KR100262825B1 - Projective display device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 헤드장착형 디스플레이 장치(HMD) 또는 액정 디스플레이 장치(LCD)와 같은 투사형 디스플레이 장치에 관한 것으로서 특히, 출력화상에서 격벽이 나타나지 않도록 제거하여 화질을 향상시키는 투사형 디스플레이 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection display device such as a head mounted display device (HMD) or a liquid crystal display device (LCD). In particular, the present invention relates to a projection display device for improving image quality by removing a partition from appearing in an output image.
일반적으로 헤드장착형 디스플레이 장치(HMD) 또는 액정 디스플레이 장치(LCD)와 같은 투사형 디스플레이 장치에는 액정 패널의 각 픽셀과 픽셀 사이에 격벽이 형성되어 영역을 구분하고 있다.In general, a projection display device such as a head mounted display device (HMD) or a liquid crystal display device (LCD) divides an area by forming a partition wall between each pixel of the liquid crystal panel.
도 1은 일반적인 투사형 디스플레이 장치의 구성을 나타내는 도면이다.1 is a view showing the configuration of a general projection display device.
도 1을 참조하면, 백색의 직진광을 출사하는 조명계(110)와, 상기 조명계(110)에서 출사되는 광에 화상 신호를 포함시켜 통과시키는 액정 패널(120)과, 상기 액정 패널(120)을 통과한 광을 스크린(140)으로 확대 투영하는 투사렌즈(130)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an
상기의 구성에서 액정 패널(120)은 매트릭스(MATRIX) 구조로 화소가 배치되어 있으며, 각각의 화소는 R,G,B의 픽셀(pixel)로 이루어지는데, 상기 각 픽셀은 격벽에 의해 분리되어 진다. 상기 격벽은 스크린 상으로 출력되는 화상에 나타나 화질을 저하시키는 문제점을 발생시킨다.In the above configuration, the
상기와 같은 격벽이 화면상에 출력되지 않도록 하는 방법으로는 마이크로렌즈 어레이를 이용하는 방법과, 회절격자를 이용하는 방법이 있는데, 마이크로렌즈 어레이의 제조상의 어려움으로 인하여 최근에는 회절격자를 이용하는 방법이 주로 사용되고 있다.As a method of preventing the partition wall from being output on the screen, there are a method using a microlens array and a method using a diffraction grating. Recently, a method using a diffraction grating is mainly used due to difficulties in manufacturing the microlens array. have.
상기 회절격자를 이용하여 격벽이 출력되지 않도록 하는 방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 액정 패널(120)의 출력측에 회절 격자(150)를 배치하여, 상기 액정 패널(120)을 투과한 빛이 상기 회절격자(150)에 의하여 여러 방향으로 회절되도록 한다. 이때, 상기 회절된 광은 도 3에 도시된 바와 같이 격벽 부분(a)을 비추어 격벽이 출력화상에서 드러나 보이지 않도록 한다. 이때, 상기 회절 격자(150)는 도 4에 도시된 바와 같이 유리판(122) 상에 액정 패널(120)의 픽셀과 대응되는 크기의 사각 형태로 아크릴층(123)을 형성시켜 이루어진다.As shown in FIG. 2, a
상기와 같은 종래의 방법에서는 ±1차 회절광이 격벽 부분으로 비추어지게 되어 격벽을 제거할 수 있으나, 회절 동작에서 발생되는 ±2차 이상의 회절광은 다른 픽셀에 도달되어 화면의 콘트라스트(contrast)를 깨뜨리는 노이즈로 작용하기 때문에 출력 화질을 저하시키는 문제점이 발생된다. 특히, ±2차 회절광의 세기가 무시할 수 없을 정도로 큰 경우에는 녹색(G)픽셀의 휘도가 매우 크기 때문에 인접한 픽셀로 침범하여 정지화상에서의 검정글자가 인접한 녹색(G)픽셀의 ±2차 회절광에 의해 깨지는 문제점이 발생된다.In the conventional method as described above, ± 1st order diffracted light is projected to the partition wall to remove the partition wall, but diffraction light of ± 2nd order or more generated in the diffraction operation reaches another pixel to reduce the contrast of the screen. It acts as a breaking noise, causing a problem of degrading the output image quality. Particularly, when the intensity of the ± 2nd order diffracted light is too large, the brightness of the green (G) pixel is so large that the black letters in the still image impinge on adjacent pixels, causing the ± 2nd order diffracted light of adjacent green (G) pixels. The problem is broken by.
