KR100320296B1 - Photoelectric flat display pannel - Google Patents
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Abstract
본 발명은 도파로에서 빠져 나온 빛을 관찰자에게 효율적으로 보내기 위한 광전자 평면 디스플레이 패널에 관한 것으로, 이러한 광전자 평면 디스플레이 패널은 전기장을 인가하기 위한 제1전극이 형성된 하부기판; 광원에서 출력된 광이 입사되어 전파되는 광도파로; 상기 하부기판과 상기 광도파로의 어느 한 면 사이에 위치하고 상기 광도파로를 따라 전파되는 광을 전반사시키기 위하여 상기 광도파로의 굴절률보다 낮은 물질로 된 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 위하여 형성된 제2전극; 상기 전기광학물질층을 통과하는 빛이 전반사되어 상기 전기광학물질층이 접한 반대면에 형성되어 있는 하부기판쪽으로 빠져나가도록 소정의 경사각을 갖는 홈이 형성된 상부층; 및 상기 상부층위에 형성된 상부기판을 포함함을 특징으로 한다.The present invention relates to an optoelectronic flat panel display panel for efficiently transmitting light emitted from a waveguide to an observer, the optoelectronic flat panel display panel includes a lower substrate having a first electrode for applying an electric field; An optical waveguide through which light output from the light source is incident and propagated; A cladding layer made of a material having a lower refractive index than that of the optical waveguide so as to be totally reflected between the lower substrate and one surface of the optical waveguide and propagate light propagated along the optical waveguide; An electro-optic material layer positioned adjacent to the other side of the optical waveguide and made of a material whose refractive index changes in accordance with an electric field to output light propagated along the optical waveguide to the outside; A second electrode on one side of the electro-optic material layer and formed to apply an electric field to the electro-optic material layer; An upper layer having a groove having a predetermined angle of inclination so that light passing through the electro-optic material layer is totally reflected and exits toward a lower substrate formed on an opposite surface in contact with the electro-optic material layer; And an upper substrate formed on the upper layer.
본 발명에 의하면, 경사면을 구비한 홈을 상부층 또는 상부기판에 형성함으로써 도파로에서 빠져 나온 빛을 관찰자에게 효율적으로 보낼 수 있다.According to the present invention, the light exiting the waveguide can be efficiently sent to the observer by forming the groove having the inclined surface in the upper layer or the upper substrate.
Description
본 발명은 광디바이스에 관한 것으로, 특히 광도파로와 전기광학재료를 이용한 평면 디스플레이 디바이스에 대한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to optical devices, and more particularly, to flat panel display devices using optical waveguides and electro-optic materials.
광도파로를 따라 진행하는 빛은 광도파로를 따라 먼 거리까지 진행이 된다. 이러한 광도파로는 주변에 광도파로 보다 굴절률이 낮은 물질이 싸고 있어서 임계각 보다 큰 각도로 계속 내부 전반사를 하여 진행하도록 되어 있다.Light that travels along the optical waveguide travels farther along the optical waveguide. Since the optical waveguide is surrounded by a material having a lower refractive index than that of the optical waveguide, the internal waveguide continues to be totally internally reflected at an angle greater than the critical angle.
그러나, 도파로 주변의 굴절률이 변하여 도파로 보다 굴절률이 높아지게 되면 도파로를 따라 진행하는 빛이 도파로와 주변 물질의 경계면에 입사 될 때 전반사가 일어나지 않고 굴절하며 빠져나가는 현상이 일어난다. 이러한 현상은 물리적으로 널리 알려진 현상이며 도 1에 일반적인 예를 도시하였다.However, when the refractive index of the waveguide is changed and the refractive index is higher than that of the waveguide, when the light traveling along the waveguide is incident on the interface between the waveguide and the surrounding material, total reflection does not occur and refraction occurs. This phenomenon is a well known physical phenomenon and a general example is illustrated in FIG. 1.
