KR101000541B1

KR101000541B1 - 색 분산이 개선된 홀로그래픽 확산판 설계 방법

Info

Publication number: KR101000541B1
Application number: KR1020090021306A
Authority: KR
Inventors: 김남; 김은석
Original assignee: 충북대학교 산학협력단
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2009-03-12
Publication date: 2010-12-14
Also published as: KR20100102968A

Abstract

개선된 홀로그래픽 확산판을 이용하는 디스플레이 장치에서 회절각 사이에서 적색, 녹색, 및 청색의 파장이 공존하지 않고 무지개와 같이 색 분산 문제를 해결하기 위한 개선된 홀로그래픽 확산판의 설계방법이 개시된다. 본 발명은 회절격자를 이용한 홀로그래픽 확산판 설계에서 분산에 의한 색감 불균형 요인을 최소화하기 위해 컴퓨터 생성 홀로그램 계산단계에서 회절격자의 패턴크기를 분산영역 x와 동일하도록 결정하고, 이 결과 패턴으로 확산판을 설계함으로써 프리즘시트로 입사되는 빔의 파장분포를 균일하게 유지할 수 있도록 한다. 이렇게 제작된 홀로그래픽 확산판은 액정 디스플레이 장치와 더불어 다양한 형태의 확산판 설계에 적용될 수 있으며, 컴퓨터 생성 홀로그램 패턴의 크기를 줄임으로써 계산시간을 줄이는 효과를 갖는다.

Description

색 분산이 개선된 홀로그래픽 확산판 설계 방법{design method for dispersion-suppressed holographic diffuser}

본 발명은 홀로그래픽 확산판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개선된 홀로그래픽 확산판을 이용하는 디스플레이 장치에서 회절각 사이에서 적색, 녹색, 및 청색의 파장이 공존하지 않고 무지개와 같이 색 분산 문제를 해결하기 위한 개선된 홀로그래픽 확산판의 설계방법에 관한 것이다.

일반적으로, 통상의 액정 디스플레이 장치(LCD)는 도 1에서 보는 바와 같이 광빔을 발생시키는 광원(10)의 상부에 광원(10)으로부터 방출된 빔을 균일하게 확산시키기 위한 확산판(20)이 형성된다. 확산판(20)의 상부에는 빛은 확산시키는 역할을 하는 확산시트(21)가 형성되며, 확산시트(20)의 상부에는 확산시트(21)에서 출력된 빔이 액정패널(50)에 입사되도록 모아주는 프리즘시트(30)로 구성된 백라이트 유닛(BLU)와 액정패널(50)로 구성된다.

일반적인 액정디스플레이 장치내의 백라이트 유닛에서 빔을 확산하기 위해서는 도 1에서 보는 바와 같이 보통 한 장의 확산판(20)의 상부 또는 하부에 하나 또는 두 장으로 구성된 확산시트(21)를 형성하여 사용하는 것이 일반적이다.

그러나, 확산시트(21)의 제조 공정을 단순화시키기 위해 이들 확산판(20)내에 확산시트의 역할을 수행하는 홀로그램을 형성하여 별도를 확산시트를 형성하지 않는 홀로그래픽 확산판이 제안되고 있다. 홀로그래픽 확산판(40)은 도2에서 보는 바와 같이 은염이나 포토폴리머와 같은 기록매질에 레이저빔을 조사하여 생성하는 방법과 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)으로 패턴을 설계한 후 리소그래피 공정을 통해 스템퍼(stamper)를 만든 후 사출 성형하는 방식이 있다.

이와 같은 홀로그래픽 확산판(40)은 확산판의 표면에 형성된 홀로그램이 광원으로 부터 출력된 빔을 확산시키는 확산시트의 역할을 수행하는 것이다.

이러한 홀로그패픽 확산판(40)은 도3에서 보는 바와 같이, 입사파장

,

에 대해 회절각

,

으로 진행되며, 프리즘시트(30)와 만나는 위치에서 볼 때

와

사이에는 청색파장

가 존재하지 않고,

와

사이에는 청색파장

와 녹색파장

가 존재하지 않는 분산현상이 발생한다.

