KR100740837B1 - 투사형 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로젝션 디스플레이에서 화이트(White) 지역에 광이 블랙(Black) 지역으로 침범하여 ANSI 콘트라스트(Contrast)가 저하되는 문제를 개선한 프로젝션 디스플레이를 구현하기 위한 것으로서, 광원과, 상기 광원에서 나온 광을 균일한 광으로 변한 하는 광적분기(Integrator)와, 상기 광적분기에서 출사되는 균일한 광을 입사된 광을 집속시키고 편광을 일정한 면적으로 광을 발생하는 조명계 렌즈와, 상기 조명계 렌즈에서 출사되는 P 편광과 S 편광으로 분리된 광의 편광방향을 하나로 일치시키는 편광빔스프릿터(Polarization Beam Splitter : PBS)와, 상기 PBS에서 분리된 하나의 편광방향을 광변조하여 상기 PBS로 반사하는 패널과, 상기 PBS와 투사 렌즈 사이에 구성되고, 상기 PBS에서 하나의 편광을 가지고 출사되는 선편광을 원편광으로 변환시키는 위상판과, 상기 위상판에서 출사되는 광을 스크린에 확대 투사시키는 투사 렌즈를 포함하여 구성되는 데 있다.

콘트라스트, ANSI 콘트라스트, 위상판

Description

투사형 표시장치{projection type display device}

도 1 은 일반적인 표시장치의 콘트라스트를 설명하기 위한 일예

도 2 는 일반적인 표시장치의 ANSI 콘트라스트를 설명하기 위한 일예

도 3 은 종래 기술에 따른 투사형 표시장치에서 ANSI 콘트라스트 성능이 저하되는 일예를 도시한 도면

도 4 는 본 발명에 따른 투사형 표시장치를 나타낸 구성도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 광원 20 : 광적분기

30 : 조명계 렌즈 40 : PBS

50 : 패널 60 : 투사 렌즈

70 : 스크린 80 : 위상판

본 발명은 투사형 표시장치에 관한 것으로서, 특히 투사형 표시장치에서 ANSI 콘트라스트를 효과적으로 향상시킬 수 있는 ANSI 콘트라스트(Contrast) 향상 장치 및 방법에 관한 것이다.

디스플레이 장치는 경량화, 경박화 및 대화면으로 가는 추세에 있으며, 또한 화질적인 면에 있어서는 고휘도, 고정세, 고명암대비를 구현하는 것이 이슈가 되고 있다. 그리고 최근 프로젝션 디스플레이의 기술의 발전으로 고휘도, 고정세, 고명암대비에 많은 발전이 있었다.

특히 고명암대비에 있어서 전체 화면이 화이트(White) 상태일 때의 휘도와 전체 화면이 블랙(Black) 일 때의 비율로 정의되는 콘트라스트(Contrast)(명암대비)에 있어서 1500:1 이상의 높은 성능을 갖는 프로젝션 디스플레이들이 출시되고 있다.

그런데, 높은 콘트라스트 성능을 갖고 있으면서도 한 화면에 화이트(White)와 블랙(Black)의 화면으로 구성되어 있을 때, 화이트(White) 영역의 화소의 빛이 블랙(Black) 영역의 화소에 침범하여 실제 디스플레이 중에 콘트라스트(Contrast) 저하로 이어지는 현상이 발생되고 있다.

이러한 화이트(White) 영역의 빛이 블랙(Black) 영역으로 침범하는 현상은 프로젝션 디스플레이 내부 반사에 의하여 발생하는 것으로 이러한 내부반사는 디스플레이의 성능을 저하시키는 문제가 되고 있다.

일반적으로 디스플레이에 있어서 화질에 영향을 미치는 중요한 광학적인 요소로 밝기, 콘트라스트(명암대비), 균일성, 해상도 등 여러 가지가 있을 수 있다. 이중에 화질을 선명하게 보이게 하는 콘트라스트는 디스플레이의 성능 중에 매우 중요한 요소이다.

도 1 은 일반적인 표시장치의 콘트라스트를 설명하기 위한 전체 백색화면과 전체 흑색 화면을 일예로 도시하고 있다.

도 1 과 같이 전체 화면을 백색으로 하여 휘도를 측정하고 또한 전체 화면을 흑색으로 하여 휘도를 측정한 후 백색 화면의 휘도와 흑색 화면의 휘도의 비를 콘트라스트(Contrast)로 정의한다.

