(57)【要約】【課題】特定の偏光の透過効率がよく、他の偏光の反射効率に優れた偏光シートの製造方法及びその偏光シートを備えたディスプレイ装置を提供する。【解決手段】本発明に係る偏光シートの製造方法は、光透過フィルム上に金属薄膜を形成する段階と、前記金属薄膜に、偏光パルスレーザビームを照射して、金属パターンを形成する段階と、を含むことを特徴とする。【選択図】図３
2006323351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過フィルム上に金属薄膜を形成する段階と、
前記金属薄膜に、偏光パルスレーザビームを照射して、金属パターンを形成する段階と、
を含むことを特徴とする偏光シートの製造方法。
【請求項２】
前記偏光パルスレーザビームの波長は、３５０〜４５０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の偏光シートの製造方法。
【請求項３】
前記偏光パルスレーザビームのパルス幅は、１×１０−１５〜１×１０−１３秒であることを特徴とする請求項１に記載の偏光シートの製造方法。
【請求項４】
前記偏光パルスレーザビームの波長を、ウェーブ変換基板によって、変換する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の偏光シートの製造方法。
【請求項５】
前記ウェーブ変換基板は、ＢａＢ２Ｏ４材質であることを特徴とする請求項４に記載の偏光シートの製造方法。
【請求項６】
前記ウェーブ変換基板は、ＬｉＢ３Ｏ４材質であることを特徴とする請求項４に記載の偏光シートの製造方法。
【請求項７】
前記ウェーブ変換基板は、０．４〜０．６ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項４に記載の偏光シートの製造方法。
【請求項８】
前記偏光パルスレーザビームが、線偏光子を透過する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の偏光シートの製造方法。
【請求項９】
保護フィルムを、前記金属パターン上に形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の偏光シートの製造方法。
【請求項１０】
光源と、
前記光源から出射された光をガイドする導光板と、
前記導光板によってガイドされた光を拡散する拡散シートと、
前記拡散シートによって拡散された光を集光するプリズムシートと、
前記プリズムシートによって集光された光を偏光成分に従って透過する偏光シートと、
前記偏光シートによって透過された光を利用してイメージを形成するＬＣＤパネルと、
を含んで構成され、
前記偏光シートが、金属薄膜が形成された光透過フィルムに、偏光パルスレーザビームを照射して金属パターンが形成されたシートであることを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記金属パターンは、２００ｎｍ以下の間隔で形成されることを特徴とする請求項１０に記載のディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光シートの製造方法及びその偏光シートを備えたディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、陰極線管（Cathode Ray Tube：ＣＲＴ）の重量と体積を低減できる各種の平板表示装置が開発されている。
【０００３】
平板表示装置としては、液晶表示装置（Liquid Crystal Display：ＬＣＤ）、電界放出表示装置（Field Emission Display）、プラズマディスプレイパネル（Plasma Display Panel：ＰＤＰ）およびエレクトロルミネセンス（Electro-Luminescence：ＥＬ）表示装置などがある。このような平板表示装置の表示品質を向上させ、大画面化を試みる研究が活発に行われている。
【０００４】
平板表示装置のうち、液晶表示装置（ＬＣＤ）は、ランプのような光源を用いて画像を表示する非発光型表示装置である。
【０００５】
液晶表示装置は、小型、軽量化および低消費電力などの長所を有し、液晶表示パネルの内部に注入された液晶の電気、光学的性質を用いて情報を表示する装置である。
【０００６】
