KR20070035501A

KR20070035501A - 광학 분리 필터

Info

Publication number: KR20070035501A
Application number: KR1020067026476A
Authority: KR
Inventors: 라몬 피. 반 고르콤; 피터 에이 듀네; 시에베 티. 드 즈와르트; 안토니 에이치. 베르그만; 미셸 씨. 제이. 엠. 비센베르그; 마리너스 제이. 제이. 도나; 코르넬리우스 에이. 반 덴 휴벨
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2004-06-17
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2007-03-30

Abstract

광학 분리 필터는 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 입사 광을 분리한다. 분리 필터는 깔대기 모양의 구조(F1)로 배열된 반사 필터(FR)를 포함한다. 구조(F1) 각각은 입사 광(IL)을 수용하기 위한 입구 영역(IA1) 및 반사된 입사 광(RL)을 출구 영역(OA1)을 향해 수렴하기 위한 입구 영역(IA1)보다 작은 출구 영역(OA1)을 구비한다. 구조(F1)는 제 1 속성(C1)을 구비한 광을 그들 각각의 제 1 출구 영역(OA1)을 향해 반사하고 제 2 속성(C2)을 구비한 광을 각각의 제 2 출구 영역(OA2)을 향해 투과시키기 위해 구성된 깔대기 모양의 구조(F1)의 제 1 그룹을 포함한다.

Description

광학 분리 필터{AN OPTICAL SEPARATING FILTER}

본 발명은 광학 분리 필터, 이러한 광학 분리 필터를 포함한 디스플레이 패널, 이러한 디스플레이 패널을 포함한 디스플레이 장치 및 이러한 광학 분리 필터를 포함한 솔라 패널에 관한 것이다.

2000년 3월 1일, 응용 광학, 제 39판, 제 7권에 출간된, Fu-Jen Ko와 Han-Ping David Shieh의 "액정 프로젝션 시스템 애플리케이션용 고효율 마이크로-광학 컬러 필터"라는 출판물은, 액정(LC) 프로젝션 시스템용 컬러 필터를 개시한다. 컬러 필터들은 LC-프로젝션 시스템의 광 처리량을 증가시키기 위해 마이크로-프리즘 어레이, 광학 간섭 컬러 필터 및 마이크로-렌즈 어레이 광 컴프레서로 구성된다. 디바이스는 스펙트럼의 에너지를 각각의 컬러 픽셀 영역에 분배함으로써 전체 스펙트럼의 에너지를 이용한다. 마이크로-프리즘 어레이 컬러 필터는 45°-90°-45° 프리즘 어레이로 구성된다. 각 프리즘은 서브-픽셀을 구성하고 3개의 원색을 분리하기 위해 이색 필터들 중 각각 하나로 코딩된 직각삼각형 빗변(hypontenuse) 평면을 가진다. 직각삼각형 빗변 평면은 45° 각도로 배열되며, 이색 필터는 다른 이색 필터를 구비한 인접 직각삼각형 빗변 평면에 대해 직각삼각형 빗변 평면과 45° 각도를 이루는 입사 광을 반사한다. 상기 인접 직각삼각형 빗변 평면은 픽셀을 향해 광을 반사한다. 첫 번째 언급한 이색 필터를 통해 투과된 광은 픽셀들 중 다른 하나에 도달할 것이다.

이 구조는 전체 내부 반사를 이용하지만, 이러한 전체 내부 반사는 입사광의 모든 각에 대해 획득되지 않는다. 따라서 모든 각도로부터 배향된 광이 모두 출력 영역에 정확히 전송되는 것은 아니다. 확산 산란 디스플레이가 (예를 들어 e-잉크로서) 사용된 경우, 이는 회귀 광이 더 이상의 시준되지 않으므로 구조의 효율성을 더 감소시킬 것이다.

본 발명의 목적은 적절한 픽셀에 도달하는 입사 광의 양을 증가시키는 것, 즉 구조의 수용각을 증가시키는 것이다.

본 발명의 제 1 양상은 청구항 제 1항에 기재된 광학 분리 필터를 제공한다. 본 발명의 제 2 양상은 청구항 제 27항에 기재된 디스플레이 패널을 제공한다. 본 발명의 제 3 양상은 청구항 제 30항에 기재된 디스플레이 장치를 제공한다. 본 발명의 제 4 양상은 청구항 제 31항에 기재된 솔라 패널을 제공한다. 유리한 실시예들은 종속 청구항에 정의된다.

본 발명의 제 1 양상에 따른 광학 분리 필터는 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 입사 광을 분리하고 시준한다. 다른 속성들은 다른 컬러(따라서 스펙트럼의 다른 부분)이거나 다른 편광 상태일 수 있다. 분리 필터는 깔대기 모양의 구조로 배열된 반사 필터를 포함한다. 이들 구조 각각은 입사 광을 수신하기 위한 입구 영역 및 입구 영역보다 작은 출구 영역을 구비한다. 구조의 벽들은 입사 광의 한 부분을 반사시키고 입사광의 다른 부분을 투과시킨다. 반사된 광은 제 1 속성을 가지며; 투과된 광은 제 2 속성을 지닌다. 벽들은 반사된 입사 광을 출구 영역에 수렴하기 위해 출구 영역을 향해 서로에 대해 감소하는 거리를 가진다. 따라서, 깔대기 모양의 구조의 벽들은 입구 영역으로부터 출구 영역으로 서로를 향해 수렴하고 있으며 따라서 앞서 언급한 종래 기술의 출판물에서 개시된 것과 같이 평행하게 연장하지 않는다. 이러한 구조는, 그들 각각의 제 1 출구 영역을 향한 제 1 속성을 구비한 광을 반사하고 각각의 제 2 출구 영역을 향한 제 2 속성을 구비한 광을 투과하도록 구성된 깔대기 모양의 구조의 제 1 그룹을 포함한다. 따라서, 깔대기 모양의 구조의 각 필터 상에 입사한 광은 부분적으로 반사되고 부분적으로 투과된다. 반사된 광은 투과된 광과는 다른 속성을 가진다.

깔대기 모양의 구조의 집중 효과와 이에 따른 각각 필터의 기하학적 형태는 광의 더 많은 부분이 픽셀에 도달하는 앞서 언급한 출판물에 대한 이점을 가지며 따라서 깔대기 구조로 도달된 밝기는 종래 기술의 구조로 도달된 밝기보다 더 밝다. 더욱이, 출구 영역에 도달하지 않은 광선의 양은 더 낮으며, 밝기는 더욱 대칭적 구성으로 인해 시야각에 덜 의존적이다.

깔대기 모양의 구조는 속이 빈 깔대기일 수 있지만, 또한 광 투과성 물질로 채워질 수 있다. 깔대기들은 대칭적 깔대기일 필요는 없으며; 벽의 경사도(steepness)는 하나의 깔대기라도 변할 수 있다. 다른 깔대기들의 벽들의 경사도는 다를 수 있다. 벽들은 평면일 필요가 없으며, 또한 오목한 벽과 볼록한 벽들이 사용될 수 있다. 광학 분리 필터가 디스플레이와 결합된 경우, 각 출구 영역은 하나(이상)의 디스플레이 (서브) 픽셀과 협력하며 광학 분리 필터는 스펙트럼의 다른 부분들을 분리한다. 그러면, 제 1 속성은 제 1 컬러이며 제 2 속성은 제 1 컬러와 다른 제 2 컬러이다. 광학 필터들은 또한 다른 편광 상태를 분리할 수 있다. 출구 영역들은 또한 예컨대, 솔라 셀과 같은 픽셀 이외의 요소와 협력할 수 있다. 이들 솔라 셀들은 특정 컬러 광에 대해 최적화될 수 있으므로 더 효율적으로 작동할 수 있다. 대개, 제 1 및 제 2 출구 영역들은 동일한 평면 내에 배치되며, 서로 중첩되지 않는다. 깔대기 벽을 투과하지 않은 광이 광학 필터를 빠져나가거나 빠져나가지 않는 인접 출구 영역 사이의 여유 공간이 있을 수 있다.

청구항 제 2항에 기재된 실시예에서, 제 1 그룹은 제 2 출구 영역을 포괄하는 복수의 제 1 광학 필터를 형성하기 위해 배열된다. 이것은 동일한 반사 필터들이 제 1 출구 영역을 향해 제 1 속성을 가진 광을 반사적으로 수렴하는 것과 제 2 출구 영역을 향해 제 2 속성을 지닌 광을 투과하는 것 모두에 사용될 수 있다. 따라서, 경제적인 해결책이 제공된다.

청구항 제 3항에 기재된 실시예에서, 구조들은 제 1 속성을 지닌 광을 그들 각각의 제 1 출구 영역을 향해 반사하고 제 2 속성을 지닌 광을 깔대기 모양 구조의 제 2 그룹의 각각의 제 2 출구 영역을 향해 투과하기 위해 구성된 깔대기 모양의 구조의 제 1 그룹을 포함한다. 깔대기 모양의 구조의 제 2 그룹은 그들 각각의 제 2 출구 영역을 향해 제 2 속성을 지닌 광을 반사하고 제 1 속성을 지닌 광을 각각의 제 1 출구 영역을 향한 투과하기 위해 구성된다. 이 실시예는 개선된 컬러 분리를 갖는데, 이는 제 1 출구 영역을 향한 광과 제 2 출구 영역을 향한 광이 깔대기 모양의 구조의 제 2 및 제 1 그룹 각각에 의해 필터링되기 때문이다.

청구항 제 4항에 기재된 실시예에서, 깔대기 모양의 구조의 제 1 그룹은 제 2 출구 영역을 포괄하는 복수의 제 1 광학 필터를 형성하기 위해 배열된다. 깔대기 모양의 구조의 제 2 그룹은 제 1 출구 영역을 포괄하는 복수의 제 2 광학 필터를 형성하기 위해 배열된다. 이러한 방법으로 특정 출구 영역에 인접하여 배치된 출구 영역의 깔대기의 벽들은 이러한 특정 출구 영역을 덮고 따라서 이러한 특정 출구 영역을 향한 투과 필터를 형성한다. 또한 이 실시예는 개선된 컬러 분리를 갖는데, 이는 제 1 출구 영역을 향한 광과 제 2 출구 영역을 향한 광이 모두 깔대기 모양의 구조의 제 2 및 제 1 그룹 각각에 의해 필터링되기 때문이다. 더욱이, 이 실시예는 경제적인데, 그 이유는 광을 특정 출구 영역에 수렴하고(또한 다른 속성을 가지는 광을 투과하는) 반사 필터는 또한 다른 출구 영역에 대해 투과 필터를 형성하기 때문이다.

대개, 깔대기 모양의 구조의 벽과 연관된 출력 영역 사이의 부피는 동일한 물질로 채워진다. 게다가, 원칙적으로, 벽들은 제한된 두께를 지닐 수 있다. 광학 필터들은 연관된 출구 영역을 정확하게 또는 거의 완전히 덮을 수 있거나, 출구 영역보다 더 클 수 있다.

청구항 제 5항에 기재된 일 실시예에서, 제 2 출구 영역을 덮는 제 1 광학 필터는, 또한 기반이라고도 하는, 다각형 모양의 기반 평면을 구비한 구조를 포함한다. 입사광을 향한 방향으로, 기반에 평행한 단면부는 1차원 또는 2차원으로 크기로 점차 좁혀진다.

청구항 제 6항에 기재된 일 실시예에서, 제 2 출구 영역을 덮는 제 1 광학 필터는 피라미드 형태의 요소를 포함한다. 피라미드 형태의 요소 각각의 기반은 제 2 출구 영역의 관련된 것을 향한다. 따라서, 피라미드 형태의 요소의 상부는 입사 광을 향한다. 피라미드 형태라는 것은 상부의 영역보다 실질적으로 더 큰 영역을 덮는 기반을 지녔다는 사실에서 피라미드와 유사한 형태라는 것을 의미한다. 바람직하다고 해도, 상부가 뾰족할 필요는 없으며, 평평할 수 있다. 게다가, 기반은 삼각형 외의 다른 형태를 지닐 수 있다. 피라미드의 벽들은 평평하거나, 볼록하거나 오목할 수 있다. 그러나, 볼록한 벽들은 수렴 효과를 떨어뜨릴 것이다.

청구항 제 7항에 기재된 실시예에서, 제 1 광학 필터들은 제 2 출구 영역을 향한 기반을 갖고 모두 제 1 높이를 가진 피라미드 형태의 요소를 포함한다. 제 2 광학 필터는 제 1 출구 영역을 향한 기반을 갖고, 모두 제 1 높이와 다른 제 2 높이를 지닌 피라미드 형태의 요소를 포함한다. 다른 피라미드 높이에서의 차이는 피라미드의 측벽이 다른 각을 갖도록 한다. 이들 다른 각들은 컬러 필터가 피라미드 형태의 요소에 증착될 때 다른 층 두께를 야기한다. 따라서, 다른 높이를 지닌 피라미드의 광학 필터 특성은, 특히 컬러 필터가 간섭 스택인 경우, 다를 것이다.

청구항 제 8항에 기재된 실시예에서, 다른 피라미드 형태의 요소의 기반은 측벽의 다른 각을 획득하기 위해 다른 크기를 가진다. 피라미드 요소의 크기는 이제 같을 수 있다. 다시, 다른 각도는 컬러 필터의 다른 층 두께가 피라미드 형태의 요소로 증착되도록 한다.

청구항 제 9항에 기재된 실시예에서, 깔대기 모양의 구조의 제 1 그룹과 깔대기 모양의 구조의 제 2 그룹은 제 1 및 제 2 깔대기 형태의 구조 각각의 측벽에 배열된, 제 1 층의 스택 및 제 2 층의 스택 각각을 포함한다. 제 1 및 제 2 스택 양자의 연속적인 층은 다른 굴절율을 지닌다. 층의 스택은 마스크를 가지고 또는 마스크 없이 증착에 의해 깔대기 모양의 구조 상에 제공될 수 있다. 마스크가 사용된 경우, 다른 스택들은 다른 광학 필터를 획득하기 위해 다른 깔대기 모양의 구조 상에 구성될 수 있다. 마스크를 사용하지 않고, 같은 층들은 다른 깔대기 모양의 구조 상에서 동일한 순서로 증착될 것이다. 다른 필터들은 이제 증착되는 물질의 플럭스(flux)에 대해 다른 각도로 깔대기 모양의 구조의 측벽을 제공함으로써 다른 깔대기 모양의 구조 상에서 다른 층 두께를 생성함으로써 이제 가능하다.

