KR100310749B1 - 광반사구조체를 구비한 광도파로 평면 디스플레이 패널 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시야각을 넓히기 위하여 광반사구조체가 형성된 광도파로를 이용한 평판 디스플레이 패널에 관한 것으로, 이러한 광반사구조체를 구비한 광도파로 평면 디스플레이 패널은 전기장을 인가하기 위한 제1전극이 형성된 기판; 광원에서 출력된 광이 입사되어 전파되는 광도파로; 기판과 광도파로의 어느 한 면 사이에 위치하고 광도파로를 따라 전파되는 광을 전반사시키기 위하여 상기 광도파로의 굴절률보다 낮은 물질로 이루어진 클래딩층; 광도파로의 다른 면에 인접하여 위치하고 광도파로를 따라 전파되는 광을 외부로 출력하기 위하여 전기장에 따라 굴절률이 변하는 물질로 이루어진 전기광학물질층; 전기광학물질층의 한 면에 위치하고 전기광학 물질층에 전기장을 인가하기 위한 제2전극이 형성된 유리기판; 유리기판의 한면에 위치하고 전기광학물질층을 통과하는 광에 대하여 전반사 조건을 만족하기 위하여 굴절율이 서로 다른 두 물질을 전반사 조건으로 만족하는 각도로 결합된 구조를 갖는 광반사구조체; 및 광반사구조체에 위치하고 광반사구조체를 통과하는 광을 산란시키는 산란층을 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 광반사구조체를 전기광학 물질층과 산란층사이에 형성함으로써 산란층에서 산란된 빛의 시야각이 한층 개선될 뿐만아니라, 평면 디스플레이 패널을 더욱 용이하게 제작할 수 있다.

Description

광반사구조체를 구비한 광도파로 평면 디스플레이 패널{Optical waveguide flat display panel having optical reflecting device}

본 발명은 평면표시장치에 관한 것으로, 특히 광도파로를 이용하는 평면표시장치에 관한 것이다.

광도파로를 이용한 평판 디스플레이는 광도파로를 통해 광을 입사시키고 광도파로의 표면에 액정과 같은 전기광학 물질을 형성한 후 소정 위치에 형성되어 있는 전극에 전압을 인가하여 액정에 전기장을 인가함으로써 액정의 굴절율을 변화시켜 광도파로로 진행하는 광을 외부로 출력하는 평판 디스플레이이다.

광도파로는 굴절율이 n1인 물질 주변을 이보다 굴절율이 낮은 물질이 싸고 있어 내부에 입사되어 임계각보다 큰 각도로 계속 내부 전반사를 하여 진행하도록 되어 있다.

도 1에 일반적인 광도파로를 이용한 평판 디스플레이 패널을 도시하였다. 도 1에 도시된 광도파로를 이용한 평판 디스플레이 패널은, 광원(미도시)에서 출력된 광이 입사되어 전파되는 광도파로(13)와, 광도파로(13) 하부에 위치하며 광도파로(13)를 따라 전파되는 광을 전반사시키기 위하여 굴절률이 낮은 물질로 된 클래딩(14)과, 클래딩(14) 하부에 위치하여 광을 흡수하는 광흡수층(15)과, 광흡수층(15) 하부에 위치하여 소정의 전압이 인가되는 제1 전극(16)과, 광도파로(13) 상부에 위치하여 전기장에 따라 굴절률이 변하는 전기광학 물질층(12)과, 광을 산란시키기 위한 산란층(11) 및 접지되며 투명재질로 되어 있는 제2 전극(10)을 구비하고 있다.

