KR100339101B1 - Method of forming optical waveguide array for flat panel display using optical waveguide - Google Patents
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Abstract
광도파로를 이용한 평판 디스플레이용 광도파로 배열 형성 방법이 개시된다. 상기 광도파로를 이용한 평판 디스플레이용 광도파로 배열 형성 방법은, (1) 기판에 복수의 홈을 형성시키는 단계와, (2) 상기 복수의 홈에 액상 폴리머를 충진시키는 단계와, (3) 상기 액상 폴리머를 가열하여 경화시키는 단계 및 (4) 상기 경화된 폴리머의 표면을 연마하여 광도파로 배열을 형성시키는 단계를 포함하여, 광도파로 배열을 용이하게 제작할 수 있어 생산성을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.Disclosed is a method for forming an optical waveguide array for a flat panel display using an optical waveguide. The optical waveguide arraying method for a flat panel display using the optical waveguide includes the steps of (1) forming a plurality of grooves in a substrate, (2) filling a plurality of liquid polymers in the plurality of grooves, and (3) the liquid phase. Heating and curing the polymer; and (4) polishing the surface of the cured polymer to form an optical waveguide array, which can easily manufacture the optical waveguide array, thereby increasing productivity.
Description
본 발명은 평판 디스플레이의 제작 방법에 관한 것으로, 특히 광도파로를 이용한 평판 디스플레이용 광도파로 배열 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a flat panel display, and more particularly, to a method for forming an optical waveguide array for a flat panel display using an optical waveguide.
현재 모니터 및 텔레비젼의 디스플레이 장치로서 음극선관이 주로 사용되고 있다. 그러나, 음극선관이 무겁고 부피가 크기 때문에 휴대형을 중심으로 액정 디스플레이나 플라즈마 디스플레이 같은 가벼운 평판 디스플레이가 점점 채용되고 있다. 하지만, 액정 디스플레이는 가격이 비싸고 스크린 크기를 크게 하기가 어렵다는 단점이 있으며 플라즈마 디스플레이는 제조원가가 높고, 높은 전압을 필요로 하며, 전력 소모가 크다는 단점이 있다.Currently, cathode ray tubes are mainly used as display devices of monitors and televisions. However, since the cathode ray tube is heavy and bulky, a light flat panel display such as a liquid crystal display or a plasma display has been increasingly adopted, mainly in a portable type. However, liquid crystal displays are disadvantageous in that they are expensive and difficult to increase the size of the screen. Plasma displays have a disadvantage of high manufacturing cost, high voltage, and high power consumption.
이를 해결하기 위하여 광도파로를 이용한 평판 디스플레이가 제안되었다. 광도파로는 광을 거의 감쇠시키기 않고 먼 거리까지 전달할 수 있기 때문에 대화면의 디스플레이에 적합하다.In order to solve this problem, a flat panel display using an optical waveguide has been proposed. Optical waveguides are suitable for large displays because they can transmit over long distances with little attenuation of light.
미국특허 제5,596,671호에 나와 있는 광도파로 디스플레이 시스템에 있어서 광도파로 디스플레이 패널의 구조는 도 1과 같다.In the optical waveguide display system disclosed in US Patent No. 5,596,671, the structure of the optical waveguide display panel is shown in FIG.
