KR100563472B1

KR100563472B1 - Display device uniforming light distribution throughout areas and method for manufacturing the same

Info

Publication number: KR100563472B1
Application number: KR1020050001957A
Authority: KR
Inventors: 황규환; 유영빈; 이현수
Original assignee: 주식회사 세코닉스
Priority date: 2005-01-08
Filing date: 2005-01-08
Publication date: 2006-03-27

Abstract

광원으로부터 입사되는 입사각 또는 광량에 따라 영역마다 도파관들의 크기, 높이, 간격 또는 굴절률을 다르게 설계함으로써 광학소자의 전구간에 걸쳐 균일한 광분포를 구현할 수 있는 광분포의 균일화를 기한 디스플레이용 광학소자 및 그 제조방법을 개시한다. 이러한 본 발명은 출사측으로 갈수록 단면적이 줄어드는 뿔형상의 도파관들이 좌우 및 상하방향으로 배열되어 이루어지는 것으로서, 상기 도파관들의 크기, 높이, 간격, 및 굴절율 중에서 적어도 어느 하나를 광원으로부터 입사되는 입사각 또는 광량에 따라 영역마다 다르게 설계하여, 전구간에서 출사되는 광세기를 균일화시키는 것을 특징으로 한다. Optical elements for display due to the uniformity of light distribution that can realize a uniform light distribution over the entire area of the optical element by differently designing the size, height, spacing, or refractive index of the waveguides according to the incident angle or the amount of light incident from the light source Disclosed is a manufacturing method. According to the present invention, horn-shaped waveguides having a reduced cross-sectional area toward the exit side are arranged in left and right directions, and at least one of the size, height, distance, and refractive index of the waveguides depends on the incident angle or the amount of light incident from the light source. Designed differently for each region, it is characterized by equalizing the light intensity emitted from all the sections.

디스플레이, 확산판, 프로젝션 스크린, 도파관, 광분포Display, diffuser plate, projection screen, waveguide, light distribution

Description

광분포의 균일화를 기한 디스플레이용 광학소자 및 그 제조방법{DISPLAY DEVICE UNIFORMING LIGHT DISTRIBUTION THROUGHOUT AREAS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME} DISPLAY DEVICE UNIFORMING LIGHT DISTRIBUTION THROUGHOUT AREAS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명의 실시예에 관한 상세한 설명은 첨부하는 도면들을 참조하여 이루어질 것이며, 도면에서 대응되는 부분을 지정하는 번호는 같다.Detailed description of the embodiments of the present invention will be made with reference to the accompanying drawings, in which numerals designate corresponding parts in the drawings.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 광분포의 균일화를 기한 디스플레이용 광학소자의 제1실시예를 정면측 및 배면측에서 각각 보아 나타낸 사시도들이고, 1A and 1B are perspective views showing the first embodiment of the optical element for display due to the uniformity of light distribution according to the present invention, respectively, seen from the front side and the back side,

도 2는 도 1a의 A-A선 단면도이고, 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.

도 3은 도 2에 예시된 실시예의 변형례를 나타낸 부분단면도이고,3 is a partial cross-sectional view showing a modification of the embodiment illustrated in FIG. 2,

도 4는 도 1a 내지 도 2에 예시된 본 발명의 제1실시예의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이고, 4 is a flowchart illustrating a manufacturing method of the first embodiment of the present invention illustrated in FIGS. 1A to 2;

도 5는 도 4의 제조공정에서 사용되는 포토마스크의 격자구조를 보여주는 평면도이고, 5 is a plan view showing a lattice structure of the photomask used in the manufacturing process of FIG.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 대비되는 종래의 디스플레이 장치의 구성 및 그 특성을 나타낸 도면들이고, 6a and 6b are views showing the configuration and characteristics of a conventional display device compared to the present invention,

도 7a 및 도 7b는 위의 제1실시예의 작용효과를 설명하기 위한 도면들이고, 7a and 7b are views for explaining the operation and effect of the above first embodiment,

도 8a는 종래의 여러개의 단일 광원을 사용한 경우의 종래의 예를 보여주는 도면이고, 8A is a view showing a conventional example when using a plurality of conventional single light source,

도 8b는 도 8a와 대비되는 본 발명의 광학소자를 여러개의 단일 광원들 앞에 장치한 비교예를 보여주는 도면이고, FIG. 8B is a view showing a comparative example in which the optical device of the present invention as compared to FIG. 8A is installed in front of several single light sources,

도 9a는 하나의 확산 광원을 사용하는 일반적인 디스플레이 장치를 예시하는 도면이고, 9A is a diagram illustrating a general display apparatus using one diffused light source,

도 9b는 도 9a와 대비되는 본 광학소자가 장착된 상태의 광특성을 보여주는 도면이고, FIG. 9B is a view showing optical characteristics in a state where the present optical device is mounted as compared to FIG. 9A.

도 10은 도 6a 내지 도 9b에서 기설명한 일반적인 디스플레이 장치의 광특성과 본 광학소자가 장착된 디스플레이 장치에서의 광특성을 비교하여 단적으로 보여주는 대비그래프이고, FIG. 10 is a contrast graph comparing the optical characteristics of the general display apparatus described with reference to FIGS. 6A to 9B with the optical characteristics of the display apparatus equipped with the optical element.

도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 광분포의 균일화를 기한 디스플레이용 광학소자의 제2실시예를 정면측 및 배면측에서 각각 보아 나타낸 사시도들이고, 11A and 11B are perspective views showing a second embodiment of an optical element for display due to the uniformity of light distribution according to the present invention, respectively, seen from the front side and the back side,

도 12는 도 11a의 B-B선 단면도이고, 12 is a cross-sectional view taken along the line B-B of FIG. 11A,

도 13은 도 12에 예시된 실시예의 변형례를 나타낸 부분단면도이고, 13 is a partial cross-sectional view showing a modification of the embodiment illustrated in FIG. 12,

도 14는 도 11a 내지 도 12에 예시된 본 발명의 제2실시예의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이고, 14 is a flowchart for explaining a manufacturing method of a second embodiment of the present invention illustrated in FIGS. 11A to 12;

도 15는 본 발명에 따른 광분포의 균일화를 기한 디스플레이용 광학소자의 제3실시예를 보여주는 부분단면도이고,15 is a partial cross-sectional view showing a third embodiment of the optical element for display due to the uniformity of the light distribution according to the present invention,

도 16a 및 도 16b는 도 15에 예시된 광학소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면들이고, 16A and 16B are diagrams for describing a method of manufacturing the optical device illustrated in FIG. 15,

도 17a 및 도 17b는 본 발명의 제3실시예의 다른 변형례들을 나타낸 도면들이다. 17A and 17B are diagrams showing other modified examples of the third embodiment of the present invention.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **** Explanation of symbols for main parts of drawings **

10,10′: 광학소자 12,12′: 도파관10,10 ': optical element 12,12': waveguide

14,14′: 저굴절률 수지 16,16′: 광확산제14,14 ′: Low refractive index resin 16,16 ′: Light diffusing agent

본 발명은 전체영역에서 영상의 밝기를 균일화하여 외부로 투사하는 디스플레이용 광학소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광원으로부터 입사되는 입사각 또는 광량에 따라 영역마다 도파관들의 크기, 높이, 간격 또는 굴절률을 다르게 설계함으로써 광학소자의 전구간에 걸쳐 균일한 광분포를 구현할 수 있는 광분포의 균일화를 기한 디스플레이용 광학소자 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an optical element for a display that projects the external brightness by uniformizing the brightness of the image in the entire area, and more particularly, the size, height, spacing or refractive index of the waveguides is different depending on the incident angle or the amount of light incident from the light source. The present invention relates to an optical device for display and a method for manufacturing the same, which are intended to uniformize light distribution that can realize a uniform light distribution over the entire period of the optical device.

