KR20120047105A - 광다이오드 및 이를 구비하는 광학장치 - Google Patents

광다이오드 및 이를 구비하는 광학장치 Download PDF

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KR20120047105A
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Abstract

광다이오드 및 이를 적용한 광학장치가 개시된다. 개시된 광다이오드는 입광면쪽에서 출광면측으로 갈수록 그 단면적이 감소하는 광통과영역을 형성하는 경사진 플레이트부를 각각 구비하여, 광통과영역에 입사된 광을 출광면을 통해 출사시키도록 된 복수의 출광구조물 어레이를 구비한다. 광다이오드는 출광면쪽에서 입사되는 광은 각 출광구조물를 이루는 경사진 플레이트부들 사이의 영역에서 반사시킬 수 있도록 마련된다.

Description

광다이오드 및 이를 구비하는 광학장치{Optical diode and optical apparatus employing the same}
광을 한쪽 방향으로만 통과시킬 수 있는 광다이오드 및 이를 구비하는 광학장치에 관한 것이다.
최근, 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 등 휴대기기의 보급이 확대됨에 따라 저전력 소모, 뛰어난 야외 시인성을 요구하는 디스플레이 장치가 요구되고 있다.
예를 들어, 투과형 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display)는 모바일 응용기기(Mobile Application)에서부터 TV용 응용기기까지 다양하게 활용되고 있다. 성능 측면에 있어 투과형 액정 디스플레이는 어두운 곳에서의 시인성은 확보 할 수 있지만, 밝은 곳에서의 시인성 확보에는 한계를 가지고 있다. 반대로, 반사형 액정 디스플레이는 밝은 곳에서의 시인성은 확보할 수 있지만, 화질 수준이 투과형 액정 디스플레이에 비해 떨어지고 빛이 없는 어두운 곳에서는 볼 수가 없어, 그 적용을 확대하는 데는 한계가 있다. 이를 보완하기위해 반사투과(transflective)형 액정 디스플레이가 개발되고 있다.
광을 한쪽 방향으로만 통과시킬 수 있어, 반사투과 일체형 디스플레이에 적용시 외광에 무관하게 이상적인 시인성을 갖도록 하며, 태양전지 등의 수광소자에 적용시 광 리사이클링에 의해 광이용효율을 향상시킬 수 있는 광다이오드 및 이를 구비하는 광학장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 광다이오드는, 입광면쪽에서 출광면측으로 갈수록 그 단면적이 감소하는 광통과영역을 형성하는 경사진 플레이트부를 각각 구비하여, 광통과영역에 입사된 광을 출광면을 통해 출사시키도록 된 복수의 출광구조물 어레이를 구비하며, 상기 출광면쪽에서 입사되는 광은 상기 각 출광구조물를 이루는 경사진 플레이트부들 사이의 영역에서 반사시킬 수 있도록 되어 있다.
상기 경사진 플레이트부 내측의 광통과영역은 투명 재질로 채워질 수 있다.
외부에서 입사되는 광은 상기 경사진 플레이트부의 상기 광통과영역에 접하지 않는 외측면에서 반사시키도록 마련될 수 있다.
상기 경사진 플레이트부의 상기 광통과영역에 접하지 않는 외측면에는 입사 외부광을 확산 반사시키도록 요철 구조가 형성될 수 있다.
상기 각 출광구조물를 이루는 경사진 플레이트부 사이의 영역 상에 외부에서 입사된 광을 반사시키는 반사부재를 더 포함할 수 있다.
상기 반사부재에는 입사 외부광을 확산반사시키도록 요철 구조가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 디스플레이장치는, 백라이트 유닛과; 상기 백라이트 유닛쪽에서 입광면을 통해 입사된 광을 출광면쪽으로 출사시키는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광다이오드와; 상기 백라이트 유닛에서 출사되고 상기 광다이오드를 통과한 광이나 외부에서 입사되어 상기 광다이오드에서 반사된 광을 변조하여 화상을 형성하는 광 셔터;를 포함할 수 있다.
