KR20060042481A - 반사형 편광판을 포함하는 액정 디스플레이 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반사형 편광판을 포함하는 액정 디스플레이에 관한 것으로써, 광원에서 발산되는 빛을 반사시켜 상부로 발산하는 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛 상부에 적층되어, 화소를 형성하는 액정 패널; 및 상기 백라이트 유닛과 상기 액정 패널의 사이에 위치하여 상기 백라이트 유닛에서 발산되는 빛의 일부를 상기 백라이트 유닛으로 재 반사시키는 선 격자 편광자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 편광판을 포함한다.
액정, 디스플레이, LCD, 편광, 격자
Description
도 1은 액정 디스플레이의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 디스플레이의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선 격자 편광자의 원리를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 디스플레이의 동작원리를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 디스플레이의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 디스플레이의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 선 격자 편광자의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선 격자 편광자의 단면도이다.
{도면의 주요 부호에 대한 설명}
10 : 백라이트 유닛 11 : 액정 패널
101 : 광원 102 : 반사판
103 : 도광판 104 : 확산판
105 : 프리즘 판 106 : 하부 편광 필름
107 : 상부 편광 필름 300 : 선 격자 편광자
301 : 기판 302, 302a, 302b : 금속 그레이팅
701 : 보호막
본 발명은 반사형 편광판을 포함하는 액정 디스플레이에 관한 것으로써, 특히 반사형 편광판인 선 격자 편광자를 이용하여 휘도가 향상되는 액정 디스플레이에 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 액정의 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 패널 뒤쪽에 위치한 반 사판(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 투과형 액정 디스플레이의 단면도이다. 외부의 주변 광원이나 백라이트 광원을 모두 사용하여 볼 수 있는 액정 디스플레이를 반투과형 (Transreflective)이라 부른다. 일반적으로 백라이트 유닛(10)은 형광등, LED 등의 광원과 빛을 액정 디스플레이 패널 전면에 고르게 보내기 위한 도광판(103), 확산 판(104), 프리즘 판(105) 등으로 구성된다. 따라서, 광원(101)으로부터 출발한 빛은 백라이트 유닛(10)을 거치는 동안 상당한 부분을 손실된다. 더구나 액정 디스플레이 패널 전, 후면에 위치한 편광판(106, 107)은 흡수형이므로 패널로 향하는 빛의 50%를 흡수한다. 따라서, 실제 디스플레이에서 관찰자가 보는 빛은 광원으로부터 출발한 빛의 10%이하만을 보게 된다.
즉, 액정 디스플레이는 입사된 빛의 3∼10%만 투과하는 매우 비효율적인 광변조기이다. TFT 액정 디스플레이의 경우 두 장의 편광판의 투과도 45%, 유리 두장의 투과도 94%, TFT 어레이 및 화소의 투과도 65%, 컬러필터의 투과도를 27%라 두고 계산하면 TFT-LCD의 광투과도는 약 7.4%이다. 현재 생산되는 12.1인치 급의 광투과도는 5∼8%이다.
이것은 액정 디스플레이가 빛의 이용 효율이 낮다는 것을 말하며, 빛의 이용 효율을 향상시키는 것은 휴대용 기기에서의 배터리 사용 시간의 증가와 대화면 액정 디스플레이 TV에서 전력 소모 감소를 가능하게 한다.
액정 디스플레이의 빛 이용 효율을 향상시켜 휘도를 증가시킬 수 있는 기술로는 3M사의 DBEF (Dual Brightness Enhancement Film)가 유일하다. DBEF는 다층의 고분자 박막 형태의 반사형 편광판으로 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 빛을 재활용한다. 그러나, 이 편광판은 광학적으로 이방성인 고분자 박과 등방성인 고분자 막을 교차하여 다층으로 제작되기 때문에 가격이 고가이고, 제조 공정이 복잡하다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로써, 간단한 공정으로도 발광휘도가 증가하는 액정 디스플레이를 제공하는 데 있다.
본 발명은 반사형 편광판을 포함하는 액정 디스플레이에 관한 것으로써, 광원에서 발산되는 빛을 반사시켜 상부로 발산하는 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛 상부에 적층되어, 화소를 형성하는 액정 패널; 및 상기 백라이트 유닛과 상기 액정 패널의 사이에 위치하여 상기 백라이트 유닛에서 발산되는 빛의 일부를 상기 백라이트 유닛으로 재 반사시키는 선 격자 편광자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 편광판을 포함한다.