도 1에 도시된 종래의 광도파로를 이용한 평판 디스플레이 패널은, 광원(미도시)에서 출력된 광이 입사되어 전파되는 광도파로(15), 광도파로(15) 상부에 위치하며 광도파로(15)를 따라 전파되는 광을 전반사시키기 위하여 굴절률이 낮은 물질로 된 클래딩(14), 클래딩(14) 상부에 위치하여 광을 흡수하는 광흡수층(10), 광흡수층(10) 상부에 위치하여 소정의 전압(12)이 인가되는 제1전극(13), 광도파로(15) 하부에 위치하여 전기장에 따라 굴절률이 변하는 전기광학물질층(16), 광을 산란시키기 위한 산란층(17) 및 접지되며 투명재질로 되어 있는 제2전극(18)을 구비하고 있다.The flat panel display panel using the conventional optical waveguide illustrated in FIG. 1 includes an optical waveguide 15 and an optical waveguide 15 positioned above the optical waveguide 15 through which light output from a light source (not shown) is incident and propagated. In order to totally reflect the light propagated along the cladding 14 made of a material having a low refractive index, the light absorbing layer 10 positioned above the cladding 14 to absorb the light, and the upper part of the light absorbing layer 10 positioned to absorb a predetermined voltage. The first electrode 13 to which the 12 is applied, the electro-optic material layer 16 which is positioned below the optical waveguide 15 and whose refractive index changes according to the electric field, the scattering layer 17 for scattering light, and the grounded and transparent A second electrode 18 made of material is provided.
상기와 같이 구성된 종래의 광도파로를 이용한 평판 디스플레이 패널에서는, 소정의 전압(12)이 제1전극(13)으로 인가되면 제1전극(13)과 제2전극(18) 사이에 전기장(11)이 발생되고 발생된 전기장(11)에 의해 전기광학 물질층(16)의 굴절률이 증가하여 광도파로(15)를 따라 전파되는 광이 전기광학 물질층(16)을 통과한 후 산란층(17)에서 산란입자와 충돌하여 산란된다. 산란층(17)에서 산란된 광은 투명재질의 제2전극(18)을 통과하여 관찰자가 제2전극(18)을 통과한 광을 인지할 수 있게 된다.In a flat panel display panel using a conventional optical waveguide configured as described above, when a predetermined voltage 12 is applied to the first electrode 13, the electric field 11 is disposed between the first electrode 13 and the second electrode 18. Is generated and the refractive index of the electro-optic material layer 16 is increased by the generated electric field 11 so that light propagating along the optical waveguide 15 passes through the electro-optic material layer 16 and then the scattering layer 17. Scatters by colliding with scattering particles at The light scattered from the scattering layer 17 passes through the second electrode 18 of the transparent material so that the viewer can recognize the light passing through the second electrode 18.
상기와 같이 전기광학 물질층(16)의 굴절률이 낮을 때는 광이 광도파로(15)를 따라 진행을 하고 전기광학 물질층(16)의 굴절률이 높아지면 광이 광도파로(15)에서 빠져 나와 산란층(17)에서 산란된다.As described above, when the refractive index of the electro-optic material layer 16 is low, light travels along the optical waveguide 15, and when the refractive index of the electro-optic material layer 16 is high, the light exits the optical waveguide 15 and scatters. Scattered in layer 17.
이러한 광도파로(15)로 광이 진행하기 위한 조건은 광이 광도파로(15)내에서 전반사를 하면 되고, 이것은 광도파로(15) 외부에 있는 전기광학 물질층(16)의 굴절률이 광도파로(15)의 굴절률보다 낮을 때 얻어진다. 한편, 광도파로(15) 외부에 있는 전기광학 물질층(16)의 굴절률이 광도파로(15)의 굴절률 보다 높게 되면, 전반사 조건을 만족하지 않게 되어 광도파로(15)내의 광은 밖으로 빠져 나오게 된다. 이 때 빠져 나오는 광의 위치는 전기광학 물질층(16)의 굴절률이 높아지는 곳이므로 전압을 가하는 전극의 위치를 조절하여 광이 나오는 위치를 조절할 수 있고, 이러한 원리를 이용한 표시소자의 제작이 가능해진다.The condition for the light to propagate to the optical waveguide 15 is that the light is totally reflected in the optical waveguide 15, which is because the refractive index of the electro-optic material layer 16 outside the optical waveguide 15 is the optical waveguide ( It is obtained when it is lower than the refractive index of 15). On the other hand, when the refractive index of the electro-optic material layer 16 outside the optical waveguide 15 is higher than the refractive index of the optical waveguide 15, the total reflection condition is not satisfied, and the light in the optical waveguide 15 is drawn out. . At this time, since the light exits from a location where the refractive index of the electro-optic material layer 16 is increased, the location of the light may be adjusted by adjusting the position of the electrode to which voltage is applied, and the display device may be manufactured using this principle.
