KR100795864B1 - 콜리메이트 광을 액정 디스플레이에 분포시키기 위한 중공캐비티 라이트 가이드 - Google Patents

Abstract

중공 캐비티(7)를 둘러싸고 있는 광학 엘리먼트를 포함하는 광학 라이트 가이드는 균질화된 콜리메이트 광(1)을 액정 디스플레이(16)에 균일하게 분포시키도록 구성된다. 광학 라이트 가이드는 상기 라이트 가이드의 입구 애퍼처(2)를 덮고 있는 빔 분할구조(3), 상기 라이트 가이드의 입구 애퍼처와 마주하는 면상의 리타더(13) 및 경면반사기(15), 출구 애퍼처(11) 위의 빔 디렉팅 구조(10) 및 반사 편광기(8)와 함께 입구 애퍼처에 직교하는 출구 애퍼처, 및 출구 애퍼처와 마주하여 상기 라이트 가이드의 바닥상에 있는 경면반사기(12)를 포함한다.

라이트 가이드, 캐비티, 분할, 디렉팅, 균일, 편광, 콜리메이트.

Description

콜리메이트 광을 액정 디스플레이에 분포시키기 위한 중공 캐비티 라이트 가이드{HOLLOW CAVITY LIGHT GUIDE FOR THE DISTRIBUTION OF COLLIMATED LIGHT TO A LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

본 발명은 정보 디스플레이, 조사(illumination), 및 직사광 애플리케이션을 위해 콜리메이트(collimated) 광을 균일하게 분포시키는 것에 관한 것이다.

소비자가 사용하기 위한 대형 스크린 텔레비전 세트와 같은 대형 평탄 디스플레이를 개발하는 것이 오랜동안의 목표였다. 그러한 디스플레이에 대한 기대성능은 주지의 음극선관(CRT) 텔레비전(TV) 디스플레이의 성능과 대등하거나 능가하는 것이다. 이러한 기대성능은, 예를 들면, 오늘날의 CRT 기술로써 넓은 시각을 포함할 수 있고, 시청자는 TV 스크린에 대해 거의 아무데나 앉아서 본질적으로 동일한 화질을 경험할 수 있다. 이러한 CRT 품질 레벨은 플라즈마 디스플레이와 같은 투사 및 방출 기술에서 전형적으로 나타난다.

대화면 플라즈마 디스플레이를 갖는 벽걸이형 TV 세트가 소비자 시장에 나왔다. 이들 플라즈마 디스플레이는 상대적으로 얇고 전형적으로 5인치(12.7cm)보다 작은 두께를 갖고 CRT 같은 시각을 갖는다. 그러나, 현재 대화면 플라즈마 디스플레이는 대다수의 소비자가 사용하기에는 너무 비싸고 경쟁 디스플레이 기술보다 저 해상도인 경향이 있다.

투사 디스플레이는 프로젝터와 스크린 사이의 경로가 방해받지 않아야 한다. 전형적으로 백스크린 투사 디스플레이는 프로젝터, 광학 계전기 및 반투명 스크린을 포함하는 대형 엔클로저를 포함한다. 이들 제약 때문에, 양 타입의 투사 디스플레이는 대다수의 소비자가 사용하기에 바람직하지 않다고 생각된다.

제조하는 데 합리적으로 값싼 직시형 액정 디스플레이가 소비자 TV 세트 시장에 나오기 시작하고 있다. 그러나, 전형적인 랩탑 컴퓨터에서 볼 수 있는 비틀림-네마틱 LCD(TN-LCD)와 같은 전형적인 액정 디스플레이(LCD)는 일반적으로 TV 세트에 대해서 소비자가 기대하는 넓은 시각을 제공할 수 없다. LCD 디스플레이의 시각을 넓히고 또한 디스플레이가 벽걸이형 TV로서 사용될 수 있도록 엔클로저의 전체 두께를 제한하기 위해 여러 방법들이 사용되어 왔다.

