KR20100037524A - 광학 시트 - Google Patents

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KR20100037524A
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치-쳉 쳉
후이-시웅 린
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인더스트리얼 테크놀로지 리써치 인스티튜트
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Abstract

복수의 이방성 광학 필름들을 포함하는 광학 시트가 제공된다. 광학 시트의 이방성 광학 필름들은 교대로 적층된다. 이방성 광학 필름은 각기 복수의 주축 굴절율들(nx, ny, nz)을 가진다. 주축 굴절율들(nx, ny)은 평면상의 주축 굴절율들이며, 다른 주축 굴절율(nz)은 두께 방향의 주축 굴절율이다. 주축 굴절율(nx)은 주축 굴절율들(nx, ny, nz) 중에서 최소 또는 최대가 된다. 각 이방성 광학 시트는 광학축을 가지며, 광학축의 방향은 주축 굴절율(nx)의 주축 방향과 동일하다. 이방성 광학 필름들의 광학축들은 소정의 두께 방향을 따라 연속적으로 회전하며, 전체적인 회전 각도는 약 360도 이상이 된다.

Description

광학 시트{OPTICAL SHEET}
본 발명은 광학 시트(optical sheet)에 관한 발명이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 반사 기능과 굴절 기능을 동시에 가지는 광학 시트에 관한 것이다.
기술의 발전에 따라, 사람들의 일상생활에서 디스플레이 장치들이 광범위하게 사용되고 있으며, 특히, 평판 디스플레이(flat panel displays; FEDs)들이 가볍고, 얇은 특성으로 인하여 널리 사용되고 있다. 다양한 평판 디스플레이(FEDs)들 중에서, 액정 디스플레이(liquid crystal displays; LCDs)는 높은 공간 활용율, 낮은 전력 소모, 방사선의 무 방출, 낮은 전자기 간섭 등의 특성으로 인해 널리 사용되고 있다.
도 1은 종래의 액정 디스플레이(LCD)의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 액정 디스플레이(100)는 액정 패널(110)과 백라이트 소스(backlight source)(120)를 포함하며, 여기서 백라이트 소스(120)는 입사 광(L)을 액정 패널(110)에 제공하는 역할을 한다. 보다 상세하게는, 액정 패널(110)은 통상적으로 상부 편광자(upper polarizer)(100a), 상부 기판(upper substrate)(110b), 액정 층(liquid crystal layer)(110c), 하부 기판(lower substrate)(110d) 및 하부 편광자(lower polarizer)(110e)를 포함한다. 백라이트 소스(120)로부터 제공된 광(L)이 액정 패널(100)을 통과한 후, 하부 기판(110d)은 백라이트 소스(120)로부터 방출된 광(L)을 편광시켜 편광된 광(LT)을 생성한다. 액정 층(110c) 내의 액정 분자들의 각기 다른 회전 정도에 의하여 서로 다른 부분에서 편광된 광(LT)의 투과율이 변화될 수 있다. 그 후, 편광된 광(LT)은 상부 편광자(100a)로부터 방출된다. 이러한 방법으로, 액정 패널(110)은 디스플레이의 효과를 달성할 수 있다.
비록 상부 편광자(100a)와 하부 편광자(110e)가 광(L)을 편광시켜 액정 디스플레이(100)의 광학 효과를 보조할 수는 있으나, 광(L)이 상부 편광자(100a)와 하부 편광자(110e)를 통과하면서 손실될 수 있으며, 이에 따라 백라이트 소스(120)로부터 방출된 광(L)은 액정 디스플레이(100) 내에서 에너지 손실을 가질 수 있다. 이에 따라 액정 디스플레이(100)의 휘도에 영향을 미친다. 통상적으로, 상부 편광자(100a)와 하부 편광자(110e)는 광학 시트들의 적용 예들이다. 따라서, 액정 디스플레이(100)의 광 사용율을 향상시키기 위해 광학 시트의 구조를 어떻게 적절하게 설계할 것인가가 평판 디스플레이(FEDs)가 극복하여야 할 주된 과제가 되어왔다.
본 발명의 목적은 상대적으로 높은 분리율 및 광 이용율을 가지며 광이 투과하는 광학 시트(optical sheet)를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 입사 광의 에너지 손실을 감소시킬 수 있는 광학 시 트를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상호 적층된 복수의 이방성 광학 필름들을 포함하는 광학 시트가 제공된다. 상기 이방성 광학 필름들은 각기 복수의 주축 굴절율들(nx, ny, nz)을 가진다. 상기 주축 굴절율들(nx, ny)은 평면상의 주축 굴절율들이며, 상기 주축 굴절율(nz)은 두께 방향의 주축 굴절율이다. 또한, 각 이방성 광학 필름의 주축 굴절율(nx)은 상기 주축 굴절율들(nx, ny, nz) 중에서 최소 또는 최대가 된다. 각 이방성 광학 시트는 광학축을 가지며, 상기 광학축의 방향은 주축 굴절율(nx)의 주축 방향과 실질적으로 동일하다. 상기 이방성 광학 필름들의 광학축들은 상기 이방성 광학 필름들의 두께 방향으로의 소정의 방향을 따라 연속적으로 회전하며, 상기 광학축들의 전체 회전각도는 실질적으로 약 360도 이상이 된다.
