KR20020042819A - 단차식 유입 옵티칼 패널 - Google Patents

Abstract

옵티칼 패널(10)은 이미지 광(16)을 수용하기 위해 유입면(20)을 수집적으로 형성하는 단차진 유입면(14a)을 가지고, 그리고 내부반사에 의해 도파관을 통해 챈널 이미지 광을 디스플레이하기 위한 디스플레이 스크린(22)을 수집적으로 형성하는 경사진 방출면(14b)을 가진 적층 옵티칼 도파관(14)을 구비한다.

Description

단차식 유입 옵티칼 패널{STEPPED INLET OPTICAL PANEL}

상기 특허는 그 바닥을 따라서 있는 협폭의 유입면과 그와 비스듬하게 배치된 수직 방출 스크린을 가진 쐐기를 형성하는 박층 도파관을 구비하는 옵티칼 디스플레이 패널을 개시한 것이다. 도파관은 전체 내부 반사로 이미지 광을 전송하기 위해 스크린과 유입면과의 사이에 소 예각으로 경사져 있는 것이다.

옵티칼 패널은 그 높이와 폭에 대비하여 깊이가 상당히 얇아서, 스크린에서의 확장을 위해서 소 유입면을 가로질러 이미지 광이 배분되기에 적절한 투사 옵틱을 요구한다. 도파관은 양호하게 패널의 전체 폭으로 연장되는 리본이며, 동일한 수의 적층 도파관과 대응하는 스크린에서의 적절한 수직 분해(vertical resolution)를 이루도록 패널의 높이를 따라서 수직적으로 함께 적층된다. 수평 분해(horizontal resolution)는 유입면을 횡단하는 이미지 광의 수평 변조에 의해 이루어진다.

쐐기형 구조에서, 도파관은 스크린의 바닥에 있는 최단부와 스크린의 상부에있는 최장부로 변화는 가변길이를 가진다. 이러한 방식에서는, 다수 도파관의 개별 유입구 단부가 협폭의 유입면을 형성하도록 스크린의 바닥에 공통 평면에 배치될 수 있다.

대응적으로, 유입면을 횡단하는 이미지 광을 확산시키는데 사용되는 투사기는 스크린의 폭과 높이를 횡단하는 차등 촛점 평면을 가진 적절한 렌즈 시스템 또는 이미지 옵틱을 필요로 한다. 부가로, 도파관을 통하는 광전송 효율이 완전하지 않으므로, 스크린의 바닥으로부터 상부로의 도파관 길이의 증가는 광도의 손실을 초래한다. 상기 손실은 필연적으로 비용의 증가를 수반하는 양질의 도파관을 사용하여 최소로 할 수 있을 것이다.

쐐기형 옵티칼 디스플레이를 상대적으로 얇게 만들 수 있을 지라도, 이것은 대응 중량으로 폭과 높이가 상대적으로 크게 만들어지게 된다. 그리고, 가변성 길이 도파관은 제작공정상의 곤란함과 비용이 증가하며, 이미지를 수평적과 수직적으로 촛점화 시키기 위한 차등적 촛점 평면을 갖는 상당히 복잡하고 비용이 많이 소요되는 광 투사기를 필요로 하게 된다.

따라서, 향상된 성능을 가지고 중량과 비용을 낮추기 위해서 옵티칼 패널의 두께와 복잡성을 더욱 감소시킬 필요성이 있다.

본 발명은 파이버 옵틱에 관한 것으로서, 특정하게는 비디오 디스플레이 패널에 관한 것이다. 본 발명은 미국특허 제5,381,502호와 제5,625,736호와 동일한 발명자가 상기 특허를 개량한 것이다.

도1은 본 발명의 예를 든 실시예에 따르는 단차식 옵티칼 디스플레이 패널의 등축도이다.

도2는 도1에 도시된 패널을 2-2선을 따라 절취하여 입면으로 나타낸 단면도이다.

도3은 도2의 점선원(3)으로 나타낸 패널의 일부분을 부분 절단하여 확대하여 입면으로 나타낸 단부도이다.

도4는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 옵티칼 패널의 일 부분을 확대하여 나타낸 입면도이다.