이 때 전기광학 물질층(16)의 굴절률을 변경시키기 위하여 제1전극(13)과 제2전극(18)을 형성시킨다. 제1전극(13)과 제2전극(18)에 전압을 인가하면 전기광학 물질층(16)의 굴절률이 변하게 되고 이에 따라 광도파로(15)의 광이 외부로 빠져 나오거나 빠져 나오지 못하게 된다.In this case, the first electrode 13 and the second electrode 18 are formed to change the refractive index of the electro-optic material layer 16. When a voltage is applied to the first electrode 13 and the second electrode 18, the refractive index of the electro-optic material layer 16 is changed, thereby preventing the light of the optical waveguide 15 from exiting or exiting.
상기와 같은 종래의 광도파로를 이용한 평판 디스플레이 패널은, 도 2에 도시된 바와 같이 광도파로(23)가 배열되어 있으며, 탭제어부(20), 정보제어부(21), 광세기 변조기 제어부(22)를 구비하고 있다. 도 2를 참조하면, 광도파로(23)에 입사되는 광의 세기는 광세기 변조기 제어부(22)에서 조절되고, 이 광이 광도파로(23)를 따라 진행되며, 광이 나오는 위치는 탭제어부(20)에서 인가되는 전압에 의해 제어된다.In the flat panel display panel using the conventional optical waveguide as described above, the optical waveguide 23 is arranged as shown in FIG. 2, and the tap control unit 20, the information control unit 21, and the light intensity modulator control unit 22 are provided. Equipped with. Referring to FIG. 2, the intensity of light incident on the optical waveguide 23 is controlled by the light intensity modulator controller 22, and the light travels along the optical waveguide 23. Is controlled by the voltage applied.
상기한 미국특허 제5,596,671호에서는, 상기 광도파로를 형성시키기 위하여 광섬유를 기판 상에 배열하거나 폴리머 재료를 준비된 기판에 붙이는 방법을 개시하고 있다. 하지만, 이러한 방법은, 그 가공성이 어려워 제작에 어려움이 많은 문제점이 있다.U.S. Patent No. 5,596,671 discloses a method of arranging optical fibers on a substrate or attaching a polymer material to a prepared substrate to form the optical waveguide. However, this method has a problem in that the workability is difficult and the production is difficult.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 광도파로 배열을 용이하게 제작할 수 있는 광도파로를 이용한 평판 디스플레이용 광도파로 배열 형성 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an optical waveguide array forming method for a flat panel display using an optical waveguide that can easily produce an optical waveguide array.
도 1은 종래의 광도파로를 이용한 평판 디스플레이 패널의 구조를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a structure of a flat panel display panel using a conventional optical waveguide.
도 2는 종래의 광도파로를 이용한 평판 디스플레이 패널의 평면도를 도시한 도면이다.2 is a plan view of a flat panel display panel using a conventional optical waveguide.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 광도파로를 이용한 평판 디스플레이용 광도파로 배열 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a method for forming an optical waveguide array for a flat panel display using an optical waveguide according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 광도파로를 이용한 평판 디스플레이용 광도파로 배열 형성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a method of forming an optical waveguide array for a flat panel display using an optical waveguide according to an embodiment of the present invention.