LCD 디스플레이를 조명하는 전형적인 접근법은 LCD 디스플레이 뒤에 솔리드 에지-조사 라이트 가이드를 위치결정시키는 것이다. 콜리메이션은 LCD 디스플레이의 출력 편광기에 응용되는 뷰잉 스크린과 결합되어 사용되는 때 LCD 디스플레이의 시각을 개선시키는 것으로 알려져 있다. 주위 조명 조건에서 충분한 판독률을 제공하기 위해서 뷰잉 스크린 및 LCD의 결합으로부터 표면 반사를 최소화하는 것 또한 중요하다. 그러한 반사를 최소화하기 위한 이전의 시도는 뉴트럴 덴시티 필터, 트리플 노치 필터, 및 원편광기의 사용을 포함한다.

솔리드 에지-조사 라이트 가이드의 사용과 연관되어 당업계에서 알려진 바와 같이 흡수 및 헤이즈와 같은 벌크 재료 효과로 인해 광투과율의 감소 및 그러한 라 이트 가이드의 무거움 등을 포함하는 몇몇 단점이 존재한다. 예를 들어, 40 인치(101.6 cm) 대각선 디스플레이를 제공하는 솔리드 글래스 라이트 가이드는 0.5 lb(0.23 kg)의 무게 및 6 mm 두께의 솔리드 글래스 라이트 가이드로부터 10.4 인치(26.4 cm) 대각선 디스플레이 라이트 가이드가 수신하는 동일한 휘도를 제공하려면 두께가 23 mm이고 무게가 약 30 lb(13.6 kg)이 나갈 것이다. 몇몇 광유리는 0.002 %/cm의 낮은 광흡수 손실을 나타내지만, 많은 광플라스틱은 0.10 %/cm에 근접한다. 이러한 광흡수 손실은 파장에 따라 일정하지 않고 따라서 솔리드 라이트 가이드 디바이스에 대해 출력광의 스펙트럼에서 대응하는 변화가 있다는 것을 주목할 가치가 있다.

중공 및 반중공 에지-조사 콜리메이트 라이트 가이드 양자에서의 이전 시도는 균일하지 않은 광출력으로 고생해 왔다. 추출 표면을 굽히고, 매우 긴 추출 길이를 사용하고, 라이트 가이드 출구 표면으로부터 멀리서 콜리메이트 광원의 중심선을 틸팅하는 것을 포함하여 불균일성을 보정하려는 시도는 성공도가 일정치 않았다.

균일한 광출력을 제공하는 액정 디스플레이(LCD)에 콜리메이트 광을 분포시키기 위하여 효율적이고 컴팩트한 중공 에지-조사 라이트 가이드가 필요하다.

본 발명은 콜리메이트 광을 분포시키기 위한 장치 및 방법을 포함하고, 넓은 각 액정 디스플레이(LCD)의 시각을 향상시키기 위해 조명 애플리케이션에서 사용될 수도 있다. 또한, 다른 직조명 애플리케이션에 대하여 콜리메이트 광을 분포시키 기 위해 사용될 수 있다. 더 구체적으로, 본 발명은 입구 애퍼처를 통하여 콜리메이트 광을 수신하고 입구 애퍼처에 직교하는 출구 애퍼처로부터 광을 균일하게 전송하는 다양한 광필름에 의해 둘러싸인 중공 캐비티의 독특한 구성을 포함하는 라이트 가이드이다. 입력광은 콜리메이트되고 균질화되어 있는 것이 유리하다.

진보성 있는 중공 라이트 가이드의 중요한 이점은 모르핑 엘리먼트와 같은 콜리메이션 엘리먼트가 동일하다면 동일한 미세구조 파트 및 경면반사기를 사용하여 임의 크기의 가이드가 조립될 수 있다는 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 단일-에지-결합되고 편광된 중공 라이트 가이드를 도시하고 상부 광 로브에 대한 추출 방법을 설명하는 도,

도 2는 도 2의 중공 라이트 가이드를 도시하고, 하부 광 로브에 대한 추출 방법을 설명하는 도.