상기와 같이 구성된 종래의 광도파로를 이용한 평판 디스플레이 패널에서는,제1 전극(16)과 제2 전극(10)에 전압이 인가되면 전기광학 물질층(12)의 굴절률이 증가하여 광도파로(13)를 따라 전파되는 광이 광도파로(13) 밖으로 빠져나오고, 광도파로(13) 밖으로 빠져나온 광이 산란층(11)에 부딪혀 산란됨으로써 관찰자가 광을 인지할 수 있게 된다. 이 때 밖으로 빠져나오는 광의 세기는 광도파로(13)에 들어올 때 적절한 밝기로 조절이 된다. 광원으로서 레이저나 발광다이오드를 사용하는 경우에는 광원의 밝기를 전류제어에 의해 조절할 수 있으며, 일반 고정 밝기의 광원을 이용하는 경우에는 광원과 광도파로(13) 사이에 광의 밝기를 제어하는 제어장치를 둔다. 상기한 밝기 제어장치의 예로는 음파광학재료를 이용하거나, 컬효과와 포켈스 효과등을 이용하는 것이 있을 수 있고, 혹은 액정 재료를 이용할 수도 있다. 이렇게 조절된 광은 가능한 한 손실없이 광도파로(13)에 입사되어야 한다.

광도파로를 이용하는 표시장치는 미국특허 제3,871,747호, 미국특허 제5,106,181호, 미국특허 제4,822,145호, SID`98 DIGEST p1022 등에 나와있는 바와 같이 광도파로를 통해 빛을 입사시키고 그 표면에 액정과 같은 전기광학 물질을 이용하여 광도파로로 진행하는 빛을 광도파로 밖으로 빼내는 기본구조를 가지고 있다.

도 1의 예에서 보면 액정보다도 굴절율이 높은 광도파로로 내부전반사에 의해 진행하던 빛은 액정에 전압이 인가되어 액정의 굴절율이 광도파로보다 커지면 광도파로 내부에서 내부 전반사가 일어나지 않고 광도파로 밖으로 빠져 나오고 이 빛은 산란층에 부딪혀 산란이 되는 구조를 가지고 있다.

이러한 특성을 위하여 빛이 빠져 나오는 부분에 도 1과 같이 일반적으로 산란층이 형성이 된다. 이것은 SID`98 DIGEST p1022에 나와 있는 바와 같다.

도파로의 굴절율을 n1과 주변 클래딩의 굴절율을 n2라고 하며 진행하는 빛의 임계각 θ=sin^-1(n2/n1)로 결정이 된다.

이러한 임계각은 대체로 80°근처로 결정이 되어 빛의 진행 방향은 거의 도파로와 평행한 방향이 되어 밖으로 빠져 나오는 빛의 진행방향도 도파로와 평행한 방향에 가까워 시야각을 넓히기에 효과적이지 못하다.

스태린(Staelin)의 미국특허 제4,822,145호 '동영상 디스플레이를 위하여 도파로와 편광을 이용하는 방법 및 장치'에 의하면, 액정양단에 전압이 가해져 도파로를 따라 진행하던 빛이 빠져나오면 경사진 거울면에서 반사되어 빛의 경로가 바뀌어 표면에 수직한 방향으로 진행하도록 하여 정면으로 빛이 나갈 수 있도록 하고 있다.

또한, 락웰(Rockwell)의 미국특허 제5,596,671호 '광도파로 디스플레이 시스템'에 의하면, 도파로에서 빠져 나온 빛이 경사진 거울면에 반사되어 수직한 방향으로 빛이 나가도록 하여 시야각특성을 개선하고 있다.

그러나, 경사진 거울면의 구성은 거울면 형성을 위한 홈의 형성이 쉽지 않다는 단점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 시야각을 넓히기 위하여 전기광학 물질층과 산란층사이에 광반사구조체가 형성된 광도파로 평면 디스플레이 패널을 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 광도파로를 이용한 평판 디스플레이 패널의 단면을 도시한 것이다.

도 2는 반사면이 형성된 광반사구조체의 일실시예를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 의한 광반사구조체를 구비한 광도파로 평면 디스플레이 패널의 일실시예로 그 단면을 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 의한 광반사구조체를 구비한 광도파로 평면 디스플레이 패널의 제작방법을 나타낸 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

