KR100738292B1

KR100738292B1 - 후미 외장형 프레넬 렌즈를 구비한 홀로그래픽 투사 스크린

Info

Publication number: KR100738292B1
Application number: KR1019990038362A
Authority: KR
Inventors: 홀에스틸톤쥬니어; 피파일웬디린
Original assignee: 톰슨 콘슈머 일렉트로닉스, 인코포레이티드
Priority date: 1998-09-10
Filing date: 1999-09-09
Publication date: 2007-07-12
Also published as: KR20000023027A; JP2000098495A; US6151163A; CN1249631A; DE19942478A1; CN100336403C

Abstract

본 발명은 투사형 영상 표시 장치용 스크린에 관한 것이다. 선형 프레넬 렌즈는 광원으로부터 광 에너지를 수용하는 제1 측면 상에 렌즈 패턴을 갖는다. 프레넬 렌즈의 제2 측면은 제1 측면과 대향 배치된다. 광 에너지는 제2 측면으로부터 프레넬 렌즈를 빠져나간다. 홀로그램은 프레넬 렌즈의 제2 측면에 부착되어 프레넬 렌즈의 제2 측면으로부터 빠져나가는 광 에너지의 분산을 조정한다. 홀로그램은 적층(lamination) 과정을 통하여 프레넬 렌즈에 부착된다.

Description

후미 외장형 프레넬 렌즈를 구비한 홀로그래픽 투사 스크린{HOLOGRAPHIC PROJECTION SCREEN HAVING A REAR-FACING FRESNEL LENS}

도 1은 종래의 투사형 텔레비전 수상기의 도면.

도 2는 투사형 텔레비전 수상기용의 스크린에 대한 일구성예를 도시하는 도면.

도 3은 도 2의 구성에서 사용된 프레넬 렌즈의 전면도.

도 4는 본 발명에 따른 투사형 텔레비전 수상기용 스크린의 측면도.

도 5a 내지 5f는 도 4의 스크린의 실험에 의한 데이터를 나타낸 도면.

도 6은 도 5a 내지 5f의 데이터에 의해 얻어진 지점을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

14, 16, 18 : 음극선관(광원)

15, 17, 19 : 렌즈

24 : 기판

26 : 홀로그램

100 : 스크린

110 : 프레넬 렌즈

111 : 렌즈 패턴

본 발명은 일반적으로 투사형 영상 표시 장치 분야에 관한 것으로, 특히 프레넬 렌즈와 홀로그램을 이용하는 스크린을 구비한 투사형 영상 표시 장치에 관한 것이다.

종래의 투사형 영상 표시 장치(10)는 도 1에 도시되어 있다. 투사 음극선관(14, 16, 18)의 어레이는 각각 적색, 녹색 및 청색 영상을 제공한다. 음극선관(14, 16, 18)에는 각각의 렌즈(15, 17, 19)가 설치되어 있다. 투사된 영상은 미러(20)에 의해 투사 스크린(22) 상으로 반사된다. 광 경로의 특수한 외형에 따라 추가의 미러가 사용될 수도 있다. 녹색 음극선관(16)은 녹색 영상을 광 경로(32)를 따라서 투사하고, 이 예에서는 스크린(22)에 대하여 실질적으로 직교 방향으로 투사된다. 즉, 광 경로의 중앙선은 스크린에 대하여 직각을 이루고 있다. 적색 및 청색 음극선관은 각각의 광 경로(34,36)를 가지고 있고, 입사각

로 정의되는 비직교 방위로 제1 광 경로(32) 방향으로 집중된다.

투사형 영상 표시 장치용 스크린은 일반적으로 1개 또는 그 이상의 패턴화된 롤러를 이용하여 열가소성 시트 물질의 표면을 형성하는 압출 성형 공정에 의해 제조된다. 이 구성은 일반적으로 렌티큘(lenticule) 및 렌즐릿(lenslet)으로 언급되는 렌티큘러(lenticular) 소자의 어레이이다. 렌티큘러 소자는 동일한 시트 물질의 한쪽면 또는 양쪽면 상에서 형성될 수 있고, 또는 상이한 시트 물질의 한쪽면 상에만 형성될 수도 있으며, 적층 유닛으로서 영구적으로 결합되거나 또는 적층 유닛으로서 기능을 수행하도록 서로 인접해서 장착될 수 있다. 많은 설계에 있어서, 스크린의 표면 중 1개의 표면은 광 확산을 제공하기 위해 프레넬 렌즈로서 구성된다.

