KR100827712B1

KR100827712B1 - 광 도파로

Info

Publication number: KR100827712B1
Application number: KR1020060041877A
Authority: KR
Inventors: 홍진수; 김창교
Original assignee: 순천향대학교 산학협력단
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2008-05-07
Also published as: KR20070109215A; WO2007129783A1

Abstract

본 발명은 광 도파로에 관한 것으로, 특히 휘도가 균일토록 보정하는 확산판 없이도 효율적인 빛 투과와 균일한 밝기를 얻도록 한 광 도파로에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 일 측면에 놓인 광원으로부터 입사되는 빛을 분산시켜 상면으로 투과시키는 광 도파로에 있어서, 상기 상면에는 임의의 폭을 갖는 패턴이 연이어서 형성되되, 상기 패턴은 상기 상면에서 소정의 높이로 돌출된 형상이며, 상기 광원에서 멀어질수록 그 높이가 변화되는 것을 특징으로 하는 광 도파로를 제공한다.

광 도파로, LED, 회절격자, 확산, 파장, 광원

Description

광 도파로{optical waveguide}

도 1은 굴절률이 다른 물질 간의 경계면에서의 투과 광선의 진행 방향을 설명하기 위한 예시도,

도 2 및 도 3은 각각 굴절률이 다른 물질 간의 경계면으로 입사되는 빛의 입사각에 따른 투과각 및 반사각을 나타낸 예시도,

도 4는 회절격자가 형성되어 있지 않은 광 도파로의 단면과 상면을 개략적으로 보인 예시도이며,

도 5는 도 4에 보인 광 도파로에서의 전반사되는 영역을 보인 예시도,

도 6a 내지 도 6c는 각각 회절격자의 각종 패턴을 보인 예시도,

도 7a 내지 도 7c는 각각 도 6a 내지 도 6c에서 보인 회절격자의 높이(Height)에 따른 투과율을 보인 예시도,

도 8은 도 6c에 보인 블레이드 패턴을 갖는 광 도파로에서의 각 빛의 색과 편광 방향에 대한 평균 투과율을 보인 예시도,

도 9는 도 4에서 보인 광 도파로의 상면도,

도 10a는 본 발명에 적용될 수 있는 광 도파로 위치에 따른 상대 투과율(RT)을 보인 예시도이며,

도 10b는 도 10a에서의 상태 투과율을 3차원 형태로 본 예시도,

도 11은 광선의 입사각이 각각 70도인 경우에 있어서 블레이드 패턴의 높이에 따른 투과율을 보인 예시도,

도 12는 블레이드 패턴의 높이와 투과율의 관계를 보인 예시도,

도 13a는 본 발명에 적용될 수 있는 광 도파로 위치에 따른 블레이드 패턴의 높이를 보인 예시도이며,

도 13b는 도 13a에서의 블레이드 패턴의 높이를 3차원 형태로 본 예시도,

도14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광도파로 상면에 형성된 블레이드 패턴을 나타낸 예시도,

도15는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 도파의 전반적인 외형을 보인 사시도와 대각선 방향으로 자른 종 단면도,

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 도파로의 단면도,

도 17은 막대 형상의 패턴을 갖는 광 도파로의 상면도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

1: LED 2: 광 도파로

3,4: 블레이드 패턴 5,6: 반사판

7: 반사체

일반적으로, LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 디스플레이는 1차원 광원으로부터 방출된 빛을 광 도파로로 입사시켜 광 도파로의 일면을 통하여 투과되는 2차원 광원(이하 면 광원)을 이용하는바, 이 때 면 광원의 효율이 디스플레이 장치의 전반적인 성능을 결정하는 중요한 한 요소로 대두되고 있다. 보통 LCD에서의 빛의 효율은 3~10% 정도이며, 주로 빛이 손실이 생기는 부분은 광 도파로, 편광기, 색필터 등이 있다. 이런 빛의 손실을 최소화시키면서 제조원가를 절감시킬 수 있는 방향으로 디스플레이의 기술이 진전되고 있으며, 특히 빛을 효과적으로 전면으로 투과하는 광 도파로의 개발이 활발하게 진행되고 있다.

