KR100343963B1

KR100343963B1 - 프로젝션 표시장치용 투사 스크린

Info

Publication number: KR100343963B1
Application number: KR1019990029148A
Authority: KR
Inventors: 박찬영
Original assignee: 엘지전자주식회사
Priority date: 1999-07-19
Filing date: 1999-07-19
Publication date: 2002-07-22
Also published as: KR20010010330A

Abstract

본 발명은 사선 투사방식에 있어서 광량의 손실을 줄이고 투사된 영상의 밝기의 불균일성을 제거하도록 한 프로젝션 표시장치용 투사 스크린에 관한 것이다.

본 발명의 프로젝션 표시장치용 투사 스크린은 출사면 상에 다수의 삼각 프리즘이 형성되고 수직방향 위치별로 삼각 프리즘의 경사각 각도가 다르게 설정되어 입사광을 수평하게 진행시키기 위한 삼각 프리즘 어레이와, 삼각 프리즘 어레이로부터 입사되는 광을 집속시키기 위한 프레넬 렌즈와, 프레넬 렌즈로부터 입사되는 광을 수평방향으로 확장시키기 위한 렌티큘라 렌즈를 구비한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 프로젝션 표시장치용 투사 스크린은 사선 투사방식에 있어서 광량의 손실을 줄이고 투사된 영상의 밝기의 불균일성을 제거할 수 있게 된다.

Description

프로젝션 표시장치용 투사 스크린{Projective Screen For Projection Display Apparatus}

본 발명은 프로젝션 표시장치용 투사 스크린에 관한 것으로, 특히 사선 투사방식에 있어서 광량의 손실을 줄이고 투사된 영상의 밝기의 불균일성을 제거하도록 한 프로젝션 표시장치용 투사 스크린에 관한 것이다.

최근, 대화면으로 영상을 표시하기에 적합한 액정 프로젝션 표시장치의 개발이 가속화되고 있다. 액정 프로젝션 표시장치는 액정패널에 표시된 영상을 스크린에 확대 투사하여 화상을 표시하게 된다.

도 1을 참조하면, 광원(11), 액정패널(12), 투사 광학계(13), 미러(14) 및 투사 스크린(15)을 구비한 액정 프로젝션 표시장치가 도시되어 있다. 광원(11)으로부터 발생된 광은 영상이 표시되는 액정패널(12)을 투과한 다음, 투사 광학계(13)에 의해 소정 배율로 확대되어 미러(14)에 입사된다. 미러(14)에 입사된 영상은 투사 스크린(15)의 배면 쪽으로 전반사되어 투사 스크린(15) 상에 결상된다. 그러면 관찰자는 투사 스크린(15)에 결상된 영상을 감상할 수 있게 된다. 투사 스크린(15)은 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이 미러(14)로부터 발산광빔 형태로 입사된 광을 관찰자 쪽으로 집속시키는 프레넬 렌즈(Fresnel lens)(21)와 프레넬 렌즈(21)로부터 입사된 광을 수평방향으로 확장시켜 관찰자가 볼 수 있는 영역을 확장시키는 렌티큘라 렌즈(Lenticular lens)(22)를 포함한다. 프레넬 렌즈(21)의 출사면은 볼록렌즈를 평면 상에서 구현한 형태를 갖는다. 렌티큘라 렌즈(22)의 입사면과 출사면에는 반원통형의 실린데리컬 렌즈(Sylinderical lens)가 배열되어 있다. 이러한 투사스크린(15)에 의해 도 3과 같이 투사스크린(15)의 배면에 투사되어 결상된 영상이 관찰자 쪽으로 집속되게 되므로 관찰자는 일정한 거리에서 투사스크린(15)에 결상된 영상을 볼 수 있게 된다.

한편, 미러(14) 없이 투사 광학계(13)에서 투사 스크린(15)까지 광이 직접 투사된다면 점선으로 표시된 바와 같이 투사거리가 길어지게 되므로 시스템의 두꼐가 그만큼 두꺼워질 수밖에 없다. 미러(14)는 투사 스크린(50)의 수직한 광축에 대하여 소정각도로 경사지게 설치되어 투사 광학계(13)에서 투사 스크린(15)까지의 광경로를 접음으로써 시스템의 두께를 줄이게 된다.

