KR100317025B1 - 키스톤을 이용한 박형 프로젝션 텔레비젼 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학계의 키스톤을 이용하여 프로젝션 TV 시스템의 두께를 줄일 수 있도록 키스톤을 이용한 박형 프로젝션 TV 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 키스톤을 이용한 프로젝션 TV 시스템은 광을 발생하는 광원과, 광을 이용하여 영상을 표시하고 그 영상을 결상위치에 따라 배율이 다른 키스톤이 발생되게 투사시키는 제1 광학부와, 제1 광학부의 키스톤과 반대의 위상을 가지는 키스톤이 발생되게 투사시키는 제2 광학부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, LCD 패널과 제1 광학계에 의해 발생된 키스톤과 제2 광학계에 의해 발생된 키스톤이 서로 상쇄됨으로써 왜곡없는 화상을 표시할 수 있으므로 투사광학계를 스크린에 대해 비스듬히 배치하여 시스템을 두께를 줄일 수 있게 된다.

Description

키스톤을 이용한 박형 프로젝션 텔레비젼 시스템{Projection Television System of Thin Type using Keystone}

본 발명은 프로젝션 텔레비젼(Television; 이하 'TV'라 한다) 시스템에 관한 것으로서, 특히 광학계에 키스톤을 이용하여 프로젝션 TV 시스템의 두께를 줄일 수 있도록 키스톤을 이용한 박형 프로젝션 TV 시스템에 관한 것이다.

최근들어 화면크기에 제한이 있고 시스템의 크기가 큰 기존의 브라운관 디스플레이를 대체하여 두께가 얇으면서 대화면을 구현할 수 있는 평판 디스플레이가 주목을 받고 있다. 이러한 평판 디스플레이 소자에는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), 프로젝션 시스템 등이 있으며 현재에는 대화면용으로 프로젝션을 이용한 디스플레이 방식이 주류를 이루고 있다. 또한, 대화면을 표시하면서 공간을 적게 차지하여 벽에 걸 수 있는 벽걸이 디스플레이 시스템에 대한 많은 요구가 있다.

일반적으로 LCD 프로젝션 시스템은 광원에서 나오는 광을 LCD 패널에 투사시키고 LCD 패널의 영상을 투사광학계를 이용하여 스크린에 결상시키고 스크린에 결상된 상을 감상하게 된다. LCD 패널의 영상을 직접 배면 스크린에 투사시켜서 프로젝션 TV 시스템을 구성하면 스크린과 투사광학계 사이에 투사거리를 확보해야 하므로 스크린 뒤쪽으로 많은 공간이 필요하게 되어 프로젝션 TV 시스템의 크기가 매우 커지게 되는 문제점이 있다. LCD 프로젝션 TV 시스템은 통상 도 1에 도시된 바와 같은 구성을 가지고 있다.

도 1에 도시된 LCD 프로젝션 TV 시스템은 광원(11), LCD 패널(12), 투사광학계(13), 반사경(14), 배면 스크린(15)을 구비한다. 광원(11)은 광을 발생하여 LCD 패널(12)에 조사되도록 한다. LCD 패널(12)은 광원(11)으로부터 입사되는 광을 영상신호에 따라 투과율을 조정함으로써 영상을 표시한다. 투사광학계(13)는 LCD 패널(12)로부터 입사된 영상을 확대투사하여 배면스크린(15)에 결상시킴으로써 시청자는 배면스크린(15)에 결상된 화상을 볼 수 있게 된다. 이 경우, 투사광학계(13)에 의해 투사된 영상은 반사경(14)에 의해 반사되어 배면 스크린(15) 쪽으로 진행하여 배면 스크린(15)에 결상된다. 여기서, 투사된 영상이 반사경(14)에 의해 광의 진행경로가 꺽이지 않고 배면스크린(15)의 뒤쪽에서 바로 투사되는 경우 점선으로 나타낸 바와 같이 시스템의 두께 A는 매우 커지게 되므로 반사경(14)을 이용하여 광의 경로를 바꿈으로써 시스템 두께 B로 줄일 수 있게 된다.