液晶表示装置において、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板との間に注入される液晶物質は、ＣＲＴとは異なり、それ自体が発光する発光性物質ではなく、外部から入る光の量を調節して画面に表示する受光性物質である。従って、液晶表示パネルに光を照射するための別途の装置、すなわちバックライトユニットを必要とする。
【０００７】
バックライトユニットは、収納空間が形成されたモールドフレームと、収納空間の基底面に設けられ、液晶表示パネル方向に光を反射する反射シートと、反射シートの上部面に設けられ、光を案内する導光板と、導光板の外側壁と収納空間の内側壁との間に設けられ、光を出射するランプユニットと、導光板の上部面に積層され、光を拡散および集光する光学シートと、モールドフレームの上部に設けられ、液晶表示パネルのエッジ部における所定部分からモールドフレームの側面までを覆うトップシャーシと、を含んで構成される。
【０００８】
液晶表示パネルの上下部には、入射される光のうち、特定の偏光のみを透過する偏光板がそれぞれ備えられている。それぞれの偏光板を透過する光は、互いに９０度の位相差を有するように設計される。
【０００９】
なお、光学シートとは、光を拡散する拡散シートと、拡散シートの上部面に積層され、拡散された光を集光して液晶表示パネルに伝達するプリズムシートと、拡散シートとプリズムシートとを保護するための保護シートと、を含んで構成される。
【００１０】
このような構成を有する液晶表示装置の場合、ランプユニットから出射された光の強度は、導光板および光学シートを経て、最終的に液晶表示パネルに入射されるまでに少しずつ低減され、実際に画面上にディスプレイされる輝度は、最初の光源の数百分の一程度に減少するといった問題点がある。
【００１１】
すなわち、近年、高輝度のディスプレイ装置が要求されているが、前述した従来の液晶表示装置のバックライトユニット構造では、このような傾向を満足することが難しい。
【００１２】
これを解決するために、プリズムシート上に備えられる保護シートとして、薄膜多層反射偏光フィルム（thin multi-layer reflective polarizer film）を使用することが提示されている。
【００１３】
薄膜多層反射偏光フィルムは、プリズムシートを通過する光のうち、液晶表示パネルの下部に備えられる下側偏光板が透過する特定の偏光の透過効率を増加させる。
【００１４】
すなわち、薄膜多層反射偏光フィルムは、プリズムシートを出た光のうち、特定の偏光を透過させ、他の偏光は反射する。これは、プリズムシートによって、他の偏光を特定の偏光に変換させるためである。すなわち、薄膜多層反射偏光フィルムによって反射された他の偏光は、反射シートによって再反射され、特定の偏光を含む光に変換される。この特定の偏光を含む光は、再度、プリズムシート、薄膜多層反射偏光フィルムに入射され、特定の偏光のみが抽出される。このようにして、下側偏光板に入射される光の量（光の利用効率）を増加させている。
【００１５】
この場合、特定の偏光は、下部偏光板を透過する偏光であり、これは縦波（Ｐ波）または横波（Ｓ波）とすることが可能であり、この場合、他の偏光は、それぞれ横波（Ｓ波）または縦波（Ｐ波）になる。
【００１６】
これによって、従来のバックライトユニットは、不要な偏光を再利用して、全体的に輝度の向上を図っている。
【００１７】
しかし、従来の薄膜多層反射偏光フィルムは、特定の偏光の透過効率および他の偏光の反射効率をそれほど高めることができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
そこで、本発明は、プリズムシートを出た光のうち、特定の偏光は効率よく透過し、他の偏光は効率よく反射して、液晶表示装置の輝度を向上させることができる偏光シートの製造方法及びその偏光シートを備えたディスプレイ装置を提供することを目的とする。なお、ディスプレイ装置は、例えば、液晶表示装置であり、その偏光シートをバックライトユニットに用いることができる。
【００１９】
また、本発明は、輝度を向上させることが可能なディスプレイ装置、例えば、液晶表示装置を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