즉, 전체 백색 화면에서의 휘도를 W, 전체 흑색 화면에서의 휘도를 BL 이라고 정의하면, 화면의 콘트라스트는 다음 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

화면 콘트라스트 = W / BL

한편, 수학식 1에서 계산되는 콘트라스트 정의와 달리 전체 화면에 백색과 흑색의 영역이 동시에 있을 때를 기술하는 콘트라스트가 있다.

이러한 정의 콘트라스트 중에 ANSI 콘트라스트가 있다.

도 2 는 일반적인 표시장치의 ANSI 콘트라스트를 설명하기 위한 일예를 도시하고 있다.

상기 ANSI 콘트라스트는 도 2와 같이 전체화면을 16구역으로 균등 분할하여 블랙(Black) 구역과 화이트(White) 구역으로 체스(Chess) 판 같은 모양으로 구성한다. 그리고 다음 수학식 2와 같이, 이중 8개의 화이트(White) 영역의 평균 휘도(W8)와 8개의 블랙(Black) 영역의 평균 휘(BL8)도 비로 정의한다.

ANSI 콘트라스트 = W8 / BL8

일반적으로 전체 백색화면과 전체 흑색화면의 비인 콘트라스트가 높을 수록 화질이 좋은 디스플레이라 할 수 있다. 그런데 전체 백색화면과 전체 흑색화면의 비인 콘트라스트와 전체 화면에 백색과 흑색이 함께 있을 때의 백색과 흑색 부분의 비인 ANSI 콘트라스트는 서로 다른 값을 갖는 디스플레이들이 있다.

특히, 프로젝션 디스플레이의 경우 프로젝션 기술의 특성상 이 두 콘트라스트의 값이 현저히 차이를 보인다.

또한 화면을 디스플레이 하면서 전체 화면이 백색이거나 전체 화면이 흑색인 경우는 드물고, 일반적으로 백색과 흑색이 동시에 나오는 경우가 빈도수가 훨씬 높다.

따라서 같은 콘트라스트 성능을 갖고 있거나 혹은 낮은 콘트라스트 성능을 갖는 디스플레이 일지라도 더 높은 ANSI 콘트라스트 성능을 갖는 디스플레이의 화질이 좋다고 할 수 있다.

그러므로, 디스플레이들 사이의 이러한 실질적인 콘트라스트를 비교하기 위한 규격성능인 ANSI 콘트라스트가 중요하다고 할 수 있다.

따라서, 이런 ANSI 콘트라스트(Contrast)를 증가시킬 수 있는 방안은 프로젝션 디스플레이에서 중요한 이슈가 되고 있다.

기존 프로젝션 디스플레이에서 일반 콘트라스트보다 ANSI 콘트라스트 성능이 저하되는 중요 원인 중에 하나는 투사 렌즈 내부면 반사이다.

도 3 은 종래 기술에 따른 투사형 표시장치에서 ANSI 콘트라스트 성능이 저하되는 일예를 도시한 도면이다.

도 3과 같이, 광원(Lamp)(10)에서 나온 빛을 광적분기(Integrator)(20)에서 균일한 광으로 변화되어 조명계 렌즈(30)를 지나 평광빛분리개(PBS: Polarization Beam Splitter)(40)에 도달한다. 그리고 상기 PBS(40)에서 반사된 S파 빛은 패널(50)에서 변조되어 반사된다.

이때, 상기 패널(50)의 상부를 백색, 하부를 흑색으로 변조하는 경우, 상부에 도달한 S파 광은 P파 광으로 변조되어 PBS(40)를 통과하여 투사 렌즈(60)에서 굴절되어 스크린(70)의 하부에 도달한다.

또한, 상기 패널(50)의 하부에 도달한 S파 광은 변조되지 않고 S파 광으로 PBS(40)를 통과하지 못하고 반사되어 투사 렌즈(60)로 진입하지 못 하여 스크린(70)에 도달하지 못 하게 된다. 따라서 상기 스크린(70)의 상부는 흑색 영역이, 하부는 백색 영역이 된다.

그러나, 상기 투사 렌즈(600)의 각각의 렌즈면은 4%의 프레넬(Fresnel) 반사가 존재한다.

즉, 도 3에서 예시한 것과 같이 백색영역에서 나온 광은 투사 렌즈면(A)에서 반사되어 도면부호 B와 같이 흑색영역으로 침범하는 경우가 발생한다.

