KR100684179B1

KR100684179B1 - 발광표시장치

Info

Publication number: KR100684179B1
Application number: KR1020040065749A
Authority: KR
Inventors: 김진태; 최춘기; 성희경
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2007-02-20
Also published as: KR20060017179A

Abstract

본 발명은 발광표시장치에 관한 것으로, 광을 발생하기 위한 발광소자와, 상기 발광소자의 일측에 결합되고, 상기 발생된 광을 수평방향으로 진행시키기 위한 광도파로와, 상기 광도파로의 상부에 형성되고, 상기 수평방향으로 진행된 광을 수직방향으로 결합하기 위한 격자결합기와, 상기 격자결합기의 상측에 구비되고, 상기 수직방향으로 결합된 광에 의해 소정의 형상을 표시하기 위한 디스플레이 수단을 포함하여 이루어짐으로써, 형상을 표시하는 광의 파장을 시간에 따라 다양하게 변화시켜 동적이고 다양하며 복잡한 색으로 변화되는 문양이나 그림 등을 용이하게 표시할 수 있는 효과가 있다.

발광표시장치, 발광소자, 광도파로, 격자결합기, 열선, 전기배선

Description

발광표시장치{Optical display device}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광표시장치를 설명하기 위한 사시도.

도 2는 도 1의 격자결합기의 광결합 원리를 설명하기 위한 도면.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 적용된 격자결합기의 열광학 효과를 이용한 수직 광결합의 파장 변화를 설명하기 위한 도면.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 적용된 격자결합기의 열광학 효과를 이용한 수직 광결합의 파장 변화를 설명하기 위한 도면.

도 5a 및 도 5b는 도 4a 및 도 4b의 격자결합기의 열광학 효과를 이용한 수직 광결합의 파장 변화에 따른 결과를 설명하기 위한 도면.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 적용된 격자결합기의 다른 구조를 설명하기 위한 도면.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 적용된 격자결합기의 또 다른 구조를 설명하기 위한 도면.

도 8은 도 7의 격자결합기의 광결합 원리를 설명하기 위한 도면.

도 9는 도 7의 격자결합기를 통해 자동적으로 변화되는 파장의 결과를 설명하기 위한 도면.

도 10a 및 도 10b는 도 7의 격자결합기의 열광학 효과를 이용한 수직 광결합 의 파장 변화를 설명하기 위한 도면.

도 11a 및 도 11b는 도 7의 격자결합기의 열광학 효과를 이용한 수직 광결합의 파장 변화에 따른 결과를 설명하기 위한 도면.

도 12a 및 도 12b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광표시장치의 열광학 효과를 이용한 수직 광결합의 파장 변화를 설명하기 위한 도면.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광표시장치를 설명하기 위한 사시도.

도 14는 도 13의 격자결합기의 광결합 원리를 설명하기 위한 도면.

도 15a 및 도 15b는 도 13의 격자결합기의 격자간의 간격에 따른 수직 광결합의 파장 변화의 결과를 설명하기 위한 도면.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ***

100 : 발광소자, 105 : 다양한 파장의 광,

110 : 광도파로, 115 : 고정부재,

120 : 격자결합기, 125 : 격자,

130 : 수직방향의 광, 140 : 디스플레이 패널,

145 : 문자, 150 : 열선,

160 : 투명마스크

본 발명은 발광표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수평방향으로 진행된 광을 수직방향으로 결합하는 격자결합기(Optical Waveguide grating Coupler, WGC)를 이용하여 각종 문양이나 그림 등을 표시함으로써, 형상을 표시하는 광의 파장을 시간에 따라 다양하게 변화시켜 동적이고 다양하며 복잡한 색으로 변화되는 문양이나 그림 등을 용이하게 표시할 수 있는 발광표시장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액정표시장치는 유리기판, 편광기, 투명한 전극 및 액정으로 구성되며, 상기 액정의 상/하에 배치된 전극의 전압인가 유무에 따라 빛의 차단을 유도하여 발광하는 표시장치이다.

그러나, 이러한 액정표시장치는 복잡한 전극배치 및 단색광 만을 발광하도록 구성되어 다양한 색으로 구성되는 복잡한 문자나 그림을 표현하는 것은 한계점을 갖고 있다.

또한, 다양한 색으로 구성된 단일 문자를 표현하기 위해서는 많은 단위 액정 표시장치가 필요하고, 이로 인해 소비되는 소모 전력이 많은 문제점이 있다.

또한, 단위 액정의 최소 크기가 한계를 갖고 있어, 표현되는 최소한의 글자 크기 또한 단위 액정의 크기 제한으로 제약을 받으며, 특히 액정은 좁은 시야각(field angle of the screen)이 최대의 단점이다.

