(57)【要約】【課題】反射型偏光子を利用して輝度を向上させる液晶ディスプレイ及びその製造方法を提供する。【解決手段】液晶ディスプレイは、ディスプレイ装置において、反射板を含んで光源の光を発散させるバックライトユニットと、前記バックライトユニットから発散した光の一部は透過させ、残りの光は前記バックライトユニットに反射させる偏光子と、前記偏光子を透過した光を利用して画像を形成する液晶パネルとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイ装置において、
反射板を含んで光源の光を発散させるバックライトユニットと、
前記バックライトユニットから発散した光の一部は透過させ、残りの光は前記バックライトユニットに反射させる偏光子と、
前記偏光子を透過した光を利用して画像を形成する液晶パネルと
を含むことを特徴とする液晶ディスプレイ。
【請求項２】
前記偏光子は、ｐ波成分又はｓ波成分のうち１つの成分の光を前記バックライトユニットに反射させる構造を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項３】
前記偏光子は、ワイヤグリッド偏光子を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項４】
前記ワイヤグリッド偏光子の格子間隔は、少なくとも前記光源から発散する光の波長の１／２以下に決定されることを特徴とする請求項３に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項５】
前記ワイヤグリッド偏光子の基板は、所定の高分子素材で製造されることを特徴とする請求項３に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項６】
前記高分子素材は、水晶を含むことを特徴とする請求項５に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項７】
前記高分子素材は、ガラスを含むことを特徴とする請求項５に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項８】
前記ワイヤグリッド偏光子のワイヤグリッドは、金属線で製造されることを特徴とする請求項３に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項９】
前記ワイヤグリッド偏光子のワイヤグリッドは、一方向に一定の周期で配列されることを特徴とする請求項３に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１０】
前記ワイヤグリッド偏光子は、ワイヤグリッドを保護するための保護膜を含む構造を有することを特徴とする請求項３に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１１】
前記液晶パネルの両面のうち一面のみが吸収型偏光フィルムを有することを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１２】
前記吸収型偏光フィルムは、前記偏光子と対向する液晶パネル面の背面にのみ配置されることを特徴とする請求項１１に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１３】
前記液晶パネルの基板面に金属格子を形成して前記偏光子と前記液晶パネルを一体化した構造を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１４】
ディスプレイの製造方法において、
液晶ディスプレイで使用する光の波長の１／２以下にワイヤグリッド偏光子の格子間隔を決定する段階と、
前記決定された格子間隔を有するワイヤグリッド偏光子を製造する段階と、
前記ワイヤグリッド偏光子をバックライトユニットと液晶パネルとの間に挿入する段階と
を含むことを特徴とする液晶ディスプレイの製造方法。
【請求項１５】
前記ワイヤグリッド偏光子は、ｐ波成分又はｓ波成分のうち１つの成分の光を前記バックライトユニットに反射させる構造を有することを特徴とする請求項１４に記載の液晶ディスプレイの製造方法。
【請求項１６】
前記ワイヤグリッド偏光子の基板は、所定の高分子素材で製造されることを特徴とする請求項１４に記載の液晶ディスプレイの製造方法。
【請求項１７】
