KR100333971B1

KR100333971B1 - 프로젝터의 광학장치

Info

Publication number: KR100333971B1
Application number: KR1019990036725A
Authority: KR
Inventors: 나만호
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1999-08-31
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2002-04-24
Also published as: KR20010020040A

Abstract

본 발명은 스크린에서의 광분포에 균일성을 줄 수 있는 프로젝터 광학 장치에 관한 것이다.

본 발명의 프로젝터 광학장치는 디스플레이소자에서 구현된 소형화상을 스크린에 확대투사하는 프로젝터의 광학장치에 있어서, 그 디스플레이소자는 전계방출표시소자이고, 전계방출표시소자의 출사측 전면기판에는 그 전면기판을 통한 출사광에 수평방향으로 방향성을 주기 위한 글래스비드가 첨가된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, CRT 또는 FED의 광출사면에 글래스비드를 첨가하여 출사되는 광빔이 수평방향으로의 방향성을 가지게 함으로써 투사렌즈 주변부에서의 광손실량이 최소화되므로 투사스크린에서의 밝기는 균일성을 가지게 된다.

Description

프로젝터의 광학장치{Optical Apparatus of Projector}

본 발명은 프로젝터에 관한 것으로, 특히 스크린에서의 광분포에 균일성을 줄 수 있는 프로젝터 광학 장치에 관한 것이다.

최근, 대화면 및 고화질 영상의 요구가 증대됨에 따라 소형의 영상을 투사렌즈를 이용하여 확대투사는 프로젝터의 보급이 급속히 확산되고 있다. 프로젝터에는 스크린에 화상이 투사되는 방향에 따라 전면투사 방식과 후면투사 방식으로 대별된다. 후면투사 방식 프로젝터로는 프로젝션 텔레비젼(Projection Television;이하, 프로젝션 TV라 함)가 대표적이다. 프로젝션 TV는 소화상을 구현하기 위한 광원으로서 음극선관(Cathode Ray Tube:이하, CRT라 한다)이나 액정표시장치(Liquid Crystal Display;이하, LCD라 한다) 등이 주로 이용되고 있다. CRT나 액정패널에 재현된 소화상은 투사렌즈에 의해 확대된 후 스크린의 후면에 투사되어 대화면으로 표시되게 된다.

도 1을 참조하면, 통상의 CRT를 광원으로 이용한 프로젝션 TV가 도시되어 있다. 도 1의 프로젝션 TV에서 적·녹·청 각각의 소화상을 표시하기 위한 적·녹·청 CRT(11, 12, 13)와, 적·녹·청 CRT(11, 12, 13)의 출사측에 각각 접속된 투사렌즈(14, 15, 16)와, 투사렌즈(14, 15, 16)로부터 확대화상이 결상되는 투사스크린(19)를 구비한다. 이러한 프로젝션 TV에서 적·녹·청 CRT(11, 12, 13) 상의 화상들 각각은 해당 투사렌즈(14, 15, 16)에 의해 투사스크린(19) 상에 확대·투사됨으로써 투사스크린(19) 상에 큰 칼라화상이 결상되게 된다. 여기서, 투사스크린(19)은 통상 각 투사렌즈(14, 15, 16)로부터 확산되어 입사되는 광들을 집속시키기 위한 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)(17)와, 입사광을 수평방향으로 확대·진행시키기위한 렌티큘러 렌즈(Lenticular Lens)(18)로 구성되고 있다.

그런데, 상기 CRT(11, 12, 13)의 전면유리(20)를 통해 방출되는 광빔은 통상 도 2에 도시된 바와 같이 방향성이 없이 각 방향으로 동일한 광분포를 가지고 있다. 이에 따라, 적·녹·청 CRT(11, 12, 13)로부터 방출되는 광빔이 해당 투사렌즈(14, 15, 16)에 입사되는 과정에서 투사렌즈(14, 15, 16)의 주변부에서 광손실이 발생하게 된다. 이 결과, 투사렌즈(14, 15, 16)를 통해 투사 스크린(19)에 확대·투사되는 화상 주변부의 밝기가 떨어지게 되므로 화질이 저하되게 된다.. 구체적으로, CRT가 람보시안 소스화됨으로써 도 3에 도시된 바와 같이 투사스트린(14, 15, 16)을 통해 방출되는 광빔과 투사스트린(19)의 광축과의 각도가 'θ'인 경우투사스크린(19)의 중심부에서 주변부로 갈수록 화면의 밝기는 cos⁴θ 만큼씩 떨어지게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 투사스크린에 표시되는 화면의 밝기 균일성을 향상시킬 수 있는 프로젝터의 광학장치를 제공하는 것이다.