그러나, 도 2a에 도시된 바와 같이 시스템의 두께를 줄이기 위해 반사경(24)의 기울어진 각도를 크게하여 광의 진행경로를 접어서 투사광학계(23)를 구성하는 경우 광원(21), LCD 패널(22), 투사광학계(23)로 구성되는 광학계 부분이 배면스크린(25), 즉 시스템의 앞쪽에 위치하게 되어 배면투사 시스템이 구성되지 않게 된다. 이로 인하여, 투사광학계(23)의 투사각도와 반사경(24)의 배치각도에 제한이 생기게 되므로 시스템의 두께를 줄이는데 한계가 있다.

또한, 도 2b에 도시된 바와 같이 반사경(24)의 각도를 크게 하고 투사광학계(23)를 비스듬히 투사되도록 배치하는 경우 도 2a와 다르게 광학계를 시스템 내에 배치시킬 수 있어 시스템의 두께를 줄일 수 있다. 그러나, 투사광학계(23)에서 배면 스크린(25)까지의 거리가 각 위치별로 달라지게 되므로배면스크린(25)에 결상되는 위치마다 배율이 달라지게 되어 키스톤(Keystone)이 발생되고 왜곡된 영상이 결상되는 문제점이 있다. 아울러, 투사방향이 위쪽방향이므로 배면스크린(25)에서 위치별로 밝기가 다르게 되는 문제점이 있다.

이로 인하여, 종래의 프로젝션 TV 시스템은 영상이 배면스크린에 왜곡없이 투사되도록 광경로를 조절해야 하므로 투사광학계의 투사각도 및 배치와 반사경의 배치각도에 제한이 생기게 되어 시스템의 두께를 줄이기가 어려운 문제점이 있다. 이에 따라, 종래의 프로젝션 TV 시스템은 전체적으로 시스템이 커지고 두께가 두꺼워지며 많은 공간을 차지하므로 최근들어 많이 요구되고 있는 벽걸이용 디스플레이 등과 같은 박형 디스플레이를 구현하기 어려웠다.

따라서, 본 발명의 목적은 키스톤을 제거함으로써 왜곡없는 영상을 표시함과 아울러 시스템의 두께를 줄일 수 있는 키스톤을 이용한 프로젝션 TV 시스템을 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 프로젝션 텔레비젼 시스템을 나타내는 도면.

도 2a 및 도 2b는 종래의 박형 프로젝션 텔레비젼 시스템을 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 실시 예에 다른 박형 프로젝션 텔레비젼 시스템을 나타내는 도면.

도 4는 도 3에 도시된 광학계의 구성과 키스톤 제거원리를 나타내는 도면.

도 5는 필드렌즈에 의한 광의 진행방향 변경을 나타내는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

11, 21, 31 : 광원 12, 22, 32 : LCD

13, 23 : 투사광학계 14, 24, 36 : 반사경

15, 25, 37 : 배면스크린 33 : 제1 광학계

34 : 필드렌즈 35 : 제2 광학계

41 : 1차 결상

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 키스톤을 이용한 프로젝션 TV 시스템은 광을 발생하는 광원과, 광을 이용하여 영상을 표시하고 그 영상을 결상위치에 따라 배율이 다른 키스톤이 발생되게 투사시키는 제1 광학부와, 제1 광학부의 키스톤과 반대의 위상을 가지는 키스톤이 발생되게 투사시키는 제2 광학부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 3 내지 도 5를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 프로젝션 TV 시스템을 나타내는 것으로서, 도 3의 프로젝션 TV 시스템은 광원(31)과, 광원(31)으로부터 빛을 받아 영상신호에 의해 해당하는 영상을 표시하는 LCD 패널(22)과, LCD 패널(32)의 영상을 투사시키는 제1 및 제2 광학계(33, 35)와, 제1 광학계(33)를 통과한 광의 진행방향을 제2 광학계(35) 쪽으로 바꿔주는 필드렌즈(34)와, 제2 광학계(35)를 통과한 광의 경로를 배면스크린(37) 쪽으로 꺽어주는 반사경(36)과, 영상을 결상시키는 배면스크린(37)을 구비한다.

