(57)【要約】【課題】輝度特性の改善された偏光導光板を提供する。【解決手段】光源１１０と、光源からの光をガイドする第１層１３０と、第１層上に形成されたものであって、光源から遠ざかる第１方向に沿って反復配列された第１出射ユニット１５３を備える第２層１５０と、第２層上に光学的異方性物質で形成されたものであって、光が出射される出射面を有し、出射面には、第１方向と垂直である第２方向に沿って反復配列された第２出射ユニット１７３が形成された第３層１７０と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光をガイドする第１層と、
前記第１層上に形成されたものであって、前記光源から遠ざかる第１方向に沿って反復配列された第１出射ユニットを備える第２層と、
前記第２層上に光学的異方性物質で形成されたものであって、光が出射される出射面を有し、前記出射面には、前記第１方向と垂直である第２方向に沿って反復配列された第２出射ユニットが形成された第３層と、
を備えることを特徴とする偏光導光板。
【請求項２】
前記第１出射ユニット及び第２出射ユニットは、プリズムパターンで形成されたことを特徴とする請求項１に記載の偏光導光板。
【請求項３】
前記第２出射ユニットのプリズムの頂点角は、１００°ないし１２０°であることを特徴とする請求項２に記載の偏光導光板。
【請求項４】
前記第１層の下面には、偏光転換部材が設けられることを特徴とする請求項１ないし３のうち何れか１項に記載の偏光導光板。
【請求項５】
光源と、
前記光源からの光をガイドする第１層と、
前記第１層の下部に形成されたものであって、前記光源から遠ざかる第１方向に沿って反復配列された第１出射ユニットを備える第２層と、
前記第２層の下部に光学的異方性物質で形成されたものであって、光が出射される出射面を有し、前記出射面には、前記第１方向と垂直である第２方向に沿って反復配列された第２出射ユニットが形成された第３層と、
前記第３層の下部に設けられた反射部材と、
を備えることを特徴とする偏光導光板。
【請求項６】
前記第１出射ユニット及び第２出射ユニットは、プリズムパターンで形成されたことを特徴とする請求項５に記載の偏光導光板。
【請求項７】
前記第２出射ユニットのプリズムの頂点角は、１００°ないし１２０°であることを特徴とする請求項６に記載の偏光導光板。
【請求項８】
前記第１層の一側面には、偏光転換部材が設けられることを特徴とする請求項５ないし７のうち何れか１項に記載の偏光導光板。
【請求項９】
光学的異方性材質で形成された第１プレートを準備する工程と、
第１方向に沿って反復配列された第１プリズムパターンを陰刻して第１スタンパーを形成する工程と、
前記第１方向と垂直である第２方向に沿って反復配列された第２プリズムパターンを陰刻して第２スタンパーを形成する工程と、
前記第１プレートの上面及び下面を前記第１スタンパーと第２スタンパーとを利用してホットエンボッシング加工する工程と、
光学的等方性材質で形成される第２プレート上に接着物質と前記エンボッシング加工された第１プレートを順次に配置し、赤外線を照射する工程と、
を含むことを特徴とする偏光導光板の製作方法。
【請求項１０】
前記第１プリズムパターンまたは第２プリズムパターンのプリズムの頂点角は、１００°ないし１２０°であることを特徴とする請求項９に記載の偏光導光板の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光された光を提供する偏光導光板に係り、特に、出射面における光分布特性を改善して出射光の輝度特性の改善された偏光導光板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
平板ディスプレイ装置には、それ自体が発光して画像を形成する発光型平板ディスプレイ装置と、外部から光を受けて画像を形成する受光型平板ディスプレイ装置とがある。例えば、液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）は、受光型平板ディスプレイ装置である。したがって、液晶表示装置は、別途の光源、例えば、バックライトユニットのような照明装置を必要とする。
【０００３】
照明装置は、光源の配置形態によって直光型と側光型とに分類される。直光型は、液晶パネルの直下に設置された光源が光を液晶パネルに直接照射する方式であり、側光型は、導光板の側面に配置された光源が光を液晶パネルに照射する方式である。直光型は、光源を広い面積に自由かつ効果的に配置しうるため、大型ディスプレイに、側光型は、光源が導光板の側面に配置されるため薄型化、小型化に有利な構造であるので、モニターや携帯電話に採用される中小型ディスプレイに主に利用される。
