KR100625535B1

KR100625535B1 - 후면투사스크린

Info

Publication number: KR100625535B1
Application number: KR1019980035006A
Authority: KR
Inventors: 백종수
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 1998-08-27
Filing date: 1998-08-27
Publication date: 2006-12-05
Also published as: KR20000015228A

Abstract

본 발명은 후면 투사 스크린에 관한 것이다. 본 발명의 후면 투사 스크린은 입사된 광빔을 임의의 한점으로 집속하도록 실린더리컬 렌즈의 형태로 형성되고, 입사광빔의 확산특성 및 투과특성을 높이도록 소량의 광확산제가 분포된 입사층과; 입사층에서 유입된 광빔을 진행시키는 도파층; 및 상기 도파층에서 유입된 광빔을 확산시키도록 입사층의 실린더리컬 렌즈의 배열방향과 수직으로 교차되도록 막대 프리즘 형태로 형성되고, 입사층보다 많은 양의 광확산제가 분포된 비구면형상의 출사층을 구비한다. 이와 같은 본 발명의 후면 투사 스크린에 의하면, 수평 및 수직 시야각을 확보함과 아울러 화면의 밝기레벨을 높일수 있게 된다. 또한, 화면의 콘트라스트를 높일 수 있게 된다.

Description

후면 투사 스크린 {Rear Projection Screen}

본 발명은 투사 장치에 관한 것으로, 특히 넓은 광시야각과 화면의 밝기레벨을 높이도록 구성된 후면 투사 스크린에 관한 것이다.

최근, 디스플레이 장치는 대화면화, 고화질화의 요구에 따라 소형의 영상을 투사렌즈를 이용하여 확대 투사하여 원하는 화상을 표시하는 투사형 장치가 급속히 확산되고 있는 추세이다. 이러한 투사장치는 광빔을 스크린의 전면에 투사하여 원하는 화상을 표시하는 전면투사(Front Projection) 장치와 광빔을 스크린의 후면에 투사하여 원하는 화상을 확대하여 표시하는 후면투사(Rear Projection) 장치로 대별된다.

도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 후면투사 스크린은 광빔을 발생하는 광원(2)과, 영상신호에 대응하여 상기 광빔의 투과량을 조절하는 액정패널(Liquid Crystal Display Panel;4 이하 "LCD"라 함)과, LCD(4)에 형성된 화상을 확대하여 투사하는 투사렌즈(6)와, 투사렌즈(6)를 경유한 확대화상을 표시하는 스크린(8)을 구비한다. 광원(2)에서 발생된 광빔은 LCD(4)에 의해 투과량이 조절되어 영상신호에 대응하는 화상으로 LCD(4)에 결상된다. 상기 화상은 투사렌즈(6)에 의해 소정의 배율로 확대되어 스크린(8)으로 투사된다. 이때, 투사렌즈(6)를 경유한 광빔은 스크린(8)의 후면으로 진행하게 되며, 스크린의 후면에는 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같은 렌즈들이 형성되어 있으며, 상기 렌즈들을 경유하여 스크린 전면에 화상이 표시되게 된다. 도 2 및 도 3을 결부하여 상세히 설명하기로 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 프레넬 렌즈(10)는 투사렌즈(6)에서 확대된 화상의 발산하는 광빔을 집속시키게 된다. 프레넬 렌즈(10)를 경유한 광빔은 렌티큘러 렌즈에 의해 수평방향으로 확대되어 진행하게 된다. 이때, 렌티큘러 렌즈의 입사면에는 실린더리컬 렌즈(16)가 형성되어 있으며, 출사면에는 실린더리컬 렌즈(14) 및 광흡수층(18)이 형성되어 있다. 상기 출사면에 형성된 실린더리컬 렌즈(14)에 의해 광빔은 수평방향으로 확산되어 진행하게 된다. 또한, 광흡수층(18)은 스크린(8)의 외부에서 유입되는 외부광을 흡수하여 스크린(8) 전면의 콘트라스트(Contrast)를 향상하게 된다. 그러나, LCD(4)의 매트릭스 구조와 광흡수층(18)이 결합되어 스크린(8)상에는 모아레 무늬가 발생하여 화질에 악영향을 미치게 되는 단점이 있다. 실제로, 모아레 무늬를 제거하기 위하여 렌티큘러 렌즈의 피치를 0.3㎜이하로 작게 해야 하지만 현재의 제조공정으로는 렌티큘러 렌즈의 피치를 0.5㎜이하로 제조하기 어려운 실정이다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 도 3에 도시된 바와 같이 광흡수층을 제거한 렌티큘러 렌즈가 제안되고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 프레넬 렌즈(10)는 투사렌즈(6)에서 확대된 화상의 발산하는 광빔을 집속시키게 된다. 프레넬 렌즈(10)를 경유한 광빔은 렌티큘러 렌즈(12)에 의해 수평방향으로 확대되어 진행하게 된다. 이때, 렌티큘러 렌즈(12)의 출사면에는 실린더리컬 렌즈(14)가 형성되어 있다. 상기 출사면에 형성된 실린더리컬 렌즈(14)에 의해 광빔은 수평방향으로 확산되어 진행하게 된다. 또한, 광빔을 수직방향으로 확산시키기 위해 렌티큘러 렌즈(12)의 내부에 광확산제를 분포시키게 된다. 실제로, 렌티큘러 렌즈(12)를 사용할 경우 수평방향의 시야범위는 ±15°정도를 유지하게 되며 수직방향 시야각은 ±10°이하로 아주 협소한 시야각을 가지게 된다. 이 경우, 수직방향의 시야각은 렌티큘러 렌즈(12)의 내부에 분포된 광확산제의 분포량에 의해 조절할 수 있으므로, 더욱 넓은 수직방향 시야각을 확보하기 위해 더욱 많은 양의 광확산제를 렌티큘러 렌즈(12)의 내부에 분포시키게 된다. 그러나, 광확산제를 너무 많이 분포시킬 경우, 렌티큘러 렌즈(12)의 내부에서는 광확산제에 의해 내부확산과 후면반사가 많이 일어나게 되므로, 입사면으로 되돌아 나오는 광빔이 증가하여 스크린(8)에 표시되는 화상의 밝기레벨이 저하되는 문제점이 도출되고 있다. 또한, 렌티큘러 렌즈(12)의 내부확산에 의해 스크린(8)에 표시되는 화상의 콘트라스트가 저하되어 화질에 악영향을 미치게 되는 문제점이 도출되고 있다. 이에 따라, 넓은 광시야각을 확보하면서 화면의 밝기레벨이 높일 수 있는 방안들이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 넓은 광시야각과 화면의 밝기레벨을 높일 수 있는 후면 투사 스크린을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 후면 투사 스크린은 입사된 광빔을 임의의 한점으로 집속하도록 실린더리컬 렌즈의 형태로 형성되고, 입사광빔의 확산특성 및 투과특성을 높이도록 소량의 광확산제가 분포된 입사층과; 상기 입사층에서 유입된 광빔을 진행시키는 도파층; 및 상기 도파층에서 유입된 광빔을 확산시키도록 상기 입사층의 실린더리컬 렌즈의 배열방향과 수직으로 교차되도록 막대 프리즘 형태로 형성되고, 상기 입사층보다 많은 양의 광확산제가 분포된 비구면형상의 출사층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징에 의하면, 상기 출사층은 막대프리즘 형태의 중심영역에서 광빔이 확산된다.