도 1은 광도파로를 이용한 평판 디스플레이 패널에 관한 것으로, 광원(미도시)에서 출력된 광이 입사되어 전파되는 광도파로(130)와, 광도파로(130) 하부에위치하며 광도파로(130)를 따라 전파되는 광을 전반사시키기 위하여 굴절률이 낮은 물질로 된 클래딩(140)과, 클래딩(140)하부에 위치하여 소정의 전압이 인가되는 제1전극(160)과, 광도파로(130) 상부에 위치하여 전기장에 따라 굴절률이 변하는 전기광학물질층(120)과, 광을 산란시키기 위한 산란층(110) 및 접지되며 투명재질로 되어 있는 제2전극(100)을 구비하고 있다.FIG. 1 relates to a flat panel display panel using an optical waveguide, and includes an optical waveguide 130 through which light output from a light source (not shown) is incident and propagated, and is positioned below the optical waveguide 130 and includes an optical waveguide 130. In order to totally reflect the light propagated accordingly, the cladding 140 made of a material having a low refractive index, the first electrode 160 positioned under the cladding 140 and applied with a predetermined voltage, and located above the optical waveguide 130 Thus, an electro-optic material layer 120 having a refractive index that changes according to an electric field, a scattering layer 110 for scattering light, and a second electrode 100 grounded and made of a transparent material.
상기와 같이 구성된 종래의 광도파로를 이용한 평판 디스플레이 패널에서는, 제1전극(150)과 제2전극(100)에 전압이 인가되면 전기광학물질층(120)의 굴절률이 증가하여 광도파로(130)를 따라 전파되는 광이 광도파로(130) 밖으로 빠져나오고, 광도파로(130) 밖으로 빠져나온 광이 산란층(110)에 부딪혀 산란됨으로써 관찰자가 광을 인지할 수 있게 된다. 이 때 밖으로 빠져나오는 광의 세기는 광도파로(130)에 들어올 때 적절한 밝기로 조절이 된다.In the flat panel display panel using the conventional optical waveguide configured as described above, when a voltage is applied to the first electrode 150 and the second electrode 100, the refractive index of the electro-optic material layer 120 is increased, thereby the optical waveguide 130. The light propagated along the light exits out of the optical waveguide 130 and the light exiting out of the optical waveguide 130 hits the scattering layer 110 so that the observer can recognize the light. At this time, the intensity of the light exiting out is adjusted to the appropriate brightness when entering the optical waveguide (130).
클래딩은 도파로 코어 보다 굴절률이 낮으며 전기광학 물질은 인가전압에 의하여 굴절률이 변화하는 물질이다. 전압이 인가되기 전에는 코어보다 굴절률이 낮은 상태를 유지하여 도파로 내부의 빛은 임계각 조건을 만족하며 도파로 코어 내부에서 전반사 하며 진행하지만 전압을 인가하여 전기광학재료의 굴절률이 도파로 코어보다 커지면 전반사가 일어나지 않고 전기광학재료 속으로 굴절하여 진행하며 도파로 코어에서 빠져나가게 된다. 전기광학재료로서는 액정이 전압에 따른 굴절률의 변화가 커서 일반적으로 이용이 된다.The cladding has a lower refractive index than the waveguide core, and the electro-optic material is a material whose refractive index is changed by an applied voltage. Before the voltage is applied, the refractive index is lower than that of the core so that the light inside the waveguide satisfies the critical angle condition and totally reflects inside the waveguide core. However, if the refractive index of the electro-optic material becomes larger than the waveguide core, total reflection does not occur. It bends into the electro-optic material and exits the waveguide core. As an electro-optic material, a liquid crystal has a large change of the refractive index according to a voltage, and is generally used.
이러한 것은 Giallorenzi 등이 작성한 미국 특허 3,980,395에도 설명이 되어 있으며 1985년 SID Proceedings의 163쪽에 실린 Mino Green과 J.S. Menown이 작성한 제목 'Flat panel liquid crystal waveguide display'의 논문 등에도 설명이 되어 있으며 이외에도 이 이전이나 이후에 발표된 논문이나 특허등에서 이와 같은 원리를 설명하거나 이용하고 있다.This is also described in U.S. Patent 3,980,395 by Giallorenzi et al., Mino Green and J.S. 1985, page 163 of SID Proceedings. Menown's title 'Flat panel liquid crystal waveguide display' is also explained in the papers. In addition, the papers and patents published before and after this explain or use the principle.
도파로 코어를 빠져나간 빛은 도 1과 같이 산란층에서 산란이 되도록 한다. 산란층이 없으면 위쪽 매질에서 공기와의 경계면에서 전반사 되어 다시 내부로 빛이 반사되어 오기 때문에 매질을 빠져나가 사람 눈에 입사가 되도록 하기위한 것이다.Light exiting the waveguide core is scattered in the scattering layer as shown in FIG. 1. If there is no scattering layer, it is totally reflected at the interface with the air in the upper medium and the light is reflected back to the inside.