청구항 제 10항에 기재된 광학 분리 필터에서, 제 1 및 제 2 광학 필터들은 피라미드 형태의 요소의 측벽 상에 층 스택을 배열함으로써 획득된다. 층의 스택은 다른 굴절율을 지닌 적어도 2개의 층을 포함한다. 바람직하게, 스택은 연속적인 층의 그룹을 포함하는 간섭 스택이다. 연속적인 층들은 다른 굴절율을 지닌다.

바람직하게, 각각의 그룹에서, 다른 연속적인 층들은 동일한 순서로 배열된다. 대응하는 층들의 두께와 이에 따른 결과 스택들의 두께는, 다른 광 파장에서 피크 반사성을 가지는 광학 필터를 획득하기 위해 제 1 및 제 2 피라미드 형태의 요소의 측벽에 대해 다르다.

바람직하게, 제 1 및 제 2 피라미드 형태의 요소 상에서 스택의 층 각각은 바람직하게는 증착에 의해 모든 피라미드 형태의 요소 위에 동일한 처리 단계로, 도포된다. 스택의 대응하는 층 따라서 스택 단부에서 다른 두께는 피라미드 형태의 요소의 각도를 적절히 적응시킴으로써 선택된다. 층 두께는 한편으로는 피라미드 형태의 요소의 측벽과 다른 한편으로는 피라미드 형태의 요소의 기반 평면 사이의 각이 증가함에 따라 감소한다. 바람직하게, 모든 피라미드 형태의 요소들은 평행하게 배열된 기반 평면을 지니며, 층들은 기반 평면에 대해 거의 수직인 플럭스로 증착된다. 대개, 모든 피라미드 형태의 요소의 기반 평면은 동일한 평면에 놓인다.

바람직하게, 스택은 2개의 층의 복수의 그룹을 포함한다. 2개의 층들의 각 그룹들은 동일한 순서의 동일한 유형의 층들을 구비한다. 동일한 그룹 내의 2개의 층의 굴절율은 다르다. 그룹 내의 대응 층의 두께는 다를 수 있지만, 다른 그룹의 적어도 일부의 두께들은 거의 동일해야 한다. 층의 그룹의 이러한 스택의 반사도의 제1차 순서의 피크는 파장의 절반이 층의 그룹들의 광학 두께와 같은 광에 대해 발생한다. 광학 두께는 굴절율로 곱해진 층의 물리적 두께이다. 스택의 반사도의 제 2 차 피크는, 파장이 층의 그룹의 두께와 같은 광, 따라서 더 짧은 파장을 가진 광에 대해 발생한다. 반사도의 더 높은 차수의 피크는 훨씬 더 짧은 파장에서 발생한다.

청구항 제 11항에 기재된 실시예에서, 제 1 피라미드 형태의 요소의 측벽의 각도와 제 2 피라미드 형태의 요소의 측벽의 각도는 제 2 피라미드 형태의 요소 상에서 층의 스택의 두께와 다른 제 1 피라미드 형태의 요소 상에서 층의 스택의 두께를 획득하기 위해 선택된다. 스택의 다른 두께는 제 2 피라미드 형태의 요소 상에서 제 2 광학 필터의 제 1 차의 반사 피크와 다른 파장에서 제 1 차의 반사 피크를 가진 제 1 피라미드 형태의 요소 상에서 제 1 광학 필터를 획득하기 위해 선택된다.

3개의 다른 각도의 측벽을 가진 피라미드 형태의 요소 상에서 3개의 다른 광학 필터를 생성하는 것이 물론 가능하다. 다른 각도들은 다른 피라미드 형태의 요소에 3개의 다른 높이를 제공함으로써 획득될 수 있다.

청구항 제 12항에 기재된 실시예에서, 제 1 피라미드 형태의 요소의 측벽의 각도는 제 2 피라미드 형태의 요소의 측벽의 각도보다 작다. 스택의 다른 두께는 제 2 광학 필터의 제 1 차의 반사 피크보다 긴 파장에서 발생하는 제 1 광학 필터의 제 1 차의 반사 피크를 획득하기 위해 선택된다. 예컨대, 각도들은 적색광에 대한 제 1 광학 필터의 제 1 차의 반사 피크와 청색광에 대한 제 1 광학 필터의 제 1 차 반사 피크를 얻기 위해 선택된다.

청구항 제 13항에 기재된 실시예에서, 제 1 피라미드 형태의 요소의 측벽의 각도는 제 2 피라미드 형태의 요소의 측벽의 각도보다 작다. 스택의 다른 두께는 제 2 광학 필터의 제 1 차의 반사 피크보다 짧은 파장에서 발생하는 제 1 광학 필터의 제 2 차 반사 피크를 획득하기 위해 선택된다. 예컨대, 각도들은 청색광에 대해 제 1 광학 필터의 제 2 차의 반사 피크 및 적색광의 제 2 광학 필터의 제 1 차 반사 피크를 획득하기 위해 선택된다.

청구항 제 14항에 기재된 실시예에서, 스택은 광의 가시 범위 밖에 있는 제 1 광학 필터의 제 1 차 반사 피크를 획득하기 위해 선택된다. 예컨대, 제 1 광학 필터의 제 2 차의 반사 피크가 청색광에 대해 발생한 경우, 제 1 광학 필터의 제 1 차의 반사 피크는 적외선 적색 범위에서 발생할 수 있다.

청구항 제 15항에 기재된 실시예에서, 피라미드 형태의 요소의 기반의 형태는 삼각형, 4변형, 직사각형, 정사각형 또는 육각형이다. 이들 형태는 이웃하는 출구 영역이 서로 직접 연결될 수 있는 이점을 지닌다. 5각형 피라미드와 같은 다른 형태는 가능하지만, 이후 일부 자유 영역은 적어도 일부 인접 출구 영역 사이에서 발생할 것이며 효율성이 감소할 수 있다. 대안적으로, 소위 펜로즈 타일링(penrose tiling)이라고 하는 예컨대 5각형 및 4변형 기반의 조합도 역시 사용할 수 있다.

청구항 제 16항에 기재된 실시예에서, 제 1 출구 영역들 중 특정한 한 출구 영역은 제 1 출구 영역과 제 2 출구 영역의 교번하는 패턴을 획득하기 위해 제 2 출구 영역으로 둘러싸인다. 이러한 구조는 제 1 출구 영역들 중 특정한 출구 영역을 향해 광을 반사하고 제 2 출구 영역을 향해 광을 투과하기 위해 구성된 깔대기 형태의 구조는 모든 방향으로 투과된 광을 제 2 출구 영역을 향해 투과할 수 있으며, 모든 광은 출구 영역에 도달할 것이라는 이점을 지닌다.

청구항 제 17항에 기재된 실시예에서, 광학 분리 필터는 제 3 출구 영역을 더 포함한다. 깔대기 모양의 구조의 제 1 그룹은 제 1 속성을 지닌 광을 연관된 제 1 및 연관된 제 3 출구 영역을 향해 반사하기 위해 배치된다. 깔대기 모양의 구조의 제 1 그룹은 제 2 속성을 지닌 광을 투과한다. 제 1 속성은 제 1 컬러이며 제 2 속성은 제 1 컬러와 다른 제 2 컬러이다. 제 1 컬러 필터들은 제 3 출구 영역을 향한 광을 필터링하기 위해 배열되고 제 2 컬러 필터들은 제 1 출구 영역을 향한 광을 필터링하기 위해 배열된다. 제 1, 제 2 및 제 3 출구 영역에 입사하는 광의 컬러는 다르다. 광학 분리 필터의 이러한 구조는 입사 광을 3개의 다른 컬러로 분리할 수 있다. 대개, 3개의 다른 컬러들은 디스플레이의 연관된 픽셀로 향하는 원색이다. 깔대기를 구비한 이러한 분리 필터와 컬러 필터의 효율성은 각 픽셀의 그 자신의 흡수 컬러 필터를 가진 일반적 구조보다 더 높다. 각 흡수 필터는 원색에 기여하지 않는 모든 광을 흡수해야 한다. 본 발명에 따른 구조에서, 광이 다른 컬러의 2개의 광 스트림으로 우선 분리된 후 필터링되므로, 광의 일부는 필터링되어야 하기 전에 다른 픽셀을 향하며 컬러 필터에 의해 흡수된 광의 양은 더 적다.

제 1 컬러를 지닌 광은 이 광이 오직 스펙트럼의 제 1 부분만을 차지하는 것을 의미함이 주목되어야 한다. 이러한 제 1 부분은 사실상 여러 컬러를 차지할 수 있다. 이러한 방법으로, 제 2 컬러를 구비한 광은 제 1 부분과 다른 스펙트럼의 제 2 부분을 차지한다. 제 2 부분은 제 1 부분과 부분적으로 중복될 수 있지만 일치하지 않아야 한다. 예컨대, 제 1 컬러를 지닌 광은 가시 스펙트럼의 청색 부분을 포괄할 수 있는 한편, 제 2 컬러는 가시 스펙트럼의 나머지 부분을 포괄할 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 3 출구 영역을 향한 광은 푸른 색(bluish)이며, 제 2 출구 영역을 향한 광은 노란색(또는 오렌지색)이다(yellowish).

청구항 제 18항에 기재된 실시예에서, 제 3 컬러 필터는 컬러 분리를 더 개선하기 위해 제 2 출구 영역으로 향하는 광을 필터링한다. 이들 제 3 컬러 필터들은 실제로 대개 흡수 필터와 유사하다. 광이 반사 필터에 의해 사전-필터링되었으므로, 더 적은 광이 흡수될 것이며 따라서 효율성은 더 높아질 것이다.

청구항 제 19항에 기재된 실시예에서, 제 1 광학 필터는 제 1 및 제 3 출구 영역들 중 대응하는 출구 영역과 연관된 피라미드 형태의 요소를 포함하며, 이들 피라미드 형태의 요소의 기반들은 제 1 및 제 3 출구 영역 각각을 향한다. 따라서, 동일한 피라미드 형태의 구조들은 제 1 및 제 3 출구 영역을 향해 배치되기 위해 사용된다.

청구항 제 20항에 기재된 실시예에서, 깔대기 모양의 구조의 제 1 그룹의 깔대기 모양의 구조들 중 적어도 하나는 제 1 속성을 지닌 광을 반사하고 제 2 속성을 지닌 광을 투과하는 제 1 구간 및 제 1 및 제 2 속성 모두를 지닌 광에 대해 반사적인 제 2 구간을 포함한다. 이러한 방법으로, 획득된다. 출구 영역 모두가 수렴 깔대기도 역시 제공하는 반사 필터로 덮이지는 않는 경우, 유리하게 사용될 수 있는 비-대칭적 깔대기 모양의 구조가 입사 광은 직접 또는 흡수 컬러 필터를 통해 이러한 출구 영역에 도달할 수 있다.

청구항 제 21항에 기재된 실시예에서, 제 1 및 제 2 속성 모두를 구비한 광에 대해 반사적인 제 2 구간은 제 1 및 제 2 출구가 배열된 평면에 대해 거의 수직으로 배열된다. 이제 수렴 깔대기를 또한 제공하는 반사 필터로 덮여 있지 않은 출구 영역은 거의 수직인 제 2 구간 사이에 존재하며 따라서 입사광을 직접 또는 흡수 필터를 통해 수신하기 위해 최적으로 배치된다.

청구항 제 22항에 기재된 실시예에서, 광학 분리 필터는 제 1 및 제 2 속성을 모두 지닌 광에 대해 반사적인 적어도 2개의 거의 수직으로 배열된 제 2 구간 사이에 배열된 제 3 출구 영역을 포함하며, 제 1 속성은 제 1 컬러이며 제 2 속성은 제 1 컬러와 다른 제 2 컬러이다. 제 1 흡수 컬러 필터는 제 3 출력 영역으로 향한 광을 필터링한다. 제 1, 제 2 및 제 3 출구 영역에 입사한 광의 컬러는 다르다.

청구항 제 23항에 기재된 실시예에서, 깔대기 모양의 구조의 제 1 그룹과 깔대기 모양의 구조의 제 2 그룹은 출구 영역이 배열된 출력 평면에 대해 평행한 제 1 평면으로 배열된다. 깔대기 모양의 이러한 요소의 제 1 및 제 2 그룹은 입사광을 제 1 속성을 지닌 광과 제 2 속성을 지닌 광으로 분리한다. 디스플레이는 출력 평면과 평행한 제 2 평면으로 그리고 제 1 평면과 출력 평면 사이에 배열된 깔대기 모양의 구조의 제 3 그룹과 깔대기 모양의 구조의 제 4 그룹을 포함한다. 깔대기 모양의 요소의 이들 제 3 및 제 4 그룹들은 제 3 및 제 4 속성을 지닌 광으로 적어도 제 1 속성을 지닌 광을 분리하기 위해 배열되어서, 입사 광은 적어도 3개의 다른 속성을 지닌 광으로 분리된다.

청구항 제 24항에 기재된 실시예에서, 입사 광을 높은 효율성으로 3개의 다른 컬러로 분리할 수 있는 피라미드 형태의 구조의 2개의 평면 스택의 바람직한 구조를 정의한다. 이 실시예는 도 7에 대해 자세히 설명된다.

청구항 제 27항에 기재된 실시예에서, 디스플레이 패널은 광학 분리 필터를 포함한다. 제 1 출구 영역은 디스플레이의 각 제 1 픽셀과 연관되며, 제 2 출구 영역들은 디스플레이의 각 제 2 픽셀과 연관된다. 따라서, 입사 광은 다른 픽셀로 향하는 2개의 다른 컬러로 분리된다. 따라서, 반사되는 광의 양은 픽셀의 상태에 따른다. 픽셀이 그들의 반사 상태에 있는 경우, 거의 모든 입사 광이 반사될 수 있으므로, 매우 높은 밝기의 컬러 디스플레이를 생성할 수 있다. 디스플레이 패널은 이미지, 문자, 비디오 또는 다른 정보를 디스플레이할 수 있는 매트릭스 디스플레이일 수 있다. 픽셀은, 예컨대, 전자 잉크 셀이다.

청구항 제 28항에 기재된 실시예에서, 광학 분리 필터는 원색인 것이 바람직한 3개의 컬러를 분리한다. 디스플레이 패널은 출구 영역들 중 하나와 각각 연관된 픽셀을 구비한다. 이제 완전 컬러 디스플레이는 매우 높은 밝기 효율성으로 획득된다.

