KR20060130104A - 프로젝션 디스플레이용 광학 커플러 - Google Patents

프로젝션 디스플레이용 광학 커플러 Download PDF

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KR20060130104A
KR20060130104A KR1020067014154A KR20067014154A KR20060130104A KR 20060130104 A KR20060130104 A KR 20060130104A KR 1020067014154 A KR1020067014154 A KR 1020067014154A KR 20067014154 A KR20067014154 A KR 20067014154A KR 20060130104 A KR20060130104 A KR 20060130104A
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로이 에이. 오이어바흐
군나 에이치. 군나손
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

본 발명에는 음극선관의 면판과, 면판과 대면하는 렌즈 소자를 포함하는 광학 소자가 개시된다. 광학 소자는 렌즈 소자와 면판 사이에 배치된 광학 커플링 재료를 더 포함한다. 광학 커플링 재료는 유체 모 재료 내에 분산된 나노 입자를 포함한다.
광학 소자, 음극선관, 면판, 렌즈 소자, 광학 커플링 재료, 모 재료

Description

프로젝션 디스플레이용 광학 커플러{OPTICAL COUPLER FOR PROJECTION DISPLAY}
본 발명은 대체로 음극선관(CRT) 프로젝션 디스플레이(projection display)에 관한 것이다. 본 발명은 특히 낮은 열적 드리프트(drift)를 갖는 CRT 프로젝션 디스플레이에 적용할 수 있다.
CRT 프로젝션 디스플레이는 가정의 오락장과 같은 소비자 응용예과, 화상 회의, 정보 발표 및 데이터 디스플레이와 같은 상업적 응용예에서 통상 사용된다.
CRT 프로젝션 디스플레이는 일반적으로 CRT 화상 형성 소스 및 프로젝션 시스템을 포함한다. CRT 화상 형성 소스는 소스의 출력부에서 예를 들어 대각선이 12 내지 25 cm인 작은 화상을 형성한다. 프로젝션 시스템은 소스 화상을 프로젝션 스크린 상으로 확대하여 투사하기 위해 사용되는 하나 이상의, 일반적으로는 적어도 3개의 프로젝션 렌즈 소자를 포함한다.
더 일반적으로는, CRT 프로젝션 디스플레이는 각각의 주요 컬러(레드, 그린 및 블루)를 위해 하나씩 CRT를 갖는, 3개의 CRT 화상 소스를 포함한다. 일반적으로, 각각의 CRT 화상 소스는 전용 프로젝션 시스템과 프로젝션 렌즈 소자를 갖는다. 프로젝션 시스템은 프로젝션 스크린 상으로 3개의 소스 화상을 확대하고, 투 사하고, 중첩하여, 투사된 컬러 디스플레이를 생성한다.
CRT 프로젝션 디스플레이는 전면 또는 후면 프로젝션 디스플레이일 수 있다. 전면 프로젝션 디스플레이에서는, 화상 소스와 관찰자가 뷰잉 화상면의 양쪽에 위치한다. 이에 반해, 후면 프로젝션 디스플레이에서는, 뷰잉 화상면의 한 쪽에 관찰자가 위치하고, 화상면의 다른 쪽에 프로젝션 시스템 및 소스에 의해 생성된 화상이 위치된다. 뷰잉 화상은 일반적으로 전면 프로젝션 디스플레이에서는 반사식이고 후면 프로젝션 디스플레이에서는 투과식인 프로젝션 스크린 상에 표시된다.
소스에 가장 가까운 프로젝션 렌즈 소자의 제1 표면과 CRT 유리판에서의 광학적 반사는 화상의 휘도, 대비 및 해상도를 감소시킨다. 광학적 반사를 감소시키기 위해, 일반적으로 유체 매체를 사용하여 CRT 유리판과 제1 렌즈 소자 사이의 공간을 채워 광학적으로 연결한다. 공지된 유체로는 에틸렌 글리콜과, 에틸렌 글리콜과 글리세롤의 혼합물과, 에틸렌 글리콜과 물의 혼합물과, 알킬 디아릴(diaryl) 알칸과, 메틸, 페닐 및 친수성 계열 그룹을 갖는 실록산(siloxane) 중합체를 포함하는 액체와, 메틸 및 페닐 계열 그룹을 갖는 실록산 중합체와 메틸 및 친수성 계열 그룹을 갖는 실록산 중합체의 혼합물을 포함하는 액체를 포함한다.
대체로, 본 발명은 CRT 프로젝션 디스플레이에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 광학 소자는 음극선관의 면판(face plate), 면판과 대면하는 렌즈 소자, 렌즈 소자와 면판 사이에 배치된 광학 커플링 재료를 포함한다. 광학 커플링 재료는 모 재료(host material) 내에 분산된 입자들을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 프로젝션 디스플레이 시스템은 면판을 갖는 CRT 화상 소스와, 면판과 대면하는 렌즈 소자를 포함한다. 프로젝션 디스플레이 시스템은 렌즈 소자와 면판 사이에 배치된 광학 커플링 재료를 더 포함한다. 광학 커플링 재료는 모 재료 내에 분산된 입자들을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 음극선관 프로젝션 시스템은 음극선관의 면판과 렌즈 소자를 포함한다. 면판과 렌즈 소자는 공간적으로 이격된 대향 위치로 배열되어 커플러 공동을 형성한다. 음극선관 프로젝션 시스템은 커플러 공동 내에 분산된 커플링 유체를 더 포함한다. 커플링 유체는 나노 입자를 포함한다.
본 발명은 첨부된 도면과 연계한 본 발명의 여러 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명을 고려할 때 더욱 완전히 이해될 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 소자의 개략적인 측면도이다.
도2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 CRT 프로젝션 디스플레이의 개략적인 측면도이다.
도3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 소자의 개략적인 측면도이다.
본 발명은 대체로 프로젝션 디스플레이에 관한 것이다. 본 발명은 특히 CRT 프로젝션 디스플레이에 적용할 수 있고, 더 특별하게는 CRT 화상 소스와 프로젝션 렌즈 소자 사이에 광학 커플링 재료를 갖는 CRT 프로젝션 디스플레이에 적용할 수 있다.
CRT 프로젝션 시스템의 예는 미국 특허 제4,838,665호, 제5,157,554호, 제5,381,189호, 제5,625,496호 및 제5,440,429호와, 미국 특허 공개 제2002/0196556호 및 제2003/0071929호에서 찾아볼 수 있다.
공지된 광학 커플링 재료는 낮은 굴절 지수를 갖고, 유체 온도에 따른 굴절 지수의 변화율인 dn/dT가 높은 커플링 유체를 포함한다. 이러한 커플러의 예는 미국 특허 제5,117,162호, 제5,115,163호, 제4,982,289호, 제4,904,899호, 제4,780,640호, 제4,734,613호, 제4,725,755호, 제4,665,336호, 제4,405,949호 및 제4,651,217호와, 미국 특허 공개 제2003/0034727호 및 제2003/0098944호에서 찾아볼 수 있다. 광학적으로 연결하도록 구성되는 공지된 광학 커플러의 굴절 지수는 광학 커플러의 양 측부 상에 위치된 광학 소자보다 대체로 낮다. 예를 들어, 공지된 커플링 유체의 굴절 지수는 약 1.43이다. 이에 반해, 면판의 굴절 지수는 약 1.56이고, 렌즈 소자의 굴절 지수는 약 1.49 내지 1.53의 범위이다. 유체 커플러에 의해 광학적으로 연결되도록 구성된 2개의 매체인, CRT 유리판 및/또는 제1 프로젝션 렌즈 소자와 광학 커플링 재료 사이의 지수 불일치는 잔류 광 반사로 이어져, 뷰잉 화상면에서의 휘도와 대비를 감소시킨다.
