KR20060002692A - 단방향 투명 광학계 - Google Patents

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Abstract

디스플레이 소자의 휘도 및 콘트라스트를 향상시키기 위해 광-흡수 영역들을 향해 외부 광을 포커싱하는 디스플레이 소자의 마이크로 구조를 위한 장치 및 방법을 개시한다. 상기 디스플레이 소자는 광방출층의 한 쪽에 배치된 광흡수층을 포함한다. 상기 광흡수층은 광굴절 구조 및 광흡수 소자들을 포함하는데, 광흡수 소자들의 각각은 광굴절 구조들 내에 위치한다. 광안내 구조들은 외부 광의 반사를 감소시키기 위해 그 내부에 위치하는 다수의 광흡수 소자들 중 하나를 향해 입사광을 안내한다.

Description

단방향 투명 광학계{One-way transparent optical system}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단면도이다.
도 2A 내지 2C는 투영 구조의 다른 실시예에 따른 단면도이다.
도 3은 박막 코팅을 포함하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단면도이다.
도 4는 반사부재를 활용하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 단면도이다.
도 5는 복층 구조의 본 발명의 일 실시예이다.
도 6은 반사방지 코팅을 사용하는 본 발명의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 7은 기둥형태의 광흡수 소자를 사용하는 본 발명의 또 다른 실시예의 단면도이다.
도 8은 투영 구조 위에 배치된 광투과층을 가진 본 발명의 한 유형을 도시한 단면도이다.
도 9A 및 9B는 마이크로 구(microsphere) 및 본 발명의 한 실시예의 단면도이다.
도 10A 내지 10E는 블레이드(blade) 형태의 코팅을 사용함으로써 본 발명을 제조하는 방법을 도시한다.
도 11은 마이크로 구의 층을 형성하기 위한 다른 방법을 도시하는 단면도이다.
도 12A 및 12B는 본 발명을 제조하는 방법을 도시하는 단면도이다.
도 13A 내지 13D는 본 발명을 제조하는 다른 방법을 도시하는 단면도이다.
도 14A 내지 14D는 본 발명을 제조하는 또 다른 방법을 도시하는 단면도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
10.....광흡수층 10a....돌출 구조
12.....광흡수 소자 20.....광투과층
30.....외부입사광 40.....내부광
50.....광방출층 100....광학계
본 발명에 따른 장치 및 방법은 광투과율을 감소시키기 위한 광-흡수 구조들에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명에 따른 장치 및 방법은 디스플레이 소자의 휘도 및 콘트라스트를 향상시키기 위해 광-흡수 영역들을 향해 외부 광을 포커싱하는 디스플레이 소자의 마이크로 구조에 관한 것이다.
유기 EL 소자(organic electroluminescent device)와 같은 직접 발광형 디스플레이 소자는 두 가지 문제, 즉, 콘트라스트 저하 문제 및 외부 광으로 인한 눈부심 문제를 가지고 있다. 눈부심 효과를 감소시키기 위하여, 필름 형태의 반사방지 코팅이나 구형의 눈부심방지 코팅이 사용된다. 원형 편광자(cicular polarizer)는 또한 금속 전극으로부터 외부 광이 반사되는 것을 억제함으로써 콘트라스트 저하 현상을 감소시키는데 사용된다. 그러나, 원형 편광자는 디스플레이의 발광층으로부터 방출된 광의 양을 심각하게 감소시킬 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점들을 개선하기 위하여 고안된 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 광의 반사를 감소시키기 위한 새로운 광학계를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 장치는, 각각의 초점 영역을 향해 입사광을 굴절시키는 다수의 광굴절 구조; 및 상기 다수의 광굴절 구조들 중 하나에 대응하는 초점 영역 부근에 각각 배치된 다수의 광흡수 소자;를 포함한다.