옥외 애플리케이션에서는 반사 디스플레이가 선호되는데, 그 이유는 발광 디스플레이로 충분히 높은 밝기와 컨트래스트를 생성하는 것이 어렵기 때문이다. 본 발명에 따른 컬러 분리 필터는 그들의 밝기를 최적화하기 위한 반사 디스플레이에 관한 것이다. 컬러 분리 필터는 디스플레이 소자의 상부의 층으로 구성될 수 있다. 사실상, 컬러 분리 필터는 다른 컬러를 다른 표면 영역에 시준한다. 디스플레이는 평면이고, 투과적이며 비-투과적인 상태를 지닌 픽셀을 지닐 수 있다.

컬러 분리 필터는 또한 예컨대, LCD에서의 사용을 위해 다른 편광 상태를 분리할 수 있다. 일반적인 LCD는 입사광의 절반을 흡수하는 편광 필터를 필요로 한다. 따라서, 인자 2의 이득이 도달된다. 컬러 디스플레이 애플리케이션에서 이득은 훨씬 더 높다. 위의 각 픽셀에 제공된 알려진 흡수 컬러 필터는 입사광의 2/3를 추가적으로 흡수한다. 따라서 전체 손실은 대략 85 내지 90%이다. 전자 잉크와 같은 더 밝은 반사 디스플레이는 대략 70%의 손실을 지닌다.

청구항 제 31항에 기재된 실시예에서, 컬러 분리 필터는 다른(유형의) 솔라 셀에 도달하기 전에 입사 광을 분리하는데 사용된다.

본 발명에 따라서, 반사 필터가 사용된다. 반사 필터에 입사하는 광은 반사된 광과 투과된 광으로 분리된다. 반사된 광과 투과된 광의 합계는 원칙적으로, 입사광과 같다. 반사된 광의 속성은 투과된 광의 속성과 다르다. 예컨대, 컬러 및/또는 편광 상태는 다르다. 따라서, 필터들이 반사 필터로서 언급된다고 해도, 이것은 또한 투과 필터이다.

본 발명의 이들 및 다른 양상들은 이하 기술된 실시예로부터 명백해 질 것이며 이를 참조로 설명될 것이다.

도 1은 디스플레이 픽셀과 결합된 광학 분리 필터의 일 실시예의 개략적인 단면도.

도 2는 디스플레이 픽셀과 결합된 광학 분리 필터의 일 실시예의 개략적인 단면도.

도 3은 디스플레이 픽셀과 결합된 광학 분리 필터의 일 실시예의 개략적인 단면도.

도 4는 광학 분리 필터의 일 실시예의 개략적인 평면도.

도 5는 출력 영역에서 흡수 컬러 필터를 구비한 광학 분리 필터의 일 실시예의 개략적인 단면도.

도 6은 반사기를 구비한 광학 분리 필터의 일 실시예의 개략적인 단면도.

도 7a와 도 7b는 입사광을 3개의 원색으로 분리하는 광학 분리 필터의 상부 평면과 하부 평면 각각의 개략적인 평면도.

도 8을 반사기를 구비한 광학 분리 필터의 상부 평면과 하부 평면의 개략적 인 사시도.

도 9a는 도 8의 하부 평면의 대안적인 구조의 사시도이며, 도 9b는 도 8의 하부 평면의 또 다른 구조의 평면도.

도 10은 광학 분리 필터와의 사용을 위한 디스플레이 장치를 도시한 도면.

도 11은 광학 분리 필터와 의 사용을 위한 솔라 패널을 도시한 도면.

도 12는 층 두께를 측정한 층의 스택을 가진 광학 필터의 반사도의 일례를 도시한 도면.

도 13은 같은 스택 내의 다른 층이 다른 두께를 가진 층의 스택을 가진 광학 필터의 반사의 일례를 도시한 도면.

도 14는 입사 광의 다른 입사 각도에 대해 크기조정된 층 두께를 가진 광학 필터의 반사의 일례를 도시한 도면.

도 15는 제 2 및 제 1 차 반사 피크 각각이 사용된 크기조정된 층 두께를 가진 2개의 광학 필터의 반사의 일례를 도시한 도면.

도 1은 디스플레이 픽셀과 결합된 광학 분리 필터의 일 실시예의 단면도를 개략적으로 도시한다. 단순화된 광학 분리 필터는 그 작동과 사용된 용어의 쉬운 설명을 허용하기 위해 도시된다. 광학 분리 필터는 또한 다른 필터와의 구별을 필요로 하지 않는 경우 필터라고 한다. 필터는 디스플레이의 픽셀 PR, PG와 연관되어 사용된다. 필터의 출력 영역(OA1 및 OA2)은 픽셀 PR, PG 각각과 협력하였다. 입구 영역(IA1)은 입사광(IL)을 향한다. 단지 일례로써, 깔대기와 유사한 구조(F1)는 피 라미드 형태의 구조(PE1) 상의 반사 필터(FR)를 제공함으로써 획득된다.

반사 필터(FR)는 출구 영역(OA1)을 향해 반사된 입사 광(RL)으로서 입사 광(IL)의 일부를 반사한다. 반사된 광(RL)은 제 1 속성(C1)을 지닌다. 예컨대, 반사된 광(RL)은 반사된 가시 스펙트럼의 일부에 따라서 제 1 컬러를 지닌다. 깔대기와 유사한 구조(F1)는 연관된 출구 영역(OA1)을 향해 반사된 입사 광(IL)의 일부를 수렴시킨다.

반사 필터(FR)는 투과된 광(TLG)으로서 입사 광(IL)의 다른 부분을 투과한다. 예컨대, 투과된 광(TLG)은 제 1 컬러와 다른 제 2 컬러를 가진다. 제 2 컬러는 투과된 가시 스펙트럼의 일부에 의존한다. 대안적으로, 반사된 광(RL)은 제 1 편광 상태를 지닐 수 있으며 투과된 광(TLG)은 제 1 편광 상태와 다른 제 2 편광 상태를 지닐 수 있다. 바람직한 실시예에서, 제 1 및 제 2 편광 상태들은 서로에 대해 수직이다. 편광 상태는 예를 들어, 편광 방향이거나 왼쪽 또는 오른쪽 원형(또는 타원형) 편광이다.

피라미드 형태의 구조(PE1)는 연관된 출구 영역(OA2)과 협력하고 픽셀(PG)과 협력하는 도시된 실시예에서는 기반 평면(B1)이다. 피라미드 형태의 구조(PE1)는 입사 광(IL)을 향해 출구 영역(OA2)으로부터 멀이지는 곳을 향하는 상부(T1)를 구비한다. 피라미드 형태의 구조(PE1)는 출구 영역(OA2)을 덮으며 따라서 이들 출구 영역(OA2)의 상부에 컬러 필터(CF1)를 형성한다.

따라서, 반사 필터(FR)의 반사 속성과 그들의 깔대기와 유사한 형상으로 인해, 제 1 속성(C1)을 지닌 광은 제 1 출구 영역(OA1)을 향해 수렴된다. 그리고, 반 사 필터(FR)의 투과 속성과 이들이 제 2 출구 영역(OA2)을 덮고 있다는 사실로 인해, 오직 제 2 속성을 지닌 광만이 제 2 출구 영역(OA2)에 도달할 수 있다. 이러한 단순화된 구조에서, 입사 광은 제 1 출구 영역(OA1)에 직접 도달할 수 있으며 따라서 다른 픽셀(PR 및 PG)을 향한 컬러 분리는 최적이 아니다. 예컨대, 제 1 속성을 가진 광만이 제 1 출구 영역(OA1)에 도달하도록 제 1 출구 영역(OA1)에서 컬러 필터를 추가할 수 있다. 이러한 추가적 컬러 필터는 픽셀(PR)의 상부에 제공된 평평한 흡수 필터일 수 있다. 그러나, 바람직하게, 픽셀(PR)의 상부의 컬러 필터들은, 제 2 속성을 구비한 광이 반사되고 픽셀(PG)을 향해 수렴되도록 도 2에 도시된 것처럼 피라미드 형태이다.

깔대기 모양의 구조(F1)의 정확한 형태는 본 발명에 중요치 않음이 주목되어야 한다. 중요한 것은 형태가 반사 광(RL)이 반사 필터 깔대기 유사 형태에 의해 연관된 출구 영역(OA1)을 향해 집속되도록 하는 것이다. 바람직하게, 깔대기 모양의 구조(F1)는 다른 출구 영역(OA2)을 향한 기반 평면을 가진 피라미드 구조(PE1)로 형성되어서, 이들은 이러한 다른 출구 영역(OA2)을 향한 컬러 필터를 형성한다. 피라미드 구조(또한 피라미드라고도 함)(PE1)의 경계 또는 벽들은 출구 영역(OA1)을 향해 반사된 광을 집속시킨다. 바람직하게, 피라미드(PE1)에 대해 사용된 물질의 굴절율(nl)은 입사광(IL)이 들어가는 물질(대개 공기)의 굴절율(n0)보다 충분히 더 크다. 이것은, 깔대기 모양과 함께, 출구 영역(OA2)으로 향해 투과된 광(TLG)의 집속을 야기한다. 바람직하게, 픽셀(PG,PR)의 물질은 피라미드(PE1)의 굴절율(nl)과 동일한 굴절율(nl)을 가진다.

기반 평면(B1)은 예컨대, 융기를 형성하기 위한 직사각형, 4면체 피라미드를 형성하기 위한 정사각형, 잘 알려진 3면체 피라미드를 형성하기 위한 삼각형, 또는 4개 이상의 측면을 가진 피라미드를 형성하기 위한 4개 이상의 정점을 가진 다각형과 같은, 임의의 적절한 형태를 가질 수 있다. 최적이라고 할지라도, 피라미드(PE1)의 상부가 뾰족할 필요는 없으며, 평평할 수 있다. 그러나, 기반 평면(B1)에 평행한 피라미드(PE1)의 단면은 기반으로부터 상부(T1)를 향해 감소해야 한다. 피라미드의 측 평면은 평평할 필요는 없지만, 볼록하거나 오목할 수 있다. 피라미드(PE1)는 대칭적이어서는 안되며; 상부(T1)의 투영은 기반 평면(B1)의 중앙과 일치할 필요는 없다. 기반 평면(B1)은 픽셀(PG)이 덮힌 크기와 정확히 같을 필요는 없다. 바람직하게, 기반 평면(B1)은 능동 픽셀 영역보다 작다. 피라미드(PE1)는 반사 필터(FR)가 층으로 제공된 투명 물질로 구성될 수 있다. 피라미드(PE1) 사이의 깔대기는 비어있을 수 있으며, 또는 피라미드(PE1)의 물질의 반사 색인(nl)과 같거나 n0과 n1 사이인 것이 바람직한 굴절율을 가진 물질로 채워질 수 있다. 더 높은 굴절율이 또한 가능하지만, 필터의 성능을 저감시킬 것이다.

도 2는 디스플레이 픽셀과 결합된 광학 분리 필터의 일 실시예의 단면도를 개략적으로 도시한다. 디스플레이(D)의 광학 분리 필터(OF)와 픽셀(PR,PG)은 도 1에 도시된 구조에 기초한다. 이제, 선택적인 자유 공간은 픽셀(PR,PG) 사이에 존재하며, 피라미드 형태의 컬러 필터(CF2)는 추가된다. 다시, 깔대기 모양의 구조(F1)는, 기반 평면(B1)이 픽셀(PG)의 영역을 덮는 출구 영역(OA2)과 연관된 피라미드(PE1)의 측벽 상에 반사 필터(FR)에 의해 제공된다. 깔대기 모양의 구조(F2)는 기 반 평면(B2)이 픽셀(PR) 영역을 덮는 출구 영역(OA1)과 연관된 피라미드(PE2)의 측벽 상에 반사 필터(FG)에 의해 제공된다. 깔대기(F1)의 입구 영역은 IA1로 표시되며, 깔대기(F2)의 입구 영역은 IA2로 표시된다. 광학 분리 필터(OF)와 디스플레이(D)의 결합은 디스플레이 패널(DP)이라고 한다. 도 2가 출구 영역(OA1,OA2)과 같은 크기의 픽셀(PR,PG)을 도시한다고 해도, 이는 본질적이지 않다.

기반 평면(B1)은 크기(D1)를 가지며 기반 평면(B2)은 크기(D1)보다 작은 크기(D2)를 가진다. 기반 평면(B1,B2)의 다른 크기(D1,D2)로 인해, 피라미드(PE1,PE2)의 측벽이 기반 평면과 이루는 각도는 다르다. 필터층(FR,FG)이 다른 각도로 인해, 피라미드(PE1,PE2)의 벽 위에 증착되는 경우, 다른 각도로 인해, 필터(FR,FG)의 층의 다른 두께가 야기될 것이다. 이들 다른 두께는 다른 광학 필터링 특성을 야기한다. 반사 필터(FR)는 제 1 속성(C1)을 구비하는 광을 반사하며 제 2 속성(C2)을 구비하는 광을 투과한다. 반사 필터(FG)는 제 2 속성(C2)을 구비하는 광을 반사하고 제 1 속성(C1)을 구비하는 광을 투과한다. 따라서, 반사 필터(FR)는 제 1 속성을 구비하는 광을 제 1 속성(C1)을 지니는 광에 대해 투과적인 반사 필터(FG)를 통해 픽셀(PR)을 향해 집속한다. 반사 필터(FG)는 제 2 속성(C2)을 지니는 광을 제 2 속성(C2)을 지니는 광에 대해 투과적인 반사 필터(FR)를 통해 픽셀(PG)을 향해 집속시킨다. 따라서, 이상적으로, 제 1 속성(C1)을 지닌 광만이 픽셀(PR)에 도달할 수 있으며, 제 2 속성(C2)을 지닌 광만이 픽셀(PG)에 도달할 수 있다. 원칙적으로, 모든 입사광이 사용될 수 있으며; 흡수 컬러 필터로 흡수되지 않지만 완전히 사용된 다른 속성을 지닌 2개의 광 스트림으로 분리된다. 따라서, 본 발명 에 따른 광학 분리 필터(OF)와 함께 사용된 디스플레이(D)의 밝기는 흡수 컬러 필터들이 픽셀마다 사용된 종래의 디스플레이 패널(DP)에 비해 훨씬 더 높다. 대칭 구조로 인해, 구조에 대한 입사광의 각도에 대한 의존성은 최적이다.