이와 같은 특징에 의하면, 상기 출사층은 막대프리즘 형태의 중심영역 이외의 부분에서 광빔이 내부전반사 된다.

이와 같은 특징에 의하면, 상기 출사층은 유입되는 외부광을 차단하도록 전면에 틴트제가 분포된다.

상기 목적외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

도 4 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명 하기로 한다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 후면 투사 스크린은 투사렌즈에 의해 확대된 화상의 발산하는 광빔을 집속하는 프레넬 렌즈(22)와, 프레넬 렌즈(22)를 경유한 광빔을 확산시키는 렌티큘러 렌즈(26)를 구비한다. 프레넬 렌즈(22)는 투사렌즈(도시되지 않음)에서 확대된 화상의 발산하는 광빔을 집속하여 화면전체를 밝게 한다. 렌티큘러 렌즈(26)는 입사층(26a), 도파층(26b) 및 출사층(26c)으로 구성되어 프레넬 렌즈(22)에 의해 집속된 광빔을 확산시키게 된다. 이하, 도 5를 참조하여 상기 렌티큘러 렌즈(26)에 대해서 상세히 설명하기로 한다.

도 5를 참조하면, 렌티큘러 렌즈(26)는 자신에게 입사된 광빔을 출사층(26c)의 임의의 한점으로 집속하도록 실린더리컬 렌즈의 형태로 형성된 입사층(26a)과, 상기 입사층(26a)에서 유입된 광빔을 진행시키는 도파층(26b)과, 상기 도파층(26b)에서 유입된 광빔을 확산시키도록 상기 입사층(26a)과 수직으로 위치하여 막대 프리즘 형태로 형성된 출사층(26c)을 구비한다. 입사층(26a)은 실린더리컬 렌즈의 형태로 형성되어 자신에게 입사된 광빔을 출사층(26c)의 임의의 한점으로 집속하게 된다. 이를 위해, 입사층(26a)에 형성되는 실린더리컬 렌즈는 비구면 형상으로 구성 되어진다. 비구면 형상은 수학식 1에 나타나 있다.

X = ^2221/2

여기에서, X는 광축상의 높이(r)에서의 비구면의 세그값, c는 렌즈면의 곡률, k는 코닉상수를 의미한다. 또한, 금형 및 생산의 용이성을 고려하여 k가 0인 구면 형상으로 구현할 수도 있다.