【０００４】
現在の液晶表示装置は、光源から放出される総光量の約５％を画像の形成に利用している。このように、低い光利用効率は、導光板と導光板の上部に配置される色々な光学フィルムにより発生する光損失と、特に液晶表示装置内の偏光板及びカラーフィルタでの光吸収とに起因する。液晶表示装置は、電場の有無によって変わる液晶分子の配列状態と、これに入射する光の偏光方向とによって、光が通過または遮断されることを利用して画像を表現する装置である。すなわち、液晶表示装置は、一方向に直線偏光された光のみを使用する。このために液晶表示装置の両面に偏光板が備えられる。このように、液晶表示装置の両面に配置される偏光板は、一方向に偏光された光は透過させ、他の方向に偏光された光は吸収する吸収型偏光板であって、入射光の約５０％を吸収するため、液晶表示装置の光利用効率を低下させる最大原因となる。
【０００５】
このような問題を改善するために、吸収型偏光板を代替するか、あるいは偏光板に入射するほとんどの光を液晶表示装置の背面に配置された背面偏光板の偏光方向と同じ偏光方向のみを有するように変換させて、光利用効率を増大させようとする研究が活発に進められている。例えば、導光板の上面にＤＢＥＦ（Ｄｕａｌ  Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｆｉｌｍ）のような多層構造の反射型偏光フィルムを付着して液晶表示装置の光利用効率を増大させる。しかし、前記別途の反射型偏光フィルムは、高コストであるだけでなく、光利用効率の増大に限界がある。したがって、それ自体が偏光分離及び変換機能を行う偏光導光板についての集中的な研究が要求されている。
【０００６】
図１は、従来の偏光された光を提供する偏光導光板の概略的な構成を示す図面であって、光源１０と、等方性物質で形成された第１層１５、第１層１５の上部に形成された第２層１８及び異方性物質で形成された第３層２５を備える。
【０００７】
第２層１８は、プリズムアレイ２０を有する接着剤層で形成されており、第３層２５は、入射光の偏光方向によって異なる屈折率を有する異方層である。第３層２５は、例えば、第１偏光の光Ｉ１に対しては、前記第１層１５と第２層１８との屈折率より相対的に大きい第１屈折率を有し、第２偏光の光Ｉ２に対しては、第１層１５と第２層１８との屈折率とほぼ同じ第２屈折率を有する。これにより、第２偏光の光Ｉ２は、各層の境界で屈折率の差がなく、第１層１５と第２層１８との境界及び第２層１８と第３層２５との境界を屈折なしに直進透過し、第３層２５の上面で全反射されるので出射できない。一方、第１偏光の光Ｉ１は、第２層１８と第３層２５との境界である第１面２０ａで屈折され、このとき、出射角が入射角より小さくなるので、第２面２０ｂに向かう。そして、第２面２０ｂで全反射されて第３層２５の上面に向い、このとき、第３層２５の上面に全反射の起きる臨界角より小さい角で入射されるので、上部に出射される。
【０００８】
図２は、図１の偏光導光板から出射される光の分布を示す図面である。図面を参照すれば、出射光は、Ｙ方向、すなわち、第２層１８のプリズムアレイ２０の長手方向に沿って相対的に広い分布を有し、約±８０°に近接した半値幅を有する。半値幅を減らした場合、輝度は、それだけ向上するが、このためには、追加の光学フィルムが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前述した従来の技術に対する必要性によって案出されたものであって、追加的な光学フィルムを備えずに光分布を変化させて改善された輝度特性を有する偏光導光板及びその製作方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明の実施形態による偏光導光板は、光源と、前記光源からの光をガイドする第１層と、前記第１層上に形成されたものであって、前記光源から遠ざかる第１方向に沿って反復配列された第１出射ユニットを備える第２層と、前記第２層上に光学的異方性物質で形成されたものであって、光が出射される出射面を有し、前記出射面には、前記第１方向と垂直である第２方向に沿って反復配列された第２出射ユニットが形成された第３層と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の実