또한, 공지된 커플링 유체는 일반적으로 프로젝션 시스템의 다른 광학 소자의 dn/dT보다 실질적으로 더 큰, 온도에 따른 굴절 지수의 변화율 dn/dT를 갖는다. 예를 들어, 공지된 커플링 유체는 일반적으로 약 -30.0×10-5/℃의 dn/dT를 갖는다. 이에 비해, 플라스틱 렌즈 소자의 dn/dT는 일반적으로 약 -10×10-5/℃이고, 유리 CRT 면판의 dn/dT는 일반적으로 +0.4×10-5/℃이다. 큰 dn/dT는 프로젝션 디스플레이의 배율과 전체 초점 길이의 수용할 수 없는 변화로 이어질 수 있다. 예를 들어, 상기 부품들의 온도가 상온에서 작동 온도로 증가됨에 따라, 광학 커플러, 렌즈 소자 및 CRT 면판을 포함하는 일부 광학적 부품의 굴절 지수가 변화되는 경우, 유체 광학 커플러를 포함하는 CRT 프로젝션 디스플레이의 대비 및 해상도가 워밍업 동안 실질적으로 변화할 수 있다. 또한, 초점 길이와 배율의 변화가 각각의 원색마다 달라서, 예를 들어, 뷰잉 스크린 상의 3개의 CRT 화상 소스에 의해 형성된 화상들 사이의 정합의 에러로 이어질 수 있다.
일반적으로 플라스틱 또는 액체 광학 소자의 굴절 지수의 변화는 예를 들어 소자의 열적 팽창 또는 수축에 의한 소자의 밀도 변화의 결과이다. 예를 들어, 소자의 온도가 증가하면, 소자는 팽창하여 밀도의 감소로 인해 굴절 지수가 감소된다. 마찬가지로, 온도가 감소하면 소자가 수축되어, 밀도의 증가로 인해 소자의 굴절 지수의 증가로 이어진다. 따라서, 광학 소자는 종종 음의 dn/dT를 갖기도 한다. 일부의 유리 또는 반도체와 같은 일부 재료는 예를 들어 미국 특허 출원 제2002/0120048호에 개시된 바와 같이 분극률의 변화로 인해 양의 dn/dT를 갖는다.
CRT 프로젝션 시스템의 광학 렌즈의 열적 팽창 또는 수축은 렌즈의 광학적 성질을 변화시킨다. 예를 들어, 초점 길이 및 렌즈의 배율이 변화된다. 또한, 렌즈 소자의 온도의 변화는 렌즈의 형상의 변화로 이어진다. 이러한 변화는 렌즈의 축상(on-axis) 및 축외(off-axis) 성질에 모두 영향을 준다. 예를 들어, 이러한 변화는 원하지 않는 수차를 유도하거나 또는 증가시킨다.
광학 커플링 재료는 CRT 화상 소스의 면판을 프로젝션 렌즈 시스템에 광학적으로 연결한다. 광학 커플링 재료는 커플러 하우징 내에 수납된 유체 모 재료를 포함한다. 광학 커플링 재료는 유체 모 재료 내에 분산된 나노 입자를 더 포함한다. 나노 입자의 평균 크기는 바람직하게는 30 nm 이하이다. 광학 커플링 재료는 굴절 지수 n2를 갖는다. CRT 화상 소스는 예를 들어, 면판의 입력면에서 CRT의 면판에 화상을 형성한다. 면판의 굴절 지수는 n1이다. 프로젝션 렌즈 시스템은 소스 화상을 확대하여 뷰잉 스크린, 일반적으로 프로젝션 스크린 상으로 투사하도록 사용된다. 프로젝션 렌즈 시스템은 하나 이상의 프로젝션 렌즈 소자를 포함한다. 일반적으로, 프로젝션 렌즈 시스템은 적어도 3개의, 일반적으로 4개의 렌즈 소자를 포함하고, 제1 렌즈 소자는 CRT 면판에 가장 가까이 있다. 제1 렌즈 소자의 굴절 지수는 n3이다. 광학 커플링 재료는 모 재료 내에 분산된 작은 입자를 포함한다.
본 발명의 이점은 광학 커플러의 광 선명도가 높다는 것이다. 광학 커플러의 흐림(haze) 또는 광학적 분산은 디스플레이 해상도 및 대비를 감소시킨다. 본 발명의 광학 커플링 재료는 높은 거울 광 투과를 포함하는 높은 정도의 광 투과율을 갖는다. 본 발명의 광학 커플링 재료는 매우 낮은 광 흐림을 갖는다. 광학 커플링 재료의 입자는 광학적 분산을 거의 또는 전혀 도입하지 않을 만큼 충분히 작다. 예를 들어, 작은 입자는 나노 입자이고, 이는 평균 입자 크기가 나노미터 범 위, 예를 들어 10 내지 50 nm의 범위와 같이 500 nm 이하임을 의미한다. 이 때문에, 광학 커플링 재료는 CRT 프로젝션 디스플레이의 해상도 및 대비에서 역효과를 거의 또는 전혀 갖지 않는다.
본 발명의 다른 이점은 제1 렌즈 소자에 대한 CRT 면판의 효율적인 광학적 연결이다. 예를 들어, 광학 커플링 재료의 굴절 지수는 면판의 굴절 지수와 제1 렌즈 소자의 굴절 지수를 효율적으로 일치시킬 수 있게 한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광학 커플링 재료의 굴절 지수 n2는 n1과 n3 중의 낮은 값 이상이다. 또한, n2는 n1과 n3 중의 높은 값 이하이다. 광학 커플링 재료의 지수 일치 성질은 광학적 반사를 감소시키고, 따라서 뷰잉 스크린 상에 표시되는 화상의 휘도, 해상도 및 대비를 향상시킨다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, n2는 n1과 n3의 평균일 수 있다. 일부 응용예에서, n2는 n1과 n3의 곱의 제곱근일 수 있다. 일부 다른 응용예에서, n2는 n1 또는 n3와 동일할 수 있다.
