KR20210108817A - 무채색 원편광판 및 이를 구비하는 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 무채색 원편광판 및 이를 구비하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
본 발명에서는 선편광자(polorizser)와, 상기 선편광자의 하부에 위치한 반분파장필름층(HWP)과, 상기 반분파장층 하부에 위치한 C 플레이트층 및 상기 C 플레이트층 하부에 위치한 사분파장필름층(QWP)을 포함하는 것을 특징으로 하는 무채색의 원편광판 및 이를 구비하는 디스플레이 장치가 개시된다.

Description

무채색 원편광판 및 이를 구비하는 디스플레이 장치{ACHROMATIC CIRCULAR POLARIZER AND DISPLAY APPARATUS WITH THE SAME}
본 발명은 무채색 원편광판 및 이를 구비하는 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 정면 및 측면의 빛샘 및 색균형 저하를 제거하거나 개선하는 무채색 원편광판 및 이를 구비하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
OLED 같이 반사가 강한 표면에서 빛이 출사되는 디스플레이에서 외부광이 디스플레이 패널에 입사되는 경우 외부에서 입사한 광은 디스플레이 내부의 반사에 의하여 디스플레이에서 출사되는 광신호가 약화되어 성능 저하가 발생되었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 1과 같이 원편광판을 사용하였다. 도 1에 제시된 구조에 의해서 외부에서 입사된 광은 원편광판에 의하여 좌원편광으로 바뀌어 입사되나 반사판에서 반사되어 우원편광으로 편광방향이 변경된다. 우원편광된 빛은 다시 좌원편광판에 의하여 소멸된다. 이때 관측자는 외부광이 소멸되어 디스플레이나 광학소자에서 출사되는 광신호만 관측하게 된다. 즉, 외부광에 의한 광신호 간섭등이 제거되어 디스플레이나 광학소자의 성능을 향상 시키게 된다.
일반적으로 원편광판은 선편광판과 QWP 위상차판로 구성되는데, 이때 사용하는 QWP를 정분산 필름으로 형성하면 이상적인 QWP보다 장파장 및 단파장에서 위상차의 편차로 인한 색특성 저하가 발생하게 되고 또한 시야각에서 위상차 편차에 의한 빛샘 및 색특성 저하가 나타나게 된다.
이를 해결하기 위하여 도 2와 같이 HWP(λ/2)와 QWP(λ/4)구조의 achromatic QWP 구조가 제안되었다. 또한 도 3과 같이 이상적인 위상차의 분산 특성과 유사한 역분산 특성을 가진 역분산 필름을 사용하고 시야각에서 광특성 향상을 위하여 C 플레이트의 위상차판을 사용하는 기술이 도입되었다.
도 4는 도 2 및 도 3에 제시된 반사필름의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다. 도 2의 HWP와 QWP로 구성된 원편광기는 정면에서 빛샘 및 색특성이 우수하지만, 측면에서 빛샘 및 색균형 저하가 발생함을 알 수 있다. 도 3과 같은 역분산 위상차판과 C 플레이트구조는 측면에서 광특성이 상대적으로 우수하지만, 정면에서 빛샘 및 색특성 저하가 발생하는 문제점이 발생하였다.
한국공개특허 제10-2014-0077580호 (2014.06.24. 공개) 한국등록특허 제10-1436441호 (2014.08.26. 등록)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, OLED용 원판광판에서 정면 및 측면의 빛샘 및 색균형 저하를 제거하거나 개선하는 무채색의 원편광판 및 이를 구비하는 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 상기 목적은 선편광자(polorizser)와, 선편광자의 하부에 위치한 반분파장필름층(HWP)과, 반분파장층 하부에 위치한 C 플레이트층 및 C 플레이트층 하부에 위치한 사분파장필름층(QWP)을 포함하는 것을 특징으로 하는 무채색의 원편광판에 의해서 달성할 수 있다.
본 발명의 상기 목적은 선편광자(polorizser)와, 선편광자의 하부에 위치한 반분파장필름층(HWP)과, 반분파장층 하부에 위치한 사분파장필름층(QWP)과, 사분파장필름층(QWP) 하부에 위치한 C 플레이트층을 포함하는 것을 특징으로 하는 무채색의 원편광판에 의해서도 달성 가능하다.
