KR100229971B1 - 후방투영 스크린 - Google Patents

Abstract

정면상에 수직 지향의 평행 렌즈 소자(32)의 어레이를 가진 형태의 칼라 텔레비전용 후방 투영 스크린(30)은 표면 또는 용적 확산을 이용하는 시스템 또는 단일 렌즈 어레이 보다 적은 광의 감쇠 및 양호한 제어를 성취하면서, 정면 렌즈 어레이(32)로 광의 전파를 제어하도록 스크린내에 삽입된 두개의 대각 교차된 평행 렌즈 소자 어레이(a,b)를 사용한다.

제2도

Description

후방 투영 스크린

제1도는 본 발명인 후방 투영(리어 프로젝션)스크린(rear projection screen)의 양호한 실시예의 후방 투영 칼라 텔레비전 시스템의 사시도.

제2도는 본 발명에 따른 삽입 크로스 렌즈 어레이를 도시하는 제1도 스위치 스크린의 모서리 부분의 사시도.

제3도는 라인 II 에서 본 제2도의 크로스렌즈 어레이의 평면도.

제4도는 본 발명에 따른 2-피스(piece)스크린의 단면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 텔레비전 시스템 12 : 후방 투영 스크린

14 : 텔레비전 수상기 회로 16,18,20 : 프로젝터 어셈블리

32 : 평행 렌즈형 렌즈 소자

본 발명은 렌즈 소자들이 정면사에 수직 지향된 평행 어레이로 이루어진 후방 투영 스크린에 관한 것이다.

이러한 형태의 스크린은 본원 발명자의 미국 특허 제 4,573,764호로 알려져 있으며, 투영축에 대해 플러스 또는 마이너스 85 도 이상의 넓은 수평화각(horizontal angle of view)은 광 분산 렌즈형 렌즈 어레이와 종래의 광시준 원형 프레넬 렌즈(light collimating circular Fresnel lens)를 결합함으로써 성취되는데, 개개의 렌즈 소자는 높이 대 폭비와, 전반적인 폭대 팁폭비와 두개의 측면 블록면과, 중앙 오목면 원통 소자로 특징지워지는 팁 영역을 포함하는 중요한 설계 파라미터를 가짐에 따라 빛의 예외적인 수평 분산을 가져오고, 동시에 최소량의 칼라 변화를 나타내게 된다.

렌즈형으로 소자를 설계하면 어떤 광은 총내부 반사(total internal reflection : TIR)로 알려진 현상에 의해 반사하게 된다. 이것은 광이 시청 공가능로 통과하기전 렌즈형 소자의 팁(tip)영역에 광이 집중하는 경향이다. 이러한 이유로, 여기서는 정면의 렌즈형 렌즈 어레이를 TIR 어레이라고 언급한다.

수직 방향으로의 광선의 분산을 일반적으로 광시준 프레넬 렌즈와 광전파 렌즈형 렌즈 어레이 어레이 사이에 위치한 확산 수단에 의해서 성취된다.

투영 텔레비전의 경우, 보통 큰 수직 내각을 통해 광을 분산하는 것이 필요치 않은데, 이는 시청 범위내에서 개개의 수직 화각은 통상적으로 서로 몇도만 변화하기 때문이다. 한편, TIR 어레이의 최적 성능을 위해 광이 TIR 어레이에 도달하기전 광을 수평으로 전파하는 것이 유익하다. 불행히도, 적절한 수평 전파를 성취하는데 필요한 확산량은 현저히 스크린 이득을 저감할 수 있다. 게다가, 확산에 의한 광 전파는 확산을 하는 TIR 어레이의 성능을 위해서는 최적이 아니며, 약간의 광선은 유용하게 TIR 어레이를 조명하도록 큰 각도로 편향되며, 그 결과 증대된 칼라 변화와 같은 손실 성능이 발생한다. TIR 어레이 앞에 위치한 작은 피치의 수직 렌즈형 어레이는 광의 소망 수평 전파를 행하는데 사용가능하나 바람작하지 못한 모아레(moire)현상을 발생할 수 잇다.

따라서, 본 발명의 목적은 확산 또는 수평적으로 지향된 렌즈형 어레이 이외의 수단에 의해 광의 수직 전파가 달성되는 정면 렌즈형 어레이를 채용하는 후방 투영 스크린을 제공하는 것으로 수평 방향으로 광을 전파하고 수직 및 수평 방향으로 전파의 상대량을 제어할 수 있는 후방 투영 스크린을 제공하는 것이며, 전파 수단은 투과 및/또는 반사 손실에 의해 스크린 이득이 저감하지 않고 바람작하지 않는 모아레 현상을 도입하지 않는다.