도 3은 도 1 및 도 2의 중공 라이트 가이드의 길이와 두께 사이의 기하학적 관계를 도시하는 도,

도 4는 도 1 및 도 2의 추출 메카니즘에 대한 레이-트레이스 모델링의 결과를 도시하는 도.

본 발명을 수행하기 위한 모드

도 1을 보면, LCD 디스플레이(16)의 작동 원리는 소정의 축을 따라 직선편광된 광을 우선적으로 통과시키는 것이다. 본 발명은 s-편광 및 p-편광 성분 모두를 포함하는 균질화된 콜리메이트 광을 도 1에 도시된 입구 애퍼처(2)를 통하여 받아들이고 p-편광 성분만을 포함하는 광을 출구 애퍼처(11)를 통하여 출력한다. p-편광 성분의 축이 LCD 디스플레이(16)의 축과 정렬되어 있지 않다면, 예를 들어 NittoDenko 또는 International Polarizer로부터 이용가능한 리타더(retarder)가 출구 애퍼처(11)와 LCD 디스플레이(16)의 사이에 광의 효율적 전송을 개선시키기 위해 삽입될 수 있다. 콘트라스트를 더 향상시키기 위해 위상 보정 부재가 사용될 수 있다.

본 발명에 따라 중공 라이트 가이드는 광필름으로 중공 캐비티(7)를 둘러쌈으로써 형성된다. 중공 캐비티(7)는 입구 애퍼처(2) 및 맞은편 말단 에지로 구성되는 제 1 세트의 평행면, 바닥 에지 및 출구 애퍼처(11)로 구성되는 제 2 세트의 평행면, 및 옆면을 형성하는 제 3 세트의 평행면(도시되지 않음)을 포함하는 평행육면체로서 구성된다. 도 1 및 도 2에는 입구 애퍼처(2)를 통하여 수직으로 뻗어나오고 출구 애퍼처(11)와 평행인 기준 평면(100)이 기준표시 목적으로 도시되어 있다. 본 발명의 하나의 특징은 출구 애퍼처(11)가 입구 애퍼처(2) 및 제 3 세트의 평행면에 직교한다는 것이다.

입구 애퍼처(2)는 3M 코포레이션에 의해 제조되는 브라이트니스 인핸스먼트 필름(BEF)과 유사한 형상일 수 있는 프리즘 어레이 필름과 같은 빔 분할구조(3)에 의해 덮혀 있다. 빔 분할구조(3)가 프리즘 어레이 필름을 포함하는 본 발명의 실시예에 있어서, 이러한 프리즘 어레이 필름의 평평한 측면은 중공 캐비티(7)쪽으로 향해 있다. 빔 분할구조(3)는 균질화된 콜리메이트 광(1)의 입사 빔을 상부 빔 로 브(4) 및 하부 빔 로브(5)로 대칭적으로 분할하도록 구성되어 있고, 상부 및 하부 빔 로브는 각(θ)으로 기준 평면(100)의 어느 한 측상에서 반대 방향으로 발산한다. 본 발명의 1 태양에 있어서 상부 빔 로브(4)와 기준 평면(100)의 사이에 형성된 각(θ)의 크기는 기준 평면(100)과 하부 빔 로브(5)의 사이에 형성된 각(θ)의 크기와 동일하다.

제 1 경면반사기(15)상에 배치되어 있는 리타더(13)는 중공 캐비티(7)의 말단 에지를 형성한다. 제 2 경면반사기(12)는 중공 캐비티(7)의 바닥 에지를 형성한다. 또한 경면반사기는 제 3 세트의 평행면(도시되지 않음)을 각각 형성한다.