본 발명의 상기 목적은 선편광자(polorizser)와, 상기 선편광자의 하부에 위치한 C 플레이트층과, 상기 C 플레이트층 하부에 위치한 반분파장필름층(HWP)과, 상기 반분파장층(HWP) 하부에 위치하는 사분파장필름층(QWP)을 포함하는 것을 특징으로 하는 무채색의 원편광판에 의해서도 달성 가능하다.
바람직하게는 반분파장필름층(HWP)은 상기 선편광자 대비하여 15°특성을 가지며, 사분파장필름층(QWP)는 상기 선편광자 대비하여 75°특성을 갖도록 구성하는 것이 좋다.
반분파장필름층(HWP) 및 분파장필름층(QWP) 중 적어도 어느 하나는 액정폴리머를 코팅하여 경화하여 형성하거나 연신으로 제작된 플라스틱 필름으로 형성할 수 있으며, C 플레이트는 수직 배향된 액정폴리머 필름으로 형성되며 Rth는 아래 관계식 1과 같이 정의되고 -40 ~ -140nm인 것을 특징으로 한다.
관계식 1
Figure pat00001
- 관계식 1에서 nx, ny, nz는 각 방향의 굴절율을 나타내며, d는 필름의 두께를 의미함-
상하로 이웃하여 적층되는 반분파장필름층(HWP), 사분파장필름층(QWP) 및 C 플레이트 사이 중 적어도 하나의 사이층에는 투명 광학 접착층(OCA)이 더 구비되도록 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 무채색의 원편광판에 의해서 정면 및 측면의 빛샘 및 색균형 저하를 제거하거나 개선할 수 있게 되었다. 또는 본 발명에 따른 무채색의 원편광판을 구비하는 디스플레이 장치는 개선된 정면 및 측면의 빛샘 및 색특성을 제공할 수 있게 되었다.
도 1은 선편광판과 위상차판으로 구성되는 종래 편광판의 반사 방지 원리를 설명하는 개념도.
도 2는 HWP 및 QWP를 갖는 종래 편광판의 구조도.
도 3은 역분산 QWP 및 C 플레이트를 갖는 종래 편광판의 구조도.
도 4는 도 2 및 도 3에 제시된 편광판의 빛샘 및 색특성에 대한 시뮬레이션 결과.
도 5는 본 발명에 따른 일 실시예인 무채색 원편광판의 필름 구조도.
도 6은 도 5에 제시된 무채색 원편광판의 빛샘과 색 특성에 대한 시뮬레이션 결과.
도 7은 본 발명에 따른 무채색 원편광판의 제1변형예에 대한 구조도.
도 8은 도 7(a)에 제시된 무채색 원편광판의 빛샘 및 색특성에 대한 시뮬레이션 결과.
본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서, "~ 상에 또는 ~ 상부에" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에 또는 상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에 또는 상부에" 접촉하여 있거나 간격을 두고 있는 경우 뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서, 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.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예, 장점 및 특징에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명에 따른 일 실시예인 무채색 원편광판의 필름 구조를 도시한 것이다. 본 발명의 실시예에서는 정면 및 측면의 빛샘에 의한 광특성 저하 개선하기 위하여 HWP(Halfwave Plate, 반분파장필름층)와 QWP(quarterwave Plate, 사분파장필름층) 사이에 C 플레이트(plate)를 위치하는 구조를 제안하였다. 도 6은 도 5에 제시된 무채색 원편광판의 빛샘과 색 특성에 대한 시뮬레이션 결과이다.
도 4 및 도 6의 시뮬레이션 결과를 비교하면, 본 발명에 따른 무채색 원편광판은 단순 HWP, QWP구조보다 측면의 빛샘 및 색특성이 개선되었고, 역분산 LC와 C 플레이트구조보다는 정면특성이 우수한 특성을 가짐을 확인할 수 있다.
표 1은 이상적인 원편광판과 도 2, 도 3 및 도 5(본 발명)에 따른 시뮬레이션 특성 데이터를 표시한다. 표 1에서도 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 구조는 HWP+QWP(도 2 구조)보다는 측면의 색 특성이 개선되고, 역분산 LC 구조(도 3 구조)보다는 측면(시야각) 특성이 개선됨을 알 수 있다.