이를 수식으로 설명하면, 홀로그래픽 확산판(40)에 형성된 홀로그래픽의 미세한 격자(도시되지 않음)간격을 d라 하고, 입사되는 빔의 파장을

라 하며, 그리고 입사되는 빔이 회절하는 각도인 회절각

라 할 때, 이들에 대한 관계는 <식 1>과 같다.

<식 1>

여기서 m은 빔이 주기적으로 동일한 패턴을 생성하는 회절차수이며, 홀로그래픽 확산판을 다층(multi-layer) 구조로 제작할 경우 m=1로 간략화 된다. 광원에 포함된 적녹청 색의 파장을 각각

,

라 하고, 다층 구조로 제작된 경우만을 고려하면, 적색 파장은 회절각

로 진행되고 이 영역에는 녹색과 청색의 파장이 존재하지 않게 된다. 녹색 파장은 회절각

로 진행되고 이 영역에는 청색의 파장이 존재하지 않게 된다.

도4a에서 보는 바와 같이, 이러한 분산현상은 회절격자(41)의 전체 면적에서 발생되며 중첩에 의해 평균값을 갖게 되지만 양 끝 부분에서는 더 이상 중첩이 되지 않아 색분산이 그대로 유지되는 영역인 분산영역 x가 발생한다. 따라서 이러한 회절격자(41)를 이용하여 홀로그래픽 확산판(40)을 제작할 경우 도4b와 같이 프리즘시트(30)에 색분산을 포함하는 영역 A와 이를 포함하지 않는 영역 B가 분리되어 입사됨으로써 색상이 주기적으로 변하는 현상이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 홀로그래픽을 이용한 확산판을 제조하는 데 있어서, 홀로그래픽의 설계에서 발생하는 회절각

로 진행되는 영역 및 회절각

로 진행되는 영역인 분산영역 x에서의 색분산 문제를 해결하기 위한 것으로, 분산영역 x에서 적색, 녹색, 청색이 공존하도록 홀로그패픽 확산판에서 확산되는 빔(

,

)이 서로 일정 간격씩 중첩되어 확산되도록 함으로써 홀로그래픽 확산판에서 출력되는 빔의 파장 분포를 균일하게 유지하는 홀로그래픽 확산판의 설계방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은,

홀로그래픽의 설계에서 발생하는 회절각

및 회절각

로 진행되는 영역인 분산영역 x에서의 색분산 문제를 해결하기 위한 색 분산이 개선된 홀로그래픽 확산판 설계 방법에 있어서,

임의 값을 가지는 홀로그램이 기록될 기판의 두께 D를 통과한 위치에서 형성된 상기 분산영역 x의 길이는 하기 식에 의해 결정하는 단계;

상기 <식 >에 하기 <식 >를 대입하여

과

를 같이 계산하는 단계;

상기 <식>에서 m은 빔이 주기적으로 동일한 패턴을 생성하는 회절차수이며, 상기 홀로그래픽 확산판을 다층구조로 제작할 경우 m=1임.

로 구성되어 분산영역 x에서 적색, 녹색, 청색이 공존하도록 홀로그패픽 확산판에서 확산되는 빔(

,

)이 서로 일정 간격씩 중첩되어 확산되는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 회절격자의 간격 d는 분산영역 x와 동일한 크기로 제작될 상기 회절격자(41)의 설계에 사용되는 컴퓨터 생성 홀로그램이 충분한 데이터를 확보할 수 있도록 충분히 작도록 설계되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 확산판의 설계방법.

본 발명은 회절격자를 이용한 홀로그래픽 확산판 설계에서 분산에 의한 색감 불균형 요인을 최소화하기 위해 컴퓨터 생성 홀로그램 계산단계에서 회절격자의 패턴크기를 분산영역 x와 동일하도록 결정하고, 이 결과 패턴으로 확산판을 설계함으로써 프리즘시트로 입사되는 빔의 파장분포를 균일하게 유지할 수 있도록 한다. 이렇게 제작된 홀로그래픽 확산판은 액정 디스플레이 장치와 더불어 다양한 형태의 확산판 설계에 적용될 수 있으며, 컴퓨터 생성 홀로그램 패턴의 크기를 줄임으로써 계산시간을 줄이는 효과를 갖는다.