본 발명의 다른 이점은 T가 온도일 때, 온도에 따른 굴절 지수의 변화율 dn/dT가 감소된다는 것이다. 공지된 광학 커플링 재료는 일반적으로 유기 유체이다. 이 때문에, 공지된 광학 커플러의 dn/dT는 예를 들어, 유리 또는 플라스틱으로 제작되는 CRT 면판 및 렌즈 소자와 같은 프로젝션 시스템의 일부 다른 광학 소자보다 실질적으로 크다. 예를 들어, 공지된 유체 광학 커플링 재료의 dn/dT는 CRT 면판 및 렌즈 소자와 같은 프로젝션 디스플레이의 다른 광학 소자보다 적어도 2배 크다. 높은 dn/dT는 열적 드리프트(drift)로 지칭되기도 하는, 온도의 함수로서 전체 초점 길이 및 배율의 상당한 변화로 이어진다. 이러한 변화는 축상과 축외 모두에서 온도의 함수로서 뷰잉 화상의 해상도 및 대비에 영향을 미친다. 또한, 전용 프로젝션 렌즈 시스템을 각각 갖는 3개의 CRT 화상 소스를 사용하는 프로젝션 디스플레이에서, 열적 드리프트는 각각의 프로젝션 시스템마다 상이할 수 있다. 이는 축상과 축외 모두에서 2개 이상의 투사된 화상 사이의 부정합으로 이어질 수 있다. 광학 커플링 재료의 유체 모 재료에 작은 입자를 첨가하는 것은 광학 커플링 재료의 dn/dT를 감소시켜 감소된 열적 드리프트로 이어진다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 소자(100)의 개략적인 측면도를 도시한다. 광학 소자(100)는 CRT(110), 굴절 지수 n1을 갖는 CRT 면판(120), 굴절 지수 n2를 갖는 광학 커플링 재료(180) 및 프로젝션 렌즈 시스템(170)을 포함한다. 프로젝션 렌즈 시스템(170)은 굴절 지수 n3을 갖는 제1 렌즈 소자(130)를 포함한다. 프로젝션 렌즈 시스템(170)은 렌즈 소자(140, 150)와 같은 추가의 렌즈 소자를 더 포함한다. 면판(120)은 입력면(121)과 출력면(122)을 갖는다. 마찬가지로, 제1 렌즈 소자(130)는 입력면(131)과 출력면(132)을 갖는다. 광학 커플링 재료(180)는 모 매체(host medium)(186) 내에 분산된 작은 입자(185)를 포함한다. 광학 커플링 재료(180)는 높은 광 투과율과 낮은 흐림을 갖는다. 흐림은 일반적으로 탁함의 정도를 측정한 것이다. 명세서에서 사용되는 바와 같이, 흐림은 전체 투과된 광에 대한 발산하여 투과된 광의 비율이다. 광학 커플링 재료(180)는 바람직하게는 2% 이하의, 더 바람직하게는 1% 이하의, 그보다 더 바람직하게는 0.5% 이하의, 가장 바람직하게는 0.2% 이하의 흐림을 갖는다. 광학적 산란 및 흐림은 입자(185)의 크기에 의해 영향을 받는다. 일반적으로, 입자 크기가 감소됨에 따라, 광학적 산란 및 흐림은 감소된다. 또한, 광학적 산란 및 흐림은 입자(185)의 굴절 지수와 모 재료(186)의 굴절 지수 사이의 불일치에 의해 영향을 받는다. 일반적으로, 지수 불일치가 감소함에 따라, 광학적 산란 및 흐림은 감소된다. 종종, 입자와 모 재료 사이의 지수 불일치를 조절하기보다는 입자 크기의 범위를 조절하는 것이 용이하다. 예를 들어, 입자 크기 범위의 상한은 스크린을 통과하는 입자에 의해 조절될 수 있다. 이에 반해, 가시 범위와 같은 원하는 파장 범위에서 입자와 모 재료 사이의 지수 불일치를 조절하는 것은 어려울 수 있다. 이는 입자와 모 재료의 조성의 변화로 인한 것이다. 또한, 온도 및/또는 파장의 함수로서 입자와 모 재료의 지수 편차를 일치시키는 것은 일반적으로 어렵다. 이 때문에, 입자(185)는 광 산란 및 흐림을 허용 가능한 정도로 감소시키기 위해 충분히 작은 것이 바람직하다. 특히, 작은 입자(185)는 바람직하게는 나노 입자이며, 이는 평균 입자 크기가 나노미터 범위임을 의미한다. 특히, 입자(185)의 평균 크기는 바람직하게는 500 nm 이하이다. 입자(185)의 평균 크기는 더 바람직하게는 10 내지 100 nm이다. 입자(185)의 평균 크기는 더욱 바람직하게는 10 내지 50 nm이고, 가장 바람직하게는 10 내지 30 nm이다. 입자(185)와 모 재료(186) 사이의 지수 불일치가 충분히 작아서 낮은 광 산란 및 흐림으로 되는 소정의 응용예에서는 큰 입자가 사용될 수 있다 는 것이 이해될 것이다. 입자 크기는 예를 들어 입자가 구형 또는 대략적인 구형이거나, 또는 대체로 입자에 직경을 부여하는 것이 적당한 경우의 입자 직경이다. 입자 크기는 상이한 방향에서의 입자 치수의 평균일 수 있다. 예를 들어, 입자가 막대 형상인 경우, 입자 크기는 그 장축 및 단축을 따르는 입자 치수의 평균일 수 있다. 일부 응용예에서, 입자 크기는 가장 큰 입자 치수일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 적어도 대부분의 입자(185)가 적어도 광학 소자(100)의 기대 수명 동안 모 매체(186) 내에 분산되어 존재하도록, 입자(185)는 모 매체(186) 내에 콜로이드 형태로 분산된다. 광학 소자의 기대 수명은 응용예에 따라 다르다. 예를 들어, 소비자용 후면 프로젝션 텔레비전의 기대 수명은 약 20,000시간이다. 이러한 응용예에서, 대부분의 입자(185)는 적어도 20,000시간 동안 모 매체(186) 내에 분산되어 존재한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자(185)는 광학 소자(100)의 기대 수명 동안 응집되지 않거나, 또는 광학 소자(100)의 기대 수명 동안 일어날 수 있는 어떠한 응집도 심각한 광 산란 또는 흐림으로 이어지지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자(185)는 양의 dn/dT를 갖는다. 이러한 입자 시스템의 예는 미국 특허 제6,441,077호에 개시된 산화 마그네슘이다. 본 발명의 일부 실시예에서, 입자(185)는 음의 dn/dT를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자(185)의 표면은 분산을 용이하게 하고 유지하도록 처리될 수 있다. 표면 처리는 바람직하게는 모 매체(186)와 조화될 수 있고, 이는 처리된 입자(185)가 모 재료 내에서 용해 또는 분산 가능하게 존재한다 는 것을 의미한다. 적절한 표면 처리는 입자 침전 및/또는 응집을 감소 또는 제거한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, n2는 대략 광학 커플링 재료(180)의 입자(185)의 무게 또는 부피 비율에 대한 선형 함수이다. 예를 들어, n2, 모 매체(186)의 굴절 지수 nb, 입자(185)의 굴절 지수 na 사이의 관계는 이하의 관계식으로 계산된다.
n2 = nb(1-VF) + na(VF) (1)
여기서, VF는 광학 커플링 재료(180) 내의 입자(185)의 부피 비율이다. 부피 비율 VF는 대체로 전체 부피 대 입자(185)의 부피비로 정의되고, 여기서 전체 부피는 내부에 분산된 입자(185)를 갖는 모 매체(186)의 부피이다. 부피 비율 VF는 우선 예를 들어 유체 모 재료(186)의 부피 V1을 측정하여 결정된다. 다음으로, 입자(185)가 유체에 첨가되고, 혼합물의 부피 V2가 측정된다. 따라서, 첨가된 입자(185)의 부피는 V2-V1이다. 입자(185)의 부피 비율 VF는 비율 (V2-V1)/V2를 계산하여 결정된다. 부피가 아닌 무게를 사용하여 입자(185)의 무게 비율을 결정하기 위해 유사한 방법이 사용될 수 있다. 관계식 (1)을 다시 참조하여, 굴절 지수의 변화율은 다음 관계식으로 계산된다.
