KR100649556B1 - 시야각 특성이 강화된 스크린과 이 스크린을 갖는프로젝션 디스플레이 시스템 - Google Patents

Abstract

입사광을 평행광으로 바꾸어주는 프레넬 렌즈 및 상기 프레넬 렌즈의 일면에 설치되어, 상기 프레넬 렌즈 쪽에서 입사되는 평행광의 출사 경로를 변경시켜 시야각이 180도로 확보되도록 하는 렌티큘러 렌즈를 포함하고, 상기 렌티큘러 렌즈가 임의의 두께를 가지고 상기 프레넬 렌즈에 면하는 베이스와, 정상부를 가지고 상기 베이스에 대하여 길이 방향(X)을 따라 배치되면서 상기 베이스로부터 돌출 형성되는 한 쌍의 날개부들 및 상기 프레넬 렌즈로부터 상기 날개부들보다 작은 높이를 가지고 상기 날개부들 사이에 배치되어 상기 날개부들 사이에 통로를 형성하는 연결부를 포함하며, 상기 길이 방향에 수직한 방향(Z)의 단면을 기준하여 볼 때, 상기 정상부가 평탄하게 형성되고, 상기 연결부를 향한 상기 날개부의 일면이, 이 일면의 일측 모서리와 상기 정상부의 일측 모서리가 만나는 점으로부터 상기 프레넬 렌즈를 향한 방향으로 설정되는 직선과 상기 일면 사이의 각을 θ라고 할 때, 이 θ가 0°≤ θ ＜ 5°의 조건을 만족을 만족한다.

스크린, 렌티큘러, 시야각, 수평, 프로젝션

Description

시야각 특성이 강화된 스크린과 이 스크린을 갖는 프로젝션 디스플레이 시스템{SCREEN WITH IMPROVED VIEW ANGLE PROPERTY AND PROJECTION DISPLAY SYSTEM HAVING THE SAME}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 프로젝션 디스플레이 시스템용 스크린을 도시한 부분 사시도이고,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프로젝션 디스플레이 시스템용 스크린을 도시한 단면도이고,

도 3은 본 발명에 실시예에 따른 프로젝션 디스플레이 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고,

도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ선의 단면도이다.

본 발명은 프로젝션 디스플레이 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게 말하자면, 시야각 특성이 강화된 프로젝션 디스플레이 시스템용 스크린과 이 스크린을 이용하여 투사 이미지를 구현하는 디스플레이 시스템에 관한 것이다.

프로젝션 텔레비젼이나 비디오 프로젝터 등과 같은 프로젝션 디스플레이 시 스템은 특수 제작된 소형 음극선관이나 액정 표시 소자 또는 폴리머 분산 액정 표시 소자(PDLC: Polymer Dispered Liquid Crystal) 등의 영상 디스플레이 수단을 사용하여 영상을 발생시키고, 그 영상을 투사 렌즈를 이용하여 대형 스크린에 확대 투사하는 방식으로 사용자에게 최종 이미지를 제공하게 되는 시스템으로서, 사용자의 욕구를 충족시킬 수 있는 대형 화면을 얻을 수 있다는 장점으로 인해 그 수요가 증가되고 있는 추세에 있다.

이러한 프로젝션 디스플레이 시스템은, 백색광을 발생하는 광원과, 영상 신호에 대응하여 상기 광을 차단 및 투과시키는 한편 투과량을 조절하는 셔터와, 셔터를 투과한 화상을 확대하여 투사하는 투사 렌즈와, 투사 렌즈를 경유한 확대 화상이 표시되는 스크린을 포함한다.

상기에서 스크린은 넓은 시야각을 확보하여 스크린 전역에서 거의 균일한 휘도로 영상을 표시하기 위해 투사 렌즈로부터의 발산광을 평행광으로 바꾸어주는 프레넬 렌즈(Fresnel lens)와, 이 프레넬 렌즈로부터 출사되는 평행광을 확산시켜 영상을 형성하는 광 확산 수단으로서의 렌티큘러 렌즈(Lenticular lens)와, 이 렌티큘러 렌즈를 보호하기 위한 보호 패널을 포함한다.