前記ワイヤグリッド偏光子のワイヤグリッドは、金属線で製造されることを特徴とする請求項１４に記載の液晶ディスプレイの製造方法。
【請求項１８】
前記ワイヤグリッド偏光子のワイヤグリッドは、一方向に一定の周期で配列される構造を有することを特徴とする請求項１４に記載の液晶ディスプレイの製造方法。
【請求項１９】
前記ワイヤグリッド偏光子は、ワイヤグリッドを保護するための保護膜を含む構造を有することを特徴とする請求項１４に記載の液晶ディスプレイの製造方法。
【請求項２０】
前記液晶パネルの両面のうち一面のみが吸収型偏光フィルムを有することを特徴とする請求項１４に記載の液晶ディスプレイの製造方法。
【請求項２１】
前記吸収型偏光フィルムは、前記ワイヤグリッド偏光子と対向する液晶パネル面の背面にのみ配置される構造を有することを特徴とする請求項２０に記載の液晶ディスプレイの製造方法。
【請求項２２】
前記液晶パネルの基板面に金属格子を形成して前記ワイヤグリッド偏光子と前記液晶パネルを一体化した構造を有することを特徴とする請求項１４に記載の液晶ディスプレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像表示装置及び製造方法に関し、特に、画像形成に利用される光の利用効率を高めて輝度を向上させる液晶ディスプレイ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display: ＬＣＤ）は、現在携帯電話、ノートブックコンピュータ、モニター、テレビジョンなどに広範囲に使用されるフラットパネルディスプレイである。液晶ディスプレイは、２枚の偏光板間に位置する液晶パネルから各ピクセルに電気信号を送信して液晶の配列を変更させることにより、光を透過させたり遮断したりして画像を形成する素子である。従って、液晶ディスプレイは、駆動のために別途の光源が必要であり、光源の使用方式によって、反射型と透過型とに区分される。
【０００３】
反射型液晶ディスプレイは、太陽光や室内灯のような外部光源を使用し、液晶ディスプレイの前面から入射して液晶ディスプレイパネルの裏側に位置した反射板（Reflector）で反射された光を観察者が見る構造となっている。
【０００４】
透過型液晶ディスプレイは、バックライトユニット（Backlight Unit: ＢＬＵ）という別途の光源を備えて液晶ディスプレイパネルの背面から光を均一に照射し、透過した光を観察者が見る構造となっている。
【０００５】
図８に示すように、本発明に関連した透過型液晶ディスプレイは、バックライトユニット１０及び液晶ディスプレイパネル１１から構成される。
【０００６】
バックライトユニット１０は、光源１０１、該光源１０１から発散した光を液晶ディスプレイパネル１１の全面に均一に照射するための反射板１０２、導光板１０３、拡散板１０４、プリズム板１０５から構成される。
【０００７】
従って、光源１０１から発散した光は、バックライトユニット１０をを通過する間に相当部分が失われる。さらに、液晶ディスプレイパネル１１の前背面に位置する偏光板１０６、１０７は、吸収型であるので、液晶ディスプレイパネル１１に照射された光の５０％を吸収する。従って、実際の液晶ディスプレイにおいて観察者が見る光は、光源から発散した光の１０％以下である。
【０００８】
すなわち、液晶ディスプレイは、入射した光の３〜１０％のみを透過する非常に非効率的な光変調器である。ＴＦＴ（Thin Film Transistor）液晶ディスプレイの場合、２枚の偏光板の透過度を４５％、２枚のガラスの透過度を９４％、ＴＦＴアレイ及び画素の透過度を６５％、カラーフィルターの透過度を２７％として計算すると、ＴＦＴ−ＬＣＤの光透過度は約７．４％である。現在生産される１２．１インチの光透過度は５〜８％である。
【０００９】
これは、液晶ディスプレイの光の利用効率が低いということを示し、光の利用効率が低いと、液晶ディスプレイパネルを利用する電子機器での電力消費が増加するという問題が発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような問題点を解決するために提案されたもので、本発明の目的は、反射型偏光子を用いて輝度を向上させる液晶ディスプレイ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するために、本発明の一実施形態による液晶ディスプレイは、ディスプレイ装置において、反射板を含んで光源の光を発散させるバックライトユニットと、前記バックライトユニットから発散した光の一部は透過させ、残りの光は前記バックライトユニットに反射させる偏光子と、前記偏光子を透過した光を利用して画像を形成する液晶パネルとを含むことを特徴とする。
