KR100388372B1 - 평면패널화상디스플레이장치용조사시스템 - Google Patents

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콘스탄스 예네 엘리자베스 세펜
헨리 마리에 요셉 보스트
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

조사시스템(3)은 광도파관(11)과 광도파관(11)의 적어도 한 단부면을 통해 광도파관(11)으로 결합되는 광을 가진 광원(9)을 포함한다. 광도파관(11)에는 광도파관(11)의 재료와 다른 재료로 채워진 리세스(19)가 제공되어 있다. 두 재료중 하나는 등방성이고 굴절지수 nP을 가지며, 다른 재료는 이방성이고 굴절지수 nO와 ne를 가진다. 굴절지수에서 등방성과 이방성 재료사이의 경계면에 편광 분리가 있도록, 상기 nO또는 ne는 nP와 동일하거나 거의 동일하게 유지해야한다. 본 발명은 또한 이런 조사시스템을 포함하는 평면 패널 화상 디스플레이 장치에 관한 것이다.

Description

평면 패널 화상 디스플레이 장치용 조사시스템
서두에서 언급한 형태의 조사시스템이 제공된 평면 패널 화상 디스플레이 장치는 미국 특허 4,212,048 호에 기술되어 있다. 이 특허에 기술한 화상 디스플레이 장치에 있어서, 화상장치 패널은 웨지형태의 투명한 판과 광원으로 구성되는 조사 시스템에 의해 조사된다. 광원에 의해 방출된 광선은 광도파관과 공기사이의 경계면에서 전체내부 굴절을 당하기 때문에, 광도파관의 단부면에서 결합되어 도파관을 통해 전파된다. 도파관-공기 경계면상의 광선의 입사각은 굴절할 때 마다 감소되기 때문에, 이 각은 임계각(critical angle)보다 어느정도 작으며 관련 광선은 광도파관을 떠나게 된다. 더욱이, 광도파관은 광원부근에 광도파관의 두께를 가로질려 연장하는 편광재료로된 스트립형태의 편광수단을 포함한다. 이 방법에서, 광도파관을떠나는 광을 편광하는 것을 보장한다.
상기 미국 특허에서 기술한 조사시스템의 결함은 편광기가 색성(dichroic)이고 그러므로 원하지 않은 편광을 흡수하기 때문에, 광원에 의해 공급된 광의 약 50%가 영상의 형성에 기여하지도 않고 손실된다는 것이다. 또 다른 결함은 광이 광 도파관의 출구면에서 발산될 수 있도록 광도파관을 웨지형상으로 해야하는 것이다. 충분한 광산출의 요구조건에 의해서, 광도파관의 디자인의 자유성이나 재료의 선택성은 제한된다. 실제적으로, 광이 광도파관으로 들어간후 단시간에 편광기에 도달 하여므로서 편광된다. 이 편광된 광은 전체 내부 굴절에 대한 임계각보다 작은 각으로 출구면상에 입사될 때까지 광도파관을 통해 전파하고, 따라서 발산된다. 실제적으로, 등방성의 재료가 완전한 등방성을 이루고 있지 않기 때문에, 여전히 광도파관을 통해 전파하는 동안 소멸되어 질 것이다. 따라서, 동일한 방향의 편광을 가지는 편광된 광의 산출은 상당히 감소된다. 그러므로 발산전에 커버되는 거리는 상당히 짧으므로 광도파관의 디자인 자유도를 제한하거나, 광도파관의 재료를 매우 등방성으로 해야하므로, 재료의 선택을 제한한다.
본 발명은 출구면과 적어도 하나에 광원이 위치되어 있는 다수의 단부면을 가진 광학적으로 투명한 재료의 광도파관과 광원에서 방출된 광을 편광하기 위한 편광수단을 포함하는 조사시스템에 관한 것이다. 여기서 광은 상기 광도파관의 단부면에서 결합될 수 있다.
본 발명은 또한 이런 조사시스템을 포함하는 평면 패널 화상 디스플레이 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 조사시스템을 가진 평면 패널 화상 디스플레이 장치의 실시예를 도시한 사시도.
도 2는 빔통로가 도시되어 있는, 본 발명에 따른 조사시스템의 단면도.
도 3, 도 4, 도 5와 도 6은 본 발명에 따른 조사시스템의 다수의 실시예의 단면도.
도 7a 및 도 7d는 광원의 다른 형상을 가진 조사시스템의 다수의 실시예를 도시한 사시도.
본 발명의 목적은 광원이 광도파관을 떠나기전 동일한 방향의 편광을 가지는 광으로 광원에 의해 방출된 광중 가장 큰 부분을 변환하는 조사시스템을 제공하여, 광도파관내에 사용하기 위한 재료의 선택을 넓게하고, 광도파관의 형상이 광산출의 효과를 제한하고 있지 않으므로, 디자인의 자유성을 가능한 크게 할 수 있게 하는 것이다.