施形態による偏光導光板は、光源と、前記光源からの光をガイドする第１層と、前記第１層の下部に形成されたものであって、前記光源から遠ざかる第１方向に沿って反復配列された第１出射ユニットを備える第２層と、前記第２層の下部に光学的異方性物質で形成されたものであって、光が出射される出射面を有し、前記出射面には、前記第１方向と垂直である第２方向に沿って反復配列された第２出射ユニットが形成された第３層と、前記第３層の下部に設けられた反射部材と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の実施形態による偏光導光板の製作方法は、光学的異方性材質で形成された第１プレートを準備する工程と、第１方向に沿って反復配列された第１プリズムパターンを陰刻して第１スタンパーを形成する工程と、前記第１方向と垂直である第２方向に沿って反復配列された第２プリズムパターンを陰刻して第２スタンパーを形成する工程と、前記第１プレートの上面及び下面を前記第１スタンパーと第２スタンパーとを利用してホットエンボッシング加工する工程と、光学的等方性材質で形成された第２プレート上に接着物質と前記エンボッシング加工された第１プレートを順次に配置し、赤外線を照射する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による偏光導光板は、偏光を分離するための第１出射ユニットと共に、異方性物質層の上面に第１出射ユニットと垂直方向に配列される第２出射ユニットを備えることによって、出射光の半値幅を減らし、輝度を上昇させうる。また、本発明による偏光導光板の製作方法によって、前記の構造の偏光導光板を容易に製作しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態による偏光導光板及びその製作方法を詳細に説明する。以下に例示される実施形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明を当業者に十分に説明するために提供されるものである。以下の図面で、同じ参照符号は、同じ構成要素を指称し、図面上で各構成要素のサイズは、説明の明瞭性を考慮して便宜上誇張されている。
【００１５】
図３は、本発明の実施形態による偏光導光板の構成を概略的に示す分離斜視図であり、図４Ａ及び図４Ｂは、図３をそれぞれ異なる断面で示す断面図である。図面を参照すれば、偏光導光板１００は、光源１１０と前記光源１１０からの光をガイドする第１層１３０と、第１層１３０上に形成されたものであって、第１出射ユニット１５３が反復配列された第２層１５０と、前記第２層１５０上に形成されたものであって、光学的異方性物質で形成され、第２出射ユニット１７３が反復配列された第３層１７０と、を備える。
【００１６】
光源１１０としては、例えば、ＣＣＦＬ（Ｃｏｌｄ  Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｆｌｕｒｅｓｃｅｎｔ  Ｌａｍｐ）のような線光源またはＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）のような点光源が使われる。
【００１７】
第１層１３０は、光源１１０からの光をガイドするものであって、光学的等方性物質で形成される。
【００１８】
第２層１５０は、光学的等方性物質で形成され、第２層１５０には、第１出射ユニット１５３が前記光源１１０から遠ざかる第１方向、図面では、Ｘ軸に沿って反復配列されている。第１出射ユニット１５３の長さは、前記光源１１０と平行方向、図面では、Ｙ軸方向に形成されている。第１出射ユニット１５３は、例えば、第１面１５３ａと第２面１５３ｂとを有するプリズムパターンで形成される。第２層１５０の屈折率は、第１層１３０と屈折率が同一かまたは類似した程度でなされることが望ましい。
【００１９】
第３層１７０は、第２層１５０上に形成されたものであって、光学的異方性物質で形成される。すなわち、第１偏光の異常光線に対しては、ｎｅの屈折率を有し、第２偏光の定常光線に対しては、ｎｏの屈折率を有する。例えば、第３層１７０の第２偏光の光に対する屈折率は、第１層２１０及び第２層２３０の屈折率と同一かまたは類似になされ、第１偏光の光に対する屈折率は、第１層２１０及び第２層２３０の屈折率より大きい値を有するように構成される。第１偏光は、Ｓ偏光、第２偏光は、Ｐ偏光でありうる。また、第３層１７０の上面は、光が出射される出射面となり、前記出射面には、第２出射ユニット１７３が第１出射ユニット１５３の配列された方向と垂直方向に反復配列されている。第２出射ユニット１７３は、例えば、頂点がθであるプリズムパターンでありうる。前記θは、約１００°ないし１２０°の値を有しうる。