바람직하게, 피라미드(PE1,PE2)와 픽셀(PR,PG)은 주변 매체의 굴절율(n0)보다 높은 동일한 굴절율(n1)을 가진다. 피라미드(PE1,PE2) 사이의 영역은 굴절율(n1)을 가진 투과 물질로 채워질 수 있거나, 비어 있을 수 있으며 따라서 굴절율(n0)을 가지거나 n0과 n1 사이의 굴절율을 가질 수 있다. 대개 피라미드(PE1,PE2)는 이들 상부에 투과판(미도시)을 추가함으로써 보호된다.

오직 예로써만, 필터(FR)는 적색 광을 반사할 수 있는 한편, 나머지 (가시) 스펙트럼이 투과되며, 필터(FG)는 적색광을 투과할 수 있는 한편, 나머지 스펙트럼은 반사된다.

도 3은 디스플레이 픽셀과 결합된 광학 분리 필터의 실시예의 단면도를 개략적으로 도시한다. 도 3에 도시된 광학 분리 필터는 도 1에 도시된 필터(OF)에 기초한다. 도 2에 도시된 것과 유사한 방법으로, 피라미드 구조(PE1)는 출구 영역(OA2) 위, 즉, 픽셀(PG) 위에 존재하며, 피라미드 구조(PE2)는 출구 영역(OA1) 위, 즉, 픽셀(PR) 위에 존재한다. 피라미드(PE1)는 피라미드(H2)의 높이(H2)보다 큰 높이(H1)를 가진다. 다른 높이로 인해, 그들의 기반 평면(B1)을 가진 피라미드(PE1)의 측 평면의 각도는 그들의 기반 평면(B2)을 가진 피라미드(PE2)의 측 평면의 각도보다 크다. 다시, 반사 필터(FR 및 FG)를 형성하기 위해 증착된 물질의 층의 두께는 다르며 따라서 광학 필터 특성은 다를 것이다. 바람직하게, 다른 피라미드 (PE1,PE2)는 다음식 0.5 < sin(피라미드 PE1의 상부 각)/sin(피라미드 PE2의 하부 각) <=2.0을 충족시키도록 선택된 다른 하부 각을 가진다. 이 비율이 1.0인 경우, 피라미드(PE1 및 PE2)는 같으며 컬러 필터는 다른 방법으로 이루어지게 해야 한다. 이 비율이 2.0인 경우, 파장의 차이는 대략 인자 2이다. 바람직하게, 이 비율은 0.625 내지 0.8 또는 1.25 내지 1.6의 범위에 있다. sin은 sinus의 약자이다.

도 4는 광학 분리 필터의 일 실시예의 평면도를 개략적으로 도시한다. 표시가 없는 직선은, 피라미드 형태의 구조(PE1,PE2) 각각의 출구 영역(OA1) 또는 기반 평면(B1) 그리고 출구 영역(OA2) 또는 기반 평면(B2)의 경계를 도시한다. 피라미드(PE1)는 상부(T1)를 가지며 피라미드(PE2)는 상부(T2)를 가진다. 피라미드(PE1)의 측 평면의 모서리 선은 작은 점으로 표시되며, 피라미드(PE2)의 측 평면의 모서리 선은 작은 정사각형으로 표시된다. 피라미드(PE1)의 모드 측 평면은 제 1 속성(C1)을 가진 광을 반사하고 제 2 속성(C2)을 가진 광을 투과하며, 피라미드(PE2)의 모든 측 평면은 제 2 속성(C2)을 가진 광을 반사하고 제 1 속성(C1)을 가진 광을 투과함이 더 주목되어야 한다.

도 5는 출구 영역에서 흡수 컬러 필터를 구비하는 광학 분리 필터의 일 실시예의 단면도를 개략적으로 도시한다. 도 5에 도시된 구조는 도 2에 도시된 구조에 기초한다. 도 5와 도 2의 동일한 참조 번호는 동일한 기능을 지닌 동일한 항목을 참조한다. 이제, 제 2 피라미드 구조(PE2)는 PR 및 PB로 표시된 픽셀 위에 제공된다. 제 1 피라미드 구조(PE1)는 다시 PG로 표시된 픽셀 위에 제공된다. 이제, 예로써, 피라미드(PE1 및 PE2)의 모든 기반(B1,B2)은 동일한 크기를 가지며, 픽셀 (PR,PB,PG) 사이의 여우 공간이 없다. 픽셀(PR,PB,PG)이 다른 참조 번호로 참조된다고 하더라도, 사실상 픽셀(PR,PB,PG)의 구조는 동일할 수 있으며, 다른 것은 픽셀에 입사하고/하거나 픽셀에 의해 반사된 광의 속성일 뿐임이 주목되어야 한다.

이제 다음에서 도시된 구조의 작동이 설명된다. 오직 예시로써, 괄호 사이의, 항목들은, 픽셀(PB,PR,PG)이 원색인 청색(B), 적색(R) 및 녹색(G) 각각을 투과하거나 반사해야 하는지가 설명된다. 도시된 예에서, 픽셀(PG) 위의 피라미드(PE1)의 반사 필터(FR)에 입사한 입사광(IL)은 이웃하는 피라미드(PE2)의 반사 필터(FG)(컬러 R 및 B를 투과시킴) 및 컬러 필터(CF3)(컬러 R을 흡수하고 컬러 B를 투과시킴)를 통해 제 1 속성 C1(컬러 R 및 B 포함)을 구비한 반사된 광(RL)으로서 픽셀(PB)을 향해 반사된다. 픽셀(PB)에 의해 다시 반사된 광(BL)(컬러 B)의 속성은 컬러 필터(CF3)가 오직 스펙트럼(컬러 B)의 일부에 대해서만 투과가능하므로 변경된다. 이웃 피라미드(PE1)에 입사하는 광(BL)은 시청자를 향해 반사 필터(FR)(컬러 R 및 B를 반사)에 의해 반사된다.

픽셀(PG) 위의 피라미드(PE1)의 반사 필터(FR) 상에 입사하는 입사광(IL)은 제 2 속성(컬러 G)을 지닌 투과된 광(TL)으로서 피라미드(PE1)를 통해 투과된다. 투과된 광은 광학 흡수 필터(CF5)(컬러 G 또는 제한된 스펙트럼의 컬러 G만을 투과시키고, 다른 컬러를 흡수함)를 통해 픽셀(PG)에 도달한다. 필터(CF5)는 원색 G의 컬러 포인트를 개선할 수 있다. 픽셀(PG)에 의해 다시 반사된 광은 이웃 피라미드(PE2) 상의 필터(FG)(컬러 G를 반사함)에 도달할 수 있으며 시청자를 향해 반사된다.

픽셀(PR)을 향해 피라미드(PE1)에 의해 반사된 광(미도시)은 다시 제 1 속성(C1)을 가진다(컬러 R 및 B 포함). 흡수 필터(CF4)는 픽셀(PR)이 제 4 속성을 가진 광(오직 컬러 R)에 대해서만 활성화되도록 속성(C1)을 가진 광을 필터링한다.

도 6은 반사기를 가진 광학 분리 필터의 일 실시예의 단면도를 개략적으로 도시한다. 도 6과 도 5의 동일한 참조 번호는 동일한 기능을 가진 동일한 항목을 참조한다. 반사기(RS)는 제 1 속성을 가진 광과 제 2 속성을 가진 광 모두에 대해 반사적이다. 도시된 실시예에서, 픽셀들은 PR,PG,PB 순으로 교번한다. 쉬운 설명을 위해, 그리고 오직 예로써, 픽셀(PR,PG,PB)은 적색 R, 녹색 G, 및 청색 B 광 각각을 변조해야 한다고 가정한다. 흡수 컬러 필터(CF6 및 CF7)는 한편으로는 피라미드 구조(PE2 및 PE1) 기반 각각의 사이에 그리고 다른 한편으로는 픽셀(PR 및 PG) 각각 사이에 제공된다. 흡수 컬러 필터(CF8)는 픽셀(PB) 상부에 제공된다. 반사기(RS)는 청색 픽셀(PB)과 접해 있으며 바람직하게 픽셀(PR,PB,PG)을 포함하는 평면에 대해 거의 수직으로 연장한다. 피라미드 구조(PE1,PE2)는 실제로 도 5의 피라미드 구조의 절반이다. 출구 영역(OA1,OA2,OA3)은 픽셀(PR,PG,PB) 각각의 영역에 대응한다. 반사 컬러 필터(C1 및 C2)는 모두 반사 필터(RTS)라고 한다.

도시된 구조의 작동은 이제 다음과 같이 설명된다. 입사광(IL1)은 미리 결정된 각도로 청색 픽셀(PB) 위의 디스플레이 패널에 입사하며, 반사된 광(RL1)으로서 반사기(RS)에 대해 반사한다. 반사광(RL1)은 오직 청색 컬러(사실, 대개는 청색 영역 내의 스펙트럼의 일부)만이 픽셀(PB)을 향해 투과되도록 흡수 필터(CF8)에 의해 필터링된다. 시청자를 향해 픽셀(PB)에 의해 반사된 청색 광(BL)의 양은 픽셀(PB) 의 광학 상태에 따른다.

입사광(IL2)은 적색 및 녹색 픽셀(PR,PG) 각각에 의해 형성된 영역 위의 디스플레이 패널에 입사한다. 입사광(IL2)은 픽셀(PR) 위의 반사 컬러 필터(C1) 상에 입사한다. 필터(C1)는 녹색광(RL2)을 반사하고 적색 및 청색 광(TL)을 투과한다. 적색광(TL)은 오직 적색광많이 아니라 그 이상을 덮는 스펙트럼의 일부를 포함할 수 있으며, 흡수 필터(CF6)는 스펙트럼의 원하는 적색 부분을 투과할 것이다. 시청자를 향해 픽셀(PR)에 의해 반사된 적색광(RE)의 양은 픽셀(PR)의 광학 상태에 따른다. 반사된 녹색광(RL2)은 픽셀(PG) 위의 반사 필터(C2)를 통과한다. 필터(C2)는 적색광을 반사하고 오직 녹색광 만이 아닌 그 이상을 덮는 스펙트럼의 일부를 포함할 수 있는 청색광을 투과한다. 흡수 필터(CF7)는 스펙트럼의 원하는 녹색 부분을 픽셀(PG)로 투과시킬 것이다. 시청자를 향해 픽셀(PG)에 의해 반사된 녹색광(GL)의 양은 픽셀(PG)의 광학 상태에 따른다.

이 실시예에서, 깔대기 모양의 구조(F1)는 반사 컬러 필터(C2) 및 그 반대 반사기(RS)에 의해 형성되며, 깔대기 모양의 구조(F2)는 반사 컬러 필터(C1) 및 그 반대 반사기(RS)에 의해 형성된다. 다시 깔대기 모양의 구조(F1 및 F2)는 그들 각 픽셀(PG,PR) 각각을 향해 광을 수렴한다. 필터(C1)가 적색 광에 대해 충분히 작은 투과 대역을 가진 경우, 필터(CF6)는 생략될 수 있다. 필터(C2)가 녹색 광에 대해 충분히 작은 투과 대역을 가진 경우, 필터(CF7)는 생략될 수 있다. 필터(C1,CF6,C2,CF7)에 대해 기타 다른 컬러를 사용하면서도 여전히 복수 컬러 디스플레이를 제공할 수 있다. 애플리케이션에 따라서, 필터(C1,CF6,C2,CF7)들 중 임의의 하나 또는 여럿은 컬러 필터 대신에 편광 필터일 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 입사광을 3개의 원색으로 분리하는 광학 분리 필터의 각각 상부 평면과 하부 평면의 평면도를 개략적으로 도시한다. 이 구조는 피라미드 형태의 구조로 배열된 각 필터의 2개의 평면의 스택을 포함한다. 상부 평면과 하부 평면은 실제로 2개의 다른 층 또는 플레이트일 수 있지만, 또한 단일 층 또는 플레이트일 수 있다.

도 7a에 도시된 상부 평면은 점선이 아닌 선으로 도시된 것처럼 삼각 기반을 가진 피라미드를 포함한다. 피라미드(TP)의 기반은 그 형태를 명확히 도시하기 위해 굵은 선이다. 기반들은 시청자를 향해 있다. 피라미드의 상부(T1)는 시청자와의 반대 방향을 향한다. 피라미드의 모서리 선들은 점선으로 표시된다. 피라미드의 측 평면 상의 반사 필터의 컬러들은 R,G 및 B로 표시된다. R로 표시된 필터들은 적색광을 반사하고 다른 광을 투과한다(또는 녹색 및 청색 광에 대해 투명하다). G로 표시된 필터들은 녹색광을 반사하며 적색 및 청색광에 대해 투명하고, B로 표시된 필터들은 청색광이며 적색 및 녹색광에 대해 투명하다.

도 7b에 도시된 하부 평면은 시청자를 향한 상부(T2)를 가진 육각 피라미드를 포함한다. 이들 상부(T2)는 상부 평면과 하부 평면의 피라미드가 서로의 사이에 맞도록 상부(T1) 사이에 배치된다. 하부 평면의 피라미드의 기반의 경계는 실선으로 표시된다. 점선은 피라미드의 모서리 선을 나타낸다. 피라미드의 여섯 개의 측 평면들은 S21 내지 S26라고 한다. 상부 평면에 대해 하부 평면의 피라미드의 위치를 더 설명하기 위해, 상부 평면의 피라미드(TP)의 기반의 위치는 작은 점이 추가 되었던 점선으로 표시된다. 도 7b에 도시된 것처럼, 하부 평면의 피라미드(BP1,BP2,BP3)의 측 평면은 상부 피라미드의 2개의 다른 컬러의 측 평면과 협력한다. 도시된 상부 피라미드(TP)와 연관된 측 평면(S21 내지 S26)의 부분은 S21a 내지 S26a로 표시되며, 이들 측벽의 나머지 부분들은 S21b 내지 S26b로 표시된다. 하부 평면의 반사 컬러 필터를 선택하기 위한 여러 가지 가능성이 존재한다.