이러한 스크린의 구성에 있어, 상기 렌티큘러 렌즈의 입사면에는 기둥 형상의 볼록 렌즈부가 연속적으로 다수개 구비되며, 출사면에는 볼록 렌즈부 및 광 흡수층이 제공된다.

그런데, 상기 스크린을 사용한 프로젝션 디스플레이 시스템에 있어서는, 상기 스크린으로부터 구현되는 영상을 시청하는 사용자가 다수일 때에는, 사용자들이 스크린의 수평방향으로 넓게 위치한 상태에서 영상을 시청하게 되므로, 상기 스크린은 그 수평방향으로 넓은 시야각이 요구된다.

이러한 목적에 부응하기 위하여, 대한민국 공개특허 공개번호 1999-50118 에서는, 렌티큘라 렌즈와 보호 판넬 사이에 입사광을 확산시키기 위한 확산부를 마련하여 구성된 프로젝터용 스크린을 개시하고 있다.

상기 기술에서는, 렌티큘러 렌즈의 전면을 평면으로 만들고, 이 렌티큘러 렌즈와 보호 패널의 밀착부위에 다수개로 병렬 배치된 기둥 형상의 확산부를 구비시킴으로써, 이 확산부에 의해 상기 렌티큘러 렌즈를 통해 출사되는 광의 확산 속도가 대폭적으로 넓어지게 하여 수평 시야각을 증대하도록 하고 있다.

그러나, 상기 기술에서는 수평 시야각의 증대를 위해, 별도의 확산부를 스크린의 구성에 포함시켜야 하므로, 스크린이 및 이 스크린을 채용한 프로젝션 시스팀의 제조 단가를 상승시키게 됨은 물론, 제조 공정 상에도 문제-공정 추가로 인한 복잡화 및 난이화-를 일으킬 소지가 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 최소한의 구성을 지니면서도 충분한 수평 시야각을 확보할 수 있는 프로젝션 디스플레이 시스템용 스크린을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기 스크린을 사용하여 양질의 입체 영상을 사용자에게 제공할 수 있는 프로젝션 디스플레이 시스템을 제공함에 있다.

이에 본 발명은 상기한 목적을 실현하기 위하여,

입사광을 평행광으로 바꾸어주는 프레넬 렌즈 및 상기 프레넬 렌즈의 일면에 설치되어, 상기 프레넬 렌즈 쪽에서 입사되는 평행광의 출사 경로를 변경시켜 시야각 180도로 확보되도록 하는 렌티큘러 렌즈를 포함하고, 상기 렌티큘러 렌즈가 임의의 두께를 가지고 상기 프레넬 렌즈에 면하는 베이스와, 정상부를 가지고 상기 베이스에 대하여 길이 방향(X)을 따라 배치되면서 상기 베이스로부터 돌출 형성되는 한 쌍의 날개부들 및 상기 프레넬 렌즈로부터 상기 날개부들보다 작은 높이를 가지고 상기 날개부들 사이에 배치되어 상기 날개부들 사이에 통로를 형성하는 연결부를 포함하며, 상기 길이 방향에 수직한 방향(Z)의 단면을 기준하여 볼 때, 상기 정상부가 평탄하게 형성되고, 상기 연결부를 향한 상기 날개부의 일면이, 이 일면의 일측 모서리와 상기 정상부의 일측 모서리가 만나는 점으로부터 상기 프레넬 렌즈를 향한 방향으로 설정되는 직선과 상기 일면 사이의 각을 θ라고 할 때, 이 θ가 0°≤ θ ＜ 5°의 조건을 만족을 만족하여 경사져 형성되는 프로젝션 디스플레이 시스템용 스크린을 제공한다.

상기 스크린에 있어, 상기 정상부의 폭을 w 라 할 때, 상기 정상부는 다음의 조건을 만족하여 형성됨이 바람직하다.