도 3에 도시된 프로젝션 TV 시스템에서 광원(31)은 광을 발생하여 LCD 패널(32) 쪽으로 조사되도록 한다. LCD 패널(32)은 광원(31)으로부터 입사되는 광의 투사량을 영상신호에 따라 조절하여 영상을 표시하게 된다. 제1 및 제2 광학계(33, 35)는 LCD 패널(32)로부터 입사되는 영상을 확대투사하여 배면스크린(37)에 결상되게 함으로써 시청자는 배면스크린(37)에 결상된 화상을 감상할 수 있게 된다. 이 경우, 제1 및 제2 광학계(33, 35) 사이에 배치된 필드렌즈(34)는 제1 광학계(33)를 통과한 광의 진행경로를 바꾸어 제2 광학계(35) 쪽으로 진행되도록 하고, 반사경(36)은 제2 광학계(35)를 통과한 광을 반사시켜 배면스크린(37) 쪽으로 진행되도록 한다.

LCD 패널(32)에 표시된 영상을 배면스크린(37)에 비스듬히 투과시킴으로써 기존방식의 시스템보다 시스템의 두께를 줄일 수 있게 된다. 이 경우, 투사광학계로부터 스크린까지의 거리가 위치별로 달라져서 스크린에 결상되는 위치마다 배율이 달라지는 키스톤을 제거하여 화상왜곡을 방지할 수 있게 된다. 이 키스톤을 제거하는 광학계 구성의 원리는 도 4에 도시된 바와 같다.

도 4에 있어서, LCD 패널(32)에 표시된 영상은 제1 광학계(33)에 의해 1차 상(41)이 결상된다. 이 경우, LCD 패널(32)은 제1 광학계(33)의 광축에 대해 수직하지 않고 소정의 각도로 기울어져 제1 광학계(33)에 의해 결상되는 1차 상(41)도 광축에 대해 특정한 각도로 기울어져 결상되며 결상되는 위치에 따라 배율이 달라져서 키스톤이 발생하게 된다. 상세히 하면, LCD 패널(32)은 점 A를 중심으로 θ만큼 기울어져 배치된다. 제1 광학계(3)에서 LCD 패널(32)까지의 거리는 a이다. 제1 광학계(33)는 등배율 광학계이다. 점 A는 제1 광학계(33)에 의해 점 C에 결상되고 등배율 광학계이므로 점 C가 제1 광학계(33)에서 떨어진 거리는 a이다. 제1 광학계(33)의 초점거리는 다음의 수학식과 같은 렌즈공식에 의해 정해진다.

LCD 패널(32)의 길이 DE는 2b이다. 점 D는 제1 투사광학계(33)에 의해 점 F에 결상된다. AH의 길이는 bsinθ이다. HB에 대응되는 BL의 길이는 다음 수학식 2를 이용하여 구할 수 있다.

AI의 길이는 bcosθ이다. AI에 대응되는 LF의 길이는 다음 수학식 3을 이용하여 구할 수 있다.

그러므로, 점 D의 제1 광학계(33)에 의한 결상점 F의 배율은 다음 수학식 4에 의해 1 보다 작으므로 축소된 상을 얻게 된다.

마찬가지로 점 E는 제1 광학계(33)에 의해 점 G에서 결상된다. 점 E의 제1 광학계(33)에 의한 결상점 G의 배율은 다음 수학식 5에 의해 1보다 크게되므로 확대된 상을 얻게 된다.