도5는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 옵티칼 패널의 일 부분을 확대하여 입면으로 나타낸 도면이다.

옵티칼 패널은 이미지 광을 수용하는 유입면을 수집적으로 형성하는 단차식 유입면을 가지고, 내부 반사에 의해 도파관을 통하는 챈널이 형성된 이미지 광을 디스플레이 하기 위한 디스플레이 스크린을 수집적으로 형성하는 사선 방출면이 있는 적층식 옵티칼 도파관을 구비하는 것이다.

도1과 도2는 대형 비디오 디스플레이 형태로 본 발명의 예를 든 실시예에 따르는 옵티칼 디스플레이 패널(10)을 설명하는 도면이다. 패널은 예를 든 실시예에서는 수직적으로 장착되며, 대응 하우징 또는 캐비넷(12)에서 적절하게 지지되는 것이다.

패널은 적절한 광 투사기(18)로부터 이미지 광(16)을 수신하여, 광을 예를 들어 비디오 이미지(16a)로서 디스플레이를 위해 전체적인 내부반사에 의해 그를 관통하여 전송하는 복수의 적층된 광 도파관(14)을 구비한다.

패널의 확대부분에 대해서는 도3에서 특정적으로 설명된다. 도파관은 이미지 광(16)을 수신하는 유입면(20)을 수집적으로 형성하는 각각의 후방 단부에서 단차형 유입면(14a)을 구비한다. 또한, 도파관은 전체 내부반사로 도파관을 통하여 챈널이 형성된 이미지 광을 디스플레이하기 위한 디스플레이 스크린(22)을 수집적으로 형성하는 각각의 대향측 전방단부에서 경사진 방출면(14b)을 구비한다.

각각의 도파관(14)은 클래딩(14d) 간에 박층으로된 옵티칼 전송 코어(14c)를 구비한다. 상기 코어는 제1굴절 인덱스를 구비하며, 옵티칼 플라스틱 또는 유리로 형성된다. 클래딩 층(14d)은, 코어를 통한 전송 시에 이미지 광의 전체 내부 반사를 제공하기 위해, 코어용의 것보다 낮은 제2굴절 인덱스를 가진다. 상기 클래딩은 예를 들어 적절한 유리, 플라스틱, 또는 에폭시가 될 수 있다. 양호하게, 클래딩은 조명을 받지 않으면 검정 스크린을 제공하는 검정색인 것이다.

도1과 도3에 도시된 바와 같이, 도파관(14)은 양호하게 옵티칼 패널의 폭(W)을 따라 연속적으로 연장되는 얇은 리본 또는 시트 형태로 이루어지며, 패널의 수직 전장길이 또는 높이(H)를 따라서 적층된다. 디스플레이 스크린(22)은 도파관의 폭과 그 전체 수집 높이로 한정된 적절한 측면 비율(aspect ratio)의 외형으로 이루어진 장방형상체 이다. 도3에 도시된 바와 같이, 도파관 방출면(14b)은 양호하게 대체로 평평한 디스플레이 스크린을 형성하는 공면(共面)이거나, 오목 또는 볼록 스크린을 형성하는 예각으로 이루어진다.

도2와 도3에 도시된 바와 같이, 도파관(14)은 수직 지주에 적층되며, 유입면(20)과 디스플레이 스크린(22)은 그 대향측부에 배치된다. 각각의도파관(14)은 양호하게 적절한 값으로 유입면(20)과 대향측 디스플레이 스크린(22)과의 사이에 옵티칼 패널의 수집성 두께(T)를 최소로 하는 약45도 보다 작은 예각 경사 또는 사면 각(A)으로 수직 지주에 비스듬하게 적층된다.

도3에 도시된 양호한 실시예에서, 유입면(14a)은 서로 대체로 평행하게 배치되며, 지주의 높이를 따라서 계단형으로 구조된다. 또한, 유입면은 양호하게 투사기로부터 그 안으로 전송되는 입사 이미지 광(16)의 효율과 축선상에 수용을 최대로 하기 위해 도파관의 측부벽 또는 클래딩에 대해 수직적으로 있다.