상기 광 셔터는, 액정 셔터 및 멤스 셔터 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 태양전지는, 도광판과; 상기 도광판 상에 출광면이 마주하도록 배치된 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광다이오드와; 상기 도광판 일측에 상기 광다이오드를 통과하여 상기 도광판에 입사되고, 상기 도광판에 의해 가이드된 광을 수신하여 광전변환하는 검출 셀;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광다이오드는 광을 한쪽 방향으로만 통과시킬 수 있으며, 반대방향에서의 광을 반사시키도록 마련되므로, 반사투과 일체형 디스플레이에 적용시 외광에 무관하게 이상적인 시인성을 갖도록 할 수 있으며, 태양전지 등의 수광소자에 적용시 광 리사이클링에 의해 광이용효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광다이오드(Optical Diode)를 개략적으로 보인 사시도이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 광다이오드에서의 광통과영역의 다양한 테이퍼진 형태의 예들을 보여준다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 광다이오드를 개략적으로 보인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 광다이오드를 적용한 광학장치의 일예로서, 반사/투과형 디스플레이장치를 보여준다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광다이오드를 적용한 광학장치의 다른 예로서 태양전지를 개략적으로 보여준다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광다이오드(Optical Diode:10)를 개략적으로 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 광다이오드(10)는, 입광면(22)쪽에서 출광면(23)쪽으로 갈수록 그 단면적이 감소하는 광통과영역(25)을 형성하는 경사진 플레이트부(21)를 각각 구비하여, 광통과영역(25)에 입사된 광을 출광면(23)을 통해 출사시키도록 된 복수의 출광구조물(20) 어레이를 구비한다. 또한, 광다이오드(10)는, 출광면(23)쪽에서 입사되는 광은 각 출광구조물(20)을 이루는 경사진 플레이트부(21)들 사이의 영역 예컨대, 경사진 플레이트부(21)의 광통과영역(25)에 접하지 않는 외측면(27)에서 반사시킬 수 있도록 마련될 수 있다. 즉, 경사진 플레이트부(21)의 외측면(27)은 외부광을 반사시키도록 마련되고, 그 내측면(29)으로 둘러싸인 영역이 테이퍼진 형태로 광통과영역(25)을 한정하도록 마련될 수 있다. 이때, 경사진 플레이트부(21)는 광통과영역(25)이 도 3a 내지 도 3d에서와 같이, 다양한 테이퍼진 형태를 가지도록 형성될 수 있다.
이러한 광다이오드(10)는 반사판에 구멍을 뚫은 후 눌러서 테이퍼진 형태의 복수의 출광구조물(20) 어레이를 가지는 형상으로 제작될 수 있다. 이러한 방식으로 제작되는 가능한 광다이오드(10)는 필름 형태로 다양한 크기로 제작 가능하므로, 다양한 크기의 디스플레이에 적용가능하며, 광다이오드(10)를 롤대롤(Roll-to-Roll) 방식을 적용하여 제작할 수 있어, 대량생산이 가능하다.
이에 의해 경사진 플레이트부(21)의 내측면(29)은 입광면(22)쪽에서 광통과영역(25)으로 입사되는 광을 반사시켜 출광면(23)을 통해 출사시키며, 경사진 플레이트부(21)의 외측면(27)은 외부광을 반사시킬 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 광다이오드(10)는 광을 일 방향으로만 투과시키고, 반대방향으로는 반사시킬 수 있어, 예를 들어, 디스플레이장치에 적용시, 외광에 무관하게 이상적인 시인성을 갖는 반사투과형 디스플레이장치를 구현할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광다이오드(30)를 개략적으로 보인 단면도로, 도 1 및 도 2와 비교할 때, 경사진 플레이트부(21) 내측의 광통과영역(35)을 투명 재질로 채운 구조로 되어 있다.
이러한 구조의 본 발명의 다른 실시예에 따른 광다이오드(30)는 예를 들어, 복수의 출광구조물(20) 어레이를 형성하기 위하여, 사출 등으로, 투명 재질의 광통과영역(35) 형상을 만들고, 그 위에 미러 코팅을 하여 경사진 플레이트부(21)를 형성함에 의해 얻어질 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광다이오드(30)는, 도 1 및 도 2를 참조로 설명한 바와 같이 반사판에 구멍을 뚫은 후 눌러서 형상을 제작하고, 경사진 플레이트부(21)로 둘러싸인 광통과영역(35)을 투명 재질로 채움으로써 형성될 수도 있다.
도 4에서는 사출 등으로 투명 재질의 광통과영역(35) 형상을 만들고, 그 위에 미러 코팅을 하여 경사진 플레이트부(21)를 형성하는 경우를 예시적으로 보여준다.