결국, 본 발명에 따른 조사시스템은 광도파관이 광도파관의 재료와 다른 재료를 포함하는 다수의 리세스를 가지는 것을 특징으로 하고, 편광수단이 리세스와 광도파관 사이의 경계면으로 이루어지며, 광도파관의 재료 또는 리세스의 재료는 광학적으로 이방성이고 다른 재료는 등방성이다.
선형 편광에 의해서, 비편광된 빔은 두 개의 상호 수직적으로 편광된 빔 성분으로 나누어진다. 이런 편광분리는 예를 들어 굴절지수 nP를 가지는 등방성 재료의 영역과 굴절지수 nO과 ne를 가지는 이방성 재료의 영역사이의 경계면상에 비편광된 빔을 입사시키므로서 얻을 수 있으며, 여기서 두 지수 nO또는 ne중 하나는 nP와 같거나 거의 같다. 비편광된 빔이 이런 경계면상에 입사되면, 등방성과 비등방성 재료사이의 경계면에서의 굴절지수의 어떠한 차도 검출되지 않은 빔성분은 비굴절통과되며, 반면에 다른 빔 성분은 굴절될 것이다.
nP가 nO와 거의 같거나 같으면, 통상의 빔이 이방성과 등방성 재료사이의 경계면에 의해 굴절통과되며, nP가 ne와 거의 같거나 같으면, 이와 같은 경계면은 비통상의 빔을 비굴절통과한다.
본 발명에 따른 조사시스템의 양호한 실시예는 반사경이 광도파관의 출구면과 마주보고 위치된 표면에 존재하는 것을 특징으로 한다.
임계각보다 작은 각으로 도파관-공기 경계면상에 입사하는 광선은 편광의 방향에 상관없이 발산된다. 출구면에 마주보고 위치된 표면상에서의 이러한 현상에의한 광산출의 손실을 줄이기 위해서, 이 표면에 반사경을 제공하는 것이 좋다. 이 방법으로, 조사시스템의 상당히 높은 광산출을 얻는다.
경계면에서 편광분리를 하는데 사용된 방법은 광도파관내의 리세스의 실행에 달려있다.
본 발명에 따른 조사시스템의 제 1 실시예는 리세스가 출구면에 마주보고 위치된 광도파관내에 제공되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에서, 이방성과 등방성사이의 경계면에 의해 비굴절통과되는 성분은 출구면에 마주보고 위치된 표면에 도달할 것이다. 이 표면상의 입사각에 따라서, 관련성분은 출구면을 향해 반사되거나 여기에 마주보고 위치된 표면을 통하여 광도파관을 떠난다. 후자의 경우에, 광은 출구면에 마주보고 위치된 표면상에 놓인 반사경에 도달하므로, 광은 도파관으로 반사될 것이다. 도파관에서 나온 광을 결합하기 위한 다른 가능한 방법은 확산기를 출구면에 마주보고 위치된 광도파관의 표면에 제공하여, 소망방향의 편광을 가진 빔성분의 대부분을 광도파관의 출구면을 향해 확산한다.
본 발명에 따른 조사시스템의 추가의 실시예는 반사경이 편광 유지 반사경인 것을 특징으로 한다.
리세스가 출구면에 마주보고 위치된 도파관 표면내에 제공되면, 이 표면상에 놓인 반사경은 편광을 유지해야한다. 이점에서 광도파관을 떠나는 광의 대부분이 소망방향의 편광을 가지기 때문에, 광이 다시 광도파관으로 통과할 때, 소망방향의 편광을 유지해야한다.
본 발명에 따른 제 2 실시예는 리세스가 출구면내에 제공되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에서, 소망방향의 편광을 가지는 광은 직접 출구면에서 발산된다. 원하지 않은 방향의 편광을 가지는 광은 다시 한번 광도파관을 횡단하고 나서 소멸되므로, 적어도 소망방향의 편광을 가지는 한, 최종적으로 출구면에서 발산할 수 있다.
상술한 제 1, 2 실시예 모두에서, 광도파관에 남아 있는 빔은 광도파관의 재료가 실제적으로 완전한 동방성이 아니기 때문에, 광도파관을 통해 전파하는 동안 얼마후 소멸될 것이다. 따라서, 광빔은 주어진 전파 거리후 양 방향의 편광을 포함할 것이다. 광빔이 다시 등방성과 이방성 재료사이의 경계면에 나타나면, 편광분리를 다시 시작할 것이다. 이 공정은 매번 반복되므로, 광원에 의해 방출된 광의 거의 대부분은 도파관의 출구면에서 발산되기전, 동일, 즉, 소망의 방향의 편광을 가지는 광으로 변환된다. 상당히 높은 광산출은 이 방법으로 실현될 수 있을 것이다. 광도파관은 도파관으로부터 나온 광을 발산하기 위해서 웨지형상을 가질 수 있지만, 꼭 이렇게 할 필요는 없다. 따라서, 디자인의 보다 큰 자유성을 실현할 수 있고, 주로 보다 얇은 도파판을 사용할 수 있다. 광도파관의 등방성 재료가 또한 도파관을 통한 편광의 원하지 않은 방향의 전파동안에 소멸이 일어날 정도로, 이방성인 것이 바람직하기 때문에, 재료의 선택을 가능한 넓게 할 수 있다.