0 ㎛ ≤ w ＜ 3 ㎛

또한, 본 발명은 상기 목적을 실현하기 위하여,

임의의 이미지를 발생시키는 프로젝터 및 이 프로젝터로부터 투사되는 이미지를 사용자가 3차원 이미지로 느끼도록 하는 스크린을 포함하고, 상기 스크린이, 입사광을 평행광으로 바꾸어주는 프레넬 렌즈 및 상기 프레넬 렌즈의 일면에 설치되어, 상기 프레넬 렌즈 쪽에서 입사되는 평행광의 출사 경로를 변경시켜 시야각이 180도로 확보되도록 하는 렌티큘러 렌즈를 포함하고, 상기 렌티큘러 렌즈가 임의의 두께를 가지고 상기 프레넬 렌즈에 면하는 베이스와, 정상부를 가지고 상기 베이스에 대하여 길이 방향(X)을 따라 배치되면서 상기 베이스로부터 돌출 형성되는 한 쌍의 날개부들 및 상기 프레넬 렌즈로부터 상기 날개부들보다 작은 높이를 가지고 상기 날개부들 사이에 배치되어 상기 날개부들 사이에 통로를 형성하는 연결부를 포함하며, 상기 길이 방향에 수직한 방향(Z)의 단면을 기준하여 볼 때, 상기 정상부가 평탄하게 형성되고, 상기 연결부를 향한 상기 날개부의 일면이, 이 일면의 일측 모서리와 상기 정상부의 일측 모서리가 만나는 점으로부터 상기 프레넬 렌즈를 향한 방향으로 설정되는 직선과 상기 일면 사이의 각을 θ라고 할 때, 이 θ가 0°≤ θ ＜ 5°을 만족하여 경사져 형성되는 프로젝션 디스플레이 시스템을 제공한다.

본 발명에 있어, 상기 시스템은, 상기 스크린이 모터와 연결 설치되어 이 모터에 의해 회전되는 프로젝션 디스플레이 시스템으로 제공되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 프로젝션 디스플레이 시스템용 스크린을 도시한 부분 사시도이다.

도시된 바와 같이, 상기 스크린(10)은, 프로젝션 디스플레이 시스템의 투사 렌즈(도시하지 않음)로부터 들어오는 입사광을 평행광으로 바꾸어주는 프레넬 렌즈(12)와, 이 프레넬 렌즈(12)로부터 출사되는 평행광의 출사 경로를 변경시켜 시야각이 180도로 확보되도록 렌티큘러 렌즈(14)를 포함한다. 상기 스크린(10)에 있어, 상기 렌티큘러 렌즈(14)의 전면측으로는 이 렌티큘러 렌즈(14)를 보호하기 위한 보호 패널(도시하지 않음)이 설치된다.

또한, 상기 스크린(10)은, 본 발명에 따라 수평 방향으로 넓은(180°) 시야각을 가질 수 있도록 하기 위하여, 상기 렌티큘러 렌즈(14)를 구성하고 있는 바, 이는 상기 렌티큘러 렌즈(14)의 형상을 다음과 같이 구성하는 것이다.

우선 상기 렌티큘러 렌즈(14)는, 임의의 두께(t)를 가지고 상기 프레넬 렌즈(12)에 면하여 배치되는 베이스(14a)와, 정상부(140b)를 가지고 상기 베이스(14a)에 대하여 이 베이스(14a)의 길이 방향(X)을 따라 배치되면서 상기 베이스(14a)로부터 돌출 형성되는 한 쌍의 날개부들(14b)과, 이 날개부들(14b) 사이에 배치되어 상기 날개부들(14b) 사이에 임의의 크기를 갖는 통로(16)를 형성하는 연결부(14c)를 포함하여 구성된다.

상기에서 연결부(14c)는, 상기 프레넬 렌즈(12)로부터 상기 날개부들(14b)이 지니는 높이(h1)보다 작은 높이(h2)를 가지며, 그 외면은 상기 프레넬 렌즈(12)의 대향한 방향을 향해 볼록지도록 곡률져 형성된다.

