KR0136061B1 - 두부탑재형 광학 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 두부탑재형 광학표시장치에 관한 것으로, 특히 콘트라스트와 화면의 균질한 밝기 분포를 높이고 광학계의 설계 자유도를 높이기 위한 것이다.

이와같은 본 발명의 목적은 백색광을 방사하는 광원과, 상기 광원으로부터 방사된 빛을 일정방향으로 반사시키는 반사수단과, 상기 반사수단에서 반사된 빛을 다수개의 광섬유를 통하여 목적하는 곳으로 전송하는 광전송수단과, 상기 전송수단으로부터 전송되어 온 빛을 화상으로 변환하는 액정판넬과, 상기 액정판넬에서 출력된 화상을 확대시키는 투사렌즈로 구성함으로써 달성될 수 있고, 특히 상기 광전송수단은 광원의 빛을 집속하는 집속부와, 상기 집속수단에서 집속된 빛을 전송하는 전송부와, 상기 전송부에 의하여 전송된 빛을 임의의 크기로 변형시키는 변형부로 구성하여, 상기 집속부와 변형부는 중심으로부터 가장자리로 갈수록 굴절율 분포가 서서히 감소하도록 하며, 또한 상기 집속부, 전송부, 변형부는 서로 마주보는 단면의 중심이 일치하도록 하고, 상기 전송수단과 액정판넬 사이에는 전송된 빛의 경로를 바꾸어주는 마이크로 렌즈를 더 포함하여 구성할 수 있다.

Description

두부탑재형 광학 표시장치

제1도는 종래 두부 탑재형 광학표시장치의 개략적 구성도.

제2도는 본 발명 두부 탑재형 광학표시장치의 개략적 구성도.

제3도는 종래의 광학표시장치를 설명하기 위한 동공으로의 광입사 경로도.

제4도는 종래의 광학표시장치를 설명하기 위한 액정판넬의 주시야각이 고려된 광학계의 구성도.

제5도는 본 발명 광학표시장치를 설명하기 위한 광섬유다발의 단면도.

제6도는 본 발명 광학표시장치를 설명하기 위한 액정판넬 즉 광섬유다발의 구성도.

제7도는 본 발명 광학표시장치를 설명하기 위한 광섬유와 마이크로 렌즈의 조합구성도.

제8도는 본 발명 광학표시장치를 설명하기 위한 액정판넬과 마이크로 렌즈의 조합구성도.

제9도는 본 발명 광학표시장치를 설명하기 위한 광섬유에 의한 광학계의 구성도.

제10도는 제9도를 구성하는 광섬유다발 각 부에서의 굴절율 변화그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 광원2 : 반사경

3 : 액정판넬3a : 상판

3b : 빛 차단막3c : 액정층

3d : 박막트랜지스터층3e : 하판

4 : 렌즈5 : 제1 접촉부

6 : 광섬유 다발6a : 광섬유심

6b : 광섬유 덮개7 : 제2접촉부

8 : 제 1 마이크로 렌즈9 : 제 2 마이크로 렌즈

10 : 제3 마이크로 렌즈11 : 제1 광섬유

12 : 제2 광섬유13 : 제3 광섬유

본 발명은 두부탑재형 광학표시장치에 관한 것으로, 특히 콘트라스트와 화면의 균질한 밝기 분포를 높이고, 광학계의 설계 자유도를 높이기 위한 것이다.

첨부한 도면 제1 도는 종래의 두부 탑재형(Head Mounted)광학표시장치의 개략적 구성도로서, 백색광을 발생하는 광원(1)과, 상기 광원으로부터 발생한 광을 반사시켜 목적하는 곳에 방사하기 위한 반사경(2)과, 상기 반사경과 광원을 통하여 입사된 광과 전기적 영상신호를 받아서 화상을 형성시키는 액정판넬(3)과, 상기 액정판넬에 형성된 화상의 허상을 볼 수 있도록 하는 렌즈(4)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 광학계에서 액정판넬, 특히 TN(Twist Nematic)액정의 경우, 제 4도에 표시한 것처럼, 액정고유의 특성과 배향방법에 의하여 액정판넬의 주시야각(θ)은 일정한 각도를 갖고 있고, 또한 이 각(θ)는 액정판넬 평면법선에 대하여 일정한 각도로 기울어져 있다.

그러므로 콘트라스트를 높이기 위해서는 광원의 광축과 액정판넬의 중심법선을 이 각(θ)만큼 기울여야 한다.