본 발명에 따르면, 교대로 적층된 복수의 이방성 광학 필름들과 이방성 광학 필름들 상에 배치된 λ/4 위상 지연 필름을 포함하는 광학 시트가 제공된다. 각 이방성 광학 필름들은 복수의 주축 굴절율들(nx, ny, nz)을 가진다. 여기서, 상기 주축 굴절율들(nx, ny)은 평면상의 주축 굴절율들이며, 상기 주축 굴절율(nz)은 두께 방향의 주축 굴절율이다. 각 이방성 광학 필름의 주축 굴절율(nx)은 상기 주축 굴절율들(nx, ny, nz) 중에서 최소 또는 최대이다. 각 이방성 광학 시트는 광학축을 가지며, 상기 광학축의 방향은 주축 굴절율(nx)의 주축 방향과 실질적으로 동일하다. 상기 이방성 광학 필름들의 광학축들은 상기 이방성 광학 필름들의 두께 방향으로의 소정의 방향을 따라 연속적으로 회전하며, 상기 광학축들의 전체 회전 각도 는 실질적으로 약 360도 이상이 된다.
본 발명에 있어서, 상기 광학 시트는 상호 적층된 복수의 이방성 광학 필름들을 구비한다. 여기서, 상기 이방성 광학 필름들의 광학축들은 이방성 광학 필름들의 두께 방향으로의 소정의 방향을 따라 연속적으로 회전하며, 상기 광학축들의 전체 회전 각도는 약 360도 이상이 된다. 따라서 입사광은 상기 광학 시트를 투과한 후 서로 다른 편광 방향들을 가지는 두 편광된 광들로 분리된다. 여기서, 소정의 편광 방향을 갖는 편광된 광의 하나는 반사되어 재활용되고, 다른 광은 상기 광학 시트를 통과하여 화면에 표시된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 광학 시트는 입사광의 에너지 손실을 감소시킬 수 있다.
종래의 액정 디스플레이(LCD)에 있어서 상부 편광자와 하부 편광자를 통과하는 과정에서 에너지 손실이 있을 수 있고, 이는 액정 디스플레이의 휘도에 영향을 미친다. 이에 비하여, 본 발명에 따른 광학 시트는 손실되는 광을 반사하여 재활용시켜 에너지 손실을 최소화하고, 이에 따라 광의 이용율을 향상시키고 액정 디스플레이의 휘도를 증대시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 광학 시트에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 의해 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지는 않는다. 제1, 제2, 제3 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다 른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않고, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 발명에 따른 광학 시트는 광이 광학 시트를 투과하여 원하는 광학적 효과를 얻을 수 있는 특정한 구조를 가진다. 구체적으로, 상기 광학 시트를 통과한 후, 광은 편광된 광으로 분리되며, 편광된 광의 일부는 상기 광학 시트를 통과할 수 있으며, 상기 광의 나머지는 재활용되도록(을 위해) 광학 시트에 의해 반사된다. 후술하는 본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 광학 시트의 구조 및 광이 광학 시트를 투과하는 메커니즘에 상세하게 설명한다.
실시예 1
도 2a는 본 발명의 실시예들에 따른 광학 시트의 단면도이다. 도 2b는 도 2a의 이방성 광학 필름의 일 예를 도시한 부분 입체도이다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 광학 시트(200)는 복수의 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)을 포함하며, 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)은 상호 순차적으로 적층된다. 6층의 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)을 예시적으로 도시하였으나, 본 발명에 따른 광학 시트(200)의 구조가 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 다른 실시예들에 있어서, 광학 시트는 2개의 인접하는 이방성 광학 시트들(예를 들면, 202와 204 또는 204와 206) 사이에 배치된 등방성 광학 시트를 포함할 수 있다.
이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)은 각기 복수의 주축 굴절율들(nx, ny, nz)을 가진다. 여기서, 주축 굴절율들(nx, ny)은 평면상의 주축 굴절율들이며, 주축 굴절율(nz)은 두께 방향 주축 굴절율이다. 즉, 이방성 광학 필름에서 광의 진행 속도는 필름 층들의 다른(상이한) 방향에 따라 달라질 수 있다. 또한, 각 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)의 주축 굴절율(nx)은 주축 굴절율들(nx, ny, nz) 중에서 최소 또는 최대가 될 수 있다.