상기 렌티큘라 렌즈(14)는 상기와 같은 베이스(14a), 날개부들(14b) 및 연결부(14)가 한조를 이루어 스트라이프 패턴을 지니면서 하나의 픽셀을 이루고, 이러한 픽셀이 복수개 배치됨으로써 전체 구성을 이루게 된다.

한편, 상기 렌티큘라 렌즈(14)는, 확대된 수평 시야각의 확보를 위해 다음과 같은 단면 구조를 갖는다. 도 2는 상기 렌티큘라 렌즈(14)의 단면 구조를 설명하기 위해 도시한 단면도로서, 상기한 X 방향에 대해 수직한 Z 방향으로 절단하여 도시한 것이다.

도시된 바와 같이, 상기 렌티큘라 렌즈(14)에 있어, 상기 베이스(14a)는 대략 임의의 두께(t)를 가진 사각형의 단면을 지니며, 상기 양 날개부들(14b)은, 상기 연결부(14c)를 대향한 면 및 그 반대면(상기 연결부를 향한 면)이 경사진 단면을 갖는다.

여기서 상기 날개부(14b)의 상기 연결부(14c)를 대향한 면의 경사진 정도는, 상기 프레넬 렌즈(12)로부터 상기 날개부(14b)를 향해 입사된 광이 전반사를 일으킬 수 있는 정도의 경사를 갖는다.

또한, 상기 날개부(14b)의 상기 연결부(14c)를 향한 면의 경사진 정도는, 상기 렌티큘라 렌즈(14)의 제조를 감안하여 다음의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.

0°≤ θ ＜ 5°

여기서 θ는 상기 날개부(14b)의 경사진 해당면의 일측 모서리와 상기 정상부(140b)의 일측 모서리가 만나는 점(p)에서 상기 프레넬 렌즈(14)를 향해 수직하게 직선을 설정하였을 때, 이 직선과 상기 날개부(14b)의 일면 사이에 형성되는 각도를 나타낸다 (도 2 참조).

또한, 본 실시예에 있어 상기 날개부(14b)는 상기 정상부(140b)가 다음의 조 건을 만족하도록 한다.

0 ㎛ ≤ w ＜ 3 ㎛

여기서 w는 상기 정상부(140b)의 폭을 나타낸다 (도 2 참조). 이러한 상기 정상부(140b)의 폭은, 상기 날개부(14b)와 마찬가지로 상기 렌티큘라 렌즈(14)의 제조 문제 뿐만 아니라, 상기 폭이 3 ㎛ 이상으로 될 때에는 휘도 문제를 일으킬 여지가 있어 이를 고려하여 설정된 것이다.

이러한 상기 날개부(14b)에 비해, 상기 연결부(14c)는 전술한 바와 같이, 상기 양 날개부(14b) 사이에 볼록진 형상의 단면을 가지고 배치된다. 이 때, 상기 연결부(14c)의 볼록진 정도는, 상기 날개부(14b)와는 달리, 상기 프레넬 렌즈(12)로부터 입사된 광이 전반사가 아닌 어느 정도(대략, 입사광이 상기 연결부에 수직하게 입사될 경우, 그 중심선을 기준으로 좌,우 30°) 굴절되어 출사될 수 있도록 볼록져 형성된다.

이에 상기와 같이 형성되는 렌티큘라 렌즈(14)를 포함한 상기 스크린(10)은 다음의 경로로 광을 출사시켜 사용자에게 확대된 수평 시야각을 제공하게 된다.

먼저, 도시하지 않은 프로젝터로부터 구현된 이미지 광이 상기 프레넬 렌즈(12)로 입사되면, 이 광은 평행광으로 변환되어 상기 렌티큘라 렌즈(14)로 입사되는 바, 이 때, 이 입사광은 상기 양 날개부들(14b) 및 상기 연결부(14c)로 각기 입사된다.