도 1은 통상의 CRT 프로젝터를 나타낸 도면.

도 2는 도 1에 도시된 CRT 출사면에서의 출사광의 방향성을 나타낸 도면.

도 3은 종래의 CRT에 의해 투사렌즈로부터 투사스크린으로 진행하는 광빔과 투사스크린 중심간의 각도와 투사스크린에서의 밝기감소 관계를 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 CRT의 출사면 구조를 나타낸 도면.

도 5는 도 4에 도시된 CRT 출사면에서의 출사광의 방향성을 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 FED 프로젝터 광학장치를 나타낸 도면.

도 7은 도 6에 도시된 FED의 구체적인 구성을 나타낸 도면.

도 8a는 도 7에 도시된 적색 및 청색용 프리즘 시트의 구체적인 구조를 나타내고, 도 8b는 도 7에 도시된 녹색용 프리즘 시트의 구체적 구조를 나타낸 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11, 12, 13 : 적, 녹, 청 CRT 14, 15, 16, 32 : 투사렌즈

17 : 프레넬 렌즈 18 : 렌티큘러 렌즈

19 : 투사스크린 20, 26 : 전면유리

22 : CRT 24 : 형광면

25, 37 : 글래스 비드 28G, 28G, 28B : 제1 내지 제3 FED

30 : 다이크로익 프리즘 30A, 30B : 반사코팅면

34 : 배면기판 36 : 형광체

38 : 전면기판 40R, 40G, 40B : 프리즘시트

42R, 42G, 42B : 선형편광판 44 : λ/2판

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 프로젝터 광학장치는 디스플레이소자에서 구현된 소형화상을 스크린에 확대투사하는 프로젝터의 광학장치에 있어서, 그 디스플레이소자는 전계방출표시소자이고, 전계방출표시소자의 출사측 전면기판에는 그 전면기판을 통한 출사광에 수평방향으로 방향성을 주기 위한 글래스비드가 첨가된 것을 특징으로 한다.여기서, 상기 전계방출표시소자는 적, 녹, 청색 화상을 각각 구현하는 3매의 전계방출표시소자로 구성되고, 3매의 전계방출표시소자로부터의 적, 녹, 청색 화상을 합성하여 투사렌즈를 통해 스크린에 확대투사되게 하는 다이크로익프리즘과; 3매의 전계방출표시소자와 상기 다이크로익프리즘 사이에 각각 배치되어 전계방출표시소자로부터의 출사광을 하나의 선편광으로 변환하기 위한 선편광변환수단과, 선편광변환수단으로부터 입사되는 광빔 중 비편광성분을 차단하기 위한 선형편광판을 추가로 구비한다.

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 예들을 도 4 내지 도 8을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 프로젝터 광학장치에 구성되는 CRT(22)의 광출사면을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 4에 도시된 CRT(22)에서 형광면(24) 위의 전면유리(26)에 빛에 방향성을 주는 수단, 즉 글래스 비드(Glass bead; 25)를 첨가하게 된다. 이 글래스 비드(25)에 의해 형광면(24)에서 발생되는 광은 방향성을 가지게 된다. 다시 말하여, 도 5에 도시된 바와 같이 형광면(24)에서 방출되는빛은 전면유리(26)에 첨가된 글래스 비드(25)에 의해 종래와 같이 사방으로 방사되지 않고 형광면(24)과 수직한 방향인 수평방향으로 방향성을 가지게 된다. 이에 따라, CRT(22)로부터 방출되는 광빔이 수평방향으로의 방향성을 가지고 투사렌즈로 모두 입사되게 되므로 종래와 같이 투사렌즈의 주변부에서의 광손실이 최소화되게 된다. 이 결과, CRT에서 방출된 광빔이 투사렌즈 주변부에서의 광손실이 거의 없이 투사렌즈를 경유하여 투사스크린에 입사되게 됨으로써 투사스크린에 표시되는 화면의 밝기가 균일성을 가질 수 있게 된다.