한편, 광 도파로의 일면을 통해 투과되는 빛은 그 투과되는 면의 각 부분 부분마다 휘도(luminance)가 균일하지 못하는바, 이를 보정하고자 빛이 투과되는 광도파로의 면에 확산판을 설치한다. 즉, 확산판은 광 도파로를 통해 입사되는 빛을 확산 및 산란시켜 디스플레이의 휘도를 균일하게 하는 기능을 담당한다. 그러나, 휘도의 균일성을 위해 부득이하게 전술한 확산판을 사용하게 되는 경우에는 또 다른 빛의 효율의 손실 요인으로 작용되는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 빛이 투과되는 평면에 동심원 구조로 가시광선의 파장 정도 크기의 회절격자를 갖는 블레이드(blade) 또는 이 모양이 변형된 패턴을 형성하고 이 패턴의 폭 또는 높이를 광원과의 거리에 따라 변화시킴으로써, 확산판 없이도 투과되는 빛이 그 전면에 걸쳐 균일한 밝기를 갖도록 한 광 도파로를 제공하는데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 일 측면에 놓인 광원으로부터 입사되는 빛을 분산시켜 상면으로 투과시키는 광 도파로에 있어서, 상기 상면에는 임의의 폭을 갖는 패턴이 연이어서 형성되되, 상기 패턴은 상기 상면에서 소정의 높이로 돌출된 형상이며, 상기 광원에서 멀어질수록 그 높이가 변화되는 것을 특징으로 하는 광 도파로를 제공한다.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 광 도파로에 대해서 상세하게 설명한다.

수 mm 간격의 금속망(metal mesh)으로 폐곡면을 만들면 그 안에서 파장이 cm 단위인 전자기파를 차단시킬 수 있다. 금속망은 가로 금속선과 세로 금속선으로 이루어져 있고, 전자기파의 전기장은 금속망의 가로축 방향으로 변하는 성분과 세로축 방향으로 변하는 성분의 합으로 이루어져 있다. 금속의 내부에 있는 전자는 전기장과 반대 방향으로 움직이며 이 전자들은 금속을 구성하는 원자와 충돌하여 외부에서 가해준 전기장에 의한 에너지를 완전히 소모한다. 따라서 금속선과 같은 방향의 전기장 성분의 전자기파는 금속에 의해서 완전히 흡수가 되므로 금속선을 투 과하지 못하고, 금속선과 수직인 방향의 전기장 성분의 전자기파는 그대로 투과한다. 따라서, 금속망을 만들면 금속망의 간격보다 짧은 파장을 갖는 전자기파는 이 금속망을 투과하지 못하게 된다.

한편, 간격이 일정한 금속선으로 이루어진 임의의 디바이스(device)에 전자기파를 입사시키면 금속선에 수직성분의 전자기파만이 투과한다. 따라서, 투과된 전자기파는 한쪽 방향으로 편광되며 이러한 디바이스를 편광기라 부른다.

전자기파를 가시광선 영역으로 파장 스케일을 줄인 상태에서 동일한 편광기를 제작하려면 우선 금속선 간의 간격(이하 주기)은 가시광선의 파장(대략, 400~700nm) 정도가 되어야 하고, 따라서 금속선의 폭은 주기보다 좁아야 한다. 이와 같은 디바이스를 라멜라 회절격자(lamellar grating)이라 부르며, 일반적인 회절격자와 근본적으로 다른 점은 일반적인 회절격자는 그 주기가 파장에 비하여 크고 아래 수학식 1 즉, 회절격자 방정식을 만족한다.

수학식1에서

는 회절격자로 입사하는 빛의 입사각이며,

는 반사각 혹은 투과각이며(여기서, 반사각일 경우 반사 회절격자, 투과각일 경우 투과 회절격자)이며,

은 임의의 정수값인 회절 오더(diffraction order)이며,

는 회 절격자의 주기이다. 일반적인 회절격자에서는

를 만족함으로써,

은 0이 아닌 여러 개의 값을 가질 수 있으며 이 각각의

값은 빛이 진행하는 방향을 나타낸다.

그러나 라멜라 회절격자 경우에는

이거나 혹은

가 되어 수학식1에서 항시

이 되는 방향으로 반사하거나 투과하는 빛만을 얻게 된다. 실제 실험에서는 이와 달리 여러 가지 방향으로 진행하는 빛을 얻을 수 있으므로 수학식1은 더 이상 라멜라 회절격자에는 적용되지 않는다.