도 5는 홈의 다른 형상을 도시한 도면이다.5 is a view showing another shape of the groove.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
40...홈 형성 단계,42...액상 폴리머 충진 단계,40 ... groove forming step, 42 ... liquid polymer filling step,
44...액상 폴리머 경화 단계,46...표면 연마 단계.44 ... liquid polymer curing step, 46 ... surface polishing step.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 광도파로를 이용한 평판 디스플레이용 광도파로 배열 형성 방법은, (1) 기판에 복수의 홈을 형성시키는 단계; (2) 상기 복수의 홈에 액상 폴리머를 충진시키는 단계; (3) 상기 액상 폴리머를 경화시키는 단계; 및 (4) 상기 경화된 폴리머의 표면을 연마하여 광도파로 배열을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an optical waveguide array forming method for a flat panel display using the optical waveguide according to the present invention comprises the steps of: (1) forming a plurality of grooves in a substrate; (2) filling a plurality of grooves with a liquid polymer; (3) curing the liquid polymer; And (4) polishing the surface of the cured polymer to form an optical waveguide array.
상기 단계 (1)에서 상기 기판은 금속기판, 절연성기판중 어느 하나인 것이 바람직하다.In the step (1), the substrate is preferably any one of a metal substrate and an insulating substrate.
또한, 상기 단계 (1)에서 상기 홈의 단면은 사각형 단면인 것이 바람직하다.In addition, the cross section of the groove in the step (1) is preferably a rectangular cross section.
또한, 상기 단계 (1)에서 상기 홈의 단면은 반원형 단면인 것이 바람직하다.In addition, the cross section of the groove in the step (1) is preferably a semi-circular cross section.
또한, 상기 단계 (1)에서 상기 홈은, 기계적 절삭, 레이저 조사, 에칭, 프레스 방법중 어느 한 방법에 의해 형성되는 것이 바람직하다.In the step (1), the groove is preferably formed by any one of mechanical cutting, laser irradiation, etching, and pressing.
또한, 상기 단계 (1)에서 상기 홈의 단면은 경사진 것이 바람직하다.In addition, the cross section of the groove in the step (1) is preferably inclined.
또한, 상기 기판이 금속기판인 경우 상기 금속기판을 전극으로 활용하는 것이 바람직하다.In addition, when the substrate is a metal substrate, it is preferable to use the metal substrate as an electrode.
또한, 상기 기판으로서 알루미늄 등 양극산화가 가능한 금속을 사용하는 경우, 상기 광도파로로 진행하는 광의 손실을 줄이기 위해 상기 단계 (2) 전에, 상기 홈이 형성된 기판을 양극산화시켜 소정 두께의 산화막을 형성시키는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, in the case of using a metal capable of anodizing such as aluminum as the substrate, before the step (2), an oxide film having a predetermined thickness is formed by anodizing the substrate on which the groove is formed in order to reduce the loss of light traveling to the optical waveguide. It is preferable to further include the step of.
또한, 상기 단계 (1)에 있어서, 상기 홈에 형성된 광도파로를 따라 전파되는 광의 세기가 입사점으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 약해지는 것을 보상하기 위하여, 상기 입사점으로부터의 거리가 멀어질수록 형성될 광도파로의 폭이 증가되도록 상기 홈을 형성시키는 것이 바람직하다.Further, in the step (1), in order to compensate that the intensity of the light propagating along the optical waveguide formed in the groove is weakened as the distance from the incident point increases, the distance formed from the incident point increases It is preferable to form the groove so that the width of the optical waveguide to be increased.
또한, 상기 기판으로서 절연성기판을 사용하는 경우, 상기 단계 (4) 후에, 상기 광도파로 배열의 상기 광도파로 상에 투명전극을 3000Å 이하로 증착시켜 전극으로 이용하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, in the case of using an insulating substrate as the substrate, after the step (4), it is preferable to further include the step of depositing a transparent electrode on the optical waveguide of the optical waveguide array to less than 3000 Å to use as an electrode.