후방 투영 스크린은 두개의 대각 교차된 렌즈형 소자의 평행 어레이를포함하며, 대각 교차된 어레이중 최소 하나가 스크린에 삽입되는 것을 특징으로 한다.

두 상이한 방향에서 광의 전파를 제어하는 교차된 렌즈형 어레이를 사용한 것으로 미합중국 특허 제 2,618,198호와 제 3,830,556호가 공지되어 있다. 그러나 이들 어레이는 스크린과 시청 공간에 유입하는 광을 제어하는데 사용된 수단이다. 이러한 어레이가 원형 프레넬 렌즈 및/또는 TIR 어레이와 같은 다른 광학 소자 또는 표면과 결합하면, (예를들어 미합중국 특허 제 4,432,010 호를 참조) 스크린 이득은 투과 및/또는 반사 손실에 의한 특정 스크린 구조 및 선택된 재질에 의해 정해지는 정확한 특성과 비교된다.

본 발명의 양호한 실시예는 양 렌즈형 어레이가 스크린에 삽입되는 것을 특징으로 한다.

또다른 본 발명의 바람작한 실시예는 원형 프레넬 렌즈가 스크린의 후방 표면상에 존재하는 것을 특징으로 한다.

또 다른 본 발명의 바람작한 실시예는 스크린의 2 피스로 이루어지며, 수직 지향된 어레이가 제 1 피스의 정면에 있고, 원형 프레넬 렌즈는 제 2 피스의 정면에 위치하는 것을 특징으로 한다.

여기서 사용된 바와같이 "삽입"이란 용어는 광학 표면이 상이한 반사 지수를 가진 두개의 고체 광학 매체사이의 경계에 의해서 정해짐을 의미한다. 대조적으로 스크린상의 렌즈 소자 또는 어레이를 가진다는 것은 렌즈 소자 또는 어레이가 스크린-공기 계면에 의해 정해짐을 의미한다. 2피스 스크린은 이러한 4개의 계면을 가진 스크린이다.

본 발명의 이점은 대각 교차된 렌즈형 어레이가 용적 또는 표면 확산 수단을 부분적 도는 완전히 제거하는 것이다. 본 발명의 다른 이점은 TIR어레이를 포함하는 광학 매체의 시트에 어레이가 삽입되기 때문에 어레이 표면-공기 게면에 발생하는 반사 손실이 근본적으로 제거된다는 것이다.

이러한 시트내 인접층에 대한 상이한 굴절 지수를 사용함으로써 주수직 렌즈형 어레이로 광의 상호 작용에 앞서 투영된 광의 소망 수평 및 수직 전파를 야기하는 삽입된 렌즈형 어레이에 대해 충분한 광학 전력이 존재할 수 있다. 그러므로 이러한 보조 어레이는 확산에 대한 대체물로서의 기능을 한다. 그러나, 삽입 렌즈형 어레이의 설계시 커다란 관용도(latitude)가 있기 때문에, 특히 유입된 전파 강도가 수직 및 수평 방향에서 동일함을 필요로 하지 않기 때문에, 어떤 응용을 위한 최적 스크린 설계를 달성하는 것이 가능하다.

자외선 광이 플래스틱/단위체 시럽 도는 다른 적절한 경화가능 액체 계통의 급속한 경화를 증진하도록 사용되는 포토 종합 복사 공정을 이용하는 공정으로 형성되는 것이 바람직하다. 그러나 준비된 툴(tool) 예를들어 주형을 사용하여 광학 형태의 층을 연속 형성하기 위한 어느 공정이 사용가능하다. 연속공정의 사용을 위한 이러한 기술의 적용 또는 가능하다.

삽입된 어레이가 수직 방향을 교차하는 각을 제어 함으로써 모아레 제어가 달성된다.

삽입된 렌즈는 어느 알맞은 형태일 수 있다. 즉 블록, 오목, 오목/블록 렌즈일 수 있으며, 삽입된 렌즈는 단면 또는 복함 단면의 원형인 각각의 렌즈를 가진다. 예를들어 단면은 sin(x) 또는 sin²(x)또는 광의 소망 전파 및 분산을 산출 하는 다른 형태로 가변할 수 있다.

광의 분산을 완만하게 하기 위하여 특히 의도된 시청 장소의 수직 프린지(fringe)에서 TIR 어레이에 대해 프레넬에 의해 야기된 모아레를 감소하고 마스크의 소결함에 도움을 주도록 보조 렌즈 어레이와 결합하여 어떤 확산이 이용될 수 있다.