첨부한 도면 제3도는 종래의 광학표시장치를 설명하기위한 동공으로의 광입사 경로도로서, 인간의 동공길이(1)는 수 밀리미터(mm)이므로 액정판넬의 각 화소로부터 출사되어 동공으로 들어오는 빛의 각도 (θ)는 매우 작다. 그런데 일반적인 광원은 공원의 발광부 크기 및 반사경의 제조 특성상 액정판넬의 각 부분에서 동공으로 들어갈 수 있는 빛의 각도를 임의로 제어하는 것이 매우 어렵다.

즉, 광원으로부터 방사된 빛의 손실 및 이들 빛의 내부반사등으로 화질의 선명도가 저하되며, 빛의 경로를 액정판넬에서 일률적으로 θ만큼 유지시키기 어렵기 때문에 화면의 콘트라스트가 저하된다.

또한 제 3도와 같이 광원과 반사경의 위치가 액정판넬과 렌즈의 위치에 대하여 상대적으로 결정되므로 두부 탑재형 광학표시장치의 외관 디자인 및 크기의 자유도를 저하시키는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명에서는 상기의 문제점을 광섬유로 구성한 광전송수단을 이용하여 해결하고자 한다.

이와같은 본 발명의 목적을 백색광을 방사하는 광원과, 상기 광원으로부터 방사된 빛을 일정방향으로 반사시키는 반사수단과, 상기 광반사수단에서 반사된 빛을 다수개의 광섬유를 통하여 목적하는 곳으로 전송하는 광전송수단과, 상기 전송수단으로부터 전송되어 온 빛을 입사받아 화상을 표시하는 액정판넬과, 상기 액정판넬에서 출력된 화상을 확대시키는 투사렌즈로 구성하므로써 달성될 수 있고, 특히 상기 광전송수단은 광원의 빛을 집속하는 집속부와, 상기 집속부에서 집속된 빛을 전송하는 전송부와, 상기 전송부에 의하여 전송된 빛을 임의의 크기로 변형시키는 변형부로 구성하여, 상기 집속부와 변형부는 중심으로부터 가장자리로 갈수록 굴절율 분포가 서서히 감소하도록 하며, 또한 상기 집속부, 전송부, 변형부는 서로 마주보는 단면의 중심이 일치하도록 하고, 상기 전송수단과 액정판넬 사이에는 전송된 빛의 경로를 바꾸어주는 마이크로 렌즈를 더 포함하여 구성할 수 있다.

본 발명 두부탑재형 광학표시장치의 구성은 첨부한 도면 제2도에 표시한 것처럼 광원(1)으로부터 방사된 백색광을 액정판넬로 반사시키는 반사경(2)과, 전기적 영상신호를 받아 화상을 형성시키는 액정판넬(3)과, 상기 광원으로부터 액정판넬에 도달하는 광의 경로를 임의로 바꾸어주는 광섬유다발(6)과, 액정판넬에 형성된 화상의 허상을 볼 수 있도록 하는 렌즈(4)로 구성된다.

상기와 같이 구성한 본 발명 두부 탑재형 광학표시장치의 세부적 구성을 첨부한 도면 제5도 내지 제9도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제5도에 표시한 것처럼 광의 경로를 바꾸어 주기 위한 광섬유다발은 다수개의 광섬유로 이루어져 있고, 그 각각의 광섬유는 중심축의 광섬유심(6a)과, 상기 광섬유심을 덮고 있는 광섬유덮개(6b)로 구성된다.

제2도의 광섬유 다발 광원 쪽 접촉부(5)는 반사경(2)의 일부분과 접촉되어 빛을 되도록 많이 광섬유에 집속되도록 한다.

두부 탑재형 광학표시장치의 용도에 따라서는 마이크로 렌즈에 의하여 빛의 평행도를 임의로 억제할 수도 있다.

첨부한 도면 제6도, 제7도, 제8도는 액정판넬과 광섬유 다발 끝 단면의 구성에 관한 것으로, 광섬유 다발 끝 단면과 액정판넬면과의 액정판넬의 콘트라스트를 향상시키기 위하여 θ만큼 기울어져 있고, 광섬유다발로부터 출사된 빛은 마이크로 렌즈를 통하도록 구성되어 있다.

제7도, 제8도와 같이 광원으로부터 광섬유에 입사된 빛은 광섬유(6)와 액정판넬(3) 사이에 위치하여 마주보는 제1 마이크로 렌즈(8)에 의하여 평행광이 되고 제 마이크로 렌즈(9)에 의하여 액정판넬의 액정층(3c)에 집속된다.

상기 액정판넬을 투과한 빛은 제3 마이크로 렌즈(10)에 의하여 평행광으로 된다.

