KR100228680B1 - 프레넬 스크램블러를 구비한 프로젝션디스플레이장치 - Google Patents

프레넬 스크램블러를 구비한 프로젝션디스플레이장치 Download PDF

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Abstract

프로젝션디스플레이장치는 광을 균일하게 하는 스크램블러를 구비한다. 본 발명은 광을 평행하게 하는 프레넬렌즈를 스크램블러에 부착 또는 설치하여 프레넬 스크램블러(Fresnel Scrambler)를 구비한다. 그러므로, 스크램블러의 출사측 발산각도를 줄이게 되어 LCD패널에 입사되는 빔의 발산각을 작게한다. 따라서, LCD패널의 각 화소면에 입사되는 평행한 빔이 증가함으로써, LCD패널의 콘트라스트(contrast)가 증가하고, 선명도가 높아져서 화질이 좋아진다. 또한, LCD패널의 출사측 빔의 발산각이 적어짐으로서 투사렌즈의 구경을 적게할 수 있어 전체적인 광학 시스템의 소형화 및 원가절감이 된다.

Description

프레넬 스크램블러를 구비한 프로젝션디스플레이장치
본 발명은 광의 세기분포를 균일하게 하는 스크램블러(scambler)를 구비한 프로젝션(projection) 디스플레이장치에 관한 것이다.
제1도는 종래의 프로젝션디스플레이장치를 보여주는 도면이다. 프로젝션디스플레이장치는 광을 집중시키는 타원형 램프(11) 및 타원형 램프(11)로부터 나오는 광의 광량분포를 균일하게 하는 스크램블러(13)를 구비한다. 릴레이렌즈(Relay Lense; 15)는 광을 액정패널(LCD Panel; 19) 쪽으로 조사한다. 콜리메이터렌즈(17)는 릴레이렌즈(15)와 액정패널(19) 사이에 위치하여 릴레이렌즈(15)로부터 입사되는 광을 평행한 형태로 시준시킨다. 시준된 광은 액정패널(19)에 의해 영상신호를 담게 된다. 제1도에서, A는 램프(11)의 초점거리, B는 스크램블러(13)의 길이, C는 릴레이렌즈(15)의 초점거리를 나타낸 것이다.
제1도에 보여진 종래의 프로젝션디스플레이 장치는 타원형 램프(11)로부터 출사되는 광의 세기분포를 균일하게 하기 위해 스크램블러(13)만을 사용하고 있다.
그러나, 스크램블러(13)에 대한 입사각(
Figure kpo00002
0)이 큰 광은 스크램블러(13)로부터 나오는 광의 출사각(
Figure kpo00003
2)이 대부분 커지게 된다. 그 결과로, 스크램블러(13)로부터 나오는 광은 큰 발산각을 갖게 된다.
그래서, 큰 각도로 발산되는 광을 광손실없이 액정패널(19)과 같은 디스플레이패널에 조사시키기 위한 광부품, 예를들어, 다이크로익미러(Dichroic Mirror), 릴레이렌즈(Relay Lens) 등의 사이즈가 커지게 되고, 이로 인해 광학설계가 어려워진다. 또한, 스크램블러(13)를 통과한 광의 출사각(
Figure kpo00004
2)이 커짐에 따라 콜리메이터렌즈(17)를 통과할 지라도 액정패널(19)의 표면에 입사되는 광의 입사각 역시 커지게 된다. 그 결과, 액정패널(19) 면의 각 화소를 통과하는 광의 발산각은 커지게 되어 액정패널(19)에서의 영상의 콘트라스트(contrast)가 저하되는 단점이 있다.
위와같은 단점을 해결하기 위해서는 램프(11)로부터 나오는 광이 갖는 스크램블러(13)의 입사면에 대한 입사각(
Figure kpo00005
0)을 적게하여 스크램블러(13)의 출사측의 광의 출사각(
Figure kpo00006
2)이 적어지도록 해야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 프레넬(fresnel) 스크램블러를 사용하여 디스플레이패널에 입사되는 광의 입사각을 작게하고, 스크램블러로부터 출사하는 광의 출사각을 줄여 디스플레이패널의 각 화소에 입사되는 평행광의 광량을 증가시킴으로써, 디스플레이패널의 선명도를 높일 수 있는 프로젝션디스플레이 장치를 제공함에 있다.
제1도는 종래의 프로젝션디스플레이장치를 보여주는 도면.
제2도는 프레넬렌즈의 측면 및 정면을 도시한 도면.
제3도는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 프레넬 스크램블러를 보여주는 도면.
제4(a)도는 음의 광학파워를 갖는 프레넬렌즈를 보여주며,
제4(b)도는 제4(a)도에 보여진 프레넬렌즈를 갖는 프레넬스크램블러를 구비한 프로젝션디스플레이장치를 보여주는 도면.
제5(a)도는 양의 광학파워를 갖는 프레넬렌즈를 보여주며,
제5(b)는 제5(a)도에 보여진 프레넬렌즈를 갖는 프레넬스크램블러를 구비한 프로젝션디스플레이 장치를 보여주는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 프레넬 스크램블러 22 : 프레넬렌즈
24 : 스크램블러
위와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 프로젝션디스플레이장치에 있어서, 램프, LCD패널, 상기 램프로부터 나오는 광이 LCD패널에서의 세기분포를 균일하게 하는 스크램블러 및 상기 램프 및 상기 스크램블러 사이의 광경로상에 위치하며, 상기 램프로부터 나오는 광을 평행하게 만드는 프레넬렌즈를 포함하는 프로젝션디스플레이 장치에 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하겠다.