출구 애퍼처(11)는 프리즘 어레이 필름과 같이 거친 프리즘 특성을 포함하는 빔 디렉팅 구조(10)에 인접한 반사 편광기(8)에 의해 덮혀있다. 빔 디렉팅 구조(10)가 프리즘 어레이 필름을 포함하는 본 발명의 실시예에 있어서는, 이러한 프리즘 어레이 필름의 평평한 측면이 중공 캐비티(7)로부터 먼쪽으로 향해있다. 편광 상태를 보존하기 위해서, 빔 디렉팅 구조(10)는 실제로 임의의 복굴절 특성을 감소시키는 방식 및 폴리머로 제조되어야 한다. 적합한 재료는, PPG Industries로부터의 CR-39 알릴 디글리콜 카보네이트 레진과 같은 안경산업 및 ATOFINA Chemicals로부터의 Plexiglas VOD-100 아크릴산 몰딩 레진과 같은 콤팩트 디스크 산업으로부터 이용가능하다.

반사 편광기(8)는 멀티-레이어 폴리메릭 필름, 그레이징 입사 홀로그램, 및 콜레스테릭 액정 필름과 같은 적합한 재료로 만들어질 수 있다.

중공 캐비티(7)내에서 광 콜리메이션을 유지하기 위해, 바운딩 광학 표면의 평탄성 및 직교성을 유지하여야 한다. 따라서, 이들 광필름 표면은 구조적 지지부재를 필요로 한다. 광을 전송하지 않는 표면은 글래스 또는 플라스틱 시트 스톡에 의해 지지될 수 있고, 금속 및/또는 벌집 구조에 의해 더 강화될 수 있다. 출구 애퍼처(11)와 같이 광을 전송하는 표면은 복굴절하지 않고 투과적인 소형의 포스트 같은 엘리먼트(도시되지 않음)에 의해 지지될 수 있다. 이들 투과적인 포스트 같은 엘리먼트는 일단 출력 빔이 LCD 디스플레이(16)에 도달하면 분간될 수 없다고 판명되어야 할 만큼 횡단면적이 충분히 작다. 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서는, 포스트 같은 지지 엘리먼트가 투과적인 대신에 광을 흡수한다.

바람직한 실시예에 있어서, 광학 도관으로부터의 무편광 광원은 중공 라이트 가이드의 직사각 에지내로 공급되어 꽉들어찬 높은 종횡비 비-이미징 광 엘리먼트에 의해 콜리메이트된다. 그러한 비-이미징 광 엘리먼트는 광학 접촉에서 인접 평평한 측면을 갖는 복수의 라운드-투-스퀘어 모르핑 엘리먼트로부터 만들어진 어레이 구조, 또는 선택적으로 상부 및 하부 미러 플레이트에 의해 둘러싸인 중공 삼각 엘리먼트의 어레이를 포함할 수 있다. 양 어레이 구조는 균일 광출력을 보증하도록 유리하게 설계되어 있다. 선택적으로, 이들 구조는 균일성을 여전히 유지하는 동안 다양한 패키징 제약을 고려하도록, 낮은 굴절률 접착제를 사용하여 광학적으로 본딩된 스페이서 및 프리즘을 수반할 수 있다.

본 발명에 따른 중공 라이트 가이드는 다음사항을 포함하는(그러나 국한되지는 않음) 몇몇 광원 디콜리메이션을 제한하도록 설계될 수 있는 것이 유리하다.

● 표면의 미세한 거칠음

● 제조 프로세스에 의해 야기된 미세구조 특징의 에지-라운딩

● 인클루젼으로 인한 산란, 굴절률 변동(예를 들면 공기 방울) 등과 같은 재료 벌크 효과

● 재료 와프, 벤드, 및 트위스트

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 광학 라이트 가이드는 다음과 같은 방식으로 작동한다. 무편광 콜리메이트 광빔(1)은 프리즘 어레이 필름과 같은 빔 분할구조(3)에 의해 덮혀 있는 입구 애퍼처(2)에서 수신된다. 무편광 콜리메이트 광빔(1)과 빔 분할구조(3) 사이의 상호작용은 무편광 콜리메이트 광빔(1)을 상부 빔 로브(4) 및 하부 빔 로브(5)로 대칭적으로 분할하도록 작용하고, 각각의 빔 로브는 s-편광 및 p-편광 광 모두를 포함하고 있다.