여기서, 도 4 및 후술하는 다른 실시예들에서의 광통과영역(35)은 도 3을 참조로 설명한 바와 같은 테이퍼진 다양한 형상으로로 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광다이오드(40)를 개략적으로 보인 단면도로, 도 1, 도 2 및 도 4와 비교할 때, 경사진 플레이트부(21)의 광통과영역(35)에 접하지 않는 외측면(47)에 입사되는 외부광을 확산 반사시키도록 요철 구조가 형성된 경우를 보여준다. 이와 같이 경사진 플레이트부(21)의 외측면(47)에 요철 구조를 추가하면 광 시야각 특성을 조절할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광다이오드(50)를 개략적으로 보인 것으로, 도 5와 비교할 때, 각 출광구조물(20)을 이루는 경사진 플레이트부(21) 사이의 영역 상에 외부에서 입사된 광을 반사시키는 반사부재(51)를 더 포함하는 경우를 보여준다. 도 6에서는 이 반사부재(51)가 요철 구조로 형성되어 입사되는 외부광을 확산반사시킬 수 있도록 된 예를 보여주는데, 이 반사부재(51)는 요철 구조가 없는 플랫한 구조로 형성될 수도 있다. 이때, 이웃하는 경사진 플레이트부(21)에 의해 한정되는 반사부재(51) 아래쪽 영역(52)은 충진재로 채워지거나, 반사부재(51)와 동일 재질로 채워질 수 있다.
도 5 및 도 6에서는 광다이오드(40)(50)가 도 4에서와 같이, 광통과영역(35)에 투명 재질이 채워진 경우를 보여주는데, 도 1 및 도 2에서와 같이 투명 재질이 채워지지않은 구조의 광통과영역(25)을 구비할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 광다이오드(10)(30)(40)(50)는, 일 방향으로만 광을 투과시킬 수 있으며, 반대 방향에서의 광은 반사시키는 구조적인 특징을 가져 방향성을 가진다. 이러한 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 광다이오드(10)(30)(40)(50)는 디스플레이장치에 적용시 반사/투과형 디스플레이장치를 실현할 수 있으며, 태양전지에 적용시, 후술하는 실시예에서와 알 수 있는 바와 같이 태양전지의 도광판내로 들어온 광이 외부로 빠져나가는 일 없이 리사이클링되면서 검출될 수 있어, 광이용효율이 향상될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 광다이오드(60)를 적용한 광학장치의 일예로서, 반사/투과형 디스플레이장치를 보여준다. 도 7은 반사/투과형 디스플레이장치의 일예를 보인 것일 뿐, 본 발명의 구현예가 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다.
도 7을 참조하면, 반사/투과형 디스플레이장치는, 백라이트 유닛(70)과, 광다이오드(60)와, 광 셔터(80)를 포함한다.
상기 백라이트 유닛(70)은 광원(71) 및 도광판(72)을 포함한다. 또한, 백라이트 유닛(70)은 도광판(72) 하면에 반사판(75)를 더 포함할 수 있다. 상기 광원(71)은 도광판(72)의 일측 또는 양측에 마련될 수 있다. 도 7에서는 광원(71)을 도광판(72)의 일측에 마련된 예를 보여준다. 광원(71)으로는 발광다이오드와 같은 점광원 또는 냉음극형광램프와 같은 선광원이 사용될 수 있다. 또한, 복수의 점광원을 사용하거나, 점광원과 함께 점광원을 선형광으로 변환하는 구성을 함께 사용할 수도 있다.
도광판(72)은 광원(71)으로부터 측면을 통해 입사되는 광을 그 진행 방향을 전환하여 출광시키도록 마련된다. 상기 도광판(72)은 투명 재질로 만들어질 수 있다. 도광판(72)은 예를 들어, 입사된 광을 정반사(正反射, specular reflection)에 의해 외부로 출광시키도록 마련된 출광부(74)를 가질 수 있다. 정반사는 입사된 광이 일정한 방향으로 반사되어 나가는 것을 말한다. 이러한 정반사 특성을 가지는 경우, 광원(71)에서 입사되어 도광부(73)를 진행한 광은 출광부(74)에 의해 일정한 방향으로 반사된다.