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 프로젝터의 광학장치를 나타낸 것이다. 도 6의 프로젝터는 화상합성을 위한 다이크로익 프리즘(30)의 3면에 위치하여 적·녹·청 화상을 방출하기 위한 제1 내지 제3 전계방출표시(Field Emission Display; 이하, FED라 한다)(28R, 28G, 28B) 소자를 구비한다. FED는 통상 평면형 표시소자로서 CRT와 동일하게 전자선에 의한 형광체 발광을 이용하고 있다. 이 FED는 CRT와 같이 열음극(Hot Cathode)을 이용하지 않고 첨예한 음극 즉, 이미터(Emitter)에 고전계를 집중하여 양자역학적인 터널(Tunnel) 효과에 의해 전자를 방출하는 냉음극을 이용하고 있다. 그리고, 이미터로부터 방출된 전자는 양극 및 음극간에 인가된 전압에 의해 가속되어 양극에 형성된 형광체막에 충돌됨으로써 형광체를 발광시키게 된다. 이러한 원리를 이용하여 적·녹·청의 화상을 발생하게 되는 제1 내지 제3 FED(28R, 28G, 28B)는 도 7에 도시된 바와 같이 전자가 방출되는 이미터가 형성된 배면기판(34)과, 배면기판(34)과 소정의 거리로 이격되어 배치되고 내부면에 형광체(36)가 도포된 전면기판(38)을 구성으로 한다. 이러한 FED(28R, 28G, 28B)에서 방출되는 출사광 역시 CRT와 같이 방향성 없이 사방으로 방사되게 된다. 이 경우, 제1 내지 제3 FED(28R, 28G, 28B)에서 방출되는 광빔이 다이크로익 프리즘(30)의 해당면에 입사되는 과정에서 다이크로익 프리즘(30)의 주변부에서 발생되는 광손실을 최소화하기 위하여 제1 내지 제3 FED(28R, 28G, 28B)의 전면기판(38)에 글래스비드(37)를 첨가하게 된다. 이 글래스비드(37)에 의해 제1 내지 제3 FED(28R, 28G, 28B) 각각에서 방출되는 광빔은 수평방향으로의 방향성을 가지게 되므로 다이크로익 프리즘(30) 주변부에서 광손실이 거의 없이 다이크로익 프리즘(30)으로 입사되게 된다. 이 결과, 다이크로익 프리즘(30) 주변부에서의 광손실이 거의 없이 합성된 화상이 투사렌즈를 경유하여 투사스트린에 확대·투사되므로 투사스트린에 표시되는 화상의 밝기는 균일성을 가지게 된다.