결과적으로, 제1 광학계(33)의 광축에 대해 LCD 패널(32)의 소정의 각도로 기울어지면 제1 광학계(33)에 의한 LCD 패널(32)의 1차 상(41)은 광축에 대해 특정한 각도로 기울어지고 결상되는 위치에 따라 배율이 달라지는 키스톤이 발생하게된다. 도 4에서 LCD 패널(32)을 기울어지게 배치하므로 제1 광학계(33)에서부터 거리가 원래보다 멀어진 점 D는 제1 광학계(33)에 의해 점 F에서 축소된 배율의 상이 결상되고 제1 광학계(33)로부터 거리가 원래보다 가까워진 점 E는 제1 광학계(33)에 의해 점 G에서 확대된 배율의 상이 결상된다. 이렇게 결상위치에 따라 배율이 다른 키스톤이 생긴 LCD 패널(32)의 1차 상(41)은 다시 제2 광학계(35)에 의해 배면스크린(37)에 결상된다. 이때 제2 광학계(35)는 제1 광학계(33)에 의해 생긴 키스톤에 대해 반대의 키스톤을 발생시켜 제1 광학계(33)에 의해 생긴 키스톤과 제2 광학계(35)에 의해 생긴 키스톤이 서로 상쇄되도록 함으로써 배면스크린(37)에서 LCD 패널(32)의 영상이 왜곡없이 결상된다.

상세히 하면, LCD 패널(32)의 영상은 제1 광학계(33)에 의해 LCD 패널의 1차 상(41)에 결상되고 광축에 대해 기울어져 있어서 결상된 LCD 패널(32)의 1차 상(41)은 점 C에서 등배율이지만 점 G 쪽으로 갈수록 배율이 커지고 점 F 쪽으로 갈수록 배율이 작아지는 키스톤이 발생한다. 키스톤이 생긴 LCD 패널(32)의 1차 상(41)은 제2 광학계(35)에 물체로 작용하며 제2 광학계(35)의 광축과 수직인 면에 대해 θ'만큼 기울어져 있다. 점 C는 제2 광학계(35)에 의해 점 P에 결상되고 점 G는 점 Q에 결상되며 점 F는 점 R에 결상된다. 제1 광학계(33)에 의해 배율이 커지는 키스톤이 생긴 점 G는 제2 광학계(35)에 의해 점 Q에 결상되며 배율이 작아지는 키스톤이 생기게 된다. 결국 LCD 패널(32)의 점 E는 제1 광학계(33)에 의해 배율이 커지는 키스톤이 생기고 제2 광학계(35)에 의해 배율이 작아지는 키스톤이 생겨 서로 반대의 키스톤이 상쇄되면서 배면스크린(37)면의 점 Q에 배율이 일정한 영상이 결상된다. 한편, 제1 광학계(33)에 의해 배율이 작아지는 키스톤이 생긴 점 F는 제2 광학계(35)에 의해 점 R에 결상되며 배율이 커지는 키스톤이 생기게 된다. 결국 LCD 패널(32) 위의 점 D는 제1 광학계(33)에 의해 배율이 작아지는 키스톤이 생기고 제2 광학계(35)에 의해 배율이 커지는 키스톤이 생겨 서로 반대의 키스톤이 상쇄되면서 배면스크린(37)면의 점 R에 배율이 일정한 영상으로 결상된다. 마찬가지로 LCD 패널(32) 위의 모든 점은 제1 광학계(33)에 의해 생긴 키스톤이 제2 광학계(35)에 의해 발생된 반대의 키스톤으로 서로 상쇄되면서 키스톤이 없이 모든 위치에서 배율이 일정한 영상이 배면스크린(37)에 결상된다.

결과적으로, 프로젝션 TV 시스템의 두께를 줄이면서 LCD 패널(32)의 영상을 투사광학계를 통해 배면스크린(37)에 투사시킬 때 발생되는 키스톤에 대해 LCD 패널(32)과 제1 및 제2 광학계(33, 35)와 배면스크린(37)을 서로 역방향의 키스톤이 발생되도록 배치함으로써 제1 광학계(33)와 제2 광학계(35)에 의해 서로 발생된 키스톤을 상쇄시키고 왜곡없이 배율이 일정한 상을 배면스크린(37)에 결상시켜 영상을 감상하게 된다.