그러나, 도 1의 스크린(22)은 기판(24) 상에 배치된 3차원 홀로그램(26)을 포함한다. 이러한 종래의 스크린의 예로서는 본 출원인에 의해 1996년 12월 31일자로 출원되어 본원과 동시에 계류중인 미국 특허 출원 번호 제08/777,887호인 "3차원 스크린을 구비한 프로젝션 텔레비전"에 개시되어 있고, 상기의 출원은 본원 명세서에 참조 문헌으로써 통합되어 있다. 홀로그램(26)은 3개의 투사기(14, 16, 18)로부터 나오는 광 에너지의 분산을 조정하는, 회절 패턴을 실질적으로 형성하는 마스터 홀로그램의 프린트이고, 스크린의 폭 및/또는 높이에 따라 변동 가능하게 제조될 수 있다. 스크린은 투사기로부터의 영상을 입사 표면 측면(28) 상에서 수신하고, 표시되는 모든 영상의 제어된 광 분산으로 수신된 영상을 출력 표면 측면(30) 상에 표시한다. 3차원 홀로그램(26)은 약 20 마이크론 이하의 두께를 갖는다.

기판(24)은 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈렌 수지 필름과 같이 내구성이 크고 투명하며 방수성인 필름이다. 이러한 필름 중 하나는 Mylar(등록 상표) 상표의 E. I. du Pont de Nemours & Co.로부터 이용 가능하다. 필름 기판은 약 0.001~0.01 인치 또는 약 25.4~254 마이크론에 대응하는 약 1 내지 10 밀스(mils) 범위의 두께를 갖는다. 약 7 밀스의 두께를 갖는 필름이 만들어져서, 필름 기판 상에 배치되는 3차원 홀로그램에 대한 적합한 지원을 제공한다. 필름의 두께는 일반적으로 스크린 성능 또는, 특히 색상 시프트 성능에 영향을 미치지 않으며, 상이한 두께의 필름이 사용될 수 있다.

스크린(22)은 예컨대 폴리메틸메트아크릴레이트(PMMA)와 같은 아크릴 물질의 광 전파성 강화 부재(38)를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 폴리카보네이트 물질이 사용될 수 있다. 강화 부재(38)는 현재 약 2~4 mm 범위의 두께를 갖는 층이다. 스크린(22) 및 강화 부재는 홀로그래픽층(26) 및 강화 부재(38)의 상호 경계(40)를 통하여 서로 부착되어 있다. 접착성, 방사 및/또는 열 접착 기술이 이용될 수 있다. 또한, 강화층의 표면(42)은 예컨대, 착색, 눈부심 방지 코팅 및 긁힘 방지 코팅 중 한가지 이상에 의해 처리될 수 있다.

스크린의 다양한 표면 및/또는 스크린의 구성층에는 종래의 투사 스크린에서 알려진 바와 같이, 투사 스크린의 특정 성능 특징을 제어하기 위해 다른 광 렌즈 또는 렌티큘러 어레이가 제공될 수 있다. 예를 들어, 스크린(22')은 도 2에 도시한 바와 같이, 스크린(22)의 입사 표면 측면(28)과 물리적으로 접촉하는 렌즈 패턴(51)을 갖는 프레넬 렌즈(50)를 포함할 수 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 이러한 렌즈 패턴(51)은 복수개의 수평 리지(horizontal ridge; 52)를 가지며, 이들은프레넬 렌즈(50)의 폭을 따라서 서로 평행하다. 당업자들에게는 공지된 바와 같이, 윤활제가 프레넬 렌즈(50)와 기판(24) 사이에 사용되고, 테이프가 프레넬 렌즈(50)와 기판(24)의 에지들 주위에 사용되어 두 구성 요소를 함께 고정시킨다.
도 2에 도시한 스크린(22)의 실시예는 다음과 같이, 종래의 스크린에 비해 주목할 만한 개선 성능을 제공한다. 색상 시프트 성능이 크게 개선되고, 더 큰 범위의 수평 시각에 걸쳐서 가시성(visibility)이 좋으며, 높은 스크린 이득이 스크린상의 결과 영상의 전체 밝기를 증가시키고, 전체 밝기가 더욱 균일해지며, 고해상도가 가능하다. 그러나, 이러한 성능은 상당한 제조 비용을 수반한다. 예를 들어, 도 2에 도시한 스크린(22')을 제공하기 위해 스크린(22)에 프레넬 렌즈(50)를 고정시키는 것은 재료 및 노동력 비용에 있어서 스크린(22')의 비용에 비해 약 15% 내지 20%를 기여한다. 이 합계는 상당한 것이며, 스크린(22')의 사용이 상업적으로 비실용적인 것이 되도록 하기에 충분하다.