일반적으로, 프로젝션 텔레비전, 프로젝션 모니터 등의 프로젝션 장치에서는 시청자측으로 화상을 투사하는 후방 프로젝션 스크린(rear projection screen)이 장착되어 있다. 이 후방 프로젝션 스크린은 디스플레이용 광학소자로 스크린의 후방에서 투사되는 화상을 시청공간으로 투과하도록 설계된다. 프로젝션 시스템의 시야공간은 상대적으로 클 수도 있고(예컨대, 프로젝션 텔레비전) 또는 상대적으로 작을 수도 있다(예컨대, 프로젝션 모니터). 후방 프로젝션 스크린의 성능은 스크린의 다양한 특성면에서 기술될 수 있다. 스크린 성능을 설명하는 데에 사용되는 전형적인 스크린 특성은 이득, 시야각, 해상도, 대비비, 색상 및, 반점과 같은 불량한 인공물의 출현 등을 포함한다. 후방 프로젝션 스크린은 통상 고해상도, 고대비비 및 큰 이득을 가지는 것이 바람직하다. In general, projection apparatuses such as projection televisions and projection monitors are equipped with rear projection screens for projecting images to the viewer side. This rear projection screen is an optical element for display and is designed to transmit an image projected from the rear of the screen into the viewing space. The viewing space of the projection system may be relatively large (e.g., projection television) or relatively small (e.g., projection monitor). The performance of the rear projection screen can be described in terms of various characteristics of the screen. Typical screen characteristics used to describe screen performance include gain, viewing angle, resolution, contrast ratio, color, and appearance of poor artifacts such as spots. Rear projection screens typically have high resolution, high contrast, and large gains.

후방 프로젝션 텔레비전은 광범위한 범위에 분포한 시청자들을 수용할 수 있도록 넓은 시야각을 확보하는 것이 바람직하다. 이러한 넓은 시야각을 구현하기 위하여 스크린내에는 도파관들이 마련되어 있다. 특성상 후방 프로젝션 스크린은 점광원이 후방 중앙부분에 위치하게 되므로 스크린 전면판의 중앙부분에 들어오는 빛의 입사각과 주변부에 들어오는 빛의 입사각은 틀릴 수 밖에 없는데, 만약 같은 구조의 도파관으로 스크린 전체가 이루어져 있다면 도파관에 들어가는 입사각의 크기가 틀려 도파관 내부의 반사각이 서로 틀리게 되므로 위치에 따라 전반사가 일어날 수도 일어나지 않을 수도 있게 된다. 통상 넓은 시야각의 확보를 위해 만들어진 구조의 도파관이 스크린의 중앙에 위치하게 되므로 전체적으로 동일한 구조의 도파관 구조로 설계되었다면 스크린의 주변부에도 동일한 구조의 도파관이 위치하므로 넓은 시야각의 확보는 가능하지만 스크린의 주변부의 조도는 중앙부의 조도보다 현저히 떨어지게 된다. 이로 인하여, 스크린의 중앙부와 주변부의 선명도에 차이가 생겨 화상의 균질도가 떨어지므로 고화질 구현에 장애요인이 된다. It is desirable for rear projection televisions to have a wide viewing angle to accommodate a wide range of viewers. Waveguides are provided in the screen to realize such a wide viewing angle. Due to the nature of the rear projection screen, the point light source is located at the center of the rear, so the angle of incidence of light entering the center of the screen faceplate and the angle of incidence of light entering the periphery must be different. Since the angle of incidence entering the waveguide is different, the reflection angle inside the waveguide is different from each other, so total reflection may or may not occur depending on the position. Generally, the waveguide of the structure made to secure a wide viewing angle is located at the center of the screen, so if the waveguide structure of the same structure is designed as a whole, the waveguide of the same structure is also located at the periphery of the screen, so that a wide viewing angle can be secured. The illuminance is significantly lower than the illuminance in the center. As a result, there is a difference in the sharpness of the center portion and the periphery of the screen, which lowers the homogeneity of the image, which is an obstacle to the realization of high quality.

특히, 디스플레이(display) 장치가 대형화되면서 여러개의 단일 광원을 사용 하거나 하나의 확산 광원을 사용하므로 위치에 따라 광량의 불균일성이 나타나고 있다. 이에 대해 좀더 구체적으로 설명하면, 여러개의 단일 광원을 사용할 경우에는 광원간의 경계부에 광량이 저하됨이 나타나고, 하나의 확산 광원을 사용할 경우에는 중앙부와 주변부의 입사각과 경로 차이로 인한 광량 차이가 나타나는 문제점이 있다. 이와 같은 이유들로 인하여, 화면 전체의 밝기가 고르지 않아 화질의 선명도나 해상도가 떨어지게 된다. In particular, as a display device is enlarged, a single light source or a single diffused light source is used, and thus a light amount non-uniformity is generated depending on the location. In more detail, when a plurality of single light sources are used, the amount of light decreases at the boundary between the light sources, and when one diffused light source is used, a difference in the amount of light due to the incident angle and the path difference between the center part and the peripheral part appears. have. For these reasons, the brightness of the entire screen is uneven, resulting in a decrease in the sharpness or resolution of the image quality.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제결점들을 해소하기 위해서 안출한 것으로서, 광원으로부터 입사되는 입사각 또는 광량에 따라 영역마다 도파관들의 크기, 높이, 간격 또는 굴절률을 다르게 설계함으로써 광학소자의 전구간에 걸쳐 균일한 광분포를 구현할 수 있는 광분포의 균일화를 기한 디스플레이용 광학소자를 제공하는 데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks, and to design the size, height, spacing or refractive index of the waveguides in different regions according to the incident angle or the amount of light incident from the light source, thereby making it uniform throughout the entire optical element. It is to provide an optical device for a display due to the uniformity of the light distribution that can implement a light distribution.

본 발명의 다른 목적은 포토마스크(photomask)의 선간격을 광원으로부터 입사되는 입사각 또는 광량에 따라 다르게 설정함으로써 전구간에서 출사되는 광분포가 균일화되는 디스플레이용 광학소자를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an optical element for a display in which the light distribution emitted from the light bulb is uniform by setting the line interval of the photomask differently according to the incident angle or the amount of light incident from the light source.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1실시예에 따른 광분포의 균일화를 기한 디스플레이용 광학소자는 출사측으로 갈수록 단면적이 줄어드는 뿔형상의 도파관들이 좌우 및 상하방향으로 배열되어 이루어지는 것으로서, 광원으로부터 입사되는 입사각 및/또는 광량에 따라 각 영역에서 상기 도파관들의 크기를 다르게 하여 전구간에서 출사되는 광세기를 균일화시키되, 광원과 가까운 광학소자의 중앙부에 배열된 상기 도파관의 크기는 작고, 상기 중앙부로부터 주변부로 갈수록 상기 도파관의 크기가 점차로 증가되는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the optical device for display according to the first embodiment of the present invention has a uniform distribution of horns, the cross-sectional waveguides of which cross sections are reduced toward the exit side are arranged in left, right, and up and down directions. By varying the size of the waveguides in each region according to the incident angle and / or the amount of light, the light intensity emitted from all the light bulbs is equalized, but the size of the waveguide arranged in the center of the optical element close to the light source is small, and from the center to the periphery. It is characterized in that the size of the waveguide gradually increases.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2실시예에 따른 광분포의 균일화를 기한 디스플레이용 광학소자는 출사측으로 갈수록 단면적이 줄어드는 뿔형상의 도파관들이 좌우 및 상하방향으로 배열되어 이루어지는 것으로서, 광원으로부터 입사되는 입사각 및/또는 광량에 따라 각 영역에서 상기 도파관들의 크기를 다르게 하여, 전구간에서 출사되는 광세기를 균일화시키는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the optical device for display according to the second embodiment of the present invention has uniform optical waveguides in which horn-shaped waveguides whose cross-sectional area decreases toward the exit side are arranged in left and right directions and are incident from a light source. The size of the waveguides in each region is varied according to the incident angle and / or the amount of light to be uniform, thereby uniforming the light intensity emitted from all the sections.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3실시예에 따른 광분포의 균일화를 기한 디스플레이용 광학소자는 출사측으로 갈수록 단면적이 줄어드는 뿔형상의 도파관들이 좌우 및 상하방향으로 배열되어 이루어지는 것으로서, 광원으로부터 입사되는 입사각 및/또는 광량에 따라 각 영역마다 상기 도파관들의 굴절률을 다르게 하여, 전구간에서 출사되는 광세기를 균일화시키는 것을 특징으로 한다. According to the third aspect of the present invention, an optical element for a display having a uniform light distribution according to a third embodiment of the present invention is formed by horn-shaped waveguides whose cross-sectional area decreases toward the exit side, arranged in left, right, and up and down directions. The refractive indexes of the waveguides are different for each region according to the incident angle and / or the amount of light to be uniform, thereby uniforming the light intensity emitted from all the sections.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광분포의 균일화를 기한 디스플레이용 광학소자 제조방법은 선간격이 균일하지 않은 격자구조를 갖는 포토마스크(photomask)상에 포토폴리머(photopolymer)를 부착하는 단계; 포토마스크의 외측(하방)에서 자외선(UV)을 조사하여 포토폴리머를 노광시킴에 의해, 포토마스크의 간격이 일정하지 않은 그리드(grid)에 의해 포토폴리머에는 크기가 불균일한 도파관들이 생성되는 단계; 노광후 현상을 통해 포토폴리머의 도파관들을 제외한 나머 지 부분을 제거하는 단계; 및 상기 현상에 의해 생성된 도파관과 도파관의 사잇골의 공간에 저굴절율의 수지를 충전하는 단계를 포함하여, 영역마다 크기가 다른 도파관들이 배열된 디스플레이용 광학소자를 제조하는 것을 특징으로 한다. According to the present invention, there is provided a method for manufacturing an optical device for display according to the present invention for achieving the above object, by attaching a photopolymer on a photomask having a non-uniform lattice structure. ; Exposing the photopolymer by irradiating ultraviolet light (UV) from the outside (below) of the photomask, thereby generating waveguides of non-uniform size in the photopolymer by a grid in which the intervals of the photomasks are not constant; Removing the remaining portions excluding the waveguides of the photopolymer through post-exposure development; And filling a resin having a low refractive index into the space between the waveguide and the interbone of the waveguide produced by the above phenomenon, wherein the optical elements for display are arranged in which waveguides having different sizes are arranged for each region.