또한, 상기 전극형성 단계에서, 상기 전극을 투명전극으로 형성시킴으로써 발생되는 저항의 증가를 막기 위하여 폭이 좁은 금속배선에 투명전극을 붙여 상기 전극을 형성시키는 것이 바람직하다.In addition, in the electrode forming step, in order to prevent the increase in resistance generated by forming the electrode as a transparent electrode, it is preferable to form the electrode by attaching the transparent electrode to a narrow metal wiring.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 광도파로를 이용한 평판 디스플레이용 광도파로 배열 형성 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an optical waveguide array forming method for a flat panel display using an optical waveguide according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 광도파로를 이용한 평판 디스플레이용 광도파로 배열 형성 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 광도파로를 이용한 평판 디스플레이용 광도파로 배열 형성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.3 is a view for explaining an optical waveguide array forming method for a flat panel display using an optical waveguide according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is an optical waveguide array for flat panel display using an optical waveguide according to an embodiment of the present invention A flowchart for explaining the method.
도 3 및 도 4를 참조하면, 도 3의 (a)와 같이 금속기판(30)에 일정 깊이의 복수의 홈(32)을 형성시킨다(도 4의 40). 즉, 알루미늄, 크롬 또는 기타 금속 재료로 된 기판 상의 광도파로가 형성될 위치에 홈(32)을 형성시키는 것이다. 이 홈을 형성시키기 위해서는 기계적인 절삭 방법, 레이저 조사에 의한 가열 방법, 사진 식각 공정에 의한 금속기판 에칭 방법, 프레스에 의한 홈 형성 방법 등 여러가지 방법이 사용될 수 있다.3 and 4, as shown in FIG. 3A, a plurality of grooves 32 having a predetermined depth are formed in the metal substrate 30 (40 of FIG. 4). That is, the groove 32 is formed at the position where the optical waveguide on the substrate made of aluminum, chromium or other metal material is to be formed. In order to form the groove, various methods such as a mechanical cutting method, a heating method by laser irradiation, a metal substrate etching method by a photolithography process, and a groove formation method by a press may be used.
다음 도 3의 (b)와 같이 복수의 홈(32)에 액상 폴리머(34)를 충진시킨다(도 4의 42). 액상 폴리머를 충진시키는 방법으로는, 스프레이 등으로 표면에 액상 폴리머를 도포하여 각 홈(32)이 채워지도록 하는 방법이 사용될 수 있다. 그다음 각 홈(32)에 채워진 액상 폴리머(34)를 가열하거나 자외선을 조사하여 경화시킴으로써 고체상태의 폴리머를 형성시킨다(도 4의 44).Next, the liquid polymer 34 is filled in the plurality of grooves 32 as shown in FIG. 3 (b) (42 in FIG. 4). As a method of filling the liquid polymer, a method of applying the liquid polymer to the surface with a spray or the like to fill each groove 32 may be used. Then, the solid polymer 34 is formed by heating the liquid polymer 34 filled in each groove 32 or by irradiating ultraviolet rays (44 in FIG. 4).
그다음 경화된 폴리머의 표면을 연마하여 도 3의 (c)와 같이 각 홈(32)에 폴리머(36)가 삽입된 형태가 되도록 하여 광도파로 배열을 형성시킨다(도 4의 46).Then, the surface of the cured polymer is polished so that the polymer 36 is inserted into each groove 32 as shown in FIG. 3C to form an optical waveguide array (46 in FIG. 4).