본 발명에 따른 조사시스템의 상기 실시예는 추가로 반사경이 확산 반사경인 것을 특징으로 한다.
이런 반사경은 확산하기 때문에, 광도파관을 떠나는 광은 보다 큰 각도로 확산되므로, 관찰각을 증가한다.
본 발명에 따른 조사시스템의 추가의 실시예는 소멸효과를 가진 반사경이 광원으로부터 먼 적어도 한 단부면상에 배치되어 있다.
평면 조사시스템의 광도파관의 광이 결합되지 않은 단부면에 반사경을 제공하므로서, 손실되어 조사시스템의 광산출에 기여하지 않은 광을 방지하는 것은 알려져 있다. 반사경은 다시 광도파관으로 광을 보낸다. 이 방식으로, 광은 여전히 출구면상에서 발산되는 새로운 기회가 주어진다.
단부면에 있는 반사경이 소멸효과를 가진다면, 출구면에서 바람직하지 않게 발산되는 편광방향을 가지는 입사광이 소멸되므로, 이 광의 약 절반은 동시에 적합한 편광방향을 필요로 하며 광도파관으로부터 발산될 수 있다. 다른 절반은 도판관을 통해 연장하는 동안 다시 소멸될 수 있다. 소멸 반사경의 장점은 도파관의 재료의 복굴절에 상관없이, 원하지 않은 빔성분을 소멸하는 것이다.
본 발명에 따른 조사시스템의 추가의 시스템은 대부분 편광을 유지하는 확산기로 확산수단을 구성하는 것을 특징으로 한다.
조사시스템에 의해 공급된 광의 명암도(intensity)를 광도파관의 표면에 균일하게 분포하기 위해서, 도파관내의 불연속 편광영역(discrete polarizing areas)의 존재에도 불구하고, 조사시스템에 확산기를 제공할 수 있다. 확산기가 편광방향을 유지하기 때문에, 도파관의 재료와 리세스내의 재료의 조합에 의해 광원의 광으로부터 선택되는 편광방향에 영향을 주지 못한다.
본 발명에 따른 조사시스템의 추가의 실시예는 리세스에 채워지는 재료와 동일한 형태의 재료로된 확산센터로 편광유지 확산기를 구성하는 것을 특징으로 한다.
이 방법으로, 확산기는 광도파관내에 집적되고, 광도파관을 떠나는 편광 광의 명암도는 출구광의 편광방향에 영향을 주지 않고 도파관의 표면에 균일하게 분포된다.
본 발명에 따른 추가의 실시예는 확산센터가 비등방성 재료로 채워진 광도파관내에 제공된 리세스와 일치하는 것을 특징으로 한다.
이 경우에, 리세스는 편광기와 확산기의 기능을 가진다. 이것은 상당히 광도파관의 제조를 간단히 한다.
본 발명에 따른 조사시스템의 추가의 실시예는 등방성과 이방성 재료사이의 경계면을 편광유지 확산기로서 사용하는 것을 특징으로 한다.
편광을 유지하는 확산기로서 경계면을 사용함으로서, 광이 충전 리세스를 떠날 때, 광은 모난영역을 통해 확산되므로 경계면의 구조에 의해 결정된다.
본 발명에 따른 조사시스템의 추가의 실시예는 광도파관을 굴절지수 nP를 가지는 광학적으로 등방성인 재료로 형성하고 리세스가 굴절지수 nO와 ne를 가지는 비등방성의 단일축선 재료를 포함한다.
이렇게 선택하면, 편광의 소망의 방향을 가지는 광을 출구면에 도달하기전 복굴절 재료를 통해 전파할 필요가 없기 때문에, 광도파관의 디자인의 가장 큰 자유도를 제공한다. 그러나, 실제로, 등방성 재료는 완전한 등방성이 아니지만, 소멸은 긴 거리 전파후 까지 나타나지 않을 것이다.
본 발명에 따른 조사시스템의 추가의 실시예는 nP가 nO와 같거나 거의 같은 것을 특징으로 한다.