도광판(72)의 출광부(74)는 정반사(正反射, specular reflection)를 일으키도록 도광부(73)에 대해 경사진 내부 전반사면(74a)을 구비할 수 있다. 출광부(74)는 광을 출사시키는 출광면(23)의 단면적이 도광부(73)로부터의 광이 입사하는 부분의 단면적보다 큰 형상 즉, 역사다리꼴의 라인 형태로 형성될 수 있다. 출광부(74)가 역사다리꼴의 돌출 구조를 가지는 라인 형태로 형성된 경우, 도광부(73)에 대해 경사진 내부 전반사면(74a)이 출광부(74)의 양측에 대칭으로 위치하므로, 도광판(72)의 양측에 광원(71)을 각각 위치시킬 수 있다.
상기와 같이, 도광판(72)이 역사다리꼴 형태의 출광 구조물을 가지면, 불규칙 산란이 아닌 각 면에 의해 내부 전반사만으로 입사된 광을 출광시킬 수 있다. 따라서, 이러한 출광 구조물의 형태에 의해 도광판(72) 내부로 입사된 광은 출광면(74b)에 평행한 방향으로 선편광된 광의 편광 특성을 유지할 수 있으며, 불규칙한 면에서 산란될 때 발생하는 스펙클(speckle) 패턴이 생기지 않게 된다.
상기 광다이오드(60)는 백라이트 유닛(70)으로부터 입광면(22)을 통해 경사진 플레이트부(21)에 의해 한정되는 광통과영역(25 또는 35)으로 입사되는 광을 통과시켜 광 셔터(80)쪽으로 진행하도록 하며, 광 셔터(80)를 경유하여 입사되는 외부광(95)은 각 출광구조물(20)을 이루는 경사진 플레이트부(21)들 사이의 영역에서 반사되어 광 셔터(80)쪽으로 다시 진행하게 된다. 상기 광다이오드(60)로는, 도 1 내지 도 6을 참조로 설명한 본 발명의 다양한 실시에에 따른 광다이오드(10)(30)(40)(50) 중 어느 하나를 적용할 수 있다.
상기 광 셔터(80)는 백라이트 유닛(70)에서 출사되고 광다이오드(60)를 통과한 광이나 외부에서 입사되어 광다이오드(60)에서 반사된 광을 변조하여 화상을 형성한다. 이러한 광 셔터(80)로는 액정 셔터 또는 멤스(MEMS) 셔터 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 반사/투과형 디스플레이장치는, 칼라 화상을 디스플레이할 수 있도록 광다이오드(60)와 광 셔터(80) 사이에 투과형 칼라 필터(90)를 더 포함할 수 있다. 상기 투과형 칼라 필터(90)는 한 화소마다 예를 들어, 적색 칼라요소, 녹색 칼라요소 및 청색 칼라요소를 구비하며, 이러한 칼라요소의 2차원 배열을 가진다. 또한, 광 셔터(80)는, 한 화소당 적색, 녹색 및 청색 서브 화소를 구비할 수 있으며, 이러한 서브화소들의 2차원 배열을 가진다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 반사/투과형 디스플레이장치는, 2차원 화소 배열을 가진다. 투과형 칼라 필터(90)는 도 7에서와 같이 별도로 구비되거나, 광 셔터(80)에 일체로 마련될 수 있다.
여기서, 도 7에서와 같이 투과형 칼라 필터(90)를 광다이오드(60)와 광 셔터(80) 사이에 배치하는 대신에, 투과형 칼라 필터(90)는 광다이오드(60)의 입광면(22)쪽에 배치하여, 백라이트 유닛(70)으로부터 입사되는 광에 대해서만 칼라 필터로서 작용하도록 하고, 광다이오드(60)의 각 출광구조물(20)의 인접한 경사진 플레이트부(21) 사이의 영역에 파장선택성이 잇는 광결정을 구비하여, 외부광(95)에 대해서는 파장 선택적 반사를 하도록 반사/투과형 디스플레이장치를 구성할 수도 있다.
한편, 광 셔터(80)로 액정 셔터를 구비하는 경우, 액정 셔터는 양쪽에 편광판(미도시)을 구비하는데, 반사형의 경우에는 외부광이 입사되는 쪽에 하나의 편광판을 구비하는 것으로 충분하므로, 나머지 하나의 편광판은 광다이오드(60) 하부에 마련될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광다이오드(60)를 적용한 광학장치의 다른 예로서 태양전지를 개략적으로 보여준다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 일예를 보인 것일 뿐, 본 발명의 구현예가 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다.