한편, 최근 이러한 액정표시장치의 단점을 보완하기 위한 평면형 영상 표시장치가 개발되고 있으나, 제작에 필요한 대부분의 장비가 고가이며, 제작비용 또한 고 비용을 요구하는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 발광소자로부터 발생된 다양한 파장의 광을 수평방향으로 진행시키기 위한 광도파로를 구비하고, 상기 광도파로에 의해 수평방향으로 진행된 광을 수직방향으로 결합하기 위한 격자결합기를 포함함으로써, 형상을 표시하는 광의 파장을 시간에 따라 다양하게 변화시켜 동적이고 다양하며 복잡한 색으로 변화되는 문양이나 그림 등을 용이하게 표시할 수 있는 발광표시장치를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제 1 측면은, 광을 발생하기 위한 발광소자; 상기 발광소자의 일측에 결합되고, 상기 발생된 광을 수평방향으로 진행시키기 위한 광도파로; 상기 광도파로의 상부에 형성되고, 상기 수평방향으로 진행된 광을 수직방향으로 결합하기 위한 격자결합기; 및 상기 격자결합기의 상측에 구비되고, 상기 수직방향으로 결합된 광에 의해 소정의 형상을 표시하기 위한 디스플레이 수단을 포함하여 이루어진 발광표시장치를 제공하는 것이다.
여기서, 상기 디스플레이 수단은, 상기 격자결합기의 상부에 형성되고, 상기 수직방향으로 결합된 광을 투과시키기 위한 투명마스크; 및 상기 투명마스크의 상면에 형성되고, 소정의 형상으로 이루어지며, 열광학 효과에 의해 상기 격자결합기의 파장 선택도를 변화시키기 위한 열선을 포함하여 이루어짐이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 디스플레이 수단은, 상기 격자결합기의 상부에 형성되고, 상기 수직방향으로 결합된 광을 투과시키기 위한 투명마스크; 및 상기 투명마스크의 상면 및 상기 광도파로의 하부에 각각 형성되고, 소정의 형상으로 이루어지며, 전기광학 효과에 의해 상기 격자결합기의 파장 선택도를 변화시키기 위한 전기배선을 포함하여 이루어진다.

본 발명의 제 2 측면은, 광을 발생하기 위한 발광소자; 상기 발광소자의 일측에 결합되고, 상기 발생된 광을 수평방향으로 진행시키기 위한 광도파로; 및 상기 광도파로의 상부에 형성되고, 소정의 형상으로 이루어지며, 상기 수평방향으로 진행된 광을 수직방향으로 결합하기 위한 격자결합기를 포함하여 이루어진 발광표시장치를 제공하는 것이다.

삭제

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 실시 예는 당 업계의 평균적인 지식을 갖는 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 한편, 도면에서 막 또는 영역들의 크기 또는 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되거나 형태를 달리하여 나타낸 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광표시장치를 설명하기 위한 사시도이 다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광표시장치는, 발광소자(100), 광도파로(110), 격자결합기(WGC)(120) 및 디스플레이 패널(140)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 발광소자(100)는 다양한 파장의 광(105)을 발생하며, 상기 광도파로(110)의 일단에 결합되어 있다.

상기 광도파로(110)는 상기 발광소자(100)로부터 발생된 다양한 파장의 광(105)을 수평방향으로 진행시키는 역할을 수행하며, 그 영역은 후술하는 디스플레이 패널(140)에 형성된 문자(145)의 영역에 대응하도록 구비됨이 바람직하다.

또한, 상기 광도파로(110)는 상기 발광소자(100)로부터 발생된 다양한 파장의 광(105) 대부분을 상기 격자결합기(120)로 전달되도록 하며, 최적의 광도파 특성이 구성되어 외부로 손실되는 광의 손실을 최소화하기 위하여 평면형 광도파로 구조로 이루어짐이 바람직하다.

또한, 상기 광도파로(110)는 상기 발광소자(100)와 상기 광도파로(110) 간의 광결합 손실을 최소화하고, 상기 격자결합기(120)에서 수직방향으로 결합되는 광(130)의 결합 효율을 극대화시키기 위하여 상기 광도파로(110) 내에 다양한 광도파 결로가 형성되는 다중모드(Multi-Mode) 광도파로로 구현됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 단일모드(Single-Mode) 광도파로로 구현될 수도 있다.

또한, 상기 광도파로(110)는 상기 발광소자(100)의 개수를 감소시키며 저전력 소비를 위해 Y자형 또는 삼지창형 등과 같이 동일한 광 분배가 가능하도록 다양 한 형태의 기하학적 구조로 이루어질 수도 있다.

한편, 상기 광도파로(110)의 하측에는 상기 광도파로(110)의 상부가 노출되거나 노출되지 않도록 삽입되고, 상기 광도파로(110)를 안정적으로 고정시키기 위하여 고정부재(115)가 구비되어 있다. 이러한 고정부재(115)는 상/하판으로 결합되어 구성됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 일체로 구성될 수도 있음은 물론, 상기 광도파로(110)를 고정할 수 있도록 다양하게 변형된 형태로 구현할 수 있으며, 상기 광도파로(110)에 의해 진행되는 수평방향의 광을 효율적으로 구성하기 위해 즉, 최적의 광도파로(110)를 위해 재료의 물성(예컨대, 굴절률 등)을 고려하여 구현할 수도 있다.