광이 유입면과 방출면 사이에서 그 길이방향축선을 따라서 각각의 도파관을 통하여 이동함으로, 최대 광수용 효율은 그로부터 어긋나는 축선반사량을 감소시키는 수직 유입면(14a)으로 획득 될 수 있다. 유입면(14a)의 수선방향은 개별 도파관 내로 광을 지속적으로 효율적으로 수용하는 동안에 ±수 도(a few degrees plus or minus)로 변경될 수 있다.

개별 도파관 내로의 광 수용 효율이 더욱 높아지도록, 유입면(14a)은 양호하게 옵티칼 폴리싱으로 처리 된다. 옵티칼 폴리싱은 플라스틱 또는 글래스 코어(14c)용과는 다르게 이루어진다. 필요에 따라서는, 유입면(14a)이 광 커플링 효율이 향상되도록 적절한 비-반사 코팅처리를 받을 수도 있다.

도3에 개략적으로 설명된 것은 개별 도파관이 예를 들어 약0.05mm의 두께를 가진 박판 유리로 형성되는 옵티칼 패널을 제조하는 양호한 방법이다. 도파관 코어를 형성하는 유리판은 양호하게 크기에 맞추어서 레이저 절단되며, 레이저 절단작업으로 인한 옵티칼 폴리싱 처리된 유입면(14a)으로 이루어진 대응 엣지를 구비한다.

다음, 상기와 같이 절단된 유리판은 대체로 공면 단차형 유입면(20)과 공면 디스플레이 스크린(22)을 형성하도록 구조된 다수 도파관을, 클래딩(14d)을 형성하는 적절한 부착물을 사용하여 함께 박층으로 이룬다.

유리의 레이저 절단이 종래방식일 지라도, 근본적으로 옵티칼 디스플레이 패널을 형성하는데 사용되는 박판 유리의 레이저 절단은 옵티칼 폴리싱으로 처리된 유입구 엣지를 이룬다는 것은 알려져 있는 사실이다. 단차형 유입면(20)의 견지에서 보면, 상기와 같은 옵티칼 폴리싱은, 가능하다면 필요에 맞추어 대체되는 개별 도파관의 폴리싱으로, 실용적이지 않은 것이다. 유리판-대-적절한 크기의 레이저 절단동작은 동시적으로 그와 상관된 추가적 폴리싱작업과 비용을 소요하지 않고 양호하게 폴리싱 처리된 유입면을 생성한다.

박유리 코어용으로 옵티칼 폴리싱 처리된 유입면(14a)은 예를 들어 레이저 절단작업을 사용하는 미국, 뉴햄프셔, 포트마우스에 소재하는 Erie Scientific Corp.로부터 구해질 수 있다.

도3에 도시된 양호한 실시예에서, 유입면(14a)의 적어도 일부, 양호하게는 전부는 패널의 대향측에 디스플레이 스크린(22)에 대해 대체로 평행하게 연장되는 엇갈린 형태의 또는 단차형의 유입면(20)으로 도파관(14)을 따라서 서로 상쇄된다.

개별 도파관(14)은 서로 동일한 것이며, 유입면(14a)으로부터 방출면(14b)으로의 공통길이를 가지는 것이다. 패널의 두께(T)는 사면과 경사각(A)과 도파관의 공통길이로 제어된다.

이러한 방식에서는, 개별 도파관이 그를 관통하는 이미지 광을 챈널하기 위해 실질적으로 가능한 짧게 만들어지며, 배경 섹션에서 인식되는 원래의 쐐기형 옵티칼 패널에 사용되는 바와 같이 스크린의 바닥부에 공통 유입면으로 연장될 필요가 없어진 것이다. 따라서, 도3에 도시된 단차형 유입구 옵티칼 패널은 원래의 쐐기형 옵티칼 패널과 대비하여 두께가 대체로 감소되어진다. 이러한 사실은 부가로 패널의 중량을 감소시키며, 성능을 향상시키면서 복잡도를 감소시키어 투사체와 관련하여 부가적인 잇점을 가지는 것이다.

