KR101503094B1 - 프론트 프로젝션 스크린 및 이를 포함하는 프로젝션 시스템 - Google Patents

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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 기재부; 상기 기재부의 일면에 형성되며, 광을 확산 반사시키는 반사면과 비반사면을 포함하고, 단면이 삼각형인 프레넬 렌즈들이 연속된 동심원호 형태로 배열된 원형 프레넬 렌즈부; 및 상기 원형 프레넬 렌즈부 상에 배치되고, 스크린의 수직 방향으로 연장 형성된 단면이 원호 또는 타원호의 형태인 다수의 렌티큘러 렌즈들이 나란히 배열된 렌티큘러 렌즈부를 포함하는 프론트 프로젝션 스크린 및 이를 포함하는 프로젝션 시스템을 제공한다.

Description

프론트 프로젝션 스크린 및 이를 포함하는 프로젝션 시스템{FRONT PROJECTION SCREEN AND PROJECTION SYSTEM COMPRISING THE SAME}
본 발명은 프론트 프로젝션 스크린 및 이를 포함하는 프로젝션 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 화질이 우수하며, 투영기와 스크린 사이의 거리가 짧은, 공간 절약적인 프로젝션 스크린 및 이를 포함하는 프로젝션 시스템에 관한 것이다.
프로젝션 시스템은 투영기에서 배출하는 빛을 스크린 상에서 반사시켜 화면을 구현하는 장치로, 종래에는 회의실이나 강의실과 같은 넓은 공간에서 주로 사용되어 왔다. 그러나 최근에는 프로젝션 장치가 소형화되고, 가격이 저하됨에 따라, 홈 시어터 등의 가정용으로 사용되는 경향이 증가되고 있다.
그러나 종래의 프로젝션 시스템의 경우, 콘트라스트비가 TV에 비해 떨어지고, 밝은 곳에서는 외광 반사 등으로 인해 화면이 잘 보이지 않는 등의 문제점을 가지고 있다. 따라서, 프로젝션 시스템이 대중화되기 위해서는 화질 개선이 시급하다.
또한, 종래의 프로젝션 시스템의 경우, 스크린 상에 화면을 디스플레이하기 위해서 요구되는 투영기와 스크린 사이의 거리가 길어 공간 소비가 많고, 그 결과 가정용으로 사용되기에는 부적합한 면이 있었다.
또한, 종래 프론트 프로젝션 시스템에 사용되는 스크린의 경우, 제조 공정이 복잡하고, 그 결과 제조 비용이 높아, 가격 경쟁력이 떨어진다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제조 공정이 간단하고, 제조 비용이 저렴하면서도, 우수한 화질을 구현할 수 있고, 설치를 위해 요구되는 공간이 적은 프론트 프로젝션용 스크린 및 이를 포함하는 프로젝션 시스템을 제공한다.
이를 위해, 본 발명은 기재부; 상기 기재부의 일면에 형성되며, 광을 확산 반사시키는 반사면과 비반사면을 포함하고, 단면이 삼각형인 프레넬 렌즈들이 연속된 동심원호 형태로 배열된 원형 프레넬 렌즈부; 및 상기 원형 프레넬 렌즈부 상에 배치되고, 스크린의 수직 방향으로 연장 형성된 단면이 원호 또는 타원호의 형태인 다수의 렌티큘러 렌즈들이 나란히 배열된 렌티큘러 렌즈부를 포함하는 프론트 프로젝션 스크린을 제공한다.
이때, 상기 원형 프레넬 렌즈부는 반사면의 경사 각도가 동심원의 중심으로부터 멀어질수록 증가하도록 설계되며, 바람직하게는 동심원의 중심에서 가장 가까운 프레넬 렌즈의 반사면의 경사 각도가 1 ~ 10도 정도이고, 동심원의 중심에서 가장 먼 프레넬 렌즈의 반사면의 경사 각도가 15 ~ 45도 정도인 것이 좋다.
또한, 상기 원형 프레넬 렌즈부는 상기 동심원의 중심이 프론트 프로젝션 스크린의 외부에 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 원형 프레넬 렌즈부 및/또는 기재부는 흑색 수지로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 원형 프레넬 렌즈부의 반사면은 금속 또는 무기물 박막으로 이루어지는 것이 바람직하며, 필요에 따라, 상기 반사면의 표면에 불규칙한 요철이 형성되도록 할 수 있으며, 이때 상기 요철은 높이가 0.5 내지 5㎛ 정도인 것이 바람직하다. 또한, 상기 반사면의 반사 헤이즈는 20 내지 100% 정도인 것이 바람직하다.