라멜라 회절격자는 적외선이나 가시광선 영역에서 사용되며 자외선 영역에서는 사용할 수 없다. 자외선 영역의 빛은 금속 내 전자의 집단적인 움직임에 의하여 흡수되어(플라즈마 진동수가 자외선 영역에 있음) 편광기로서의 기능을 할 수가 없다. 가시광선 영역에서 라멜라 회절격자를 사용하려면 이 격자의 주기는 수 백 nm 즉, 가시광선의 파장 정도가 되어야 한다.

이러한 라멜라 회절 격자로 금속선을 사용하게 되는 경우, 이 라멜라 회절 격자를 통과하는 전자기파에 있어서 금속선과 같은 방향의 성분은 금속선에 흡수되어 전자의 운동으로 바뀌고 이런 전자의 운동은 다시 전자기파의 재방출로 이어지며, 금속선과 수직 방향의 성분은 그대로 투과됨으로써 이에 따라, 라멜라 회절 격자의 주기는 특정 방향으로 전자기파가 반사되고 투과되게 유도한다. 또한, 금속은 빛이 투과되지 못한다. 금속에 구멍을 뚫으면 그 구멍을 통하여 빛이 투과한다. 여기서, 전체 금속 면적에 대한 구멍의 면적비를 개구율이라 하는데, 직경이 마이크로급의 구멍에서는 구멍을 통하여 투과되는 빛의 세기가 개구율에 비례한다. 그런데, 나노미터 크기의 금속 구멍의 경우에는 특정 파장에 대하여 개구율보다 더 큰 세기의 빛이 투과한다. 따라서, 나노미터의 금속 구멍이 어레이 패턴으로 뚫려있으면 금속의 개구율보다 더 강한 빛이 투과하게 된다.
한편, 라멜라 회절 격자를 금속 대신에 고분자 물질을 사용하는 경우에는 앞서 언급한 바와 같이 특정 방향으로 전자기파가 반사되고 투과되는 현상은 그대로 나타나며 고분자 물질이 가시광선 영역에서 허수굴절률이 매우 작으므로 고분자 물질 자체에 의한 빛의 흡수는 거의 무시해도 좋을 정도이다.

삭제

도 1은 굴절률이 다른 물질 간의 경계면에서의 투과 광선의 진행 방향을 설명하기 위한 예시도이며, 수학식 2는 도 1에 도시한 바와 같이 굴절률이 각각 n과 n₀ 인 경계면에 평행한 수평 방향의 파수(wave number) k_xn을 구하기 위한 방정식이다.

수학식 2에서

와

는 각각 진공 속에서의 파장 및 파수를 나타내며,

는 경계면에 형성된 라멜라 회절 격자의 주기이다. 또한, 임의의 매질에서의 파수는 굴절률에 비례하므로 굴절률이 n과 n₀인 매질의 경계면에 수직 방향의 파수

은 다음 수학식 3과 같다.

수학식 3에서,

은 n 또는 n₀에서의 굴절률을 나타낸다.

전술한 경계면에서의 투과각 및 반사각을 나타내는

은 입사각

와 회절오더

과의 관계에 따라 다음 수학식 4와 같다.

도 2 및 도 3은 각각 굴절률이 다른 물질 간의 경계면으로 입사되는 빛의 입사각(

)에 따른 투과각(

) 및 반사각(

)을 나타낸 예시도인바, 경계면에서의 주기(

)는 400nm로 설정되었고 전술한 수학식 3 및 수학식 4에 의거한다. 즉, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 투과각(

)은 라멜라 회절격자의 모양과는 상관없이 주기(

)와 관계되는 것임을 알 수 있다.

도 4는 회절격자가 형성되어 있지 않은 광 도파로의 단면과 상면을 개략적으 로 보인 예시도이며, 도 5는 도 4에 보인 광 도파로에서의 전반사되는 영역을 보인 예시도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 광 도파로는 육면체이고 일 측면에는 1차원 광원 특히, 발광 다이오드(luminescent diode or light emitting diode ; LED)가 설치된다. 또한, 백색 LED와 광도파로의 최단거리는 ,d이며, 광 도파로의 두께는 ,t이며, 광 도파로의 한변의 길이는 L이며 광선이 LED에서 방출되어 광 도파로의 윗면에 입사하는 입사각은

이다.

도 6a 내지 도 6c는 각각 회절격자의 각종 패턴(pattern)을 보인 예시도인바, 특히 도 6a는 그 상면이 사인 곡선(sinusoidal)의 패턴을 갖는 회절격자이며, 도 6b는 그 단면이 삼각형(triangular)의 패턴을 갖는 회절격자이며, 도 6c는 블레이드(blade) 즉, 직각 삼각형 형태의 회절격자이다.