dn2/dT = dnb/dT(1-VF) + dna/dT(VF) (2)
여기서, T는 온도이다. 따라서, 광학 커플링 재료의 dn/dT는 모 재료(186) 내의 입자(185)의 부피 비율에 대한 선형 함수일 수 있다. 관계식 (2)에 따르면, 입자의 부피 비율이 증가됨에 따라, dn2/dT는 dna/dT로 접근한다. 입자(185)는 면판(120) 또는 제1 렌즈 소자(130)와 같은 광학 소자(100)의 다른 광 부품 중 일부와 동일한 범위의 dn/dT를 가질 수 있다. 예를 들어, 면판(120)은 유리로 제작되고, 입자(185)는 실리카와 같은 무기물일 수 있다. 유리 및 실리카는 비슷한 dn/dT 값을 가지므로, 입자(185)의 부피 비율을 증가시킴으로써, 광학 커플링 재료(180)의 dn/dT가 면판의 dn/dT에 접근할 수 있다. 따라서, 광학 커플링 재료의 dn/dT는 면판과 동일한 범위에 있을 수 있다.
본 발명의 특별한 이점은 감소된 dn2/dT이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, dn2/dT는 바람직하게는 dnb/dT보다 적어도 15% 작고, 더 바람직하게는 dnb/dT보다 적어도 20% 작고, 그보다 더 바람직하게는 dnb/dT보다 적어도 30% 작고, 그보다 더 바람직하게는 dnb/dT보다 적어도 40% 작고, 가장 바람직하게는 dnb/dT보다 적어도 50% 작다. dn/dT의 감소는 바람직하게는 20 내지 60 ℃, 더 바람직하게는 20 내지 70 ℃, 그보다 더 바람직하게는 10 내지 80 ℃의 온도 범위에 걸쳐서 존재한다. 일반적으로, 부피 비율 VF의 상한은 모 재료(186) 내에 분산되어 존재하는 입자(185)의 능력에 의해 조절되고, 부피 비율의 하한은 dn2/dT의 원하는 값에 의해 설정될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 부피 비율 VF는 바람직하게는 10 내지 80%, 더 바람직하게는 10 내지 60%, 그보다 더 바람직하게는 10 내지 40% 범 위이다. 상기 주어진 값이 입자(185)의 부피 비율에 관계되지만, 동일하거나 또는 유사한 바람직한 값이 입자(185)의 무게 비율로서 적절할 수 있다.
광학 커플링 재료(180)는 바람직하게는 액체, 겔 및 졸 겔을 포함하는 유동가능한 임의의 유체를 의미하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 일부 응용예에서, 고체 광학 커플링 재료가 사용될 수 있다. 작은 입자를 포함하는 고체 재료에 대해서는 상술되었다. 예를 들어, 미국 특허 제6,586,096호는 내부에 분산된 10 nm 크기의 산화 마그네슘 입자를 갖는 폴리메틸메타크릴레이트 재료를 개시하고 있다. 다른 예는 미국 특허 제6,552,111호, 제6,441,077호, 제4,710,820호 및 제6,498,208호와 미국 특허 공개 제2002/0123549호 및 제2002/0123550호에서 찾아볼 수 있다. 유체 광학 커플링 재료의 이점은 높은 열 전달이다. 면판(120)의 온도는 CRT(110)가 활성화될 때 70 ℃ 이상까지 도달한다. 광학 커플링 재료는 면판(120)에서 발생된 열을 면판에서 주위 영역으로 전달할 수 있는 것이 바람직하다. 고체 광학 커플링 재료에서, 면판(120)으로부터 광학 커플링 재료(180)로의 열 전달은 주로 전도에 의해 이루어진다. 이에 반해, 유체 형태의 광학 커플링 재료에서, 면판(120)으로부터 광학 커플링 재료(180)로의 열 전달은 주로 대류를 통해 이루어진다. 이러한 경우, 대류는 자연 대류이거나 강제 대류이다. 강제 대류에서, 유체 유동은 적어도 부분적으로 순환 펌프와 같은 외력에 의해 유도된다. 자연 대류에서, 유체 유동은 예를 들어 면판으로부터 더 먼 냉각된 유체가 면판으로부터 더 가까운 가열된 유체를 변위시키거나 또는 이와 반대인 경우와 같이, 주로 유체 자체의 물성에 의해 이루어진다. 열 전도율은 열을 전도하는 재료의 능력 의 측정치이다. 일반적으로, 액체는 고체 중합체보다 더 높은 열 전도율을 갖는다. 예를 들어, 폴리스티렌의 열 전도율은 약 0.12 W(와트)/mK 이고, 여기서 K는 캘빈 온도이다. 이에 비해, 에틸렌 글리콜의 열 전도율은 약 0.26 W/mK이고, 물의 열 전도율은 약 0.6 W/mK이다. 따라서, 일반적으로, 유체는 면판(120)에 발생된 열을 주위 영역으로 전달하는데 더 효과적이다.
유체 광학 커플링 재료(180)는 유체 모 재료(186)를 포함할 수 있다. 광학 커플링 재료(180) 및 모 재료(186)를 위한 예시적인 유체 재료는 에틸렌 글리콜과, 알킬 디아릴 알칸과, 에틸렌 글리콜과 글리세롤의 혼합물과, 에틸렌 글리콜과 물의 혼합물과, 메틸, 페닐 및 친수성 계열 그룹을 갖는 실록산 중합체를 포함하는 액체와, 메틸 및 페닐 계열 그룹을 갖는 실록산 중합체와 메틸 및 친수성 계열 그룹을 갖는 실록산 중합체의 혼합물을 포함하는 액체를 포함한다. 일반적으로, 유체 재료는 원하는 응용예에 사용될 수 있는 임의의 적절한 유체이다.
유체 모 재료(186)는 바람직하게는 높은 끓는점과 낮은 어는점을 갖는다. 모 재료(186)의 끓는점은 바람직하게는 120 ℃ 이상, 더 바람직하게는 160 ℃ 이상, 그보다 더 바람직하게는 200 ℃ 이상이다. 모 재료(186)의 어는점은 바람직하게는 -20 ℃ 이하, 더 바람직하게는 -40 ℃ 이하, 그보다 더 바람직하게는 -60 ℃ 이하이다.
입자(185)는 바람직하게는 나노 입자이지만, 일부 응용예에 있어서는, 그리고 n2와 nb 사이의 차이에 따라서는, 마이크로 입자와 같은 더 큰 입자가 사용될 수 있다. 일반적으로, n2와 nb 사이의 차이를 모든 CRT 작동 온도 및 파장에서 허용 가능한 정도로 충분히 낮게 감소시키는 것은 어렵다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자(185)의 평균 크기는 바람직하게는 500 nm 이하, 더 바람직하게는 100 nm 이하, 그보다 더 바람직하게는 50 nm 이하, 그보다 더 바람직하게는 30 nm 이하이다. 평균 크기는 평균 또는 중간 크기, 또는 입자의 크기를 특성화하기 위해 통상 사용될 수 있는 임의의 다른 평균일 수 있다.