상기 목적을 달성하기 위한 색 분산이 개선된 홀로그래픽 확산판 설계 방법은 홀로그램이 기록될 기판의 두께 D와 입사 파장

, 그리고 격자간격 d를 고려하여 색분산 영역 x의 크기를 계산하고, 이 크기에 의해 컴퓨터 생성 홀로그램에 의해 생성되는 회절격자(41)의 전체 크기가 결정되어야 한다.

도 3을 참고하여, 본 발명에 따른 회절격자(41)는 임의의 홀로그래픽 격자간격 d와 적색, 녹색, 청색의 입사빔

,

에 대하여 <식 1>에 의해 각각

,

로 회절된다.

<식 1>

여기서 m은 빔이 주기적으로 동일한 패턴을 생성하는 회절차수이며, 홀로그래픽 확산판을 다층(multi-layer) 구조로 제작할 경우 m=1로 간략화 된다.

홀로그램이 기록될 기판의 두께 D는 임의로 결정되는 값이며, 홀로그램이 기록될 기판의 두께 D를 통과한 위치에서 형성된 분산영역 x의 길이는 <식 2>에 의해 다음과 같이 결정된다.

<식 2>

<식 2>에 <식 1>을 대입하면

과

는 다음과 같이 주어진다.

<식 3>

이때 회절격자의 간격 d는 분산영역 x와 동일한 크기로 제작될 회절격자(41)의 설계에 사용되는 컴퓨터 생성 홀로그램이 충분한 데이터를 확보할 수 있도록 충분히 작아야 한다.

도5a와 같이 회절격자(41)의 크기를 <식 2>에 의한 x와 동일한 크기로 제작할 경우, 이 회절격자(41)의 배열로 제작된 홀로그래픽 확산판(40)은 도5b와 같이 기판의 두께 D를 진행한 후 프리즘시트(30)에 입사되는 빔 분포가 회절격자(41)의 크기를 따라 A로 균일하게 만들 수 있어 분산효과는 최소화된다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명 하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당업자에 의해 그 개량이나 변형이 가능하다.

도1은 종래의 액정 디스플레이 장치의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.

도2는 일반적인 홀로그래픽 확산판을 적용한 액정 디스플레이 장치의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.

도3은 도2의 디스플레이 장치에서 회절격자를 통한 광의 분산을 설명하기 위한 도면이다.

도4a는 도3의 회절격자를 통한 광의 분산에 의해 생성되는 분산영역을 설명하기 위한 도면이다.

도4b는 도4a의 회절격자로 구성된 홀로그래픽 확산판에서 발생하는 색 불균일 현상을 설명하기 위한 도면이다.

도5a는 본 발명에 따른 색 분산 개선용 회절격자의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도5b는 도5a의 회절격자로 구성되어 색 불균일 현상이 개선된 홀로그래픽 확산판을 설명하기 위한 도면이다.

Claims

홀로그래픽의 설계에서 발생하는 회절각
및 회절각
로 진행되는 영역인 분산영역 x에서의 색분산 문제를 해결하기 위한 색 분산이 개선된 홀로그래픽 확산판 설계 방법에 있어서,

임의 값을 가지는 홀로그램이 기록될 기판의 두께 D를 통과한 위치에서 형성된 상기 분산영역 x의 길이는 하기 <식 1>에 의해 결정하는 단계;

<식 1>

상기 <식 1>에 하기 <식 2>를 대입하여
과
를 하기 <식 3>과 같이 계산하는 단계;

<식 2>

상기 <식 2>에 m은 빔이 주기적으로 동일한 패턴을 생성하는 회절차수이며, 상기 홀로그래픽 확산판을 다층구조로 제작할 경우 m=1임.

<식 3>

로 구성되어 분산영역 x에서 적색, 녹색, 청색이 공존하도록 홀로그패픽 확산판에서 확산되는 빔(
,
,
)이 서로 일정 간격씩 중첩되어 확산되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 확산판의 설계방법. 상기 <식 2>와 <식 3>에서 d는 홀로그래픽의 격자 간격을 나타냄.
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