도 7a 내지 도 7c는 각각 도 6a 내지 도 6c에서 보인 회절격자의 높이(Height)에 따른 투과율을 보인 예시도인바, 특히 도 4에 도시된 광 도파로의 상면 즉, 외부 매질과의 경계면에 주기(

)가 400nm인 라멜라 회절격자 즉, 폭이 400nm인 전술한 패턴이 형성되어 있는 경우에 있어서 LED에서 방출된 광선의 입사각(

)이 70도일 때의 투과율이 도시된다. 이에 따라, 도 7a에 도시한 바와 같이 사인 곡선의 패턴을 갖는 광 도파로의 투과율은 최대 8% 정도의 투과율을 보이고, 도 7b에 도시한 바와 같이 삼각형 패턴을 갖는 광 도파로의 투과율은 최대 7% 정도의 투과율을 보이며,도 7c에 도시한 바와 같이 블레이드 패턴을 갖는 광 도파로의 투과율은 최대 14%정도의 투과율을 보인다. 이중에서 블레이드 패턴을 갖는 광 도파로가 가장 큰 투과율을 보인다는 것을 알 수 있다.

도 8은 도 6c에 보인 블레이드 패턴을 갖는 광 도파로에서의 각 빛의 색과 편광 방향에 대한 평균 투과율을 보인 예시도이다. 또한, 추가로 도시하지는 않지만 도 6c에 보인 블레이드의 상단 꼭지점을 이동하여 비대칭 형태의 삼각형으로 놓아도 도 8에 예시한 평균 투과율과 비슷한 투과율을 얻는다. 이에 따라, 이하 본 발명의 설명에서는 블레이드 패턴을 갖는 광 도파로를 설명한다.

도 9는 도 4에서 보인 광 도파로의 상면도이고, 수학식 5는 입사각(

)을 구하는 방정식이다.

수학식 5에서,

은 도 9에 보인 광 도파로의 굴절률이며

은 광 도파로 외부 매질의 굴절률이며,

는 광선이 도 9의 곡면으로 입사하는 현상을 점선 모양의 측면을 보았을 때 입사각이다. 일반적으로, LED는 중심축에서

만큼 기울어진 방향으로

에 해당하는 세기의 광선을 방출한다. 따라서 중심축에 대하여 기울어진 각도 w는 해석학적 방법으로 다음 수학식 6에 의해 구할 수 있다.

수학식 5를 수학식 6에 대입하여

를

과

로 표현할 수 있다.

한편, 광 도파로를 비흡수 매질로 간주하는 경우에는 편광방향에 따른 투과계수는 다음과 같은 수학식 7의해 구할 수 있다.

수학식 7에서

는 입사하는 빛의 전기장이 입사평면에 수직 방향이 되는 광선의 투과 계수이며,

은 전기장이 수평 방향이 될 때의 투과 계수이다,

한편, 투과율(

)은 수학식 7의 투과계수와 다음과 같은 수학식 8을 만족한다.

즉, 수학식 7을 수학식 8에 대입하면 투과율을 계산할 수 있다.

LED에서 입체각(solid angle)

로 방출되는 광선의 세기는 LED에서 거리 r만큼 떨어진 광 도파로 위의 한 점에서 보면 r이 커질수록 더 큰 면적을 비춰야 하고(r²에 비례), LED에서 방출된 광선의 세기는 LED의 중심축에 대한 각 w의 cosine에 비례한다. 도 4에 도시한 바와 같이 광 도파로의 상면으로 입사하는 광선의 입사각에 따라 광선이 투과하는 면적이 달라질 수 있다. 이 면적은 cosine 법칙을 만족하여

으로 주어진다. 또한, LED에 방출된 빛의 광 도파로를 통한 투과율(

)은 수학식 8로 주어진다. 이와 같이 수학식5 내지 수학식 8을 의거하여 광 도파로 상면의 위치에 따라 상대 투과율(Relative Transmittance; RT)은 다음 수학식 9와 같이 주어진다.