시스템의 두께를 더욱 줄이기 위하여, 미러(14)의 경사각을 도 4와 같이 더 큰 각도로 조정하게 되면 광원(11)에서부터 투사광학계(13)까지의 모듈이 시스템전면 밖으로 돌출되게 되므로 배면 투사 시스템이 구성되지 못하게 된다. 이에 따라, 투사광학계(13)의 투사각도와 미러(14)의 각도의 제한에 의해 시스템의 두께를 줄이는데 한계가 있다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 미러(14)의 각도를 크게 함과 아울러 광원(11)에서부터 투사광학계(13)까지의 모듈을 투사 스크린(15) 뒤쪽으로 설치하게 되면 시스템의 두께를 많이 줄일 수 있게 된다. 이 경우, 미러(14)로부터 투사 스크린(15) 쪽으로 투사되는 광은 미러(14)에서 위쪽으로 발산되어 투사 스크린(15)에 결상된다. 이에 따라, 투사 광학계(13)에서 투사 스크린(15) 까지의 광의 경로가 각 위치마다 달라지게 되므로 각 위치마다 배율이 달라지게 된다. 이 경우, 키스톤(keystone)이 발생되게 되므로 관찰자는 사다리꼴 모양으로 왜곡된 영상을 보게 된다. 이와 더불어, 광의 투사방향이 투사스크린(15)의 수직한 광축으로 입사되지 않고 도 6과 같이 위쪽으로 비스듬히 투사되므로 관찰자의 위치에서는 균일한 휘도를 가지는 영상을 감상할 수 없게 된다. 즉, 관찰자의 위치에서 투사스크린(15)에 결상된 영상은 위쪽이 밝고 아래쪽으로 갈수록 어둡게 된다. 이를 상세히 하면, 프레넬 렌즈(21)에 상향 기울기로 광이 비스듬히 입사되면 프레넬 렌즈(21)를 투과한 광은 프레넬 렌즈(21)의 중심을 지나는 주광선을 따라 관찰자 위쪽으로 진행하게 된다. 그러므로 프레넬 렌즈(21)는 광을 렌티큘라 렌즈(22) 쪽으로 충분하게 꺾어주지 못하게 된다. 따라서, 프레넬 렌즈(21)를 투과한 광은 위쪽 방향으로 진행하게 되어 그 만큼 광손실이 발생되게 되므로 관찰자는 어두운 영상을 보게 된다. 이는 투사스크린(15)에 광이 수직하게 입사되는 프로젝션 표시장치에 적합하게 설계되어 투사스크린(15)에 광을 위쪽으로 비스듬하게 투사시키는 경우에는 광의 진행방향을 따라 광이 위쪽으로 발산되는 것에 기인하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 배면 투사 시스템의 두께를 줄이기 위하여 박형 투사 시스템을 구성함에 있어서 휘도차 및 광손실을 최소화하도록 한 프로젝션 표시장치용 투사 스크린을 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 배면 투사방식의 프로젝션 표시장치를 나타내는 단면도.

도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 투사 스크린의 구성을 상세히 나타내는 단면도 및 분해 사시도.

도 3은 도 1에 도시된 투사 스크린에 광이 수직으로 입사되는 경우의 광경로를 나타내는 도면.

도 4는 도 1에 도시된 프로젝션 표시장치에 있어서, 미러의 각도를 크게하여 광학계를 배치하였을 때의 단면도.

도 5는 도 1에 도시된 프로젝션 표시장치에 있어서, 투사스크린에 광이 비스듬히 입사되게끔 사선 투사방식으로 미러와 광학계를 배치하였을 때의 단면도.

도 6은 도 5에 도시된 사선 투사방식의 광경로를 나타내는 도면.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 프로젝션 표시장치용 투사 스크린을 나타내는 단면도.

도 8은 도 7에 도시된 투사 스크린의 분해 사시도.

도 9는 도 7에 도시된 삼각 프레즘 어레이에 입사되는 광의 경로를 상세히나타내는 도면.

도 10은 도 7에 도시된 투사 스크린에 입사되는 광의 광경로를 나타내는 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11 : 광원 12 : 액정패널

13 : 투사 광학계 14 : 미러

15 : 투사 스크린 21,32 : 프레넬 렌즈

22,33 : 렌티큘라 렌즈 31 : 삼각 프리즘 어레이

31a : 경사면 31b : 수직면

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 프로젝션 표시장치용 투사 스크린은 출사면 상에 다수의 삼각 프리즘이 형성되고 수직방향 위치별로 삼각 프리즘의 경사각 각도가 다르게 설정되어 입사광을 수평하게 진행시키기 위한 삼각 프리즘 어레이와, 삼각 프리즘 어레이로부터 입사되는 광을 집속시키기 위한 프레넬 렌즈와, 프레넬 렌즈로부터 입사되는 광을 수평방향으로 확장시키기 위한 렌티큘라 렌즈를 구비한다.

상기 목적들 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 도 7 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 자신에게 비스듬히 입사되는 광을 수평하게 진행하는 광으로 광경로를 전환시키기 위한 삼각 프리즘 어레이(31)와, 삼각 프리즘 어레이(31)로부터 입사된 광을 관찰자 쪽으로 집속시키는 프레넬 렌즈(32)와, 프레넬 렌즈(21)로부터 입사된 광을 수평방향으로 확장시키기 위한 렌티큘라 렌즈(32)를구비하는 프로젝션 표시장치용 투사 스크린이 도시되어 있다. 삼각 프리즘 어레이(31)의 입사면은 평면을 이루고 있으며, 출사면은 가로방향으로 긴 삼각기둥 형태의 삼각프리즘이 세로로 배열된다. 하나의 삼각 프리즘은 소정각도로 경사진 경사면(31a)과 접하고 입사면에 대하여 수직한 수직면(31a)을 포함한다. 경사면(31a)의 각도(θ)는 서로 다른 높이에서 비스듬히 입사되는 광이 삼각 프리즘 어레이(31)을 통과하면서 렌티큘러 렌즈(33)의 광축을 따라 평행하게 출사되게끔 광입사 높이에 따라 다르게 설정된다.