도 2에서 보는 바와 같이 산란층이 없으면 전기광학물질층(액정층:220)을 빠져 나온 빛은 위쪽 매질과 공기와의 경계면에서 전반사 되고 밖으로 못 빠져나가는데 이것은 도파로(230)를 진행하는 빛의 임계각이 위쪽매질로 흔히 사용되는 유리나 기타 폴리머 제품등에서 공기층에 대한 전반사 임계각보다도 크기 때문이다. 따라서 이러한 임계각이 큰, 진행 빛이 도파로(230)를 빠져 나와 위쪽 매질에서 공기와의 경계면에 도달하면 항상 전반사 조건을 만족하여 전반사 되어 내부로 반사된다. 이것은 도파로(230)의 위 쪽 매질이 아닌 아래쪽 매질에 대해서 마찬가지이다. 따라서 도파로(230)를 빠져 나온 빛이라도 빛은 위,아래 매질에 갇힌 상태로 진행하게 된다.As shown in FIG. 2, when there is no scattering layer, the light exiting the electro-optic layer (liquid crystal layer 220) is totally reflected at the interface between the upper medium and the air and cannot escape out. This is the critical angle of the light traveling through the waveguide 230. This is because it is larger than the total reflection critical angle to the air layer in glass or other polymer products commonly used as the upper medium. Therefore, when such a critical angle, the traveling light exits the waveguide 230 and reaches the interface with the air in the upper medium, it is always totally reflected to reflect the total reflection conditions and reflected inside. This is the same for the lower medium and not the upper medium of the waveguide 230. Therefore, even light exiting the waveguide 230 proceeds to the state trapped in the up and down medium.
따라서, 도파로를 빠져 나온 빛을 사람 눈으로 보내기 위한 구조가 필요하다. 1985년 SID Proceedings의 163쪽에 실린 Mino Green과 J.S. Menown이 작성한 제목'Flat panel liquid crystal waveguide display'의 논문에도 위에서 언급한 산란층이 사용되고 있으나 이 산란층이 구체적으로 어떻게 제작이 되는지는 나와 있지 않다. 일반적으로 표면을 거칠게 하면 산란층이 되며 1998년 SID'98 Digest 의 1022쪽의 논문 'Waveguide panel display using electromechanical spatial modulators' 등에서 언급한 바와 같이 TiO2 안료(pigment)등을 표면에 입혀 산란층으로 사용하기도 한다.Therefore, there is a need for a structure for sending light exiting the waveguide to the human eye. Mino Green and J.S. 1985, page 163 of SID Proceedings. Menown's paper, Flat panel liquid crystal waveguide display, uses the scattering layers mentioned above, but it does not reveal how the scattering layers are specifically produced. In general, roughening the surface becomes a scattering layer, and as described in the 1998 SID'98 Digest paper on page 1022, Waveguide panel display using electromechanical spatial modulators, TiO2 pigments can be used as a scattering layer. do.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 도파로에서 빠져 나온 빛을 관찰자에게 효율적으로 보내기 위하여 상부층 또는 상부기판에 경사면을 형성한 광전자 평면 디스플레이 패널을 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide an opto-electronic flat display panel having an inclined surface formed on the upper layer or the upper substrate in order to efficiently send the light emitted from the waveguide to the observer.
도 1은 종래의 광전자 평면 디스플레이 패널의 단면을 도시한 것이다.1 is a cross-sectional view of a conventional optoelectronic flat panel display panel.
도 2는 도 1에서 산란층이 없는 경우 전기광학물질층을 빠져나온 빛이 윗쪽매질과 공기와의 경계면에서 전반사되어 빠져나오지 못하는 경우를 도시한 것이다.FIG. 2 illustrates a case in which the light exiting the electro-optic material layer is totally reflected at the interface between the upper medium and air when the scattering layer is not provided in FIG. 1.
도 3은 본 발명에 의한 광전자 평면 디스플레이 패널의 단면을 도시한 것이다.3 is a cross-sectional view of an optoelectronic flat panel display panel according to the present invention.
도 4는 경사면이 상부기판과 상부클래딩층 사이에 형성된 경우를 도시한 것이다.4 illustrates a case where an inclined surface is formed between the upper substrate and the upper cladding layer.