이후 첨부된 도면과 관련하여 보다 상세한 설명을 하기로 한다.

본 발명의 광각 시청 스크린(wide angle viewing screen)을 채용하는 칼라 텔레비전 투영 시스템을 간략히 설명한다. 물론 스크린은 미국 특허 제 4,864,390호에 기재된 액정 디스플레이를 채용한 칼라 텔레비전 투영 시스템과 같은 다른 투영 시스템으로 사용가능하다.

제1도는 후방 투영 시스템(12)을 채용한 후방 투영 칼라 텔레비전 시스템(10)을 도시한다. 텔레비전 수상기 회로(14)에 의해 비디오 신호가 수신되며, 적색, 녹색, 청색 음극선관(CRT)/렌즈 프로젝터 어셈블리(16,18,20)을 통해 투영 스크린(12)의 후방면(22)에 투영된다. 세개의 CRT/렌즈 프로젝터 어셈블리(16,18,20)는 각각 CRT와 관련 투영 광학을 포함하며, 어셈블리는 스크린(12)에 대해 수평 배열되어 있다. 녹색 어셈블리(18)는 중앙 투영축과 어셈블러의 광축(26)이 일치하도록 위치되며, 광축(24, 28)을 가진 적색 및 청색 어셈블리(16,20)는 녹색축(26)과 측면적으로 그리고 각도적으로 오프셋되어 있다.

스크린(12)의 정면부(30)는 시청장소(33)에서 넓은 시청 각 α를 통해 광을 수평적으로 전파하기 위한 형태로 근접 이격된 수직 지향의 상호 평행 렌즈형 렌즈 소자(32)의 어레이를 포함한다.

제2도는 스크린(12)의 정면부(30)의 모서리 부분으로, 화살표 A는 수직방향을 표시하며, 광학 매체의 층(42,44,46)을 상이한 반사지수를 갖는 최소 인접층에 더함으로서 광학 매체(40)의 기판상에 형성된 삽입된 렌즈 어레이 a와 b를 도시하며, 이층 사이의 윤곽 계면은 렌즈 어레이를 형성한다.

제 3 도는 제 2 도의 부분 II-II에서 본 평면도로, 화살표 A로 표시된 수직 방향으로 각 β를 형성하는 교차된 렌즈 어레이 a와 b를 도시한다.

형태 sin²(x)의 함수는 코히어런트 평면 광파에 의해 생성된 프린지를 이용하여 포토에칭하여 생성된 툴링(tooling)을 이용하여 성취된다. 마스터툴(master tool)을 생성하기 위한 종래의 접근 방법은 라운드 팁을 가진 다이아몬드 툴로 원통 홈의 반복 패턴을 절단하는 것이다. 전기 주조는 생성되는 마스터 툴의 복사를 허용한다.

해상도의 불필요 손실을 피하기 위해 교차 렌즈 어레이의 피치는 스크린 시트의 외부 표면에 존재하는 주 수직 렌즈 어레이의 피치 정도 또는 그 이하의 피치이어야 한다. 확산을 포함하는 스크린 부분의 두께, 교차 보조렌즈 어레이 및 주 수직 렌즈 어레이는 이 어레이를 통과하는 광의 전파가 해상도의 허용할 수 없는 손실을 생성치 않게 충분히 얇아야 한다.

통상적으로 각 교차 보조 렌즈 어레이는 법선 입사면 광파의 근사등가 전파를 생성토록 설계되어야 하고, 각 렌즈 어레이는 동일 크기 정도의 각을 이루고 수직선에 대해 반대 부호를 이루어야 한다. 이런식으로, 스크린에 의한 광의 수평 분산시 대칭이 유지된다. 수평방향 대 수직방향으로 광을 전파하는 교차, 삽입 어레이의 결합 효과의 상대 전력은 수직방향을 삽입 어레이가 교차하는 각도로 가변함으로써 조정된다. 제 3도에서, 교차각, β가 30 도 및 60도 사이에 있으면, 모아레는 조절된다.

제 2 도에서 광 투과 매체층 a, b 및 c 는 각각 n1,n2 및 n3 의 반사지수를 가진다. 삽입된 렌즈 어레이에서 충분한 광전력을 달성키 위해서는 인접층 사이의 반사지수간 충분한 차이가 있어야 한다. 예를들어, n1 및 n3는 n2보다 크거나 작아야 한다. 기판층은 도시된 설계에서 광학적 역할을 하지 않는다. 또한 주 렌즈 어레이와 층 B 사이에 유입된 추가층이 있을수 있다. 또한 확산이 바람작하다면, 용적 확산이 있을 수 있으며, 기판층을 포함하는 하나 이상의 매체층에서 확산이 있을 수 있다.