삭제

본 발명은 투사형 텔레비전 수신기 또는 모니터용 스크린에 관한 것으로, 이러한 스크린은 상업적으로 실용적인 스크린의 제조를 가능케 하는 비용으로 양호한 성능 특성을 제공한다.

본 명세서에서 지시되는 발명의 구성에 따라, 투사형 영상 표시 장치용 스크린은 프레넬 렌즈를 빠져나가는 광 에너지의 분산을 조정하기 위해 프레넬 렌즈에 부착된 홀로그램을 포함한다. 홀로그램은 적층 과정을 통하여 프레넬 렌즈에 부착될 수 있다.

본 명세서에서 지시되는 발명의 다른 구성에 따라, 투사형 영상 표시 장치용 스크린은, 제1 측면 상에서 광원으로부터 광 에너지를 수신하는 제1 측면 상의 렌즈 패턴, 및 제1 측면과 대향 배치된 제2 측면을 가지는 프레넬 렌즈 - 광 에너지는 제2 측면으로부터 프레넬 렌즈(110)를 빠져나가는 것임 - 와, 프레넬 렌즈의 제2 측면으로부터 빠져나가는 광 에너지의 분산을 조정하기 위한 홀로그램을 포함한다.

본 명세서에서 지시된 발명의 구성의 다른 사상에 따라, 투사형 영상 표시 장치용 스크린은, 제1 측면 상에서 광원으로부터 광 에너지를 수신하는 제1 측면 상의 렌즈 패턴, 및 제1 측면과 대향 배치된 제2 측면을 가지는 선형 프레넬 렌즈 - 광 에너지는 제2측면으로부터 프레넬 렌즈를 빠져나가는 것임 - 와, 프레넬 렌즈의 제2 측면으로부터 빠져나가는 광 에너지의 분산을 조정하기 위해 프레넬 렌즈의 제2 측면에 적층되는 홀로그램을 포함한다.

본 발명의 전술한 특징 및 다른 특징, 사상 및 이점들은 첨부한 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이며, 다수의 도면중에서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여한다.

도 4는 양호한 성능 및 상업적 실용성의 목적을 만족시키는 스크린(100)의 측면도를 나타낸다. 스크린(100)은 투사형 텔레비전 수신기의 광원 쪽으로 향하는 렌즈 패턴(111)을 형성하는 복수개의 수평 리지(112)를 갖는 선형 프레넬 렌즈를 구비한다. 또한, 선형 프레넬 렌즈가 원형 프레넬 렌즈보다 저렴하기 때문에 선형 프레넬 렌즈가 현재로서는 바람직하지만, 원형의 프레넬 렌즈가 도 4의 실시예에서 사용될 수 있다. 광원은 관련된 렌즈(15, 17, 19)와 함께 투사형 텔레비전 수신기(10)의 음극선관들(14, 16, 18) 중에서 1개를 포함한다.

프레넬 렌즈(110)의 렌즈 패턴(111)은 수직으로 변하도록 설계되어 프레넬 렌즈(110)를 빠져나가는 광의 수직 구성 성분이 평행이 되도록 한다. 렌즈 패턴(111)이 광원을 향하도록 프레넬 렌즈(110)가 향할 때, 프레넬 렌즈(110)는 "후미(rear)" 또는 "후방(backward)" 방향을 향한다고 말하고, 광원을 향하는 프레넬 렌즈(110)의 측면은 렌즈의 "후부(back)" 또는 "후미(rear)" 측면으로 언급된다. 역으로, 후부 측면에 대향하고 광이 프레넬 렌즈(110)를 통하여 출력되는 프레넬 렌즈의 측면은 "전면(front)" 측면으로 언급된다.

도 4에 도시한 본 바람직한 실시예에서의 프레넬 렌즈(110)는 아크릴 물질을 이용하여 제조된다. 렌즈 패턴(111)은 아크릴 물질의 후부 측면 상에 사출성형 되고, 엠보스 가공되며, 또는 몰딩 된다. 스크린(100)의 비용의 최소화의 관점에서 보면, 아크릴 물질의 후부 측면 상에 렌즈 패턴(111)을 사출성형 시키는 것이 바람직하다. 스크린(100)에 대해 대안이 되는 실시예에서, 렌즈 패턴(111)은 더욱 얇고, 덜 비싼 프레넬 렌즈(110)를 제공하기 위해 렌즈 패턴(111)이 폴리에틸렌 물질층 상에 엠보스 가공될 수 있다. 스크린(100)에 대한 또 다른 대안이 되는 실시예에서, 프레넬 렌즈(110)는 렌즈 패턴(111)을 갖는 기계적인 프레넬 렌즈보다 홀로그래픽 프레넬 렌즈를 포함할 수 있다. 이러한 홀로그래픽 프레넬 렌즈들은 당업자들에게 공지된 것이다.

