KR20120040413A - 와이어 그리드 편광자 및 이를 포함하는 백라이트유닛 - Google Patents

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KR20120040413A
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grid polarizer
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이영재
김진수
이준
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명은 백라이트 유닛에 적용되는 와이어 그리드 편광자에 관한 것으로, 구체적으로 본 발명의 와이어 그리드 편광자는 기판의 일면 또는 양면에 형성되는 금속격자패턴을 구비하되, 상기 금속격자패턴의 일부 또는 전부에 형성되는 흑화처리층을 포함하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 미세 금속격자패턴에 흑화처리층을 구현하여, 백라이트 유닛의 외부로부터 유입되는 광의 표면 재반사율을 현저하게 낮추어 명암비의 향상폭을 증진시키며, 가독성을 향상시킬 수 있는 와이어 그리드 편광자를 제공하는 효과가 있다.

Description

와이어 그리드 편광자 및 이를 포함하는 백라이트유닛{A WIRE GRID POLARIZER AND BACKLIGHT0UNIT UAING THE SAME}
본 발명은 고휘도를 얻을 수 있음과 아울러 공정 수를 줄일 수 있는 와이어 그리드 편광자와 이를 이용하에 제조되는 백라이트 유닛에 관한 것이다.
일반적으로, 편광자 혹은 편광 소자란 자연광과 같은 비편광된 빛 중에서 특정한 진동 방향을 갖는 직선 편광을 끌어내는 광학 소자를 의미한다. 광학소자 중의 한 종류인 와이어 그리드 편광자는 전도성 와이어 그리드(wire grid)를 이용하여 편광을 만들어낸 광학소자이다. 이는 다른 편광자에 비해 높은 편광분리성능을 갖기 때문에 오래전부터 적외선 영역의 파장대에 있어 유용한 반사형 편광자로 사용되어 왔다.
일반적으로, 입사되는 전자기파의 반 파장보다 금속 선 배열의 주기가 짧을 경우, 금속선과 평행한 편광 성분(s 파)은 반사되고 수직한 편광 성분(p 파)은 투과한다. 이 현상을 이용하면 편광 효율이 우수하고, 투과율이 높으며, 시야각이 넓은 평판 편광자(planar polarizer)를 제작할 수 있다. 이러한 소자를 선 격자 편광자 또는 와이어 그리드 편광자(wire grid polarizer)라고 한다.
도 1a는 종래의 와이어그리드 편광자의 구조와 기능을 도시한 것으로, 일정한 주기(A)를 가지고 배치되는 일정 두께(h)의 금속격자(2)가 기판(1)상에 배열된 구조를 구비하며, 이러한 와이어 그리드 편광자의 미세 금속격자의 주기는 특히 가시광선 파장의 절반 이하로 제작하게 된다. 이러한 와이어 그리드 편광자는 입사광의 파장보다 충분히 작을 경우 비편광 상태의 빛이 입사될 때 전도성의 와이어 그리드와 직교하는 벡터를 가지는 성분, 즉 P 편광은 투과하고 와이어 그리드와 평행한 벡터를 가지는 성분, 즉 S 편광은 반사시키게 된다.
이러한 와이어 그리드 편광자는 반사형 편광판으로 이용하며 의도하지 않은 하부방향의 광원의 편광을 와이어 그리드 편광자를 기준으로 하면 방향으로 반사시키고, 반사판에 의해 상면으로 재반사된 광을 재활용하는 목적으로 사용되게 된다.
그러나 와이어 그리드 편광자가 백라이트 유닛에 적용되는 경우, 백라이트 유닛의 외부에서 유입되는 광이 와이어 그리드 편광자까지 도달하게 되면, 역으로 이러한 광까지 재반사하게 되는 문제가 발생하게 되며, 이는 명암비가 저하되는 문제를 초래하게 된다.
도 1b는 와이어 그리드 편광자(50)이 장착된 사이드 에지형 백라이트 유닛의 구현례를 도시한 것이며, 도 1c는 와이어 그리드 편광자가 장착된 직하형 백라이트 유닛의 구조를 도시한 개념도이다.
각각의 경우, 램프(20)에서 출사한 광은 상부로 진행하게 되며, 이를 유도하는 도광기능을 하는 제1기판(30)과 확산기능을 하는 제2기판(40)을 구비하며, 그 상부에 와이어 그리드 편광자(50)이 배치되게 된다.