【００２０】
第１層１３０の下面には、偏光転換部材１９０がさらに設けられる。偏光転換部材１９０としては、例えば、１／４波長板及び反射板が採用される。
【００２１】
前記構造の偏光導光板１００が偏光された光を出射し、また、光分布特性の改善された光を出射する過程は、次の通りである。
【００２２】
図４Ａを参照すれば、光源１１０から照射された光は、第１層１３０の上部または下部に向かい、第１層１３０の下部に向かった光は、第１層１３０の下面で全反射されて第１層１３０の上部に向かう。このように、第１層１３０の上部に向かう光のうち、第１偏光の光Ｉ１は、第１出射ユニット１５３の第１面１５３ａから第２面１５３ｂに向かって屈折され、第２面１５３ｂで全反射されて第３層１７０の上部に向かう。第２偏光の光Ｉ２は、各層の境界を屈折なしに透過し、第３層１７０の上面に臨界角より大きい角で入射されて全反射される。上部に出射できない第２偏光の光Ｉ２は、第１層１３０の内部を進行し、偏光転換部材１９０によって第１偏光に偏光方向が変われば、上部に出射される。
【００２３】
図４Ｂを参照すれば、第３層１７０に向かう第１偏光の光Ｉ１は、第２出射ユニット１７３の第３面１７３ａを屈折透過する。このとき、出射角が入射角より大きくなるので、第３面１７３ａを屈折透過した光がＹ軸方向に分布された範囲は、狭くなる。
【００２４】
図５Ａないし図５Ｅは、それぞれ図３の実施形態において、θ＝１６０°、θ＝１４０°、θ＝１２０°、θ＝１００°、θ＝８０°である場合、出射光分布を示すシミュレーション図面である。このとき、異方性物質で形成された第３層１７０の異常光線に対する屈折率ｎｅは、１．７であり、定常光線に対する屈折率ｎｏは、１．５１である場合である。図面を参照すれば、θが小さくなるにつれて出射光分布のＹ方向幅は、狭くなることが見られる。θ＝１２０°であるとき、半値幅は、約±４０°である。これは、図２で説明したように、半値幅が約±８０°である従来の構造に比べて、顕著に改善されたということが分かる。
【００２５】
図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ従来の偏光導光板と本発明の実施形態に係る偏光導光板とにおいて、θ＝１１４°である場合の出射光の分布を測定した図面である。本実施形態に係る偏光導光板の半値幅は、約±５０°であり、従来の構造に比べて改善された出射光分布を有することが見られる。
【００２６】
前記シミュレーション及び実験結果からθの最適範囲は、約１００°ないし１２０°となるということが分かる。但し、θの最適範囲は、異方性物質で形成された第３層１７０の屈折率によって変わるので、この屈折率を考慮して適切に決定される。
【００２７】
図７は、本発明の他の実施形態による偏光導光板２００を示す。図面を参照すれば、偏光導光板２００は、光源２１０と、前記光源２１０からの光をガイドする第１層２３０と、第１層２３０の下部に設けられたものであって、反復配列された第１出射ユニット２５３を備える第２層２５０と、前記第２層２５０の下部に異方性物質で形成されて反復配列された第２出射ユニット２７３を有する第３層２７０と、前記第３層２７０の下部に設けられた反射部材２８０と、を備える。第１出射ユニット２５３及び第２出射ユニット２７３は、例えば、プリズムパターンであり、それぞれは、相互に垂直方向に沿って配列されている。本実施形態は、図２の実施形態と第２層２５０及び第３層２７０の配置で差がある。第２層２５０及び第３層２７０は、第１層２３０の下部に設けられ、第３層２３０の下部に反射部材２８０が設けられる。また、第１層２３０の一側面には、偏光転換部材２９０が設けられる。光源２１０からの光のうち、第１層２３０の上面に向かう光は、下部に向かって全反射され、第１層２３０から下面に向かう光が第２層２３０と第３層２５０とを経由して下部に出射される。このとき、第２層２３０と第３層２５０とを経由して偏光された光が分離されて改善された光分布特性を有して出射される過程は、前述したものと実質的に同じである。下部に出射された光は、反射部材２８０で反射されて第１層２３０の上部に向かう。
【００２８】
図８Ａないし図８Ｄは、本発明の実施形態による偏光導光板の製作方法を説明する図面である。
【００２９】