보다 상세하게는, 각 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)의 주축 굴절율(nx)은, 예를 들면, 주축 굴절율들(nx, ny, nz) 중에서 최대가 될 수 있다. 다시 말하면, 본 발명의 실시예들에 있어서는 각 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)이 양(positive)의 굴절율(즉, △n>0)을 갖는 이방성 물질에 속한다. 한편, 각 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)의 주축 굴절율(nx)은 주축 굴절율들(nx, ny, nz) 중 최소가 될 수 있으며, 이 경우 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)은 음(negative)의 굴절율(즉, △n<0)을 갖는 이방성 물질에 속한다. 또한, 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)은 각기 광학축(optical axis)(A)을 가지며, 광학축(A)의 방향은 실질적으로 주축 굴절율(nx)의 방향과 동일하다. 다시 말해, 광학축(A)의 방향을 따르는 각 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)의 굴절율은 주축 굴절율(nx)이다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 각 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)의 주축 굴절율들(nx, ny, nz)은 ny=nz≠nx의 식을 만족한다. 즉, 각 이 방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)에 있어서, 광학축(A) 방향의 굴절율(nx)은 특정 굴절율(ne)을 형성하며, 광학축(A)의 방향에 직교하는 굴절율들(ny, nz)은 통상적인 굴절율(no)을 형성한다. 본 발명의 실시예들에 있어서, 주축 굴절율들(nx, ny, nz), 특정한 굴절율(ne) 및 통상적인 굴절율(no)은 ne=nx 및 no=ny=nz의 식을 만족함에 따라, 각 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)은 단일 광학축을 가진 복굴절 물질로 취급될 수 있다. 요약하면, 본 발명의 실시예에 따른 광학 시트(200)는 복굴절 특성을 가지며, 이에 따라 광(L)은 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)이나 이방성 광학 필름(210) 중 어느 하나를 통과한 후, 두 편광된 광들(LT, LR)(이에 대해서는 후술한다)로 분리될 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예들에 있어서, 각각의 이방성 광학 필름들은 2개의 광학축들을 갖는 복굴절 물질이 될 수 있으며, 이에 따라 이방성 광학 필름들의 주축 굴절율들(nx, ny, nz )은 nx≠ny≠nz의 식을 만족할 수 있다.
광학 시트(200)의 각 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)은, 바람직하게는 주축 굴절율들(nx, ny, nz)과 동일하다. 그러나, 광학 시트(200)의 인접하는 이방성 광학 필름들(예를 들어, 202 및 204 등)의 주축 굴절율(nx)이 실질적으로 약 0.05 이하인 경우에도 광학 시트(200)는 여전히 우수한 광학 효율을 가진다. 이와 유사하게, 인접하는 이방성 광학 필름들의 주축 굴절율(ny) 또는 주축 굴절율(nz)은 실질적으로 약 0.05 이하의 값을 가질 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 광학 시트(200)에서 인접하는 이방성 광학 필름들(예를 들면, 202와 204 등)의 주축 굴절율들(nx, ny, nz)은 제조 과정의 변경이나 다른 요소들에 의해서 근소하게 변경될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)은 각기 표면(S)을 가진다. 이론적으로, 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)을 결합하는 동안, 주축 굴절율(nx)의 주축 방향과 각 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)의 표면(S) 사이에 형성된 각도는 바람직하게는 0도 정도이다. 그러나, 본 발명에 따른 광학 시트(200)에 있어서, 비록 주축 굴절율(nx)의 주축 방향과 표면(S) 사이에서 형성된 각도가 약 10도 정도인 경우에도, 광학 시트(200)는 여전히 편광된 광의 일부가 광학 시트(200)를 통과하고 나머지 부분은 광학 시트(200)로부터 반사되는 분리 기능을 수행할 수 있다.
도 2c는 도 2a에 도시된 광학 시트의 입체도이다. 도 2c를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 광학 시트(200)에 있어서, 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)의 광학축(A)은 결과적으로 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)의 두께 방향(D1)을 따르는 소정의 방향(D2)을 따라 연속적으로 회전한다. 이러한 소정의 방향(D2)은 반 시계 방향, 시계 방향 또는 다른 적절한 방향이 될 수 있으며, 본 발명의 실시예들에 있어서는 반 시계 방향을 일 예로 제시하였다. 광학축(A)의 전체적인 회전각도(θ)는, 예를 들면, 약 360도 정도일 수 있다. 따라서, 광(L)이 광학 시트(200)를 투과한 후, 광(L)은 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)의 광학축(A)을 따라 회전하는 상반된 편광 방향 을 갖는 두 개의 편광된 광들(LT, LR)로 분리된다. 본 발명의 실시예들에 있어서, 편광된 광(LT)은 좌선회 원형 편광이며, 광학축(A)(즉, 소정의 방향(D2))의 연속적인 회전 방향에 반하여 광학 시트(200)를 투과할 수 있다. 다시 말해서, 광(L)의 범위 내에서 광학축(A)의 회전 방향(즉, 소정의 방향(D2))과 동일한 편광 방향을 갖는 광의 일부는 광학 시트(200)에 의하여 반사될 수 있고, 이에 따라 광(LR)은 우선회 원형 편광이 될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들에 있어서, 소정의 방향(D2)은 실제 제품에의 적용에 의하여 결정되는 바, 시계 방향으로 선택적으로 디자인될 수도 있으며, 이에 따라 죄선회 원형 편광은 광학 시트(200)에 의해 반사될 수 있고, 우선회 원형 편광은 광학 시트(200)를 투과할 수 있다.