제 1 예에서, 하부 평면 피라미드(BP1,BP2 및 BP3)의 측 평면은 각각 청록색, 노란색 및 진홍색 필터를 가질 수 있다. 청록색 필터는 적색광에 대해 투명하며 녹색 및 청색광을 반사하고, 노란색 필터는 청색광에 대해 투명하며 녹색 및 적색광을 반사하고, 진홍색 필터는 녹색광에 대해 투명하고 청색 및 적색광을 반사한다.

도 7a의 상부 평면 및 이러한 하부 평면을 포함하는 광학 분리 필터의 작동은 이제 다음에서 설명된다. 상부 평면 내의 피라미드(TP)(상부 피라미드(TP) 또는 피라미드(TP)라고도 함) 상의 녹색 필터는 적색 및 녹색광을 피라미드(BP2 및 BP1)의 세그먼트(S23a 및 S26a)로 각각 투과한다. 세그먼트(S26a)의 청록색 필터는 적색광을 아래에 놓인(underlying) 픽셀로 투과하며 청색광을 반사한다. 세그먼트(S23a)의 노란색 필터는 청색광을 아래에 놓인 픽셀로 투과한다. 피라미드(TP) 상의 적색 필터는 녹색 및 청색광을 피라미드(BP2 및 BP3)의 세그먼트(S22a 및 S25a)로 각각 투과한다. 세그먼트(S22a)의 노란색 필터는 청색광을 아래에 놓인 픽셀로 투과하며 녹색광을 반사한다. 세그먼트(S25a)의 진홍색 필터는 녹색광을 아래에 놓인 픽셀로 투과하며 청색광을 반사한다. 피라미드(TP) 상의 청색 필터는 피라미드 (BP1 및 BP3) 각각의 세그먼트(S21a 및 S24a)로 투과한다. 세그먼트(S21a)의 청록색 필터는 적색광을 아래에 놓인 픽셀로 투과하며 녹색광을 반사한다. 세그먼트(S24a)의 진홍색 필터는 녹색광을 아래에 놓인 픽셀로 투과하며 적색광을 반사한다. 따라서, 세그먼트(S21a 및 S26a)에 대응하는 픽셀은 적색 픽셀로 작동하며, 세그먼트(S22a 및 S23a)에 대응하는 픽셀은 청색 픽셀로 작동하며, 세그먼트(S24a 및 S25a)에 대응하는 픽셀은 녹색 픽셀로 작동한다. 따라서, 피라미드(BP1,BP2,BP3)의 기반은 적색, 청색, 녹색 픽셀 각각에 대응한다.

다른 예에서, 하부 평면 피라미드(BP1,BP2 및 BP3)의 측 평면은 각 피라미드에 대해 교번하는 다른 반사 컬러 필터를 가진다. 피라미드(BP1)는 청색 및 녹색 반사 필터를 가지며, 측 평면(S21,S23 및 S25)은 청색 반사 필터를 가지며, 측 평면(S22,S24 및 S26)은 녹색 반사 필터를 가진다. 피라미드(BP2)의 측 평면(S21,S23,S25)은 적색 반사 필터를 가지며; 피라미드(BP2)의 측 평면(S22,S24,S26)은 녹색 반사 필터를 가진다. 피라미드(BP3)의 측 평면(S21,S23,S25)은 청색 반사 필터를 가지며; 피라미드(BP3)의 측 평면(S22,S24,S26)은 적색 반사 필터를 가진다. 하부 평면에 사용된 반사 필터의 컬러 속성은 상부 평면에 사용된 것과 동일할 수 있다.

도 7a의 상부 평면과 이러한 하부 평면을 포함하는 광학 분리 필터의 작동은 이제 다음에 설명된다. 상부 평면 내의 피라미드(TP)의 녹색 필터는 적색 및 청색광을 피라미드(BP2 및 BP1) 각각의 세그먼트(S23a 및 S26a)로 투과시킨다. 세그먼트(S26a)의 청색 필터는 적색 광을 아래에 놓인 픽셀로 투과시키며 청색광을 반사 한다. 세그먼트(S23a)의 적색 필터는 청색광을 아래에 놓인 픽셀로 투과시키며 적색광을 반사한다. 피라미드(TP) 상의 적색 필터는 녹색 및 청색광을 피라미드(BP2 및 BP3) 각각의 세그먼트(S22a 및 S25a)로 투과시킨다. 세그먼트(S22a)의 녹색 필터는 청색광을 아래에 놓인 픽셀로 투과시키며 녹색광을 반사한다. 세그먼트(S25a)의 청색 필터는 녹색광을 아래에 놓인 픽셀로 투과하며 청색광을 반사한다. 피라미드(TP) 상의 청색 필터는 녹색 및 적색광을 피라미드(BP1 및 BP3) 각각의 세그먼트(S21a 및 S24a)로 투과한다. 세그먼트(S21a)의 녹색 필터는 적색광을 아래에 놓인 픽셀로 투과시키며 녹색광을 반사한다. 세그먼트(S24a)의 적색 필터는 녹색광을 아래에 놓인 픽셀로 투과하며 적색광을 반사한다. 이에 따라, 세그먼트(S21a 및 S26a)에 대응하는 픽셀은 적색 픽셀로 작동하며, 세그먼트(S22a 및 S23a)에 대응하는 픽셀은 청색 픽셀로 작동하며, 세그먼트(S24a 및 S25a)에 대응하는 픽셀은 녹색 픽셀로 작동한다. 따라서, 피라미드(BP1,BP2,BP3)의 기반은 적색, 청색, 녹색 픽셀 각각에 대응한다.

많은 대안적인 구조가 가능하다. 피라미드의 기반은 삼각형 이외의 다른 형태, 예컨대, 직사각형, 정사각형 및 육각형일 수 있다. 상부 피라미드(TP)와 하부 피라미드(BP1 내지 BP3)의 측벽이 서로 인접할 필요는 없으며, 반대 피라미드의 대응 측벽이 평행일 필요는 없다. 반사 컬러 필터는 다른 컬러를 가질 수 있다. 상부 피라미드(TP) 및 하부 피라미드(BP1 내지 BP3)의 측벽의 컬러 필터들은 적어도 3개의 다른 컬러들이 픽셀들을 향하도록 서로 협력하기 위해 선택되는 것만이 중요하다.

도 8은 반사기를 가진 광학 분리 필터의 상부 평면과 하부 평면의 사시도를 개략적으로 도시한다. 상부 평면(TPL)은 입사광(IL)을 스펙트럼의 2개의 세그먼트(L1,L2)로 분리하는(설명의 용이함을 위해 2개의 컬러라고도 함)컬러 분리 필터를 포함한다. 깔대기 모양의 구조(F1,F2)는 이제 교번하는 순서로 제 1 및 제 2 반사 필터(CF10,CF20)를 포함하는 연장된 융기와 유사한 구조를 제공함으로써 이제 획득된다. 이 구조는 도 2와 도 3에 도시된 구조와 동등하게 작동한다. 사실, 이들 도면에 도시된 동일한 구조가 또한 사용될 수 있지만, 피라미드 대신에 융기와 유사한 구조가 사용된다.

하부 평면(BPL)은 추가적인 반사 컬러 필터를 포함해야 하며, 이들은 제 1 컬러 광(L1) 및/또는 제 2 컬러 광(L2)이 스펙트럼의 2개의 서브-세그먼트로 분리되도록 배치되며, 따라서 3개 또는 4개의 다른 서브-세그먼트(또는 컬러라고도 함)는 획득된다. 컬러 필터의 일부는 제 1 편광 상태를 가진 광을 반사하고 다른 편광 상태를 가진 광에 대해 투과적인 반사 편광 필터로 교체될 수 있다. 하부 평면(BPL)은 제 1 컬러광(L1)과 제 2 컬러광(L2)이 분리된 상태를 유지하기 위해 배열된 반사기(RE)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 반사기(RE)는 융기와 동일한 방향으로 연장하고 2개의 필터(CF10 및 CF20) 사이에 배치된다.

광이 3개의 컬러로 분리되어야 하는 경우, 어떠한 추가적 컬러 분리 필터들도 컬러 필터들 중 하나 이하로 요구되지 않는 한편, 추가적 컬러 분리 구조는 다른 컬러 필터(CF10) 이하로 요구된다. 추가적 컬러 분리 구조는 2개의 인접한 반사기(RE) 사이에 제공되며 이전에 설명된 것과 같은 구조를 가질 수 있다. 도 8에 도 시된 실시예에서, 추가적 컬러 분리 구조는 광(L1)을 2개의 서브-세그먼트(L1a 및 L1b)로 분리하기 위해 다른 반사 컬러 필터를 가진 피라미드 형태의 구조(PSS1,PSS2)를 포함한다. 광이 4개의 컬러로 분리되어야 하는 경우, 추가적 컬러 분리 필터들은 컬러 필터(CF10 및 CF20) 모두의 이하로 요구된다.

예컨대, 필터(CF10)는 적색광을 반사하고 청색 및 녹색광을 투과하는 적색 필터이며, 필터(CF20)는 녹색광을 반사하고 적색 및 청색광을 투과하는 녹색 필터이다. 2개의 인접한 반사기(RE)로 형성된 필터(CF20) 아래의 구획에서, 흡수 필터는 청색광을 흡수하도록 제공되어, 오직 적색광만이 이 구획을 떠나, 시청자에게 다시 반사된 적색광의 양을 변조하는 픽셀로 향하게 할 수 있다. 필터(CF10) 아래의 구획에서, 컬러 분리 필터는 청색 및 녹색광을 분리하기 위해 제공된다. 따라서, 청색 및 녹색 반사 필터들은 제공되어야 하며, 이들은 청색 및 녹색광 각각을 반사하며 적색 및 녹색광 그리고 적색 및 청색광 각각을 투과한다.

대안적으로, 도시된 피라미드들은 상부 평면(TPL)의 융기 모양의 구조가 연장하는 방향과는 다른 방향으로 연장하는 융기와 유사한 구조에 의해 대체될 수 있다. 바람직하게, 하부 평면(BPL)의 융기와 유사한 구조는 상부 평면(TPL)의 융기와 유사한 구조에 대해 수직 방향으로 연장한다. 이들 융기와 유사한 구조들은 도 8에 도시된 것처럼 피라미드를 사용하여 실시예에 대해 바람직하다.

도 9a는 도 8의 하부 평면의 대안적인 구조의 사시도를 도시하며, 도 9b는 도 8의 하부 평면의 또 다른 구조의 평면도를 도시한다. 명확성을 위해, 도 9a에 도시된 구조는 90도 이상으로 회전됨이 주목되어야 한다. 하부 평면(BPL)의 반사기 (RE)는 상부 평면(TPL)의 융기(바람직하게 이에 대해 수직) 이외의 방향으로 연장해야 한다.

도 9a는 도 8의 상부 평면(TPL) 상의 융기 형태의 필터(CF10,CF20)에 대해 수직 방향으로 연장하는 반사기(RE)를 가진 하부 평면을 도시한다. 하부 평면(BPL)은 이제 반사 컬러 필터(CF30 및 CF40)를 더 형성하기 위해 융기와 유사한 구조를 더 포함한다. 바람직하게, 반사기들은 하부 평면(BPL)이 연장하는 평면에 대해 수직이다.

예컨대, 동일한 적색 필터(CF10)와 녹색 필터(CF20)가 상부 평면(TPL)에 사용된 경우, 다시 청색 및 녹색 필터(CF30 및 CF40)는 하부 평면(BPL)에 사용될 수 있다.

도 9b는 다른 반사 컬러 필터(CFR, CFG)를 가진 다른 피라미드(PR,PG)가 피라미드들 중 하나에 의해 반사된 광이 다른 컬러 필터를 가지는 피라미드로 향하도록 하는 형태를 가지는 하부 평면을 도시한다. 도 9b는 피라미드의 기반들이 삼각형이지만, 기반들의 많은 다른 형태들이 동일한 효과를 얻기 위해 선택될 수 있는 특정 실시예를 도시한다. 도시된 예에서, 필터들은 적색 R 및 녹색 G 반사 필터들이다. 컬러 대신에 임의의 다른 컬러 또는 편광 상태들이 사용될 수 있다. 반사기(RE)들은 광을 서로에 대해 반사하는 2개의 다른 반사 컬러 필터(CFR,CFG)를 각각 포함하는 구획을 형성하기 위해 피라미드를 구획한다. 바람직하게, 필터(CFR,CFG)는 구획 내에서 대칭적으로 배치된다. 이러한 하부 평면(BPL)은 또한 도 4에 도시된 구조의 대안으로서 상부 평면(TPL)없이 사용될 수 있다.

도 10은 광학 분리 필터와의 함께 사용을 위한 디스플레이 장치를 도시한다. 디스플레이 장치는 Pll,P1n,Pml 및 Pmn의 픽셀 어레이가 도시된 디스플레이(1)를 포함한다. 픽셀들은 선택 전극(6)과 데이터 전극(5)의 교차점과 연관된다. 선택 구동기(4)는 선택 신호를 선택 전극(6)에 공급하며, 데이터 구동기(3)는 데이터 신호를 데이터 전극(5)에 공급한다. 처리 및 제어 회로(2)는 디스플레이(1) 상에 디스플레이될 입력 비디오 신호(VI)를 수신하며, 신호(DA)를 데이터 구동기(3)에 신호(SE)를 선택 구동기(4)에 공급한다. 대개, 신호(DA)는 입력 비디오 신호(VI)를 나타내는 데이터 전극(6)에 데이터와 데이터 신호의 공급을 입력 비디오 신호(VI)와 동기화하기 위해 타이밍 신호를 포함한다. 신호(SE)는 선택 전극(6)으로의 선택 신호의 공급을 데이터 신호의 공급과 동기화하기 위한 타이밍 정보를 포함한다. 대개, 디스플레이(1)의 행들은 하나씩 선택되는 한편, 데이터 신호들은 선택된 행에 병렬로 공급된다.

도 11은 광학 분리 필터와의 함께 사용을 위해 솔라 패널을 도시한다. 솔라 패널은 SCa(점선 영역)과 SCb(비점선 영역)으로 표시된 2가지 다른 유형의 솔라 셀로 분할된 솔라 셀(SCll 내지 SCmn)을 포함한다. 단지 예로써만, 솔라 셀(SCa 및 SCb)은 행과 열 방향으로 서로 교번하는 정사각형 형태이다. 솔라 셀(SC11 내지 SCmn)은 서로 다른 형태를 지닐 수 있으며 매트릭스로 배열될 필요는 없다. 광학 분리 필터는 다른 솔라 셀의 민감성 컬러 범위로 최적으로 튜닝된 2개의 컬러 범위로 입사광을 분리할 수 있다.