본 발명의 한 유형에 따른 광방출층을 구비한 디스플레이 소자는, 상기 광방출층의 한 쪽에 배치된 광흡수층을 포함하며, 상기 광흡수층은 다수의 광굴절 구조; 및 다수의 광흡수 소자들을 포함하고, 상기 다수의 광흡수 소자들의 각각은 상기 다수의 광굴절 구조들 중 대응하는 하나 내에 위치하며, 다수의 광굴절 구조들의 각각은 그 내부에 위치한 상기 다수의 광흡수 소자들 중 하나를 향해 외부 입사광의 실질적으로 안내한다
본 발명의 다른 유형에 따른 광흡수 방법은, 광굴절 구조에서 제 1 광을 수광광으로서 수광하는 단계; 상기 수광된 제 1 광의 적어도 일부를 투과광으로서 투과시키는 단계; 상기 투과광을 상기 광굴절 구조들의 대응하는 초점 영역들을 향해 굴절시키는 단계; 및 상기 대응하는 초점 영역들에서 상기 투과광을 흡수하는 단 계;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 유형에 따른 광흡수층을 제조하는 방법은, 광흡수 코어들을 형성하는 단계; 상기 광흡수 코어들의 각각에 외피(shell)을 형성하여 광흡수소자들을 형성하는 단계; 및 광투과층 위에 상기 광흡수 소자들을 분포시키는 단계;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 유형에 따른 광흡수층을 제조하는 방법은, 광흡수 코어들을 형성하는 단계; 광투과층 위에 상기 광흡수 코어들을 분포시키는 단계; 상기 광흡수 코어들을 코팅하여 상기 광흡수 코어들의 각각에 돌출 구조들을 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 또 다른 유형에 따른 광흡수층을 제조하는 방법은, 광투과층 위에 광흡수층을 형성하는 단계; 상기 광흡수층을 패터닝하여 상기 광투과층 위에 다수의 광흡수 소자들을 형성하는 단계; 상기 다수의 광흡수 소자들을 코팅하여 상기 다수의 광흡수 소자들에 다수의 돌출 구조들을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 다수의 돌출 구조들의 각각은 상기 광흡수 소자들 중 대응하는 하나를 향해 입사광을 굴절시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 유형에 따른 광흡수층을 제조하는 방법은, 광투과층 위에 배치된 층을 소정의 패턴으로 패터닝하는 단계; 상기 패턴 위에 다수의 광흡수 소자들을 형성하는 단계; 상기 다수의 광흡수 소자들을 코팅하여 상기 다수의 광흡수 소자들에 다수의 돌출 구조들을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 다수의 돌출 구조들의 각각은 상기 광흡수 소자들 중 대응하는 하나를 향해 입사광을 굴절시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 한 유형에 따른 장치는 디스플레이 소자의 광투과 표면 위에 형성된 돌출 구조들을 포함한다. 각각의 돌출 구조들은 광흡수 영역을 포함한다. 돌출 구조들에 입사하는 대부분의 외부광은 상기 광흡수 영역들을 향해 굴절되어 흡수된다. 그러나, 상기 돌출 구조들 아래의 광투과 표면에 의해 발생한 대부분의 내부광은 상기 돌출 구조들을 통과하여 진행한다.
도 1에는, 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 도 1은, 광흡수층(10), 광투과층(20), 및 광방출층(50)을 구비한 광학계(100)를 도시한다. 광투과층(20)은 광방출층(50) 위에 배치되어 있으며, 광흡수층(10)은 광투과층(20) 위에 배치되어 있다. 광흡수층(10)은, 광투과층(20)이 배치된 면의 반대쪽 면에 배치된 다수의 돌출 구조(10a)들을 갖는다. 도 1에서, 상기 돌출 구조(10a)들은 볼록하며, 실질적으로 다각형의 형태를 가진다. 돌출 구조(10a)들은 실질적으로 반구형(도 2A), 스페로이드형(spheroid)(도 2B), 다각형(도 2C), 또는 다른 모양들을 갖거나, 이들 모양들의 조합을 가질 수도 있다. 다수의 광흡수 소자(12)들 중 하나는 각각의 돌출 구조(10a)들의 초점 영역 부근에 배치되어 있다.
동작하는 동안, 광방출층(50)은 내부광(40)을 방출한다. 한 실시예에서, 상기 광(40)은 영상 광이다. 상기 광방출층(50)은 플라즈마 디스플레이 패널의 형광층, 유기 EL 디스플레이의 전계발광층(electroluminescent layer; EL), 또는 디스플레이 소자의 다른 발광층이거나 형광층을 포함할 수 있다. 내부광(40)은 광투과층(20)을 통과하여 광흡수층(10)으로 진행한다. 대부분의 내부광(40)은 광흡수층 (10)의 광흡수 소자(12)들 사이를 통해 외부(2)를 향해 진행하는 반면, 일부의 내부광(40)은 광흡수 소자(12)들에 부딪쳐서 흡수된다.