이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 광분포의 균일화를 기한 디스플레이용 광학소자의 제1실시예를 정면측 및 배면측에서 각각 보아 나타낸 사시도들이고, 도 2는 도 1a의 A-A선에 따른 부분단면도이다. 또한, 도 3은 도 2에 예시된 실시예의 변형례를 나타낸 부분단면도이다. 본 실시예는 도파관들의 높이가 일정한 경우를 예시한 것이다. 1A and 1B are perspective views showing the first embodiment of the optical element for display due to the uniformity of the light distribution according to the present invention, respectively, from the front side and the back side, and FIG. 2 is a partial cross-sectional view taken along the line AA of FIG. to be. 3 is a partial cross-sectional view showing a modification of the embodiment illustrated in FIG. This embodiment illustrates the case where the height of the waveguides is constant.

본 발명의 디스플레이용 광학소자(10)는 상하 및 좌우방향으로 출사측으로 갈수록 단면적이 점차로 감소하는 뿔형의 도파관(12)들이 배열되어 있으며, 특히 광학소자(10)의 전구간에 걸쳐 포진된 도파관(12)들은 높이는 같으되 전구간에 걸쳐 그 크기가 다양한 변화를 보인다. 즉, 도 2에서 보는 바와 같이 광학소자(10) 중앙부로부터 주변부로 갈수록, 좀더 정확하게는 입사되는 광량이 가장 많은 광학소자(10) 중앙부로부터 반경방향으로 멀어질수록 도파관(12a~12f)들의 크기는 점차적으로 증가한다. 좀더 구체적으로 부연설명하면, 광학소자 중앙부로부터 주변부로 갈수록 도파관(12a~12f)의 밑변과 윗변이 커지고, 그 경사각은 점차로 작아지게 된다. 따라서, 도 2에서 볼 때 우측에 도시된 광학소자의 중앙부측에 위치한 도파관(12a)의 크기가 가장 작고 가장 외곽의 주변부측에 위치한 도파관(12f)의 크기가 가장 크다. In the display optical element 10 of the present invention, horn-shaped waveguides 12 of which the cross-sectional area is gradually reduced toward the exit side in the vertical and horizontal directions are arranged, and in particular, the waveguide 12 is shrouded over the entire span of the optical element 10. ) Are the same height but vary in size throughout the world. That is, as shown in FIG. 2, the size of the waveguides 12a-12f is increased as the distance from the center of the optical element 10 to the periphery is more precisely, and the distance from the center of the optical element 10 with the highest amount of incident light increases radially. Gradually increasing. In more detail, the lower and upper sides of the waveguides 12a to 12f become larger, and the inclination angle thereof gradually decreases from the optical element center portion to the peripheral portion thereof. Therefore, as shown in FIG. 2, the size of the waveguide 12a located at the center of the optical element shown on the right is the smallest, and the size of the waveguide 12f located at the outermost periphery is the largest.

나아가, 도파관(12)들의 간격에 변화를 주어 광분포를 조정할 수도 있다. 이 도파관(12)과 도파관이 이루는 사잇골에는 공간이 형성되며, 이 곳(도파관과 도파관 사이)에는 저굴절율 수지(14)가 충전되어 있다. 저굴절율 수지(14)로는 비닐 실리콘(Vinyl Silicone), 수소 함유 실리콘(Hydride Containing Silicone) 등이 사용될 수 있다. 도파관(12)은 굴절율이 저굴절율 수지(14)보다 크되, 그 차는 적을수록 좋다. 예컨대, 도파관(12)의 굴절율은 1.3~2.0이, 그리고 저굴절율 수지(14)의 굴절율은 1.3미만이 적절하다. 물론, 위의 범위 밖으로 도파관(12)의 굴절율이 커지면 그에 따라 저굴절율 수지(14)의 굴절율도 커진다. 저굴절율 수지(14)에는 도 3에 도시한 바와 같이 광확산을 유도하는 광확산제(16)를 첨가할 수 있다. 즉, 도파관들(12a~12f)의 밑변들 사이(간격)로 입사되는 광량이 많을 경우에는 광확산을 유도하기 위하여 저굴절율 수지(14)에 광확산제(16)를 첨가하는 것이 바람직하다. 이와 같이 광확산제(16)를 사용함에 의해 도파관 외(外)로 유입되는 광원의 광손실을 방지할 수 있고, 보다 균일한 광분포를 얻을 수 있다. 이 광확산제(16)는 광투과성의 미세 구상입자들로 구성된다. Furthermore, the light distribution can be adjusted by varying the spacing of the waveguides 12. The space between the waveguide 12 and the waveguide forms a space, and the low refractive index resin 14 is filled in this place (between the waveguide and the waveguide). As the low refractive index resin 14, vinyl silicone, hydrogen containing silicone, or the like may be used. The waveguide 12 has a larger refractive index than the low refractive index resin 14, but the smaller the difference is, the better. For example, the refractive index of the waveguide 12 is suitably 1.3 to 2.0, and the refractive index of the low refractive index resin 14 is less than 1.3. Of course, if the refractive index of the waveguide 12 increases outside the above range, the refractive index of the low refractive index resin 14 also increases. To the low refractive index resin 14, a light diffusing agent 16 for inducing light diffusion can be added as shown in FIG. That is, in the case where the amount of light incident between the bases (intervals) of the waveguides 12a to 12f is large, it is preferable to add the light diffusing agent 16 to the low refractive index resin 14 to induce light diffusion. By using the light diffusing agent 16 as described above, light loss of the light source flowing into the outside of the waveguide can be prevented, and more uniform light distribution can be obtained. This light diffusing agent 16 is composed of light-transmitting fine spherical particles.

한편으로, 저굴절율 수지(14)에 광확산제 대신에 흡광물질(미도시)을 첨가할 수도 있다. 흡광물질의 첨가는 도파관들의 밑변들 사이로 유입되는 광량이 전체 광량에 영향을 미치지 않을 정도로 적은 경우나, 다른 필요에 의해 이루어질 수 있 다. 이 흡광물질은 광학소자(10) 외부에서 입사되는 빛을 흡수하여 광학소자 내부에서 투사되는 이미지광이 보다 선명하게 보이도록 한다. 흡광물질은 모나크-카본 블랙(Monarch-Carbon Black) + 바이실론-플래티넘 촉매(Baysilone-Platinum Catalyst)와 비닐 실리콘(Vinyl silicone)계 물질을 혼합하여 조성된다. 이렇게 흡광물질이 첨가되는 광학소자의 예로는 프로젝션 티브이(TV)나 배면 프로젝터용 스크린을 들 수 있다. On the other hand, a light absorbing material (not shown) may be added to the low refractive index resin 14 instead of the light diffusing agent. The addition of absorbing material may be made when the amount of light entering between the bases of the waveguides is small so as not to affect the total amount of light, or by other needs. The light absorbing material absorbs light incident from the outside of the optical element 10 so that the image light projected from the inside of the optical element can be seen more clearly. The absorbing material is formed by mixing Monarch-Carbon Black + Baysilone-Platinum Catalyst and vinyl silicone material. Examples of the optical element to which the absorbing material is added include a projection TV or a rear projector screen.

도 4는 도 1a 내지 도 2에 예시된 본 발명의 제1실시예의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다. 또한, 도 5는 도 4의 제조공정에서 사용되는 포토마스크의 격자(grid)구조를 보여주는 평면도이다. 4 is a flowchart illustrating a manufacturing method of the first embodiment of the present invention illustrated in FIGS. 1A to 2. 5 is a plan view illustrating a grid structure of a photomask used in the manufacturing process of FIG. 4.