면판(120)은 바람직하게는 광학적으로 투명한 임의의 형태의 유리로 제작된다. 예시적인 유리 재료는 소다 석회 유리, 붕규산염 유리, 붕산염 유리, 규산염 유리, 산화 유리 및 실리카 유리, 또는 면판으로 사용하기에 적절한 임의의 다른 유리 재료를 포함한다. 도1의 면판(120)은 직사각형 단면을 갖는 것으로 도시된다. 일반적으로, 면판(120)은 임의의 형태의 단면을 가질 수 있다. 일반적으로, 면판 입력면(121)과 출력면(122)은 동일한 형상을 가질 필요가 없다. 예를 들어, 입력면(121)은 곡선이고, 출력면(122)은 곧거나 또는 편평할 수 있다. 다른 예로, 출력면(122)이 곡선일 수 있다. 또한, 면판(120)은 광출력(optical power)을 가짐으로써, 부분적으로 렌즈로서 작용할 수 있다. 광학 커플링 재료(180)는 면판(120)과 접촉될 수 있다. 특히, 광학 커플링 재료(180)는 면판(120)의 출력면(122)과 접촉된다. 일부 응용예 또는 구성에서는, 다른 요소들이 면판(120)과 광학 커플링 재료(180) 사이에 배치될 수 있다.
광학 소자(100)는 광학 커플링 재료(180)를 수납하기 위한 커플러 하우 징(160)을 더 포함할 수 있다. 커플러 하우징(160)은 광학 커플링 재료가 유체를 포함하는 경우에 필요할 수 있다. 이러한 경우, 하우징은 광학 커플링 재료를 밀봉하기 위해 도1에는 도시되지 않은 하나 이상의 밀봉 기구를 포함할 수 있다. 커플러 하우징(160)은 주로 광학 커플링 재료(180)를 수납하도록 구성될 수 있다. 광학 커플러 하우징(160)은 제1 렌즈 소자(130) 및 면판(120)과 같은 추가의 요소를 수납하도록 더 구성될 수 있다. 일반적으로, 광학 소자(100)는 여러 요소 및 부품들을 수납하도록 하나 이상의 하우징을 포함할 수 있다. 커플러 하우징(160)은 금속 또는 플라스틱으로 제작될 수 있다. 예시적인 금속 재료는 알루미늄, 구리, 마그네슘 및 아연을 포함한다. 일반적으로, 커플러 하우징(160)은 광학 커플링 재료(180)를 수납하도록 임의의 적절한 재료로 제작될 수 있다.
또한, 광학 소자(100)는 유체 광학 커플링 재료(180)를 순환시키기 위해 도1에는 도시되지 않은 펌프와 같은 기구를 포함할 수 있다. 순환하는 광학 커플링 재료는 면판(120)으로부터의 열 전달을 향상시킨다. 또한, 광학 소자(100)는 예를 들어, 유체 순환을 돕거나 또는 유체 누설의 경우 광 경로에서 버블의 형성을 방지하기 위해 여분의 광학 커플링 재료(191)를 수납하기 위한 선택적인 저장조(190)를 포함할 수 있다. 저장조(190)는 유체의 팽창을 허용하도록 일부만 채워질 수 있다. 이러한 팽창 챔버의 예는 미국 특허 제4,740,727호에 개시된다.
단순화를 위해 그리고 일반성이 훼손이 없도록, 도1의 제1 렌즈 소자(130)는 곡선 단면으로 도시된다. 제1 렌즈 소자(130)는 광출력을 가질 수 있다. 제1 렌즈 소자(130)는 축상 및 축외에서 뷰잉 스크린을 가로질러 화질을 보정 또는 개선 하기 위해 필드 보정 특성을 가질 수 있다.
제1 렌즈 소자(130)는 플라스틱 또는 유리로 제작될 수 있다. 가능하고 적절할 때, CRT 프로젝션 시스템의 렌즈 소자를 유리가 아닌 플라스틱으로 제작하는 것이 일반적으로 바람직할 수 있다. 플라스틱 렌즈는 더 저렴하다. 또한, 플라스틱 렌즈는 예를 들어 비구면 형상을 갖도록 성형될 수 있다. 일반적으로 비구면 렌즈의 사용은 뷰잉 스크린을 가로질러 허용 가능한 투사 화상을 생성하기 위해 프로젝션 시스템에 요구되는 전체 렌즈의 수를 감소시킬 수 있다. 따라서, 가능할 경우, CRT 프로젝션 시스템에서 렌즈와 같은 광학 소자는 플라스틱으로 제작된다. 또한, 낮은 dn/dT를 갖는 광학 소자, 특히 광출력을 갖는 광학 소자가 바람직하다. 이 때문에, CRT 프로젝션 시스템의 확대 렌즈는 일반적으로 대략 10-5 내지 5×10-6/℃ 범위 또는 그 이하의 낮은 dn/dT를 갖는 유리로 제작된다.
제1 렌즈 소자(130)에서 사용되는 일반적인 플라스틱 재료는 아크릴을 포함한다. 제2 렌즈 소자(140) 및 제3 렌즈 소자(150)는 유리 또는 플라스틱으로 제작될 수 있다. 광학 커플링 재료(180)는 바람직하게는 렌즈 소자(130)와 접촉된다. 특히, 광학 커플링 재료(180)는 바람직하게는 제1 렌즈 소자(130)의 입력면(131)과 접촉된다. 일부 응용예 및/또는 구성에서, 다른 광학적 부품이 광학 커플링 재료(180)와 제1 렌즈 소자(130) 사이에 배치될 수 있다.
광학 소자(100)는 다른 부품을 포함할 수 있지만, 단순화를 위해 그리고 일반성의 훼손이 없도록 도1에는 도시되어 있지 않다. 예를 들어 광학 소자(100)는 예컨대 면판(120)의 입력면(121) 상에 배치된 하나 이상의 형광층을 포함할 수 있다. 다른 예로, 광학 소자(100)는 다양한 요소 및 추가의 렌즈 소자를 제 위치에 지지하고 유지하기 위한 장착부를 포함할 수 있다.
본 발명에 개시된 굴절 지수는 관심 있는 특별한 파장에서 측정될 수 있다. 예를 들어, 굴절 지수는 나트륨 D 라인(대략 590 nm)에서, 또는 633 nm[헬륨네온(HeNe) 레이저]와 같은 원하는 레이저 파장에서 측정될 수 있다. 굴절 지수는 레드(예를 들어, 624 nm), 그린(예를 들어, 544 nm), 또는 블루(예를 들어, 455 nm)와 같은 하나 이상의 CRT 주 방출 라인에서 측정될 수 있다. 굴절 지수는 또한 예를 들어 가시 영역에 걸쳐 평균값일 수 있다. 가시 영역은 420 내지 650 nm 범위를 포함할 수 있다. 이러한 경우, 먼저 여러 파장(예를 들어, CRT 주 방출 라인)에서 지수가 측정될 수 있다. 그 후, 측정된 값은 지수 대 파장 편차 곡선을 생성하기 위해 예를 들어, 셀마이어(Sellmeier) 편차식과 같은 식에 대입될 수 있다. 다음으로, 지수의 평균은 예를 들어 가시 범위와 같은 원하는 파장 범위의 편차 곡선 아래의 면적을 계산하고, 계산된 면적을 파장 범위로 나눔으로써 결정될 수 있다.