종래의 폴리머에서, ne는 상당히 높고 상기 선택을 nP가 ne와 동일하거나 거의 동일한 경우보다 더 용이하게 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 조사시스템의 추가의 실시예는 광학적으로 이방성 재료가 이방성 폴리머 겔이거나 이방성 폴리머 네트워크인 것을 특징으로 한다.
이들 재료는 특히 리세스를 채우기 위해 소량의 복굴절 재료로서 사용하는데 적합하다.
본 발명에 다른 조사시스템의 추가의 실시예는 리세스가 도파관의 평면에 수직인 평면에 삼각형 단면을 가지는 것을 특징으로 한다.
리세스의 형상의 선택에 의해서, 굴절 편광성분이 등방성과 이방성 재료사이의 경계면을 떠나는 각을 결정할 수 있다.
예를 들어, 삼각형 단면을 가진 리세스에 의해서, 광을 광도파관에서 발산할 수 있는 각도 그러므로 서 화상 디스플레이 장치애서의 사용할 때 관찰각을 결정할 수 있다.
본 발명에 따른 조사시스템의 또 다른 실시예는 리세스가 이방성 재료로된 섬유가 연장하는 홈인 것을 특징으로 한다.
조사시스템의 이 실시예는 상당히 빠르고 쉽게 조사시스템을 제조할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 이들 및 다른 특징은 이후에 상술한 실시예를 참고로 더 분명하게 설명되어 있다.
도 1에 대략적으로 도시한 화상 디스플레이 장치(1)는 조사시스템(3)과, 화상 디스플레이 패널(5)과 분석기(7)를 포함한다. 조사시스템(3)은 광학적으로 투명한 재료로 만들어지고 4개의 단부면(13, 14, 15, 16)을 가지는 광도파관(11)을 포함한다. 단부면(13)을 통해 도파관(11)으로 결합되는 광을 가진 광원(9)은 예를 들어 단부면중 하나(13)에 마주보고 있다. 광원(9)은 예를 들어 로드형상이 형광램프일 수 있다. 광원은 변경적으로 예를들어 하나 이상의 광방출 다이오드(LED), 특히 예를 들어, 셀방식 전화에서와 같이 소형 화상 디스플레이 패널을 가진 평면 패널화상 디스플레이 장치에서의 셀에 의해 구성될 수 있다.
반사경(10)은 광도파관(11)으로부터 멀어지는 쪽의 광원(9)에 놓여있다. 반사경(10)은 광도파관(11)으로부터 먼 방향으로 광원(9)에 의해 방출된 광을 계속해서 도파관을 향해 반사하는 것을 보장한다. 도파관(11)의 출구면(17)은 화상 디스플레이 패널(5)쪽으로 있다.
조사시스템(3)이 편광 광을 공급하기 위해서, 광도파관(11)에는 광도파관(11)의 것과 다른 재료가 제공되어 있는 리세스(19)가 제공되어 있으며, 이들 재료 중 하나는 등방성이고 다른 하나는 이방성이다. 편광분리는 등방성과 이방성 재료 사이의 경계면상에서 일어난다. 리세스(19)는 광도파관의 표면내에 제공될 수 있으며, 이 표면은 출구면(17)이거나 대향면(21) 어느 쪽에든지 놓일 수 있다. 리세스(19)는 변경적으로 광도파관의 중앙에 놓일 수 있다. 도 1에 도시한 실시예에서, 리세스(19)는 표면(21)에 제공되어 있다. 도 2도와 도 6은 조사시스템의 추가의 실시예를 도시하고 도 2와 도 4는 또한 광도파관의 방사선을 도시한다.
조사시스템(3)에 의해 공급된, 편광의 소망의 방향을 가지는 광은 디스플레이될 화상정보에 따라서 결과적으로 화상 디스플레이 패널(5)에 의해 편광의 방향으로 변조된다. 따라서, 변조된 광은 최종 화상내에 어두운 픽셀로서 나타나며 화상 디스플레이 패널상의 이들 픽셀로부터 나온 광을 차단하는 분석기(7)상에 입사된다. 분석기(7)는 예를 들어, 광통로로부터의 원하지 않은 방향의 편광을 흡수하는 흡수 분석기 뿐만아니라, 바람직하지 않은 화상의 편광방향을 제거하는 반사 또는 굴절 편광기일 수 있다.
화상 디스플레이 패널(5)은 예를 들어 입시광의 편광방향을 변조하도록, 비틀린 네마틱 효과(TN), 과비틀린 네마틱 효과(STN) 또는 페로 일레트릭 효과를 근거로 작동하는, 매트릭스 픽셀이 배열되어 있는 액정 재료일 수 있다.