광흡수층(10)은 외부(2)로부터의 광을 돌출 구조(10a)에서 수광한다. 돌출 구조(10a)의 볼록한 형태는 각 돌출 구조(10a)의 내부의 초점 영역을 향해 외부광(30)의 투과된 일부(32)를 굴절시킨다. 이하에서, 본 발명의 광흡수층 내의 외부광(32)을 광흡수층으로 투과된 외부광(30)의 일부라 부른다. 다른 실시예에서, 돌출 구조(10a)는 반구형 모양이고, 따라서, 다각형 모양을 갖는 돌출 구조와 비교할 때, 넓은 입사각의 외부광(30)에 대해서도 실질적으로 작은 초점 영역을 향해 투과광(32)을 굴절시킨다.
각각의 광흡수 소자(12)들은 작은 수평 단면적을 가지며, 따라서, 광방출층(50)에 의해 발생한 내부광(40)의 대부분은 광흡수층(10)을 통과하여 진행한다. 한 실시예에서, 광흡수 소자(12)는 카본블랙(carbon black)이나 흑색 염료(black dye)로 이루어진다.
또한, 돌출 구조(10a)들은 외부 입사광(30)의 일부를 산란시켜 돌출 구조(10a)의 표면에서 외부광의 반사에 의해 발생되는 눈부심을 감소시킨다.
각각의 돌출 구조(10a)들은 약 0.1~100㎛, 바람직하게는, 1~10㎛ 범위 내의 직경을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 돌출 구조(10a)들은 약 3~10㎛ 범위의 직경을 가진다. 광흡수 소자(12)들의 직경 d는 한 실시예에서 돌출 구조(10a)의 직경D의 절반까지 될 수 있다. 광흡수 소자(12)들의 직경 d는, 광흡수 소자(12)들에 의해 흡수된 외부광(30)과 광방출층(50)에 의해 방출된 내부광(40) 사이의 균형을 성 취하기 위하여 돌출 구조들의 직경 D를 고려하여 선택되어야 한다. 즉, 직경 d는 만족할만한 양의 외부광(30)을 흡수하기에 충분하도록 커야 하는 동시에, 광방출층(50)에 의해 방출된 내부광(40)이 지나치게 차단되지 않도록 작아야 한다. 예컨대, 직경 d는 직경 D의 1/100 내지 1/2 사이, 바람직하게는, 1/5 내지 1/3 사이에 있을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 도 3에 도시되어 있다. 도 3에는, 광흡수층(310)을 가지는 광학계(300)가 도시되어 있다. 광흡수층(310)은, 도 1의 광흡수층(10)과 비슷한 방식으로 배치된, 다수의 돌출 구조(310a)와 다수의 광흡수 소자(312)들을 가진다. 광흡수층(310)에는, 박막(360)이 코팅되어 있다. 상기 박막(360)은 돌출 구조(310a)와 실질적으로 동일한 굴절률을 가진다. 상기 박막(360)은 또한 돌출 구조(310a)의 모양을 실질적으로 가지고 있으며, 상기 각각의 돌출 구조(310a)에 대한 초점 영역들의 위치를 변경시킨다. 도 3에 도시된 바와 같이, 외부광(30)은 실질적으로 초점 영역에 배치된 광흡수 소자(312)들을 향해 굴절된다. 만약 도 1의 돌출 구조(10a)와 도 3의 돌출 구조(310a)들이 동일한 직경과 모양을 갖고 동일한 물질로 이루어져 있다면, 박막(360)과 결합된 돌출 구조(310a)의 초점 영역은 돌출 구조(10a)의 초점 영역 보다 돌출 구조(310a)의 표면들에 더 가까이 있을 것이다. 박막(360)의 두께는 광흡수 소자(312)들이 배치될 초점 영역의 위치를 변경시키는데 필요한 양으로 설정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 유형은 도 4에 도시되어 있다. 도 4에서, 광학계(400)는 광흡수층(410)을 포함한다. 상기 광흡수층(410)은, 도 1의 광흡수층(10)과 비슷한 방식으로 배치된, 다수의 돌출 구조(410a)와 다수의 광흡수 소자(412)들을 가진다. 상기 광흡수층(410)은 또한 다수의 반사부재(470)들을 포함하며, 상기 다수의 반사부재(470)들의 각각은 광흡수 소자(412)들 중 대응하는 하나의 아래에 배치되어 있다. 광흡수 소자(412)들을 향해 진행하는 내부광(40)이 상기 반사부재(470)들에 의해 반사됨으로써, 광흡수 소자(412)들에 의한 내부광의 흡수가 방지된다. 