그러나 이러한 와이어 그리드 편광자(50)의 미세 금속격자(51)는 기본적으로 일정한 방향의 편광은 반사시키는 역할을 하기 때문에, 와이어 그리드 편광자 하부의 광원으로부터 접근하는 광을 반사시키는 특성과 동등한 수준으로 와이어 그리드 편광자의 상부에서 접근하는 광역시 반사시키는 특성을 가지게 된다. 따라서 백라이트 유닛의 상부에서 유입된 광을 높은 반사율로 재반사할 경우, 백라이트 유닛의 명암비에 악영향을 주게 된다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 미세 금속격자패턴에 흑화처리층을 구현하여, 백라이트 유닛의 외부로부터 유입되는 광의 표면 재반사율을 현저하게 낮추어 명암비의 향상폭을 증진시키며, 가독성을 향상시킬 수 있는 와이어 그리드 편광자를 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 기판의 일면 또는 양면에 형성되는 금속격자패턴; 상기 금속격자패턴의 일부 또는 전부에 형성되는 흑화처리층;을 포함하는 와이어 그리드 편광자을 제공한다.
특히, 상술한 구조에서 상기 흑화처리층은, 상기 금속격자패턴의 일부 또는 전부에 유기물 또는 무기물로 흑화처리하되, 상기 흑화처리된 기판의 표면 반사율은 40% 이하가 되도록 구현할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자의 상기 금속격자패턴의 주기는 100nm~250nm의 범위에서 구현할 수 있다. 이 경우 상기 금속격자패턴은, 알루미늄, 크롬, 은, 구리, 니켈, 코발트 중 선택되는 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자에서 상기 기판의 양면에 금속격자패턴이 구현되는 경우, 기판의 상면과 하면에 형성되는 금속격자패턴은 서로 상이한 금속물질로 구현될 수 있다.
또한, 상술한 구조의 상기 금속격자패턴의 폭과 높이의 비율은 1:(0.5~5)로 구현할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자의 상기 금속격자패턴과 상기 기판 사이에 배치되는 폴리머층을 더 포함하여 구성할 수 있으며, 이 경우 상기 금속격자패턴의 하부의 폴리머층은, 상기 금속격자패턴에 폭에 (0.2~1.5)배의 폭을 구비하는 돌출구조의 폴리머격자상에 상기 금속격자패턴이 형성되는 구조로 구현할 수 도 있다.
상술한 구조의 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자는, 이를 포함하는 백라이트 유닛으로 구현할 수 있다.
구체적으로, 광원에서 출사한 광을 전방으로 유도하는 제1기판; 상기 제1기판의 상부에 배치되는 제2기판; 상기 제1기판 또는 제2기판의 상부면 또는 하부면에 배치되는 상술한 구조의 와이어 그리드 편광자;가 배치되며, 나아가 상기 제1기판의 하부에 배치되는 반사판을 포함하는 구조로 백라이트 유닛을 구현할 수 있다.
이 경우, 상기 와이어 그리드 편광자 중 최상부에 배치되는 와이어 그리드 편광자의 표면에 배치되는 금속격자의 일부 또는 전체에 유기물 또는 무기물로 흑화처리된 흑화처리층을 구비함이 바람직하며, 특히 상기 와이어 그리드 편광자가 2 이상 포함되는 경우, 각각의 와이어 그리드 편광자를 구성하는 금속격자패턴의 구성 금속은 서로 상이한 금속으로 구성할 수 있다.
아울러, 상기 제1기판은, 확산, 도광, 집광 중 어느 하나 이상의 기능을 수행하는 기판 또는 광학시트일 수 있다.
또한, 상기 제2기판의 두께는 10um~5mm를 구비하며, 상기 제2기판의 가시광선 투과율은 75%이상을 구비하도록 구현할 수 있다.
본 발명에 따르면, 미세 금속격자패턴에 흑화처리층을 구현하여, 백라이트 유닛의 외부로부터 유입되는 광의 표면 재반사율을 현저하게 낮추어 명암비의 향상폭을 증진시키며, 가독성을 향상시킬 수 있는 와이어 그리드 편광자를 제공하는 효과가 있다.