본 발명을 실현하는 다른 가능한 방법이 있다. 광도파관의 재료가 등방성이면, 리세스내의 재료는 이방성이어야 한다. 다시 말하면, 광도파관은 이방성 재료로 구성할 수 있으며, 반면에 리세스는 등방성 재료로 채워진다. 대부분의 경우 광도파관이 등방성이고 리세스가 이방성 재료로 채워지는 실시예가 바람직하다. 이 이유는 이 경우에, 편광의 소망의 방향을 가지는 광이 복굴절 재료를 통해 전파할 필요가 없고, 그러므로 소멸이 일어나기전에 보다 긴 거리를 커버할 수 있어 광도파관의 디자인을 보다 자유롭게 할 수 있기 때문이다.
광도파관(11)에 알맞은 등방성 재료는 예를 들어, PMMA 또는 폴리카본네이트이다. 리세스(19)의 패턴은 따라서 예를 들어 고온다이(hot die)에서의 밀링, 에칭 또는 프레싱에 의해 제공될 수 있다. 리세스(19)는 또한 광도파관(11)내의 광의 전파의 방향에 수직으로 연장하거나 각도져 있는 홈일 수 있다. 리세스(19)는 변경적으로 도면의 평면상에 직사각형, 정사각형과 삼각형의 단면을 가진 도파관(11)의 표면내에 핏(pit)일 수 있다. 따라서 리세스는 이방성 단축 재료, 예를 들어 액정 재료로 채워진다. 사용된 액정재료에 따라서, 충전된 리세스를 가진 투명한 판을 마찰층(rubbed layer)으로 시일드하거나 하지 않고 액정재료내의 소망의 정렬(ordering)을 얻을 수 있다. 따라서, 액정층은 UV광에 의해 경화된다. 적합한 액정 재료는 예를 들어 EP 0451 905(PHN 13.299)내에 기술한 이방성 폴리머겔 또는예를 들어 EP 0213 680(PHN 11.472)에 기술한 이방성 폴리머 네트워크이다.
광도파관(11)을 이방성 재료로 사용하면, 이들재료로서 단일방향성의 PMMA와 폴리카보네이트가 적합하다. 광도파관내에 제공된 리세스는 예를 들어 등방성 PMMA 또는 UV-경화된 등방성 아크릴레이트와 같은 등방성 재료로 충전될 수 있다.
광이 결합되어지지 않은 투명판의 각 단부면(15)에 반사경(23)을 제공할 수 있다. 이 방법으로, 출구면(17)에서 발산되지 않은 광이 광도파관을 통해서 전파되고, 단부면에 도달하고 단부면(15)을 통해서 광도파관(11)을 떠난다. 사실 반사경(23)은 광도파관(11)으로 다시 광을 반사한다. 반사경(23)은 적합하게 소멸반사경이다. 등방성 재료가 실제로 완전한 등방성이 아니기 때문에, 이 재료를 통한 전파시 소멸이 일어난다. 그러나, 작은 이방성에서, 단지 이것은 긴 전파거리후에 일어난다. 소멸 반사경으로서 반사경(23)을 사용함으로서, 이 효과를 보다 강하게 하며, 이것은 광도파관의 재료가 작은 소멸 효과를 가지다면 매우 장점이 되며, 소망의 편광성분의 통로에 바람직하다. 더욱이, 디자인의 자유도를 보장한다.
또한, 출구면(17)에 마주보고 위치된 표면(21)에는 반사경(25)을 제공할 수 있으므로 편광의 소망의 방향을 가지는 광은 조사시스템의 광산출에 기여하지 않고 표면(21)에서 나가지 못하게 한다. 더욱이, 이 반사경(25)은 적합하게 확산한다. 이 방식으로, 여기에 입사한 광은 보다 큰 각도로 펴지고 관찰각을 증가할 수 있다.
그러므로 조사시스템의 광산출을 반사경(23, 25)에 의해 상당히 증가할 수 있다.
반사경(23, 25)은 예를 들어 기체증착된 박막 또는 포일로서 사용될 수 있다. 도면에서, 이들은 선택적이기 때문에 파단선으로 도시되어 있다.
조사시스템이 매우 높은 콘트라스트를 원하는 화상 디스플레이 장치내에 사용되면, 여분의 편광기를 화상 디스플레이 패널과 직면하는 조사시스템의 측면에 배치할 수 있으므로, 이 광이 화상 디스플레이 패널에 도달하기전 조사시스템에 의해 공급된 광의 편광방향을 보강한다. 이 편광기가 반사 편광기라만, 광의 손실이거의 없으며, 그러므로 서 반사된 광이 다시 광도파관에 도달하기 때문에, 편광의 소망의 방향을 가지는 광으로 변환할 수 있다.
도 2는 이미 도 1에 도시한 바와 같은, 본 발명에 따른 조사시스템의 실시예를 도시하며, 여기에서는 빔통로가 도시되어 있고 광도파관이 등방성이고 리세스가 이방성 재료로 채워져있다.