이러한 내부반사에 의하여 도 2에서 도시하고 있는 ANSI 콘트라스트가 저하가 된다.

이러한 ANSI 콘트라스트의 저하는 밝은 영역과 어두운 영역이 동시에 존재하는 일반적인 화면에서 명암대비 저하로 인식되어 화질 저하를 일으키는 주요원인이 된다.

이와 같은, 상기 ANSI 콘트라스트 저하를 방지하기 위하여 상기 투사 렌즈면 (A)에 무반사 코팅을 할 수 있으나, 이런 경우에도 완벽하게 반사광을 제거 할 수는 없다.

왜냐하면, 이런 내부 반사광은 렌즈면 별로 0.5% 이하의 반사율을 이루어도 연속적인(Sequential) 콘트라스트에 비하여 ANSI 콘트라스트는 현저히 저하되기 때문이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, ANSI 콘트라스트가 우수한 프로젝션 광학계를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 프로젝션 광학계에서 전체 백색 화면의 광량과 전체 흑색 화면의 광량의 비 보다 한 화면에 백색과 흑색의 영역이 동시에 있는 경우의 백색 영역과 흑색 영역의 광량비가 저하되는 원인인 투사 렌즈 내부 면의 반사되는 빛을 제거하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 프로젝션 광학계에서 투사 렌즈 내부 면의 반사되는 빛을 제거하여, 화질이 우수한 광학계를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 투사형 표시장치의 특징은 광원과, 상기 광원에서 나온 광을 균일한 광으로 변한 하는 광적분기(Integrator)와, 상기 광적분기에서 출사되는 균일한 광인 입사된 광을 집속시키고 편광을 일정한 면적으로 광을 발생하는 조명계 렌즈와, 상기 조명계 렌즈에서 출사되는 P 편광과 S 편광으로 분리된 광의 편광방향을 하나로 일치시키는 편광빔스프릿터(Polarization Beam Splitter : PBS)와, 상기 PBS에서 분리된 하나의 편광방향을 광변조하여 상기 PBS로 반사하는 패널과, 상기 PBS와 투사 렌즈 사이에 구성되고, 상기 PBS에서 하나의 편광을 가지고 출사되는 선편광을 원편광으로 변환시키는 위상판과, 상기 위상판에서 출사되는 광을 스크린에 확대 투사시키는 투사 렌즈를 포함하여 구성되는데 있다.

바람직하게 상기 위상판은 1/4 파장판으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 위상판은 상기 패널과 투사 렌즈 사이 또는 상기 PBS와 투사 렌즈 사이에 구성될 수 있다.

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본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 투사형 표시장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 4 는 본 발명에 따른 투사형 표시장치를 나타낸 구성도이다.

도 4와 같이, 광원(10)과, 상기 광원(10)에서 나온 광을 균일한 광으로 변한 하는 광적분기(Integrator)(20)와, 상기 광적분기(20)에서 출사되는 균일한 광을 입사된 광을 집속시키고 편광을 일정한 면적으로 광을 발생하는 조명계 렌즈(30)와, 상기 조명계 렌즈(30)에서 출사되는 P 편광과 S 편광으로 분리된 광의 편광방 향을 하나로 일치시키는 편광빔스프릿터(Polarization Beam Splitter : PBS)(40)와, 상기 PBS에서 분리된 하나의 편광방향을 광변조하여 상기 PBS로 반사하는 패널(50)과, 상기 PBS에서 하나의 편광을 가지고 출사되는 선편광을 원편광으로 변환시키는 위상판(80)과, 상기 위상판(80)에서 출사되는 광을 스크린에 확대 투사시키는 투사 렌즈(60)로 구성된다.

이때, 상기 위상판(80)은 1/4 파장판으로 상기 패널(50)과 투사 렌즈(60) 사이에만 구성되면 된다.

따라서, 상기 PBS(40)와 투사 렌즈(60) 사이에 구성되거나, 또는 상기 패널(50)과 PBS(40) 사이에 구성된다. 본 명세서에서는 설명의 용이함을 위해 상기 위상판(80)이 상기 PBS(40)와 투사 렌즈(60) 사이에 구성되는 것을 실시예로서 설명한다.