도 5a는 경사면의 경사각이 임계각에 도달한 경우를 도시한 것이다.5A illustrates a case where the inclination angle of the inclined surface reaches the critical angle.
도 5b는 경사면의 경사각을 임계각보다 크게한 경우를 도시한 것이다.5B illustrates the case where the inclination angle of the inclined surface is larger than the critical angle.
도 6은 경사면의 경사각이 15°인 경우 상부기판에서 전반사된 빛이 상부기판과 전기광학물질층 사이에서 전반사하여 진행하는 빛의 경로를 도시한 것이다.FIG. 6 illustrates a path of light in which light totally reflected from the upper substrate is totally reflected between the upper substrate and the electro-optic material layer when the inclination angle of the inclined surface is 15 °.
도 7은 경사면이 형성되어 있지 않은 경우 상부기판에서 전반사된 빛이 상부기판과 전기광학물질층 사이에서 전반사하여 진행하는 빛의 경로를 도시한 것이다.FIG. 7 illustrates a path of light in which light totally reflected from the upper substrate is totally reflected between the upper substrate and the electro-optic material layer when the inclined surface is not formed.
도 8은 경사면의 경사각이 10°인 경우 상부기판에서 전반사된 빛이 상부기판과 전기광학물질층 사이에서 전반사하여 진행하는 빛의 경로를 도시한 것이다.FIG. 8 illustrates a path of light in which light totally reflected from the upper substrate is totally reflected between the upper substrate and the electro-optic material layer when the inclination angle of the inclined surface is 10 °.
도 9는 경사면의 경사각이 17°인 경우 상부기판에서 전반사된 빛이 상부기판과 전기광학물질층 사이에서 전반사하여 진행하는 빛의 경로를 도시한 것이다.FIG. 9 illustrates a path of light in which light totally reflected from the upper substrate is totally reflected between the upper substrate and the electro-optic material layer when the inclination angle of the inclined surface is 17 °.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
310...상부기판 320...상부층310 upper substrate 320 upper layer
330...전기광학물질층 340...도파로330 Electro-optic layer 340 Waveguide
350...클래딩층 360...하부기판350 ... cladding layer 360 ... lower substrate
370...제2전극 380...제1전극370 ... second electrode 380 ... first electrode
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 광전자 평면 디스플레이 패널의 일실시예는 전기장을 인가하기 위한 제1전극이 형성된 하부기판; 광원에서 출력된 광이 입사되어 전파되는 광도파로; 상기 하부기판과 상기 광도파로의 어느 한 면 사이에 위치하고 상기 광도파로를 따라 전파되는 광을 전반사시키기 위하여 상기 광도파로의 굴절률보다 낮은 물질로 된 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 위하여 형성된 제2전극; 상기 제2전극위에 위치하고, 전기광학물질층을 통과하는 빛이 전반사되어 상기 전기광학물질층이 접한 반대면에 형성되어 있는 하부기판쪽으로 빠져나가도록 소정의 경사각을 갖는 홈이 형성된 상부층; 및 상기 상부층위에 형성된 상부기판을 포함함을 특징으로 한다.One embodiment of an optoelectronic flat panel display panel according to the present invention for solving the technical problem is a lower substrate formed with a first electrode for applying an electric field; An optical waveguide through which light output from the light source is incident and propagated; A cladding layer made of a material having a lower refractive index than that of the optical waveguide so as to be totally reflected between the lower substrate and one surface of the optical waveguide and propagate light propagated along the optical waveguide; An electro-optic material layer positioned adjacent to the other side of the optical waveguide and made of a material whose refractive index changes in accordance with an electric field to output light propagated along the optical waveguide to the outside; A second electrode on one side of the electro-optic material layer and formed to apply an electric field to the electro-optic material layer; An upper layer formed on the second electrode and having a groove having a predetermined inclination angle such that light passing through the electro-optic material layer is totally reflected and exits toward a lower substrate formed on an opposite surface of the electro-optic material layer; And an upper substrate formed on the upper layer.
또한, 상기 상부층에 형성된 홈은 입사된 빛이 경사면에서 임계각 이상을 유지하도록 경사면이 형성된 것임 특징으로 한다.In addition, the groove formed in the upper layer is characterized in that the inclined surface is formed so that the incident light maintains more than the critical angle on the inclined surface.