편광의 분리는 등방성과 이방성 재료사이의 경계면(27)에서 이루어진다. 비 편광된 빔(b)이 경계면(27)상에 입사되면, 이 빔은 상호 수직 방향의 편광을 가지는 두 빔성분(b1, b2)으로 분리될 것이다. 편광분리를 일으키기 위해서, 굴절지수 nP를 가진 등방성 재료와 굴절지수 nO와 ne를 가진 이방성 재료를 가지고 있어야 한다. 여기서 굴절지수 nO또는 ne중 하나는 nP와 같거나 거의 같다. 빔성분(b1)은 표면(21)에 전파되어 전체 내부 반사에 대한 임계각보다 큰 각으로 입사시 반사될 것이다. 이 임계각보다 작은 입사각에서, 성분은 광도파관(11)을 떠날 것이다. 소망의 방향의 편광을 가지는 광을 출구면으로 보내는 다른 가능한 방법은 표면(21)에편광을 유지하는 확산기를 제공하는 것이다. 확산기는 주로 입사광을 출구면을 향해 확산하며 반면 나머지 부분은 표면(21)에서 광도파관을 떠날 것이다.
소망의 방향의 편광을 가진 광이 조사시스템의 광산출에 기여하지 않고 광도파관(11)으로부터 떠나는 것을 방지하기 위해서, 반사경(25)을 표면(21)상에 배치하여 광도파관을 떠난 광을 다시 도파관(11)으로 보내어 출구면(17)까지 보낼 수 있다. 반사경(25)은 분리설치 할 수 있지만 종종 광도파관(11)과 직접 접촉한 상태로 배치할 수 있으므로 반사손실을 줄일 수 있다.
원하지 않은 빔성분(b2)은 경계면(27)상에 반사되어 광도파관(11)을 통해 전파하고 동시에 소멸한다. 이 빔성분은 이미 상술한 바와 같이, 최종적으로 경계면(27)에 도달하여 계속해서 소멸될 것이다. 또 다른 가능한 방법은 이들의 성분과 부분을 소멸시키는 단부면(15)에 도달시키므로 서, 소망의 방향의 편광을 가지는 부분을 경계면(27)에 도달할 때 선택하는 것이다.
예를 들어, nO= ne이면, 광도파관(11)에서의 발산된 광은 광의 전파의 방향의 평면에서의 편광방향과 이방성 재료의 광축을 가진다. 광은 편광방향이 광축에 평행하다면 최대로 발산된다. 이것은 광축이 적합하게 로드형상 램프(9)의 길이방향에 평행하다라는 것을 의미한다.
실제로, ne가 종래의 폴리머에 대한 nP보다 훨씬 높기 때문에 ne= nP를 실현하는 것은 상당히 어렵다.
도 3, 도 4와 도 5와 도 6은 본 발명에 따른 조사시스템의 몇몇 실시예를 도시한다.
도 3에서, 리세스(19)는 출구면(17)에 제공되어 있다. 이 실시예에서, 비편광된 빔이 경계면(27)상에 입사되고, 소망의 빔 성분은 출구면(17)을 향해 경계면(27)을 건너가며, 출구면에서 광은 이 면상의 수직에 대해 광도파관(11)에서 어느 각도로 발산할 것이다. 단부면(15)에서의 소멸후 또는 전파동안의 소멸후나 도파관-공기면(17,21)상의 하나 이상의 반사후, 이 빔성분은 소망의 방향의 편광이 선택되고 출구면(17)으로 발산되는 경계면(27)에 도달한다. 그러나, 반사경(25)은 이 경우에 편광을 유지할 필요가 없지만, 적합하게 표면(21)에서 광도파관을 떠나는 광의 보다 큰 부분이 원하지 않은 방향의 편광을 가지기 때문에 적합하게 소멸한다. 이 방식으로, 반사경(25)에 의해 광도파관(11)으로 다시 보내진 광의 약 절반은 소망의 방향의 편광을 가진다.
도 4에서, 리세스(19)는 표면(21)내에 제공되고 삼각형의 단면을 가진다. 경계면(27)의 슬로프를 변경함으로서, 도파관(11)에서 발산되는 광의 방향에 영향을 줄 수 있다. 이 방식으로, 조사시스템이 사용되어지는, 화상 디스플레이 장치의 관찰각을 결정할 수 있다. 여기서, 다시 리세스를 출구면(17)내에 설치할 수 있다.
도 5에서, 리세스(19)는 광의 전파의 방향에 횡방향으로 놓인 홈으로 제공된다. 광도파관(11)의 재료의 성질에 따라서, 등방성 또는 이방성 재료로된 섬유(20)는 홈내에 연장한다. 섬유(20)는 예를 들어 등방성 재료와 같은 동일한 굴절지수를 가지는 아교에 의해 홈내에 고정될 수 있다. 이 경우에, 경계면은 섬유의 둘레에 의해 이루어진다. 도면에서, 홈은 표면(21)내에 제공되지만, 또한 출구면(17)에 홈과 섬유를 제공할 수 있다.