このような課題を解決する本発明に係る偏光シートの製造方法は、光透過フィルム上に金属薄膜を形成する段階と、前記金属薄膜に、偏光パルスレーザビーム（polarized pulse laser beam）を照射して、金属パターンを形成する段階と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明では、光源と、前記光源から出射された光をガイドする導光板と、前記導光板によってガイドされた光を拡散する拡散シートと、前記拡散シートによって拡散された光を集光するプリズムシートと、前記プリズムシートによって集光された光を偏光成分に従って透過する偏光シートと、前記偏光シートによって透過された光を利用してイメージを形成するＬＣＤパネルと、を含んで構成され、前記偏光シートが、金属薄膜が形成された光透過フィルムに、偏光パルスレーザビームを照射して金属パターンが形成されたシートであることを特徴とするディスプレイ装置をも提供する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る偏光シートの製造方法によれば、偏光シートを低コストで製造することが可能となる。また、ディスプレイ装置が液晶表示装置である場合、本発明の偏光シートの製造方法によって製造された偏光シートをバックライトユニットに用いれば、プリズムシートを出た光のうち、特定の偏光を効率よく通過し、他の偏光は効率よく反射することができるので、液晶表示装置の輝度を向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施例をより詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施例に係る偏光シートを備えた液晶表示装置の構成を概略的に示す断面図である。
【００２５】
本発明の一実施例に係る偏光シートは、微細間隔の金属格子が形成された線格子偏光子フィルム（linear grating polarizer film）である。
【００２６】
図１を参照すると、本発明の一実施例に係る液晶表示装置６０は、光を発生するバックライトユニット５０と、バックライトユニット５０から光が供給されて、映像を表示するディスプレイユニット４０と、を含む。
【００２７】
バックライトユニット５０は、光を発生するランプユニット５１と、ランプユニット５１からの光を液晶表示パネル１０方向にガイドするための導光ユニットと、を備える。
【００２８】
一方、ディスプレイユニット４０は、液晶表示パネル１０、液晶表示パネル１０の上側に設けられる上側偏光板３０および下側に設けられる下側偏光板２０を含んで構成される。
【００２９】
液晶表示パネル１０は、電極が形成されたＴＦＴ基板１１およびカラーフィルタ基板１２と、ＴＦＴ基板１１およびカラーフィルタ基板１２の間に注入される液晶層（図示略）と、を含んで構成される。
【００３０】
具体的に、ランプユニット５１は、光を発生するランプ５１ａおよびランプ５１ａを包み、ランプからの光を反射するランプ光反射板５１ｂを含む。ランプ５１ａから発生した光は、後述する導光板５２に入射される。ランプ光反射板５１ｂは、ランプ５１ａから発生した光を導光板５２方向に反射して、導光板５２に入射される光の量を増加させる。
【００３１】
導光ユニットは、反射板５４、導光板５２および光学シート５３を含む。導光板５２は、ランプユニット５１の一側に設けられ、ランプユニット５１からの光をガイドする。このとき、導光板５２は、ランプユニット５１から出射された光の経路を変更して、液晶表示パネル１０方向にガイドする。
【００３２】
導光板５２の下部には、導光板５２から漏れた光を再び導光板５２方向に反射するための反射板５４が設けられる。
【００３３】
一方、 導光板５２の上部には、導光板５２から出た光の（利用）効率を向上させるための光学シート５３が設けられる。具体的に、光学シートは、拡散シート５３ａ、プリズムシート５３ｂおよび偏光シート５３ｃを含んで構成され、導光板５２の上部に、それぞれが順に積層される。
【００３４】
拡散シート５３ａは、導光板５２から入射される光を散乱して、光の輝度分布を均一にする。プリズムシート５３ｂの上部面には三角柱状のプリズムが反復的に形成される。
【００３５】
