KR20030085667A - 포토닉 크리스탈을 이용한 반사형 디스플레이 장치 - Google Patents

포토닉 크리스탈을 이용한 반사형 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

포토닉 크리스탈을 이용한 반사형 디스플레이 장치가 개시된다. 이 반사형 디스플레이장치는 복수의 컬러필터와 복수의 광스위치를 구비한다. 컬러필터는 가시광선의 소정 파장영역의 입사광에 대하여 반사를 행한다. 광스위치는 복수개의 컬러필터에 각각 대응되도록 설치되며, 대응되는 컬러필터에서 입사 및 반사되는 광량을 조절하여 원하는 색을 만들어 낸다. 본 발명에 의하면, 종래와 다르게 컬러필터에서 광이 한번 반사되므로 광효율이 증가되고, 종래처럼 반사판이 필요없는 간단한 구조를 갖는 포토닉 크리스탈을 이용한 반사형 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.

Description

포토닉 크리스탈을 이용한 반사형 디스플레이 장치{Reflective display device using photonic crystal}
본 발명은 반사형 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선택적 반사를 얻을 수 있는 구조를 갖는 포토닉 크리스탈을 반사형 컬러필터에 적용하여 광효율을 증가시킨 포토닉 크리스탈을 이용한 반사형 디스플레이 장치에 관한 것이다.
휴대전화, PDA와 같은 휴대기기의 화면표시장치로서 주변광의 반사를 이용하여 화상을 표시하는 반사형 컬러 디스플레이가 사용된다.
이러한 반사형 컬러디스플레이는 백라이트가 필요하지 않기 때문에 전력소비가 적고 두께는 얇고 무게는 가볍게 구성할 수 있다.
이러한 화면표시장치에는 컬러필터가 사용되는데, 선명한 화면을 얻기 위해서 컬러필터의 광반사 효율이 매우 중요한 요소가 된다.
컬러필터는 특정 파장의 빛만을 투과시키고, 나머지 파장은 흡수함에 의해 색을 나타내게 된다. 그러나, 입사되는 빛의 일부만을 통과시키기 때문에 LCD의 광효율을 저하시키는 커다란 요인이 되고 있다.
도 1은 종래의 반사형 디스플레이장치의 단면도이다.
도 1의 반사형 디스플레이장치는 투과형 컬러필터(11), 광스위치(12), 반사판(13)을 구비한다. 광스위치(12)는 2개의 편광판(121, 123)과 편광판사이에 끼워진 액정층(122)을 구비하고 있다.
종래의 반사형 디스플레이장치에서, 투과형 컬러필터(11)를 통해 입사된 광은 광스위치(12)에 의해 광량이 조절되고, 반사판(13)에 의해 반사되어 다시 컬러필터(11)를 통해 출력된다.
이와 같은 반사형 디스플레이장치에서는 광이 입사시와 반사시에 두번 컬러필터(11)를 통과하게되어 광효율이 감소되는 문제점이 있었다.
또한, 낮은 휘도와 작은 콘트라스트비를 가지며, 색상과 명도가 명확하지 못한 문제점도 있었다.
본 발명의 목적은 광효율이 높고 간단한 구조를 갖는 포토닉 크리스탈을 이용한 컬러필터를 이용한 반사형 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 반사형 디스플레이장치의 단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 반사형 디스플레이장치의 단면도이고, 그리고
도 3은 본 발명에 따른 컬러필터를 크기가 다른 콜로이드(colloid)를 이용한 inverse opal구조의 3차원 포토닉 크리스탈을 이용하여 구현한 것을 나타낸다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
11: 투과형 컬러필터12, 22: 광스위치
13: 반사판121, 123: 편광판
122: 액정층21R, 21G, 21B: 반사형 컬러필터
상기 목적을 달성하기 위하여, 가시광선의 소정 파장영역의 입사광에 대하여 반사를 행하는 복수의 컬러필터; 및 상기 복수개의 컬러필터의 각각 대응되도록 설치되며, 대응되는 컬러필터에서 입사 및 반사되는 광량을 조절하여 원하는 색을 만들어 내는 복수의 광스위치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 포토닉 크리스탈을 이용한 반사형 디스플레이 장치가 제공된다.
상기 복수의 반사형 컬러필터는 적, 녹, 청(R, G, B)의 파장의 빛만을 각각 투과할 수 있는 밴드갭을 갖는 포토닉 크리스탈을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 반사형 컬러필터는 콜로이드(colloid)를 이용하여 제작된 포토닉 크리스탈을 이용할 수 있다.
그리고, 상기 광스위치로 LC를 이용한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 포토닉 크리스탈을 이용한 반사형 디스플레이 장치의 단면도이다.
도 2에 도시된 것같이, 반사형 디스플레이장치는 반사형 컬러필터(21) 및 상기 반사형 컬러필터에서 반사되어 나오는 빛의 세기 또는 주파수를 조절하는 광스위치(22)를 포함한다.