전술한 광학 시트(200)에 있어서, 전체 회전각도(θ)는 실질적으로 약 360도 이상, 즉, 각 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)의 전체적인 회전각도(θ)는 제조 과정의 변경이나 다른 요소들에 의해서 360도와 동일하지 않을 수도 있다.
도 2a 및 도 2c를 참조하면, 전체 회전각도(θ)가 실질적으로 약 360도 정도일 때, 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)의 두께(d) 합은 피치(pitch)(dT)를 형성한다. 예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 광학 시트(200)는 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)의 6개의 층으로 형성되며, 순차적으로 적층된 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)의 광학축들은 각기 광학축들(A202, A204, A206, A208, A210, A212)이 될 수 있다. 또한, 각도들(θ1, θ2, θ3, θ4, θ5)은 각기 광학축들(A202와 A204, A204와 A206, A206과 A208, A208과 A210, 그리고 A210과 A212) 사이의 각으로 형성된다. 도 2c에 도시한 바와 같이, 광학축들(A202, A204, A206, A208, A210, A212)은 순차적으로 반시계 방향을 따라 회전하며, 두 개의 인접하는 이방성 광학 필름들의 광학축들 사이에 형성된 각도들(θ1, θ2, θ3, θ4, θ5)은 실질적으로 약 72도 정도이다. 따라서, 다른 조합들도 전술한 논리에 따라 추론될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에 있어서, 도 2d에 도시한 바와 같이 광학 시트(200A)가, 예를 들어, 5층의 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210)들로 형성되며, 두 개의 인접하는 이방성 광학 필름들의 광학축들 사이에 형성된 각도들(θ1, θ2, θ3, θ4)은 모두 약 90도 정도일 경우에 광학 시트(200A)는 반사 여과 시트(reflective filter sheet)가 될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 광학 시트(200)는 광을 각기 다른 편광 방향을 갖는 편광된 광으로 분리시키는 구조를 가진다. 따라서 편광된 광의 일부는 광학 시트(200)의 표면으로부터 방출되고, 편광된 광의 다른 부분은 재활용을 위해 본래 입사된 면에 의해 반사된다. 광학 시트(200)는 전술한 바와 같이, 광을 전달되는 편광된 광과 반사되는 편광된 광으로 분리하는 높은 분리 효율을 갖는다. 보다 상세하게는, 본 발명의 실시예들에 있어서, 광(L)을 편광된 광들(LT, LR)로 분리하는 분리율은 전달되는 편광된 광(LT)에 대한 좌선회 원형 편광의 비율, 또는 반사된 편광된 광(LR)에 대한 우선회 원형 편광의 비율로 정의될 수 있다. 전달율과 반사율의 합이 100%가 되어야 하는 것을 고려하면, 상대적으로 많은 이방성 광학 필름들이 적층되어 형성된 광학 시트(200)의 경우, 광학 시트(200)는 전달되는 편광된 광(LT)과 반사되는 편광된 광(LR)의 편광 방향이 일치 할 수 있다. 예를 들어, 전달되는 편광된 광(LT)은 좌선회 원형 편광만을 갖고, 반사되는 편광된 광(LR)은 우선회 원형 편광만을 가질 수 있다. 즉, 광학 시트(200)는 광(L)의 바람직한 분리율을 가진다.
상술한 바와 같이, 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)이 적층된 층들의 수는 두 개의 인접하는 이방성 광학 필름들(예를 들어, 202와 204)의 광학축들(A) 사이에 형성된 각도(예를 들어, θ1)와 관련되므로, 광학 시트(200)는 바람직한 회전각도(θ)를 가질 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 광학 시트에 있어서, 두 개의 인접하는 이방성 광학 필름들의 광학축들 사이에 다른 각도들이 형성될 수 있다. 예를 들어, θ1은 θ2와 동일하지 않을 수 있다. 즉, 전체 회전각도(θ)에 있어서, 두 개의 인접하는 이방성 광학 필름들의 광학축들(A) 사이에 형성된 각도들은 동일한 것으로 제한되지는 않으며, 실제적인 제품에의 적용에 따라 결정될 수 있다.