なお、プリズムシート５３ｂの上部に設けられる偏光シート５３ｃは、プリズムシート５３ｂを出る光のうち、液晶表示パネルの下部に設けられる下側偏光板２０が透過する特定の偏光だけを、下側偏光板２０に入射させるために、特定の偏光を透過させ、他の偏光は反射する。この反射された他の偏光は、特定の偏光を含む光に変換されて、再度、偏光シート５３ｃに入射される。
【００３６】
この場合、特定の偏光は、下部偏光板２０を透過する偏光であり、これは縦波（Ｐ波）または横波（Ｓ波）とすることが可能であり、この場合、他の偏光は、それぞれ横波（Ｓ波）または縦波（Ｐ波）になる。
【００３７】
本発明の一実施例において、プリズムシート５３ｂの上部に位置する偏光シート５３ｃは、微細間隔の金属格子が形成された線格子偏光子フィルムである。
【００３８】
本発明の一実施例に係る線格子偏光子フィルムの製造方法によれば、金属蒸着工程およびレーザ照射工程を用いて、微細な格子周期を有する大面積の線格子偏光子フィルムを低コストで製造することが可能となる。
【００３９】
すなわち、本発明の一実施例に係る偏光シートは、光透過フィルムや透明シート（基板またはフィルム）上に金属薄膜層を形成し、この金属薄膜層に偏光パルスレーザビーム（Polarized Pulse Laser Beam）を照射して、微細間隔の金属格子を形成する。
【００４０】
図２〜図４は、本発明の一実施例に係る偏光シートを製造する工程を概略的に示す図である。
【００４１】
まず、図２に示したように、透明基板２１０上に金属薄膜２２０を蒸着する。
【００４２】
金属薄膜２２０の蒸着に使用される適切な金属材料は、金または銀のような電気電導率および反射率の優れた材料が適切であるが、必ずしもこれに限定されるものではない。従って、アルミニウムのような安価な金属材料を使用することも可能である。
【００４３】
なお、金属薄膜２２０が蒸着される透明基板２１０は、その目的によって多様に選択できる。
【００４４】
すなわち、例えば、ポリマー材質の熱的変形温度以上の範囲で使用する場合には、ガラス基板を適用でき、それ以外の場合には、ＰＥＴなどの一般的な透明樹脂を主原料とするフィルムを適用できる。
【００４５】
次に、図３に示したように、金属薄膜２２０が蒸着された透明基板２１０から所定間隔だけ離した位置に、線偏光子（Linear Polarizer）２３０を配置する。線偏光子２３０は、パルスレーザビームの偏光成分を増加することができる。
【００４６】
偏光パルスレーザビームは、金属薄膜２２０に照射される。
【００４７】
すなわち、本発明の一実施例では、金属薄膜２２０に線偏光された偏光パルスレーザビームを照射することによって、金属薄膜２２０の表面に微細パターンの金属格子２２２を形成する。この原理を用いて、線格子偏光子を形成する。
【００４８】
詳しく説明すると、配置された線偏光子２３０により特定方向に偏光されたレーザビームは、基板上に蒸着された金属薄膜２２０を部分的に除去する。レーザビームが金属薄膜２２０に照射されることによって、金属格子２２２パターンが、配置された線偏光子２２０の偏光軸と垂直な形態で形成される。
【００４９】
すなわち、本発明に係る一実施例では、配置された線偏光子２３０の偏光軸を調整することによって、求める方向に、線格子偏光子の金属格子２２２パターンを形成する。
【００５０】
なお、使用するレーザ光源２４０は、金属薄膜２２０が蒸着された透明基板２１０の耐熱温度、求める線格子偏光子の金属格子パターン周期などによって適切に選択できる。
【００５１】
よって、本発明の一実施例に係る線格子偏光子フィルムに形成される金属格子２２２のパターン周期は、金属薄膜２２０に入射される所定周波数帯域のレーザ光の波長、入射角度、距離などを適切に調整することによって形成される。これにより、求める格子周期が得られるようになる。
【００５２】
なお、レーザ光源２４０を発生する装置には、集束用レンズまたはｆ−θレンズ、或いはビームエキスパンダのような光学部品を採用する。この場合、線偏光子を位置させた状態でレーザビームを照射すると、より微細パターンの格子周期が得られる。
【００５３】
ここで、光学部品は、レーザ光を均一に拡散させる部品を使用する。
【００５４】
このとき、使用するレーザビームの強度は、線格子偏光子フィルムの製作速度を考慮して調節が必要である。これは、レーザビームが過度に集束したり、過度な強度を有する場合、求める格子周期を得ることが難しくなる可能性がある反面、レーザパルスの幅が広すぎる場合にも、過度な熱伝達によって、求める格子周期を得ることが難しくなる可能性があるからである。