본 발명에 따른 컬러 분리 필터들은 주위의 굴절율(n0)과 깔대기 구조 (F1,F2)를 제공하는데 사용된 물질의 굴절율(n1)의 차이를 이용한다. 1차원에서, n1/n0*sin(α)만큼 표면을 감소시킬 수 있는데, 모든 광이 여전히 출구 영역에 도달하면서, α는 깔대기(F1,F2) 및 이에 따른 반사 필터(CF1,CF2)가 출구(OA1,OA2)의 평면과 이루는 각도이다. 이는 더 높은 굴절율을 가진 물질에 진입할 때 광은 평면의 법선을 향해 기울어진다는 사실에 기초한다. 출구의 표면 영역을 추가적으로 감소시키면 입사 광의 양이 다시 반사될 것이며 깔대기의 하부에 절대 도달하지 않을 것이다. 따라서, 깔대기의 높이가 크고, 각도(α)가 90도에 도달하는 경우, 1차원에서의 최대 압축은 인수(n1/n0)이다. 실제 실시예에서, 이러한 압축 비율은 1.5이다. 그러나, 특수한 물질들이 높은 굴절율과 함께 사용된 경우, 최대 압축 배율은 더 클 수 있다. 2차원에서, (n1/n0)²의 압축이 가능하다. 2개의 컬러를 분리하기 위해 1.42의 굴절율 비율이 요구되며, 3개의 컬러로 분리하기 위해 1.73의 굴절율 비율이 요구된다. 따라서, 바람직하게, 깔대기의 입구 영역과 깔대기의 출구 영역의 비율은 이들 압축 인자보다 크지 않다. 이것은 1.5의 굴절율의 실제 비율이 도달가능한 경우, 오직 2개의 컬러만이 필터의 단일 평면 내에서 분리될 수 있음을 의미한다. 충분히 높은 굴절율(nl)을 가진 물질이 사용된 경우, 3개의 컬러들은 필터의 단일 평면으로 분리될 수 있다.

본 발명에 따라 분리 필터로 컬러를 부분적으로 분리할 수 있으며, 원치 않은 컬러를 흡수하기 위해 흡수 컬러 필터를 추가할 수 있다. 광 효율성의 일부가 손실되었다고 해도, 본 발명의 컬러 분리 필터없이 각 필터 위의 컬러 흡수 필터를 사용하는 것 보다는 개선된다.

도 12는 크기 조정된 층 두께를 구비한 층들의 스택을 가진 광학 필터의 반사율의 일례를 도시한다. 반사율(RF)은 수직축을 따른 비율로 표시되며, 광의 파장은 nm(나노미터) 단위의 λ만큼 수평축을 따라 표시된다. 반사 컬러 필터는 다른 굴절율을 가진 물질을 포함하는 교번하는 층의 스택을 만듦으로써 생성될 수 있다. 예컨대, 층들 중 하나는 SiO₂ 및 기타 Ta₂O₅로 이루어진다. 그러나, 임의의 다른 적합한 물질들은 그들의 굴절율이 다른 한은 사용될 수 있으며, 이들은 광에 대해 투과적이다. 일반적으로, 하나의 SiO₂ 층과 하나의 Ta₂O₅ 층의 광학 두께의 합계로 결정된, 스택의 주기성은, 층의 스택의 반사율이 최대인 파장을 결정한다.

예는 도 12에 도시되며, 반사율(FC1)은 두께가 각각 111.63 및 77.27인 SiO₂ 및 Ta₂O₅의 교번하는 층을 사용하여 15개의 층 스택에 대한 입사광의 파장 λ의 함수로서 도시된다. 반사율 함수(FC1)의 제 1차 피크(P1)는 2개의 층의 광학 두께의 합계가 정확히 0.5 파장인 650nm의 파장으로 배치된다. 광학 두께의 합계는 각 굴절율으로 곱한 물리적 두께의 합계이다. 반사율(FC2)은 각각의 두께 79.26nm과 54.86nm인 SiO₂와 Ta₂O₅의 교번하는 층을 사용하여 15개의 층의 스택에 대한 입사광의 파장 λ의 함수로서 도시된다. 반사율 함수(FC2)의 제 1차 피크(P2)는 2개의 층의 광학 두께의 합계가 정확히 0.5 파장인 450nm의 파장으로 배치된다. 따라서, 이 예에서, 함수(FC1)에 의해 한정된 제 1 광학 필터는 적색광을 반사하고 함수(FC2) 에 의해 한정된 제 2 광학 필터는 청색광을 반사한다. 반사되지 않은 광은 투과되거나 광학 필터를 통과한다.

한편으로는 111.63 및 79.26 그리고 다른 한편으로는 77.27mm 및 54.86 사이의 비율은 동일함이 주목되어야 한다. 따라서 사실상, 반사율 함수(FC1)에 의해 한정된 필터의 층의 광학 두께는 모두 반사율 함수(FC2)에 의해 한정된 필터를 얻기 위해 동일한 인자로 크기가 정해진다. 이 예에서, 크기조정 인자는 sin(23.5 deg)/sin(16.5 deg)이다. 이들 각도는 피라미드 형태의 구조의 상부 각도이며, 사인각(sine)은 증착된 층 두께의 부분을 나타낸다.

도 12는 반사 피크(P1,P2)의 위치는 스택의 층의 층 두께에 따르는 것을 도시한다. 다른 층 두께는 그들의 기반 평면에 대해 피라미드 형태의 요소의 측벽의 각도를 적절히 선택함으로써 획득된다. 적절한 각도는 피라미드 형태의 요소의 기반 평면의 높이 및/또는 크기를 변경함으로써 선택될 수 있다. 이제 광학 필터들이 완전한 구조에 대한 동일한 빔 플럭스를 가진 피라미드의 표면에 배치된 경우, 다른 피라미드 형태의 구조의 표면의 각도의 차이는 층 두께의 차이 및 층의 스택의 반사된 광의 컬러의 차이를 야기한다.

피라미드 형태의 요소의 높이가 다른 광학 필터를 얻기 위해 다르게 선택된 실시예에서, 더 낮은 피라미드 요소에 배치된 스택과 그 층들은 더 높은 피라미드 요소에 배치된 스택과 그 층보다 더 두껍다. 따라서, 더 낮은 피라미드 요소 상에 광학 필터는 FC1로 표시된 반사 함수를 가지며 더 높은 피라미드 요소 상의 광학 필터는 FC2로 표시된 반사 함수를 가진다.

그러나, 이러한 크기조정 접근 방식은 오직 반사 피크(P1,P2)를 시프트하는 한편, 다른 반사 함수(FC1,FC2)의 형태는 거의 영향받을 수 없다. 도 12에 도시된 반사 함수(FC1,FC2)로, 2개의 광학 필터 사이에 상당한 중첩은 피크 로브(lobe)(P1,P2) 이외의 가장자리로 인해 발생한다. 이는 시스템의 성능을 낮출 수 있는데, 이는 특정 광선이 디스플레이 표면에 도달하지 않고 후방-반사될 수 있으며, 따라서 컨트래스트는 저감될 수 있기 때문이다. 그러나, 갭이 두 개의 필터의 피크 로브(P1,P2) 사이에 존재하는 경우, 특정 광선들은 올바른 디스플레이 영역에 도달하지 않을 수 있으며 따라서 컬러 순도는 감소될 수 있다.

다른 단점은 피크(P1,P2)의 위치가 도 14에 설명된 것처럼 광의 입사각에 따른다는 것이다. 입사각이 변할 때 피크의 상당한 시프트가 발생하는 것이 도 14로부터 명백해 진다. 이는 특정 각도에 대한 2개의 광학 필터 사이의 증가된 중첩 및 다른 각도에 대한 필터 사이의 파장 갭을 유도할 수 있다.

필터 컬러는 가장자리의 문제와 입사각으로 인한 파장의 필터 특정 시프트의 문제에 대해 최적화될 수 있다. 2개의 필터 사이의 중첩 량은 2개의 다른 피라미드의 측벽의 각도의 차이를 조정함으로써 조정될 수 있다. 스택 내의 층의 개별 두께는 층의 수에 따라서 특정 파장에서의 가장자리를 부분적으로 억제하기 위해 선택될 수 있다. 예컨대, SiO₂와 Ta₂O₅의 광학 층 두께가 0.25 및 0.25 대신에 0.166 및 0.333으로 선택된 경우, 반사 피크의 낮은 파장 측에서의 가장자리는 억제된다. 이는 도 13에 도시된다.

그러나, 심지어 많은 층 두께에 대한 필터를 위한 감도 지수(figure of merit)를 계산하는 컴퓨터 프로그램을 더 사용함으로써 광학 필터 간의 크로스토크를 최적화할 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 감도 지수를 최적화하며 따라서 스택 내의 최적 층 두께를 제공한다. 최적화된 필터의 일례는 도 14에 도시된다. 도 14의 필터에 대해 사용된 감도 지수는 2개의 값 사이의 차이이다. 제 1 값은 필터와 그 크기조정된 버전 사이의 중첩이며, 제 2 값은 필터 자체의 제곱된 반사도이며, 따라서 필터 자체의 중첩이다. 감도 지수는 0 내지 80도의 입사각을 사용하여 400nm 내지 700nm의 파장 범위에 대해 결정된다. 2개의 값의 사대 파장은 상대적인 강도가 조정가능하다. 이러한 최적화 방법으로 발견된 층 두께의 일례는 도 14에 도시된 필터에 대한 층 두께가 700nm에서 열거된 다음 표 1에서 제공되며, 굴절율은: nTa₂O₅=2.096이며 nSiO₂=1.4545이며, 크기조정 인자는 sin(23.5deg)/sin(16.5deg)이다.

층 물질 두께 광학 두께

(nm) (700nm 파장의 수)

0 공기

1 SiO₂ 119.7803 0.249

2 Ta₂O₅ 22.9290 0.069

3 SiO₂ 65.2581 0.136

4 Ta₂O₅ 119.7893 0.359

5 SiO₂ 87.0892 0.181

6 Ta₂O₅ 113.4835 0.340

7 SiO₂ 64.1528 0.133

8 Ta₂O₅ 111.4554 0.334

9 SiO₂ 88.0978 0.183

10 Ta₂O₅ 105.4428 0.316

11 SiO₂ 99.9071 0.208

12 Ta₂O₅ 114.8116 0.344

13 SiO₂ 34.8626 0.072

14 Ta₂O₅ 114.3586 0.342

15 SiO₂ 115.8301 0.324

16 유리

표 1로부터 분명해지는 것처럼, 주기성은 여전히 거의 0.5 파장이다. 예컨대, 전체 광학 두께가 각각 0.54, 0.473, 0.517인, 층 4와 5, 6과 7, 8과 9의 그룹을 참조한다. 광학 두께의 합계에 관한 작은 범위는 가장자리의 더 나은 억제를 제 공한다. Ta₂O₅ 층은 SiO₂ 층보다 비교적 더 두껍다. 도 14는 가장자리가 상당히 감소된 것을 도시한다. 그러나, 결과 필터는 이상적이지 않으며 컬러 순도와 컨트래스트 사이의 균형(tradeoff)이다.

도 13은 동일한 스택에서 다른 층들이 다소 다른 두께를 가진 층의 스택을 가진 광학 필터의 반사의 예를 도시한다. 반사(RF)는 수직축을 따른 백분율(%)로 표시되며, 광의 파장은 nm 단위의 λ를 통해 수평축을 따라 표시된다. 참조로서, 도 12에 이미 도시된 반사 함수(FC1)는 도 13에서 반복된다. 반사 함수(FC3)는 스택에서 다른 층의 다른 두께를 선택함으로써 가장자리의 진폭을 감소시킬 수 있음을 도시한다. 도 13에 도시된 예에서, 반사 함수(FC3)는 SiO₂ 및 Ta₂O₅의 15개 층의 스택으로 획득된다. SiO₂의 층들은 74.42nm의 두께를 지니며 Ta₂O₅의 층들은 103.03nm의 두께를 지닌다.

도 14는 입사광의 다른 입사각에 대한 크기조정된 층 두께를 가진 광학 필터의 반사를 도시한다. 반사(RF)는 수직축을 따른 백분율로 표시되며, 광의 파장은 nm 단위의 λ를 통해 수평축을 따라 표시된다. 2개의 광학 필터에 대한 파장의 함수로서 반사는 도시된다. 필터에 대한 3개의 곡선들은 3개의 다른 입사각에 대한 반사를 도시한다. 제 1 필터는 각각 70도, 45도 및 0도의 입사각에 대한 곡선(T11,T12,T13)에 의해 한정된다. 제 2 필터는 각각 70도, 45도 및 0도의 입사각에 대한 곡선(T21,T22,T23)에 의해 한정된다. 2개의 필터의 층 두께들은 크기조정 인자 sin(23.5deg)/sin(16.5deg)를 가진다. 제 1 필터는 제 2 필터보다 얇은 층을 가 진다. 층의 두께는 가장자리에 의해 야기된 크로스토크를 억제하기 위해 표 1에 따라 결정된다. 피라미드 형태의 요소의 측벽의 각도는 최적의 컬러 순도가 획득되는 동안 반사 함수의 중첩을 최소화하기 위해 선택되어야 한다.

도 15는 제 1 및 제 2 차 반사 피크가 각각 사용된 크기조정된 층 두께를 가진 2개의 광학 필터의 반사를 도시한다. 반사(RF)는 수직축을 따른 백분율로 표시되며, 광의 파장은 nm 단위의 λ를 통해 수직축을 따라 표시된다.

바람직하게, 층의 스택은 2개의 층의 복수 그룹을 포함한다. 2개의 층의 각 그룹들은 동일한 순서로 같은 유형의 층을 가진다. 동일한 그룹 내의 2개 층의 굴절율은 다르다. 그룹 내의 대응 층의 두께는 다를 수 있지만, 그룹의 두께는 거의 동일한 것이 바람직하다. 이러한 그룹의 층의 스택의 반사율의 제 1 차 피크는 파장의 절반이 층의 그룹의 두께와 같은 광에 대해 발생한다. 스택의 반사율의 제 2 차 피크는 한 파장이 층의 그룹의 두께와 같은 광에 대해, 따라서 더 짧은 파장을 가진 광에 대해 발생한다. 반사율의 훨씬 더 높은 차순의 피크는 훨씬 더 짧은 파장에서 발생한다. 대안적으로, 2개 이상의 층들은 층의 그룹에 존재할 수 있다.