한편, 상기 렌티큘러 렌즈부는, 동일한 형상 및 피치를 갖는 렌티큘러 렌즈들로 이루어질 수도 있고, 피치가 서로 다른 2종 이상의 렌티큘러 렌즈들 또는, 높이가 서로 다른 2종 이상의 렌티큘러 렌즈들로 이루어질 수도 있다.
한편, 본 발명의 프론트 프로젝션 스크린은, 필요에 따라, 상기 렌티큘러 렌즈부의 상부에 보호층을 더 포함할 수 있다. 이때 상기 보호층은 하드 코팅층, 안티글래어층 및 반사방지층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 프론트 프로젝션 스크린 및 상기 프론트 프로젝션 스크린에 화면을 투사하는 투영기를 포함하는 프로젝션 시스템을 제공한다.
이때, 상기 프론트 프로젝션 스크린과 투영기 사이의 거리는 390 내지 550mm정도인 것이 바람직하며, 투영기가 스크린보다 낮은 위치에 배치되어, 스크린 하부에서 상부 방향으로 광을 투사하는 방식인 것이 바람직하다.
본 발명의 프론트 프로젝션 스크린은 원형 프레넬 렌즈부 상에 수직 방향으로 연장된 렌티큘러 렌즈부를 형성함으로써, 수평 방향 시야각을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 프론트 프로젝션 스크린은 흑색 수지를 사용하여 프레넬 렌즈부 및/또는 기재부를 형성하여 비반사면을 통과하는 빛이 프레넬 렌즈부 내부에서 소실되도록 함으로써, 비반사면을 형성하기 위한 별도의 처리 공정이 필요없어 제조공정이 간단하다.
또한, 반사면에 요철을 형성할 경우, 결상을 위한 추가적인 확산부재를 절감할 수 있으며, 광 확산의 정도와 확산방향의 조절이 용이하기 때문에 광 효율성이 향상된다.
또한, 본 발명의 프론트 프로젝션 스크린은 동심원호의 중심을 스크린 외부에 위치시킴으로써, 투영기와 스크린 사이에 요구되는 수평 거리가 짧아지기 때문에, 공간 절약형 프로젝션 시스템을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 프론트 프로젝션 스크린의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 프론트 프로젝션 스크린의 단면들을 보여주는 도면들이다.
도 5는 원형 프레넬 렌즈부의 렌즈 배열을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 프론트 프로젝션 스크린의 확산 반사면 표면을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 프로젝션 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
다만, 하기 도면들은 본 발명을 보다 잘 이해할 수 있도록 하기 위해 작성된 것으로, 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 구성요소를 나타내며, 원활한 설명을 위해 도면 상에 나타난 구성요소들은 과장, 축소 또는 생략될 수 있음을 밝힌다.
도 1 내지 도 4에는 본 발명의 프론트 프로젝션 스크린의 다양한 실시예들이 도시되어 있다.
본 발명의 프론트 프로젝션 스크린은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 기재부(12), 원형 프레넬 렌즈부(14) 및 렌티큘러 렌즈부(20)를 포함한다. 또한, 필요에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 렌티큘러 렌즈부(20)와 원형 프레넬 렌즈부(14) 사이에 제2기재부(30)를 추가로 포함하거나, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 렌티큘러 렌즈부(20)의 상부에 보호층(40)을 추가로 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 구성요소들을 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 상기 기재부(12)는 스크린을 지지하고, 강도를 부여하기 위한 것으로, 당해 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 플라스틱 기재들이 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 상기 기재부(12)로는 폴리카보네이트계 필름, 아크릴계 필름, 셀룰로오스계 필름, 사이클로올레핀계 필름 등이 제한없이 사용될 수 있다. 또한, 상기 기재부(12)는 필요에 따라, 흑색 수지로 형성될 수도 있다. 상기 흑색 수지는 경화성 수지에 흑색 안료 등을 혼합하여 제조된 수지를 말하는 것으로, 흑색 수지를 사용하여 기재부를 형성할 경우, 비반사면으로 입사되는 빛이 흑색 수지에 의해 흡수, 소실되어 콘트라스트비를 향상시키는데 보다 효과적이다.