반사부재(470)들에 의해 반사된 내부광(40)의 일부는 광흡수층(410)의 저면을 향해 진행하며, 여기서 광(40)은 돌출 구조(410a)들을 향해 다시 내부적으로 반사되어 외부(2)로 투과된다. 또한, 광(40)의 일부는 광방출층(도시되지 않음) 아래의 금속 전극에 의해 반사될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예가 도 5에 도시되어 있다. 광학계(500)는 복층의 광흡수층들을 포함한다. 본 실시예에는, 제 1 광흡수층(510)과 제 2 광흡수층(511)이 있다. 제 1 광흡수층(510)은 다수의 돌출 구조(510a)와 상기 돌출 구조(510a)의 대응하는 초점 영역 부근에 배치된 다수의 광흡수 소자(512)들을 포함한다. 마찬가지로, 제 2 광흡수층(511)은 다수의 돌출 구조(511a)와 상기 돌출 구조(511a)의 대응하는 초점 영역 부근에 배치된 다수의 광흡수 소자(513)들을 포함한다. 제 1 및 제 2 광흡수층(510,511)들은, 광흡수 소자(513)들이 광흡수 소자(512)들의 바로 위에 배치되지 않도록 오프셋 되어 있다. 따라서, 두 개의 인접한 광흡수 소자(513)들 사이를 진행하는 광(530)은 광흡수 소자(513)들에 의해 흡수되지 않고, 제 1 광흡수층(510)에서 광흡수 소자(512)들에 의해 흡수된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 광학계(600)는 본 발명의 또 다른 예시적인 실시 예이다. 광학계(600)는 도 1의 광흡수 소자(12) 및 돌출 구조(10a)들을 갖는 광흡수층(10)을 포함한다. 상기 광학계(600)는 외부광(30)이 입사하는 돌출 구조(10a)의 표면에 배치된 반사방지 코팅(680)을 더 포함한다. 상기 반사방지 코팅(680)은 특히, 작거나 큰 직경 D를 가지는 돌출 구조(10a)에 대하여 눈부심을 감소시킨다. 왜냐하면, 작거나 큰 돌출 구조(10a)들은 상대적으로 작은 산란을 제공하여 눈부심을 감소시켜야 하기 때문이다. 즉, 눈부심이 최소화될 정도로 외부광(30)을 적절하게 산란시키는 돌출 구조(10a)들의 직경 D의 범위가 존재한다. 돌출 구조(10a)가 그 범위 이상 또는 이하의 직경 D를 갖는다면, 적은 산란이 발생하고 눈부심은 더 크게 된다.
대신에, 광흡수 소자들은 다른 형태를 가질 수도 있다. 도 7은 광흡수층(710)을 포함하는 광학계(700)를 도시한다. 상기 광흡수층(710)은 다수의 돌출 구조(710a) 및 다수의 광흡수 소자(712)들을 포함한다. 상기 다수의 광흡수 소자(712)들의 각각은 실질적으로 기둥 형태를 가지며, 각 광흡수 소자(712)들의 적어도 일부는 각 돌출 구조(710a)들의 초점 영역 부근에 배치되어 있다. 광학계(700)에서, 광흡수 소자(712)들은 각각의 돌출 구조들의 초점 영역들의 수평 위치 부근에 x-방향으로 배치되어 있다. 광흡수 소자(712)들의 y-방향으로의 정확한 수직 위치는 필수적인 것이 아니다.
본 발명의 또 다른 실시예는 도 8에 도시되어 있다. 광학계(800)는 다수의 돌출 구조(810a) 및 다수의 광흡수 소자(812)들을 가지는 광흡수층(810)을 포함하며, 각각의 광흡수 소자(812)들은 다수의 돌출 구조(810a)들 중 대응하는 하나의 초점 영역 부근에 배치되어 있다. 광학계(800)는 또한 상기 광흡수층(810) 위에 배치된 광투과층(820)을 더 포함한다. 또한, 반사방지 코팅(880)을 포함한다. 상기 광투과층(820)은, 광흡수 소자(812)들을 향해 입사광(830)을 굴절시키기 위한 돌출 구조(810a)들에 사용된 재료의 굴절률 보다 낮은 굴절률을 가진다.
또 다른 실시예에서, 돌출 구조들의 크기 및/또는 위치는, 상기 돌출 구조들로부터 외부광의 정반사(regular reflection)에 의해 발생되는 간섭 효과를 방지하기 위해서 상술한 실시예들의 경우 비균일하다. 특히, 광학계는 직경이 균일하지 않은 돌출 구조 또는 직경이 균일하지 않은 광흡수 소자들을 가질 수 있다. 또한, 광학계는 균일한 간격으로 분포되어 있지 않은 다수의 돌출 구조들을 가질 수 있다.