도 12와 도 14에 도시된 본 발명에 따른 컬러 필터의 실시예는 2개의 스택의 반사의 제 1 차 피크를 사용한다. 따라서, 더 두꺼운 층으로 인한 가장 두꺼운 스택은 더 긴 파장에서 반사의 피크를 가질 것이다.

도 15에 도시된 컬러 필터의 실시예에서, 광학 분리 필터는 제 1 및 제 2 광학 필터(CF1,CF2)가 각각 존재하는 피라미드 형태의 요소(PE1,PE2)의 제 1 및 제 2 그룹을 포함한다. 제 1 광학 필터(CF1)는 함수(CF21)로 표시된 반사를 가지며, 제 2 광학 필터(CF2)는 함수(CF22)로 표시된 반사를 가진다. 그들의 기반에 대한 제 1 피라미드 형태의 요소(PE1)의 측벽의 각도는 그들의 기반에 대한 제 2 피라미드 형태의 요소(PE2)의 측벽의 각도보다 작다. 예컨대, 제 1 그룹의 피라미드 형태의 요소(PE1)는 제 2 그룹의 피라미드 형태의 요소(PE2)보다 더 낮은 높이를 가진다. 스택의 다른 두께는 제 2 광학 필터(CF2)의 제 1 차 반사 피크(P22a)보다 더 짧은 파장(λ1)에서 발생하는 제 1 차 광학 필터(CF1)의 제 2 차 반사 피크(P21b)를 획득하기 위해 선택된다. 예컨대, 각도들은 청색광에 대해 제 1 광학 필터(CF1)의 반사(CF21)의 제 2 차 반사 피크(P21b)와 적색광에 대해 제 2 광학 필터(CF2)의 반사(CF22)의 제 1 차 반사 피크(P22a)를 획득하기 위해 선택된다.

바람직하게, 스택은 제 1 광학 필터(CF1)의 제 1 차 반사 피크(P21a)와 제 2 광학 필터(CF2)의 제 2 차 반사 피크(P22b)가 광의 가시 범위(VR) 밖에 있도록 선택된다. 예컨대, 제 1 광학 필터(CF1)의 제 2 차 반사 피크(P21b)가 청색광에 대해 발생하는 경우, 제 1 광학 필터(CF1)의 제 1 차 반사 피크(P21a)는 적외선 적색 범위 내에서 발생할 수 있다.

반사의 제 2 차 피크의 사용은 특정한 주기성을 가진 광학 필터가 2개의 광학층 두께의 합계가 파장의 절반과 일치하는 광을 반사하는 속성에 기초함이 주목되어야 한다. 이러한 필터는 또한, 예컨대, 하나의 완전한 파장이 층들의 2개의 광학 두께의 합계와 부합하는 경우, 더 높은 차순을 또한 반사한다. 그렇지만, 두 개의 층 각각이 정확히 0.5 파장의 두께라고 하면 제 2 차 피크의 취소를 야기한다. 2개의 층에 대해 예컨대 0.33과 0.66의 다른 두께를 취하면, 제 2 차 피크의 생성 을 야기한다. 이러한 필터는 모든 피라미드 형태의 요소(PE1,PE2) 상에서 증착된다. 제 1 차 피크(P22a)가 가시 범위(VR)에서 발생하도록 더 높은 피라미드 형태의 요소(PE2)의 더 가파른 표면 상에 이러한 필터를 증착시키면, 가시 범위 외부의 비교적 짧은 파장에서 제 2 차 피크(P22b)를 야기한다. 크기조정으로 인해, 더 낮은 피라미드 형태의 요소(PE1)의 덜 가파른 표면 상에서, 제 1 차 피크(P21a)는 제 1 차 피크(P22a)보다 더 긴 파장에서 발생하며 제 2 차 피크(P21b)는 제 2 차 피크(P22b)보다 더 긴 파장에서 발생한다. 제 1 및 제 2 피라미드 형태의 요소(PE1,PE2) 각도 사이의 적절한 차이를 선택함으로써, 제 2 차 피크(P21b)는 제 1 차 피크(P22a)보다 더 짧은 파장에서 발생하며, 제 1 차 피크(P21a)는 가시 범위(VR) 외부에서 비교적 긴 파장에서 발생한다.

이러한 접근 방식은 필터에 다른 최적화 가능성을 제공한다. 각 측에 0의 반사를 가진 하나의 반사 피크를 각 필터에 대해 최적화하는 대신, 이제 그 사이에 0의 반사를 가진 2개의 반사 피크는 최적화되어야 한다. 이러한 접근 방식의 다른 이점은 제 2 차 반사 피크는 대개 제 1 차 반사 피크보다 더 날카로운 경계를 가지며, 2개의 필터 사이의 더 작은 중첩을 초래한다는 것이다. 표 1에 대해 논의된 것과 유사한 최적화 방법으로 발견된 층 두께는, 이제 다음의 표 2에 제공되며, 표 2에서, 층 두께는 500nm에서 나열되며, 굴절율은: nTa₂O₅=2.146이며 nSiO₂=1.4615이며 크기조정 인자는 sin(23.5deg)/sin(16.5deg)이다.

층 물질 두께 광학 두께

(nm) (500nm 파장의 수)

0 공기

1 SiO₂ 111.3099 0.325

2 Ta₂O₅ 104.335 0.448

3 SiO₂ 205.8197 0.602

4 Ta₂O₅ 150.6325 0.647

5 SiO₂ 58.67113 0.171

6 Ta₂O₅ 180.5103 0.775

7 SiO₂ 82.43481 0.241

8 Ta₂O₅ 178.724 0.767

9 SiO₂ 90.22715 0.264

10 Ta₂O₅ 178.8828 0.768

11 SiO₂ 93.19559 0.272

12 Ta₂O₅ 180.6934 0.776

13 SiO₂ 81.46763 0.238

14 Ta₂O₅ 172.6236 0.741

15 SiO₂ 6.883115 0.020

16 유리

요컨대, 한 가지 이상의 반사 컬러 필터는 다른 높이를 가진 피라미드 형태의 요소를 이용함으로써 일련의 동일한 단계로 증착될 수 있음이 논의되어 왔다. 다른 필터들은 모든 층들의 두께의 크기조정에 의해 서로 연관된다. 2개의 컬러를 지닌 시스템의 사용에 대한 두 가지 가능성이 존재한다. 첫째: 2개의 피라미드의 하부에는 적색 파장 범위 내의 제 1 차 반사 피크를 구비한 필터가 증착되고, 피라미드 형태의 요소의 높이는 동일한 단계에서 더 높은 피라미드 형태의 요소 상의 증착된 필터가 청색 범위에서 제 1 차 반사 피크를 가지도록 선택된다. 둘째, 하부 피라미드 형태의 요소 상에서 청색 파장 범위 내에 제 2 차 반사 피크를 구비한 필터가 증착되고, 피라미드 형태의 요소의 높이는 같은 단계에서 더 높은 피라미드 상의 증착된 필터가 적색 파장 범위 내에 제 1 차 반사 피크를 가지도록 선택된다.

첫 번째 해결책에서, 필터는 양측에 0의 반사를 가지는 하나의 반사 피크를 포함하는 것이 바람직하다. 두 번째 해결책에서, 필터는 그 사이의 0의 반사를 가지는 2개의 반사 피크를 포함하는 것이 바람직하다.

바람직하게, 필터의 최적화는 분산(따라서, 파장에 대한 굴절율의 의존성) 및/또는 피크 반사가 입사각의 변화로 인해 발생하는 파장의 변화를 고려한다. 더욱이, 층 두께는 가장자리가 (부분적으로) 억제되도록 조정될 수 있다.

피라미드 전체의 광의 비-균일한 입사각으로 인해 컬러 필터가 비-균일하게 함이 유리할 수 있다. 이는 광의 입사각이 피라미드 하부에서 컬러 필터에 대해 더욱 수직이 되도록 그리고 피라미드 상부에서 더욱 경사지도록 하는 경향이 있으므로 유리할 수 있다. 이러한 비-균일한 코팅은 전술한 2개의 필터 유형 모두에 대해 사용될 수 있다. 비-균일 코팅은 예컨대 컬러 필터를 피라미드 형태의 구멍에 스퍼터링(sputtering)함으로써 획득될 수 있다. 배치 플럭스 및 이에 따른 층 두께는 홀로 더 들어감에 따라서 감소한다.

전술한 실시예들은 본 발명을 한정하기보다는 설명하며, 당업자는 첨부된 청구항을 이탈하지 않고 많은 대안적인 실시예를 설계할 수 있어야 함이 주목되어야 한다.

예컨대, 시청자가 한정된 경우, 컬러 분리 필터는 시청자와 디스플레이의 반사 픽셀 사이에 있다. 그러나 픽셀이 그들의 투과를 변조하는 경우, 이 시청자는 디스플레이 근처에 위치하며, 디스플레이는 시청자와 컬러 분리 필터 사이에 있다.

단지 제 1 차 피크만을 사용하는 대신, 우리는 또한 제 2(또는 제 3 등) 차 피크를 단지 사용할 수 있다. 그러나, 이는 일반적으로 더 두꺼운 층을 유도한다. 또한 제 2 차 필터의 상부에 제 1 차 필터를 쌓을 수 있다. 이는 같은 필터 내에 0.5와 1.0의 주기성을 초래한다. 대안적으로, 2개의 피라미드 형태의 구조들 중 위의 것에 대한 제 1 차 피크 및 2개의 피라미드 형태의 구조들 중 아래의 것에 대한 제 2 차 피크를 사용하는 것 대신에, 제 2 및 제 3 차(등) 피크는 사용될 수 있다.

단지 2개의 유형의 층을 사용하는 대신, 3개 이상의 유형의 층을 사용할 수 있다.

더욱이, 2개 이상의 다른 높이를 가진 피라미드 형태의 구조를 사용할 수 있다. 이는, 예컨대 3개의 피라미드 높이를 초래한다: 1) 3개의 피라미드 형태의 구조 모두는 제 1 차 필터를 가지며, 2) 가장 낮은 피라미드 형태의 구조는 제 2 차 필터를 가지는 한편 다른 2개의 피라미드 형태의 구조는 제 1 차 필터를 가지며, 또는 3) 가장 낮은 2개의 피라미드 형태의 구조들은 제 2 차 필터를 가지며, 가장 높은 피라미드 형태의 구조들은 제 1 차 필터를 가진다.

상기 컬러 필터들은 또한 2개 이상의 다른 컬러를 분리하기 위해 실현될 수 있다.

본 발명에 따른 광학 분리 필터는 예컨대, 전자 잉크 디스플레이, LCD, 전자-습식 디스플레이, 전기변색성(electrochromic) 디스플레이와 같은 여러 디스플레이와 협력할 수 있다. 바람직하게, 디스플레이는 확산 반사 디스플레이여야 하는데, 이는 이러한 디스플레이가 최상의 판독가능한 이미지를 제공하기 때문이다. 비-이상적 필터 특성 또는 구조 내의 기계적 편차로 인해 컬러 오류를 방지하기 위해 흡수 컬러 필터를 추가하는 것이 유리할 수 있다.

컬러로의 분리를 논의할 때마다, 스펙트럼은 부분적으로 중첩할 수 있는 서브-스펙트럼으로 분리됨을 의미한다. 가시 스펙트럼이 서브-스펙트럼으로 분리되는 경우, 이들 서브-스펙트럼은 다른 컬러로 보인다. 컬러 필터 대신에, 또한 편광 필터가 사용될 수 있으며, 이들 편광의 광은 모두 다른 픽셀로 향하며 따라서 모든 입사광의 그 절반만을 사용하는 대신에 그 전체가 사용되는 이점을 가진다.

본 발명에 따른 광학 분리 필터는 또한 LCD와 같은, 후면광(back-lit) 디스 플레이에서 사용될 수 있다.

모든 실시예들이 가시광을 기술되어 왔지만, 본 발명은 또한 가시 스펙트럼 외부의 스펙트럼의 다른 부분을 분리하는데 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 적외선 광, 자외선 광, X-레이 등에 사용될 수 있다.

청구항에서, 괄호 사이의 임의의 표시는 청구항을 제한하는 것을 해석되지 않는다. "포함하다"와 그 활용어의 사용은 청구항에 설명된 것 이외의 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. "단수 요소"의 사용은 복수 요소의 존재를 배제하지 않는다. 본 발명은 여러 분리 요소를 포함하는 하드웨어에 의해, 그리고 적절히 프로그래밍된 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다. 여러 수단을 나열하는 디바이스 청구항에서, 이들 수단들 중 여럿은 동일한 하드웨어에 의해 구현될 수 있다. 특정 수단이 서로 다른 종속 청구항에서 인용되었다는 사실만으로 이들 수단의 결합이 이롭게 사용될 수 없음을 가리키는 것은 아니다.

본 발명은 광학 분리 필터, 이러한 광학 분리 필터를 포함한 디스플레이 패널, 이러한 디스플레이 패널을 포함한 디스플레이 장치 및 이러한 광학 분리 필터를 포함한 솔라 패널에 이용가능하다.