도 1a는 종래의 와이어 그리드 편광자의 구조 및 작용을 도시한 개념도이다.
도 1b는 와이어 그리드 편광자가 장착된 사이드 에지형 백라이트 유닛의 구현례를 도시한 것이며, 도 1c는 와이어 그리드 편광자가 장착된 직하형 백라이트 유닛의 구조를 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자의 구조를 도시한 요부 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다른 실시예에 따른 와이어 그리드 편광자의 구조를 도시한 요부 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 또 다른 실시예에 따른 와이어 그리드 편광자의 구조를 도시한 요부 단면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 와이어 그리드 편광자를 구성하는 미세 금속격자의 표면을 흑화처리하는 흑화처리층을 구비하여 광의 재반사율을 현저하게 낮추어 명암비를 향상시킬 수 있도록 하는 것을 그 요지로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 와이어그리드 편광자의 구현례를 도시한 것이다.
본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자는 기판(110)의 일면 또는 양면에 형성되는 금속격자패턴(130)을 구비하며, 상기 금속격자패턴(130)의 일부 또는 전부에 형성되는 흑화처리층(140)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 기판(110)은 상기 기판으로는 가시광선을 투과시킬 수 있는 유리 기판, Quartz, 아크릴, PC 및 PET 등을 포함하는 다양한 고분자 등이 사용될 수 있다.
아울러, 상기 금속격자패턴(130)은 금속재질의 미세 돌출패턴이 일정한 주기를 가지고 배열되는 구조를 구비하며, 알루미늄, 크롬, 은, 구리, 니켈, 코발트 중 선택되는 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금을 이용하여 형성할 수 있다. 여기에서 주기란 하나의 금속격자패턴(130)과 이웃하는 금속격자패턴의 거리를 의미한다. 또한, 상기 금속격자패턴(130)의 단면의 형상은 사각형, 삼각형, 반원형 등 다양한 구조를 가질 수 있고, 삼각형, 사각형, 사인파 등의 형태로 패턴된 기판 위 일부에 형성된 금속 선 형태를 가질 수도 있다. 즉, 단면의 구조에 관계없이 한쪽 방향으로 일정한 주기를 갖고 길게 늘어선 금속 선 격자를 형성한 것은 모두 사용될 수 있다. 이 경우 주기는 사용하는 빛의 파장의 반 이하가 될 수 있으며, 따라서 그 주기는 100nm~250nm의 범위에서 형성 되는 것이 바람직하다.
또한, 보다 바람직한 본 발명의 실시예에서는 상기 금속격자패턴(130)의 폭과 높이의 비율의 1:(0.5~1.5)로 구현할 수 있다.
상기 흑화처리층(140)은 기본적으로 상기 금속격자패턴(130)의 일부 또는 전부를 유기물 또는 무기물로 흑화처리하여 구현될 수 있다. 즉, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서의 흑화처리란 유기물 또는 무기물을 이용하여 금속격자패턴(130)의 표면을 커버하는 구조의 커버막을 형성하는 것을 의미하며, 더욱 바람직하게는 흑화처리층으로 인해 기판의 표면 반사율이 40% 이하로 구현되도록 할 수 있다.
이러한 흑화처리를 수행할 수 있는 유기물 종류로는 크롬 산화물 또는 카본이 함유된 물질을 이용할 수 있으며, 무기물은 구리에 대한 산화처리 공정으로 수행될 수 있다. 즉, 무기물의 경우 상술한 금속 격자 패턴 위에 구리를 증착 후, 구리만 금속 격자 패턴에 일부분 또는 전체에 형성시키기 위에 구리를 에칭한 하고, 이후 구리를 흑화 시키기 위한 습식 또는 건식의 금속 산화(흑화) 공정을 진행시키는 공정으로 수행될 수 있다. 또는, 크롬을 금속 격자 패턴 위에 증착 후 상기와 같이 금속 격자 패턴에 일부분 또는 전체에 형성시키기 위한 에칭을 하여 흑화처리층을 형성할 수도 있다.
아울러 상술한 본 발명에 따른 와이어그리드편광자는 상기 기판(110)과 금속격자패턴(130)의 사이에 고분자층(120)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 고분자층(120)은 폴리머재질의 고분자층으로 상기 기판(110)과 금속격자패턴(130)의 결합력을 향상시켜 내구성을 향상시킬 수 있게 하는 기능을 수행한다.