상기에서 양 날개부들(14b)의 일면으로 입사되는 광은, 도시한 바와 같이, 상기 일면에서 전반사되어 상기 날개부들(14b)의 다른 일면으로 입사된 후, 상기 다른 일면에서 굴절되어 상기 통로(16)를 거쳐 최종 사용자에게 제공된다.

또한, 상기 연결부(14c)를 향해 입사되는 광은, 도시한 바와 같이, 상기 연결부(14c)의 곡률진 외면에서 굴절되어 역시 상기 통로(16)를 거쳐 최종 사용자에게 제공된다.

상기에서 상기 날개부(14b)를 통해 최종 출사되는 광은, 상기 날개부(14b)의 일면에서 전반사되어 상기 날개부(14b)의 다른 일면으로 입사하는 각에 따라 그 출사 경로를 의존하게 되며, 상기 연결부(14c)를 통해 최종 출사되는 광은, 이 연결부(14c)에 대해 시야각이 0°인 즉, 상기 연결부(14c)의 중심을 기준으로 최대 좌,우(도면 기준)로 30°정도로 굴절되어 출사되게 된다. 다시 말해, 상기 날개부(14b)를 통해 최종 출사되는 광은, 상기 연결부(14c)를 통해 출사되는 광의 경로이외의 경로, 즉, 상기 연결부(14c)의 중심을 기준으로 30°이상의 범위로 출사되는 바, 이에 사용자는 상기와 같은 렌티큘라 렌즈(14)의 날개부(14b) 및 연결부(14c)의 작용으로 확장된 수평 시야각을 느끼며, 상기 스크린(10)을 통해 구현되는 이미지를 양질로 느낄 수 있게 된다.

다음으로 상기한 스크린이 적용된 프로젝션 디스플레이 시스템에 대해 개략적으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 실시예에 따른 프로젝션 디스플레이 시스템을 도시한 개략도이고, 도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ선의 단면도로서, 이 시스템은 상기 스크린이 회전되는 방식을 채택하고 있다.

상기 시스템에 있어, 상기 스크린(10)은, 모터(24)의 구동에 따라 회전하는 회전 프레임(26) 상에 장착되는 바, 상기 프로젝션 디스플레이 시스템은, 상기 스크린(10)이 상기 모터(26)에 의해 회전되는 상태에서 프로젝터(예: CRT)(28)로부터 발생된 이미지를 상기 스크린(10)으로 투사하여 이 스크린(10)으로부터 사용자가 3차원 이미지를 느낄 수 있도록 작용한다. 도면에 있어, 참조 번호 30, 32, 34, 36, 38은 미러들, 40은 렌즈 어셈블리, 42, 44는 풀리들, 46은 벨트를 가리킨다.

상기 시스템 상에 있어, 상기 스크린(10)으로부터 구현되는 3차원의 이미지가, 이를 시청하는 사용자가 상기 시스템에 대해 어느 방향에 위치하든 양호한 상태로 제공될 수 있도록 하기 위해서는, 상기 스크린(10)의 수평 방향으로 넓은 시야각을 확보해야 하는 바, 상기 시스템은, 상기한 스크린(10)의 구조로 인해 수평방향으로 180°의 시야각을 확보하면서 어느 방향에 위치한 사용자에게도 이미지를 끊이지 않고 제공할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명의 프로젝션 스크린을 사용하면 프로젝션 디스플레이 시스템, 특히 스크린 회전 방식의 시스템을 효과적으로 구성할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 프로젝션 디스플레이 시스템용 스크린은 렌티귤러 렌즈의 형상을 개선하여 이 렌티큘러 렌즈로 입사되는 광이 최 종 사용자에게로 출사될 때에 수평 시야각이 확대되도록 출사됨으로써, 적용된 프로젝션 디스플레이 시스템이 양질의 이미지를 사용자에게 제공할 수 있도록 하는 효과를 발휘한다.