Claims

입사 광(impinging light)을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터로서, 상기 분리 필터는 깔대기(funnel) 모양의 구조(F1)로 배열된 반사 필터(FR)를 포함하며, 상기 깔대기 모양의 각각 구조(F1)는 상기 입사 광(IL)을 수신하기 위한 입구 영역(inlet area)(IA1)과, 입구 영역(IA1)보다 작은 출구 영역(OA1)과 반사된 입사 광(RL)을 출구 영역(OA1)으로 수렴하기 위한 출구 영역(OA1)을 향해 감소하는 거리를 구비하는 벽과 구비하며, 상기 구조(F1)는 그들 각각의 제 1 출구 영역(OA1)을 향해 제 1 속성(C1)을 지닌 광을 반사하기 위해 그리고 제 2 출구 영역(OA2) 각각을 향해 제 2 속성(C2)을 지닌 광을 투과하기 위해 구성되는 깔대기 모양의 구조(F1)의 제 1 그룹을 포함하는, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 그룹(F1)은 제 2 출구 영역(OA2)을 덮는 복수의 제 1 광학 필터(CF1)를 형성하기 위해 배열된, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 1항에 있어서, 상기 분리 필터는 깔대기 모양의 구조(F2)의 제 2 그룹에 배열된 추가적 반사 필터(FG)를 포함하며, 상기 제 2 구조(F2) 각각은 입사 광(IL)을 수신하기 위해 제 2 입구 영역(IA2)과 반사된 입사 광(RL)을 제 2 출구 영역 (OA2)에 수렴하기 위해 제 2 입구 영역(IA2)보다 작은 제 2 출구 영역(OA2)을 구비하고, 깔대기 모양의 구조(F1)의 상기 제 1 그룹은 제 1 속성(C1)을 지닌 광을 그들 각각의 제 1 출구 영역(OA1)으로 반사하기 위해 그리고 제 2 속성(C2)을 지닌 광을 깔대기 모양의 구조(F2)의 제 2 그룹의 각각의 제 2 출구 영역(OA2)으로 투과하기 위해 구성되며, 깔대기 모양의 구조(F2)의 제 2 그룹은 제 2 속성(C2)을 지닌 광을 그들 각각의 제 2 출구 영역(OA2)으로 반사하기 위해 그리고 제 1 속성(C1)을 지닌 광을 각각의 제 1 출구 영역(OA1)으로 투과하기 위해 구성되는, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 3항에 있어서, 상기 제 1 그룹(F1)은 제 2 출구 영역(OA2)을 덮는 복수의 제 1 광학 필터(CF1)를 형성하기 위해 배열되며, 상기 제 2 그룹(F2)은 상기 제 1 출구 영역(OA1)을 덮는 복수의 광학 필터(CF2)를 형성하기 위해 배열되는, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 4항에 있어서, 제 1 광학 필터(CF1)는 다각형 기반 평면(B1)을 구비한 다각형 구조를 포함하며, 입사 광(IL)을 향한 방향으로, 기반 평면(B1)과 평행한 단면부는 점차 1차원 또 2차원적으로 좁아지는, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 5항에 있어서, 상기 다각형 구조는 제 1 출구 영역(OA2)으로 향한 기반 평면(B1)을 구비한 피라미드 형태의 요소(PE1)를 포함하는, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 4항에 있어서, 제 1 광학 필터(CF1)는 제 2 출구 영역(OA2)으로 향한 기반 평면(B1)을 구비하며, 모두 제 1 높이(H1)를 가지는, 피라미드 형태의 요소(PE1)를 포함하고, 제 2 광학 필터(CF2)는 제 1 출구 영역(OA1)으로 향하는 기반 평면(B2)을 구비하며, 모두 제 2 높이(H2)를 가지는, 피라미드 형태의 요소(PE2)를 포함하되, 제 2 높이(H2)는 그들의 기반에 대해, 각각 제 1 각도와 제 2 각도를 이루는 측벽을 구비한 제 1 및 제 2 피라미드 형태의 요소(PE1,PE2)를 획득하기 위해 제 1 높이(H1)와 다르며, 상기 제 1 각도와 제 2 각도는 다른, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 4항에 있어서, 제 1 광학 필터(CF1)는 제 2 출구 영역(OA2)으로 향한 기반 평면(B1)을 구비하며, 모두 제 1 크기(D1)를 가지는, 제 1 피라미드 형태의 요소(PE1)를 포함하고 제 2 광학 필터(CF2)는 제 1 출구 영역(OA1)으로 향한 기반 평면(B2)을 구비하며, 모두 제 2 크기(D2)를 가지는, 제 2 피라미드 형태의 요소(PE2)를 포함하되, 상기 제 2 크기(D2)는 그들의 기반에 대해, 각각 제 1 각도와 제 2 각도를 이루는 측벽을 구비한 제 1 및 제 2 피라미드 형태의 요소(PE1,PE2)를 획득하기 위해 제 1 크기(D1)와 다르며, 상기 제 1 및 제 2 각도는 다른, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 3항에 있어서,

깔대기 형태의 구조(F1)의 제 1 그룹과 깔대기 형태의 구조(F2)의 제 2 그룹은 제 1 및 제 2 깔대기 형태의 구조(F1,F2) 각각에 배열된 제 1 층의 스택(SL1) 및 제 2 층의 스택(SL2)을 포함하며, 제 1 및 제 2 스택(SL1,SL2)의 연속적인 층(LAi)은 모두 다른 굴절율(ni)을 구비하는, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 7항 또는 제 8항에 있어서,

제 1 및 제 2 광학 필터(CF1,CF2)는 제 1 및 제 2 피라미드 형태의 요소(PE1,PE2) 각각의 측벽 상에 배열된 제 1 층의 스택(SL1) 및 제 2 층의 스택(SL2)을 포함하며, 제 1 및 제 2 스택(SL1,SL2)의 연속적인 층(LAi)은 모두 다른 굴절율(ni)을 구비하며, 제 1 및 제 2 스택(SL1,SL2)은 모두 동일한 순서로 순번된 같은 수의 층들을 포함하며, 제 1 층의 스택(SL1)의 제 1 두께(D1)는 제 2 층의 스택(SL2)의 제 2 두께(D2)와 다른, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 10항에 있어서, 상기 제 1 각도와 상기 제 2 각도는 제 1 두께와 제 2 두께를 각각 얻기 위해 선택되어서, 제 2 광학 필터(CF2)의 제 1 차 반사 피크와 다른 파장에서 제 1 차 반사 피크를 가진 제 1 광학 필터(CF1)를 획득하는, 입사 광 을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 11항에 있어서, 상기 제 1 각도는 제 2 광학 필터(CF2)의 제 1 차 반사 피크보다 더 긴 파장에서 발생하는 제 1 광학 필터(CF1)의 제 1 차 반사 피크를 획득하기 위해 상기 제 2 각도보다 작은, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 11항에 있어서, 상기 제 1 각도는 제 2 광학 필터(CF2)의 제 1 차 반사 피크보다 더 짧은 파장에서 제 1 광학 필터(CF1)의 제 2 차 반사 피크를 얻기 위해 상기 제 2 각도보다 더 작은, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 13항에 있어서, 제 1 광학 필터(CF1)의 제 1 차 반사 피크는 광의 가시 범위 외부에 있는, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 5항에 있어서, 기반 평면(B1)의 형태는 삼각형, 직사각형, 정사각형, 오각형 또는 육각형인, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 6항에 있어서, 제 1 출구 영역(OA1)들 중 특정한 출구 영역은 제 1 출구 영역(OA1)과 제 2 출구 영역(OA2)이 교번하는 패턴을 얻기 위해 제 2 출구 영역(OA2)으로 둘러싸인, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 3항에 있어서,

제 3 출구 영역(OA3)으로서, 깔대기 모양의 구조(F1)의 제 1 그룹은 제 3 출구 영역(OA3)으로 제 1 속성(C1)을 구비한 광을 반사하기 위한 그리고 제 2 속성(C2)을 가진 광을 투과하기 위해 더 구성되고, 제 1 속성(C1)은 제 1 컬러이며 제 2 속성(C2)은 제 1 컬러와 다른 제 2 컬러인, 제 3 출구 영역(OA3),

제 3 출구 영역(OA3)을 향한 광을 필터링하기 위한 제 1 흡수 컬러 필터(CF3), 및

제 1 출구 영역(OA1)을 향한 광을 필터링하기 위한 제 2 흡수 컬러 필터(CF4)를 더 포함하며, 제 1, 제 2 및 제 3 출구 영역(OA1,OA2,OA3)에 입사하는 광의 컬러는 다른, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 17항에 있어서, 제 2 출구 영역(OA2)을 향한 광을 필터링하기 위한 제 3 컬러 필터(CF5)를 더 포함하는, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 17항에 있어서, 제 1 광학 필터(CF1)는 제 1 및 제 3 출력 영역(OA1,OA3)들 중 대응하는 한 출력 영역과 연관된 피라미드 형태의 요소(PE1)를 포함하고, 이들 피라미드 형태의 요소(PE1)의 기반 평면(B1,B2)은 제 1 및 제 3 출구 영역(OA1,OA3) 각각으로 향하는, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 4항에 있어서, 깔대기 모양의 구조(F1)의 제 1 그룹의 깔대기 모양의 구조들 중 적어도 하나는

제 1 속성(C1)을 구비한 광을 반사하고 제 2 속성(C2)을 구비한 광을 투과하는 제 1 구간(RTS), 및

제 1 및 제 2 속성(C1,C2) 모두를 구비한 광에 대해 반사적인 제 2 구간(RS)

을 포함하는, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 20항에 있어서, 제 1 및 제 2 속성(C1,C2)을 구비한 광에 대해 반사적인 제 2 구간(RS)은 상기 평면에 제 1 및 제 2 출구(OA1,OA2)는 배열되는, 평면에 대해 거의 수직으로 배열되는, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 20항에 있어서,

제 1 및 제 2 속성(C1,C2) 모두를 구비한 광에 대해 반사적인 적어도 2개의 거의 수직으로 배열된 제 2 구간 사이에 배열된 제 3 출구 영역(OA3)으로서, 제 1 속성(C1)은 제 1 컬러이며 제 2 속성(C2)은 제 1 컬러와 다른 제 2 컬러인, 제 3 출구 영역(OA3), 및

제 3 출구 영역(OA3)을 향한 광을 필터링하기 위한 제 1 흡수 컬러 필터(CF8)로서, 제 1, 제 2 및 제 3 출구 영역(OA1,OA2,OA3)에 입사하는 광의 컬러는 다른, 제 1 흡수 컬러 필터(CF8)

를 더 포함하는, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 3항에 있어서, 깔대기 모양의 구조(F1)의 제 1 그룹과 깔대기 모양의 구조(F2)의 제 2 그룹은 출구 영역(0A1,OA2)이 배열되는, 출력 평면(PP)에 대해 평행한 제 1 평면(PL1)에 배열되며, 상기 광학 분리 필터는 출력 평면(PP)과 평행한 제 2 평면(PL2) 내에 그리고 제 1 평면(PL1)과 출력 평면(PP) 사이에 배열된 깔대기 모양의 구조(F3)의 제 3 그룹과 깔대기 모양 구조(F4)의 제 4 그룹을 포함하며, 상기 제 3 그룹(F3)과 상기 제 4 그룹(F4)은 입사 광(IL)을 적어도 3개의 다른 속성을 지닌 광으로 분할하기 위해 상기 제 1 그룹(F1) 및 상기 제 2 그룹과 협력하기 위해 배열되는, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 23항에 있어서,

제 1 평면(PL1)은 삼각 기반, 빨강(R), 녹색(G) 및 청색(B) 광 각각을 반사하고 녹색(G) AL 청색(B) 광, 빨강(R) 및 청색(B) 광, 그리고 빨강(R) 및 녹색(G) 광 각각을 투과하는 3개의 다른 반사 컬러 필터를 구비한 3개의 측 평면 및 제 2 평면(PL2)을 향한 상부(T1)를 구비한 제 1 피라미드 형태의 구조를 포함하며,

제 2 평면(PL2)은 오각형 기반,, 추가적 반사 컬러 필터를 구비한 5측 평면 및 제 1 평면(PL1)을 향하고 앞서 언급한 상부(T1) 사이의 추가적 상부(T2)를 가진 제 2 피라미드 형태의 구조를 포함하며, 추가적 반사 컬러 필터는

(i) 제 2 피라미드 구조들 중 동일한 것의 평면에 대해 동일하지만, 인접한 피라미드 구조에 대해 다르며, 추가적 반사 컬러 필터는 빨강(R), 녹색(G), 청색(B) 광 각각에 대해 투명하고, 녹색(G) 및 청색(B) 광, 녹색(G) 및 빨강(R) 광, 청색(B) 및 빨강(R) 광 각각에 대해 반사적이거나,

(ii) 빨강(R), 녹색(G) 및 청색(B) 광 각각을 반사하고, 녹색(G) 및 청색(B) 광, 빨강(R) 및 청색(B) 광, 그리고 빨강(R) 및 녹색(G) 광 각각을 투과하는 반사성 컬러 필터 중에서 선택되는 추가 반사성 컬러 필터들 중 2개의 다른 것들을 구비한 3개의 다른 제 2 피라미드 구조를 획득하기 위해 제 2 피라미드 구조들 중 동일한 하나의 인접측 평면에 대해 다르며 이에 대해 교번하는,

입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 1항 내지 제 21항 또는 제 23항에 있어서, 제 1 속성(C1)은 제 1 컬러이며 제 2 속성(C2)은 제 1 컬러와 다른 제 2 컬러인, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 1항 내지 제 21항 또는 제 23항에 있어서, 제 1 속성(C1)은 제 1 편광 상태이며 제 2 속성(C2)은 제 1 편광 상태와 다른 제 2 편광 상태인, 입사 광을 다른 속성을 지닌 제 1 및 제 2 부분으로 분리하는 광학 분리 필터.
제 1항에 기재된 광학 분리 필터를 포함하는 디스플레이 패널로서, 제 1 출구 영역(OA1)은 디스플레이의 각 제 1 픽셀(PR)과 연관되고, 제 2 출구 영역(OA2)은 디스플레이의 각 제 2 픽셀(PR)과 연관된, 제 1항에 기재된 광학 분리 필터를 포함하는 디스플레이 패널.
제 17항 또는 제 21항에 기재된 광학 분리 필터를 포함하는 디스플레이 패널로서, 제 1 출구 영역(OA1)은 디스플레이의 각 제 1 픽셀(PR)과 연관되고, 제 2 출구 영역(OA2)은 디스플레이의 각 제 2 픽셀(GR)과 연관되며, 제 3 출구 영역(OA3)은 디스플레이의 각 제 3 픽셀(BR)과 연관된, 제 17항 또는 제 21항에 기재된 광학 분리 필터를 포함하는 디스플레이 패널.
제 27항에 있어서, 디스플레이는 매트릭스 디스플레이를 포함하는, 제 1항에 기재된 광학 분리 필터를 포함하는 디스플레이 패널.
제 27항과 제 28항 중 어느 한 항의 디스플레이 패널 및 상기 패널에 이미지 정보를 제공하기 위한 회로를 포함하는 디스플레이 장치.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 광학 분리 필터를 포함하는 솔라 패널(solar panel)로서, 제 1 출구 영역(OA1)은 솔라 패널의 각 제 1 솔라 셀(SCa)과 연관되며, 제 2 출구 영역(OA2)은 솔라 패널의 각 제 2 솔라 셀(SCb)과 연관된, 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 광학 분리 필터를 포함하는 솔라 패널.