입자(185)는 유기물 또는 무기물 또는 이들의 조합일 수 있다. 입자(185)는 산화물, 불화물, 황화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 입자(185)는 실리카, 알루미나, 티타니아, 산화 세륨, 지르코니아, 산화 이트륨 및 산화 아연을 포함할 수 있다. 입자(185)는 바람직하게는 가시 영역과 같은 관심있는 파장 영역에서 낮은 광 흡수성을 갖는다. 실리카와 같은 일부 입자 재료는 가시 범위에서 광 흡수성을 거의 또는 전혀 갖지 않을 수 있다. 티타니아와 같은 일부 다른 입자는 가시 영역에서 약간의 흡수성을 갖는다. 산화 세슘과 같은 일부 다른 입자는 특히 스펙트럼의 블루 영역에서 높은 광 흡수성을 갖는다. 입자(185)의 광 투과율은 바람직하게는 가시 영역에서 90%보다 크고, 더 바람직하게는 98%보다 크고, 그보다 더 바람직하게는 99.5%보다 크다. 예를 들어, 블루에서 광을 흡수하고 레드에서는 광을 흡수아지 않는 입자는 휘도 및 대비와 같은 화상 특성에 악영향을 주지 않고 레드 CRT와 함께 사용될 수 있다.
입자(185)는 임의의 형상을 가질 수 있다. 입자(185)는 불규칙한 형상 또는 규칙적인 형상을 가질 수 있다. 입자(185)는 소정의 방향에 대해 배향되거나 또는 불규칙한 배향을 가질 수 있다. 입자(185)는 좁은 크기 분포 또는 큰 크기 분포를 가질 수 있다. 좁은 크기 분포는 일반적으로 잘 형성된 두드러진 피크 주위로 모이는 입자 크기 분포를 말한다. 이에 비해, 큰 또는 넓은 크기 분포는 대체로 입자 크기 분포가 잘 형성된 두드러진 피크를 포함하지 않거나, 또는 입자 크기 분포가 다수의 피크를 포함하는 것을 의미한다. 일반적으로, 평균 입자 크기가 증가함에 따라, 흐림 및 광 분산을 감소시키기 위해서는 더 좁은 입자 크기 분포가 바람직하다.
입자(185)는 두 가지 이상의 형태의 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 입자(185)는 두 가지 다른 형태 A 및 B의 입자를 포함할 수 있다. 입자 A는 주로 광학 커플링 재료(180)의 dn/dT를 감소시키도록 구성될 수 있다. 입자 B는 주로 광학 커플링 재료(180)의 굴절 지수를 증가시키도록 구성될 수 있다. 일반적으로, 입자(185)는 다른 요구조건을 만족시키기 위해 다른 입자 형태가 주로 구성되는 경우 하나 이상의 형태의 입자를 포함할 수 있다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝션 디스플레이 시스템(200)의 개략적인 측면도를 도시한다. 명세서에서, 다수의 도면에서 사용된 동일한 도면번호는 동일하거나 또는 유사한 특성 및 기능을 갖는 동일하거나 또는 유사한 요소를 지칭한다. 프로젝션 디스플레이 시스템(200)은 광학 소자(100) 및 뷰잉 스크린(220)을 포함한다. 전면 프로젝션 디스플레이 시스템에서, 관찰자는 위치(240)와 같이, 광학 소자(100)와 동일한 스크린(220)의 측면에 위치될 수 있다. 후면 프로젝션 디스플레이 시스템에서, 관찰자는 위치(230)와 같이, 뷰잉 스크린(220)의 반대 측에 위치될 수 있다.
도2의 광학 소자(100)는 도1을 참조하여 설명된 광학 소자(100)와 유사하다. 특히, 광학 소자(100)는 화상을 형성하기 위한 CRT 화상 소스(110)를 포함한다. 광학 소자(100)는 굴절 지수 n1을 갖는 면판(120)과, 굴절 지수 n3을 갖고 면판(120)과 대면하는 렌즈 소자(130)를 더 포함한다. 렌즈 소자(130)는 CRT 화상 소스(110)에 의해 형성된 화상을 확대 및/또는 투사한다. 광학 소자(100)는 CRT 화상 소스(110)에 의해 형성된 화상을 확대 및/또는 투사하기 위한 추가의 렌즈 소자를 포함할 수 있다. 면판(120) 및 렌즈 소자(130)는 이격된 대향 위치로 배열되어 커플러 공동(183)을 형성한다. 광학 소자(100)는 면판(120)과 렌즈 소자(130) 사이에 배치된 굴절 지수 n2를 갖는 광학 커플링 재료(180)를 더 포함한다. 광학 커플링 재료(180)는 모 재료 내에 분산된 작은 입자, 예를 들어 나노 입자를 포함한다. 일부 응용예에서는, 모 재료가 고체일 수 있지만, 모 재료는 바람직하게는 유체이다. 커플링 유체는 커플러 공동(183) 내에 분산될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, n2는 n1과 n3 중 낮은 값 이상이고 높은 값 이하이다.
뷰잉 스크린(220)은 렌즈 소자(130) 또는 광학 소자(100)에 포함될 수 있는 다른 렌즈 소자에 의해 확대 및/또는 투사된 소스 화상을 받아들인다. 프로젝션 시스템(200)은 단일 CRT 기반 광학 소자(100)를 가질 수 있다. 이러한 경우, 광학 소자(100)는 컬러 화상을 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 응용예에서, 광학 소자(100)는 뷰잉 스크린(220) 상에 확대 및 투사된 단색 화상을 생성하도록 구성될 수 있다. 프로젝션 디스플레이 시스템(200)은 하나보다 많은 CRT 화상 소스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 소자(100)에 추가하여, 프로젝션 시스템(200)은 광학 소자(201, 202)를 포함할 수 있고, 광학 소자(201, 202)는 광학 소자(100)와 유사할 수 있다. 일반적으로, 각각의 광학 소자(100, 201, 202)는 상이한 렌즈, 및/또는 상이한 광학 커플링 재료를 포함하는 다른 요소를 포함할 수 있다. 3개의 CRT를 갖는 프로젝션 디스플레이 시스템에서, 각각의 광학 소자(100, 201, 202)는 상이한 원색에서 동일 화상을 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광학 소자(202)는 레드 화상을 생성, 확대 및 투사할 수 있고, 광학 소자(100)는 그린 화상을 생성, 확대 및 투사할 수 있고, 광학 소자(201)는 블루 화상을 생성, 확대 및 투사할 수 있다. 3개의 투사된 화상은 뷰잉 스크린(220) 상에 중첩되어 컬러 화상 이 될 수 있다.
전면 프로젝션 시스템(200)에서, 뷰잉 스크린(220)은 실질적으로 광학적으로 반사식일 수 있다. 후면 프로젝션 시스템(200)에서, 뷰잉 스크린(220)은 실질적으로 광학적으로 투과식일 수 있다.