삽입된 렌즈의 영향이 기본 광학 법칙으로부터 예측 될 수 있다. 삽입된 렌즈의 전력은 각 인접매체의 반사 지수차에 따라 가변한다. 스넬의 법칙이 스크린 설계의 전후관계에서 렌즈 성능을 상세히 결정하도록 광선 추적에 사용될 수 있다. 프레넬 반사 계수 방정식은 0.2 의 굴절차를 가지는 삽입된 층에 의한 투영 또는 주위 광의 비소망 반사가 낮고, 삽입된 층의 존재가 스크린의 광학 성능을 현저히 손상치 않음을 보여준다. 이러한 원치않는 반사와 스크린 효율 및 콘트라스트의 관련 손실은 스크린에 부가시트를 단지 첨가 하는 것이 바람작하지 않는 것에 대한 기본 이유이다. 부가 시트의 다른 불합리는 기계적 안정성, 예를들어 랩(wrap)/보우(bow)가 문제가 되는 것이다.

통상적으로, 상기의 스크린 시트의 후방표면상에 또는 정면 시트앞에 놓인 제 2 시트의 표면상에 프레넬 렌즈가 놓이며, 두 시트(4개의 표면)는 스크린 기술에 다른 총 스크린을 포함하며, 원하는 대로 1 피스 스크린 또는 2 피스 스크린 중 어느 하나의 설계가 가용함을 알 수 있다. 이러한 스크린은 제 4 도에 도시되고 정면 피스(52)와 후면 피스(54)를 가지며, 정면 피스(52)의 정면은 TIR 어레이(56)를 가지며, 대각 교차 렌즈 어레이(58,60)가 삽입된다.

통상 콘트라스트를 개선하기 위해 스크린에 "블랙"(광흡수) 스트립을 첨가하는 것이 바람작하다. 예를들어 상기의 미국 특허 제 4,573,764 호에 기재된대로 TIR어레이의 렌즈간 콘트라스트를 개선하기 위함이다.

여기서 사용한대로, ":수평"이라는 용어는 광의 최대 전파가 요구되는 방향을 의미한다. 보통 이는 문자 그대로 수평 방향이나 특별한 경우 문자 그대로 수직 방향일 수 있다.

피크 휘도 강도를 위해 수직 방향에서의 광의 순수 각 높이를 원한다면, 이는 여러기술에 의해 달성될 수 있다. 즉 삽입된 직선 렌즈 어레이는 단면이 대칭인 렌즈를 갖는다. 예를들어 틸트된 광축을 가진다. 프레넬 중심은 수직으로 오프셋될 수 있다. 스크린을 조명하는 광의 방향이 기울어 질 수 있다.

Claims (9)

1. 정면상에 렌즈 소자들의 수직 지향된 평행 어레이로 이루어진 후방 투영 스크린에 있어서,상기 후방 투영 스크린은 렌즈 소자의 두개의 대각 교차 평행 어레이를 포함하며, 대각 교차 어레이중 최소 하나는 스크린에 삽입 되는 것을 특징으로 하는 후방 투영 스크린.
2. 제1항에 있어서,양 대가 교차 어레이가 삽입되는 것을 특징으로 하는 후방 투영 스크린.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,수직 지향 렌즈 소자가 총 내부 반사에 대해 급준한 측면을 가지는 것을 특징으로 하는 후방 투영 스크린.
4. 제1항에 있어서,대각 교차 렌즈 소자가 수직 방향과 각 β 를 이루는 것을 특징으로 하는 후방 투영 스크린.
5. 제4항에 있어서,상기 β 가 30 도와 60 도 사이에 잇는 것을 특징으로 하는 후방 투영 스크린.
6. 제1항에 있어서,원형 프레넬 렌즈가 스크린의 후면에 존재하는 것을 특징으로 하는 후방 투영 스크린.
7. 제1항에 있어서,광흡수 재질이 정면상의 렌즈 소자 사이에 존재하는 것을 특징으로 하는 후방 투영 스크린.
8. 제1항에 있어서,상기 스크린이 제1피스 및 제 2 피스의 2피스로 이루어지며, 수직 지향 어레이는 제 1 피스의 정면에 있고, 원형 프레넬 렌즈는 제 2 피스의 정면에 존재하는 것을 특징으로 하는 후방 투영 스크린.
9. 제1항에서 청구한 바와같은 후방 투영 스크린인 것을 특징으로 하는 최소 하나의 디스플레이 장치와 최소 하나의 투영 렌즈를 포함하는 투영 비디오 디스플레이 장치.