상기 피치(dT)를 갖는 광학 시트(200)는 특정한 파장을 갖는 편광된 광을 반 사할 수 있다. 구체적으로는, 이와 같은 특정한 파장은 중심 파장(center wavelength)(λ)과 대역폭(bandwidth)(W)에 의해 형성된 주파수 대역(wave band)과 관련되며, 여기서 피치(dT), 중심 파장(λ)과 대역폭(W)은 λ=(ne+no)/2 × dT 및 W=|(ne-no) × dT|의 식을 만족한다. 다른 관점에서 보면, 특정 파장을 갖는 편광된 광은 피치(dT)를 갖는 광학 시트(200)를 통과할 수 있다. 예를 들면, 도 2e에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 있어서, 광(L)이 피치(dR)를 갖는 광학 시트(200)를 통과하고, 광학 시트(200)의 소정의 방향(D2)이 반시계 방향인 경우, 광학 시트(200R)는 우선회 원형 편광 방향인 적색 광(LRR)을 반사하기에 적합하고, 좌선회 원형 편광 방향인 적색 광(LTR)은 광학 시트(200R)를 투과할 수 있다. 이와 유사하게, 광(L)이 각각 피치(dG 또는 dB)를 갖는 광학 시트(200G 또는 200B)를 통과하는 경우 광학 시트(200G, 200B)는 각기 우선회 원형 편광 방향의 녹색 광(LRG)과 청색 광(LRB)을 반사 할 수 있으며, 좌선회 원형 편광 방향의 녹색 광(LTG)과 청색 광(LTB)은 광학 시트(200G, 200B)를 각기 투과할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 광학 시트(200)의 이방성 광학 필름(202, 204, 206, 208, 210, 212) 각각의 두께는, 예를 들면 동일하다고 할 수 있다. 도 2e에 도시한 바와 같이, 상기 피치(dR, dG, dB)는, 예를 들면, 동일한 두께(dR1, dG1, dB1)를 갖는 6개의 층들에 의해 각기 형성된다고 할 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예들에 있어서, 상기 광학 시트의 이방성 광학 필름들의 두께는 다를 수 있다. 도 2f에 도시한 바와 같이, 광학 시트들(200R', 200G', 200B')의 피치들(pitches)(dR', dG', dB')은, 예를 들면, 각기 다른 두께(dR1', dR2', dR3', dR4', dR5', dR6', dG1', dG2', dG3', dG4', dG5', dG6', dB1', dB2', dB3', dB4', dB5', dB6')들로 형성된다고 할 수 있다. 즉, 상기 피치들의 각각에 있어서, 이방성 광학 필름들의 각각의 두께는 동일한 것으로 제한되지 않는다.
이에 따라, 본 발명의 실시예들에 있어서, 광학 시트들(200, 200R, 200G, 200B, 200R', 200G', 200B')에 기초하여 특정 파장을 갖는 특정 편광된 광은 피치들(dT, dR, dG, dB, dR', dG', dB')의 값을 조정하여 얻을 수 있다. 여기서, 특정 편광 방향을 갖는 광의 상응하는 일부는 상기 광학 시트를 통과할 수 있고, 특정 편광 방향을 갖는 광의 다른 상응하는 부분은 상기 광학 시트에 의해서 반사될 수 있다.
종래의 액정 디스플레이(LCD)에 있어서, 광원으로부터 방사된 광의 일부는 편광자를 통과하였지만, 광의 나머지 부분은 편광자를 통과하면서 손실됨으로써 광원으로부터 방사된 광이 액정 디스플레이 내에서 에너지 손실이 있을 수 있었으며, 따라서 광원으로부터 방사된 광이 효율적으로 이용될 수 없었다. 본 발명의 실시예들에 있어서는, 종래 기술과 다르게 상기 광학 시트가 액정 디스플레이에 적용될 수 있으며, 이에 따라 상기 광학 시트로부터 반사된 광은 반사 특성을 갖는 물질이나 장치에 의해 상기 광학 시트를 다시 통과하도록 유도될 수 있기 때문에, 액정 디스플레이 내의 광이 효율적으로 활용될 수 있으며, 액정 디스플레이의 휘도 성능이 향상될 수 있다.