도 5에 도시한 바와 같은 선간격이 균일하지 않은 격자구조를 갖는 포토마스크(photomask; 30)상에 포토폴리머(photopolymer; 40)를 부착한다.(Ⅰ) 포토폴리머(40)는 아크릴 계열의 합성수지가 바람직하며, 예컨대 에톡시레이티드 (3) 비스페놀 에이 디아크릴레이트(Ethoxylated (3) bisphenol A diacrylate), 트리메틸롤로프토판 트리아크릴레이트(Trimethyloloptopane triacrylate), 메틸 메타크릴레이트(Methyl metacrylate), 엔-부틸 아크릴레이트(n-butyl acrylate), 2-에틸헥실 아크릴레이트(2-ethylhexyl acrylate), 이소데실 아크릴레이트(Isodecyl acrylate), 2-하이드로시에틸 아크릴레이트(2-hydroxyethyl acrylate)에 첨가제로 벤지디메틸 케탈(Benzidimethyl ketal), 알파.,.알파-디에틸옥시 아세토페논(.alpha.,.alpha.-diethyloxy acetophenone) 등을 혼합하여 얻어진다. A photopolymer 40 is attached onto a photomask 30 having a lattice structure having non-uniform line spacing as shown in FIG. 5. (I) The photopolymer 40 is an acrylic synthetic resin. Preference is given to, for example, ethoxylated (3) bisphenol A diacrylate, trimethyloloptopane triacrylate, methyl methacrylate, en- Benzidimethyl as an additive to butyl acrylate (n-butyl acrylate), 2-ethylhexyl acrylate, isodecyl acrylate, and 2-hydroxyethyl acrylate It is obtained by mixing kezidimethyl ketal, alpha., .Alpha.-diethyloxy acetophenone, and the like.

그런 다음, 포토마스크(30)의 외측(하방)에서 자외선(UV)을 조사하여 포토폴리머(40)를 노광시킨다. 노광시 자외선이 포토폴리머(40)의 전면까지 모두 도달하도록 한다. 물론, 그러기 위해서는 포토마스크(30)상에 코팅되는 포토폴리머(40)의 두께를 적절하게 조절해야 한다. 노광에 따라, 포토마스크(30)의 간격이 일정하지 않은 그리드(grid;32)에 의해 포토폴리머(40)에는 크기가 불균일한 도파관(12)들이 형성된다.(Ⅱ) 본 실시예에서 위의 단계들을 거치면서 생성된 도파관(12)들은 높이는 균일하지만 그 밑변이나 윗변의 크기가 달라 전체적인 크기가 상이하며, 측벽의 기울이도 다르다. 특히, 광학소자의 중앙부에서 주변부로 갈수록 도파관(12)들의 크기는 커지며, 측벽의 기울기는 감소한다. 도 4에서는 우측이 광학소자의 중앙부측을 그리고 좌측이 주변부측을 나타낸다. 그리고, 중앙부를 기준으로 동일한 반경에 위치한 도파관(12)들의 크기 및 측벽기울기는 동일하게 형성된다. Then, ultraviolet (UV) is irradiated from the outside (below) of the photomask 30 to expose the photopolymer 40. Upon exposure, ultraviolet light reaches all of the front surface of the photopolymer 40. Of course, in order to do so, the thickness of the photopolymer 40 coated on the photomask 30 must be appropriately adjusted. Following exposure, waveguides 12 of non-uniform size are formed in photopolymer 40 by a grid 32 in which the spacing of photomasks 30 is not constant. (II) In the present embodiment, The waveguides 12 generated through the steps are uniform in height but different in size from the bottom side or the top side, and thus the overall size is different, and the sidewalls are also inclined. In particular, the size of the waveguides 12 increases from the central portion of the optical element to the peripheral portion, and the inclination of the sidewalls decreases. In FIG. 4, the right side shows the center portion side of the optical element and the left side shows the peripheral portion side. In addition, the size and sidewall slope of the waveguides 12 located at the same radius with respect to the center part are formed the same.

노광후 현상을 통해 도파관(12)들을 제외한 포토폴리머(40)의 나머지 부분을 제거한다.(Ⅲ) 그러면, 도파관(12)과 도파관(12) 사이에는 골과 같은 공간이 생성되는데, 다음 공정에서 이곳에 저굴절율의 수지(14)를 충전한다.(Ⅳ) 물론, 저굴절율 수지(14)는 포토폴리머보다 굴절률이 적은 계열의 수지로 제조되며, 저굴절율 수지(14)에는 광확산제를 첨가할 수도 있다. The post-exposure phenomenon removes the remaining portion of the photopolymer 40 except for the waveguides 12. (III) Then, a space like a valley is created between the waveguide 12 and the waveguide 12. The low refractive index resin 14 is filled therein. (IV) Of course, the low refractive index resin 14 is made of a resin having a lower refractive index than the photopolymer, and the low refractive index resin 14 is added with a light diffusing agent. You may.

위와 같은 공정들을 거쳐 완성된 디스플레이용 광학소자(10)는 도 1a 내지 도 3에서 보는 바와 같은 도파관들(12a~12f)의 높이는 일정하고 그 크기가 광학소자(10)의 중앙부로부터 주변부로 갈수록 반경방향으로 증가하는 구조를 갖는다. 이와 같이 주변부로 갈수록 점차적으로 크기는 커지고 측벽기울기는 감소하는 도파관들(12a~12f)의 구조로 인하여, 광원으로부터 광학소자(10)의 중앙부보다 멀어 입사되는 광량(및/또는 입사각)이 적은 주변부의 투과율을 개선하여 광학소자(10)의 중심부와 주변부의 광분포를 균일화시키게 된다. The display optical element 10 completed through the above process has a constant height of the waveguides 12a to 12f as shown in FIGS. 1A to 3, and the size of the display optical element 10 has a radius from the center to the periphery of the optical element 10. It has a structure that increases in the direction. As such, due to the structure of the waveguides 12a to 12f that gradually increase in size and decrease in sidewall slope, the peripheral portion having a smaller amount of light (and / or angle of incidence) incident farther from the light source than the center portion of the optical element 10. By improving the transmittance of the light distribution of the central portion and the peripheral portion of the optical element 10 to be uniform.

이제, 본 발명의 작용효과에 대해 상세히 설명하기로 한다. Now, the effects of the present invention will be described in detail.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 대비되는 종래의 디스플레이 장치의 구성 및 그 특성을 나타낸 도면들로, 도 6a는 엘씨디(LCD), 엘이디(LED)와 같은 디스플레이 패널을 나타내고, 도 6b는 디스플레이 패널의 각 영역에서 출사되는 광세기를 나타낸 도표이다. 도 7a 및 도 7b는 위의 제1실시예의 작용효과를 설명하기 위한 도면들로, 도 7a는 도 6a에 도시된 디스플레이 패널에 본 광학소자를 장착한 상태를 나타낸 구성도이고, 도 7b는 도 7a의 장치에서 출사되는 것으로 도 6b와 대비되는 본 발명의 광세기 특성을 나타낸 도표이다. 6a and 6b are views showing the configuration and characteristics of a conventional display device compared to the present invention, Figure 6a shows a display panel, such as LCD (LCD), LED (LED), Figure 6b is a display panel This chart shows the light intensity emitted from each area. 7A and 7B are views for explaining the operation and effect of the first embodiment, and FIG. 7A is a diagram illustrating a state in which the optical device is mounted on the display panel shown in FIG. 6A, and FIG. 7B is a view of FIG. 7B. A diagram showing the light intensity characteristics of the present invention as compared to FIG. 6B as emitted by the device of 7A.

본 광학소자(10)가 장착되지 않은 일반적인 디스플레이 패널(50)에서의 광특성은 도 6b에서 보는 바와 같이 각 화소의 중앙부는 광세기(luminance)가 가장 높고 화소와 화소의 경계부는 광세기가 급격히 감소하는 것으로 나타나 광세기가 매우 불균일한 상태를 보인다. 이러한 일반적인 장치에서는 디스플레이 장치의 구간마다 불균일한 광이 출사되므로 화질의 균질도가 떨어지는 단점이 있다. As shown in FIG. 6B, the optical characteristics of the general display panel 50 without the optical element 10 have the highest light intensity at the center of each pixel, and the light intensity at the boundary between the pixel and the pixel is sharply increased. It appears to decrease, indicating that the light intensity is very uneven. In such a general device, since non-uniform light is emitted for each section of the display device, the uniformity of the image quality is lowered.