한편, 상기 기재부(12)의 일면 상에는 투영기로부터 투사되는 빛을 시청자 방향으로 반사시키기 위한 원형 프레넬 렌즈부(14)가 형성되어 있다. 상기 원형 프레넬 렌즈부(14)는 투영기에서 투사되는 빛을 시청자 방향으로 반사시키기 위한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 광을 확산 반사시키기 위한 반사면(16)과 비반사면(18)으로 이루어지고, 단면이 삼각형인 프레넬 렌즈들이 연속된 동심 원호 형태로 배열되어 형성된다.
이때, 상기 원형 프레넬 렌즈부(14)는 반사면(16)의 경사 각도가 동심원의 중심으로부터 멀어질수록 증가하도록 설계되며, 바람직하게는 동심원의 중심에서 가장 가까운 프레넬 렌즈의 반사면의 경사 각도가 1 ~ 10도 정도이고, 동심원의 중심에서 가장 먼 프레넬 렌즈의 반사면의 경사 각도가 15 ~ 45도 정도인 것이 좋다. 원형 프레넬 렌즈부가 상기와 같은 경사 각도 분포를 가질 경우, 스크린의 상부 방향으로부터 입사한 빛은 상기 프레넬 렌즈에 의해 바닥 방향으로 반사되고, 스크린의 하부 방향으로부터 입사한 빛은 상기 프레넬 렌즈에 의해 정면 방향으로 반사하는 특성을 갖게 된다. 따라서, 스크린의 상부 방향에서 입사되는 형광등이나 태양광과 같은 외광과, 스크린 하부 방향에서 입사되는 투영기로부터 배출되는 빛이 혼합되지 않기 때문에, 외광에 의한 콘트라스트 저하를 개선할 수 있다.
또한, 상기 원형 프레넬 렌즈부는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 동심원의 중심이 프론트 프로젝션 스크린의 외부에 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 스크린에 상이 맺히기 위해 요구되는 초점 거리가 짧아지고, 그 결과, 스크린과 투영기 사이의 수평 거리를 좁힐 수 있어, 프로젝션 시스템을 설치하기 위해 요구되는 공간을 절약할 수 있게 된다.
한편, 상기 원형 프레넬 렌즈부(14)는 당해 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 경화성 수지를 이용하여 제조될 수도 있고, 흑색 수지로 형성될 수도 있다. 흑색 수지는 경화성 수지에 흑색 안료 등을 혼합하여 제조된 수지를 말하는 것으로, 흑색 수지를 사용하여 원형 프레넬 렌즈부를 형성할 경우, 비반사면으로 입사되는 빛이 흑색 수지에 흡수되면서 소실되어 콘트라스트비를 향상시키는데 보다 효과적이다. 또한, 비 반사면에 흑색 잉크를 도포하는 등의 별도의 과정을 거치지 않아도, 비 반사면을 통한 외광 제거가 가능하므로 스크린 제조 공정을 간편화하는 효과가 있다. 상기 기재부(12)와 렌즈부(14) 중 적어도 하나는 흑색 수지로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 프레넬 렌즈들은 그 단면이 삼각형 형태이며, 삼각형의 두 빗변이 각각 반사면(16)과 비반사면(18)이 된다. 본 발명에 있어서, 상기 반사면(16)은 반사율이 높은 금속(예를 들면, 알루미늄이나 은) 또는 무기물(예를 들면, 이산화티탄 등)의 박막으로 형성될 수 있다. 상기 금속 박막 또는 무기물 박막은 당해 기술 분야에 일반적으로 알려진 박막 형성 방법, 예를 들면, 증착 또는 도포 등의 방법으로 형성될 수 있다.
한편, 이때 상기 반사면(16)의 반사 헤이즈는 20% 내지 100% 정도인 것이 바람직하다. 반사 헤이즈가 20% 미만이면 투영기로부터 입사되는 이미지가 충분히 결상되지 못하여 시청범위가 좁아지고, 투영기의 램프가 그대로 시인되어 국소적인 눈부심을 느끼는 핫-스팟(Hot-spot)이 발생된다.
한편, 상기 반사면(16)은 필요에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이, 그 표면에 불규칙한 요철을 포함할 수 있다. 이와 같이, 반사면에 불규칙한 요철들이 형성될 경우, 반사 헤이즈의 조절과 확산방향의 조절이 용이하기 때문에 광 이용 효율이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 이때, 상기 반사면 표면에 형성되는 요철은 그 높이가 0.5 내지 5㎛ 정도인 것이 바람직하며, 요철의 형상은 도 6에 도시된 바와 같이, 완만한 볼록 렌즈 형태인 것이 바람직하며, 이때, 상기 볼록 렌즈는 그 너비가 높이보다 넓은 형태인 것이 더 바람직하다.