【００１２】
このような目的を達成するために、本発明の一実施形態による液晶ディスプレイの製造方法は、ディスプレイの製造方法において、液晶ディスプレイで使用する光の波長の１／２以下にワイヤグリッド偏光子（wire gird polarizer）の格子間隔を決定する段階と、前記決定された格子間隔を有するワイヤグリッド偏光子を製造する段階と、前記ワイヤグリッド偏光子をバックライトユニットと液晶パネルとの間に挿入する段階とを含むことを特徴とする。
【００１３】
好ましくは、前記ワイヤグリッド偏光子は、ｐ波成分又はｓ波成分のうち１つの成分の光を前記バックライトユニットに反射させる構造を有する。
【００１４】
好ましくは、前記ワイヤグリッド偏光子の基板は、所定の高分子素材で製造される。
【００１５】
好ましくは、前記ワイヤグリッド偏光子のワイヤグリッドは、金属線で製造される。
【００１６】
好ましくは、前記ワイヤグリッド偏光子のワイヤグリッドは、一方向に一定の周期で配列される構造を有する。
【００１７】
好ましくは、前記ワイヤグリッド偏光子は、ワイヤグリッドを保護するための保護膜を含む構造を有する。
【００１８】
好ましくは、前記液晶パネルの両面のうち一面のみが吸収型偏光フィルムを有する。
【００１９】
好ましくは、前記吸収型偏光フィルムは、前記ワイヤグリッド偏光子と対向する液晶パネル面の背面にのみ配置される構造を有する。
【００２０】
好ましくは、前記液晶パネルの基板面に金属格子を形成して前記ワイヤグリッド偏光子と前記液晶パネルを一体化した構造を有する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、光の再利用により液晶表示装置の輝度が増加することにより、観測者はより明るい画面を見ることができ、消費電力が大幅に減少するという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。図面において、同一構成要素には同一符号を付し、本発明の要旨を不明確にすると判断される公知機能及び構成に関する詳細な説明は省略する。
【００２３】
本発明において、輝度を改善するために用いられる反射型偏光子は、説明の便宜のために、ワイヤグリッド偏光子に限定して説明する。しかしながら、本発明は、これに限られるものではない。
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態による液晶ディスプレイの構造を示す図である。
【００２５】
図１に示すように、本発明の一実施形態による液晶ディスプレイは、バックライトユニット１０、ワイヤグリッド偏光子３００、液晶パネル１１を備える。
【００２６】
本発明に係る液晶ディスプレイは、バックライトユニット１０が下部に積層され、該バックライトユニット１０の上部にワイヤグリッド偏光子３００が積層され、該ワイヤグリッド偏光子３００の上部には液晶パネル１１が積層された構造を有する。
【００２７】
バックライトユニット１０は、液晶ディスプレイパネル１１に光を供給し、光源１０１、反射板１０２、導光板１０３、拡散板１０４、プリズム板１０５から構成される。ここで、導光板１０３は、線光源を面光源に転換し、反射板１０２は、入射した光の進行経路を１８０度変換し、拡散板１０４は光を均一に拡散させ、プリズム板１０５は光の拡散角度を減少させる。
【００２８】
光源１０１は、一般的にＣＣＦＴ（Cold Cathode Fluorescence Tube）、ＨＣＦＴ（Hot Cathode Fluorenscence Tube）に区分され、本発明では、両方とも使用できる。
【００２９】
プリズム板１０５を通過した光はワイヤグリッド偏光子３００に入射し、該光の一部はワイヤグリッド偏光子３００を透過して液晶ディスプレイパネル１１に入射し、残りの光はバックライトユニット１０に反射する。
【００３０】
以下、ワイヤグリッド偏光子３００の動作原理を説明する。
【００３１】
図２は、本発明に適用されるワイヤグリッド偏光子３００の原理を概略的に示す図である。
【００３２】