30...산란층 31...광반사구조체

32...유리기판 33...전기광학물질

34...도파로 35...클래딩층

36...기판 37...제2 전극

38...제1 전극

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 광반사구조체를 구비한 광도파로 평면 디스플레이 패널은 전기장을 인가하기 위한 제1전극이 형성된 기판; 광원에서 출력된 광이 입사되어 전파되는 광도파로; 상기 기판과 상기 광도파로의 어느 한 면 사이에 위치하고 상기 광도파로를 따라 전파되는 광을 전반사시키기 위하여 상기 광도파로의 굴절률보다 낮은 물질로 이루어진 클래딩층; 상기 광도파로의 다른 면에 인접하여 위치하고 상기 광도파로를 따라 전파되는 광을 외부로 출력하기 위하여 전기장에 따라 굴절률이 변하는 물질로 이루어진 전기광학물질층; 상기 전기광학물질층의 한 면에 위치하고 상기 전기광학 물질층에 전기장을 인가하기 위한 제2전극이 형성된 유리기판; 상기 유리기판의 한면에 위치하고 상기 전기광학물질층을 통과하는 광에 대하여 전반사 조건을 만족하기 위하여 굴절율이 서로 다른 두 물질을 전반사 조건으로 만족하는 각도로 결합된 구조를 갖는 광반사구조체; 및 상기 광반사구조체에 위치하고 상기 광반사구조체를 통과하는 광을 산란시키는 산란층을 포함함을 특징으로 한다.

상기 광반사구조체는 상기 서로 다른 두 물질중 굴절율이 낮은 물질로 공기를 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 광반사구조체는 유리 또는 석영 또는 폴리머 재료로 형성되는 것이 바람직하다.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 사용되는 광반사구조체의 구조를 도시한 것이다. 반사면은서로다른 굴절율의 물질이 접하고 있는 경계면에서 일어나며 입사빛에 대해서 전반사 조건을 만족하도록 이 경계면의 기울기를 설계한다. 이 물질은 유리나 석영등의 물질이 사용될 수 있으며 기타 광학적 투명체 등이 사용될 수 있다.

도 2에서 굴절율 n1인 투명체로 입사하여 굴절율 n2인 투명체와의 경계면에 도달한 빛은 전반사 조건을 만족하도록 기울기가 결정되어 있는 경계면에서 전반사되어 원래의 경로에서 보다 패널에 수직한 방향으로 반사되어 진행하므로 보다 좋은 시야각 특성을 확보할 수 있다. 상기와 같은 전반사특성을 만족하기 위하여 굴절율 n2는 굴절율 n1보다 작아야한다.

상기와 같은 구조를 제작하는 방법으로서 상기의 굴절율을 가진 재료중 가열하여 잡아늘이는 방법이 가능한 유리나 석영재료등을 이용하여 미리 preform을 제안된 구조로 가공접착하여 제작한 다음 가열노에서 가열하며 잡아늘이는 가열인장법을 이용하여 보다 작은 크기의 구조를 형성할 수 있다. 이때 보다 작은 굴절율을 가지는 n2부분은 재료를 사용하지 않고 비워두어 공기의 굴절율을 그대로 활용할 수 도 있다.

도 3은 본 발명에 의한 광반사구조체를 구비한 광도파로 평면 디스플레이 패널의 단면을 도시한 것으로, 기판(36), 클래딩층(35), 도파로(34), 전기광학물질층(33), 유리기판(32), 광반사구조체(31), 산란층(30), 제1 전극(38) 및 제2 전극(37)로 이루어진다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 광도파로를 이용한 평판 디스플레이 패널에서는, 소정의 전압이 제1 전극(38)과 제2 전극(63)에 인가되면 제1전극(38)과 제2 전극(37) 사이에 전기장이 발생되고 발생된 전기장에 의해 전기광학 물질층(33)의 굴절률이 증가하여 광도파로(34)를 따라 전파되는 광이 제1 전극(38)과 제2 전극(37) 및 전기광학 물질층(33)을 통과한 후 광반사구조체(31)에 의해 전반사 되어 산란층(60)에서 산란입자와 충돌하여 산란됨으로써, 관찰자가 광을 인지할 수 있게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 광도파로를 이용한 평판 디스플레이 패널에서는, 전기광학 물질층(33)과 산란층(30)사이에 전기광학 물질층(33)을 통과하는 광에 대하여 전반사 조건을 만족하기 위하여 굴절율이 서로 다른 두 물질을 전반사 조건으로 만족하는 각도로 결합된 구조를 갖는 광반사구조체(61)를 형성시킨다.