이로써, 홀로그램(26) 및 기판(24)은 아마도 고온 적층 과정을 제외한 당업자들에게 공지된 다양한 적층 과정 중 임의의 공정에 의해 프레넬 렌즈(110)의 전면 측면(113)에 부착된다. 홀로그램(26)은 프레넬 렌즈(110)의 전면 측면(113)과 기판(24) 사이에 끼인다. 따라서, 기판(24)은 홀로그램(26)에 대한 물리적인 손상에 대한 보호의 수단을 제공한다. 이로써, 홀로그램(26)은 프레넬 렌즈(110)의 전 면 측면(113)으로부터 홀로그램 상에 입사하는 광의 수평 성분과 평행하다. 또한 바람직하게도, 홀로그램(26)은 스크린(110)의 색상 시프트를 정정하고 스크린(100)을 통과하는 수평적 및 수직적인 전체 광 포락선(envelope)을 재분배한다.

도 4에 도시한 발명의 구성은 바람직하게, 도 2의 스크린(22')에 의해 요구되는 강화 부재(38)를 스크린(100)으로부터 제거한다. 그러므로, 스크린(100)의 비용은 이러한 스크린이 상업적으로 실용 가능하게 하는 수준까지 감소된다. 또한, 강화 부재(38)의 제거는 이로써 얻은 스크린(100)이 스크린(22')보다 더욱 얇은 이점을 제공한다. 예를 들어, 스크린(100)은 약 2 mm의 두께를 갖는데 반해, 종래의 스크린은 약 3.5 mm의 두께를 가질 수 있다. 당업자들에게 공지된 바와 같이, 더욱 얇은 스크린 구조는 투사 텔레비전용 스크린과 관련된 "이중 영상(double image)" 문제를 감소시키기 때문에 바람직하다.

전면을 향하는 프레넬 렌즈를 갖는 도 2의 구성의 성능 특징이 후미 외장형 프레넬 렌즈를 갖는 도 4의 구성에 의해 복제될 수 있음은 직관적이지 않다. 광이 항상 렌즈 패턴(111)의 리지 상에 원하는 방식으로 입사되지 않는 것은 공지된 현상이다. 결과적으로, 후미 외장형 프레넬 렌즈의 중앙에서부터 에지까지의 밝기의 감소가 전면을 향하는 동일한 프레넬 렌즈의 중앙에서부터 에지까지의 밝기의 감소보다 더 클것을 기대할 수 있다. 실질적으로, 중앙에서 에지까지의 밝기의 감소는 도 4에 도시한 발명 구성의 구현에서 중요한 사항이었다.

그러나, 본 발명자가 정리한 실험 데이터는 중앙에서 에지까지의 밝기의 감소는 후미 외장형 선형 프레넬 렌즈에 대해서 그렇게까지 엄정하지는 않다는 것을 가리키고 있다. 중앙에서 에지까지의 밝기는 3가지 상이한 조건, 즉, (i) 46 인치 투사형 텔레비전 시스템에서 46 인치 초점 길이를 갖는 프레넬 렌즈(즉, 초점의 길이는 정상), (ii) 46 인치 투사형 텔레비전 시스템에서 52 인치 초점 길이를 갖는 프레넬 렌즈(즉, 초점의 길이가 매우 큼) 및 (iii) 52 인치 투사형 텔레비전 시스템에서 46 인치 초점 길이를 갖는 프레넬 렌즈(즉, 초점의 길이가 매우 작음)에 대해서 측정되었다. 각 조건에서, 중앙에서 에지까지의 밝기는 전면 및 후미 외장형 양쪽 방향에서 프레넬 렌즈에 대해 측정되었다. 조건 (i) 및 (iii)에서, 밝기는 스크린으로부터 8 피트의 거리에서 측정되었고, 조건 (ii)에서, 밝기는 스크린으로부터 9 피트의 거리에서 측정되었다. 각 조건에서, 생산 형태가 원형인 프레넬 렌즈의 작은 조각이 선형 프레넬 렌즈를 실험하기 위해 사용되었다.