도 8을 참조하면, 태양전지는, 도광판(100)과, 도광판(100) 상에 출광면(23)이 마주하도록 배치된 광다이오드(60)와, 도광판(100) 일측에 마련되며 광을 수신하여 광전변환하는 검출 셀(110)을 포함한다. 태양전지는 도광판(100) 하면에 반사판(120)을 더 포함할 수 있다.
상기 광다이오드(60)로는, 도 1 내지 도 6을 참조로 설명한 본 발명의 다양한 실시에에 따른 광다이오드(10)(30)(40)(50)를 적용할 수 있다. 상기 광다이오드(60)는, 도광판(100) 상에 출광면(23)이 마주하도록 배치된다. 즉, 도 7에서와 같이 반사/투과형 디스플레이장치에 적용되는 경우에 비해, 광다이오드(60)를 뒤집어서 도광판(100) 상에 배치한다.
이와 같이 뒤집어 배치된 광다이오드(60)는 외부로부터 입광면(22)을 통해 경사진 플레이트부(21)에 의해 한정되는 광통과영역(25)으로 입사되는 광을 통과시켜 도광판(100)쪽으로 입사시킨다. 도광판(100)에 입사된 광이 다시 광다이오드(60)쪽으로 진행해도, 이 광은 광다이오드(60)에 의해 반사되어 다시 도광판(100)쪽으로 입사되게 되므로, 광다이오드(60)를 통과하여 도광판(100)으로 입사된 광은 리사이클링(Recycling)되면서 도광판(100)에 의해 가이드되어, 검출 셀(110)에서 검출되게 된다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 광다이오드(60)를 구비하는 태양전지에 따르면, 광다이오드(60)를 통과한 광은 도광판(100)내에서 리사이클링되므로, 광이용효율이 향상될 수 있다.

Claims (9)

  1. 입광면쪽에서 출광면측으로 갈수록 그 단면적이 감소하는 광통과영역을 형성하는 경사진 플레이트부를 각각 구비하여, 광통과영역에 입사된 광을 출광면을 통해 출사시키도록 된 복수의 출광구조물 어레이를 구비하며,
    상기 출광면쪽에서 입사되는 광은 상기 각 출광구조물를 이루는 경사진 플레이트부들 사이의 영역에서 반사시킬 수 있도록 된 광다이오드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 경사진 플레이트부 내측의 광통과영역은 투명 재질로 채워진 광다이오드.
  3. 제1항에 있어서, 외부에서 입사되는 광은 상기 경사진 플레이트부의 상기 광통과영역에 접하지 않는 외측면에서 반사시키는 광다이오드.
  4. 제3항에 있어서, 상기 경사진 플레이트부의 상기 광통과영역에 접하지 않는 외측면에는 입사 외부광을 확산 반사시키도록 요철 구조가 형성된 광다이오드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 각 출광구조물를 이루는 경사진 플레이트부 사이의 영역 상에 외부에서 입사된 광을 반사시키는 반사부재를 더 포함하는 광다이오드.
  6. 제5항에 있어서, 상기 반사부재에는 입사 외부광을 확산반사시키도록 요철 구조가 형성된 광다이오드.
  7. 백라이트 유닛과;
    상기 백라이트 유닛쪽에서 입광면을 통해 입사된 광을 출광면쪽으로 출사시키는 청구항 1항 내지 6항 중 어느 한 항의 광다이오드와;
    상기 백라이트 유닛에서 출사되고 상기 광다이오드를 통과한 광이나 외부에서 입사되어 상기 광다이오드에서 반사된 광을 변조하여 화상을 형성하는 광 셔터;를 포함하는 반사/투과형 디스플레이장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 광 셔터는, 액정 셔터 및 멤스 셔터 중 어느 하나인 반사/투과형 디스플레이장치.
  9. 도광판과;
    상기 도광판 상에 출광면이 마주하도록 배치된 청구항 1항 내지 6항 중 어느 한 항의 광다이오드와;
    상기 도광판 일측에 상기 광다이오드를 통과하여 상기 도광판에 입사되고, 상기 도광판에 의해 가이드된 광을 수신하여 광전변환하는 검출 셀;을 포함하는 태양전지.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107863406A (zh) * 2017-12-11 2018-03-30 浙江宝利特新能源股份有限公司 一种用于光伏组件的反射膜及光伏组件和制备方法

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