상부 빔 로브(4)는 중공 캐비티(7)를 통하여 나아가고 반사 편광기(8)에 부딪히게 된다. 상부 빔 로브(4)와 반사 편광기(8) 사이의 상호작용은 상부 빔 로브(4)를 s-편광 상부 빔(6) 및 p-편광 상부 빔(9)으로 분리시키도록 작용한다.

p-편광 상부 빔(9)은 반사 편광기(8)를 통하여 나가서, 출구 애퍼처(11)를 덮고 있는 거친 프리즘 특성을 포함하는 빔 디렉팅 구조(10)내로 들어간다. p-편광 상부 빔(9)과 거친 프리즘 특성을 포함하는 빔 디렉팅 구조(10) 사이의 상호작용은 p-편광 상부 빔(9)이 관통하여 출구 애퍼처(11)를 통해 나갈 때 곧게 나아가도록 작용한다.

s-편광 상부 빔(6)은 다시 중공 캐비티(7)를 통하여 나아가 제 2 경면반사기(12)에 부딪혀 반사됨으로써 리타더(13)내로 들어가게 된다. s-편광 상 부 빔(6)과 리타더(13) 사이의 상호작용은 s-편광 상부 빔(6)이 관통할 때 p-편광 변환된 상부 빔(14)으로 변환되도록 작용한다. 결과로서의 p-편광 변환된 상부 빔(14)은 제 1 경면반사기(15)로부터 반사되어 다시 중공 캐비티(7)를 통하여 나아가고 반사 편광기(8)에 부딪히게 된다. 또한 p-편광 변환된 상부 빔(14)은 반사 편광기(8)를 통하여 나가서, 출구 애퍼처(11)를 덮고 있는 거친 프리즘 특성을 포함하는 빔 디렉팅 구조(10)내로 들어간다. p-편광 변환된 상부 빔(14)과 거친 프리즘 특성을 포함하는 빔 디렉팅 구조(10) 사이의 상호작용은 p-편광 변환된 상부 빔(14)이 관통하여 출구 애퍼처(11)를 통해 나갈 때 곧게 나아가도록 작용한다.

하부 광빔 로브(5)는 중공 캐비티(7)를 통하여 나아가고 제 2 경면반사기(12)에 부딪히게 된다. s-편광 및 p-편광된 광을 모두 포함하는 하부 광빔 로브(5)는 중공 캐비티(7)의 말단 에지상에 배치된 리타더(13)에 부딪히지 못하게 되어야 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 하부 빔 로브(5)는 제 2 경면반사기(12)로부터 반사되어 다시 중공 캐비티(7)를 통하여 나아가고 반사 편광기(8)에 부딪히게 된다. 하부 빔 로브(5)와 반사 편광기(8) 사이의 상호작용은 하부 빔 로브(5)를 s-편광 하부 빔(18) 및 p-편광 하부 빔(17)으로 분리시키도록 작용한다.

또한 p-편광 하부 빔(17)은 반사 편광기(8)를 통하여 나가서, 출구 애퍼처(11)를 덮고 있는 빔 디렉팅 구조(10)내로 들어간다. p-편광 하부 빔(17)과 빔 디렉팅 구조(10) 사이의 상호작용은 p-편광 하부 빔이 관통하여 출구 애퍼처(11)를 통해 나갈 때 곧게 나아가도록 작용한다.

s-편광 하부 빔(18)은 다시 중공 캐비티(7)를 통하여 나아가고 제 2 경면반사기(12)에 부딪혀 반사됨으로써 리타더(13)내로 들어가게 된다. s-편광 하부 빔(18)과 리타더(13) 사이의 상호작용은 s-편광 하부 빔(18)이 관통하여 갈 때 p-편광 변환된 하부 빔(19)으로 변환되도록 작용한다. 결과로서의 p-편광 변환된 하부 빔(19)은 제 1 경면반사기(15)로부터 반사되어 다시 공통 캐비티(7)를 통하여 나아가고, 경면반사기(12)로부터 또 반사되어 최종적으로 반사 편광기(8)에 부딪히게 된다. 또한 p-편광 변환된 하부 빔(19)은 반사 편광기(8)를 통해 나아가, 출구 애퍼처(11)를 덮고 있는 빔 디렉팅 구조(10)내로 들어간다. p-편광 변환된 하부 빔(19)과 빔 디렉팅 구조(10) 사이의 상호작용은 p-편광 변환된 하부 빔(19)이 관통하여 출구 애퍼처(11)를 통하여 나갈 때 곧게 나아가도록 작용한다.