도 3은 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자의 다른 구현례를 도시한 것이다.
도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자는 도 2에서 구현된 구조 외에 기판(110)의 양쪽에 금속격자패턴(130, 131)을 구현하는 구조로 형성할 수 있다. 물론 이 경우 상기 기판(110)과 금속격자패턴(130, 131) 사이에는 밀착력을 향상시키기 위한 폴리머층(120, 121)이 더 포함될 수 있다.
아울러, 상기 금속격자패턴(130, 131)의 일부 또는 전부에는 상술한 흑화처리층(140)을 양쪽 모두의 금속격자패턴이나 어느 한쪽의 금속격자패턴에 구현할 수 있다. 도시된 도면은 한쪽면에 흑화처리층이 구현된 일례를 도시하였다. 물론 상기 흑화처리층의 구현으로 인해, 상기 기판의 표면 반사율이 40% 이하로 구현되도록 함은 상술한 바와 같다. 또한, 상기 금속격자패턴은, 알루미늄, 크롬, 은, 구리, 니켈, 코발트 중 선택되는 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있으며, 특히 상기 기판의 양면에 금속격자패턴이 구현되는 경우, 기판의 상면과 하면에 형성되는 금속격자패턴은 서로 상이한 금속물질로 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 또 다른 구현례를 도시한 것이다.
기판(110)과 폴리머층(120), 그리고 금속격자패턴(130)이 구현되는 구조는 동일하나, 본 실시예에서는 상기 폴리머층(120)이 일정한 주기를 가지고 돌출되는 패턴 구조를 구비하며, 상기 금속격자패턴(130)은 상기 폴리머층의 돌출구조면에 형성될 수 있다.
즉, 상기 금속격자패턴(130)을 제2격자라고 명명하고, 그 하부의 폴리머층의 돌출패턴인 폴리머격자를 제1격자라고 정의한다면, 와이어 그리드 편광자는 이러한 와이어 그리드 편광자에서 각각 이 두 개의 격자 높이와 폭에 따라 투과율을 조절할 수 있다. 동일 피치에서 격자 폭이 넓어지면 투과율은 낮아지고 편광 소멸비는 높아지게 되는바, 최대의 편광 효율을 확보하기 위해서는 피치가 감소할수록 편광 특성이 증가되며, 동일 격자 간의 거리 및 동일 격자의 폭으로 형성할 경우에 격자 높이가 증가할수록 편광 특성이 증가되며, 동일 격자 간의 거리 및 동일 격자의 높이로 형성할 경우에 격자의 폭이 증가할수록 편광 특성이 향상된다. 이 경우 본 발명에서의 상기 금속격자패턴에 폭에 (0.2~1.5)배의 폭을 구비하도록 제2격자의 폭을 조절함이 바람직하다.
상술한 도 2 내지 도 4에서 제시한 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자를 이용하여 백라이트 유닛을 구현할 수 있다.
즉, 도 2a 및 도 2b에서 제시한 일반적인 백라이트 유닛의 구조에 와이어 그리드 편광자를 1개 또는 2개 이상 포함하도록 하는 구조의 백라이트 유닛을 형성하고, 특히 와이어 그리드 편광자가 2개 이상 배치되는 경우에는 각각의 와이어 그리드 편광자의 금속격자패턴의 금속물질은 서로 상이한 것을 이용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 가장 상부 방향에 배치되는 와이어 그리드 편광자의 경우 본 발명의 요지와 같이 금속격자패턴의 일부 또는 전부에 흑화처리층을 구비하도록 구현함이 바람직하다. 이를 통해 백라이트 유닛의 외부로 부터 유입된 광의 표면 재반사율을 40%이하로 낮추어 백라이트 유닛의 명암비를 개선할 수 있고 가독성을 향상시킬 수 있게 된다.