도 6에서, 리세스(19)는 광도파관(11)의 중심내에 제공되어 있다. 여기서, 다시, 리세스는 다른 형상을 가질 수 있다. 이 경우에, 리세스는 보완 프로필, 예를 들어 삼각형 프로필을 가지는 두 개의 광도파관부 사이의 공간을 이룬다. 그리고 나서 공간은 광도파관부의 재료가 등방성 또는 이방성이든지에 따라서, 이방성 또는 등방성 재료로 채워진다.
한 단부면(13)상에 형광램프(9)를 대신하여, 로드형상 램프(9)는 또한 보다 큰 광도(brightness)를 얻도록 대향 단부면(15)에 제공될 수 있다. 또한, 제 3 단부면(14)과 가능한 제 4 단부면(16)상에 로드형상의 램프(9)를 제공하는 것이 가능하다. 단부면당 한 분리 로드형 램프를 대신하여, 예를 들어, 다수의 굽힘부를 가지는 싱글 로드형상 램프(6,8)를 3, 4 단부면을 조사하는데 사용할 수 있다. 이것은 이런 램프에서의 손실을 길이를 증가시키므로서 감소하기 때문에, 조사시스템의 효율을 강화한다. 상술한 가능성을 모두 7a내지 7d에 도시하고 있으며, 여기서는 평면상으로 다른 광원형상을 가진 다수의 조사시스템을 도시하고 있다.
광이 한 단부면에서만 결합되거나(도 7a) 광이 두 평행 단부면에 결합되면(도 7b), 이방성 재료의 광축은 적합하게 로드 형상 램프의 길이방향에 적합하게 평행하다. 로드 형상의 램프가 평행하지 않지만, 각을 형성하여 에워싸면(도 7c, 도 7d), 이방성 영역의 광축은 적합하게 편광방향이 로드형상 램프의 축에 각형성되는 입사광의 평면에 이런 각이 형성될 것이다. 실제로, 로드형상 램프가 대개 서로에 대해서 수직으로 위치되고 광축이 적합하게 로드형상 램프에 대해 약 45도의 각으로 위치된다. 리세스가 홈이면, 이것은 예를 들어 각 로드형상 램프에 대해 ㅣ 45도 ㅣ 의 각으로 홈을 방위설정한다.
광도파관의 출구면상에 명암도 분포를 균일하게 하기 위해서, 일반적으로 평면 조사시스템은 확산기를 포함한다. 본 발명에 따른 조사시스템내의 확산기를 사용하는 결함은 광도파관 자체가 편광된 광을 공급하는 것이다. 확산기가 광도파관에 의해 공급된 광에 작용하면, 이 광은 소멸될 것이다.
상술한 미국 특허내에 기술된 조사시스템에서는, 확산기를 사용하지 않고 있으며 표면상의 명암도분포는 상당히 불균일한 상태로 남아있다. 다른 종래의 평면 패널 화상 디스플레이 장치에서, 확산기는 확산기에 의해 공급된 광으로부터 편광 방향을 선택하는 편광기의 전방면에 있다.
본 발명에 따른 조사시스템은 확산기능이 이방성 재료내에 취해질 수 있는 장점이 있다. 이 방식으로, 명암도 분포는 미국 특허에서 상술한 광도파관에서보다 상당히 보다 균일하고, 편광과 확산 모두는 여분의 성분을 요구하지 않고 이방성 재료로 수행된다. 더욱이, 광도파관내에 제공된 리세스 패턴은 이 방식으로 화상내에서 볼 수 없게된다. 그러므로, 본 발명에 따른 조사시스템이 사용되는 평면 패널 화상 디스플레이 장치는 매우 평편할 수 있다. 더욱이, 균일성은 편광된 광의 산출을 희생시키지 않는다.
편광을 유지하는 확산기로서 작용하기 위해서, 확산기의 확산센터는 이방성 재료를 사용해야 한다. 광축은 광의 전파의 방향과 편광의 방향의 평면내에 위치시켜야 하며, 반면 nO= nP가 이방성 재료를 지속해야 한다. 확산센터는 분리영역 또는 광도파관(11)내의 확산 입자의 분리 층으로서 제공될 수 있다. 그러나, 이들이 상술한 특성을 만족해야 하기 때문에, 이들은 광도파관내의 편광을 보장하는 이방성 재료와 일치할 수 있다. 다른 가능성은 편광 유지 확산기로서 등방성과 이방성 재료사이의 경계면을 사용하는 것이거나 또는 확산층을 제공하는 것이다. 이들 모든 경우에, 확산기는 광도파관(11)에 집적되고 조사시스템에 의해 발생된 편광 방향은 확산기에 의해 영향을 받지 않는다. 확산센터가 이방성 재료와 일치하는 실시예와 등방성과 이방성 사이의 경계면미 확산기능을 하는 실시예에서, 조사시스템의 광도파관(11)의 제작은 상당히 간단하다.