平行に配列された金属線（wire）が偏光によって電磁波を選択的に透過させたり反射させるということは公知の事実である。入射する電磁波の半波長より金属線配列の周期が短い場合、金属線に平行な偏光成分（ｓ波）は反射し、金属線に垂直な偏光成分（ｐ波）は透過する。このような現象を用いると、偏光効率に優れ、透過率が高く、視野角が広い平板偏光子（planarpolarizer）が製造できる。このような素子をワイヤグリッド偏光子３００という。
【００３３】
ワイヤグリッド偏光子３００を透過した光は液晶ディスプレイパネル１１に入射する。液晶ディスプレイパネル１１は、ＴＦＴの場合、ＴＦＴアレイ、液晶層、カラーフィルムアレイを含む。ＴＦＴアレイにおいて、ＴＦＴは、一般的に１つの画素に１つずつ存在し、画素に必要なデータをデータラインから画素に入力するスイッチの役割を果たし、ゲートラインに閾値電圧より高い電圧が印加されると、ターンオン（turn-on）する。データラインは、一般的にパネルの垂直方向に位置し、駆動ＩＣ（integrated circuits）から出力されたデータ電圧を画素に印加する。１つのラインには垂直解像度に対応する数の画素が配置されている。ゲートラインは、データラインとは異なり、水平方向に位置し、ゲートＩＣ（図示せず）から信号を順次出力する。
【００３４】
液晶層は、液晶分子の長軸が電極面に平行になるように配向処理された２枚の透明電極の上に９０゜の角度を有するようにセルを構成し、ここにネマチック（nematic）液晶が注入されると、一側電極から他側電極に向けて液晶分子の長軸が連続的に９０゜ねじれた（twist）配列状態となる。
【００３５】
前記ＴＦＴアレイの下部層と前記カラーフィルムアレイの上部層には偏光フィルム１０６、１０７が存在する。偏光フィルム１０６、１０７は、多層で構成され、入射光を偏光させる高分子偏光物質を中心に支持体ＴＡＣ（tri-acetyl-cellulose）を偏光物質の両側に使用し、偏光フィルム１０６、１０７をガラス表面に接着させるために接着層を有する。また、上側表面には低反射層であるＡＧ（Anti-Glane）又はＡＲ（Anti-Reflection）コーティング層と保護膜が形成されることが好ましい。
【００３６】
図３は、本発明の一実施形態による液晶ディスプレイの動作原理を示す図であり、ワイヤグリッド偏光子３００はバックライトユニット１０と液晶ディスプレイパネル１１との間に位置する。
【００３７】
図３に示すように、光源１０１から光が発散すると、バックライトユニット１０の反射板、導光板、拡散板、プリズム板を経てＰ１の光量を有する光４０１が発散する。Ｐ１に該当する光４０１がワイヤグリッド偏光子３００に入射すると、Ｐ１の光４０１のうちｐ波に対応するＰ１ｐの光４０２は、ワイヤグリッド偏光子３００を通過し、液晶パネル１１を経て画像を形成する。Ｐ１の光のうちｓ波に該当するＰ１ｓの光４０４はワイヤグリッド偏光子３００を通過できずにバックライトユニット１０に反射する。反射したＰ１ｓの光４０４は、バックライトユニット１０の最下部に存在する反射板１０２で反射してワイヤグリッド偏光子３００に戻る。ここで、Ｐ１ｓの光４０４は、光学特性上、上記の過程を経るうちに一部がｓ波からｐ波に変わる。
【００３８】
Ｐ１ｓの光４０４は、光源１０１から発散したＰ１の光と混合してＰ１＋Ｐ１ｓの光４０５になってワイヤグリッド偏光子３００に入射し、同様に、Ｐ１＋Ｐ１ｓの光４０５のうちｐ波に該当する（Ｐ１＋Ｐ１ｓ）ｐ光の４０６はワイヤグリッド偏光子３００を通過して液晶パネル１１を経て画像を形成し、前記Ｐ１＋Ｐ１ｓの光のうちｓ波に該当する（Ｐ１+Ｐ１ｓ）ｓの光４０８はワイヤグリッド偏光子３００を通過できずに反射してバックライトユニット１０に戻る。すなわち、ワイヤグリッド偏光子３００は、光を反射する特性を有しているため、透過できない光を一般の偏光板のように吸収せずに反射する。前記反射した光は、光源１０１から出力される光と混合して液晶ディスプレイパネル１１に投射される。
【００３９】
このような過程が繰り返されて多量の光が液晶パネル１１に入射することにより、液晶ディスプレイの輝度が向上する。これは、ワイヤグリッド偏光子３００が吸収型偏光子でなく反射型偏光子だからである。すなわち、ｓ波成分を有する光は、既存液晶ディスプレイパネル１１の偏光フィルム１０６に吸収されて失われていたが、本発明では、反射型偏光子であるワイヤグリッド偏光子３００を導入することにより、前記ｓ波成分を有する光を再活用でき、よって、輝度が向上する。
【００４０】