무편광 콜리메이트 입력 광빔(1)의 어떠한 것도 입구 애퍼처(2)를 통하여 실제로 다시 리사이클링되지 않고, 모든 무편광 콜리메이트 입력 광빔(1)이 실제로 p-편광된 광으로 변환되어 출구 애퍼처(11)를 통하여 나간다는 것이 본 발명의 특징이다.

도 3에는 상기 본 발명의 특정 실시예와 연관되어 고찰되는 설계가 약간 도시되어 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 중공 캐비티(7)는 출구 애퍼처(11)에 직교하는 입구 애퍼처(2)를 갖는 평행육면체로서 구성되어 있다. 도 3을 보면, 중공 캐비티(7)의 라이트 가이드 두께(t; 301)는, 인텐듀(entendue) 고려에 의해 제한되는 바와 같이, 휘도 및 기계적 패키징 제약 모두에 의존한다. 중공 캐비티(7)의 라이트 가이드 길이(L;302)는 LCD 디스플레이와 같이 조사될 영역 에 의해 결정된다. 또한 도 1 및 도 2에서 점선으로서 도시된 바와 같이, 상기 입구 애퍼처(2)에 수직한 축선으로부터 측정되는 입력 빔 로브 각(θ; 303)은 출력 빔 균일성을 제공하도록 선택된다. 입력 빔 로브 각(θ; 303)은 빔 분할구조(3) 및 빔 디렉팅 구조(10)에서의 고유한 제한으로 인해 특정 각으로 한정된다.

도 1, 도 2, 및 도 3을 참조하면, s-편광 및 p-편광 광을 모두 포함하는 하부 광빔 로브(5)가 예를 들어 반사 편광기(8)에 의해 p-편광 및 s-편광 성분 빔으로 먼저 분리됨이 없이는 리타더(13)내로 반사되어 들어가지 못하도록 t, L, 및 θ의 조합이 선택된다는 것이 본 발명의 일 태양이다.

상기 본 발명의 특정 실시예를 실시하기 위해서, 입력 빔 발산 및 미세구조의 엘리먼트 기하구조는 전체적인 라이트 가이드 효율뿐만 아니라 출력 p-편광 상부 빔(9), p-편광 변환된 상부 빔(14), p-편광 하부 빔(17), 및 p-편광 변환된 하부 빔(19)의 균일성을 보증하도록, Tanθ = t/L인 경우에, t 및 θ의 조정을 필요로 한다. 당업계에 알려져 있는 수학적 분석 및 레이 트레이싱 방법은 이들 조정을 결정하기 위해 사용될 수 있다.