상기 격자결합기(120)는 상기 광도파로(110)의 상부에 형성되어 있으며, 상기 광도파로(110)에 의해 수평방향으로 진행된 광을 수직방향으로 결합하는 역할을 수행한다. 이러한 격자결합기(120)는 다수개의 격자(grating)(125)로 이루어지며, 상기 다수개의 격자(125)가 일정한 간격으로 이격되도록 배치되어 있다. 또한, 상기 격자(125)의 구조는 다양하게 변형 가능하다(도 6 및 도 7참조).

또한, 상기 격자결합기(120)는 상기 광도파로(110)로부터 진행되는 다중모드 또는 단일모드 특성을 갖는 광을 모두 결합할 수 있도록 구현됨이 바람직하다.

한편, 상기 광도파로(110) 및 상기 격자결합기(120)의 격자(125)를 구성하는 재료로는 열광학 효과 또는 전기광학 효과 즉, 열이나 전기에 의해 그 굴절률이 변화함과 동시에 광 투과성 및 광도파 특성이 우수한 광학용 고분자 물질(예컨대, 주식회사 젠포토닉스에서 제조된 ZPU12-RI series, ZPU13-RI series, ZPU12-450 및 아크릴레이트 계열의 플루오르 화합수지 등)을 적용함이 바람직하다.

이러한 광학용 고분자 물질로 상기 격자결합기(120)의 격자(125)를 구현할 경우에는 격자가 형성된 금형 내지는 마스터와 자외선 내지는 열에 의해 경화되는 고분자 물질을 적용한 핫 엠보싱 공정(Hot Embossing Process) 또는 자외선 엠보싱 공정(UV Embossing Process)을 통하여 마이크로(micro) 크기 내지는 나노(nano) 크기의 미세 패턴을 용이하게 형성할 수 있으므로, 상기 격자결합기(120)의 격자(125) 구조를 용이하게 제작할 수 있다.

더욱이, 상기 광학용 고분자 물질은 열광학 효과 또는 전기광학 효과를 구현하기 위해 인가하는 전력의 소비 전력량이 유리기판 내지는 유리기반의 광소자에 비하여 현저히 낮다. 따라서, 열광학 효과 또는 전기광학 효과를 나타내면서 동시에 자외선 엠보싱 공정 적용이 가능한 광학용 고분자 물질을 이용하여 평면형 격자결합기를 제작함으로써, 저가격 고효율의 평면형 발광표시장치를 구현할 수 있다.

상기 디스플레이 패널(140)은 상기 격자결합기(120)에 의해 수직방향으로 결합된 광을 통하여 각종 문자(145)를 비롯한 모양 및 그림 등을 표시하기 위한 것으로, 상기 문자(145)가 표시된 부분은 투명하게 형성되고, 그 외의 부분은 불투명하게 형성됨이 바람직하다.

그리고, 상기 격자결합기(120)의 위치와 대응되도록 상기 광도파로(110)의 하부 즉, 고정부재(115)의 상/하판 사이에 열선(150)이 설치되어 있다. 이러한 열선(150)은 열광학(Thermo-optic) 효과에 의해 상기 격자결합기(120)에서 결합되는 광의 파장 선택도를 변화시키는 역할을 수행한다. 한편, 상기 격자결합기(120)에서 결합되는 광의 파장 선택도는 상기 광도파로(110) 및 상기 격자결합기(120)의 격자(125)의 굴절률에 의존한다. 따라서, 외부적 환경 변화 예컨대, 열적 또는 전기적 변화에 의해 굴절률이 변화한다면, 상기 격자결합기(120)에 의해 수직으로 결합되는 광의 파장 즉, 색을 변화시킬 수 있다.

또한, 상기 격자결합기(120)에 의해 수직으로 결합되는 광의 파장은 격자(125)의 굴절률 이외에 격자의 유전율 및 격자의 크기 등의 변수들에 의해 변화시킬 수도 있다.

또한, 상기 열선(150)은 복수개가 일정한 간격으로 이격되도록 배치됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 상기 격자결합기(120)의 면적에 대응되도록 적어도 하나로 형성될 수도 있다(도 3a 및 도 3b참조). 또한, 상기 적어도 하나의 열선(150)은 소정의 전기를 공급하여 선택적으로 동작됨이 바람직하다.

한편, 본 발명의 참조 도면에서 도시되지는 않았지만, 상기 격자결합기(120)의 상/하부 즉, 도 1에 도시된 상기 열선(150)과 동일한 위치 및 상기 격자결합기(120)의 상부측(도 12a 및 도 12b참조)에 전기배선을 각각 설치하고, 그 양단에 소정의 전압을 인가하여 전기광학(Electro-optic) 효과에 의해 상기 격자결합기(120)에서 결합되는 광의 파장 선택도를 변화시킴으로써, 상기 격자결합기(120)에 의해 수직으로 결합되는 광의 색을 변화시킬 수도 있다. 또한, 상기 전기배선의 구조는 상기 열선(150)의 구조와 동일하게 형성됨이 바람직하다.

도 2는 도 1의 격자결합기의 광결합 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 상기 광도파로(110)에 의해 수평방향으로 진행하던 광은 수직방향으로 형성된 상기 격자결합기(120)의 격자(125)에 도달하고 이때, 하기의 수학식 1과 같이 표현되는 회절 격자의 광결합 원리에 의하여 수직방향으로 광(130)의 진행 방향은 변화한다.

