[논문]복합 나노미터 패턴 도광판의 광특성

홍진수; 김창교; 이병욱; 김경래

doi:10.5302/j.icros.2008.14.6.530

[국내논문] 복합 나노미터 패턴 도광판의 광특성
Optical Characteristics of the LGP with Nanometer-patterned Sizes on Its Both Surfaces 원문보기

제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems, v.14 no.6, 2008년, pp.530 - 534

홍진수 (순천향대학교 전자물리학과) , 김창교 (순천향대학교 전자정보공학과) , 이병욱 (순천향대학교 전자정보공학과) , 김경래 (순천향대학교 전자물리학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The LGP with nanometer structures resulted in enhancement of optical efficiency. Its fundamental mechanism is to recycle the polarized light via one round-trip through QWP(Quarter-wave Plate) but the maximum efficiency to reach with this method is limited up to 2. To get the larger efficiency than this a LGP with 1D PC(one-dimensional photonic crystal) nanometer-patterned on its top and bottom surfaces is suggested. For its optimum design the computer simulation is performed and suggests a grating that the spatial frequency between adjacent patterns is 500nm, its height 250nm, duty cycle 50%, and its cross section is rectangular. The angles of transmitted light are nearly the same as the results expected from the generalized Snell's law. Thus the Mathematica code, developed in this experiment, will be applied to designing the optimized LGP. The LGP with nanometer-patterened 1D PC LGP on its both surfaces shows the enhancement of transmitted intensity distribution up to 5.7 times.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 광효율을 2배 이상 높일 수 있는 방법으로 나노미터 패턴 회절결자를 제안한다.
나노미터 패턴 회절격자가 형성된 도광판을 설계하기 위한 목적으로 전산모사를 수행하였다. 보통 사용되고 있는 도광판에서 광선의 투과방향은 도광판 면에 대하여 ~75° 정도 기울어진 상태인데 회절격자 도광판에서는 최대 투과각도가 30° 정도 되는 것으로 나타났다.

제안 방법

이런 일련의 반사와 투과 과정을 거치면서 광선의 개수는 기하급수적으로 증가한다. 이 같은 전산모사를 위하여 위에서 기술한 2종류의 소프트웨어 패키지를 결합하여 코딩하였다. 반사광선과 투과광선의 방향은 회절오더 mx에 의하여 결정된다.
CS-IOOOA의 렌즈로부터 도광판 윗면까지의 거리는 10cm이다. 상업용 BLU(Backlight Unit) 모듈에 도광판을 제거하고 본 실험에서 제작한 도광판으로 교체하여 회전판 위에 설치하였으며 -72°~72°까지 4° 간격으로 각도를 변화시키면서 빛의 세기와 색좌표를 측정하였다.
표 1에 보듯이 나노미터 패턴은 ID PC이며 도광판의 바닥 면과 윗면에 ID PC를 식각하였으며 양면에서 PC는 동일한 방향이 되도록 제작하였다. 상업용 도광판의 성능을 기준으로 본 실험에서 제작한 도광판의 성능을 평가하였다.
되도록 제작하였다. 상업용 도광판의 성능을 기준으로 본 실험에서 제작한 도광판의 성능을 평가하였다. 이때 상업용 도광판의 크기는 본 실험에서 제작한 도광판의 크기와 같은 3cm X 4cm이다.
그림 2에서 표시한 9개 위치에서 수평각도 측정과 수직 각도 측정은 -72°~72°까지 4° 간격으로 휘도와 색좌표를 측정하였다(그림 3 참조).
위치에 따른 투과광선의 투과 각은 일반화된 스넬법칙에 의하여 예측된 결과와 일치한다. 전산모사 결과로부터 도광판 회절격자의 공간주기 500 nm, 높이 250nni의 기둥형태의 나노미터 패턴을 찾았으며 이를 바탕으로 나노미터 패턴 도광판을 설계하였다. 도광판의 한쪽 면에 나노미터 ID PC 패턴을 형성한 것과 양쪽 면에 1DPC 패턴을 형성한 도광판을 제작하였다
전산모사 결과로부터 도광판 회절격자의 공간주기 500 nm, 높이 250nni의 기둥형태의 나노미터 패턴을 찾았으며 이를 바탕으로 나노미터 패턴 도광판을 설계하였다. 도광판의 한쪽 면에 나노미터 ID PC 패턴을 형성한 것과 양쪽 면에 1DPC 패턴을 형성한 도광판을 제작하였다
LED 어레이를 길이가 긴 도광판 측면에 접촉시켰으며 Keithley 2602 모델을 사용하여 LED에 안정적인 전원을 공급 하였고, Minolta CS1000A를 사용하여 휘도와 색좌표 측정을 하였다. CS-IOOOA의 렌즈로부터 도광판 윗면까지의 거리는 10cm이다.

이론/모형

마이크로 패턴이 주기적으로 형성된 면에 빛이 입사하면스넬법칙이 적용되어 반사광선과 투과광선은 각기 한 개의 방향으로만 진행한다.
ID PC 패턴 도광판을 설계하는데 상업용 패키지인 Gsolver [11]와 Mathematica[12]를 이용하여 전산모사를 수행하였다. 이때 패턴의 간격인 공간주기 500nm, 패턴의 높이 250nm, duty cyclee 50%, 패턴의 모양은 직사각형 형태로 입력하였다[13].