또한, 상기 상부층에 형성된 홈은 상기 상부층의 굴절율보다 낮은 굴절율을 갖는 물질을 채우는 것을 특징으로 한다.In addition, the groove formed in the upper layer is characterized in that for filling the material having a refractive index lower than the refractive index of the upper layer.
또한, 상기 상부층에 형성된 홈은 상기 상부층과 상기 상부기판사이에 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the groove formed in the upper layer is characterized in that formed between the upper layer and the upper substrate.
또한, 상기 상부층에 형성된 홈은 상기 전기광학물질층과 상기 상부층사이에 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the groove formed in the upper layer is characterized in that formed between the electro-optic material layer and the upper layer.
또한, 하부기판으로 빠져나오는 빛을 산란 확산 시키기 위하여 빛이 빠져나오는 면에 산란층을 더 구비함을 특징으로 한다.In addition, the scattering layer is further provided on the surface from which light escapes in order to scatter and diffuse the light exiting to the lower substrate.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 광전자 평면 디스플레이 패널의 다른 일실시예는 전기장을 인가하기 위한 제1전극이 형성된 하부기판; 광원에서 출력된 광이 입사되어 전파되는 광도파로; 상기 하부기판과 상기 광도파로의 어느 한 면 사이에 위치하고 상기 광도파로를 따라 전파되는 광을 전반사시키기 위하여 상기 광도파로의 굴절률보다 낮은 물질로 된 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 상기 전기광학물질층의 한 면에 위치하고 상기 전기광학 물질층에 전기장을 인가하기 위하여 형성된 제2전극; 상기 제2전극위에 형성된 상부층; 및 상기 상부층의 한면에 위치하고 상기 전기광학물질층으로부터 빠져나온 빛이 상기 상부층을 통과하여 전반사되어 상기 상부층이 접한 반대면에 형성되어 있는 하부기판쪽으로 빠져나가도록 소정의 경사각을 갖는 홈이 형성된 상부기판을 포함함을 특징으로 한다.Another embodiment of the optoelectronic flat panel display panel according to the present invention for solving the technical problem is a lower substrate formed with a first electrode for applying an electric field; An optical waveguide through which light output from the light source is incident and propagated; A cladding layer made of a material having a lower refractive index than that of the optical waveguide so as to be totally reflected between the lower substrate and one surface of the optical waveguide and propagate light propagated along the optical waveguide; An electro-optic material layer positioned adjacent to the other side of the optical waveguide and made of a material whose refractive index changes in accordance with an electric field to output light propagated along the optical waveguide to the outside; A second electrode disposed on one side of the electro-optic material layer and applied to the electro-optic material layer and formed on one side of the electro-optic material layer to apply an electric field to the electro-optic material layer; An upper layer formed on the second electrode; And an upper substrate having a groove having a predetermined inclination angle on one surface of the upper layer so that light exiting from the electro-optic material layer is totally reflected through the upper layer and exits toward the lower substrate formed on the opposite surface in contact with the upper layer. Characterized in that it comprises a.
또한, 상기 상부기판에 형성된 홈은 입사된 빛이 경사면에서 임계각 이상을 유지하도록 경사면이 형성된 것임 특징으로 한다.In addition, the groove formed on the upper substrate is characterized in that the inclined surface is formed so that the incident light maintains more than the critical angle on the inclined surface.
또한, 상기 상부기판에 형성된 홈은 상기 상부기판의 굴절율보다 낮은 굴절율을 갖는 물질을 채우는 것을 특징으로 한다.In addition, the groove formed in the upper substrate is characterized in that for filling the material having a refractive index lower than the refractive index of the upper substrate.
또한, 상기 상부기판에 형성된 홈은 상기 상부층과 상기 상부기판과의 접면에 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the groove formed in the upper substrate is characterized in that formed on the contact surface of the upper layer and the upper substrate.
또한, 상기 상부기판에 형성된 홈은 상기 상부기판과 공기와의 접면에 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the groove formed in the upper substrate is characterized in that formed in the contact surface of the upper substrate and air.
또한, 상기 하부기판으로 빠져나오는 빛을 산란시키기 위하여 빛이 빠져나오는 면에 산란층을 더 구비함을 특징으로 한다.In addition, in order to scatter the light exiting to the lower substrate characterized in that it further comprises a scattering layer on the light exit surface.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 의한 광전자 평면 디스플레이 패널로서, 하부기판(360), 제1전극(380), 클래딩층(350), 도파로(340), 전기광학물질층(330), 제2전극(370), 상부층(320) 및 상부기판(310)으로 이루어진다.3 is an optoelectronic flat panel display panel according to the present invention, the lower substrate 360, the first electrode 380, the cladding layer 350, the waveguide 340, the electro-optic material layer 330, the second electrode 370 ), An upper layer 320 and an upper substrate 310.