이에 비하여, 본 광학소자(10)를 도 6a에 도시한 디스플레이 장치(50)의 전면(투사측)에 도 7a에서와 같이 장착한 경우, 도 7b에서 보는 바와 같이 각 화소의 중앙부는 물론이고 화소와 화소의 경계부도 본 광학소자(10)에 의해 광량이 조정되어 일정한 광세기를 갖는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 광학소자(10)를 통해 출사되는 영상은 매우 균일한 화질을 나타냄을 알 수 있다. On the other hand, when the optical element 10 is mounted on the front surface (projection side) of the display device 50 shown in FIG. 6A as shown in FIG. 7A, as shown in FIG. 7B, the pixel as well as the center of each pixel is shown. It can be seen that the boundary between the and pixels also has a constant light intensity by adjusting the amount of light by the optical element 10. Therefore, it can be seen that the image emitted through the optical element 10 exhibits very uniform image quality.

도 8a는 종래의 여러개의 단일 광원을 사용한 경우의 종래의 예를 보여주는 도면이고, 도 8b는 도 8a와 대비되는 본 발명의 광학소자를 여러개의 단일 광원들 앞에 적용한 비교예를 보여주고 있다. FIG. 8A is a view showing a conventional example in the case of using a plurality of conventional single light sources, and FIG. 8B shows a comparative example in which the optical device of the present invention is applied in front of several single light sources as compared to FIG. 8A.

단일 광원(60)에서 출사되는 광선은 도 8a에서와 같이 매우 불균일하여 그 경계부에서 광세기가 매우 작아지는 단점을 가진다. 이에 대하여, 본 광학소자(10)를 단일 광원(60)들 앞에 적용하여 광학소자(10)를 거쳐 출사되는 광선은 전구간에 걸쳐 균일한 광세기를 가짐을 도 8b를 통해 알 수 있다. The light beam emitted from the single light source 60 has a disadvantage that the light intensity is very small as shown in FIG. 8A and very small at its boundary. On the contrary, it can be seen from FIG. 8B that the optical element 10 is applied in front of the single light sources 60 and the light rays emitted through the optical element 10 have uniform light intensity over the entire light bulb.

또한, 도 9a에는 하나의 확산 광원을 사용하는 일반적인 디스플레이 장치를 예시하고 있으며, 도 9b에는 도 9a와 대비되는 본 광학소자가 장착된 상태의 광특성을 보여주는 도면이다. In addition, FIG. 9A illustrates a general display device using one diffused light source, and FIG. 9B is a view illustrating optical characteristics of a state in which the present optical device is mounted as compared to FIG. 9A.

도 9a에서는 확산 광원(70)을 통해 출사된 광선이 프레즈넬 렌즈(72)를 거친 후 동일한 크기의 도파관들로 구성된 확산판(74)을 통해 출사되는 일반적인 디스플레이 장치에서의 광세기의 변화를 보여주는 것으로, 광원으로부터 멀어질수록 현저히 광세기가 감소됨을 알 수 있다. FIG. 9A shows a change in light intensity in a typical display device in which light emitted through the diffused light source 70 passes through a Fresnel lens 72 and then through a diffuser plate 74 composed of waveguides of the same size. It can be seen that the light intensity is significantly reduced as the distance from the light source.

반면에, 본 발명의 크기가 다른 도파관들로 구성된 광학소자(10)가 장착된 상태에서의 광특성은 도 9b의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 광세기가 확산 광원(70)의 중심부와 주변부측이 거의 동일함을 알 수 있다. 따라서, 본 광학소자(10)에 의해 광세기의 균일화가 이루어졌음을 알 수 있고, 그 결과가 투사되는 화질의 균질도가 향상됨을 인식할 수 있을 것이다. On the other hand, the optical characteristics in the state in which the optical element 10 composed of waveguides having different sizes of the present invention is mounted, as shown in the graph of FIG. 9B, the light intensity of the center and the peripheral portion of the diffused light source 70 is shown. It can be seen that the sides are almost identical. Therefore, it can be seen that the light intensity is made uniform by the present optical element 10, and the result can be recognized that the uniformity of the projected image quality is improved.

도 10은 도 6a 내지 도 9b에서 기설명한 일반적인 디스플레이 장치의 광특성과 본 광학소자가 장착된 디스플레이 장치에서의 광특성을 비교하여 단적으로 보여주는 대비그래프이다. 그래프에서, 실선은 본 발명의 광특성을 그리고 점선은 일반적인 장치의 광특성을 나타낸다. 본 발명이 적용되면 점선과 같이 각 구간(영역)에서 매우 불균일한 광세기가 실선과 같이 매우 양호한(균일한) 상태로 보정된다. FIG. 10 is a contrast graph comparing and comparing the optical characteristics of the general display apparatus described with reference to FIGS. 6A to 9B with the optical characteristics of the display apparatus equipped with the optical device. In the graph, the solid line represents the optical characteristic of the present invention and the dotted line represents the optical characteristic of the general apparatus. When the present invention is applied, the very nonuniform light intensity in each section (area) like a dotted line is corrected to a very good (uniform) state like a solid line.

도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 광분포의 균일화를 기한 디스플레이용 광학소자의 제2실시예를 정면측 및 배면측에서 각각 보아 나타낸 사시도들이다. 또한, 도 12는 도 11a의 B-B선 단면도이다. 본 실시예는 도파관들의 높이가 일정하지 않은 경우를 예시한 것이다. 11A and 11B are perspective views showing a second embodiment of an optical element for display due to the uniformity of light distribution according to the present invention, respectively, from the front side and the back side. 12 is a sectional view taken along the line B-B in FIG. 11A. This embodiment illustrates the case where the heights of the waveguides are not constant.

본 실시예에서는 광학소자(10′)내의 도파관(12′) 높이가 일정하지 않고 그 중앙부로부터 주변부로 갈수록 점차로 증가된다. 구체적으로 설명하면, 도 12에서 보는 바와 같이 광학소자(10′) 중앙부의 도파관(12a′)보다 주변부의 도파관(12f′)이 높이가 높으므로, 중앙부의 도파관(12a′)들을 주변부의 도파관(12f′)들이 완전히 에워싸고 있는 형상이며, 도파관(12′)들의 측벽기울기는 중앙부측이나 주변부측이 거의 동일하다. 도파관(12′)들의 밑변과 윗변은 광학소자(10′) 중앙부측으로부터 주변부측으로 점차적으로 증가된다. 결과적으로, 도파관(12′)의 크기는 밑변과 윗변 그리고 높이와 상관관계가 있으므로, 밑변과 윗변 및 높이가 주변부측으로 갈수록 증가되므로 도파관(12′)의 크기는 당연히 광학소자(10′)의 주변부로 갈수록 증가된다. In the present embodiment, the height of the waveguide 12 'in the optical element 10' is not constant and gradually increases from its center to its periphery. Specifically, as shown in FIG. 12, since the waveguide 12f 'at the periphery is higher than the waveguide 12a' at the center of the optical element 10 ', the waveguides 12a' at the center may be formed of waveguides (a). 12f 'are completely enclosed, and the sidewall slopes of the waveguides 12' are almost the same at the center side or at the peripheral side. The bottom and top sides of the waveguides 12 'are gradually increased from the center side of the optical element 10' to the peripheral side. As a result, since the size of the waveguide 12 'is correlated with the bottom side, the top side, and the height, since the bottom side, the top side, and the height increase toward the periphery side, the size of the waveguide 12' is naturally the periphery of the optical element 10 '. It increases as you go.

또한, 도파관(12′)들의 사이에 형성된 공간에는 저굴절률 수지(14′)가 충전되어 있다. 이 저굴절률 수지(14′)는 앞 실시예에서와 같은 구성을 가지며, 다만 본 실시예에서는 도 12에서 알 수 있는 바와 같이 도파관(12′)들의 높이가 다르므로 저굴절률 수지(14′)가 낮은 도파관들(12a′~12e′)을 뒤덮고 있다. 따라서, 중심부측 도파관들(12a′~12e′)로 유입된 광선은 도파관(12a′~12e′)을 거친 후 저굴절률 수지(14′)를 통해 출사되게 되고, 가장 바깥쪽의 도파관(12f′)은 그 표면이 노출되어 있으므로 광선은 도파관(12f′)을 통해 곧바로 외부로 출사되므로, 본 광학소자(10′)는 강한 광선이 입사되는 중심부측 도파관과 약한 광선이 유입되는 주변부측의 도파관의 출사되는 광세기(광도)를 균일하게 하여 내보내게 된다. The low refractive index resin 14 'is filled in the space formed between the waveguides 12'. The low refractive index resin 14 'has the same configuration as in the previous embodiment, but in the present embodiment, since the heights of the waveguides 12' are different as shown in FIG. 12, the low refractive index resin 14 ' It covers the lower waveguides 12a'-12e '. Therefore, the light rays introduced into the center waveguides 12a 'through 12e' are emitted through the low refractive index resin 14 'after passing through the waveguides 12a' through 12e ', and the outermost waveguide 12f'. Since the surface is exposed, the light beam is immediately emitted to the outside through the waveguide 12f ', and thus the optical element 10' is a light source of the waveguide at the center side where the strong light is incident and the waveguide at the periphery side where the weak light is introduced. The emitted light intensity (luminosity) is uniformly exported.