또한, 제1 광학계(33)와 제2 광학계(35) 사이에 반사경을 두어 제1 광학계(3)를 통과한 광의 경로를 입체적으로 접는 경우 광학계가 차지하는 공간을 줄일 수 있어 더욱 콤팩트한 시스템을 구성할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이 제1 광학계(32)와 제2 광학계(35)는 서로 역방향의 키스톤이 발생하도록 배치되어 있어서 각각의 광축이 서로 어긋나 있다. 이 경우 제1 광학계(33)를 통과한 광의 일부분만이 제2 광학계(35) 방향으로 진행하여 배면스크린(37)에 결상되는 이미지가 어둡게 된다. 제1 광학계(32)를 통과한 광을 경로를 꺽어서 모두 제2 광학계(35) 쪽으로 진행하도록 필드렌즈(34)를 둔다. 필드렌즈(34)는 도 5에 도시된 바와 같이 삼각 프리즘 형태를 기본으로 하여 양면이 곡률을 가짐으로써 제1 광학계(33)로부터 입사되는 광이 프리즘 원리에 의해 진행방향이 꺾여서 제2 광학계(35) 방향으로 진행하게 된다. 필드렌즈(34) 양면의 곡률은 렌즈역할을 하여 광학계의 수차도 보정할 수 있다. 제2 광학계(35)에 의해 투사된 LCD 패널(32)의 영상은 반사경(36)에 의해 반사되어 배면스크린(37) 방향으로 진행하여 배면스크린(37)에 결상된다. 반사경(36)을 이용하여 광의 경로를 접음으로써 시스템의 두께를 더욱 줄일 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 키스톤을 이용한 프로젝션 TV 시스템에 의하면 LCD 패널과 제1 광학계에 의해 발생된 키스톤과 제2 광학계에 의해 발생된 키스톤이 서로 상쇄됨으로써 왜곡없는 화상을 표시할 수 있게 된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 키스톤을 이용한 프로젝션 TV 시스템에 의하면 키스톤에 의한 화상왜곡없이 투사된 영상이 스크린에 대해 비스듬히 투사되도록 투사광학계를 배치함으로써 시스템을 두께를 줄일 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따른 키스톤을 이용한 프로젝션 TV 시스템에 의하면 제1 및 제2 광학계 사이에 필드렌즈를 삽입하여 광경로를 바꿈으로써 시스템의 두께를 더욱 줄일 수 있으므로 박형 디스플레이를 구현할 수 있게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (5)

1. 광을 발생하는 광원과,

   상기 광을 이용하여 영상을 표시하고 그 영상을 결상위치에 따라 배율이 다른 키스톤이 발생되게 투사시키는 제1 광학부와,

   상기 제1 광학부의 키스톤과 반대의 위상을 가지는 키스톤이 발생되게 상기 영상을 투사시키는 제2 광학부를 구비하는 것을 특징으로 하는 키스톤을 이용한 박형 프로젝션 텔레비젼 시스템
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 광학부를 투과한 영상이, 광경로가 다른 상기 제2 광학부 쪽으로 모두 진행하도록 광경로를 바꿔주기 위한 필드렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 키스톤을 이용한 박형 프로젝션 텔레비젼 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 필드렌즈는 삼각 프리즘 형태를 기본으로 양면이 곡률을 가지는 형태인 것을 특징으로 하는 키스톤을 이용한 박형 프로젝션 텔레비젼 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 광학부는

   상기 광의 투과량을 영상신호에 따라 조절하여 영상을 표시하는 액정디스플레이 패널과,

   상기 액정디스플레이 패널로부터 입사되는 영상을 투사시키는 제1 광학계를 구비하고,

   상기 액정디스플레이 패널은 상기 제1 광학계의 광축에 수직한 면에 소정의 각도로 경사지게 배치되어 상기 키스톤이 발생되게 하는 것을 특징으로 하는 키스톤을 이용한 박형 프로젝션 텔레비젼 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2 광학부는

   상기 제1 광학계를 통과한 영상을 투사시키는 제2 광학계와,

   상기 제2 광학계를 통과한 영상을 전반사시키는 반사경과,

   상기 반사경에 의해 전반사되어 입사되는 영상을 결상시키는 배면스크린을 구비하고,

   상기 배면스크린은 상기 제2 광학계의 광축에 수직한 면에 소정의 각도를 갖고 경사지게 배치하여 상기 반대위상의 키스톤이 발생되게 하는 것을 특징으로 하는 키스톤을 이용한 박형 프로젝션 텔레비젼 시스템.