감소되고, 균일한 광 방출을 어렵게 한다.
그리고, 상기 도광층(320) 하부에 있는 산란 패턴(311)은 도광층(320) 내부로 진행하는 광의 방향을 상부로 바꾸는 역할을 수행한다.
또, 상기 선격자 편광자(330)는 입사되는 광 중, P파는 투과하고, S파는 반사한다.
그러므로, 상기 선격자 편광자(330)를 투과한 P파는 도광판 상부로 진행하 고, S파는 도광판(300) 하부에 위치되어 있는 반사판(350)에서 반사되어 P파로 변환되고, 상기 선격자 편광자(330)를 투과하여 도광판(300) 상부로 방출된다.
결과적으로, 본 발명에 따른 선격자 편광자가 형성된 편광 도광판은 굴절률이 다른 2개층으로 구성되어 있어, 선격자 편광자에 의한 광 흡수 손실을 줄일 수 있게 되어, 휘도를 향상시키고, 균일하게 광을 방출시킬 수 있는 장점이 있는 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 선격자 편광자를 구비한 편광 도광판에서 광의 진행 경로를 설명하기 위한 개략적인 단면도로서, 편광 도광판(200)은 제 1과 제 2 층(210,220)이 적층되어 있고, 제 1 층(210)은 제 2 층(220)의 하부에 있으며, 상부에 있는 제 2 층(220)의 굴절률이 하부에 있는 제 1 층(210)의 굴절률보다 작게 설계되어 있다.
그러므로, 상기 제 2 층(220)으로 도파되는 광 중 선격자 편광자(230)에서 반사된 광(B)은 제 1 층(210)으로 내려오게 되고, 제 1 층(210) 하부에 있는 산란 패턴(211)에 의해 도광판 외부로 방출되게 된다.
그리고, 상기 제 1 층(210)으로 도광되는 광(C)이 상기 산란 패턴(211)에 만나게 되면, 진행 방향이 바뀌어 편광 도광판(200) 상부로 방출되게 된다.
그러므로, 편광 도광판(200)의 제 1 층(210)으로 진행하는 광은 선 격자 편광자(230)와 만나지 않으므로 흡수 손실이 발생하지 않게 된다.
따라서, 본 발명은 광원(100)에서 방출된 광의 대부분을 제 1 층(210)에서 도파되도록 설계하는 것이 바람직하다.
이렇게 광원에서 방출된 대부분의 광을 제 1 층(210)으로 입사되는 하나의 방법으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 층(210)의 두께(T1)가 제 2 층(220)의 두께(T2)보다 두껍게 설계하는 것이다.
여기서, 상기 제 1 층(210)의 두께(T1)는 제 2 층(220)의 두께(T2)보다 100배 ~ 1000배 두꺼운 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명에 따른 편광 도광판을 액정 디스플레이 패널에 적용한 개략적인 단면도로서, 전술된 바와 같이, 본 발명의 편광 도광판은 휘도가 우수하기에, 액정 디스플레이 패널을 광원(100)과; 하부에 산란 패턴(211)이 형성되어 있는 제 1 층(210)과; 상기 제 1 층(210) 상부에 있으며, 상기 제 1 층(210)의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖고, 상부에 선격자 편광자(230)가 형성되어 있는 제 2 층(220)으로 구성되며, 상기 광원(100)의 광을 입사받아 균일하게 방출시키기 위한 도광판(200)과; 상기 도광판 (200) 하부에 설치되며, 상기 도광판(200) 하부면에서 빠져나오는 광을 상기 도광판(200) 상부로 반사시키는 반사판(510)과; 상기 도광판(200) 상부에 설치되며, 상기 도광판(200) 상부로 방출되는 광을 산란시켜 시야각 전반에 걸쳐 골고루 퍼지게 보이게 하는 역할을 하는 확산판(520)과; 상기 전 후면에 흡수형 편광판(610,620)이 형성된 액정 패널(600)로 구성된다.
그러므로, 본 발명의 편광 도광판을 액정 디스플레이 패널에 적용하는 경우, 일반적으로 사용되는 프리즘 시트를 제거하고도 동일하거나 그 이상의 휘도를 달성할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 편광 도광판이 편광 소멸비가 매우 높은 경우에는 도 8에 도시된 바와 같이, 액정 패널(600)의 후면의 흡수형 편광판을 줄일 수도 있다.
또한, 본 발명의 편광 도광판은 사용 용도에 따라 다양하게 구성할 수 있는 것이다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도 1은 일반적인 투과형 액정 디스플레이의 개략적인 단면도
도 2는 일반적인 선 격자 편광자의 구조를 설명하기 위한 개념도
도 3은 본 발명에 따른 선격자 편광자를 구비한 편광 도광판의 개략적인 단면도
도 4는 본 발명의 비교예로 적용된 선격자 편광자가 형성된 편광 도광판에서 광의 진행 경로를 설명하기 위한 개략적인 단면도
도 5는 본 발명에 따른 선격자 편광자를 구비한 편광 도광판에서 광의 진행 경로를 설명하기 위한 개략적인 단면도
도 6은 본 발명에 따른 선격자 편광자를 구비한 편광 도광판의 바람직한 실시예를 설명하기 위한 개략적인 단면도
도 7은 본 발명에 따른 편광 도광판을 액정 디스플레이 패널에 적용한 개략적인 단면도
도 8은 본 발명에 따른 편광 도광판을 액정 디스플레이 패널에 적용한 개략적인 다른 단면도

Claims (5)

  1. 하부에 산란 패턴이 형성되어 있는 제 1 층과;
    상기 제 1 층 상부에 있으며, 상기 제 1 층의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖고, 상부에 선격자 편광자가 형성되어 있는 제 2 층으로 구성된 것을 특징으로 선격자 편광자를 구비한 편광 도광판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 층의 두께는,
    상기 제 2 층의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 선격자 편광자를 구비한 편광 도광판.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제 1 층의 두께는 상기 제 2 층의 두께보다 100배 ~ 1000배 두꺼운 것을 특징으로 하는 선격자 편광자를 구비한 편광 도광판.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 산란 패턴은,
    상기 제 1 층 하부면이 제거된 패턴인 것을 특징으로 하는 선격자 편광자를 구비한 편광 도광판.
  5. 광원과;
    하부에 산란 패턴이 형성되어 있는 제 1 층과, 상기 제 1 층 상부에 있으며, 상기 제 1 층의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖고, 상부에 선격자 편광자가 형성되어 있는 제 2 층으로 이루어지며, 상기 광원의 광을 입사받아 균일하게 방출시키기 위한 도광판과;
    상기 도광판 하부에 설치되며, 상기 도광판 하부면에서 빠져나오는 광을 상기 도광판 상부로 반사시키는 반사판과;
    상기 도광판 상부에 설치되며, 상기 도광판 상부로 방출되는 광을 산란시켜 시야각 전반에 걸쳐 골고루 퍼지게 보이게 하는 역할을 하는 확산판과;
    상기 확산판 상부에 있으며, 전면 또는 전,후면 모두에 흡수형 편광판이 형성된 액정 패널로 구성된 액정 디스플레이 패널.
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