실시예 2
도 3a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학 시트의 단면도이다. 도 3a를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학 시트는 제1 실시예의 경우와 유사하지만, 제2 실시예에 따른 광학 시트(300)는 복수의 피치들(dR, dG, dB)을 가지며, 피치(dG)를 형성하는 하나의 세트의 이방성 광학 필름들(302G, 304G, 306G, 308G, 310G, 312G)은 피치(dR)를 형성하는 하나의 세트의 이방성 광학 필름들(302R, 304R, 306R, 308R, 310R, 312R)과 피치(dB)를 형성하는 하나의 세트의 이방성 광학 필름들(302B, 304B, 306B, 308B, 310B, 312B) 사이에 위치하는 점에서 차이가 있다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 피치들(dR, dG, dB)의 각 이방성 광학 필름들(302R-312R, 302G-312G, 302B-312B)의 조합은 다른 특정한 파장으로 편광된 광을 반사시키기에 적합하다. 여기서, 상기 편광된 광의 편광 방향들은 이방성 광학 필름들(302R-312R, 302G-312G, 302B-312B)에 있어서 광학축의 회전 방향에 따라 결정될 수 있으나, 이에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들에 있어서, 피치(dR)를 형성시키는 이방성 광학 필름들(302R, 304R, 306R, 308R, 310R, 312R)의 조합은 특정 편광 방향을 가진 적색 광을 반사시키기에 적합하고, 피치(dG)를 형성시키는 이방성 광학 필름들(302G, 304G, 306G, 308G, 310G, 312G)의 조합은 특정 편광 방향을 가진 녹색 광을 반사시키기에 적합하며, 피치(dB)를 형성시키는 이방성 광학 필름들(302B, 304B, 306B, 308B, 310B, 312B)의 조합은 특정 편광 방향을 가진 청색 광을 반사시키기에 적합할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 광학 시트(300)가 액정 디스플레이에 적용되는 경우, 광원의 에너지 손실이 감소될 수 있고, 액정 디스플레이의 전체 휘도 성능이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 피치를 형성하는 상기 이방성 광학 필름들은 동일한 두께를 가지고 있다. 상세하게는, 피치(dR)를 형성하는 이방성 광학 필름들(302R, 304R, 306R, 308R, 310R, 312R)은 두께(dR1)와 동일한 값을 가지고, 피치(dG)를 형성하는 이방성 광학 필름들(302G, 304G, 306G, 308G, 310G, 312G)은 두께(dG1)와 동일한 값을 가지며, 피치(dB)를 형성하는 이방성 광학 필름들(302B, 304B, 306B, 308B, 310B, 312B)은 두께(dB1)와 동일한 값을 가진다. 그러나, 다른 실시예들에 있어서, 피치를 형성하는 이방성 광학 필름들은 상이한 두께를 가질 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 실시예들에 따른 광학 시트의 이방성 광학 필름들의 두께는 각기 상기 광학 시트의 전체 회전 각도들의 각도가 각기 증가 또는 감소되는지에 따라 증가하거나 감소하는 것으로 정리될 수 있다. 예를 들면, 도 3b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다른 광학 시트의 단면도이다. 도 3b를 참조하면, 광학 시트(300A)는 피치(dR)를 형성하는 하나의 세트의 이방성 광학 필름들(302R, 304R, 306R, 308R, 310R, 312R)과 피치(dG)를 형성하는 하나의 세트의 이방성 광학 필름들(302G, 304G, 306G, 308G, 310G, 312G)과 피치(dB)를 형성하는 하나의 세트의 이방성 광학 필름들(302B, 304B, 306B, 308B, 310B, 312B)을 포함한다. 도 3b에 도시한 바와 같이, 각 피치들(dR, dG, dB)을 형성하는 상기 이방성 광학 필름들(302R-312R, 302G-312G, 302B-312B)의 각 두께들(dR1, dR2, dR3, dR4, dR5, dR6, dG1, dG2, dG3, dG4, dG5, dG6, dB1, dB2, dB3, ,dB4, dB5, dB6)은, 예를 들면, 점차 감소할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 각 두께들(dR1-dR6, dG1-dG6, dB1-dB6)은 점차 증가하게 된다.
광학 시트(300A)가 입사되는 광(L)을 편광된 광들(LT, LR)로 분리시키므로, 동일한 피치의 이방성 광학 필름들의 각 두께가 감소(또는 증가)로 분류되는 경우, 편광된 광(LR)은 상대적으로 큰 대역폭을 가진다. 본 발명의 바람직한 실시예들에 있어서, 편광된 광(LR)의 대역폭은 가시광선의 대역폭(예를 들면, 백색 광)이 되며, 이는 도 3c에 도시되어 있다. 도 3c는 반사율과 편광된 광의 파장 사이의 관계들을 나타내는 도면이다.
이방성 광학 필름들(302R-312R, 302G-312G, 302B-312B)은 보다 적층되어, 복 수의 피치들(dR), 다른 복수의 피치들(dG), 또 다른 복수의 피치들(dB)을 갖는 광학 시트(300')를 형성할 수 있다. 예를 들면, 도 3d에 도시한 바와 같이, 광학 시트(300')는 피치(dR)를 갖는 두 개의 세트의 이방성 광학 필름들(302R, 304R, 306R, 308R, 310R, 312R), 피치(dG)를 갖는 두 개의 세트의 이방성 광학 필름들(302G, 304G, 306G, 308G, 310G, 312G), 그리고 피치(dB)를 갖는 두 개의 세트의 이방성 광학 필름들(302B, 304B, 306B, 308B, 310B, 312B)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 피치들의 두께는 실제 제품에의 적용에 따라 결정되며, 본 발명의 실시예들에 의해 한정되는 것은 아니다. 광학 시트(300')는 동일한 피치를 갖는 복수의 이방성 광학 필름들을 구비하므로, 입사광은 광학 시트(200)를 투과한 다음 보다 우수한 분리 효과를 가질 수 있다.