도 13은 도 12에 예시된 실시예의 변형례를 나타낸 부분단면도로, 도시한 바와 같이 도파관들(12a′~12f′) 사이에 충전되는 저굴절률 수지(14′)에 광확산제(16′)를 첨가하여 광확산을 유도할 수 있다. 광확산제(16′)는 저굴절률 수지(14 ′)가 도파관들(12a′~12f′) 사이에 충전되기 전에 액상에서 혼합된 후 도파관들(12a′~12f′) 사이에 충전된다. 저굴절률 수지(14′)와 광확산제(16′)의 혼합비율로는 수지(14′) 70~80중량%와 확산제(16′) 20~30중량%가 적당하다. 확산제(16′)는 광투과성 미세 구상입자들로 구성되며, 그의 재질, 입자크기, 첨가량을 조절하여 광분포도를 조절할 수 있다. 이러한 광확산제(16′)는 광분포도를 조절하는 보조수단으로 기능하며, 광분포도 조절의 대부분은 도파관들(12a′~12f′)의 크기 및 높이에 의해 이루어진다. FIG. 13 is a partial cross-sectional view showing a modification of the embodiment illustrated in FIG. 12, in which a light diffusing agent 16 'is applied to a low refractive index resin 14' filled between waveguides 12a'-12f 'as shown. Can be added to induce light diffusion. The light diffusing agent 16 'is filled between the waveguides 12a'-12f' after the low refractive index resin 14 'is mixed in the liquid phase before being filled between the waveguides 12a'-12f'. As a mixing ratio of the low refractive index resin 14 'and the light diffusing agent 16', 70 to 80% by weight of the resin 14 'and 20 to 30% by weight of the diffusing agent 16' are suitable. The diffusing agent 16 'is composed of light-transmitting fine spherical particles, and the light distribution can be controlled by adjusting its material, particle size, and addition amount. The light diffusing agent 16 'functions as an auxiliary means for adjusting the light distribution, and most of the light distribution control is made by the size and height of the waveguides 12a'-12f'.

도 14는 도 11a 내지 도 12에 예시된 본 발명의 제2실시예의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다. FIG. 14 is a flowchart illustrating a manufacturing method of the second embodiment of the present invention illustrated in FIGS. 11A to 12.

포토마스크(30′)상에 제1실시예에서보다 두꺼운 포토폴리머(40′)층을 부착한다. 이때, 포토마스크(30′)의 선간격은 균일하지 않은 격자구조를 갖는다.(ⅰ) 그런 다음, 포토마스크(30′)의 외측(하방)에서 자외선(UV)을 조사하여 포토폴리머(40′)를 노광시킨다. 이때, 최외곽측의 자외선만이 포토폴리머(40′)의 전면에 도달하고 나머지는 광학소자의 중심부로 갈수록 전면과 멀어지도록 노광한다. 그러면, 포토마스크(30′)의 간격이 일정하지 않은 그리드(grid;32′)에 의해 포토폴리머(40′)에는 크기가 불균일한 도파관(12′)들이 형성된다.(ⅱ) 즉, 그리드(32′)의 간격이 중앙부에서 주변부로 갈수록(도면에서 우측에서 좌측으로 갈수록) 커지므로, 생성되는 도파관(12′)들은 그 밑변이나 윗변의 크기가 달라 높이가 주변부쪽으로 갈수록 증가하게 되므로, 전체적인 크기가 상이하게 된다. 이때, 도파관 (12′)들의 측벽기울기는 동일할 수도 그렇지 않게 형성할 수도 있다. A thicker layer of photopolymer 40 'is attached on the photomask 30' than in the first embodiment. At this time, the line spacing of the photomask 30 'has a non-uniform lattice structure. (Ⅰ) Then, the ultraviolet ray (UV) is irradiated from the outside (below) of the photomask 30' and the photopolymer 40 ' ) Is exposed. At this time, only the outermost ultraviolet light reaches the front surface of the photopolymer 40 'and the rest is exposed so as to be far from the front surface toward the center of the optical element. Then, waveguides 12 'of non-uniform size are formed in the photopolymer 40' by a grid 32 'of which the interval of the photomask 30' is not constant. 32 ') increases as the distance from the center to the periphery (from right to left in the drawing) increases, the resulting waveguides 12' differ in size from their bottom or top sides, increasing in height toward the periphery. Will be different. At this time, the sidewall slopes of the waveguides 12 'may be the same or not formed.

노광후 현상을 통해 포토폴리머(40′)의 도파관(12′)들을 제외한 나머지 부분을 제거한다.(ⅲ) 그러면, 도파관(12′)과 도파관(12′) 사이에는 골과 같은 공간이 생기는데, 다음 공정에서 이곳에 저굴절율의 수지(14′)를 충전한다.(ⅳ) 그러면, 저굴절율 수지(14′)는 가장 외곽측의 도파관(12′)을 제외한 다른 도파관을 덮게 되고, 저굴절율 수지(14′)의 표면은 최외곽 도파관의 출사면(표면)과 일직선을 이루게 된다. 물론, 저굴절율 수지(14′)는 포토폴리머(40′)보다 굴절률이 적은 계열의 수지로 제조되며, 저굴절율 수지(14′)에는 광확산제(미도시)를 첨가할 수도 있다. The post-exposure phenomenon removes the remaining portions of the photopolymer 40 'except for the waveguides 12'. (Ⅲ) Then, a space like a valley is formed between the waveguide 12 'and the waveguide 12'. In the next step, the low refractive index resin 14 'is filled in. (Iii) Then, the low refractive index resin 14' covers the other waveguide except for the outermost waveguide 12 'and the low refractive index resin The surface of (14 ') is in line with the exit surface (surface) of the outermost waveguide. Of course, the low refractive index resin 14 'is made of a resin having a lower refractive index than the photopolymer 40', and a light diffusing agent (not shown) may be added to the low refractive index resin 14 '.

위와 같은 공정들을 거쳐 완성된 디스플레이용 광학소자(10′)는 도 11a 내지 도 12에서 보는 바와 같은 도파관들(12a′~12f′)의 높이 및 크기가 광학소자(10′)의 중앙부로부터 주변부로 갈수록 반경방향으로 증가하는 구조를 갖는다. 이와 같이 주변부로 갈수록 점차적으로 크기 및 높이가 증가하는 도파관들의 구조로 인하여, 광원으로부터 광학소자(10′)의 중앙부보다 멀어 입사되는 광량이 적은 주변부의 투과율을 개선하여 광학소자의 중심부와 주변부의 광분포를 균일화시키게 된다. The display optical element 10 'completed through the above processes has the height and size of the waveguides 12a'-12f' as shown in FIGS. 11A to 12 from the center to the periphery of the optical element 10 '. Increasingly radially structure. Thus, due to the structure of the waveguides gradually increasing in size and height toward the periphery, the transmittance of the peripheral portion where the amount of light incident from the light source farther from the center portion of the optical element 10 'is improved, thereby improving the central and peripheral light of the optical element. To make the distribution uniform.

도 15는 본 발명에 따른 광분포의 균일화를 기한 디스플레이용 광학소자의 제3실시예를 보여주는 단면도이다. 또한, 도 16a 및 도 16b는 도 15에 예시된 광학소자를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면들로, 도 16a는 제3실시예에서 포토 폴리머 코팅방법을 설명하기 위한 사시도이고, 도 16b는 도 16a를 위에서 본 평면도이다. 15 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the optical element for display due to the uniformity of the light distribution according to the present invention. 16A and 16B are diagrams for describing a method of manufacturing the optical device illustrated in FIG. 15, FIG. 16A is a perspective view illustrating a photopolymer coating method in a third embodiment, and FIG. Top view of 16a seen from above.