도 1 내지 도 8에 도시된 것들과 같은 광학계를 제조하기 위한 방법은 이하에서 설명된다.
광학계를 제조하는 한 가지 방법은 도 9A-B 및 도 10A-D에 도시되어 있다. 도 9A는 코어(core) 내에 광흡수 소자(912)를 가지는 마이크로 구(microsphere)(910)를 도시한다. 이 방법에서, 카본 블랙(carbon black)이나 흑색 염료(black dye)와 같은 광흡수 성분을 (전체 부피의 약 15%) 함유하는 약 1㎛ 직경의 구형의 광흡수 소자(912)는, 메틸메사크릴레이트(methylmethacrylate; MMA)와 같은 투명 재료의 에멀전 중합(emulsion polymerization)을 통해 형성될 수 있다. 그런 후, 약 2㎛의 두께를 갖는 외피(shell)(914)가, 상기 광흡수 소자(912)에 사용된 투명 재료 또는 그와 유사한 재료를 사용하여 광흡수 소자(912) 상에 마찬가 지로 에멀전 중합을 통해 형성된다. 도 9B는 많은 수의 마이크로 구(910)로 형성된 광학 장치(900)를 도시한다. 마이크로 구(910)는 MMA와 같은 코팅 재료(918)로 코팅된 투명 필름 또는 기판(916) 위에 분산되어 있다. 코팅 후에, 마이크로 구의 위치를 고정시키기 위해 코팅 재료(918)의 중합이 수행되어야 한다. 외피(914), 마이크로 구(910) 및 코팅 재료(918)의 굴절률이 일치하거나 실질적으로 동일하기 때문에, 코팅 재료(918)와 접촉하고 있는 마이크로 구(910)의 하부 표면은 광을 굴절시키지 않는다. 그러므로, 오로지 반구형의 상부 표면(922)만이 광을 굴절시킨다. 에멀전 중합의 경우, 마이크로 구(910)가 코팅 재료(918) 내로 분산될 때 팽창하는 것을 방지하기 위하여 1~5 wt%의 가교제(crosslinking agent)가 사용될 수도 있다.
광투과층(1060)(도 10C) 상에 마이크로 구(910)를 분포시키기 위하여, 도 10A-E에 도시된 마이크로 구 층형성 장치(1000)를 사용함으로써 블레이드 코팅(blade coating)이 이용될 수 있다. 마이크로 구 층형성 장치(1000)는 고무롤러(1005) 및 블레이드(1015)를 포함한다. 초기에, 상기 고무롤러(1005)가 마이크로 구(910)들 위에서 회전한다. 정전기력(electrostatic force)을 통해, 마이크로 구(910)의 층이 회전하는 고무롤러(1005)의 표면에 부착된다(도 10A). 그런 후, 소망하는 두께(예컨대, 단일 층의 마이크로 구(910))의 마이크로 구(910)의 층이 상기 고무롤러(1005)의 주변에 남도록 블레이드(1015)가 고무롤러(1005)에 인가된다(도 10B). 즉, 불필요한 마이크로 구(910)가 고무롤러(1005)로부터 벗겨져서 단일 층의 마이크로 구(910)이 남는다. 도 10B에 도시된 바와 같이, 블레이드(1015)의 A-A' 단면은, 단일 층을 효과적으로 형성할 수 있도록 상기 마이크로 구(910)와 유사한 치수를 갖는 그루브(groove)(도 10D) 또는 디치(ditch) 형태(도 10E)의 표면을 가질 수 있다.
그런 후, 고무롤러(1005)는 부드러운 고분자 필름 또는 단위체 필름과 같은 필름(1095)으로 코팅된 광투과층(1060) 위에서 회전한다(도 10C). 고무롤러(1005) 상의 마이크로 구(910)는, 광투과층(1060) 상의 필름(1095) 위에 마이크로 구(910)의 층을 형성하기 위해 고무롤러(1005)로부터 떨어져서 필름(1095)에 부착된다(도 10C). 필름(1095)은 후속하는 열 또는 UV 방사에 의해 중합되는 MMA 코팅일 수 있다. 그러므로, MMA 코팅은, 광흡수 소자(912)의 외피(914)를 형성하는데 사용된 투명 재료와 동일하거나 거의 같은 굴절률을 갖는 PMMA를 형성하기 위해 경화된다.