도 5는 격자 단면 모양이 사인(sine) 파형에 가깝게 형성된 회절 격자에서 각 회절광의 회절효율을 나타내는 실험 데이터 표이다.FIG. 5 is a table of experimental data showing diffraction efficiency of each diffracted light in a diffraction grating having a grating cross-sectional shape close to a sine waveform.
상기 도 5에서와 같은 회절 격자에서는 가시 파장 대역에서 ±2차 회절광의 크기가 무시할 수 없을 정도로 크기 때문에 상기의 화질 저하 문제를 해결할 수 없다.In the diffraction grating as shown in FIG. 5, the problem of deterioration of image quality cannot be solved because the size of the ± 2nd order diffracted light in the visible wavelength band is not negligible.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 사각형의 회절격자를 채용하여 화면상에 나타나는 격벽을 제거하는 동시에 ±2차 회절광의 세기를 억제하여 인접한 픽셀이 깨지는 것을 방지함으로써 출력 화질을 향상시킬 수 있는 투사형 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and its object is to eliminate the partition wall appearing on the screen by adopting a square diffraction grating and to suppress the intensity of ± 2nd order diffracted light to prevent adjacent pixels from breaking. It is to provide a projection display device that can improve the output image quality.
도 1은 일반적인 투사형 디스플레이 장치의 구성을 나타내는 도면,1 is a view showing the configuration of a general projection display device;
도 2는 도 1에서 회절 격자를 사용한 경우의 빛의 진행 경로를 나타내는 도면,2 is a view showing a path of light propagation when the diffraction grating is used in FIG. 1;
도 3은 도 2에 의하여 격벽이 제거된 출력화상의 1개 화소를 나타내는 도면,3 is a diagram illustrating one pixel of an output image from which a partition is removed by FIG. 2;
도 4는 종래 기술에 의한 회절 격자를 나타내는 도면,4 is a view showing a diffraction grating according to the prior art,
도 5는 사인(sine) 파형의 격자 단면을 갖는 회절 격자에서 각 회절광의 회절효율을 나타내는 실험 데이터 표,5 is a table of experimental data showing the diffraction efficiency of each diffracted light in a diffraction grating having a sine wave grating cross section;
도 6은 본 발명에 의한 투사형 디스플레이 장치에 사용되는 회절 격자의 형태를 나타내는 도면,6 is a view showing the shape of a diffraction grating used in the projection display device according to the present invention;
도 7은 본 발명에 의하여 사각 형태의 격자 단면을 갖는 회절 격자에서 각 회절광의 회절효율을 나타내는 실험 데이터 표.7 is a table of experimental data showing the diffraction efficiency of each diffracted light in the diffraction grating having a square grating cross section according to the present invention.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 따르면, 백색의 직진광을 출사하는 조명계와, 상기 조명계에서 출사되는 광에 화상 신호를 포함시켜 통과시키는 액정 패널과, 상기 액정 패널을 통과한 광을 스크린으로 확대 투영하는 투사렌즈를 포함하는 투사형 디스플레이 장치에 있어서,According to a first aspect of the present invention for achieving the above object, an illumination system for emitting white straight light, a liquid crystal panel for including an image signal in the light emitted from the illumination system and pass through the liquid crystal panel A projection display device comprising a projection lens for projecting a light onto a screen,
상기 액정 패널과 투사렌즈의 사이에는 ±1차 회절광에 의해 화상에 포함된 격벽을 제거하는 동시에 인접한 픽셀에 영향을 미칠 수 있는 ±2차 회절광의 세기를 억제하도록 사각(square)형태로 이루어진 회절 격자가 배치된 투사형 디스플레이 장치를 제공한다.Diffraction in the form of a square between the liquid crystal panel and the projection lens to remove the partition wall included in the image by ± 1st order diffracted light and to suppress the intensity of ± 2nd order diffracted light that may affect adjacent pixels. Provided is a projection display device in which a grid is arranged.