빛샘 이상적 구조 도 2 구조
(HWP+QWP)
도 3 구조
(역분산LC+C plate)
본 발명(도 5)
(HWP+C plate+QWP)
정면 0 0.0009 0.0024 0.0009
시야각 0.008 0.0298 0.0074 0.011
도 5에 제시된 무채색 원편광판을 구성하는 각 층에 구비되는 특성을 정의한다.
- HWP는 정분산 특징을 가지는 필름으로 550nm 파장 기준으로 275nm이고 그 범위는 240 ~ 290nm이며, 편광판 대비 15도의 각도를 가지도록 구성하며, 액정 폴리머를 코팅하여 경화하여 제작하거나 연신으로 제작한 플라스틱 필름으로 제작 가능한다.
- QWP는 정분산 특징을 가지는 필름으로 550nm 파장 기준 137.5nm이고 그 범위는 120 ~ 145nm이며, 편광판 대비 75도의 각도를 가지도록 구성하며, 액정 폴리머를 코팅하여 경화하여 제작하거나 연신으로 제작한 플라스틱 필름으로 제작 가능한다.
- C 플레이트의 Rth는 수학식 1과 같이 정의되고 -40 ~ -140nm가 가능하나 -60nm ~ -110nm가 바람직하며, 수직 배향된 액정 폴리머 필름으로 형성하는 것이 바람직하다. Rth는 면내 평균굴절률에 대한 두께방향의 굴절률의 차이를 나타낸 두께 방향 위상차값이다.
Figure pat00002
수학식 1에서 nx, ny, nz는 각 방향의 굴절율을 나타내며, d는 필름의 두께를 의미한다.
통상적으로 위상차의 플레이트 종류는 1) 빛이 특정 방향으로 진행할 때, 그 진행 방향 상의 모든 진동 방향의 굴절률이 모두 동일하여, 그 진행 방향으로 진행하는 빛의 위상차가 존재하지 않는 빛의 진행방향인 광축이 면내방향으로 존재하는 경우는 A 플레이트; 2) 광축이 면의 수직방향으로 존재하는 경우는 C 플레이트; 및 3) 광축이 두 개 존재할 때는 B 플레이트라고 한다. 이를 더 구체적으로 구분하면 다음과 같다.
(1) Nz = -∞ : +C 플레이트(POSITIVE C 플레이트), nz>nx=ny
(2) Nz < 0 : +B 플레이트(POSITIVE B 플레이트), nz>nx>ny
(3) Nz = 0 : -A 플레이트(NEGATIVE A 플레이트), nx=nz>ny
(4) 0 < Nz < 1 : Z축 배향 필름, nx>nz>ny
(5) Nz = 1 : +A 플레이트(POSITIVE A 플레이트), nx>ny=nz
(6) 1 < Nz : -B 플레이트(NEGATIVE B 플레이트), nx>ny>nz
(7) Nz = ∞ : -C 플레이트(NEGATIVE C 플레이트), nx=ny>nz
그러나, 상기와 같은 정의는 이론적인 것으로서, 상기 정의에 완벽하게 일치하는 A 플레이트, B 플레이트 및 C 플레이트를 만드는 것은 실제적으로는 매우 어렵다. 따라서, 통상적으로는 필요에 따라 상기 정의를 크게 벗어나지 않는 범위 내에서 굴절률비, 정면 위상차 등의 값을 일정한 범위로 설정하여 구분한다. 이러한 측면에서, 본 발명에 있어서는 굴절률비(Nz)가 -6 이하인 경우도 +C 플레이트로 판단하도록 한다.
도 7은 본 발명에 따른 무채색 원편광판의 제1변형예에 대한 구조도를 도시한다. 도 5와 같이 HWP와 QWP 사이에 C 플레이트가 위치하는 것이 성능 측면에서 가장 바람직하나, 도 7(a) 또는 (b)에 도시된 구조가 사용 가능함을 확인하였다. 도 8은 도 7(a)에 제시된 무채색 원편광판의 빛샘 및 색특성에 대한 시뮬레이션 결과이다. 도 6에 제시된 시뮬레이션 결과보다는 성능이 약간 저하되나 도 4에 제시된 종래 원편광필름에 대한 시뮬레이션 결과보다는 빛샘 및 색특성이 뛰어남을 알 수 있다. 도 7(b)에 제시된 필름 구조의 시뮬레이션 결과는 도 7(a) 구조의 필름과 거의 동일하므로 별도로 도시하지 않았다.