성능/효과

이때 패턴의 간격인 공간주기 500nm, 패턴의 높이 250nm, duty cyclee 50%, 패턴의 모양은 직사각형 형태로 입력하였다[13]. 전산모사 결과 도광판 윗면을 통하여 투과하는 광선은 R, G B 색깔에 대하여 각각 방위각이 0°, 20°, 30°가 되어 도광판으로 적합하다는 것을 알 수 있다. ID PC에 입사한 한 개의 광선은 여러 개의 반사광선과 투과광선으로 갈라지며 반사한 각개의 광선은 도광판 밑면과 측면에 다중 반사한 후 ID PC에 입사한다.
이때 상업용 도광판의 크기는 본 실험에서 제작한 도광판의 크기와 같은 3cm X 4cm이다. 프리즘 시트는 상용에서 쓰는 것을 사용하였으며 확산판은 여러가지 샘플 중에서 본 실험에서 제작한 도광판과 결합하여 성능이 가장 우수한 것을 선택하였다
상업용 도광판에 비하여 ID PC 도광판은 중앙 각도 영역의 휘도가 2.4배 향상되었으며 색좌표 편차는 X 편차와 y 편차가 각기 12.7배와 5.8배 크게 나타났다. 도광판의 양쪽 면에 ID PC가 식각된 ID PC-1D PC 도광판은 중앙 각도 영역의 휘도가 如배 향상되었고, X, y 색좌표 편차는 ID PC와 거의 대등하였다.
8배 크게 나타났다. 도광판의 양쪽 면에 ID PC가 식각된 ID PC-1D PC 도광판은 중앙 각도 영역의 휘도가 如배 향상되었고, X, y 색좌표 편차는 ID PC와 거의 대등하였다. ID PC-1D PC/프리즘은 중앙 각도 영역의 휘도가 5.

후속연구

문제는 문제점으로 남는다. 본 실험에서 사용된 프리즘 시트는 마이크로 패턴을 채택한 상업용 도광판에 적합한 형대이므로 나노미터 패턴 회절격자 도광판에 적합한 프리즘 시트를 개발할 필요가 있다.

참고문헌 (14)

T. Okumura, A. Tagaya, Y. Koike, M. Horiguchi, and H. Suzuki, "Highly-efficient backlight for liquid crystal display having no optical films" Applied Physics Letters, vol. 83, no. 13, pp.2515-2517, Sept. 2003

상세보기
D. Feng, G. F. Jin, Y. B. Yan, and S. S. Fan, "High quality light guide plates that can control the illumination angle based on microprism structures" Applied Physics Letters, vol. 85, no. 24, pp. 6016-6018, Dec. 2004
W. F. Weber, C. A. Stover, L. R. Gilbert, T. J. Nevitt, and A. J. Ouderkirk, "Giant birefringent optics in multilayer polymer mirrors" Science, vol. 287, pp. 2451-2456, March 2000

상세보기
G.. L. Chen, C. Leu, and T. C. Yu, "Light guide plate with diffraction gratings and backlight module using the same" U.S. Patent 7,085,056 (1 August 2006)
H. P. D. Shieh, Y. P. Huang, and K. W. Chien, "Micro-optics for liquid crystal displays application" IEEE/OSA J. Disp. Technol. vol. 1, no. 1, pp. 62-76, Sept. 2005

상세보기
X. Yang, Yingbai Yan, and Guofan Jin, "Polarizing light-guide plate for liquid crystal display" Opt. Express, vol. 13, no. 21, pp. 8349-8356, October 2005

상세보기
S. Ochiai, "Light guide plates and light guide plate assembly utilizing diffraction grating" U.S. Patent 5,703,667 (30 December, 1997)
Y. Ye, D. Pu, Y. Zhou, and L. Chen, "Diffraction characteristics of a submicrometer grating for a light guide plate" Appl. Opt. vol.46, no. 17, 3396-3399, June 2007

상세보기
S. H. Kim, J.-D. Park, and K.-D. Lee, "Fabrication of a nanowire grid polarizer for brightness enhancement in liquid crystal display" Nanotechnology vol. 17, no. 17, pp. 4436-4438, Sept., 2006

상세보기
K. W. Chien and H. P. D. Shieh, "Design and fabrication of an integrated polarized light guide for liquid-crystal-display illumination" Appl. Opt. vol. 43, no. 9, pp. 1830-1834, March 2004

상세보기
http://www.gsolver.com
http://www.wolfram.com
정재훈, 김경래, 신원진, 홍진수, 이병욱, 이태성, 이종하, 이근우, 김창교, "PMMA 기판 위에 형성된 나노미터크 기의 회절격자 패턴의 도광판에의 응용해석" 2007년도 대한전기학회 전기물성응용부문회 추계학술대회 논문집, pp. 248-249, Nov. 2007
이병욱, 이태성, 이종하, 이근우, 홍진수, 정재훈, 김창교, "나노 임프린팅 기술에 의한 나노패턴을 갖는 PMMA 도광판 제조 기술" 한국전기전자재료학회 2007년도 추계학술대회 논문집, pp. 414-415, Oct. 2007

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