데이터가 도 5a~도 5f에 나타나 있다. 측정치가 얻어진 스크린상의 지점이 도 6에 도시되어 있다. 백색 밝기(W)는 푸트람베르트(foot-lambert) 단위로 측정되었다. 또한, 각 지점에서의 밝기(W)는 스크린의 중앙에서의 밝기의 퍼센티지로서 측정된다. 또한, 장축(major axis) 및 단축(minor axis)과 코너에 대한 산술 평균치가 계산된다. 장축(120)에 대한 평균치는 도 6의 지점 3 및 지점 9에서의 밝기 측정치의 평균이다. 단축(121)에 대한 평균치는 도 6의 지점 6 및 지점 12에서의 밝기 측정치의 평균이다. 코너에 대한 평균치는 도 6의 지점 2, 4, 8 및 10에서의 밝기 측정치의 평균이다.

도 5a~도 5f에 나타낸 데이터는, 비록 단축 밝기를 희생시키고 있지만, 후미 외장형 선형 프레넬 렌즈에 대한 최대의 코너 밝기는 전면을 향하는 선형 프레넬 렌즈에 대해 선택하려는 것보다 더욱 긴 초점 길이에서임을 나타낸다. 단축 밝기가 선형 프레넬 렌즈의 후미 외장형 방위에 의해서 실제로 향상된 것은 데이터를 통하여 밝혀진 기대하지 못했던 발견이다. 이러한 향상된 단축 밝기는 바람직하게도, 한편으로는 선형 프레넬 렌즈의 상단 및 하단에서의 초점 길이와, 다른 한편으로는 선형 프레넬 렌즈의 단축으로부터 코너까지의 밝기의 감소 사이의 새로운 설계 균형을 설계자에게 제공한다.

첨부한 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 정밀한 실시예에 한정된 것은 아니고 첨부한 청구항에서 정의된 바와 같은 본 발명의 범위 또는 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는다면 다양한 변화 및 변형이 당업자에 의해 적용될 수 있음은 물론이다.

Claims

투사형 영상 표시 장치용 스크린에 있어서,

서로 대향하고 있는 제1 측면 및 제2 측면을 구비하는 제1 광 투과층과,

상기 제1 광 투과층의 상기 제1 측면 상에 형성되는 프레넬 렌즈(110)와,

상기 제1 광 투과층을 통해 상기 프레넬 렌즈로부터 수신된 광의 컬러 쉬프트를 제어하기 위해 상기 제1 광 투과층의 상기 제2 측면에 부착된 3차원 홀로그램과,

상기 프로넬 렌즈와 대향하는 상기 홀로그램의 일 측면 상에서 상기 홀로그램에 부착되는 제2 광 투과층을 구비하고,

상기 프레넬 렌즈, 상기 제1 광 투과층, 상기 홀로그램(26) 및 상기 제2 광 투과층은 적층 스크린을 형성하고, 상기 스크린의 상기 프레넬 렌즈 상에 투사된 각각의 이미지들은 뷰잉 면에서 복합 영상으로 가시화되며,

상기 제2 광 투과층은 비강화되는 것을 특징으로 하는 투사형 영상 표시 장치용 스크린
제1항에 있어서,

상기 홀로그램은 상기 프레넬 렌즈에 적층 과정을 통해서 부착되는 것을 특징으로 하는 투사형 영상 표시 장치용 스크린.
제1항에 있어서,

상기 홀로그램은 실질적으로 회절 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 영상 표시 장치용 스크린.
제1항에 있어서,

상기 프레넬 렌즈는 홀로그래픽 프레넬 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 영상 표시 장치용 스크린.
제1항에 있어서,

상기 프레넬 렌즈는 선형 타입인 것을 특징으로 하는 투사형 영상 표시 장치용 스크린.
제1항에 있어서,

상기 프레넬 렌즈는 상기 프레넬 렌즈의 폭을 따라서 서로 평행한 복수개의 리지(ridge; 112)를 갖는 렌즈 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 영상 표시 장치용 스크린.
제6항에 있어서,

상기 렌즈 패턴은, 상기 제2 측면으로부터 빠져나오는 상기 광 에너지의 수직 성분이 평행하도록 수직으로 변화하는 것을 특징으로 하는 투사형 영상 표시 장치용 스크린.
제7항에 있어서,

상기 프레넬 렌즈는 아크릴 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 영상 표시 장치용 스크린.
제7항에 있어서,

상기 프레넬 렌즈는 폴리에틸렌 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 영상 표시 장치용 스크린.