다음으로 도 4를 보면, 도 1 및 도 2의 추출 메카니즘을 위한 레이-트레이싱 모델링의 결과가 도시되어 있다. 본 발명의 일 예시적인 실시예에 따라 프리즘 어레이 필름을 포함하는 빔 분할구조(3)의 표면의 일부를 형성할 수 있는, 1.58의 굴절률과 약 105˚의 에이피컬 각을 갖는, 표본 프리즘 엘리먼트가 도시의 목적으로 크게 확대되어 표면 세부(402)에 도시되어 있다. 본 발명의 일 예시적인 실시예에 따라 프리즘 어레이 필름을 포함하는 빔 디렉팅 구조(10)의 표면의 일부를 형성할 수 있는, 1.58의 굴절률과 약 63˚의 에이피컬 각을 갖는, 표본 프리즘 엘리먼트가 도시의 목적으로 크게 확대되어 표면 세부(401)에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 빔 디렉팅 구조(10)에 인접한 반사 편광기(8)는 멀티-레이어 폴리메릭 필름, 그레이징 입사 홀로그램, 또는 콜레스테릭 액정 필름인 것이 유리하다. 각각의 레이 트레이스(403)가 빔 분할구조(3), 빔 디렉팅 구조(10), 제 1 경면반사기(15), 및 제 2 경면반사기(12)와 상호작용하여 도시되어 있다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 예를 들어 7˚의 소스 입력 수렴 반각을 갖는 무편광 콜리메이트 광빔(1)은 약 105˚의 에이피컬 각을 갖는 프리즘 엘리먼트를 더 포함하는 표면 세부(402)를 포함하는 빔 분할구조(3)에 의해 분할되어 도시되어 있다. 무편광 콜리메이트 광빔(1)과 빔 분할구조(3) 사이의 상호작용은 상기한 바와 같이 무편광 콜리메이트 광빔(1)을 상부 빔 로브(4)로 분할하도록 작용한다. 약 63˚의 에이피컬 각을 갖는 프리즘 엘리먼트를 더 포함하는 표면 세부(401)를 포함하는 반사 편광기(8)와 상부 빔 로브(4) 사이의 상호작용은 상기한 바와 같이 상부 빔 로브(4)를 s-편광 및 p-편광된 빔으로 분리시키도록 작용한다.

도 2 및 도 4를 참조하면, 약 63˚의 에이피컬 각을 갖는 프리즘 엘리먼트를 더 포함하는 표면 세부(401)를 포함하는 반사 편광기(8)와 하부 빔 로브(5) 사이의 상호작용은 상기한 바와 같이 하부 빔 로브(5)를 s-편광 및 p-편광된 빔으로 분리시키도록 작용한다.

본 발명의 대안의 실시예에 있어서는, 중공 캐비티(7)가 진공 챔버일 수도 있고, 공기, 드라이 질소, 또는 불활성 기체로 채워질 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, p-편광 상부 빔(9), p-편광 변환된 상부 빔(14), p-편광 하부 빔(17), 및 p-편광 변환된 하부 빔(19) 각각은 액정 디스플레이(16)를 향하여 나아간다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 광은 광섬유와 같은 광학 도관으로부터 전송되고, 입구 애퍼처(2)에 들어오기 전에 테이퍼 비-이미징 광학 콜리메이션 엘리먼트의 어레이에 의해서 콜리메이트된다. 콜리메이션 엘리먼트는 그 출력에서 스퀘어 횡단면을 가져서 인접 엘리먼트가 쉽게 접하도록 하고, 또한 광이 입구 애퍼처(2)로 들어가기 전에 균질화되는 것이 유리하다.

본 발명의 취지와 범위를 벗어남이 없이 대안의 실시예가 발명될 수 있다.

Claims (17)

1. 균질화된 콜리메이트 광을 균일하게 분포시키기 위한 중공 라이트 가이드에 있어서,

   입구 애퍼처 및 입구 애퍼처와 마주보고 제 1 소정 거리에 위치한 말단 에지로 구성되어 있는 제 1 세트의 평행면, 및 바닥 에지 및 바닥 에지와 마주보고 제 2 소정 거리에 위치한 출구 애퍼처로 구성되어 있는 제 2 세트의 평행면을 더 포함하여 평행육면체로서 구성되어 있는 중공 캐비티,

   상기 입구 애퍼처를 덮고, 빔 분할 구조에 입사하는 상기 콜리메이트 광의 입사 빔을 기준 평면에 대하여 대칭으로, 상기 빔 분할 구조로부터 나와 상기 중공 캐비티로 들어가는 상부 빔 로브 및 하부 빔 로브로 분할하는 상기 빔 분할 구조,

   제 1 경면반사기와 인접하여 함께 상기 중공 캐비티의 상기 말단 에지를 형성하는 리타더,

   상기 하부 광빔 로브의 어떠한 것도 리타더에 부딪히지 않게 반사되도록 기하학적으로 위치결정되어 상기 중공 캐비티의 상기 바닥 에지를 형성하는 제 2 경면반사기, 및