수학식 9에서

는 최대로 많은 빛을 도파로의 윗면으로 투과시키기 위하 여 결정해야 할 비례상수이며, 이에 따라 비례상수(

)를 임의의 상수 예를 들어, 1로 놓고 1"(inch)1"(inch) 크기의 광 도파로에 대한 상대 투과율(RT)을 그린 결과를 도 10a 및 도 10b에 도시하는바, 도 10a는 본 발명에 적용될 수 있는 광 도파로 위치에 따른 상대 투과율(RT)을 보인 예시도이며, 도 10b는 도 10a에서의 상대 투과율(RT)을 3차원 형태로 본 예시도이다. 이와 같이, 도 10a 및 도 10b에 도시한 바와 같이 상대 투과율(RT)을 만들어야 한다면, 블레이드 패턴의 높이로 어떻게 환산할 수 있는지 살펴보기로 한다.

도 11은 광선의 입사각(

)이 각각 70도인 경우에 있어서 블레이드 패턴의 높이에 따른 투과율을 보인 예시도인바, 도 11을 통해 250nm까지는 빛의 색깔에 구분 없이 블레이드 패턴의 높이가 높아지면 투과율(

)이 증가한다는 것을 알 수 있다. 따라서 도 10a 및 도 10b에서 본 바와 같이 LED에서 멀어질수록 상대 투과율(RT)이 낮아지는 점을 감안하여, LED에서 멀어질수록 블레이드 패턴의 높이를 달리해야 광 도파로의 상면의 전면에 걸쳐 빛이 균일하게 투과된다는 것을 알 수 있다.

도 12는 블레이드 패턴의 높이와 투과율의 관계를 보인 예시도인바, 도 12에 도시한 바와 같이 임의의 입사각(

)(예, 70도)인 경우에 있어서의 투과율과 blade 높이의 관계를 실선으로 표시하였다. 즉, 도 10a 및 도 10b에서 보인 상대 투과율(RT)을 도 12에서 보인 블레이드 패턴 높이와 투과율의 관계로부터 광 도파 로 위치에 따른 블레이드 패턴의 높이를 구할 수 있다. 이에 따른 예시를 도 13a 및 도 13b에 도시하는바, 도 13a는 본 발명에 적용될 수 있는 광 도파로 위치에 따른 블레이드 패턴의 높이를 보인 예시도이며, 도 13b는 도 13a에서의 블레이드 패턴의 높이를 3차원 형태로 본 예시도이다.

도14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광도파로 상면에 형성된 패턴을 나타낸 예시도인바, 특히 블레이드 패턴을 나타낸다. 도 14에 도시한 바와 같이, 이 같은 블레이드 패턴이 없을 때 빛의 입사각(

)는 임계각보다 커서 내부전반사(Total Internal Reflection; TIR)되고, 이에 따라 투과율은 0이 된다. 반면, 블레이드 패턴이 형성된 광 도파로에서는 임계각 이상의 광선이 입사하여도 도 14에서 보듯, R(red), G(green), B(blue) 순서로 진행방향에서 빛이 꺾인다. 예를 들어, 패턴간의 폭(

)을 400nm로 하였을 때 3색(RGB)이 진행하는 각도는 20도 이내가 되고, 이에 따라 광 도파로의 정면으로 빛이 균일하게 투과된다. 따라서, 확산판(diffusion sheet)을 사용할 필요가 없게 된다.

도15는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 도파의 전반적인 외형을 보인 사시도와 종 단면도이다.

도 15에 도시한 바와 같이, 그 상면에는 LED를 중심으로 하는 동심원 모양의 블레이드 패턴이 형성된다. 균일한 밝기의 빛이 상면을 통하여 진행하기 위한 조건은 광 도파로의 어떤 위치에서든지 수학식 9의 값이 같아야 한다. 이 조건을 충족시키기 위해서는 다시금 언급하지만 LED에서 가까운 쪽은 블레이드 패턴의 높이가 상대적으로 낮고, 먼 쪽에서는 그 높이가 가까운 쪽보다 상대적으로 높아야 수학식 9를 만족한다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 도파로의 단면도이다.

도 16에 도시한 바와 같이, 일 측면에 놓인 LED(1)에서 방출된 빛은 광도파로(2)로 입사하는데, 광 투과율은 입사각도와 편광방향에 따라 달라진다. 이때 반사된 광선은 그대로 두면 쓸모없이 되므로 반사체(7)를 설치하여 다시 광 도파로(2)로 투과하도록 한다.