여기서, λ는 격자결합기에 결합되는 광의 파장, n은 격자의 굴절률, Δ는 격자의 간격, 그리고 α는 격자결합기에 결합되는 수직광의 기울기의 1/2이다.

즉, 상기 격자결합기(120)에서 다양한 파장의 광(105)은 격자(125)의 주기와 형태 및 높이에 따라 특정 파장의 광을 수직방향으로 결합시킴으로써, 원래의 광 중 특정 색의 광을 수직방향으로 선택적으로 진행시킨다. 예를 들면, 상기 발광소자(100)로부터 발생된 광이 백색 광이고, 격자의 굴절률(n)이 1.5이며, 격자의 간격(Δ)이 306.4nm일 경우, 상기 격자(125)는 상기의 수학식 1에 의해 650nm의 붉은색 광을 수직방향으로 진행시킨다.

이때, 상기 격자결합기(120)의 상부에 위치한 디스플레이 패널(140)의 투명한 문자(145) 부분에 수직방향으로 선택된 광(130)이 통과함으로써, 상기 문자(145)는 특정 색으로 표시된다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 적용된 격자결합기의 열광학 효과를 이용한 수직 광결합의 파장 변화를 설명하기 위한 도면으로서, 하나의 열선(150)을 격자결합기(120)의 면적에 대응되도록 설치하고, 상기 열선(150)에 소정의 전기를 공급함으로써, 광도파로(110) 및 격자(125)의 굴절률이 변화하여 상기 격자결합기(120)에서 결합되는 광의 파장 선택도 변화를 나타낸 것이다.

도 3a를 참조하면, 상기 열선(150)에 소정의 전기를 공급하지 않아 열을 가하지 않았을 때는 발광소자(100)에서 발생된 예컨대, 백색 광 중 λ1의 광이 수직으로 결합되어 발광한다.

도 3b를 참조하면, 상기 열선(150)에 소정의 전기를 공급하여 열을 가할 때는 발광소자(100)에서 발생된 예컨대, 백색 광 중 λ2의 광이 수직으로 결합되어 발광한다.

예를 들면, 상기 격자(125)의 굴절률(n)이 1.5이고, 상기 격자(125)의 간격 (Δ)이 306.4nm인 회절격자는 상기의 수학식 1에 의해 650nm의 붉은색 광을 수직 방향으로 진행시킨 상태에서 상기 열선(150)에 전기 신호를 인가하여 상기 회절격자의 굴절률(n)을 1.48로 변화시킬 경우, 상기 격자결합기(120)에서는 수직방향으로 결합되는 광의 파장을 640nm의 주황색으로 광을 결합시킨다. 따라서, 붉은색으로 표시되는 상기 문자(145)는 상기 열선(150)에 열을 가함으로써, 주황색의 문자(145)로 변화되어 표시할 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 적용된 격자결합기의 열광학 효과를 이용한 수직 광결합의 파장 변화를 설명하기 위한 도면으로서, 상기 열선(150)을 복수개가 일정한 간격으로 이격되도록 배치하고, 상기 열선(150)에 소정의 전기를 공급하여 선택적으로 동작시킴으로써, 광도파로(110) 및 격자(125)의 굴절률이 변화하여 상기 격자결합기(120)에서 결합되는 광의 파장 선택도 변화를 나타 낸 것이다.

도 4a를 참조하면, 상기 열선(150)을 상기 격자결합기(120)에 대응되도록 주기적으로 즉, 복수개가 일정한 간격으로 이격되도록 배치함으로써, 문자(145)의 특정 부분 또는 전체의 색을 변화시킬 수 있다.

즉, 상기 열선(150)에 소정의 전기를 공급하지 않아 열을 가하지 않았을 때는 발광소자(100)에서 발생된 예컨대, 백색 광 중 λ1의 광이 수직으로 결합되어 상기 열선(150)이 배치된 부분의 문자(145)를 발광한다.

도 4b를 참조하면, 상기 열선(150) 중 중앙부에 배치된 열선에 소정의 전기를 공급하여 열을 가함으로써, 상기 광도파로(110) 및 상기 격자(125)의 굴절률이 변화하여 상기 격자결합기(120)에서 수직으로 결합되는 광의 파장이 λ1에서 λ2로 부분적으로 광결합 파장을 조절할 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 도 4a 및 도 4b의 격자결합기의 열광학 효과를 이용한 수직 광결합의 파장 변화에 따른 결과를 설명하기 위한 도면이다.

도 5a를 참조하면, 도 4a에 도시된 바와 같이 상기 열선(150)에 열을 가하지 않았을 때는 상기 발광소자(100)에서 발생된 예컨대, 백색 광 중 λ1의 광이 수직으로 결합되어 문자(A)가 붉은색으로 표시된다.