   빔 디렉팅 구조에 인접하여 함께 상기 중공 캐비티의 상기 출구 애퍼처를 덮고 있는 반사 편광기를 포함하고,

   상기 출구 애퍼처는 상기 입구 애퍼처에 직교하고, 평행육면체로서 구성된 상기 중공 캐비티는 상기 입구 애퍼처를 통하여 수직으로 뻗어 상기 출구 애퍼처에 평행한 기준 평면에 의해 더 한정되고, 상기 상부 빔 로브는 상기 기준 평면으로부터 제 1 방향으로 발산하고 상기 하부 빔 로브는 상기 기준 평면으로부터 제 2 방향으로 발산하고, 상기 제 1 방향은 상기 제 2 방향과 반대이고, 상기 리타더는 상기 중공 캐비티의 내부와 상기 제 1 경면반사기의 사이에 배치되어 있고, 상기 반사 편광기는 상기 중공 캐비티의 내부와 상기 빔 디렉팅 구조의 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 중공 라이트 가이드.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 빔 디렉팅 구조는 거친 프리즘 특성을 포함하는 것을 특징으로 하는 중공 라이트 가이드.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 빔 분할구조는 중공 캐비티를 향해 있는 평평한 측면을 포함하는 프리즘 어레이 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 중공 라이트 가이드.
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5. 제 2 항에 있어서, 상기 빔 디렉팅 구조는 중공 캐비티로부터 먼쪽을 향해 있는 평평한 측면을 포함하는 프리즘 어레이 필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하 는 중공 라이트 가이드.
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12. 제 1 항의 중공 라이트 가이드를 포함하고 광학 도관으로부터 입력되는 무편광 광을 사용하는 균일 분포 편광원으로서,

    상기 광입력을 수신하여 상기 중공 라이트 가이드의 입구 애퍼처로 콜리메이트 광을 전송하는 복수의 테이퍼 비-이미징 광학 콜리메이션 엘리먼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 균일 분포 편광원.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 소정거리는 길이(L)이고, 상기 제 2 소정거리는 두께(t)이고, 상기 상부 빔 로브 및 상기 하부 빔 로브는 각각 상기 기준 평면으로부터 각(θ)으로 발산하고, 두께(t)는 실제로 L×tanθ와 같은 것을 특징으로 하는 중공 라이트 가이드.
14. 콜리메이트 광을 디스플레이에 분포시키기 위한 광학 도파관에 있어서,

    광을 위한 입구 애퍼처 및 상기 입구 애퍼처를 덮고 있는 빔 분할구조를 포함하는 제 1 면;

    리타더 및 제 1 경면반사기를 포함하고 상기 제 1 면과 마주보는 제 2 면;

    상기 제 1 면 및 제 2 면과 직교하고 출구 애퍼처 및 상기 출구 애퍼처를 덮 고 있는 반사 편광기와 빔 디렉팅 구조를 포함하는 제 3 면; 및

    상기 출구 애퍼처와 마주하여 제 2 경면반사기를 포함하고 있는 제 4 면을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 도파관.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 빔 디렉팅 구조는 거친 프리즘 특성을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 도파관.
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17. 제 14 항에 있어서, 상기 광학 도파관은 두께(t) 및 길이(L)를 갖고, 상기 빔 분할구조를 통하여 상기 입구 애퍼처로부터 상기 도파관으로 들어가는 광은 상부 및 하부 로브로 분할되고,

    상기 상부 로브 및 상기 하부 로브의 각각은 s-편광된 광 및 p-편광된 광 모두를 포함하고,

    상기 하부 로브는 상기 광학 도파관의 축선에 대해 각(θ)을 이루고,

    t, L, 및 θ의 크기는 상기 하부 로브가 p-편광 및 s-편광 성분 빔으로 먼저 분리됨이 없이는 상기 제 2 면으로부터 반사되지 못하도록 결정 선택되는 것을 특징으로 하는 광학 도파관.

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