본 발명의 제2 특징에 따르면, 상기 회절 격자는 정사각형의 격자가 매트릭스 구조로 배열된 바둑판 무늬의 형태를 갖도록 형성하되, 평평한 부분과 오목한 부분이 교대로 엇갈리도록 배치된다.According to a second aspect of the present invention, the diffraction grating is formed such that the square grating has a checkered pattern arranged in a matrix structure, and the flat and concave portions are alternately alternately arranged.
본 발명의 제3 특징에 따르면, 상기 회절 격자는 " θ = tan-1(d/L), Wsinθ = mλ " 의 식을 만족한다. 이때, d는 반 픽셀 이동거리, L은 액정 패널과 회절 격자 사이의 거리간격, W는 회절 격자의 주기폭, m은 Bragg 조건 상수, λ는 입사광의 파장을 나타낸다.According to a third aspect of the invention, the diffraction grating satisfies the formula "? = Tan-1 (d / L), Wsin? Where d is a half-pixel shift distance, L is the distance between the liquid crystal panel and the diffraction grating, W is the period width of the diffraction grating, m is the Bragg condition constant, and λ is the wavelength of the incident light.
이하, 본 발명에 의한 투사형 디스플레이 장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of a projection display device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 6은 본 발명에 의한 투사형 디스플레이 장치에 사용되는 회절 격자의 형태를 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명에 의하여 사각 형태의 격자 단면을 갖는 회절 격자에서 각 회절광의 회절효율을 나타내는 실험 데이터 표이다.6 is a view showing the shape of the diffraction grating used in the projection display device according to the present invention, Figure 7 is an experimental data table showing the diffraction efficiency of each diffracted light in the diffraction grating having a square grating cross section according to the present invention. .
본 발명에 의한 투사형 디스플레이 장치의 구성은 종래의 경우와 동일하게 도 1에 도시된 바와 같이 백색의 직진광을 출사하는 조명계(110)와, 상기 조명계(110)에서 출사되는 광에 화상 신호를 포함시켜 통과시키는 액정 패널(120)과, 상기 액정 패널(120)을 통과한 광을 스크린(140)으로 확대 투영하는 투사렌즈(130)를 포함한다.The configuration of the projection display device according to the present invention includes an
이때, 상기 액정 패널(120)과 투사렌즈(130)의 사이에는 ±1차 회절광에 의해 화상에 포함된 격벽을 제거하는 동시에 인접한 픽셀에 영향을 미칠 수 있는 ±2차 회절광의 세기를 억제하도록 사각(square)형태로 이루어진 회절 격자(150)가 배치된다.At this time, between the
상기 회절 격자(150)는 도 6에 도시된 바와 같이 바둑판 무늬의 형태를 형성하되, 평평한 부분과 오목한 부분이 교대로 엇갈리도록 배치된다.The diffraction grating 150 forms a checkered pattern as shown in FIG. 6, and the flat and concave portions are alternately alternately arranged.
상기와 같은 본 발명의 회절 격자에서 광의 회절효율은 매질의 굴절율, 회절 격자의 모양, 격자의 주기폭, 격자의 깊이 등에 의해 결정된다. 이때, 격자의 주기폭은 회절 격자와 액정 패널 사이의 거리간격과, 액정 패널의 픽셀 크기에 의해 결정된다.In the diffraction grating of the present invention as described above, the diffraction efficiency of light is determined by the refractive index of the medium, the shape of the diffraction grating, the period width of the grating, the depth of the grating, and the like. At this time, the period width of the grating is determined by the distance interval between the diffraction grating and the liquid crystal panel and the pixel size of the liquid crystal panel.
본 발명에서는 회절 격자의 모양과 깊이를 변경하여 광의 회절효율을 결정한다.In the present invention, the diffraction efficiency of the light is determined by changing the shape and depth of the diffraction grating.