여기서, 광 도파로(2)가 1" 크기인 경우에도 LED(1)에서 광 도파로(2)로 투과한 광선이 블레이드 패턴(3, 4)이 새겨진 상면으로 입사하는 입사각은 임계각보다 커서 전반사를 한다. LED(1)를 기준으로 하여 멀어질수록 같은 입체각의 빛이 비출 수 있는 면적은 증가하고, LED(1)의 중심축에서 벗어날 위치가 될수록 LED(1)에서 방출된 빛의 세기가 약해지므로 LED(1)에서 광 도파로(2)로 일차 투과하는 투과율을 모두 고려하여 균일한 밝기의 빛이 광 도파로(2) 전방으로 방출되게 하려면 수학식 9의 투과율을 어느 위치에서나 얻어야 한다. 즉, 이런 이유로 LED(1)에 근접한 위치에 있는 블레이드 패턴(3)보다 상대적으로 LED(1)에서 먼 블레이드 패턴(4)의 높이가 높다.

도 16에서 미설명 부호 5 및 6은 입사되는 광선을 반사하는 반사판이다. 여기서, 반사체(7) 및 반사판(5.6)은 반사 효율이 최대가 될 수 있도록 알루미늄 또는 은 등의 소재로 구현됨이 바람직하다.

본 발명의 광 도파로는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상 이 허용되는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 도 17은 막대 형상의 패턴을 갖는 광 도파로의 상면도인바, 상기 패턴의 전반적인 외형은 일직선 막대이고 이러한 막대 형상의 패턴은 광 도파로에서 바둑판 배열로 하여 전체적으로 동심원을 형성된다. 또한, LED와의 거리를 같이하는 패턴끼리는 그 높이가 같도록 함으로써 전체적인 패턴 모양이 동심원 구조가 되도록 하고, LED에서 멀어질수록 패턴 높이가 점점 변화되도록 한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 광 도파로에 따르면, 빛이 투과되는 면에 동심원 구조로 가시광선의 파장 정도의 주기를 갖는 블레이드(blade) 또는 이 모양이 변형된 패턴이 형성되고 이 패턴의 폭 또는 높이가 광원과의 거리에 따라 변화됨으로써, 투과되는 빛이 그 전면에 걸쳐 균일한 밝기를 가지며, 그에 따라 확산판을 굳이 쓰지 않아도 되는 효과가 있다. 또한, 확산판을 쓰지 않음으로써, 보다 고 효율의 디스플레이를 제작할 수 있으며, 제조비용 또한 감소되는 효과가 있다.

Claims

삭제
일 측면에 놓인 광원으로부터 입사되는 빛을 분산시켜 상면으로 투과시키는 광 도파로에 있어서,

상기 상면에는 임의의 폭을 갖는 패턴이 연이어서 형성되되,

상기 패턴은 상기 상면에서 소정의 높이로 돌출된 형상이며, 상기 광원에서 멀어질수록 그 높이가 변화되고,

상기 빛은 가시광선이되,

상기 패턴의 폭은 상기 가시광선의 파장 정도가 되는 것을 특징으로 하는 광 도파로.
제 2항에 있어서,

상기 패턴의 높이는
에 의해 결정되되,

상기
는 비례 상수이며, 상기
은 상기 상면에서 상기 광원과 상기 상면의 임의 지점간의 거리이며, 상기
는 상기 지점으로 입사되는 가시광선의 입사각이며, 상기
는 상기 광원과 상기 광 도파로 간에 임의로 정한 중심축과 상기 지점 사이의 각이며, 상기
는 상기 지점에서의 상기 가시광선의 투과율인 것을 특징으로 하는 광 도파로.
제 3항에 있어서,

상기 가시광선의 투과율은 상기 패턴의 폭을 달리하여 조정되는 것을 특징으로 하는 광 도파로.
제 2항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 패턴은 상기 광원을 중심으로 한 동심원 구조이되,

상기 패턴의 단면 모양은 비 대칭 삼각형인 것을 특징으로 하는 광 도파로.
제 2항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 패턴은 상기 광원을 중심으로 한 동심원 구조이되,

상기 패턴의 단면 모양은 볼록한 돌기인 것을 특징으로 하는 광 도파로.
제 2항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 패턴의 외형은 일직선 막대이고 상기 일직선 막대 형상의 패턴은 상기 상면에서 바둑판 배열로 하여 전체적으로는 동심원 모양을 형성하되,

상기 광원과의 거리를 같이하는 막대 형상의 패턴끼리는 소정 범위 내에서 그 높이가 같은 것을 특징으로 하는 광 도파로.