ワイヤグリッド偏光子３００を構成する金属格子３０２の形成方向は、液晶ディスプレイパネル１１の偏光板１０６、１０７の偏光方向と直角であることが好ましい。これは、ワイヤグリッド偏光子３００を通過する光は、ワイヤグリッド偏光子３００の金属格子３０２の形成方向とは直角方向のｐ波であるので、ｐ波成分が液晶ディスプレイパネル１１に入射するためにはｐ波方向と一致しなければならないためである。
【００４１】
図４及び図５は、それぞれ本発明の他の実施形態による液晶ディスプレイの構造を示し、液晶ディスプレイパネル１１の下部に形成された吸収型偏光フィルムが除去された状態を示す。
【００４２】
図４を参照すると、本実施形態は、液晶ディスプレイパネル１１の両側に形成された偏光フィルムのうち下部偏光フィルムを除去した構造を示す。このような構造の場合、高い明暗比を得るためには、ワイヤグリッド偏光子３００の偏光特性が吸収型偏光板と同一であるか、又は優れていなければならない。このような構造は、液晶ディスプレイの製造時、偏光フィルムを１枚節約できるので、製造コストが低減する。
【００４３】
図５を参照すると、本実施形態は、液晶ディスプレイパネル１１のガラス基板面に金属格子３０２を直接形成してワイヤグリッド偏光子３００を液晶ディスプレイパネル１１に一体化した構造を示す。
【００４４】
ワイヤグリッド偏光子３００の形成方法や液晶ディスプレイにおけるワイヤグリッド偏光子３００の配置位置は、前述した実施形態に限られるのでなく、当業者の水準に合わせて多様に変更可能であることは自明である。
【００４５】
図６及び図７は、それぞれ本発明の一実施形態によるワイヤグリッド偏光子３００の構造を示す図であり、ワイヤグリッド偏光子３００の金属格子３０２の多様な例を示す。
ワイヤグリッド偏光子３００は、多様な基板材質及び金属、多様な形態の金属線で製造できる。基板３０１としては可視光線か通過する透明なガラス基板、水晶（Quartz）、アクリル、ＰＥＴなどを含む多様な高分子などが使用されることが好ましい。金属格子３０２としては、代表的に可視光線の反射率が高いアルミニウム、銀などが使用されることが好ましく、前記材料に限定されるものではない。また、金属格子の保護のために図６のように保護膜７０１を形成することもできる。
【００４６】
金属格子３０２の断面は、四角形、三角形、半円形などの多様な構造を有し、図７に示すように、三角形、四角形、サイン波などの形態でパターン化されて基板上に形成された金属線形態を有することもできる。すなわち、断面の構造に関係なく一方向に一定の周期を有して長く並んだ金属３０２格子を形成する構造は、全て使用できる。金属格子３０２の格子間隔は使用する光の波長の半分以下であることが重要であり、従って、その格子間隔は約２２０ｎｍ以下であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態による液晶ディスプレイの構造を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態によるワイヤグリッド偏光子の原理を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による液晶ディスプレイの動作原理を説明するための図である。
【図４】本発明の他の実施形態による液晶ディスプレイの構造を示す図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態による液晶ディスプレイの構造を示す図である。
【図６】本発明に適用されるワイヤグリッド偏光子の構造の一例を示す図である。
【図７】本発明に適用されるワイヤグリッド偏光子の構造の他の例を示す図である。
【図８】本発明に関連した液晶ディスプレイの構造を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０：バックライトユニット
１１：液晶ディスプレイパネル
１０１：光源
１０２：反射板
１０３：導光板
１０４：拡散板
１０５：プリズム板
１０６：下部偏光フィルム
１０７：上部偏光フィルム
３００：ワイヤグリッド偏光子
３０１：基板
３０２、３０２ａ、３０２ｂ：金属格子
７０１:保護膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006139283.tif 000008
【図７】
2006139283.tif 000009
【図８】
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