구체적으로는 본 발명에 따른 백라이트 유닛은, 도 1b 또는 도 1c에서와 같이 직하형 또는 사이드에지형을 불문하고 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자를 포함하여 구현될 수 있다. 즉, 일반적인 백라이트 유닛의 구조로서, 광원에서 출사한 광을 전방으로 유도하는 제1기판을 구비할 수 있으며, 상기 제1기판의 상부에 배치되는 제2기판을 구비할 수 있다. 상기 제1기판은 도광, 확산, 집광 중에서 어느 하나 이상의 기능을 수행하는 기능을 수행할 수 있다. 또한 상기 제2기판은 확산, 프리즘 기능을 수행하는 기능을 수행할 수 있으며, 제2기판의 경우 두께가 10um~5mm의 범위에서 구현되며, 가시광선의 투과율은 75% 이상을 구비함이 바람직하다.
이러한 기본 구조에 상기 제1기판 또는 제2기판의 상부면 또는 하부면에 본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자가 배치될 수 있으며, 나아가 상기 제1기판의 하부에 배치되는 반사판을 더 포함할 수 있다.
어떠한 구조로 구현이 되는 백라이트 유닛이던, 광원에서 최외각에 배치되는 와이어 그리드 편광자의 금속격자패턴에는 흑화처리층을 구비하여, 흑화처리된 방향의 표면 반사율이 40% 이하가 되도록 구현함이 바람직하며, 기판과 금속격자패턴 상이에는 폴리머층을 구현하여 결합력 및 내구력을 향상시키거나 편광효율을 극대화하는 구조로 변형이 가능함은 상술한 바와 같다.
본 발명에 따른 와이어 그리드 편광자는 상술한 백라이트 유닛이 적용된 액정표시장치에 이용될 수 있으며, 나아가 3차원 입체영상을 구현할 수 있는 디스플레이 장치에도 적용되어 높은 휘도와 신뢰도를 구현할 수 있는 범용성이 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 기판
120: 폴리머층
130: 금속격자패턴
140: 흑화처리층

Claims (14)

  1. 기판의 일면 또는 양면에 형성되는 금속격자패턴;
    상기 금속격자패턴의 일부 또는 전부에 형성되는 흑화처리층;
    을 포함하는 와이어 그리드 편광자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 흑화처리층은,
    상기 금속격자패턴의 일부 또는 전부에 유기물 또는 무기물로 흑화처리하되,
    상기 흑화처리된 기판의 표면 반사율은 40% 이하가 되도록 구현되는 와이어 그리드 편광자.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 금속격자패턴의 주기는 100nm~250nm인 와이어 그리드 편광자.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 금속격자패턴은, 알루미늄, 크롬, 은, 구리, 니켈, 코발트 중 선택되는 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금으로 형성되는 와이어 그리드 편광자.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 기판의 양면에 금속격자패턴이 구현되는 경우,
    기판의 상면과 하면에 형성되는 금속격자패턴은 서로 상이한 금속물질로 구현되는 와이어 그리드 편광자.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 금속격자패턴의 폭과 높이의 비율은 1:(0.5~5)인 와이어 그리드 편광자.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속격자패턴과 상기 기판 사이에 배치되는 폴리머층을 더 포함하는 와이어 그리드 편광자.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 금속격자패턴의 하부의 폴리머층은,
    상기 금속격자패턴에 폭에 (0.2~1.5)배의 폭을 구비하는 돌출구조의 폴리머격자상에 상기 금속격자패턴이 형성되는 와이어 그리드 편광자.
  9. 광원에서 출사한 광을 전방으로 유도하는 제1기판;
    상기 제1기판의 상부에 배치되는 제2기판;
    상기 제1기판 또는 제2기판의 상부면 또는 하부면에 배치되는 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항의 와이어 그리드 편광자;
    상기 제1기판의 하부에 배치되는 반사판을 포함하는 백라이트 유닛.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 와이어 그리드 편광자 중 최상부에 배치되는 와이어 그리드 편광자의 표면에 배치되는 금속격자의 일부 또는 전체에 유기물 또는 무기물로 흑화처리된 흑화처리층을 구비하는 백라이트 유닛.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 와이어 그리드 편광자가 2 이상 포함되는 경우,
    각각의 와이어 그리드 편광자를 구성하는 금속격자패턴의 구성 금속은 서로 상이한 금속으로 구성되는 백라이트 유닛.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1기판은,
    확산, 도광, 집광 중 어느 하나 이상의 기능을 수행하는 기판 또는 광학시트인 백라이트 유닛.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2기판의 두께는 10um~5mm인 백라이트 유닛.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2기판의 가시광선 투과율은 75%이상인 백라이트 유닛.



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