광스위치(22)는 적(R), 녹(G), 청(B)의 각각의 광량을 조절하여 원하는 색을 만들어 내는 광스위치(22R, 22G, 22B)로 이루어진다.
광스위치(22)는 예를 들면 LC(Liquid Crystal Switch)가 사용될 수 있다. 그러나, 광스위치(22)는 이 분야에서 이미 주지의 기술이므로, 본 명세서의 도면과 상세한 설명에서는 생략하기로 한다.
각각의 광스위치(22R, 22G, 22B)에 대향하여 3개의 반사형 컬러필터(21R, 21G, 21B)가 설치되어 있다.
컬러필터는 유전물질(dielectrics)을 주기적으로 배열하여 이루어진 포토닉 크리스탈(photonic crystal)을 이용하여 형성한다. 포토닉 크리스탈은 주기적인 굴절률의 변화를 2차원 또는 3차원으로 주는 방법으로 만든다.
각각의 반사형 컬러필터(21R, 21G, 21B)는 R, G, B색상에 따라서 각각 다른 광밴드갭(photonic band gap, PBG)을 갖는 포토닉 크리스탈을 이용하여 제작되므로, 필요한 파장의 빛만 반사시키고, 다른 파장의 빛은 투과되도록 한다.
포토닉 크리스탈을 만들 때, 굴절률과 주기적인구조의 형태, 주기등에 따라 포토닉 밴드갭의 갭크기나 위치가 달라진다.
예를 들어 2차원의 경우, 원기둥을 주기적으로 배열하거나,홀을 주기적으로 배열하여 포토닉 크리스탈을 만든다.
최근 홀로그램 리소그래피(hologram lithography)를 이용하거나, 수백 nm 직경의 작은 구들의 자체결합(self assembly)방법으로 포토닉 크리스탈을 제작하고 있다.
도 3은 본 발명에 따른 컬러필터를 크기가 다른 콜로이드(colloid)를 이용하한 inverse opal구조의 3차원 포토닉 크리스탈을 이용하여 구현한 것을 나타낸다.
한개의 구입자의 크기는 수백 nm이고, 포토닉 크리스탈이 밴드갭을 가지도록 최소 10층 정도의 반복적으로 배열된다.
다른 크기의 콜로이드들이 서로 배열될 때, 구 입자들의 크기와 집중도(concentrations)에 따라서 다양한 결정구조를 형성할 수 있다.
도 3에 도시된 것같이, R, G, B컬러필터(21R, 21G, 21B)중에서 가장 긴 파장의 빛을 반사시키는 R컬러필터(21R)의 구입자의 크기가 가장 크게 형성되어 있다.
그러나, 이와 같은 콜로이드를 이용한 컬러필터의 구현은 일 예에 불과하다.
컬러필터로 포토닉 크리스탈을 이용하면 90%이상의 반사율을 얻을 수 있으므로, 투과형에 비해 효율이 높고 콘트라스트도 향상시킬 수 있다.
또한, 3차원 포토닉 크리스탈은 모든 입사방향에 대하여 밴드갭을 가지게 할 수 있으므로 시야각을 크게 할 수 있다.
다음은 도 2를 참고하여 광의 진행방향을 설명한다.
도 2에서 백색광이 광스위치(22)를 통과한 후 반사형 컬러필터(21)에 입사하면, 각각의 R, G, B컬러필터(21R, 21G, 21B)에서 RGB에 해당하는 파장대역이 선택적으로 반사되어 해당 광스위치(22R, 22G, 22B)를 통해 출력된다.
이렇게 반사되어 나오는 빛은 광스위치(22)에 의해 광량이 조절되고 RGB픽셀의 혼합정도에 의해 컬러가 구현된다.
본 발명에 의하면, 종래와 다르게 컬러필터에서 광이 한번 반사되므로 광효율이 증가되고, 종래처럼 반사판이 필요없는 간단한 구조를 갖는 포토닉 크리스탈을 이용한 반사형 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (4)

  1. 가시광선의 소정 파장영역의 입사광에 대하여 반사를 행하는 복수의 컬러필터;및
    상기 복수개의 컬러필터의 각각 대응되도록 설치되며, 대응되는 컬러필터에서 입사 및 반사되는 광량을 조절하여 원하는 색을 만들어 내는 복수의 광스위치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 포토닉 크리스탈을 이용한 반사형 디스플레이 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 반사형 컬러필터는 적, 녹, 청(R, G, B)의 파장의 빛만을 각각반사할 수 있는 밴드갭을 갖는 포토닉 크리스탈을 이용하는 것을 특징으로 하는 포토닉 크리스탈을 이용한 반사형 디스플레이 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 반사형 컬러필터는 콜로이드(colloid)를 이용하여 제작된 포토닉 크리스탈을 이용하는 것을 특징으로 하는 포토닉 크리스탈을 이용한 반사형 디스플레이 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 광스위치로 LC(Liquid Crystal Switch)를 이용하는 것을 특징으로 하는 포토닉 크리스탈을 이용한 반사형 디스플레이 장치.
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