도 15에 도시한 바와 같이, 본 발명은 도파관들(12g,12h,12i)의 굴절률을 다르게 하여 광분포를 조정할 수도 있다. 구체적으로 설명하면, 굴절율이 다른 포토폴리머(40a,40b,40c)를 광학소자의 각 영역에 입사되는 광량 및/또는 입사각에 따라 적절하게 영역별로 코팅하여 위에 설명한 노광 및 현상을 거쳐 영역마다 굴절율이 상이한 도파관(12g,12h,12i)을 형성할 수 있다. 예컨대, 도 16a에서와 같이 다중노즐 코팅다이(90)에 의해 굴절율이 다른 포토폴리머(40a,40b,40c)를 다이의 이동에 따라 포토마스크(30a) 상에 코팅할 수 있다. 특히, 도 16b에서와 같이 상하방향에서 중간수평선부(광량이 가장 많은 부분)를 기준으로 그로부터 상하방향으로 멀어지면서 굴절률이 다른 포토폴리머(40b,40c)가 배치되고 있다. 이때, 굴절률은 중간수평선부의 포토폴리머(40a)가 가장 높고 상하방향으로 멀어질수록 점차적으로 낮아지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 중간수평선부의 포토폴리머(40a)는 굴절율이 1.60, 제1상하선부의 포토폴리머(40b)는 1.50, 그리고 최외측의 제2상하선부(광량이 가장 적은 부분)의 포토폴리머(40c)는 1.40으로 구성할 수 있다. 이러한 영역별로 다른 굴절율의 포토폴리머들(40a,40b,40c)이 노광 및 현상을 거쳐 굴절율이 다른 도파관들(12g,12h,12i)이 얻어지며, 그들은 도 15에 예시한 바와 같이 크기 및 높이를 균일하게 하여도 되고 크기와 높이를 앞실시예에서 설명한 바와 같이 구간마다 다르게 구현할 수도 있다. 물론, 도파관들(12g,12h,12i) 사이에 충전되는 저굴절율 수지(14a)는 포토폴리머들(40a,40b,40c)의 굴절율 보다 낮은 1.35이하로 하는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 15, the present invention may adjust the light distribution by varying the refractive indices of the waveguides 12g, 12h, 12i. Specifically, the photopolymers 40a, 40b, and 40c having different refractive indices are appropriately coated according to regions according to the amount of light and / or incidence angle incident on the respective regions of the optical element, and the refractive index is increased for each region through the exposure and development described above. Different waveguides 12g, 12h, 12i can be formed. For example, as shown in FIG. 16A, photopolymers 40a, 40b, and 40c having different refractive indices may be coated on the photomask 30a as the die moves by the multi-nozzle coating die 90. In particular, as shown in FIG. 16B, photopolymers 40b and 40c having different refractive indices are disposed while moving upward and downward from the middle horizontal line portion (the portion with the highest amount of light) in the vertical direction. In this case, it is preferable that the refractive index is gradually lowered as the photopolymer 40a of the intermediate horizontal portion is the highest and moves upward and downward. For example, the photopolymer 40a of the intermediate horizontal line portion has a refractive index of 1.60, the photopolymer 40b of the first up and down line portion 1.50, and the photopolymer 40c of the outermost second top and bottom portion (the portion with the least amount of light). ) Can be configured to 1.40. The photopolymers 40a, 40b, and 40c having different refractive indices for each of these areas are exposed and developed to obtain waveguides 12g, 12h, and 12i having different refractive indices, which are shown in FIG. It may be uniform or may be implemented differently for each section as described in the previous embodiment. Of course, the low refractive index resin 14a filled between the waveguides 12g, 12h, 12i is preferably 1.35 or less lower than the refractive index of the photopolymers 40a, 40b, 40c.

도 17a 및 도 17b는 본 발명의 제3실시예의 다른 변형례들을 나타낸 도면들로, 도 17a는 위에서 보아 도시한 다른 변형례의 도면이고, 도 17b는 측면에서 보아 도시한 또다른 변형례의 도면이다. 17A and 17B are diagrams showing other modifications of the third embodiment of the present invention, and FIG. 17A is a view of another modification shown from above, and FIG. 17B is a view of another modification shown from the side. to be.

도 17a는 본 광학소자의 중심부를 정점으로 동심원을 이루면서 굴절율이 상이한 포토폴리머(40d,40e,40f,40g)를 포토마스크상에 코팅하는 상태를 보여주고 있는 도면으로, 보는 바와 같이 광학소자의 중심부로부터 주변부로 갈수록 굴절률이 감소하는 재질의 포토폴리머(40d,40e,40f,40g)를 동심원으로 코팅하면, 후공정인 노광과 현상을 거쳐 형성된 도파관들은 광학소자의 주변부로 갈수록 굴절율이 감소하면서 중심부를 정점으로 동일한 반경내에 위치한 도파관들의 굴절율이 같은 도파관들이 얻어지게 된다. 이러한 동심원의 포토폴리머 코팅은 다중노즐 코팅다이(90a)를 광학소자의 중앙지점을 정점으로 하여 회전시키면서 코팅함에 의해 수행될 수 있다. FIG. 17A is a view showing a state in which photopolymers 40d, 40e, 40f, and 40g having different refractive indices are coated on a photomask while forming concentric circles at the center of the optical element. As shown, FIG. When the photopolymers 40d, 40e, 40f, and 40g of the material whose refractive index decreases toward the periphery are coated with concentric circles, the waveguides formed through the post-exposure process and development decrease the refractive index toward the periphery of the optical element, Waveguides having the same refractive index of waveguides located within the same radius as the vertices are obtained. Such concentric photopolymer coating may be performed by coating the multi-nozzle coating die 90a while rotating the center point of the optical element as a vertex.

한편으로, 도 17b에서와 같이 포토폴리머의 코팅은 포토마스크(30b)상에 층을 이루면서 적층되게도 구현할 수 있으며, 이러한 층상의 포토폴리머(40h,40i,40j)는 광학소자에 특수기능을 부여할 필요가 있을 때 사용될 수 있다. On the other hand, as shown in Figure 17b, the coating of the photopolymer may be implemented to be stacked while forming a layer on the photomask (30b), the layered photopolymer (40h, 40i, 40j) to give a special function to the optical element Can be used when needed.

여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예 중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 본 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에 의해서만 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론, 균등한 다른 실시예가 가능하다. The embodiments disclosed herein are only presented by selecting the most preferred examples to help those skilled in the art from the various possible examples, the technical spirit of the present invention is not necessarily limited or limited only by this embodiment, the present invention Various changes and modifications are possible within the scope without departing from the spirit of the invention, as well as other equivalent embodiments.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 여러개의 단일 광원을 사용하는 경우 광원들의 경계부는 본 광학소자에 의해 광량이 조정되어 디스플레이 장치의 전구간에 걸쳐 균일한 광세기를 얻을 수 있다. 또한, 하나의 확산 광원에서도 본 발명의 광학소자가 확산 광원의 중심부와 주변부측의 광세기를 조절하여 거의 균일화시키는 효과가 있다. As described above, in the present invention, when a plurality of single light sources are used, the boundary of the light sources may adjust the amount of light by the present optical device, thereby obtaining uniform light intensity across the entire display device. In addition, even in one diffused light source, the optical device of the present invention has an effect of substantially uniforming by adjusting the light intensities of the central portion and the peripheral portion side of the diffused light source.

이와 같이, 본 발명은 광원으로부터 입사되는 입사각 또는 광량에 따라 도파관들의 크기, 높이, 간격 또는 굴절률에 변화를 줌으로써 스크린의 전구간에 걸쳐 균일한 광분포를 구현할 수 있는 효과를 갖는다. 따라서, 본 광학소자에 의해 광세기의 균일화가 이루어지고, 결과적으로 투사되는 화질의 균질도가 향상된다. As described above, the present invention has the effect of realizing uniform light distribution over the entire screen of the screen by changing the size, height, interval or refractive index of the waveguides according to the incident angle or the amount of light incident from the light source. Therefore, the light intensity is made uniform by the present optical element, and as a result, the homogeneity of the projected image quality is improved.

나아가, 도파관들 사이의 골에 저굴절률 수지를 충전하고, 저굴절률 수지에 광확산제를 첨가함에 의해 광분포를 한층 더 균일화할 수 있는 특징이 있다. 이때, 광확산제의 재질, 입자크기, 첨가량을 조정함에 의해 광분포의 조절이 가능하다.
Furthermore, the light distribution can be further uniformed by filling the low refractive index resin in the valleys between the waveguides and adding the light diffusing agent to the low refractive index resin. At this time, it is possible to control the light distribution by adjusting the material, particle size, and the amount of the light diffusing agent.