도3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 소자(300)의 개략적인 측면도를 도시한다. 설명의 용이함을 위해 그리고 일반성의 훼손이 없도록, 도1에 도시된 일부 요소가 도3에는 도시되지 않는다. 광학 소자(300)는 CRT(110), CRT 면판(120), 프로젝션 렌즈 시스템(370)을 포함한다. 프로젝션 렌즈 시스템(370)은 제1 렌즈 소자(130), 제2 렌즈 소자(140), 제3 렌즈 소자(150) 및 제4 렌즈 소자(155)를 포함한다. 제4 렌즈 소자(155)는 일반적으로 주로 화상 수차를 보정하도록 구성되는 출력 렌즈이고, 종종 "A" 렌즈로 지칭된다. 종종 "B" 렌즈로 지칭되는 제2 렌즈 소자(140) 및 제3 렌즈 소자(150)는 일반적으로 광출력을 갖고, 주로 CRT(110)에 의해 형성된 화상을 확대하도록 구성된다. 예를 들어, 제3 렌즈 소자(150)는 종종 "B1" 렌즈로 지칭되고, 제2 렌즈 소자(140)는 종종 "B2" 렌즈로 지칭된다. 제1 렌즈 소자(130)는 종종 "C" 렌즈 또는 "C-쉘" 렌즈로 지칭되고, 주로 CRT(110)에 광학적으로 연결되도록 구성된다. CRT 프로젝션 시스템에서 사용되는 렌즈 소자의 예는 미국 특허 제4,776,681호 및 미국 특허 공개 제2003/0071929호에서 찾아볼 수 있다.
프로젝션 렌즈 시스템(370)은 제1 및 제2 렌즈 소자 사이에 배치된 제1 간극 영역(310)과, 제2 및 제3 렌즈 소자 사이에 배치된 제2 간극 영역(320)과, 제3 및 제4 렌즈 소자 사이에 배치된 제3 간극 영역(330)을 더 포함한다. 광학 소자(300)는 예를 들어 제2, 제3 및 제4 렌즈 소자를 수납하고 제 위치에 유지하기 위한 장착부(340)를 더 포함한다.
제1, 제2, 제3 및 제4 렌즈 소자 중 하나 이상은 유리 또는 플라스틱으로 제작되지만, 일반적으로 제1 렌즈 소자(130), 제2 렌즈 소자(140) 및 제4 렌즈 소자(155)는 플라스틱으로 제작되고, 제3 렌즈 소자(150)는 유리로 제작된다.
제3 렌즈 소자(150)는 일반적으로 뷰잉 스크린(도3에 도시되지 않음) 상에 표시하기 위해 CRT(110)에 의해 형성된 화상을 확대하도록 구성된다. 이 때문에, 제3 렌즈 소자(150)는 바람직하게는 유리와 같은 낮은 dn/dT를 갖는 재료로 제작된다. 제1 렌즈 소자(130), 제2 렌즈 소자(140) 및 제4 렌즈 소자(155)는 일반적으로 뷰잉 스크린 상으로 투사되는 화상의 성질을 개선하도록 구성된다. 그러한 화상 성질은 대비, 해상도 및 휘도를 포함한다. 제1, 제2 및 제3 간극 영역의 각각은 일반적으로 공기 간극이고, 이는 간극 영역이 대부분 공기를 포함하지만, 각각의 간극 영역이 유체 재료 또는 고체 재료와 같은 공기 이외의 재료를 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명의 특정 실시예에 따르면, 제1 렌즈 소자(130)는 면판(120)과 대면하여 커플러 공동(380)을 형성한다. 광학 소자(300)는 커플러 공동(380) 내의 렌즈 소자(130)와 면판(120) 사이에 배치된 광학 커플링 재료(180)를 더 포함한다. 광학 커플링 재료(180)는 모 재료(186) 내에 분산된 작은 입자(185), 예를 들어 나노 입자를 포함한다. 일부 응용예에서는, 모 재료가 고체일 수 있지만, 모 재료는 바 람직하게는 유체이다. 커플링 모 유체 재료(186)는 커플러 공동(380) 내에 분산될 수 있다.
본 발명의 이점 및 실시예는 이하의 예에 의해 더 설명된다. 이러한 예에서 인용된 특정 재료, 양 및 치수와, 다른 조건 및 세부사항은 본 발명의 범위를 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
예1
실리카 입자가 프로필렌 글리콜 커플링 유체 내에 분산되었다. 평균 입자 크기는 20 nm였다. 입자는 약 590 nm(나트륨 D 라인)에서 측정된 1.46의 굴절 지수를 갖는다. 프로필렌 글리콜의 굴절 지수는 20 ℃, 590 nm에서 1.432였다. 입자 무게는 60 중량%였다. 실리카가 충전된 프로필렌 글리콜의 dn/dT는 입자가 없는 프로필렌 글리콜의 약 1/2이었다.
실리카가 충전된 프로필렌 글리콜는 약 1.5%의 흐림을 갖는다. 입자가 없는 프로필렌 글리콜은 약 0.2%의 흐림을 갖는다. 흐림은 헌터랩(Hunterlab)의 컬러퀘스트(Colorquest) XE 측광기를 사용하여 측정되었다.
다음으로, 프로젝션 시스템의 열적 드리프트는 광학 커플링 재료로서의 입자를 갖는 프로필렌 글리콜과 입자를 갖지 않는 에틸렌 글리콜을 사용하여 측정되었다. 그린(550 nm)에서 주 방출 파장을 갖는, 도1의 광학 소자(100)와 유사한 CRT 화상 소스가 프로젝션 스크린 상으로 광 타겟을 확대 및 투사하기 위해 사용되었다. 타겟은 종종 에지 타겟으로 지칭되는 뚜렷한 정사각형 테두리를 갖는 불투명한 정사각형을 포함한다.
먼저, 타켓의 화상이 광학 커플링 재료로서의 입자를 갖지 않는 프로필렌 글리콜을 사용하여 스크린 상에 투사되었다. 소스의 위치는 2개의 상이한 온도 20 ℃ 및 60 ℃에서 스크린에 가장 명확한 화상을 위해 결정되었다. 열적 드리프트는 2개의 온도에서 소스 위치의 시프트(shift)로 정의되었다. 열적 드리프트는 투사된 수평 에지와 투사된 수직 에지에서 결정되었다. 또한, 열적 드리프트는 축상, 50% 포인트(화상 중심과 화상 에지 사이의 중간 포인트), 90% 포인트(화상 중심으로부터 90%, 화상 에지로부터 10%)에서 결정되었다. 다음으로, 광학 커플링 재료로서 분산된 입자를 갖는 프로필렌 글리콜을 사용하여 동일한 실험이 반복되었다. 투사된 수직 에지의 결과 값은 이하의 표1에 주어진다. 투사된 수평 화상을 위한 유사한 값은 이하의 표2에 주어진다.
표1
열적 드리프트(mm) (수직 에지)
입자를 갖지 않는 용액 입자를 갖는 용액 % 변화
축상 0.29 0.22 24
50% 0.46 0.42 13
90% 0.85 0.89 -5
표2
열적 드리프트(mm) (수평 에지)
입자를 갖지 않는 용액 입자를 갖는 용액 % 변화
축상 0.29 0.22 24
50% 0.35 0.32 14
90% 0.53 0.49 8
표1과 표2에 기록된 측정값은 프로필렌 글리콜에 대한 나노 입자의 첨가가 열적 드리프트를 실질적으로 감소시키는 것을 나타낸다.
예2
실리카 입자가 에틸렌 글리콜 커플링 재료 유체 내에 분산되었다. 실리카 입자의 평균 크기는 20 nm였다. 입자는 약 590 nm(나트륨 D 라인)에서 1.433의 굴절 지수를 갖는다. 에틸렌 글리콜의 지수는 590 nm에서 1.431이었다. 입자 무게는 30 중량%였다. 에틸렌 글리콜로 충전된 실리카의 dn/dT의 측정값은 -2.3×10-4이었다. 입자가 없는 에틸렌 글리콜의 dn/dT는 -2.7×10-4이었다. 입자의 첨가로 약 14.8%만큼 dn/dT가 감소되었다.