또한 상기 PBS(40)는 프리즘 형태나, 평판 형태 중 어느 하나의 구조로 구성되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 투사 렌즈(60)는 적어도 2매 이상의 렌즈들로 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 투사형 표시장치의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 광원(Lamp)(10)에서 나온 빛을 광적분기(Integrator)(20)에서 균일한 광으로 변화되어 조명계 렌즈(30)를 지나 평광빛분리개(Polarization Beam Splitter : PBS)(40)에 도달한다.

그리고 상기 PBS(40)에서 반사된 S파 빛은 패널(50)에서 변조되어 반사된다.

이때, 상기 패널(50)의 상부를 백색, 하부를 흑색으로 변조하는 경우, 상부에 도달한 S파 광은 P파 광으로 변조되어 PBS(40)를 통과한다. 그리고 상기 PBS(40)를 통과한 P파는 1/4 파장판인 위상판(80)을 통과하며, 이 위상판(80)의 광축방향에 따라 우원편광 또는 좌원편광으로 변한다.

도 4에서는 우원편광으로 변하는 배치에 대하여 도시하였다.

이와 같이 상기 위상판(80)을 통과한 우원편광은 투사 렌즈(60)를 통과하여 스크린(70) 하부에 도달하게 된다.

또한 상기 패널(50)의 하부에 도달한 S파 광은 변조되지 않고 S파 광으로 PBS(40)를 통과하지 못 하고 반사되어 투사 렌즈(60)로 진입하지 못 하여 스크린(70)에 도달하지 못 하게 된다.

따라서, 상기 스크린(70)의 상부는 흑색영역이, 하부는 백색영역이 된다.

이때 백색 영역의 광 중에 투사 렌즈 면에서 반사하는 광이 존재한다.

즉, 도 3에서처럼 위상판(80)이 없는 경우는 투사 렌즈 면에서 P파는 P파로 반사되어 패널의 백색영역 혹은 흑색영역으로 돌아간다. 이때 패널(50)의 흑색영역에서는 광 변조가 일어나지 않아 P파로 반사하게 된다. 이 P파는 다시 투사 렌즈(60)를 통하여 스크린(70)의 흑색 영역에 도달하게 된다.

반면 도 4와 같이 위상판(80)이 있는 경우의 프로젝션 내부 반사광은 투사 렌즈(60)에 도달하기 전에 위상판에 의하여 우원편광이 된 광은 반사하면서 좌원편광이 된다. 이 좌원편광은 위상판(80)을 통과하여 S파가 된다.

이 S파는 PBS(40)를 통과하지 못하여 도면부호 C와 같이 외부로 소멸되게 된다. 이에 따라, 패널(50)에 도달하지 못 하여 다시 스크린(70)의 흑색영역에 도달할 수가 없게 된다.

이렇게 하여 구성된 프로젝션 광학계는 투사 렌즈 내부면의 반사광을 효율적으로 제거하여 ANSI 콘트라스트가 우수한 광학계를 구성할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 투사형 표시장치는 투사 렌즈 내부 면에서 일어나는 반사광을 제거하여 프로젝션 광학계에서 발생되는 연속적인 콘트라스트에 비하여 ANSI 콘트라스트가 저하되는 문제를 개선하여 명암대비가 우수한 광학계를 구성할 수 있는 장점이 있다.

Claims (7)

1. 광원과,

   상기 광원에서 나온 광을 균일한 광으로 변한 하는 광적분기(Integrator)와,

   상기 광적분기에서 출사되는 균일한 광인 입사된 광을 집속시키고 편광을 일정한 면적으로 광을 발생하는 조명계 렌즈와,

   상기 조명계 렌즈에서 출사되는 P 편광과 S 편광으로 분리된 광의 편광방향을 하나로 일치시키는 편광빔스프릿터(Polarization Beam Splitter : PBS)와,

   상기 PBS에서 분리된 하나의 편광방향을 광변조하여 상기 PBS로 반사하는 패널과,

   상기 PBS와 투사 렌즈 사이에 구성되고, 상기 PBS에서 하나의 편광을 가지고 출사되는 선편광을 원편광으로 변환시키는 위상판과,

   상기 위상판에서 출사되는 광을 스크린에 확대 투사시키는 투사 렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 위상판은 1/4 파장판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 PBS는 프리즘 형태나, 평판 형태 중 어느 하나의 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 투사 렌즈는 적어도 2매 이상의 렌즈들로 구성되는 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.

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