図８Ａを参照すれば、まず、光学的異方性材質で形成された第１プレート３７０と、第１プリズムパターンを陰刻した第１スタンパーＳ１と、第２プリズムパターンを陰刻した第２スタンパーＳ２と、を形成する。第１プリズムパターンと第２プリズムパターンとの配列方向は、相互に垂直にする。次いで、第１プレート３７０の上面及び下面を第１スタンパーＳ１と第２スタンパーＳ２とを利用してホットエンボッシング加工する。すなわち、第１プレート３７０の上・下部に第１スタンパーＳ１と第２スタンパーＳ２とを配し、プレスＰを利用して第１プレート２７０の上・下面に熱及び圧力を加える。
【００３０】
図８Ｂは、前記ホットエンボッシング加工によって第１プレート３７０の両面にプリズムパターンが形成されたところが見られる。
【００３１】
図８Ｃを参照すれば、等方性材質で形成された第２プレート３３０を準備し、第２プレート３３０上に接着物質層３５０と前記ホットエンボッシング加工された第１プレート３７０とを順次に配置した後に赤外線（ＵＶ）を照射する。
【００３２】
図８Ｄは、前記過程によって製作された偏光導光板の主要構造を示す。図面を参照すれば、製作された偏光導光板は、偏光を分離する第１出射ユニット３５３と、第１出射ユニット３５３と垂直方向に配列されて第１出射ユニット３５３の長手方向に分布される出射光の範囲を減らす第２出射ユニット３７３とを備える。
【００３３】
このような本願発明の偏光導光板及びその製作方法は、理解を助けるために、図面に示された実施形態を参照して説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態の案出が可能であるということが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、照明装置関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来の偏光された光を提供する偏光導光板の概略的な構成を示す図面である。
【図２】図１の偏光導光板から出射される光の分布を示すシミュレーション図面である。
【図３】本発明の実施形態による偏光導光板の概略的な構成を示す図面である。
【図４Ａ】図３を異なる断面で示す断面図である。
【図４Ｂ】図３を異なる断面で示す断面図である。
【図５Ａ】図３の実施形態において、θ＝１６０°である場合の出射光の分布を示すシミュレーション図面である。
【図５Ｂ】図３の実施形態において、θ＝１４０°である場合の出射光の分布を示すシミュレーション図面である。
【図５Ｃ】図３の実施形態において、θ＝１２０°である場合の出射光の分布を示すシミュレーション図面である。
【図５Ｄ】図３の実施形態において、θ＝１００°である場合の出射光の分布を示すシミュレーション図面である。
【図５Ｅ】図３の実施形態において、θ＝８０°である場合の出射光の分布を示すシミュレーション図面である。
【図６Ａ】従来の偏光導光板において、θ＝１１４°である場合の出射光の分布を測定した図面である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態において、θ＝１１４°である場合の出射光の分布を測定した図面である。
【図７】本発明の他の実施形態による偏光導光板の概略的な構成を示す図面である。
【図８Ａ】本発明の実施形態による偏光導光板の製作方法を説明する図面である。
【図８Ｂ】本発明の実施形態による偏光導光板の製作方法を説明する図面である。
【図８Ｃ】本発明の実施形態による偏光導光板の製作方法を説明する図面である。
【図８Ｄ】本発明の実施形態による偏光導光板の製作方法を説明する図面である。
【符号の説明】
【００３６】
１００    偏光導光板、
１１０    光源、
１３０    第１層、
１５０    第２層、
１５３    第１出射ユニット、
１７０    第３層、
１７３    第２出射ユニット、
１９０    偏光転換部材。
【図１】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図２】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2008198602.tif 000014
【図５Ｃ】
2008198602.tif 000015
【図５Ｄ】
2008198602.tif 000016
【図５Ｅ】
2008198602.tif 000017
【図６Ａ】
2008198602.tif 000018
【図６Ｂ】
2008198602.tif 000019