대신에, 광투과층(1120) 상에 마이크로 구(910)를 분포시키는데 도 11에 도시된 제어 흐름 시스템(1100)이 사용될 수 있다. 초기에, 마이크로 구(910)들이 용액(1115) 내에 현탁되어 있다. 광투과층(1120)은 용액(1115) 내에 수직으로 배치된다. 모세관력(capillary force) 및 계면간의 힘(interfacial force)들로 인해, 용액-공기간의 계면이 광투과층(1120)과 만나는 곳에서 메니스커스(meniscus)(1130)가 형성된다. 모세관력의 작용에 의해, 마이크로 구(910)들은 메니스커스(1130)를 향해 모인다. 용액이 증발할 때, 용액-공기간의 계면은 r 방향으로 후퇴하고 마이크로 구(910)의 박막(1140)이 광투과층(1120) 상에 형성된다. 또는, 본 발명의 다른 유형에 따르면, 광투과층(1120)을 용액(1115)으로부터 서서히 빼내어, 마이크로 구(910)의 박막(1140)이 광투과층(1120) 상에 형성된다.
또는, 광투과층(1220)(도 12A)의 표면에 광흡수 소자(1212)들을 뿌림으로써 광학계를 제조할 수 있다. 광투과층(1220)은 광흡수 소자(1212)들이 배치되는 압입(indentation) 패턴(1222)을 가질 수 있다. 이는, 카본 블랙이나 흑색 염료 등과 같은 광흡수 재료를 함유하는 광경화형(photocurable) 저항 재료를 사용하여 공지의 포토리소그래피 방법으로 수행될 수 있다. 광흡수 소자(1212)들의 무작위적인 분포를 갖도록 광투과층(1220)의 표면 상에 무작위적인 패턴이 사용될 수 있다. 이어서, 돌출 구조(1210a)를 형성하기 위해 투명 재료의 코팅이 상기 광흡수 소자(1212)들 위에 도포된다(도 12B).
광학계를 제조하는 또 다른 방법이 도 13A-D에 도시되어 있다. 먼저, 투명기판(1320)이, 카본 블랙이나 흑색 염료로 이루어진 광흡수층(1302)으로 코팅된다(도 13A). 그런 후, 표준 리소그래피, 몰딩, 프린팅 또는 화학적 에칭 기법들을 사용하여 상기 광흡수층(1302)과 투명기판(1320)을 패터닝함으로써, 다수의 지지대(1314) 위에 배치된 다수의 광흡수 소자(1312)들을 형성한다(도 13B). 다음에, 상기 광흡수 소자(1312)들 및 투명기판(1320) 위에 MMA와 같은 투명 재료의 코팅 및 중합을 수행한 후, 경화시켜 돌출 구조(1310a)들을 형성한다(도 13C,D). 본 실시예에서, 전체적인 구조는 열적 베이킹(thermal baking) 및 리플로우(reflow)를 사용하여 투명 재료의 모양을 변경시킴으로써 조절될 수 있다. 이는, 광흡수 소자(1312)들을 향하여 더 많은 외부광을 굴절시킬 수 있도록 하기 위하여, 보다 바람직한 모양(예컨대, 둥근 형태)을 가지는 돌출 구조(1310a)들의 모양을 형성하기 위하여 바람직한 기간 동안 투명 재료의 유리 전이점(glass transition temperature) 위로 투명 재료의 온도를 올림으로써 수행될 수 있다.
광학계를 제조하는 또 다른 방법은 도 14A-D에 도시되어 있다. 이 방법에서, 리소그래피, 화학적 에칭 또는 몰딩을 포함하는 통상적인 기술을 이용하여 투명기판(1420) 위에 다수의 지지대(1414)들을 형성한다(도 14A). 광흡수 소자(1412)들은 상기 각각의 다수의 지지대(1414)들 위에 형성된다(도 14B). 그런 후, MMA와 같은 투명 재료의 코팅이 도포되어 돌출 구조(1410a)들을 형성한다(도 14C,D). 도 13A-D에 도시된 방법에서와 같이, 돌출 구조(1410a)들의 조절은 열적 베이킹 및 리플로우를 통해서 수행될 수 있다.
상술된 방법을 사용하여 형성된 본 발명을 이용함으로써, 외부광의 반사가 감소된다. 예컨대, 디스플레이 소자에 사용될 경우, 외부 광원의 존재 하에서의 휘도는, 종래의 기술과 비교할 때, 대단히 향상된다.
본 발명에 따른 광학계는 플라즈마 디스플레이, 유기 LED 등과 같은 디스플레이 소자에 적용될 수 있다. 광흡수 소자들의 직경이 돌출 구조들의 직경의 1/10 인 경우, 내부광의 99%가 외부로 투과된다. 돌출 구조들의 직경의 1/3인 직경을 가지는 광흡수 소자들은 내부광의 89%를 외부로 투과시킨다.