예를 들어, 매질의 굴절율이 n=1.5 이고, 액정 패널과 회절 격자 사이의 거리간격이 8㎜로 설정되는 경우, 회절 격자의 주기 즉, 반복되는 회절 격자의 폭은 액정 패널과 회절 격자 사이의 거리간격과, 액정 패널의 픽셀들에 있어서 격벽제거를 위하여 ±1차 회절광을 어느 정도의 위치에 비추도록 할 것인가에 의하여 결정된다. 이때, 이상적인 격벽제거를 위해서 0차 회절광 즉, 직진광에 대하여 반 픽셀 이동하도록 설계한다.For example, when the refractive index of the medium is n = 1.5 and the distance between the liquid crystal panel and the diffraction grating is set to 8 mm, the period of the diffraction grating, that is, the width of the repeated diffraction grating, is determined between the liquid crystal panel and the diffraction grating. It is determined by the distance interval and how much of the position of the first-order diffracted light is to be reflected to remove the partition wall in the pixels of the liquid crystal panel. At this time, in order to remove the ideal partition wall, it is designed to move half a pixel with respect to the 0th order diffracted light, that is, the straight light.
상기에서 가로와 세로가 19.8㎛, 37㎛인 액정 패널의 크기에 대하여 휘도의 영향이 가장 큰 파장에서 반 픽셀 정도 이동되도록 ±1차 회절광의 회절각 θ을 구하면, "θ=tan-1(d/L)"의 식으로 구할 수 있다. 이때, d는 반 픽셀 이동거리를 나타내고, L은 액정 패널과 회절 격자 사이의 거리간격을 나타낸다.When the diffraction angle θ of the ± 1st order diffracted light is obtained so that the influence of the luminance is shifted by about half a pixel at the wavelength with respect to the size of the liquid crystal panel having a width and length of 19.8 μm and 37 μm, "θ = tan-1 (d / L) ". In this case, d represents a half pixel moving distance, and L represents a distance interval between the liquid crystal panel and the diffraction grating.
또한, 상기 회절 격자의 주기폭 W는 "Wsinθ=mλ"의 식으로 구할 수 있다. 이때, m은 Bragg 조건 상수 "1"을 나타내고, λ는 입사광의 파장을 나타낸다. 이때, 상기 λ를 555㎚라 하면 회절 격자의 주기폭 W는 240㎛가 된다.In addition, the period width W of the said diffraction grating can be calculated | required by the formula of "Wsin (theta) = m (lambda)." At this time, m represents the Bragg condition constant "1", and λ represents the wavelength of the incident light. At this time, if the lambda is 555 nm, the period width W of the diffraction grating is 240 µm.
상기와 같은조건에서 ±2차 회절광의 영향을 최소화하기 위해서 격자 깊이는 0.38㎛가 바람직하다.In order to minimize the effect of the ± 2nd order diffracted light under the above conditions, the grating depth is preferably 0.38 μm.
한편, 본 발명에 의한 회절 격자를 사용하면, 도 7에 도시된 바와 같이 종래의 사인(sine)형 회절 격자에 비하여 ±2차 회절광의 세기가 가시 파장 범위에서 1/2 내지 1/3 이하로 감소된다.On the other hand, when the diffraction grating according to the present invention is used, the intensity of the ± 2nd order diffracted light is 1/2 to 1/3 or less in the visible wavelength range, as shown in FIG. 7. Is reduced.
이상에서 설명한 본 발명의 투사형 디스플레이 장치는 사각 형태의 회절 격자를 사용하기 때문에 그 회절 효율이 도 7에 도시된 바와 같이 가시 파장 대역에서 ±2차 회절광의 크기가 무시할 수 있을 정도로 억제되어 출력 화질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.Since the projection display device of the present invention uses a rectangular diffraction grating, its diffraction efficiency is suppressed so that the magnitude of the ± 2nd order diffracted light is negligible in the visible wavelength band as shown in FIG. There is an effect that can be improved.
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