【００５５】
したがって、レーザビームの過度な熱伝達を減らすためには、レーザパルス幅が短い方が有利である。
【００５６】
つまり、数ナノセカンド（nano second）よりも短いパルス幅を有するレーザ光が必要である。本発明の一実施例の場合、レーザ光源のパルス幅がフェムト秒（Femtosecond：１０−１５秒）であるフェムト秒レーザ光源を使用する。
【００５７】
本発明の一実施例では、求める格子周期を得ながら過度な熱伝達を防止するために、１×１０−１５〜１×１０−１３秒のパルス幅を有するレーザ光源を使用した。
【００５８】
ここで、フェムト秒レーザ光源を使用する理由は、短い時間に高密度のエネルギーを伝達することによって、ポリマー基板に対する熱的な損傷を小さくすることができるからである。
【００５９】
なお、レーザ光の波長を変化させるためのウェーブ変換基板（wave conversion plate）２５０を適用するようにしてもよい。
【００６０】
ウェーブ変換基板２５０は、０．４〜０．６ｍｍの厚さを有し、ＢａＢ２Ｏ４やＬｉＢ３Ｏ４材質などの基板の選択が可能である。本発明の一実施例によるウェーブ変換基板２５０は、７００ｎｍ〜９００ｎｍの波長を有する入射光を３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長にして出射させる。
【００６１】
図４は、前記の条件により、線偏光子を介して、所定の偏光パルスレーザビームを金属薄膜に照射して形成した線格子偏光子フィルム２００を示している。
【００６２】
図示したように、形成された微細間隔の金属格子２２２は、金属薄膜に照射されたレーザビーム、すなわち、偏光パルスレーザビームの偏光方向に垂直な方向に配列されている。
【００６３】
但し、金属格子２２２の周期Ｔは、前述したように、照射するレーザビームの波長、入射角度によって変更することができる。本発明の一実施例における金属格子２２２の周期は、２００ｎｍ以下の間隔を有する。
【００６４】
これは、金属格子配列を示した図５から確認できる。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を参照すれば、それぞれ相違する金属格子配列が形成されていることを確認できる。
【００６５】
このように偏光レーザビームを使用して製造された本発明の一実施例に係る偏光シート（線格子偏光子フィルム）２００は、形成された金属格子を保護するために、その表面に保護フィルムを形成するとよい。これは、保護フィルムを（図示略）を貼着するか、透明な樹脂レジンを表面に塗布してから、これを硬化させて保護フィルムとすることが好ましい。
【００６６】
但し、表面保護のために液状の透明な樹脂材料を塗布して硬化させる場合において、硬化方法としては熱による硬化、光による硬化など、いかなる方法を使用してもよいが、効果速度を考慮した場合、光、特に、ＵＶによる硬化を行うことが好ましい。
【００６７】
なお、線格子偏光子フィルムを製造する場合において、ロールトゥーロール（roll to roll）方式またはインライン（in line）方式により製造すると、より効率的である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施例に係る偏光シートを備えた液晶表示装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例に係る偏光シートを製造する工程を概略的に示す図である。
【図３】本発明の一実施例に係る偏光シートを製造する工程を概略的に示す図である。
【図４】本発明の一実施例に係る偏光シートを製造する工程を概略的に示す図である。
【図５】本発明の一実施例に係る偏光シートの製造方法によって形成された金属格子配列を示した図である。
【符号の説明】
【００６９】
２１０：基板
２２０：金属薄膜
２２２：金属格子
２３０：線偏光子
２４０：レーザ光源
２５０：ウェーブ変換基板
【図１】
2006323351.tif 000003
【図２】
2006323351.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006323351.tif 000006
【図５】
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