제1전극(380)은 전기장을 인가하기 위하여 하부기판(300)과 클래딩층(32)의 접면에 형성된다.The first electrode 380 is formed on a contact surface of the lower substrate 300 and the cladding layer 32 to apply an electric field.
클래딩층(350)은 제1전극(380)이 형성된 하부기판(360)과 도파로(340)의 어느 한 면 사이에 위치하고 도파로(340)를 따라 전파되는 광을 전반사시키기 위하여 도파로(340)의 굴절률보다 낮은 물질로 이루어진다.The cladding layer 350 is positioned between the lower substrate 360 on which the first electrode 380 is formed and one surface of the waveguide 340, and the refractive index of the waveguide 340 is used to totally reflect the light propagated along the waveguide 340. Made of lower material.
도파로(340)는 광원에서 출력된 광이 입사되어 전파된다.The waveguide 340 receives light propagated from the light source and propagates.
전기광학물질층(330)은 도파로(340)의 다른 면에 인접하여 위치하고 도파로(340)를 따라 전파되는 광을 외부로 출력하기 위하여 전기장에 따라 굴절률이 변하는 물질로 이루어진다.The electro-optic material layer 330 is made of a material whose refractive index changes in accordance with an electric field in order to be adjacent to the other surface of the waveguide 340 and output light propagating along the waveguide 340 to the outside.
제2전극(370)은 전기광학물질층(330)의 한 면에 위치하고 전기광학물질층(330)에 전기장을 인가하기 위한 것으로, 얇은 투명기판에 형성된다.The second electrode 370 is disposed on one surface of the electro-optic material layer 330 and is applied to the electro-optic material layer 330 to be formed on a thin transparent substrate.
상부층(320)은 유리기판에 형성된 제2전극(370)의 한면에 위치하고, 전기광학물질층(330)을 통과하는 빛이 전반사되어 전기광학물질층(330)이 접한 반대면에 형성되어 있는 하부기판(360)으로 빠져나가도록 소정의 경사각을 갖는 홈(groove)이 상부기판(310)사이에 형성된다.The upper layer 320 is located on one surface of the second electrode 370 formed on the glass substrate, and the lower portion formed on the opposite surface of the electro-optic material layer 330 is totally reflected by the light passing through the electro-optic material layer 330. Grooves having a predetermined inclination angle are formed between the upper substrates 310 so as to escape to the substrates 360.
상술한 구성에 의거하여 본 발명의 동작을 상세히 설명하기로 한다.Based on the above configuration, the operation of the present invention will be described in detail.
도파로(340)보다 굴절율이 낮은 글래딩층(350)이 도파로(340)의 한면에 접하여 있고 다른 한면에는 전기광학물질층(330)이 접하여 있어, 전기광학물질층(330)에 인가되는 전압을 조절하여 전기광학물질층(330)의 굴절율이 광도파로(340)의 굴절율보다 작게하여 도파로(340)를 따라 빛이 전반사하여 진행하도록 하다가 특정부위의 전기광학물질층(330)의 굴절율을 증가시켜 도파로(340)를 따라 진행하던 빛이도파로(340)를 떠나 전기광학물질층(330)으로 굴절하여 빠져나온다.The glading layer 350 having a lower refractive index than the waveguide 340 is in contact with one surface of the waveguide 340, and the electro-optic material layer 330 is in contact with the other surface to adjust the voltage applied to the electro-optic material layer 330. The refractive index of the electro-optic material layer 330 is smaller than the refractive index of the optical waveguide 340 to allow the light to totally reflect along the waveguide 340 and to increase the refractive index of the electro-optic material layer 330 at a specific portion. The light traveling along the 340 leaves the waveguide 340 and is refracted by the electro-optic material layer 330 to exit.
전기광학물질층(330)을 빠져나온 빛은 전기광학물질층(330)의 한면에 접하여 있는 상부층(320)으로 입사가 된다. 이 때 상부층(320)의 굴절률은 도파로(340)의 굴절률과 같거나 보다 큰 것이 바람직하다.Light exiting the electro-optic layer 330 is incident on the upper layer 320 in contact with one surface of the electro-optic layer 330. In this case, the refractive index of the upper layer 320 is preferably equal to or larger than the refractive index of the waveguide 340.