Claims

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출사측으로 갈수록 단면적이 줄어드는 뿔형상의 도파관들이 좌우 및 상하방향으로 배열되어 이루어지는 것으로서, 광원으로부터 입사되는 입사각 및/또는 광량에 따라 각 영역에서 상기 도파관들의 크기를 다르게 하여, 전구간에서 출사되는 광세기를 균일화시키는 것을 특징으로 하며, Conical waveguides whose cross-sectional area decreases toward the exit side are arranged in the left and right directions, and the waveguides are varied in each region according to the incident angle and / or the amount of light incident from the light source, and thus the light intensity emitted from all the sections is measured. Characterized in that the uniformity,

광원과 가까운 광학소자의 중앙부에 배열된 상기 도파관의 크기는 작고, 상기 중앙부로부터 주변부로 갈수록 상기 도파관의 크기가 점차로 증가되는 것을 특징으로 하는 광분포의 균일화를 기한 디스플레이용 광학소자. The size of the waveguide arranged in the center portion of the optical element close to the light source is small, the size of the waveguide gradually increases from the center portion to the peripheral portion, the optical element for display uniformity to the uniformity of the light distribution.

제 3항에 있어서, 상기 광학소자의 전구간에 배열된 도파관들의 높이는 동일한 것을 특징으로 하는 광분포의 균일화를 기한 디스플레이용 광학소자. The optical device for a display according to claim 3, wherein the heights of the waveguides arranged between the light bulbs of the optical device are the same.

제 3항에 있어서, 상기 광학소자의 전구간에 배열된 도파관들의 높이는 상기 광원으로부터 입사되는 입사각 및/또는 광량에 따라 상기 광학소자의 구간마다 다르게 설계되는 것을 특징으로 하는 광분포의 균일화를 기한 디스플레이용 광학소자. 4. The display device according to claim 3, wherein the heights of the waveguides arranged between the light bulbs of the optical device are differently designed for each section of the optical device according to the incident angle and / or the amount of light incident from the light source. Optical element.

제 3항에 있어서, 상기 도파관과 도파관이 이루는 사잇골의 공간에는 상기 도파관의 굴절률보다 적은 굴절률을 갖는 저굴절률 수지가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 광분포의 균일화를 기한 디스플레이용 광학소자. 4. The display optical device of claim 3, wherein a low refractive index resin having a refractive index less than the refractive index of the waveguide is filled in the space between the waveguide and the waveguide.

제 6항에 있어서, 상기 저굴절률 수지에는 광확산제가 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 광분포의 균일화를 기한 디스플레이용 광학소자. The optical element for display according to claim 6, wherein a light diffusing agent is added to the low refractive index resin.

제 7항에 있어서, 상기 광확산제는 광투과성 미세 구상입자들로 구성되며, 그 재질, 입자크기, 첨가량을 조절하여 광분포도가 조절되는 것을 특징으로 하는 광분포의 균일화를 기한 디스플레이용 광학소자. The optical device of claim 7, wherein the light diffusing agent is composed of light-transmitting fine spherical particles, and the light distribution is controlled by adjusting a material, a particle size, and an addition amount thereof. .

제 6항에 있어서, 상기 저굴절률 수지에는 흡광물질이 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 광분포의 균일화를 기한 디스플레이용 광학소자. 7. The display optical element according to claim 6, wherein a light absorbing material is added to the low refractive index resin.

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출사측으로 갈수록 단면적이 줄어드는 뿔형상의 도파관들이 좌우 및 상하방향으로 배열되어 이루어지는 것으로서, Horn waveguides having a reduced cross-sectional area toward the exit side are arranged in left and right directions,

광원으로부터 입사되는 입사각 및/또는 광량에 따라 각 영역마다 상기 도파관들의 굴절률을 다르게 하여, 전구간에서 출사되는 광세기를 균일화시키는 것을 특징으로 하고, The refractive index of the waveguides is changed in each region according to the incident angle and / or the amount of light incident from the light source, thereby uniforming the light intensity emitted from all the light,

광원과 가까운 광학소자의 중앙부로부터 주변부로 갈수록 상기 도파관의 굴절률은 점차로 감소하는 것을 특징으로 하는 광분포의 균일화를 기한 디스플레이용 광학소자. The refractive index of the waveguide gradually decreases from the central portion of the optical element close to the light source to the periphery thereof.

선간격이 균일하지 않은 격자구조를 갖는 포토마스크(photomask)상에 포토폴리머(photopolymer)를 부착하는 단계;Attaching a photopolymer onto a photomask having a lattice structure having non-uniform line spacing;

포토마스크의 외측에서 자외선(UV)을 조사하여 포토폴리머를 노광시킴에 의해, 포토마스크의 간격이 일정하지 않은 그리드(grid)에 의해 포토폴리머에는 크기가 불균일한 도파관들이 생성되는 단계;Exposing the photopolymer by irradiating ultraviolet light (UV) from the outside of the photomask, thereby generating waveguides of non-uniform size in the photopolymer by a grid in which the intervals of the photomasks are not constant;

노광후 현상을 통해 포토폴리머의 도파관들을 제외한 나머지 부분을 제거하는 단계; 및 Removing remaining portions other than the waveguides of the photopolymer through post-exposure development; And

상기 현상에 의해 생성된 도파관과 도파관의 사잇골의 공간에 저굴절율의 수지를 충전하는 단계를 포함하여, Including the filling of the low refractive index resin in the space between the waveguide and the wave bone of the waveguide generated by the phenomenon,

영역마다 크기가 다른 도파관들이 배열된 디스플레이용 광학소자를 제조하는 방법. A method of manufacturing an optical element for a display in which waveguides of different sizes are arranged in each region.

제 12항에 있어서, 상기 노광단계는 상기 포토폴리머의 전구간에 조사되는 자외선이 포토폴리머의 전면까지 모두 도달하도록 하여 높이가 균일한 도파관들을 형성하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 광학소자 제조방법. 13. The method of claim 12, wherein the exposing step forms the waveguides having a uniform height by allowing ultraviolet rays irradiated to all the regions of the photopolymer to reach the front surface of the photopolymer.

제 12항에 있어서, 상기 노광단계는 상기 포토폴리머의 최외곽측의 자외선만이 포토폴리머의 전면에 도달하고 나머지는 광학소자의 중심부에 해당하는 상기 포토폴리머의 중앙부로 갈수록 전면과 멀어지도록 노광하여 높이가 다른 도파관들을 형성하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 광학소자 제조방법. The method of claim 12, wherein the exposing step is such that only the ultraviolet rays at the outermost side of the photopolymer reach the front surface of the photopolymer and the remainder are further away from the front surface toward the center of the photopolymer corresponding to the center of the optical element. Method for manufacturing an optical element for a display, characterized in that to form waveguides having different heights.

제 13항 또는 제 14항에 있어서, 상기 저굴절율 수지에는 광확산제가 첨가되는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 광학소자 제조방법. 15. The method of claim 13 or 14, wherein a light diffusing agent is added to the low refractive index resin.

제 12항에 있어서, 상기 포토폴리머를 부착하는 단계는 굴절률이 다른 포토폴리머들을 선형으로 평행하게 밀착시켜 상기 포토마스크상에 코팅하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 광학소자 제조방법. The method of claim 12, wherein the attaching the photopolymers comprises coating the photopolymers on the photomask by closely contacting photopolymers having different refractive indices in a linear manner.

제 12항에 있어서, 상기 포토폴리머를 부착하는 단계는 굴절률이 다른 포토폴리머들을 동심원으로 상기 포토마스크상에 코팅하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 광학소자 제조방법. The method of claim 12, wherein the attaching of the photopolymer comprises coating photopolymers having different refractive indices on the photomask with concentric circles.

제 16항 또는 제 17항에 있어서, 상기 굴절률이 다른 포토폴리머들은 중심부쪽으로부터 주변부쪽으로 갈수록 굴절률이 감소되는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 광학소자 제조방법. 18. The method of claim 16 or 17, wherein the photopolymers having different refractive indices decrease in refractive index from the central side to the peripheral side.

제 12항에 있어서, 상기 포토폴리머를 부착하는 단계는 굴절률이 다른 포토폴리머들을 상기 포토마스크상에 적층하여 코팅하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 광학소자 제조방법. The method of claim 12, wherein the attaching the photopolymer comprises laminating and coating photopolymers having different refractive indices on the photomask.