상술한 모든 특허, 특허 출원 및 다른 문헌들은 완전히 재현되어 여기에 참조로 합체되었다. 본 발명의 특정 예가 본 발명의 여러 태양의 설명을 용이하게 하기 위해 상기에서 상세히 기술되었지만, 본 발명은 이러한 특정 예로 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 오히려, 본 발명은 첨부된 청구의 범위에 의해 정의되는 바와 같이 본 발명의 기술사항 및 범위 내에서 모든 변경, 실시예 및 대체예를 포함하려는 것이다.

Claims (38)

  1. 광학 소자이며,
    가시 범위에 걸쳐 평균 굴절 지수 n1을 갖는 음극선관의 면판과,
    가시 범위에 걸쳐 평균 굴절 지수 n3를 갖고 면판과 대면하는 렌즈 소자와,
    렌즈 소자와 면판을 광학적으로 연결하기 위해 렌즈 소자와 면판 사이에 배치된 광학 커플링 재료를 포함하고,
    광학 커플링 재료는 가시 범위에 걸쳐 굴절 지수 n2를 갖고, 광학 커플링 재료는 유체 모 재료 내에 분산된 나노 입자를 포함하고, 나노 입자는 가시 범위에 걸쳐 평균 굴절 지수 na를 갖고, 유체 모 재료는 가시 범위에 걸쳐 평균 굴절 지수 nb를 갖는 광학 소자.
  2. 제1항에 있어서, 유체 모 재료는 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 프로필렌 글리콜, 알킬 디아릴 알칸, 물 및 실록산 중합체 중 하나 이상을 포함하는 광학 소자.
  3. 제1항에 있어서, 광학 커플링 재료를 수납하기 위한 커플러 하우징을 더 포함하는 광학 소자.
  4. 제1항에 있어서, n2는 n1과 n3의 최하값 이상이고 최상값 이하인 광학 소자.
  5. 제1항에 있어서, n2는 n1과 n3의 평균인 광학 소자.
  6. 제1항에 있어서, n2는 n1과 n3의 곱의 제곱근인 광학 소자.
  7. 제1항에 있어서, n2는 n1과 동일한 광학 소자.
  8. 제1항에 있어서, n2는 n3와 동일한 광학 소자.
  9. 제1항에 있어서, 광학 커플링 재료는 면판과 접촉되는 광학 소자.
  10. 제1항에 있어서, 광학 커플링 재료는 렌즈 소자와 접촉되는 광학 소자.
  11. 제1항에 있어서, 광학 커플링 재료 내의 나노 입자의 무게 비율은 10 내지 80% 범위인 광학 소자.
  12. 제1항에 있어서, 광학 커플링 재료 내의 나노 입자의 무게 비율은 20 내지 70% 범위인 광학 소자.
  13. 제1항에 있어서, 광학 커플링 재료 내의 나노 입자의 무게 비율은 30 내지 70% 범위인 광학 소자.
  14. 제1항에 있어서, 나노 입자의 평균 크기는 500 nm 이하인 광학 소자.
  15. 제1항에 있어서, 나노 입자의 평균 크기는 10 내지 100 nm 범위인 광학 소자.
  16. 제1항에 있어서, 나노 입자의 평균 크기는 10 내지 50 nm 범위인 광학 소자.
  17. 제1항에 있어서, 나노 입자의 평균 크기는 10 내지 30 nm 범위인 광학 소자.
  18. 제1항에 있어서, 나노 입자는 유체 모 재료 내에 콜로이드 형태로 분산되는 광학 소자.
  19. 제1항에 있어서, n2는 광학 커플링 재료 내의 나노 입자의 무게 비율의 선형 함수인 광학 소자.
  20. 제1항에 있어서, 온도 T에 따른 n2의 변화율은 광학 커플링 재료 내의 나노 입자의 무게 비율의 선형 함수인 광학 소자.
  21. 제1항에 있어서, 온도에 따른 n2의 변화율은 20 내지 60 ℃의 온도 범위에 걸쳐 온도에 따른 nb의 변화율보다 적어도 5% 작은 광학 소자.
  22. 제1항에 있어서, 온도에 따른 n2의 변화율은 20 내지 60 ℃의 온도 범위에 걸쳐 온도에 따른 nb의 변화율보다 적어도 10% 작은 광학 소자.
  23. 제1항에 있어서, 온도에 따른 n2의 변화율은 20 내지 60 ℃의 온도 범위에 걸쳐 온도에 따른 nb의 변화율보다 적어도 15% 작은 광학 소자.
  24. 제1항에 있어서, 온도에 따른 n2의 변화율은 20 내지 60 ℃의 온도 범위에 걸쳐 온도에 따른 nb의 변화율보다 적어도 20% 작은 광학 소자.
  25. 제1항에 있어서, 온도에 따른 n2의 변화율은 20 내지 60 ℃의 온도 범위에 걸쳐 온도에 따른 nb의 변화율보다 적어도 25% 작은 광학 소자.
  26. 제1항에 있어서, 광학 커플링 재료는 2% 이하의 흐림을 갖는 광학 소자.
  27. 제1항에 있어서, 광학 커플링 재료는 1% 이하의 흐림을 갖는 광학 소자.
  28. 제1항에 있어서, 광학 커플링 재료는 0.5% 이하의 흐림을 갖는 광학 소자.
  29. 제1항에 있어서, 광학 커플링 재료는 0.2% 이하의 흐림을 갖는 광학 소자.
  30. 제1항에 있어서, 온도에 따른 입자의 지수의 변화율은 양인 광학 소자.
  31. 제1항에 있어서, 온도에 따른 입자의 지수의 변화율은 음인 광학 소자.
  32. 프로젝션 디스플레이 시스템이며,
    면판을 가지며 화상을 형성하는 CRT 화상 소스와,
    면판과 대면하고 상기 소스에 의해 형성된 화상을 투사하는 렌즈 소자와,
    면판과 렌즈 소자를 광학적으로 연결하기 위해 렌즈 소자와 면판 사이에 배치된 광학 커플링 재료를 포함하고,
    광학 커플링 재로는 유체 모 재료 내에 분산된 나노 입자를 포함하는 프로젝션 디스플레이 시스템.
  33. 제32항에 있어서, 렌즈 소자에 의해 투사된 화상을 표시하기 위한 뷰잉 스크린을 더 포함하는 프로젝션 디스플레이 시스템.
  34. 제32항에 있어서, 3개의 CRT 화상 소스를 포함하는 프로젝션 디스플레이 시스템.
  35. 제32항에 있어서, 전면 프로젝션 디스플레이 시스템인 프로젝션 디스플레이 시스템.
  36. 제32항에 있어서, 후면 프로젝션 디스플레이 시스템인 프로젝션 디스플레이 시스템.
  37. 음극선관 프로젝션 시스템이며,
    이격된 대향 위치로 배열되어 커플러 공동을 형성하는 음극선관의 면판 및 렌즈 소자와,
    커플러 공동 내에 분산되고 나노 입자를 포함하는 커플링 유체를 포함하는 음극선관 프로젝션 시스템.
  38. 제37항에 있어서, 면판, 렌즈 소자 및 커플링 유체를 수납하기 위한 커플러 하우징을 더 포함하는 음극선관 프로젝션 시스템.
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