상부층(320)으로 입사된 빛은 전반사 되는데 전반사된 빛이 상부층(320)에서 아래로 반사가 될 때 상부층(320) 아래 전기광학물질층(330)과의 경계면이나 전기광학물질층(330)과 도파로(340)의 경계면, 도파로(340)와 클래딩층(350)의 경계면, 클래딩층(350)과 하부기판(360)의 경계면, 하부기판(360)과 공기의 경계면에서 전반사되지 않고 굴절되어 지나갈 수 있도록 상부층(320)의 윗면을 경사진 홈(groove)으로 형성한다.The light incident on the upper layer 320 is totally reflected. When the totally reflected light is reflected downward from the upper layer 320, the interface with the electro-optic layer 330 under the upper layer 320 or the electro-optic layer 330 At the interface of the waveguide 340, the interface between the waveguide 340 and the cladding layer 350, the interface between the cladding layer 350 and the lower substrate 360, the interface between the lower substrate 360 and the air will be refracted without total reflection. The upper surface of the upper layer 320 is formed as an inclined groove so that it can be.
위와 같이 아래로 빛이 빠져나오는 면에 산란층(도시되지 않음)등을 추가 설치하여 빛을 산란 확산시켜서 시야각 특성을 개선할 수 있다.The scattering layer (not shown), etc. may be additionally installed on the surface of the light exiting as described above to improve the viewing angle characteristics by scattering and diffusing the light.
도 4는 상부층(420)과 상부기판(410)사이에 형성된 홈(groove)을 도시한 것으로, 상기 홈(groove)에는 상부층(420)보다 굴절율이 낮은 물질을 둔다.4 illustrates a groove formed between the upper layer 420 and the upper substrate 410, and the groove has a material having a lower refractive index than the upper layer 420.
도 5a 내지 도 5b는 상기 홈(groove)의 경사면의 경사각도를 도시한 것으로, 상기 홈(groove)의 경사를 수평에서 점점 증가 시켜 나가서 일정 각에 도달하면 더 이상 전반사하지 않고 굴절하여 나가게 된다.5A to 5B illustrate the inclination angle of the inclined surface of the groove, and when the inclination of the groove is gradually increased horizontally to reach a certain angle, the inclination of the groove is refracted without total reflection.
도 5a는 홈(groove)의 경사각을 점점 증가시켜 임계각에 도달한 경우를 도시한 것으로서, 전기광학물질층(330)을 빠져 나온 빛을 상부층(320)에 형성된 홈(groove)의 경사면에 의해 전반사시키기 위하여 홈(groove)의 경사는 임계각 도달 각보다 작게 유지할 필요가 있다. 이러한 각의 계산은 스넬의 법칙에서 간단하게 계산이 된다.FIG. 5A illustrates a case where a critical angle is reached by gradually increasing the inclination angle of a groove, and total reflection is performed by the inclined surface of the groove formed in the upper layer 320 by the light exiting the electro-optic material layer 330. In order to achieve this, the slope of the groove needs to be kept smaller than the critical angle arrival angle. This calculation of angle is simply done in Snell's law.
도 5b는 홈(groove)의 경사각을 점점 증가시켜 임계도달각보다 경사를 증가시키는 경우이다. 이때, 전기광학물질층(320)을 빠져 나온 빛은 상부층(320)에 형성된 홈(groove)의 경사면에서 전반사하지 않고 굴절을 하여 밖으로 빠져나가게 된다.5B illustrates a case in which the inclination angle of the groove is gradually increased to increase the inclination angle than the critical reaching angle. At this time, the light exiting the electro-optic material layer 320 is refracted without total reflection on the inclined surface of the groove (groove) formed in the upper layer 320 to exit out.
따라서, 빛이 상부층(320)에서 전반사하여 아래로 빠져나가게 하기 위하여서는 홈(groove)의 경사각이 입사빛이 임계각이상을 유지하도록 해야 한다. 이 때 홈(groove)의 경사각을 조절하여 아래로 전반사하는 빛의 진행 방향을 조절 할 수 있다.Therefore, in order for the light to totally reflect from the upper layer 320 to escape downward, the inclination angle of the groove should keep the incident light above the critical angle. At this time, by adjusting the inclination angle of the groove (groove) can be adjusted the direction of the light totally reflected downward.