도3에 도시된 양호한 실시예에서는, 각각의 도파관의 유입면(14a)이 다음 인접한 도파관의 단일 방출면(14b)만을 패널의 전장길이 또는 높이를 수직적으로 따라서 중첩시킨다. 따라서, 패널의 전체 두께는 쐐기형 옵티칼 패널과 대비하여 대체로 낮아진다.

도2에 도시된 바와 같이, 투사체(18)는 캐비넷(12)에 적절하게 장착되며, 스크린(22)에 디스플레이를 위해 개별 도파관(14)을 통한 전송용으로 이미지 광(16)이 그를 횡단하여 투사하는 유입면(20)과 광학적으로 정렬배치 된다. 투사체(18)는 도2에 개략적으로 도시되며, 예를 든 실시예에서는 이미지 광(16)을 생성하는 적절한 광원(18a)을 구비한다. 광원은 예를 들어 전구, 슬라이드 투사체, 비디오 투사체, 또는 레이저 이다.

투사체는 또한 소망하는 광 이미지를 형성하도록 이미지 광을 변조하기 위한 적절한 광변조기(18b)를 구비한다. 변조기는 비디오 이미지를 생성하기 위해 광을 선택적으로 차단 또는 반사 또는 전송하는 매트릭스 요소를 가진 LCD(LiquidCrystal Display) 이다.

그리고, 투사체는 또한 스크린(22)에 이미지를 디스플레이 하도록 도파관을 통한 전송용으로 유입면(20) 위에 패널의 높이를 수직적으로 횡단하고 패널의 폭을 수평적으로 횡단하여 이미지를 배분 또는 방송하기 위한 적절한 렌즈 시스템 또는 이미지 옵틱(18c)을 구비한다. 필요에 의해서, 접힘 거울(24)이 최소 캐비넷 깊이를 가진 콤팩트한 조립체를 이루기 위해 투사체로부터 이미지 광을 새방향으로 향하게 하기 위해서 도2에 도시된 바와 같이 캐비넷(12) 내측부에 사용될 수 있다.

도2에 설명된 단차형 옵티칼 패널의 특정한 잇점은 스크린을 따라서 수평적과 수직적으로 이미지를 모우기 위해 소요되는 이미지 옵틱(18c)의 복잡도를 감소시킨 것이다. 양호하게 개별 도파관(14)이 유입면(20)에 의해 한정된 공통 평면에 배치되는 유입면(14a)이 있는 공통길이를 가지므로, 이미지 광은 쐐기형 옵티칼 패널용으로 이전에 소요되는 그들 사이에 차이가 없이 수직수평적으로 유입면을 따라서 공통적으로 모여지게 된다.

쐐기형 패널은 이미지 옵틱의 필연적으로 수반되는 복잡성이 있으며, 수직수평적 수집을 위해 2개의 다른 촛점 평면을 필요로 한다. 단차형 옵티칼 패널은 이미지 옵틱(18c)의 복잡도가 낮으며, 수평성과 수직성 양쪽의 초점집중용의 단일 촛점 평면을 가지는 것이다. 또한, 이미지 옵틱(18c)은 수직적과 수평적 모두로 전체 유입면(20) 위에 가변형 촛점 평면을 가질 수 있다.

또한, 도파관이 양호하게 공통 길이를 가지므로, 광은 그 공통 길이로 인하여 광도의 차이 또는 손실 없이 그를 통하여 챈널 된다. 도파관 코어(14c)는, 최대 광도와 밝기 및 향상된 콘트라스트를 가진 고해상 이미지를 지속적으로 이루는 그 질과 무관한 저렴한 비용의 옵티칼 재료로 형성되는 것이다. 검정색 클래딩은 비조명 픽셀에서 콘트라스트를 증가한다.

도3에 도시된 도파관(14)이 그 경사진 방출면(14b)에 상관하여 경사짐으로, 그를 통한 챈널 이미지 광은 디스플레이 스크린(22)에 대해 경사지고 도파관의 전파축을 따라서 방출된다. 디스플레이 스크린(22)이 도3에 설명된 양호한 실시예에서 이미지 광을 확산시키기 위해 흐리게(frost)될 지라도, 양호하게 디스플레이 스크린(22)은 경사진 방출면(14b)에 대해 대체로 수직적으로 도파관으로부터의 이미지 광을 새방향으로 향하게 하는 방출면(14b)에 인접한 적절한 수단을 구비한다.