실시예 3
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학 시트의 단면도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학 시트는 제2 실시예의 경우와 유사하지만, 피치들(dR, dG, dB)을 형성하는 이방성 광학 필름들(302R-312R, 302G-312G, 302B-312B)의 구성에 차이점이 있다. 구체적으로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학 시트(400)에 있어서, 피치(dG)를 형성하는 각 이방성 광학 필름들(302G, 304G, 306G, 308G, 310G, 312G)은, 예를 들면, 피치(dR)를 형성하는 이방성 광학 필름들(302R, 304R, 306R, 308R, 310R, 312R)과 피치(dB)를 형성하는 이방성 광학 필름들(302B, 304B, 306B, 308B, 310B, 312B) 사이에 각기 위치할 수 있다.
그러나, 본 발명의 다른 실시예들에 있어서, 피치들(dR, dG, dB)을 형성하는 어떠한 이방성 광학 필름들(302R-312R, 302G-312G, 302B-312B)도 교대로 적층될 수 있다. 예를 들어, 피치(dG)를 형성하는 하나의 이방성 광학 필름(302G)은, 피치(dR)를 형성하는 두 개의 이방성 광학 필름들(302R, 304R) 사이에 위치할 수 있고, 또한, 피치(dG)를 형성하는 다른 하나의 이방성 광학 필름(304G)은 피치(dB)를 형성하는 두 개의 이방성 광학 필름들(302B, 304B) 사이에 위치할 수 있지만, 이는 본 발명의 실시예들에 의해 한정되는 것은 아니다. 더욱이, 동일한 피치를 형성하는 이방성 광학 필름들은 각기 동일하거나 상이한 두께를 가질 수 있다.
실시예 4
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광학 시트의 단면도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 광학 시트는 제3 실시예의 경우와 유사하지만, 전술한 실시예들과 비교할 경우에 본 발명의 제5 실시예에 따른 광학 시트(500)는 λ/4 위상 지연 필름(510)을 더 구비하며, 이에 따라 광학 시트(500)는 선형 편광자를 형성한다. 여기서, 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212)은 순차적으로 적층되어 있고, λ/4 위상 지연 필름(510)은, 예를 들면, 이방성 광학 필름들(202, 204, 206, 208, 210, 212) 상에 배치될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광학 시트(500)는 복굴절의 특성을 가지므로, 광(L)은 서로 다른 편광 방향을 갖는 두 편광된 광들(LT, LR)로 분리될 수 있다. 이와 같은 두 편광된 광들(LT, LR)은 λ/4 위상 지연 필름(510)의 배치에 기초하여 선형 편광으로 전환될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광학 필름(500)은 전술한 실시예들의 경우와 실질적으로 동일한 이점을 가질 수 있으며, 광학 필름(500)이 액정 디스플레이에 적용되는 경우, 액정 디스플레이 광원의 에너지 손실을 감소시킬 수 있다. 더욱이, 광학 필름(500)은 전술한 실시예들의 다양한 설계 구조에 적용됨으로써, 다양한 요구를 충족시킬 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 광학 시트에 있어서, 다양한 이방성 광학 필름들의 광학축들을 적절히 구성함으로써, 특정한 편광 방향을 갖는 편광된 광을 재활용을 위해 반사시킬 수 있다. 본 발명에 따른 광학 시트를 액정 디스플레이에 적용시킬 경우, 액정 디스플레이 광원의 에너지 손실을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 액정 디스플레이의 휘도성능을 향상시킬 수 있다.
상술한 바에서는 본 발명의 실시예들을 예시적으로 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 액정 디스플레이의 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예들에 따른 광학 시트를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 이방성 광학 필름의 일예를 설명하기 위한 부분 입체도이다.
도 2c는 도 2a의 광학 시트의 입체도이다.
도 2d는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 광학 시트의 입체도이다.
도 2e 및 도 2f는 본 발명의 제1 실시예에 따른 6층의 광학 시트들의 단면도들이다.
도 3a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학 시트의 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 다른 광학 시트의 단면도이다.