도 5b를 참조하면, 도 4b에 도시된 바와 같이 상기 열선(150) 중 중앙에 배치된 열선에 소정의 전기를 공급하여 열을 가함으로써, λ1의 광이 문자(A)의 좌우에 수직으로 결합되어 붉은색으로 표시되고, λ2의 광이 문자(A)의 중앙부에서 수직으로 결합되어 주황색으로 표시된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 적용된 격자결합기의 다른 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 적용된 격자결합기(120)의 다른 구조를 나타낸 것으로서, 상기 격자결합기(120)의 파장 선택도를 외부 환경적 예컨대, 열적 또는 전기적 조절 없이 자동적으로 변화시킬 수 있도록 한 것이다.

이러한 격자결합기(120)는 다수개의 격자(125)로 이루어지며, 상기 격자(125)간의 간격이 점차 증가하는 형태로 배치되어 있다. 한편, 본 발명에서는 상기 격자(125)간의 간격이 점차 증가하는 형태로 배치되어 있지만, 이에 국한하지 않으며, 상기 격자(125)간의 간격이 점차 감소하는 형태로 배치될 수도 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 적용된 격자결합기의 또 다른 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 적용된 격자결합기(120)의 또 다른 구조를 나타낸 것으로서, 상기 격자결합기(120)의 파장 선택도를 외부 환경적 예컨대, 열적 또는 전기적 조절 없이 자동적으로 변화시킬 수 있도록 한 것이다.

이러한 격자결합기(120)는 다수개의 격자 그룹(120a∼120c)으로 이루어지고, 상기 격자 그룹들(120a∼120c)간의 격자 간격은 서로 다르게 이루어지며, 상기 격자 그룹들(120a∼120c)내의 격자(125)간의 간격이 일정한 간격으로 이격되도록 배치됨이 바람직하다.

한편, 상기 격자 그룹들(120a∼120c)간의 격자 간격은 점차 증가하거나 감소하는 형태로 배치될 수도 있으며, 상기 격자 그룹들(120a∼120c)내의 격자(125)간 의 간격은 점차 증가하거나 감소하는 형태로 배치될 수도 있다.

도 8은 도 7의 격자결합기의 광결합 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 상기 격자결합기(120)의 파장 선택도는 광도파로(110)와 격자(125)의 굴절률뿐만 아니라 격자(125)간의 간격 즉, 격자(125)의 주기에도 의존한다. 따라서, 상기 격자결합기(120)의 격자(403)의 주기를 도 7과 같이 규칙적으로 변화시킴으로써, 문자(145)에서 발광되는 빛의 색을 다양하게 구성할 수 있다. 즉, 광도파로(110)에 의해 수평방향으로 진행하는 다양한 파장의 백색 광은 상기 격자결합기(120)를 구성하는 격자(125)의 주기에 따라 첫 번째 격자 그룹(120a)은 λ1의 파장, 두 번째 격자 그룹(120b)은 λ2의 파장, 그리고 세 번째 격자 그룹(120c)은 λ3의 파장으로 구성된 광이 발광된다.

또한, 상기 광도파로(110)에 의해 수평방향으로 진행하던 광은 수직방향으로 형성된 상기 격자결합기(120)의 격자(125)에 도달하여 수직방향으로 광(130)의 진행 방향이 변화하는 광결합 원리는 전술한 광결합의 원리와 동일하므로 이에 상세한 설명은 생략하기로 한다(도 2 참조).

도 9는 도 7의 격자결합기를 통해 자동적으로 변화되는 파장의 결과를 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 도 7의 자동적으로 분광하는 격자결합기(120)를 적용한 문자(A)를 표시한 것으로, 예를 들면, 회절 격자(125)의 굴절률(n)이 1.5이고, 격자(125)의 간격(Δ)이 각각 306.4nm, 301.7nm 및 297.0nm인 회절 격자(125)의 배열은 상기의 수학식 1에 의해 각각 650nm, 640nm 및 630nm의 붉은색, 주황색 및 노란색 의 세 가지 색을 동시에 광결합시킨다. 따라서, 도 1 및 도 3에서 단일 색으로 구성된 문자(A)는 붉은색, 주황색 및 노란색의 세 가지 색으로 구성된 문자(A)를 형성할 수 있다.

도 10a 및 도 10b는 도 7의 격자결합기의 열광학 효과를 이용한 수직 광결합의 파장 변화를 설명하기 위한 도면으로서, 도 7의 자동적으로 분광하는 격자결합기(120)의 하부에 도 4와 같이 열선(150)을 복수개가 일정한 간격으로 이격되도록 배치하고, 상기 열선(150)에 소정의 전기를 공급하여 선택적으로 동작시킴으로써, 광도파로(110) 및 격자(125)의 굴절률이 변화하여 상기 자동적으로 분광하는 격자결합기(120)에서 결합되는 광의 파장 선택도 변화를 나타낸 것이다.

도 10a를 참조하면, 상기 열선(150)에 소정의 전기를 공급하여 열을 발생시켜 상기 광도파로(110) 및 격자(125)의 굴절률을 변화시킴으로써, 상기 격자결합기(120)의 특정 부분에서 결합되는 광의 파장 선택도를 조절할 수 있다.

즉, 상기 열선(150)에 소정의 전기를 공급하지 않아 열을 가하지 않았을 경우, 첫 번째 격자 그룹(120a)은 λ1 파장의 광을, 두 번째 격자 그룹(120b)은 λ2 파장의 광을, 그리고 세 번째 격자 그룹(120c)은 λ3 파장의 광을 각각 발광한다.