제3도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프레넬 스크램블러를 보여주는 도면이다. 제3도에 보여진 프레넬 스크램블러(20)는 프레넬렌즈(22) 및 스크램블러(24)를 구비한다. 본 발명의 실시예에서, 프레넬 스크램블러(20)는 스크램블러(24)의 램프측 표면에 대한 에칭(etching)을 통해 프레넬렌즈와 동일한 프레넬렌즈(22)를 형성하였다. 다른 방법으로는, 별도로 제작된 프레넬렌즈(22)를 스크램블러(24)의 입사측에 부착하여 구성할 수 있다.
공기의 굴절률이 n0이고, 프레넬 스크램블러(20)의 굴절률이 n1일 때, 다음의 수학식 1과 같은 스넬의 법칙(Snell' law)이 성립하게 된다.
[수학식 1]
n0sinθ0= n1sinθ1(
Figure kpo00007
n0＜n1)
여기서, n0는 공기굴절율(n0≒1)이고, n1은 프레넬 스크램블러(20)의재료, 예를들면 유리의 굴절률이고, no≤n1이다. θ0는 프레넬렌즈(22)의 램프측 표면에서의 입사각이며, θ1은 프레넬렌즈(22)의 램프측 표면에서의 굴절각이다.
그러므로, 프레넬 스크램블러(20)의 램프측 표면으로 입사하는 광은 프레넬렌즈(22)의 램프측 표면에서 굴절되므로, 프레넬 스크램블러(20)에서 평행광으로 출력된다. 따라서, 프레넬 스크램블러(20)의 입사면으로 들어오는 광의 입사각을 줄어들게 하면 이에 비례하여 프레넬 스크램블러(20)의 출사면에서의 광의 출사각도가 줄어들게 된다.
제4(a)도는 음의 파워를 갖는 프레넬렌즈(22A)의 측면 및 정면을 보여주며, 제4(b)도는 제4(a)도에 보여진 프레넬렌즈(22A)를 구비한 프로젝션디스플레이장치를 보여준다. 제5(a)도는 양의 파워를 갖는 프레넬렌즈(22B)의 측면 및 정면을 보여주며, 제5(b)도는 제5(a)도의 프레넬렌즈(22B)를 구비한 프로젝션디스플레이 장치를 보여준다. 제4(b)도 및 제5(b)도의 장치들에서 참조번호 20은 제3도를 참조하여 설명한 프레넬 스크램블러로서, 제4(a) 및 제5(a)도에서 보여진 프레넬렌즈(22A, 22B)를 구비한 것이다. 그리고, 제4(b) 및 제5(b)도에서, A'는 램프(11)의 초점거리, B'는 프레넬렌즈(22A 또는 22B)의 길이, C'는 스크램블러(24)의 길이, D'는 릴레이렌즈(15)의 초점거리를 나타낸 것이다. 프레넬렌즈(22A, 22B)는 램프(11)와 스크램블러(24) 사이의 광경로상에 위치하여, 입사각이 큰 광을 릴레이렌즈(15)의 광학축에 평행광으로 출력하도록 하여 출사각을 줄인다. 보다 상세하게는, 제4(a)도에 보여진 음의 광학적 파워를 갖는 프레넬렌즈(22A)는 램프(11)로부터 입사하는 광을 수렴시키는 형태로 굴절시킴으로써, 평행광이 되게 한다. 제5(a)도에 보여진 양의 광학적 파워를 갖는 프레넬렌즈(22B)는 램프(11)로부터 입사하는 광을 발산시키는 형태로 굴절시킴으로써, 평행광이 되게 한다.
상술한 바와같이, 본 발명에 따른 프레넬 스크램블러를 구비한 프로젝션디스플레이장치는 디스플레이측 표면으로부터 나오는 광의 출사각도를 줄일 수 있게 되고, 이에 따라 LCD패널과 같은 디스플레이 패널이 입사되는 광이 갖는 발산각도 역시 작게 된다. 따라서, LCD패널의 각 화소면에 입사되는 평행한 광의 광량이 증가하게 되어 LCD패널의 콘트라스트(contrast)가 증가하고, 선명도가 높아져서 화질이 좋아진다. 또한, LCD패널의 입사측 광이 갖는 발산각이 적어짐으로써 LCD패널의 앞단에 위치한 투사렌즈의 구경을 적게 할 수 있어 전체적인 광학 시스템의 소형화 및 원가절감이 된다.

Claims (5)

  1. 프로젝션디스플레이장치에 있어서, 램프; LCD패널; 상기 램프로부터 나오는 광이 LCD패널에서의 세기분포를 균일하게 하는 스크램블러; 및 상기 램프 및 상기 스크램블러 사이의 광경로상에 위치하며, 상기 램프로부터 나오는 광을 평형하게 만드는 프레넬렌즈를 포함하는 프로젝션디스플레이장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프레넬 렌즈는 상기 스크램블러와 일체로 된 것을 특징으로 하는 프로젝션디스플레이장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 프레넬렌즈는 에칭(etching)에 의해 상기 스크램블러의 광학적 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션디스플레이장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 프레넬렌즈는 음의 광학적 파워를 가지며, 굴절된 광이 상기 스크램블러의 광학측에 평행하도록 상기 램프로부터 발산하는 형태로 입사하는 광빔을 굴절시키는 것을 특징으로 하는 프로젝션디스플레이장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 프레넬렌즈는 양의 광학적 파워를 가지며, 굴절된 광이 상기 스크램블러의 광학측에 평행하도록 상기 램프로부터 발산하는 형태로 입사하는 광빔을 굴절시키는 것을 특징으로 하는 프로젝션디스플레이장치.
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