삼각 프리즘 어레이(31)에 있어서 경사면(31a)의 각도는 다음과 같이 결정된다. 도 9에서, θ를 경사면(31a)의 각, θi를 입사각, θi'을 삼각 프리즘 어레이(31)의 입사면에서의 굴절각 그리고 n을 삼각 프리즘 어레이의 굴절률이라 할 때 입사각 θi과 굴절각 θi'은 아래의 수학식 1과 같은 스넬(Snell)의 법칙을 만족한다.

삼각 프리즘 어레이(31)의 입사면에 θi의 각도로 입사된 광은 입사면에서 θi'의 각도로 굴절되고, 삼각 프리즘 어레이의 매질에서 진행하는 광은 경사면(31a)에서 다시 굴절하여 공기중으로 광축에 평행하게 진행하게 된다. 이 때, 경사면(31a)에서의 입사각은 θ-θi'이고 광축에 평행하게 진행하는 광의 굴절각은 θ가 된다. 경사면(31a)에서의 입사각 θ-θi'과 굴절각 θ은 아래의 수학식 2와 같다.

그러므로 θ는 아래의 수학식 3과 같다.

, 단

수학식 3에 의해 입사각 θi에 대하여 광축에 평행하게 진행하도록 하는 경사면(31a)의 경사각 θ를 구할 수 있다. 즉, 수학식 3에 의해서 삼각 프리즘 어레이(31)의 경사면(31)의 경사각 θ를 광이 광축을 따라 평행하게 진행되게끔 결정하면 입사면에 입사되는 광의 입사각 θi에 무관하게 광축을 따라 프레넬 렌즈(32) 쪽으로 광을 평행하게 진행시킬 수 있게 된다.

프레넬 렌즈(32)와 렌티큘라 렌즈(32)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 렌티큘라 렌즈(32)의 출사면에는 외광을 흡수하여 콘트라스트를 향상시키기 위한 블랙스트라이프(Black stripe)가 실린데리컬 렌즈의 경계부에 형성된다.

이와 같은 투사 스크린이 도 5와 같은 프로젝션 표시장치에 설치되면 도 10과 같이 입사광이 삼각 프리즘 어레이(31)에 입사된 후, 삼각 프리즘 어레이(31)의 경사면(31a)에서 굴절되어 렌티큘러 렌즈(33)의 광축을 따라 평행하게 진행하게 된다. 여기서, 삼각 프리즘 어레이(31)의 경사면(31a)의 각도(θ)가 임의의 각도로 입사되는 입사광이 평행하게 굴절되게끔 설정되면 어떠한 입사각을 가지는 입사광도 렌티큘러 렌즈(33)의 광축을 따라 평행하게 진행될 수 있게 된다. 삼각 프리즘 어레이(31)에 의해 평행광으로 변환된 광은 프레넬 렌즈(32)에 의해 관찰자 쪽으로 집속된 후, 렌티큘러 렌즈(33)에 의해 수평방향으로 확장된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 프로젝션 표시장치용 투사 스크린은 프레넬렌즈의 입사면에 대면된 출사면이 다수의 삼각 프리즘들로 배열되고 임의의 입사각으로 입사되는 입사광이 투사스크린의 수직한 광축에 평행하게 굴절되게끔 상기 삼각 프리즘들의 경사각이 조정된 삼각 프리즘 어레이를 구비하여 배면 투사 시스템의 두께를 줄이기 위하여 박형 투사 시스템을 구성함에 있어서 휘도차 및 광손실을 최소화하게 된다. 이에 따라, 사선 투사방식에 있어서 광량의 손실을 줄이고 투사된 영상의 밝기의 불균일성을 제거할 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

출사면 상에 다수의 삼각 프리즘이 형성되고 수직방향 위치별로 상기 삼각 프리즘의 경사각 각도가 다르게 설정되어 입사광을 수평하게 진행시키기 위한 삼각 프리즘 어레이와,

상기 삼각 프리즘 어레이로부터 입사되는 광을 집속시키기 위한 프레넬 렌즈와,

상기 프레넬 렌즈로부터 입사되는 광을 수평방향으로 확장시키기 위한 렌티큘라 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 표시장치용 투사 스크린.
제 1 항에 있어서,

상기 렌티큘라 렌즈는 출사면에 외부광을 흡수하는 물질이 패터닝된 것을 특징으로 하는 프로젝션 표시장치용 투사 스크린.
제 1 항에 있어서,

상기 삼각 프리즘들은 입사면이 평면을 이루는 것을 특징으로 하는 프로젝션 표시장치용 투사 스크린.
제 1 항에 있어서,

상기 경사각의 각도를 θ, 입사각을 θi, 상기 입사면에서의 굴절각을 θi', 상기 삼각 프리즘들의 굴절률을 n이라 할 때,

상기 경사각의 각도 θ는,

, 단

에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 표시장치용 투사 스크린.
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