또한, 입사층(26a)에서 집속된 광빔은 도파층(26b)을 경유하여 입사층(26a)의 실린더리컬 렌즈에 수직으로 위치한 막대프리즘 형태의 출사층(26c)상의 임의의 한점에 집속되게 된다. 상기와 같이 출사층에 집속된 광빔중 막대프리즘의 중심영역(26c')으로 진행하는 광빔은 구면형상의 중심영역(26c')에 의해 확산되어 진행하게 된다. 반면에, 출사층에 집속된 광빔중 막대프리즘의 중심영역(26c')이외의 영역으로 진행하는 광빔은 막대프리즘의 경계면에서 전반사되어 막대프리즘의 중심영역(26c')으로 진행하여 구면형상의 중심영역(26c')에 의해 확산되어 진다. 이 경우, 막대 프리즘의 내부반사에 의해 상기 중심영역(26c')으로 바로 도달하지 못한 광빔은 내부반사의 반복에 의해 상기 중심영역(26c')에 도달되어 확산되게 된다. 이때, 막대프리즘의 형상은 내부 전반사를 일으킬 수 있도록 내부전반사 조건을 만족하는 각으로 기울어지게 된다. 렌티큘러 렌즈 수지에서 공기층으로의 내부전반사 조건은 수학식 2에 나타나 있다.

θ_{i ≥}sin^-1(1/n_F)

여기에서, θi는 입사광선의 입사각, n_F는 렌티큘러 렌즈 수지의 굴절율을 의미한다. 즉, 입사광선의 입사각이 sin^-1(1/n_F)보다 큰 경우에 내부 전반사가 일어나게 된다. 이에따라, 렌티큘러 렌즈(26) 수지의 굴절율을 고려하여 프리즘의 각도를 유지하게 되면 출사층(26c)에 입사된 광빔이 내부전반사 또는 내부전반사의 반복으로 막대프리즘의 중심영역(26c')으로 도달한 광빔은 수직방향으로 확산되어 시야각을 넓히게 된다. 한편, 입사층(26a)의 실린더리컬 렌즈 및 출사층(26c)의 막대프리즘 렌즈에 의해 확대된 수평 및 수직시야각을 좀더 넓히기 위해 입사층(26a)에는 극히 미량의 광확산제를 분포시킴과 아울러, 출사층(26c)에는 약 5-20%의 광확산제를 분포시키게 된다. 여기에서, 입사층에 많은 양의 광확산제를 분포시킬 경우 출사층에 도달하는 광빔의 양이 적게 되므로 입사층에는 극히 소량의 광확산제를 분포시키는 것이 바람직하다. 또한, 출사층에는 광빔이 많이 확산되도록 상기 입사층의 광확산제 분포량보다 많은 량의 광확산제를 분포시키는 것이 바람직하다. 또한, 외부광이 렌티큘러 렌즈(26)에 유입되어 광확산제, 렌티큘러 렌즈의 수지의 반사 확산에 의한 콘트라스트를 저하시키는 것을 방지하기 위해 틴트제를 렌티큘러 렌즈의 전면에 분포시키는 것이 바람직하다. 이에 따라, 본 발명에 따른 후면 투사 스크린은 종래의 후면 투사 스크린에 비해 50% 넓은 수평 시야각과 수직시야각을 확보할 수 있으며, 50%이상 화면의 밝기를 높일 수 있게 된다. 또한, 콘트라스트를 높여 고화질의 영상을 얻을 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 후면 투사 스크린은 넓은 수평 및 수직 시야각을 확보함과 아울러, 화면의 밝기레벨을 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 후면 투사 스크린은 틴트제를 렌티큘러 렌즈의 전면에 분포시켜 콘트라스트를 높일 수 있는 장점이 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자 라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 후면투사 스크린을 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 도 1에 도시된 스크린의 일예를 상세히 도시한 도면.

도 3은 도 1에 도시된 스크린의 다른 예를 상세히 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 후면 투사 스크린을 상세히 도시한 도면.

도 5는 도 4에 도시된 후면 투사 스크린을 확대하여 도시한 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

2 : 광원 4 : 액정패널

6 : 투사렌즈 8 : 스크린

10,22 : 프레넬 렌즈 12,26 : 렌티큘러 렌즈

14,28 : 출사면 16 : 입사면

18 : 광흡수층

Claims

입사된 광빔을 임의의 한점으로 집속하도록 실린더리컬 렌즈의 형태로 형성되고, 입사광빔의 확산특성 및 투과특성을 높이도록 소량의 광확산제가 분포된 입사층과;

상기 입사층에서 유입된 광빔을 진행시키는 도파층; 및

상기 도파층에서 유입된 광빔을 확산시키도록 상기 입사층의 실린더리컬 렌즈의 배열방향과 수직으로 교차되도록 막대 프리즘 형태로 형성되고, 상기 입사층보다 많은 양의 광확산제가 분포된 비구면형상의 출사층을 구비하는 것을 특징으로 하는 후면 투사 스크린.
제 1 항에 있어서,

상기 출사층은 막대프리즘 형태의 중심영역에서 광빔이 확산되는 것을 특징으로 하는 후면 투사 스크린.
제 1 항에 있어서,

상기 출사층은 막대프리즘 형태의 중심영역 이외의 부분에서 광빔이 내부전반사 되는 것을 특징으로 하는 후면 투사 스크린.
제 1 항에 있어서,

상기 출사층은 유입되는 외부광을 차단하도록 전면에 틴트제가 분포된 것을 특징으로 하는 후면 투사 스크린.