본 발명의 다른 일실시예로 경사면을 구비한 홈(groove)을 상부기판(370)에 형성하여 본 발명을 실시할 수 있다.In another embodiment of the present invention, a groove having an inclined surface may be formed in the upper substrate 370 to implement the present invention.
상기 경사면을 구비한 홈(groove)은 상부기판(310)과 상부층(320)사이의 접면에 형성할 수 있고, 상부기판(310)과 공기의 접면에 형성할 수 있다.Grooves having the inclined surface may be formed at a contact surface between the upper substrate 310 and the upper layer 320, and may be formed at the contact surface of the upper substrate 310 and air.
따라서, 전기광학물질층(330)으로부터 빠져나온 빛이 상부층(320)을 통과하여 전반사되어 상부층(320)이 접한 반대면에 형성되어 있는 하부기판(360)쪽으로 빠져나간다.Therefore, the light exiting from the electro-optic material layer 330 is totally reflected through the upper layer 320 and exits toward the lower substrate 360 formed on the opposite side of the upper layer 320.
위와 같이 아래로 빛이 빠져나오는 면에 산란층(도시되지 않음)등을 추가 설치하여 빛을 산란 확산시켜서 시야각 특성을 개선할 수 있다.The scattering layer (not shown), etc. may be additionally installed on the surface of the light exiting as described above to improve the viewing angle characteristics by scattering and diffusing the light.
본 발명의 또 다른 일실시예로 경사면을 구비한 홈(groove)이 형성된상부층(320)이 상부기판(370)위에 형성하여 본 발명을 실시할 수 있다.In another embodiment of the present invention, an upper layer 320 having a groove having an inclined surface is formed on the upper substrate 370 to implement the present invention.
도 6은 스넬의 법칙으로부터 계산된 빛의 경로를 도시한 것으로, 상부기판 윗면에 홈(groove)이 형성되어 있으며 홈(groove)의 경사각은 15°이다.FIG. 6 shows a path of light calculated from Snell's law, in which grooves are formed on the upper surface of the upper substrate, and the inclination angle of the grooves is 15 °.
또한, 도파로의 굴절률은 1.52, 클래딩의 굴절률은 1.49, 공기의 굴절률은 1, 상부층의 굴절률은 1.52, 상부기판의 굴절률은 1.53, 하부기판의 굴절률은 1.53이다.The refractive index of the waveguide is 1.52, the refractive index of the cladding is 1.49, the refractive index of the air is 1, the refractive index of the upper layer is 1.52, the refractive index of the upper substrate is 1.53, and the refractive index of the lower substrate is 1.53.
도 6에서 보는 바와 같이 상부기판의 홈(groove)에 의하여 빛이 아래 방향으로 빠져나옴을 알 수 있다.As shown in Figure 6 it can be seen that the light escapes in the downward direction by the groove (groove) of the upper substrate.
도 7과 같이 홈(groove)이 형성되어 있지 않는 경우는 상부기판에서 전반사된 빛은 상부기판과 전기광학물질층 사이에서 전반사하며 진행한다.When grooves are not formed as shown in FIG. 7, the light totally reflected from the upper substrate is totally reflected between the upper substrate and the electro-optic material layer.
도 8은 홈(groove)의 경사각이 10°인 경우이고, 도 9는 홈(groove)의 경사각이 17°인 경우이다. 여기서, 각각의 구성요소는 도 6과 같은 굴절율을 갖는다.8 illustrates a case where the inclination angle of the groove is 10 °, and FIG. 9 illustrates a case where the inclination angle of the groove is 17 °. Here, each component has a refractive index as shown in FIG.
도면과 명세서는 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The drawings and specification are merely exemplary of the invention, which are used for the purpose of illustrating the invention only and are not intended to limit the scope of the invention as defined in the appended claims or claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
본 발명에 의하면, 경사면을 구비한 홈을 상부층 또는 상부기판에 형성함으로써 도파로에서 빠져 나온 빛을 관찰자에게 효율적으로 보낼 수 있다.According to the present invention, the light exiting the waveguide can be efficiently sent to the observer by forming the groove having the inclined surface in the upper layer or the upper substrate.
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- 1999-09-30 KR KR1019990041967A patent/KR100320296B1/en not_active IP Right Cessation
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