더욱이, 조사시스템(3)에는 도 1의 파단선으로 도시한 바와 같이, 빔에 방사선을 집중하는 요소(29)를 제공할 수 있다. 이 요소(29)는 예를 들어 일차원 또는 이차원 프리즘 구조로서 사용할 수 있다. 그리고 나서 조사시스템으로부터 나온 광을 광도파관을 떠나는 광의 각보다 작은 각도내로 빔을 집중할 수 있으므로, 주어진 모난 영역내에 광도의 증가를 가져온다. 광이 빔에 집중되는 모난 영역은 프리즘 에지의 경사각과 요소(29)의 재료에 의해 결정된다. 평면 패널 화상 디스플레이 장치내에 이러한 방사선 집중 요소의 사용은 예를 들어 JP-A 2-257188의 영문초록에 알려져 있다. 요소는 등방성 재료나 이방성 재료로 구성될 수 있다. 이방성 재료가 사용되면, 재료의 광축은 조사시스템에 의해 공급된 광의 편광방향이 유지되기 위해서 조사시스템에 의해 공급된 편광방향에 평행해야한다.

Claims (17)

  1. 적어도 하나의 대향 단부면에 광원이 위치된 복수의 단부면과 출구면을 구비한 광학적으로 투명한 재료로 이루어진 광도파관과, 상기 광원에 의해 방출된 광을 편광하기 위한 편광수단을 포함하며, 상기 광이 상기 광도파관의 단부면에 조사될 수 있는 조사시스템에 있어서,
    상기 광도파관은 광도파관의 재료와는 다른 재료를 포함하는 다수의 리세스를 구비하며, 상기 편광수단은 리세스와 광도파관 사이의 경계면에 의해 구성되고, 상기 광도파관의 재료 또는 리세스 내의 재료는 광학적으로 이방성이고 다른 재료는 등방성인 것을 특징으로 하는 조사시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광도파관의 출구면에 대향 위치된 표면에 반사경이 존재하는 것을 특징으로 하는 조사시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 리세스는 상기 출구면에 대향 위치된 광도파관 표면 내에 제공되는 것을 특징으로 하는 조사시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 반사경은 편광 유지 반사경인 것을 특징으로 하는 조사시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 리세스는 상기 출구면에 제공되는 것을 특징으로 하는 조사시스템.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 반사경은 확산 반사경인 것을 특징으로 하는 조사시스템.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광원으로부터 먼 적어도 하나의 단부면상에 편광소멸효과를 가진 반사경이 배치되는 것을 특징으로 하는 조사시스템.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 조사시스템은 조사시스템에 의해 공급된 광의 명암도를 균일하게 분포시키기 위한 확산수단을 포함하고,
    상기 확산수단은 편광을 유지하는 확산기로 구성되는 것을 특징으로 하는 조사시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 편광 유지 확산기는 리세스에 채워지는 재료와 동일한 형태의 재료의 확산센터로 구성되는 것을 특징으로 하는 조사시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 확산센터는 이방성 재료로 채워지는 광도파관 내에 제공된 리세스와 일치하는 것을 특징으로 하는 조사시스템.
  11. 제 8 항에 있어서, 등방성 재료와 이방성 재료 사이의 경계면은 편광 유지 확산기로서 사용되는 것을 특징으로 하는 조사시스템.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 광도파관은 굴절지수 nP를 가지는 광학적으로 등방성인 재료로 형성되고, 상기 리세스는 굴절지수 nO와 ne를 가지는 이방성 단일축 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 조사시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 nP는 nO와 동일하거나 거의 동일한 것을 특징으로 하는 조사시스템.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 광학적으로 이방성인 재료는 이방성 폴리머 겔 또는 이방성 폴리머 네트워크인 것을 특징으로 하는 조사시스템.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서 , 상기 리세스는 상기 광도파관의 평면에 수직한 평면의 단면이 삼각형인 것을 특징으로 하는 조사시스템.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 리세스는 이방성 재료로 이루어진 섬유가 연장하는 홈인 것을 특징으로 하는 조사시스템.
  17. 디스플레이될 화상정보에 따라 조사시스템에 의해 방출된 광의 편광 방향을 변조하기 위한 화상 디스플레이 패널과 분석기가 제공된 조사시스템을 포함하는 평면 패널 화상 디스플레이 장치에 있어서,
    상기 조사시스템은 제 1 항에 기재된 바와 같이 실시되는 조사시스템인 것을 특징으로 하는 평면 패널 화상 디스플레이 장치.
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