또한, 돌출 구조(10a)들의 모양에 따라 내부 전반사가 감소되고 심지어 억제되기 때문에 내부광의 투과가 향상된다. 따라서, 본 발명을 사용하는 장치에서는, 눈부심 방지 및 확산 특성들과 함께 콘트라스트 비(contrast ratio) 및 휘도가 향상된다. 본 발명은 또한 광흡수 소자들에서 UV 광을 흡수함으로써 유기 EL 디스플레이에서의 유기 물질의 열화를 감소시킨다. 그러므로, 원형 편광자에 비교할 때, 내부광의 양이 디스플레이의 외부로 투과될 수 있어 거의 두 가지 팩터에 의해 휘도를 향상시킨다.
본 발명은 예시적인 실시예를 참조하여 도시되고 설명되었으나, 본 기술분야의 당업자는 첨부된 청구항 및 그 균등물에 의해 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 여러 가지 형태로 변경될 수 있음을 이해해야 한다.

Claims (30)

  1. 초점 영역들을 각각 가지며, 입사광을 굴절시켜 상기 초점 영역들을 향하게 하는 다수의 광굴절 구조; 및
    상기 각각의 초점 영역들 중 대응하는 하나의 근방에 각각 배치된 다수의 광흡수 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 광굴절 구조의 표면들은 실질적으로 평평하게 배치된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 광굴절 구조의 표면들은 각각 실질적으로 볼록한 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 광굴절 구조의 표면들은 각각 실질적으로 반구형 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 광굴절 구조의 표면들은 각각 실질적으로 스페로이드(spheroid) 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 광굴절 구조의 표면들은 각각 실질적으로 다각형 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 광흡수 소자들 아래에 배치된 다수의 반사 소자; 및
    상기 다수의 광굴절 구조들 및 상기 다수의 광흡수 소자들 아래에 배치된 광방출층;을 더 포함하며,
    상기 광방출층은 내부광을 방출하고, 상기 다수의 반사 소자들은 상기 다수의 광흡수 소자들로부터 멀어지도록 내부광을 반사하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  8. 광방출층 및 상기 광방출층의 한쪽 면에 배치된 광흡수층을 구비하는 광학 장치에 있어서, 상기 광흡수층은:
    다수의 광굴절 구조들; 및
    다수의 광흡수 소자들;을 포함하고,
    상기 다수의 광흡수 소자들은 각각 상기 다수의 광굴절 구조들 중 대응하는 하나 내에 위치하며, 상기 다수의 광굴절 구조들은 각각 그 내부의 상기 다수의 광흡수 소자들 중 하나를 향해 외부 입사광을 실질적으로 안내하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 다수의 광흡수 소자들은 각각 상기 광굴절 구조들 중 대응하는 하나의 초점 영역 근방에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 광방출층은 내부광을 방출하며, 상기 내부광은 상기 다수의 광굴절 구조들을 통해 상기 광흡수층을 향해 진행하고, 상기 광흡수 소자들의 직경 d는 상기 광굴절 구조들의 직경 D의 1/2 보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 광굴절 구조들의 직경 D는 약 0.1㎛ 내지 약 100㎛ 의 범위를 가지며, 상기 광흡수 소자들의 직경 d는 상기 광굴절 구조들의 직경 D의 1/2 보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 다수의 광굴절 구조의 표면들은 각각 실질적으로 볼록한 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 다수의 광굴절 구조의 표면들은 각각 실질적으로 반구형 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 다수의 광굴절 구조의 표면들은 각각 실질적으로 스페로이드 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 다수의 광굴절 구조의 표면들은 각각 실질적으로 다각형 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 다수의 광흡수 소자들에 인접하여 배치된 다수의 반사소자들을 더 포함하며, 광방출층은 내부광을 방출하고, 상기 다수의 반사소자들은 상기 다수의 광흡수 소자들로부터 멀어지도록 내부광을 반사하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  17. 제 8 항에 있어서,
    상기 다수의 광흡수 소자들의 직경은 균일하지 않은 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  18. 제 8 항에 있어서,
    상기 다수의 광흡수 소자들은 상기 광흡수층 내에 랜덤하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  19. 제 8 항에 있어서,
    상기 광흡수층은 제 1 광흡수층이며,
    상기 제 1 광흡수층 위에 배치된 제 2 광흡수층을 더 포함하고,
    상기 제 1 광흡수층의 다수의 광흡수 소자들의 수평 위치는 상기 제 2 광흡수층의 다수의 광흡수 소자들의 수평 위치로부터 오프셋 되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  20. 광굴절 구조들에서 제 1 광을 수광광으로서 수광하는 단계;
    상기 수광된 제 1 광의 적어도 일부를 투과광으로서 투과시키는 단계;
    상기 광굴절 구조들의 대응하는 초점 영역들을 향해 상기 투과광을 굴절시키는 단계; 및
    상기 대응하는 초점 영역들에서 상기 투과광을 흡수하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광흡수 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 광굴절 구조들은 실질적으로 평평하게 배치된 것을 특징으로 하는 광흡수 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 광을 수광하는 단계는 상기 광굴절 구조들의 한쪽 면에서 상기 제 1 광을 수광하는 것을 포함하며,
    상기 광흡수 방법은:
    상기 광굴절 구조들의 다른쪽 면으로부터 제 2 광을 수광하는 단계; 및
    상기 초점 영역들을 향해 진행하는 제 2 광의 일부를 상기 초점 영역들로부터 멀어지도록 굴절시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광흡수 방법.