전환수단에는 상표명 TRAF II로 미국 미네소타주 세인트 폴에 소재하는 3M 캄파니에서 상용시판하는 TRAF(Transmissive Right Angle Film) 전환 필름(26)의 형태의 것이 있다. 상기 필름은 디스플레이 스크린(22)과 대면하는 관측자에 의한 직접 수용용으로 그와 대체로 수직적으로 방출면(14b)으로부터 방사를 위해 도파관으로부터 방사되는 이미지 광을 전환하는 도3에 도시된 바와 같은 프레스넬 분광 그루브(fresnel prismatic grooves)(26a)를 구비한다.

전환 필름(26)은 상대적으로 얇은 것이며, 도파관의 방출면에 부착식으로 접착된다. 양호한 실시예에서, 도파관(14), 전환 필름(26), 및 그 부착부는 동일한 굴절 인덱스를 가진다. 이러한 방식에서는, 이미지 광이 도파관을 통하여 효율적으로 챈널되며, 그 광도에서의 현저한 손실 없이 관측을 위해 필름을 통해 전환되는 것이다.

도4는 중첩 없이 다음 인접한 도파관의 방출면(14b)에서 각각의 도파관의 유입면(14a)이 마감하는 옵티칼 패널의 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 도파관(14)은 단면으로 삼각형상이며, 최소두께를 가진다. 개별 도파관이 그 방출면에 제공된 공통 전환 필름(26)에 견고하게 연결되어 함께 적절하게 정렬배치 된다.

도5는 도파관(14)이 그룹으로부터 그룹으로 단차형성된 공면 유입면(14a)을 가진 복수 또는 복합 그룹으로 정렬배치된 옵티칼 패널의 다른 실시예를 설명하는 도면이다. 예를 든 실시예에서, 4개 도파관(14)은 개별 유입면(14a)이 일 계단에서 공면이도록 가변 길이를 가지며, 다음 인접한 도파관 그룹의 공면 유입면(14a)과는 상쇄된다. 이러한 실시예가 도3과 도4에 설명된 실시예보다 더 큰 두께를 필요로 할지라도, 도파관 그룹에 검정색 클래딩(14d)은 공면 방출면(14b)으로부터 관측되는 명확한 검정색과 콘트라스트를 증가시키기 위해 중첩된다.

다양한 실시예로 상술된 단차형 유입면 디스플레이 패널은 향상된 성능의 더욱 얇아진 두께의 구조를 가지는 것이다. 본원은, 옵티칼 디스플레이와 그 투사체의 전체 중량의 감소를 얻을 수 있는 것이다. 이미지 옵틱은 그 중량과 비용의 감소로 간략하게 될 수 있다. 그리고 단차형 유입면(14a)은 그를 위하여 함께 동작하는 광 투사체와 효율적으로 결합하는 캐비넷에 하방향으로 또는 수직방향으로, 또는 양방향으로 향해지게 된다.

상술된 내용이 양호한 실시예를 통해 본 발명을 설명하고 있지만, 본 발명은 첨부된 청구범위에 기재된 발명의 정신을 이탈하지 않는 범위 내에서 변경 및 개조가 가능한 것이며, 상술된 실시예는 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

Claims (20)