한편, 다이크로익 프리즘(30)에서 반사코팅면(30A, 30B)은 통상 수평선편광(이하, P파라 한다)에 대해서는 좋은 투과특성을 가지고, 수직 선편광(이하, S파라 한다)에 대해서는 좋은 반사특성을 가지고 있다. 이에 따라, 다이크로익 프리즘(30)의 반사코팅면(30A, 30B)에서 각각 반사되는 제1 FED(28R)로부터의 적색(R) 광빔과 제3 FED(28B)로부터의 청색(B) 광빔은 모두 S파 성분을 가지는 경우 광효율이 향상되게 된다. 반면에, 다이크로익 프리즘(30)의 반사코팅면(30A, 30B)을 투과하는 제2 FED(28G)로부터의 녹색(G) 광빔이 P파 성분을 가지는 경우 광효율이 향상되게 된다. 이를 위하여, 제1 내지 제3 FED(28R, 28G, 28B)의 출사측에 입사광빔을 하나의 선편광빔으로 변환하기 위한 프리즘시트(40R, 40G, 40B)와, 비편광성분을 차단하기 위한 선형편광판(42R, 42G, 42B) 각각을 순차 배치하게 된다. 구체적으로, 제1 및 제3 FED(28R, 28B)의 출사측에 배치되는 제1 및 제3 프리즘시트(40R, 40B)는 입사광빔을 모두 S파 성분으로 변환하여 출사시키고, 제1 및 제3 선형편광판(42R, 42B)은 제1 및 제3 프리즘시트(40R, 40B) 각각으로부터 입사되는 S파를 다이크로익 프리즘(30)으로 투과시키게 된다. 이 경우, 제1 및 제3 선형편광판(42R, 42B)은 제1 및 제3 프리즘시트(40R, 40B)에 의해 선편광으로 변환되지 않은 광성분은 차단시키게 된다. 이에 따라, 다이크로익프리즘(30)으로 입사되는 S파 성분의 적색(R) 광빔과 청색(B) 광빔은 반사코팅면(30A, 30B)에 의해 모두 반사되어 투사렌즈(32)쪽으로 출사되게 되므로 광효율이 향상되게 된다. 제2 FED(28G)의 출사측에 배치되는 제2 프리즘시트(40G)는 입사광빔을 모두 P파 성분으로 변환하여 출사시키고, 제2 선형편광판(42G)은 제2 프리즘시트(40G)로부터 입사되는 P파를 다이크로익 프리즘(30)으로 투과시키게 된다. 이 경우, 제2 선형편광판(42G)은 제2 프리즘시트(40G)에 의해 선편광으로 변환되지 않은 광성분은 차단시키게 된다. 이에 따라, 다이크로익프리즘(30)으로 입사되는 P파 성분의 녹색(G) 광빔은 반사코팅면(30A, 30B)을 모두 투과하여 투사렌즈(32)쪽으로 출사되게 되므로 광효율이 향상되게 된다. 투사렌즈(32)는 다이크로익프리즘(30)로부터 입사되는 합성화상을 투사스트린(도시하지 않음)에 확대투사하게 된다.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 도 7에 도시된 적색 및 청색용 프리즘시트(40R, 40B)와 녹색용 프리즘시트(40G)에 대한 구체적인 구조가 도시되어 있다. 적색 및 청색용 프리즘시트(40R, 40B)는 다이크로익 코팅면을 가지는 프리즘들이 수직방향으로 배열되어 입사광빔을 P파와 S파 선편광으로 분리하게 된다. 임의의 프리즘에의해 분리된 P파 성분은 그대로 투과되고, 반사된 S파 성분은 하부에 위치하는 프리즘에 의해 다시 반사되어 출사되게 된다. 이 경우, P파의 출사측에 λ/2판(44)을 배치하여 S파로 변환되게 한다. 이에 따라, 적색 및 청색용 프리즘시트(40R, 40B)는 입사광빔을 S파 선편광으로 변환하게 된다. 녹색용 프리즘시트(40G)도 다이크로익 코팅면을 가지는 프리즘들이 수직방향으로 배열되어 입사광빔을 P파와 S파 선편광으로 분리하게 된다. 그리고, 상기 적색 및 청색용 프리즘시트(40R, 40B)와는 달리 S파의 출사측에 λ/2판(44)을 배치하여 P파로 변환되게 한다. 이에 따라, 녹색용 프리즘시트(40G)는 입사광빔을 P파 선편광으로 변환하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 프로젝터의 광학장치에 의하면 CRT 또는 FED의 광출사면에 글래스비드를 첨가하여 출사되는 광빔이 수평방향으로의 방향성을 가지게 함으로써 투사렌즈 주변부에서의 광손실량을 최소화할 수 있게 된다. 이에 따라, 투사스크린에서의 밝기는 균일성을 가지게 된다. 또한, 본 발명에 따른 프로젝터의 광학장치에서 FED를 이용하는 경우 프리즘시트 및 선형편광판을 이용하여 다이크로익 프리즘으로 입사되는 광빔을 선형편광시킴으로써 광효율을 향상시킬 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 정하여 져야만 할 것이다.

Claims

디스플레이소자에서 구현된 소형화상을 스크린에 확대투사하는 프로젝터의 광학장치에 있어서,

상기 디스플레이소자는 전계방출표시소자이고,

상기 전계방출표시소자의 출사측 전면기판에는 그 전면기판을 통한 출사광에 수평방향으로 방향성을 주기 위한 글래스비드가 첨가된 것을 특징으로 하는 프로젝터의 광학장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전계방출표시소자는 적, 녹, 청색 화상을 각각 구현하는 3매의 전계방출표시소자로 구성되고,

상기 3매의 전계방출표시소자로부터의 적, 녹, 청색 화상을 합성하여 투사렌즈를 통해 상기 스크린에 확대투사되게 하는 다이크로익프리즘과;

상기 3매의 전계방출표시소자와 상기 다이크로익프리즘 사이에 각각 배치되어 상기 전계방출표시소자로부터의 출사광을 하나의 선편광으로 변환하기 위한 선편광변환수단과, 상기 선편광변환수단으로부터 입사되는 광빔 중 비편광성분을 차단하기 위한 선형편광판을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝터의 광학장치.
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