본 발명에서 상기 액정 패널의 최상부에는 편광 필름이 적층되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 액정 패널의 최하부에는 편광 필름이 적층되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 선 격자 편광자의 기판면은 상기 백라이트 유닛의 방향으로 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 선 격자 편광자의 기판면은 상기 액정 패널 방향으로 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 선 격자 편광자는 금속 그레이팅 단면을 보호하기 위한 보호면을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 선 격자 편광자의 금속 그레이팅 단면은 삼각형, 사각형, 반원형 중 선택되는 1종의 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 선격자 편광자의 금속 그레이팅 격자 주기는 220nm 이하인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가 지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 디스플레이의 단면도이다.
상기 실시예에서, 액정 디스플레이는 백라이트 유닛(10)과 선 격자 편광자(300) 및 액정 패널(11)을 포함한다.
상기 실시예는, 선 격자 편광자(300)가 적층되는 위치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 액정 디스플레이는 하부에 백라이트 유닛(10)이 적층되고, 상기 백라이트 유닛(10) 상부에는 선 격자 편광자(300)가 적층되며, 상기 선 격자 편광자(300) 상부에는 액정 패널(11)이 적층된다. 상기 백라이트 유닛(10)은 상기 액정 패널(11)에 빛을 공급하는 역할을 하는 것으로써, 광원(101), 반사판(102), 도광판(103), 확산판(104), 및 프리즘 판(105)을 포함한다.
광원(101)은 일반적으로 CCFT(Cold Cathode Fluorescence Tube), HCFT(Hot Cathode Fluorenscence Tube)로 구분되며, 반사판(102)은 빛의 반사각을 변화시킨다. 반사된 빛은 도광판(103)을 거쳐서 균일성을 확보해 주는 확산판(104)을 지나고, 프리즘 판(105)을 통해서 평면으로 나가게 된다.
상기 프리즘 판(105)을 통하여 나가게 된 빛은 상기 선 격자 편광자(300)로 들어가는데 이중 일부의 빛은 상기 선 격자 편광자(300)를 투과하고 나머지 빛은 상기 백라이트 유닛(10)으로 반사된다. 이에 대한 자세한 작동은 이하 도 4에서 구 체적으로 기술하기로 한다.
나란하게 배열된 금속 선(wire)이 전자기파를 편광에 따라 선택적으로 투과시키거나 반사시킨다는 사실은 오래 전부터 잘 알려져 왔다. 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(wire grid polarizer)(300) 라고 한다. 도 3은 상기 선 격자 편광자(300)의 원리를 개략적으로 나타낸 도면이다.
상기 선 격자 편광자(300)를 투과한 빛은 상기 액정 패널(11)로 들어간다. 상기 액정 패널(11)은 TFT의 경우 TFT 어레이, 액정층, 및 칼라필름 어레이를 포함한다. TFT 어레이에서 TFT는 일반적으로 화소 하나에 하나씩 존재하고, 화소에 필요한 데이타를 데이터 라인에서 화소로 입력하는 스위치 역할을 하며, 게이트 라인에 문턱전압보다 높은 전압이 인가되면 turn-on이 된다. 데이터 라인은 일반적으로 패널의 수직 방향으로 위치하며. 구동 IC에서 출력된 데이터 전압을 화소까지 전달한다. 라인 하나에 수직 해상도에 해당하는 수의 화소가 부착돼 있다. 게이트 라인은 데이터 라인과는 달리 수평방향으로 위치하며, 게이트 IC에서 순차적으로 신호를 출력한다.
상기 액정층은 액정 분자 길이방향의 축이 전극 면에 평행이 되도록 배향 처리한 2매의 투명전극상에 90°각도를 가지도록 셀을 구성하고, 여기에 네메틱 액정을 주입하면 한쪽 전극으로부터 다른 한쪽 전극을 향하여 액정의 분자 길이 축이 연속적으로 90°twist된 배열상태를 이루게 된다.