1. 이미지 광을 수용하는 유입면을 수집적으로 형성하는 단차형 유입면을 구비하고, 내부반사에 의해 도파관을 통한 챈널 이미지 광을 디스플레이하는 디스플레이 스크린을 수집적으로 형성하기 위한 경사진 방출면을 구비하는 복수의 적층 옵티칼 도파관을 포함하는 것을 특징으로 하는 옵티칼 패널.
2. 제1항에 있어서, 상기 도파관은 지주에 적층되고, 그리고 상기 유입면과 디스플레이 스크린은 그 대향측부에 배치되는 것을 특징으로 하는 옵티칼 패널.
3. 제2항에 있어서, 상기 도파관은 지주에 비스듬하게 적층되는 것을 특징으로 하는 옵티칼 패널.
4. 제3항에 있어서, 상기 유입면은 계단에 구조되고 서로 대체로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 옵티칼 패널.
5. 제4항에 있어서, 상기 유입면은 그 안에 이미지 광의 수용을 최대로 하기 위해 도파관에 대해 대체로 수직인 것을 특징으로 하는 옵티칼 패널.
6. 제4항에 있어서, 적어도 상기 유입면의 일부는 도파관을 따라서 서로 상쇄되는 것을 특징으로 하는 옵티칼 패널.
7. 제4항에 있어서, 상기 도파관의 하나의 유입면은 상기 도파관의 다음 인접한 하나의 방출면을 중첩하는 것을 특징으로 하는 옵티칼 패널.
8. 제4항에 있어서, 상기 도파관의 하나의 유입면은 상기 도파관의 다음 인접한 하나의 방출면에서 마감되는 것을 특징으로 하는 옵티칼 패널.
9. 제4항에 있어서, 상기 도파관은 그 사이가 단차진 공면 유입면을 가진 복수 그룹에 정렬배치되는 것을 특징으로 하는 옵티칼 패널.
10. 제4항에 있어서, 상기 유입면은 옵티칼 폴리싱 되는 것을 특징으로 하는 옵티칼 패널.
11. 제10항에 따르는 옵티칼 패널을 제조하는 방법은:

    그 폴리싱된 유입면을 이루도록 유리 도파관을 레이저 절단하는 단계와;

    유입면과 디스플레이 스크린을 형성하도록 도파관을 함께 박층시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 옵티칼 패널 제조 방법.
12. 제4항에 있어서, 상기 도파관은 유입면으로부터 방출면으로 공통 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 옵티칼 패널.
13. 제4항에 있어서, 상기 디스플레이 스크린은 부가로 그와 대체로 수직적인 이미지 광이 새방향을 향하게 하는 방출면에 인접한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 옵티칼 패널.
14. 제13항에 있어서, 상기 광을 새롭게 방향지게 하는 수단은 프레스넬 분광 그루브(fresnel prismatic grooves)를 포함하는 것을 특징으로 하는 옵티칼 패널.
15. 제4항에 있어서, 상기 스크린에 디스플레이를 위해 도파관을 통한 전송용으로 그를 횡단하는 이미지 광을 투사하도록 유입면과 옵티칼적으로 정렬배치된 투사체를 부가로 포함하 것을 특징으로 하는 옵티칼 패널.
16. 제15항에 있어서, 상기 도파관은 유입면으로부터 방출면으로 공통 길이를 가지고, 그리고 상기 투사체는 단일 촛점 평면을 가진 옵틱을 구비하는 것을 특징으로 하는 옵티칼 패널.
17. 제4항에 있어서, 상기 도파관은 상기 패널의 높이를 따라서 적층되고 그리고 상기 패널의 폭을 연속적으로 따라서 연장되는 리본을 포함하는 것을 특징으로 하는 옵티칼 패널.
18. 제17항에 있어서, 상기 도파관의 각각은 클래딩 사이에서 박층을 이루는 옵티칼적 전송 코어를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 옵티칼 패널.
19. 제18항에 있어서, 상기 클래딩은 검정인 것을 특징으로 하는 옵티칼 패널.
20. 옵티칼 패널은 지주에 비스듬하게 적층된 복수의 옵티칼 리본 도파관과, 스크린에 디스플레이를 위해 도파관을 통한 전송용으로 그를 횡단하는 이미지 광을 투사하는 유입면과 옵티칼적으로 정렬배치된 투사체를 포함하며,

    상기 옵티칼 리본 도파관은 이미지 광을 수용하기 위해 지주의 일 측부에 유입면을 수집적으로 형성하는 단차진 유입면을 가지고, 내부반사에 의해 도파관을 통한 챈널 이미지 광을 디스플레이하기 위해 상기 지주의 대향측에 디스플레이 스크린을 수집적으로 형성하는 경사진 방출면을 가지는 것을 특징으로 하는 옵티칼 패널.