또한, 광도파로로 진행하는 광의 손실을 줄이기 위하여 금속기판(30)에 복수의 홈(32)을 형성시킨 후, 양극산화법을 이용하여 금속기판(30)의 표면에 산화층을 미리 형성시킬 수도 있다. 일반적으로 빛이 투광되는 경로 중에 금속 등의 도전성 물질을 접하게 되면 빛의 손실이 발생한다. 그러나, 이 경우 광도파로와 기판 사이에 산화층의 막이 형성되어 광도파로와 금속이 직접 접촉하지 않기 때문에 광도파로를 따라 진행하는 광의 손실을 줄일 수 있다. 한편, 상기 금속기판(30)은 전극으로 활용될 수도 있다.In addition, after the plurality of grooves 32 are formed in the metal substrate 30 in order to reduce the loss of light traveling to the optical waveguide, an oxide layer may be formed on the surface of the metal substrate 30 in advance using an anodization method. Generally, when a conductive material such as a metal is brought into contact with a path through which light is transmitted, light loss occurs. However, in this case, since the film of the oxide layer is formed between the optical waveguide and the substrate so that the optical waveguide and the metal do not directly contact, the loss of light traveling along the optical waveguide can be reduced. On the other hand, the metal substrate 30 may be utilized as an electrode.
또한, 상기 금속기판(30) 대신에 유리기판 등의 절연성 기판을 사용할 수도 있는데, 이 경우 유리기판의 홈은, 금속기판을 사용할 때와 마찬가지로 레이저 조사나 에칭 혹은 기계적인 절삭 방법 등을 사용하여 형성시킬 수 있고, 전극의 형성은 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이, 형성된 홈에 굴절률이 기판보다 높은 광도파로 물질을 충진시킨 후, 연마하여 광도파로 배열을 형성시킨 다음 표면에 투명전극(38)을 3000Å 이하로 얇게 증착하여 형성시킬 수 있다.In addition, an insulating substrate such as a glass substrate may be used instead of the metal substrate 30. In this case, the groove of the glass substrate may be formed by using laser irradiation, etching, or a mechanical cutting method as in the case of using the metal substrate. As shown in (d) of FIG. 3, the formation of the electrode may be performed by filling a material with an optical waveguide having a refractive index higher than that of the substrate, and then polishing and forming an array of optical waveguides. 38) can be formed by depositing thinner than 3000Å.
그리고, 금속기판(30)에 형성된 홈의 형상에는 제한이 없는데 도 5와 같이 사각형 단면에서 홈의 단면 부위가 경사져 있어도 되고, 반원 형상을 이루고 있어도 된다.The shape of the groove formed in the metal substrate 30 is not limited, but the cross-sectional area of the groove may be inclined or may form a semicircular shape in a rectangular cross section as shown in FIG.
한편, 일반적으로 광도파로 주위에 전도성 물질이 있으면 광도파로로 진행하는 광의 손실이 증가하게 되고 광도파로를 디스플레이로 활용할 경우 광도파로로 광이 입사하는 입사점에서 멀어질수록 광의 세기가 약해지게 된다. 이러한 광의 세기를 보상하기 위하여 광의 입사점에서 멀어질수록 전극의 면적을 증가시키는 것이 바람직하다. 또한, 홈에 형성된 광도파로를 따라 전파되는 광의 세기가 입사점으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 약해지는 것을 보상하기 위하여, 상기 입사점으로부터의 거리가 멀어질수록 형성될 광도파로의 폭이 증가되도록 상기 홈을 형성시키는 것이 바람직하다.On the other hand, in general, when there is a conductive material around the optical waveguide, the loss of the light traveling to the optical waveguide increases, and when the optical waveguide is used as a display, the light intensity decreases as the light enters the optical waveguide. In order to compensate for the light intensity, it is preferable to increase the area of the electrode as it moves away from the incident point of light. In addition, in order to compensate that the intensity of the light propagating along the optical waveguide formed in the groove is weakened as the distance from the incident point increases, the width of the optical waveguide to be formed increases as the distance from the incident point increases. It is preferable to form a groove.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 광도파로를 이용한 평판 디스플레이용 광도파로 배열 형성 방법은, 광도파로 배열을 용이하게 제작할 수 있어 생산성을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.As described above, the optical waveguide array forming method for a flat panel display using the optical waveguide according to the present invention has the advantage that the optical waveguide array can be easily manufactured and the productivity can be increased.
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