상기 TFT 어레이의 하부층과 상기 칼라필름 어레이 상부층에는 편광 필름(106, 107)이 존재한다. 상기 편광필름(106, 107)은 여러 층으로 구성이 되며 입사광을 편광시키는 고분자 편광물질을 중심으로 지지체 TAC(tri-acetyl-cellulose)를 편광물질의 양쪽에 사용하고, 편광 필름(106, 107)을 글라스 표면에 접착시키기 위하여 접착층이 존재한다. 그리고 상측 표면에는 저반사층인 AG(Anti-Glane) 혹은 AR(Anti-Reflection) 코팅층과 보호막이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 백라이트 유닛(10)과 상기 액정 패널(11)에 대한 기술은 이미 당업자에게 공지된 기술이므로 더 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 디스플레이의 동작원리를 나타낸 도면이다.
상기 실시예에서, 선 격자 편광자(300)는 백라이트 유닛(10)과 액정 패널(11)의 사이에 위치한다.
상기 실시예는, 선 격자 편광자(300)를 중심으로 빛의 투과 및 반사과정을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, 우선 광원에서 빛이 발산되면 백라이트 유닛의 반사판, 도광판, 확산판 및 프리즘 판을 거쳐 P1의 광량에 해당하는 빛(401)이 발산된다. 상기 P1에 해당하는 빛(401)이 선 격자 편광자(300)에 닿으면, 상기 P1의 빛(401) 중 p파에 해당하는 P1p의 빛(402)은 상기 선 격자 편광자(300)를 통과하고, 액정 패널(11)을 거치면서 색이 구현된다. 상기 P1의 빛 중 s파에 해당하는 P1s의 빛(404)은 상기 선 격자 편광자(300)를 통과하지 못하고 반사되어 상기 백라이트 유닛(10)으로 되돌아간다. 상기 되돌아온 P1s 빛(404)은 상기 백라이트 유닛(10)의 최하부에 존재하는 반사판에 반사되어 다시 전면으로 되돌아오는데, 이 때 상기 P1s 빛(404)은 상기의 과정을 거치면서 다시 무작위의 편광성분을 가지게 된다.
상기 P1s 빛(404)은 광원에 재 발산된 P1 빛과 합쳐져서 P1+P1s의 빛(405)이 되어 상기 선 격자 편광자(300)로 투과되고, 이 역시 상기 P1+P1s의 빛(405) 중 p파에 해당하는 (P1+P1s)p 빛(406)은 상기 선 격자 편광자(300)를 통과하여, 액정 패널(11)을 거치면서 색을 구현하고, 상기 P1+P1s의 빛 중 s파에 해당하는 (P1+P1s)
s의 빛(408)은 상기 선 격자 편광자(300)를 통과하지 못하고 반사되어 상기 백라이트 유닛(10)으로 되돌아간다. 즉, 상기 선 격자 편광자(300)는 빛을 반사하는 성격을 지니기 때문에 투과하지 못하는 빛을 일반 편광판과 같이 흡수하지 않고 반사함으로써 다음 빛과 합쳐져서 액정 패널(11)에 투사된다.
이러한 과정이 반복되면서 많은 양의 빛이 액정 패널(11)로 들어가게 됨으로써, 액정 디스플레이의 휘도를 향상시킬 수 있다. 이것이 가능한 이유는 선 격자 편광자(300)가 흡수형 편광판과는 다른 반사형 편광자이기 때문이다. 즉, s파 성분을 지니는 빛은 기존 액정 디스플레이에서는 버려지는 빛이었으나, 선 격자 편광자 (300)를 도입함으로써, 상기 s파 성분을 지니는 빛을 재활용할 수 있고, 이것에 의해 휘도가 향상된다.
상기 선 격자 편광자(300)의 금속 그래이팅(302)의 형성방향은 상기 액정 패널의 편광판의 편광 방향과 직각인 것이 바람직하다. 선 격자 편광자(300)를 통과하는 빛의 방향은 상기 선 격자 편광자의 금속 그래이팅(302) 형성방향과는 직각방향인 p파 성분이므로 상기 p파 성분이 액정 패널(11) 내부로 투과되기 위해서는 상기 p파 방향과 일치해야 하기 때문이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 디스플레이의 단면도이다.