첨부한 도면 제9도는 빛 집 속의 효율을 높이기 위하여 마이크로 렌즈를 사용하지 않고 광원으로부터 액정판넬까지의 빛 경로를 제어하기 위한 본 발명 광학계의 구성도로서, 광섬유심의 반경이 다른 광섬유다발을 제1 광섬유(11), 제 2 광섬유(12), 제 3 광섬유로 구분하여 이들을 상호 결합시켜 구성한 것이다.

상기 구성에서 제1 광섬유(11)의 심반경을a, 심덮게를 b, 심굴절율 n1, 덮개 굴절율 n2, 제3 광섬유의 심반경을 c라고 정의한다.

광원으로부터의 빛은 제2 광섬유(12)에 의하여 집속되며, 이 광섬유의 길이(L1)는 광섬유 최외곽으로 들어온 빛이 그 경로를 바꾸어 첫 번째 광섬유 심에 도달되는 거리로 하여 광원으로부터 방사된 대부분의 빛이 L1에서 제1 광섬유의 심 중심부위로 집속되도록 한다. 또한, 제2 광섬유의 길이를 제2, 제3의 광섬유 길이나 그 이상의 집점거리로 할 수도 있다.

제1 광섬유의 길이는 특별한 제한이 없으며 두부탑재형 광학표시장치의 사용용도나 구조에 따라 자유롭게 조절할 수 있다.

액정판넬쪽의 제2 광섬유(12')는 빛의 경로가 광섬유 중심에서 또 다른 지점의 광섬유 중심으로 향하므로 광원쪽 광섬유 길이(L1)의 배수에 해당되는 길이를 이용하여 상기 제2 광섬유(12')를 통과한 빛이 제3 광섬유(13)의 중심에 집속되도록 한다.

상기 제3 광섬유(13)는 그 굴절율이 제2 광섬유(12)에 비하여 급격히 변하도록 되어있고, 제3 광섬유(13)의 길이(L2)는 광섬유로 들어온 빛의 경로가 상시 제3 광섬유(13)의 심 반경 C를 지나는 위치로 함으로써 출사되는 빛을 평행광으로 변환하게 된다. 경우에 따라서는 제3도의 액정판넬 각 위치에서의 출사 각도를 고려하여 임의의 각도로 조절되도록 제3 광섬유의 길이(L2)를 설정할 수도 있다.

제1 광섬유(11), 제2 광섬유(12), 제3 광섬유(13)는 제 10도에서와 같이 광섬유 중심으로부터의 굴절율 분포가 각기 서로 다르고, 중심에서의 굴절율도 서로 다른 특징을 갖는다. 상기 제 3 광섬유(13)의 심 굴절율과 반경을 액정판넬로 조사되는 빛의 빔 폭에 따라 결정할 수 있다.

상기에서 설명된 3종류의 광섬유에 의하면 빛의 경로를 액정판넬의 주시야각방향으로 일치시키는 것이 용이하고, 액정판넬에 입사되는 빛의 빔폭을 임의로 조절가능하다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명의 광학장치는 광전송과정에서의 빛손실을 광섬유 다발을 이용하여 줄여주므로서 콘트라스트와 화면의 균질한 밝기 분포를 높일 수 있고, 광학계의 자유도를 높여 주는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 백색광을 방사하는 광원과, 상기 광원으로부터 방사된 빛을 일정방향으로 반사시키는 반사수단과, 상기 반사수단에서 반사된 빛을 다수개의 광섬유를 통해 목적하는 곳으로 전송하는 광전송수단과, 상기 광전송수단으로부터 전송되어 온 빛을 화상으로 변환하는 액정판넬과, 상기 액정판넬에서 출력된 화상을 확대시키는 투사렌즈로 구성된 두부탑재형 광학표시장치에 있어서, 상기 광전송수단은 광원의 빛을 집속하는 집속부와, 상기 집속부에서 집속된 빛을 전송하는 전송부와, 상기 전송부에 의해 전송된 빛을 임의의 크기로 변형시키는 변형부로 구성되고 상기 변형부의 단면은 액정판넬과 일정한 각도로 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 두부탑재형 광학표시장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 집속부와 변형부는 중심으로부터 가장자리로 갈수록 굴절율 분포가 서서히 감소하는 것을 특징으로 하는 두부탑재형 광학표시장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 집속부, 전송부, 변형부는 서로 마주보는 단면의 중심이 일치하도록 구성한 것을 특징으로 하는 두부탑재형 광학표시장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 전송수단과 액정판넬 사이에는 전송된 빛의 경로를 바꾸어주는 마이크로렌즈를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 두부탑재형 광학표시장치.