Claims (7)

1. 입사광을 평행광으로 바꾸어주는 프레넬 렌즈; 및

   상기 프레넬 렌즈의 일면에 설치되어, 상기 프레넬 렌즈 쪽에서 입사되는 평행광의 출사 경로를 변경시켜 시야각이 180도로 확보되도록 하는 렌티큘러 렌즈;

   를 포함하고,

   상기 렌티큘러 렌즈가

   임의의 두께를 가지고 상기 프레넬 렌즈에 면하는 베이스와;

   정상부를 가지고 상기 베이스에 대하여 길이 방향(X)을 따라 배치되면서 상기 베이스로부터 돌출 형성되는 한 쌍의 날개부들; 및

   상기 프레넬 렌즈로부터 상기 날개부들보다 작은 높이를 가지고 상기 날개부들 사이에 배치되어 상기 날개부들 사이에 통로를 형성하는 연결부

   를 포함하며,

   상기 길이 방향에 수직한 방향(Z)의 단면을 기준하여 볼 때,

   상기 정상부가 평탄하게 형성되고, 상기 연결부를 향한 상기 날개부의 일면이, 이 일면의 일측 모서리와 상기 정상부의 일측 모서리가 만나는 점으로부터 상기 프레넬 렌즈를 향한 방향으로 설정되는 직선과 상기 일면 사이의 각을 θ라고 할 때, 이 θ가 0≤ θ ＜ 5°의 조건을 만족하여 경사져 형성되는 프로젝션 디스플레이 시스템용 스크린.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 정상부의 폭을 w 라 할 때, 상기 정상부가 다음의 조건을 만족하는 프로젝션 디스플레이 시스템용 스크린.

   0 ㎛ ≤ w ＜ 3 ㎛
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 연결부의 외면이 볼록져 형성되는 프로젝션 디스플레이 시스템용 스크린.
4. 임의의 이미지를 발생시키는 프로젝터; 및

   이 프로젝터로부터 투사되는 이미지를 사용자가 3차원 이미지로 느끼도록 하는 스크린

   을 포함하고,

   상기 스크린이,

   입사광을 평행광으로 바꾸어주는 프레넬 렌즈; 및

   상기 프레넬 렌즈의 일면에 설치되어, 상기 프레넬 렌즈 쪽에서 입사되는 평행광의 출사 경로를 변경시켜 시야각이 180도로 확보되도록 하는 렌티큘러 렌즈;

   를 포함하고,

   상기 렌티큘러 렌즈가

   임의의 두께를 가지고 상기 프레넬 렌즈에 면하는 베이스와;

   정상부를 가지고 상기 베이스에 대하여 길이 방향(X)을 따라 배치되면서 상기 베이스로부터 돌출 형성되는 한 쌍의 날개부들; 및

   상기 프레넬 렌즈로부터 상기 날개부들보다 작은 높이를 가지고 상기 날개부들 사이에 배치되어 상기 날개부들 사이에 통로를 형성하는 연결부

   를 포함하며,

   상기 길이 방향에 수직한 방향(Z)의 단면을 기준하여 볼 때,

   상기 정상부가 평탄하게 형성되고, 상기 연결부를 향한 상기 날개부의 일면이, 이 일면의 일측 모서리와 상기 정상부의 일측 모서리가 만나는 점으로부터 상기 프레넬 렌즈를 향한 방향으로 설정되는 직선과 상기 일면 사이의 각을 θ라고 할 때, 이 θ가 0≤ θ ＜ 5°의 조건을 만족하여 경사져 형성되는 프로젝션 디스플레이 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 스크린이 모터와 연결 설치되어 이 모터에 의해 회전되는 프로젝션 디스플레이 시스템.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 정상부의 폭을 w 라 할 때, 상기 정상부가 다음의 조건을 만족하는 프로젝션 디스플레이 시스템.

   0 ㎛ ≤ w ＜ 3 ㎛
7. 제 4 항에 있어서,

   상기 연결부의 외면이 볼록져 형성되는 프로젝션 디스플레이 시스템.

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