도 10b를 참조하면, 상기 세 번째 격자 그룹(120c)의 하부에 설치된 열선(150)에 전기를 공급하여 열을 발생시킬 경우, 첫 번째 격자 그룹(120a)은 λ1 파장의 광을, 두 번째 격자 그룹(120b)은 λ2 파장의 광을 발광하지만, 세 번째 격자 그룹(120c)은 새로운 λ4 파장의 광을 발광한다.

도 11a 및 도 11b는 도 7의 격자결합기의 열광학 효과를 이용한 수직 광결합 의 파장 변화에 따른 결과를 설명하기 위한 도면이다.

도 11a를 참조하면, 상기 열선(150)에 전기를 공급하지 않았을 경우에 문자(A)는 붉은색, 주황색 및 노란색의 세 가지 색으로 구성된다.

도 11b를 참조하면, 상기 열선(150)에 전기를 공급하였을 경우에 문자(A)는 붉은색, 주황색 및 살구색으로 구성된다.

도 12a 및 도 12b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광표시장치의 열광학 효과를 이용한 수직 광결합의 파장 변화를 설명하기 위한 도면이다.

도 12a 및 도 12b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광표시장치는, 발광소자(100), 광도파로(110), 고정부재(115), 격자결합기(120), 투명마스크(160) 및 열선(150)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 발광소자(100), 상기 광도파로(110), 상기 고정부재(115) 및 상기 격자결합기(120)는 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광표시장치와 동일하므로 이에 상세한 설명은 생략하기로 한다(도 1, 도 6 및 도 7참조).

상기 투명마스크(160)는 상기 광도파로(110)의 일부 및 상기 격자결합기(120)의 전체 상부면에 광 투과성이 우수한 고분자 물질을 사용하여 소정의 두께로 도포하여 형성된다.

상기 열선(150)은 상기 격자결합기(120)의 파장 선택도를 조절하기 위하여 문자를 비롯한 모양 및 그림 형태로 상기 투명마스크(160)의 상부면에 형성되어 있다. 이에 따라, 상기 격자결합기(120)에 의해 수직으로 결합되는 광의 색을 조절할 수 있다. 이러한 원리는 전술한 도 10 및 도 11에 도시한 것과 동일하다.

상기 열선(150) 부분은 광을 통과시키지 않고, 상기 열선(150)이 형성되지 않은 부분은 λ1 파장의 광, λ2 파장의 광, 그리고 λ3 파장의 광을 통과시킨다.

도 12b를 참조하면, 상기 열선(150)의 일부분 예컨대, 세 번째 열선에 전기를 공급하여 열이 발생시킬 경우, λ3 파장의 광은 λ5 파장의 광으로 변화되어 λ1 파장의 광, λ4 파장의 광, 그리고 λ5 파장의 광으로 발광하는 문자를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에서는 열선(150)에 의한 열광학 효과를 이용하였지만, 이에 국한하지 않으며, 전술한 바와 같이 전기배선을 이용한 전기광학 효과에 의해 상기 격자결합기(120)에서 결합되는 광의 파장 선택도를 변화시킴으로써, 상기 격자결합기(120)에 의해 수직으로 결합되는 광의 색을 변화시킬 수도 있다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광표시장치를 설명하기 위한 사시도이다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광표시장치는, 발광소자(100), 광도파로(110), 고정부재(115) 및 격자결합기(120)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 발광소자(100), 상기 광도파로(110) 및 상기 고정부재(115)는 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광표시장치와 동일하므로 이에 상세한 설명은 생략하기로 한다(도 1참조).

상기 격자결합기(120)는 전술한 도 1에 도시된 디스플레이 패널(140)을 사용 하지 않고 동일한 효과를 나타내는 것으로서, 상기 광도파로(110)의 일측 상부에 특정의 문자(AA) 형태로 이루어진다.

이때, 상기 격자결합기(120)는 다수개의 격자(125)로 이루어지며, 상기 다수개의 격자(125)가 일정한 간격으로 이격되도록 배치되어 있다. 또한, 상기 격자(125)의 구조는 다양하게 변형 가능하다(도 6 및 도 7참조).

도 14는 도 13의 격자결합기의 광결합 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 14를 참조하면, 상기 발광소자(100)로부터 발생된 다양한 파장의 광(105)은 다중모드로 광이 진행하도록 설계된 광도파로(110)를 따라 수평방향으로 진행한다. 상기 수평으로 진행하는 광은 다양한 주기로 형성된 격자결합기(120)에 도달하여 상기의 수학식 1과 같이 표현되는 회절격자의 광결합 원리에 의하여 특정 파장의 광이 수직 방향으로 광(130)의 진행 방향을 변화시킨다.

이때, 상기 격자결합기(120)를 구성하는 격자(125)의 배열이 AA 형태의 문자를 구성하고 각 A를 구성하는 격자(125)의 주기가 다를 경우, 상기 AA 문자는 서로 다른 두 색으로 구성된 문자 AA가 특정 파장으로 빛을 발광한다.