상기 실시예는, 액정 패널의 하부에 형성된 흡수형 편광 필름이 제거된 모습을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 액정 패널(11)의 양쪽에 형성된 편광 필름 중 하부 편광 필름을 제거한 것으로써, 이를 위해서는 선 격자 편광자(300)의 편광 소멸 특성이 흡수형 편광판과 같거나 우수하여야 높은 명암비를 가질 수 있다. 상기와 같은 구조는, 제조시 편광 필름 1매를 절약할 수 있음으로써, 제조단가를 상당히 낮출 수 있다.
도 6을 참조하면, 액정 패널(11)의 유리기판 면에 금속 그레이팅(302)을 직접 형성하여, 선 격자 편광자(300)를 액정 패널(11)에 일체화 한 경우이다.
상기 선 격자 편광자의 형성 방법이나 구비위치는 상기의 실시예에 한정된 것은 아니고 당업자의 수준에 맞추어 다양하게 변경 가능한 것은 자명한 일이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 선 격자 편광자의 단면도이다.
상기 실시예는, 선 격자 편광자의 금속 그레이팅 부분(302)의 다양한 실시예를 나타내고 있다.
선 격자 편광자(300)는 다양한 기판 재질 및 금속, 다양한 형태의 금속 선 구조를 가질 수 있다. 기판(301)으로는 가시광선에 투명한 유리 기판, Quartz, 아크릴 및 PET 등을 포함하는 다양한 고분자 등이 사용되는 것이 바람직하다. 금속(302)으로는 가시 광선에서 반사율이 좋은 알루미늄, 은 등이 대표적으로 사용될 수 있으나, 상기 재료에 한정되는 것은 아니다. 또한 금속 그레이팅의 보호를 위해 도 7과 같이 보호막(701)을 형성할 수도 있다.
금속 그레이(302)팅의 단면은 사각형, 삼각형, 반원형 등 다양한 구조를 가질 수 있고, 도 8에 보여지듯이, 삼각형, 사각형, 사인파 등의 형태로 패턴된 기판 위 일부에 형성된 금속 선 형태를 가질 수 있다. 즉, 단면의 구조에 관계없이 한쪽 방향으로 일정한 주기를 갖고 길게 늘어선 금속 선 격자를 형성한 것은 모두 사용될 수 있다. 중요한 것은 금속 선 격자의 주기는 사용하는 빛의 파장의 반 이하가 되어야 하며, 따라서 그 주기는 220 ㎚ 이하가 되는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영 역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 빛의 재활용에 의해 액정 표시장치의 휘도를 증가함으로써, 관측자는 더욱 밝은 화면을 볼 수 있고, 소비 전력을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.
Claims (8)
- 광원에서 발산되는 빛을 반사시켜 상부로 발산하는 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛 상부에 적층되어, 화소를 형성하는 액정 패널; 및 상기 백라이트 유닛과 상기 액정 패널의 사이에 위치하여 상기 백라이트 유닛에서 발산되는 빛의 일부를 상기 백라이트 유닛으로 재 반사시키는 선 격자 편광자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 편광판을 포함하는 액정 디스플레이.
- 제 1항에 있어서, 상기 액정 패널 상부면에는 편광 필름이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 편광판을 포함하는 액정 디스플레이.
- 제 1항에 있어서, 상기 액정 패널 하부면에는 편광 필름이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 편광판을 포함하는 액정 디스플레이.
- 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 선 격자 편광자의 기판면은 상기 백라이트 유닛의 방향으로 위치하는 것을 특징으로 하는 반사형 편광판을 포함하는 액정 디스플레이.
- 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 선 격자 편광자의 기판면은 상기 액정 패널 방향으로 위치하는 것을 특징으로 하는 반사형 편광판을 포함하는 액정 디스 플레이.
- 제 1항에 있어서, 상기 선 격자 편광자는 금속 그레이팅 단면을 보호하기 위한 보호면을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 편광판을 포함하는 액정 디스플레이.
- 제 1항에 있어서, 상기 선 격자 편광자의 금속 그레이팅 단면은 삼각형, 사각형, 반원형 중 선택되는 1종의 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사형 편광판을 포함하는 액정 디스플레이.
- 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 상기 선격자 편광자의 금속 그레이팅 격자 주기는 220nm 이하인 것을 특징으로 하는 반사형 편광판을 포함하는 액정 디스플레이.
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