여기서, 광반사구조체(31)는 도 2에서 설명한 바와 같이 서로 다른 두 물질중 굴절율이 낮은 물질에 공기층을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 광반사구조체(31)는 상기 서로 다른 두 물질중 어느 한 물질이 유리 또는 석영 또는 폴리머 재료임이 바람직하다.

도 4는 본 발명에 의한 광반사구조체를 구비한 광도파로 평면 디스플레이 패널의 제작방법을 나타낸 흐름도이다.

기판(36)위에 제1 전극(37)이 형성되고(40단계), 제1 전극(37)위에 도파로(34)보다 굴절율이 낮은 클래딩층(35)이 증착 혹은 스핀코팅등의 방법으로 입혀진다(41단계). 그리고 도파로(34)가 형성되고(42단계), 이어 인가전압에 의하여 굴절율이 도파로(34)보다 낮은 값에서 높은 값으로 변하는 전기광학 물질층(33)이 놓여지며 일반적으로 액정이 사용된다(33단계). 전기광학 물질층(33)에 전기장을 인가하기 위한 제2 전극(37)이 형성된 유리기판(32)을 형성한다(44단계). 유리기판(32)위에 전기광학 물질층(33)을 통과하는 광에 대하여 전반사 조건을 만족하기 위하여 굴절율이 서로 다른 두 물질을 전반사 조건으로 만족하는 각도로 결합된 구조를 갖는 광반사구조체(31)가 놓여지며(45단계), 이때 빛의 경로는 화살표로 표시된 바와 같다. 도파로(34)를 따라 진행하는 빛은 전압이 인가된 전극사이에서 빛은 전반사되지 않고 빠져나오며 이렇게 빠져나온 빛은 광반사구조체(31)에서 방향을 바꾸어 패널의 앞면으로 반사가 된다. 그리고 시야각 특성을 좋게하기 위하여 산란층(30)이 또 한번 형성된다(46단계). 그러므로 패널의 앞면으로 진행된 빛은 산란층(30)에서 산란되어 시야각을 한층개선하게 된다.

본 발명에 의하면, 광반사구조체를 전기광학 물질층과 산란층사이에 형성함으로써 산란층에서 산란된 빛의 시야각이 한층 개선될 뿐만아니라, 평면 디스플레이 패널을 더욱 용이하게 제작할 수 있다.

Claims (3)

1. 전기장을 인가하기 위한 제1전극이 형성된 기판;

   광원에서 출력된 광이 입사되어 전파되는 광도파로;

   상기 기판과 상기 광도파로의 어느 한 면 사이에 위치하고 상기 광도파로를 따라 전파되는 광을 전반사시키기 위하여 상기 광도파로의 굴절률보다 낮은 물질로된 클래딩층;

   상기 광도파로의 다른 면에 인접하여 위치하고 상기 광도파로를 따라 전파되는 광을 외부로 출력하기 위하여 전기장에 따라 굴절률이 변하는 물질로 이루어진 전기광학물질층;

   상기 전기광학물질층의 한 면에 위치하고 상기 전기광학 물질층에 전기장을 인가하기 위한 제2전극이 형성된 유리기판;

   상기 유리기판의 한면에 위치하고 상기 전기광학물질층을 통과하는 광에 대하여 전반사 조건을 만족하기 위하여 굴절율이 서로 다른 두 물질을 전반사 조건으로 만족하는 각도로 결합된 구조를 갖는 광반사구조체; 및

   상기 광반사구조체에 위치하고 상기 광반사구조체를 통과하는 광을 산란시키는 산란층을 포함함을 특징으로 하는 광반사구조체를 구비한 광도파로 평면 디스플레이 패널.
2. 제1항에 있어서, 상기 광반사구조체는

   상기 서로 다른 두 물질중 굴절율이 낮은 물질로 공기를 이용하는 것을 특징으로 하는 광반사구조체를 구비한 광도파로 평면 디스플레이 패널.
3. 제2항에 있어서, 상기 광반사구조체는

   유리 또는 석영 또는 폴리머 재료로 형성됨을 특징으로 하는 광반사구조체를 구비한 광도파로 평면 디스플레이 패널.