도 15a 및 도 15b는 도 13의 격자결합기의 격자간의 간격에 따른 수직 광결합의 파장 변화의 결과를 설명하기 위한 도면으로서, 도 13에 도시된 상기 AA 문자로 이루어진 격자결합기(120)는 하나의 문자가 다양한 색으로 표시되는 것을 나타낸 것이다.

전술한 본 발명에 따른 발광표시장치에 대한 바람직한 실시예들에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

예를 들면, 본 발명에서는 2차원의 평면형 발광표시장치를 구현하였지만, 이에 국한하지 않으며, 본 발명의 발광표시장치를 이용하여 3차원으로 이루어진 발광표시장치로 구현할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 발광표시장치에 따르면, 첫째, 발광소자로부터 발생하는 다양한 파장의 광을 광도파로를 통해 수평방향으로 진행시키고, 상기 수평방향으로 진행된 광을 수직방향으로 결합하는 격자결합기(WGC)를 구비함으로써, 보다 다양하고 복잡하며 발광하는 빛의 파장을 시간에 따라 다양하게 변화시켜 정적이고 단색으로 구성된 문자의 디스플레이를 동적이고 다양한 색으로 구성된 문양이나 그림 등으로 표시할 수 있는 이점이 있다.

둘째, 본 발명에 따르면, 광도파로의 구조를 평면형으로 구현함으로써, 발광소자에서 격자결합기로 진행하는 광의 손실을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

셋째, 본 발명에 따르면, 광도파로 내에 다양한 광도파결로가 형성된 다중모드 광도파로로 구현함으로써, 발광소자와 광도파로 간의 광결합 손실을 최소화하고, 격자결합기에서 수직방향으로 결합되는 광결합 효율을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.

넷째, 본 발명에 따르면, 광도파로, 격자결합기 및 격자결합기에 도포된 투명마스크를 광 투과성이 우수한 고분자 물질로 제작함으로써, 저가격 고효율의 평 면형 발광표시장치를 구현할 수 있는 이점이 있다.

다섯째, 본 발명에 따르면, 격자결합기(WGC)의 위치와 대응되도록 광도파로의 하부 또는 상/하부에 적어도 하나의 열선 또는 전기배선을 설치함으로써, 열광학 효과 또는 전기광학효과에 의해 격자결합기에서 결합되는 광의 파장 선택도를 효과적으로 변화시킬 수 있는 이점이 있다.

여섯째, 본 발명에 따르면, 광도파로의 하부에 광도파로의 상부가 노출되도록 삽입되는 고정부재를 구비함으로써, 광도파로를 보다 안정적으로 고정시킬 수 있는 이점이 있다.

일곱째, 본 발명에 따르면, 격자결합기를 구성하는 다수개의 격자가 일정한 간격으로 이격되도록 배치되거나 격자간의 간격이 점차 증가하거나 감소하는 형태로 배치됨으로써, 격자결합기의 파장 선택도를 외부 환경적 조절 없이 자동적으로 변화시킬 수 있는 이점이 있다.

여덟째, 본 발명에 따르면, 광도파로의 일부 및 격자결합기의 전체 상부면에 광 투과성이 우수한 고분자 물질을 사용하여 투명마스크를 도포하고, 투명마스크의 상부면에 문자를 비롯한 모양 및 그림 등의 형태로 열선을 형성함으로써, 격자결합기에 의해 수직으로 결합되는 광의 색을 효과적으로 조절할 수 있는 이점이 있다.

아홉째, 본 발명에 따르면, 광도파로의 일측 상부에 특정의 문양 및 그림 등의 형태로 이루어진 격자결합기를 형성함으로써, 별도의 디스플레이 패널이 필요 없이도 동일한 효과를 나타낼 수 있으며, 하나의 문자가 다양한 색으로 표시될 수 있는 이점이 있다.

열째, 본 발명에 따르면, 격자결합기는 다수개의 격자 그룹으로 이루어지고, 이 격자 그룹들 간의 격자 간격은 점차 증가하거나 감소하는 형태로 서로 다르게 배치되며, 이 격자 그룹들 내의 격자간의 간격이 일정한 간격으로 이격되도록 배치되거나 점차 증가 또는 감소하는 형태로 배치됨으로써, 격자결합기의 파장 선택도를 외부 환경적 조절 없이 자동적으로 변화시킬 수 있으며, 각종 문양이나 그림 등을 다양한 색으로 표시할 수 있는 이점이 있다.