지금까지 설명상에서는 HWP, C 플레이트 및 QWP를 별도의 접착층 없이 직접 부착시키는 것이 가능하나 필요에 따라서 적어도 어느 한 층 사이를 접착시 투명 접착 필름(OCA, Optically Clear Adhesive)를 개재하여도 무방하다.
도 9는 본 발명에 따른 무채색의 원편광판이 구비된 디스플레이 장치의 단면도이다. 디스플레이 장치는 디스플레이부(30)와, 그 상부에 부착 구비되는 본 발명에 따라 제조된 도 5에 제시된 무채색의 원편광판(10)으로 구성된다. 디스플레이부(30)는 OLE, LCD, 마이크로 LED 등으로 형성될 수 있다. 실제 디스플레이 장치는 디스플레이부(30)가 무채색의 원편광판(10)보다 훨씬 두꺼우나 도 9에서는 설명의 편의상 무채색의 원편광판(10)의 구조를 보여주기 위해 과장하여 두껍게 도시하였음을 이해하기 바란다.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확히 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
10: 무채색의 원편광판
30: 디스플레이부

Claims (8)

  1. 선편광자(polorizser)와, 상기 선편광자의 하부에 위치한 반분파장필름층(HWP)과, 상기 반분파장층 하부에 위치한 C 플레이트층 및 상기 C 플레이트층 하부에 위치한 사분파장필름층(QWP)을 포함하는 것을 특징으로 하는 무채색의 원편광판.
  2. 선편광자(polorizser)와, 상기 선편광자의 하부에 위치한 반분파장필름층(HWP)과, 상기 반분파장층 하부에 위치한 사분파장필름층(QWP)과, 상기 사분파장필름층(QWP) 하부에 위치한 C 플레이트층을 포함하는 것을 특징으로 하는 무채색의 원편광판.
  3. 선편광자(polorizser)와, 상기 선편광자의 하부에 위치한 C 플레이트층과, 상기 C 플레이트층 하부에 위치한 반분파장필름층(HWP)과, 상기 반분파장층(HWP) 하부에 위치하는 사분파장필름층(QWP)을 포함하는 것을 특징으로 하는 무채색의 원편광판.
  4. 제1항 내지 제3항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서,
    상기 반분파장필름층(HWP)은 정분산 특성을 가지며 상기 선편광자 대비하여 15°특성을 가지며, 상기 사분파장필름층(QWP)는 정분산 특성을 상기 선편광자 대비하여 75°특성을 갖는 것을 특징으로 하는 무채색의 원편광판.
  5. 제1항 내지 제3항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서,
    상기 반분파장필름층(HWP) 및 상기 사분파장필름층(QWP) 중 적어도 어느 하나는 액정폴리머를 코팅하여 경화하여 형성되는 것을 특징으로 하는 무채색의 원편광판.
  6. 제1항 내지 제3항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서,
    상기 반분파장필름층(HWP) 및 상기 사분파장필름층(QWP) 중 적어도 어느 하나는 액정폴리머를 코팅하여 경화하여 형성되고, 상기 C 플레이트는 수직 배향된 액정폴리머 필름으로 형성되며 Rth는 아래 관계식 1과 같이 정의되고 -40 ~ -140nm인 것을 특징으로 하는 무채색의 원편광판.
    관계식 1
    Figure pat00003

    - 관계식 1에서 nx, ny, nz는 각 방향의 굴절율을 나타내며, d는 필름의 두께를 의미함-
  7. 제1항 내지 제3항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서,
    이웃하여 적층되는 상기 반분파장필름층(HWP), 상기 사분파장필름층(QWP) 및 C 플레이트 사이 중 적어도 하나에는 투명 광학 접착층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 무채색의 원편광판.
  8. 디스플레이부와,
    상기 디스플레이부 상부에 부착되는 제1항 내지 제3항 중에서 선택된 어느 한 항의 무채색의 원편광판을 포함하는 디스플레이 장치.

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