  23. 광흡수 코어들을 형성하는 단계;
    상기 광흡수 코어들의 각각에 외피를 형성하여 광흡수 소자들을 형성하는 단 계; 및
    광투과층 위에 상기 광흡수 소자들을 분포시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광흡수층 제조 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 광흡수 소자들을 분포시키는 단계는 상기 광투과층 위에 단일 층의 상기 광흡수 소자들을 랜덤하게 분포시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광흡수층 제조 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 광흡수 소자들을 분포시키는 단계는:
    상기 광흡수 소자들 위에서 롤러를 회전시켜 상기 롤러에 상기 광흡수 소자들을 부착시키는 단계;
    상기 롤러에 블레이드를 인가하여 상기 광흡수 소자들의 단일 층이 상기 롤러에 남아있게 하는 단계;
    박막을 구비한 기판 위에서 상기 단일 층의 광흡수 소자들을 갖는 상기 롤러를 회전시켜, 상기 롤러로부터 상기 광흡수 소자들의 층을 상기 기판 위로 제거하는 단계; 및
    상기 광흡수 소자들의 층을 갖는 기판을 경화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광흡수층 제조 방법.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 광흡수 소자들을 분포시키는 단계는:
    상기 광흡수 소자들을 포함하는 용액에 광투과 기판을 배치하는 단계; 및
    상기 용액의 용액-공기 계면을 낮추는 단계;를 포함하며,
    여기서, 모세관력(capillary force) 및 계면간의 힘(interfacial force)은 다수의 광흡수 소자들을 상기 광투과 기판과 상기 용액-공기 계면에 형성된 메니스커스로 끌어 당기며, 상기 용액-공기 계면을 낮추는 단계는 상기 광투과 기판 상에 광흡수 소자들의 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 광흡수층 제조 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 용액-공기 계면을 낮추는 단계는, 상기 용액을 증발시키는 단계 또는 상기 용액으로부터 상기 광투과 기판을 빼내는 단계 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 광흡수층 제조 방법.
  28. 광흡수 코어들을 형성하는 단계;
    광투과층 위에 상기 광흡수 코어들을 분포시키는 단계; 및
    상기 광흡수 코어들을 코팅하여 상기 광흡수 코어들의 각각에 돌출 구조들을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광흡수층 제조 방법.
  29. 광투과층 위에 광흡수층을 형성하는 단계;
    상기 광흡수층을 패터닝하여 상기 광투과층 위에 다수의 광흡수 소자들을 형성하는 단계; 및
    상기 다수의 광흡수 소자들을 코팅하여 상기 다수의 광흡수 소자들에 다수의 돌출 구조들을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 다수의 돌출 구조들은 각각 상기 광흡수 소자들 중 대응하는 하나를 향하여 입사광을 굴절시키는 것을 특징으로 하는 광흡수층 제조 방법.
  30. 광투과층 위에 배치된 층을 패터닝하여 패턴을 형성하는 단계;
    상기 패턴 위에 다수의 광흡수 소자들을 형성하는 단계; 및
    상기 다수의 광흡수 소자들을 코팅하여 상기 다수의 광흡수 소자들에 다수의 돌출 구조들을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 다수의 돌출 구조들은 각각 상기 광흡수 소자들 중 대응하는 하나를 향하여 입사광을 굴절시키는 것을 특징으로 하는 광흡수층 제조 방법.
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