Claims

광을 발생하기 위한 발광소자;

상기 발광소자의 일측에 결합되고, 상기 발생된 광을 수평방향으로 진행시키기 위한 광도파로;

상기 광도파로의 상부에 형성되고, 상기 수평방향으로 진행된 광을 수직방향으로 결합하기 위한 격자결합기; 및

상기 격자결합기의 상측에 구비되고, 상기 수직방향으로 결합된 광에 의해 소정의 형상을 표시하기 위한 디스플레이 수단을 포함하여 이루어진 발광표시장치.
제 1 항에 있어서, 상기 디스플레이 수단은 소정 두께의 패널형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광표시장치.
제 1 항에 있어서, 상기 디스플레이 수단은,

상기 격자결합기의 상부에 형성되고, 상기 수직방향으로 결합된 광을 투과시키기 위한 투명마스크; 및

상기 투명마스크의 상면에 형성되고, 소정의 형상으로 이루어지며, 열광학 효과에 의해 상기 격자결합기의 파장 선택도를 변화시키기 위한 열선을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 발광표시장치.
제 1 항에 있어서, 상기 디스플레이 수단은,

상기 격자결합기의 상부에 형성되고, 상기 수직방향으로 결합된 광을 투과시키기 위한 투명마스크; 및

상기 투명마스크의 상면 및 상기 광도파로의 하부에 각각 형성되고, 소정의 형상으로 이루어지며, 전기광학 효과에 의해 상기 격자결합기의 파장 선택도를 변화시키기 위한 전기배선을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 발광표시장치.
광을 발생하기 위한 발광소자;

상기 발광소자의 일측에 결합되고, 상기 발생된 광을 수평방향으로 진행시키기 위한 광도파로; 및

상기 광도파로의 상부에 형성되고, 소정의 형상으로 이루어지며, 상기 수평방향으로 진행된 광을 수직방향으로 결합하기 위한 격자결합기를 포함하여 이루어진 발광표시장치.
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 광도파로를 안정적으로 고정시키기 위한 고정부재가 더 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 발광표시장치.
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 발광소자로부터 발생된 광은 적어도 두 개의 서로 다른 파장으로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광표시장치.
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 소정의 형상은 각종 문양 및 그림을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 발광표시장치.
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 광도파로는 상기 발광소자에서 상기 격자결합기로 진행하는 광의 손실을 최소화하기 위하여 평면형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광표시장치.
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 광도파로는 상기 발광소자와 상기 광도파로 간의 광결합 손실을 최소화하고, 상기 격자결합기에서 수직방향으로 결합되는 광결합 효율을 증대시키기 위하여 상기 광도파로 내에 다양한 광도파결로가 형성된 다중모드 광도파로인 것을 특징으로 하는 발광표시장치.
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 광도파로 및 상기 격자결합기는 광 투과성이 우수한 고분자 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광표시장치.
제 11 항에 있어서, 상기 광도파로 및 상기 격자결합기는 각각 격자 구조 및 광도파로 구조가 새겨진 금형을 이용하여 자외선 엠보싱 공정이나 핫 엠보싱 공정에 의해 제작된 것을 특징으로 하는 발광표시장치.
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 격자결합기는 다수개의 격자로 이루어지고, 상기 다수개의 격자가 일정한 간격으로 이격되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 발광표시장치.
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 격자결합기는 다수개의 격자로 이루어지고, 상기 격자간의 간격이 점차 증가하거나 감소하는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 발광표시장치.
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 격자결합기는 다수개의 격자 그룹으로 이루어지고, 상기 격자 그룹들간의 격자 간격이 서로 다르게 이루어진 것을 특징으로 하는 발광표시장치.
제 15 항에 있어서, 상기 격자 그룹들간의 격자 간격이 점차 증가하거나 감소하는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 발광표시장치.
제 15 항에 있어서, 상기 다수개의 격자 그룹내의 격자간의 간격이 일정한 간격으로 이격되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 발광표시장치.
제 15 항에 있어서, 상기 다수개의 격자 그룹내의 격자간의 간격이 점차 증가하거나 감소하는 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 발광표시장치.
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 격자결합기의 위치와 대응되도록 상기 광도파로의 하부에 설치되고, 열광학 효과에 의해 상기 격자결합기에서 결합되는 광의 파장 선택도를 변화시키기 위한 열선이 더 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 발광표시장치.
제 19 항에 있어서, 상기 열선은 복수개가 일정한 간격으로 이격되어 배치되고, 적어도 하나의 열선이 선택적으로 동작되는 것을 특징으로 하는 발광표시장치.
제 19 항에 있어서, 상기 열선은 상기 격자결합기의 면적에 대응되도록 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광표시장치.
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 격자결합기의 상부 및 상기 광도파로의 하부에 각각 설치되고, 전기광학 효과에 의해 상기 격자결합기에서 결합되는 광의 파장 선택도를 변화시키기 위한 상/하부 전기배선이 더 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 발광표시장치.
제 22 항에 있어서, 상기 상/하부 전기배선은 복수개가 일정한 간격으로 이격되어 배치되고, 적어도 하나의 상/하부 전기배선이 선택적으로 동작되는 것을 특징으로 하는 발광표시장치.
제 22 항에 있어서, 상기 상/하부 전기배선은 상기 격자결합기의 면적에 대응되도록 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광표시장치.
제 22 항에 있어서, 상기 격자결합기와 상기 상부 전기배선 사이에 상기 격자결합기에 의해 결합된 광을 투과시키기 위한 투명마스크가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 발광표시장치.
제 25 항에 있어서, 상기 투명마스크는 광 투과성이 우수한 고분자 물질로 이루어지고, 상기 격자결합기의 전체 상부면에 도포되어 형성되는 것을 특징으로 하는 발광표시장치.