도 3c는 본 발명의 제2 실시예에 따라 반사도와 편광된 광의 파장간의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다른 광학 시트의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학 시트의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광학 시트의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 액정 디스플레이 110 : 액정 패널
120 : 백 라이트 소스
202, 204, 206, 208, 210, 212 : 이방성 광학 필름
300, 400, 500 : 광학 시트

Claims (17)

  1. 상호 적층되는 복수의 이방성 광학 필름들을 구비하며,
    상기 이방성 광학 필름들은 각기 주축 굴절율들(nx, ny)은 평면상의 주축 굴절율들이고, 주축 굴절율(nz)은 두께 방향의 주축 굴절율인 복수의 주축 굴절율들(nx, ny, nz)을 가지며, 상기 이방성 광학 필름들 각각의 주축 굴절율(nx)은 상기 주축 굴절율들(nx, ny, nz) 중에서 최대 또는 최소이고,
    상기 이방성 광학 필름들은 각기 광학축을 가지며, 상기 광학축의 방향은 상기 주축 굴절율(nx)의 주축 방향과 실질적으로 동일하고, 상기 이방성 광학 필름들의 광학축들은 상기 이방성 광학 필름들의 두께 방향으로의 소정의 방향을 따라 연속적으로 회전하며, 상기 광학축들의 전체 회전각도는 실질적으로 360도 이상인 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이방성 광학 필름들 각각의 상기 주축 굴절율들(nx, ny, nz)이 ny=nz≠nx 또는 nx≠ny≠nz의 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 이방성 광학 필름들 각각의 상기 주축 굴절율(nx)은 상기 주축 굴절율들(nx. ny, nz) 중에서 최대이며, 상기 이방성 광학 필름들은 각기 양(positive)의 굴절율 이방성을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 소정의 방향은 시계 방향 또는 반 시계 방향인 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 이방성 광학 필름들의 두께 방향을 따른 상기 광학축들의 전체 회전 각도가 360도와 동일한 경우, 상기 이방성 광학 필름들의 두께의 합이 피치(pitch)를 형성하고, 상기 피치를 갖는 상기 이방성 광학 필름들이 특정 파장의 편광된 광을 반사하기에 적합한 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 이방성 광학 필름들은 복수의 피치들을 가지며, 상기 피치들 각각의 이방성 광학 필름들의 조합이 상이한 특정 파장의 편광된 광을 반사시키기에 적합한 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 이방성 광학 필름들은 제1 피치, 제2 피치 및 제3 피치를 가지며, 상기 제2 피치를 형성하는 하나의 세트의 이방성 광학 필름들이 상기 제1 피치를 형성하는 하나의 세트의 이방성 광학 필름들 및 상기 제3 피치를 형성하는 하나의 세트의 이방성 광학 필름들의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 이방성 광학 필름들은 제1 피치, 제2 피치 및 제3 피치를 가지며, 상기 제2 피치를 형성하는 이방성 광학 필름들은 각기 상기 제1 피치를 형성하는 각 이방성 광학 필름들 및 상기 제3 피치를 형성하는 각 이방성 광학 필름들의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  9. 제 6 항에 있어서, 동일한 피치를 형성하는 상기 이방성 광학 필름들은 동일한 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  10. 제 6 항에 있어서, 동일한 피치를 형성하는 상기 이방성 광학 필름들은 서로 상이한 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  11. 제 1 항에 있어서, 두 개의 인접하는 이방성 광학 필름들의 광학축들 사이에 동일한 각도가 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  12. 제 1 항에 있어서, 두 개의 인접하는 이방성 광학 필름들의 광학축들 사이에서 90도 이하의 각도가 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 이방성 광학 필름들은 각기 표면을 가지며, 상기 각 이방성 광학 필름들에 있어 상기 주축 굴절율(nx)의 주축 방향과 상기 표면 사이에 형성된 각도가 10도 이하인 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 시트는 원형(circular)의 편광자인 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  15. 제 1 항에 있어서, 인접하는 두 개의 이방성 광학 필름들 사이에 배치되는 등방성 광학 필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  16. 교대로 적층되는 복수의 이방성 광학 필름들; 및
    상기 광학 이방성 필름들 상에 배치되는 λ/4 위상 지연 필름을 구비하며,
    상기 이방성 광학 필름들은 각기 주축 굴절율들(nx, ny)은 평면상의 주축 굴절율들이고, 주축 굴절율(nz)은 두께 방향의 주축 굴절율인 복수의 주축 굴절율들(nx, ny, nz)을 가지며, 상기 이방성 광학 필름들 각각의 주축 굴절율(nx)은 상기 주축 굴절율들(nx, ny, nz) 중에서 최대 또는 최소이고,
    상기 이방성 광학 필름들은 각기 광학축을 가지며, 상기 광학축의 방향은 상기 주축 굴절율(nx)의 주축 방향과 실질적으로 동일하고, 상기 이방성 광학 필름들의 광학축들은 상기 이방성 광학 필름들의 두께 방향으로의 소정의 방향을 따라 연속적으로 회전하며, 상기 광학축들의 전체 회전각도는 실질적으로 360도 이상인 것을 특징으로 하는 광학 시트.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 광학 시트는 선형(linear)의 편광자인 것을 특징으로 하는 광학 시트.
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