한편, 상기와 같이 불규칙한 요철을 갖는 반사면은, 렌즈부의 형상이 음각된 금형에 샌드 블라스터법 등을 통해 불규칙한 구형 렌즈 형상을 추가로 가공하고, 이 금형에 경화성 수지를 주입하여 렌즈부를 형성한 다음, 그 위에 금속 또는 무기물 박막을 형성하는 방법으로 제조될 수 있다.
본 발명의 프론트 프로젝션 스크린은, 또한, 상기 원형 프레넬 렌즈부(14) 상에 렌티큘러 렌즈부(20)를 포함한다. 상기 렌티큘러 렌즈부(20)는 수평 방향 시야각을 향상시키기 위한 것으로, 스크린의 수직 방향으로 연장 형성된 단면이 원호 또는 타원호의 형태인 다수의 렌티큘러 렌즈들이 나란히 배열되어 형성된다.
일반적인 디스플레이의 경우, 수직 방향으로 요구되는 시야각보다 수평 방향으로 요구되는 시야각 범위가 더 넓으며, 화면이 대면적화될 수록 이러한 경향은 더욱 심해진다. 본 발명자들은 프론트 프로젝션 스크린의 수평 방향 시야각을 향상시키기 위한 연구를 거듭한 결과, 프레넬 렌즈부 상에 스크린 수직 방향으로 연장된 렌티큘러 렌즈부를 형성할 경우, 수평 방향 시야각을 향상시킬 수 있음을 알아내었다. 이와 같이 스크린의 수직 방향으로 연장된 렌티큘러 렌즈부를 형성할 경우, 투영기에서 투사된 빛이 입사할 때 렌티큘러 렌즈부에 의해 수평 방향 확산이 이루어지고, 프레넬 렌즈부에서 반사되어 출사할 때 다시 한번 렌티큘러 렌즈부에 의해 수평 방향 확산이 이루어지기 때문에, 수평 방향 시야각을 향상시킬 수 있다.
다만, 이와 같이 프레넬 렌즈부(14) 상에 렌티큘러 렌즈부(20)가 형성될 경우, 모아레가 발생되기 쉽다는 문제점이 있다. 따라서, 이로써 한정되는 것은 아니나, 모아레 방지를 위해, 상기 렌티큘러 렌즈부는 피치가 다른 2종 이상, 바람직하게는 2종 내지 4종의 렌티큘러 렌즈들을 반복적으로 배열하거나, 높이가 다른 2종 이상, 바람직하게는 2종 내지 4종의 렌티큘러 렌즈들을 반복적으로 배열하여 형성될 수 있다. 이러한 방법 이외에도 상기 피치가 다른 렌티큘러 렌즈와 높이가 다른 렌티큘러 렌즈들을 조합하거나, 렌티큘러 렌즈의 피치를 랜덤하게 변화시킴으로써, 모아레를 방지할 수 있다.
한편, 상기와 같은 렌티큘러 렌즈부(20)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 프레넬 렌즈부(14) 위에 직접 형성할 수도 있고, 도 3에 도시된 바와 같이, 프레넬 렌즈부(14) 위에 제2기재부(30)를 형성한 다음, 그 위에 렌티큘러 렌즈 시트를 부착하는 방식으로 형성될 수도 있다. 이때 상기 렌티큘러 렌즈부(20)는 당해 기술 분야에 잘 알려진 방법, 예를 들면, 렌티큘러 렌즈 형상이 음각된 금형과 경화성 수지를 이용하여 제조될 수 있다.
한편, 본 발명의 프론트 프로젝션 스크린은, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 렌티큘러 렌즈부 상부에 보호층(40)을 더 포함할 수 있다. 상기 보호층(40)은 렌티큘러 렌즈부(20)를 보호하기 위한 것으로, 광 투과성이 있으면 되고, 그 재질이 특별히 한정되지는 않는다. 한편, 상기 보호층(40)은 하드 코팅층, 안티글래어층, 반사 방지층을 포함할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 프로젝션 시스템에 대해 설명한다.
도 7에는 본 발명의 프로젝션 시스템이 도시되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 프로젝션 시스템은 상기한 프론트 프로젝션 스크린(1)과, 투영기(2)를 포함한다.
프론트 프로젝션 스크린(1)은 상기에서 설명한 바와 동일하므로, 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 상기 투영기(2)는 상기 스크린(1)에 화면을 투사하기 위한 장치로, 본 발명에서는 초점 거리가 짧은 단초점 투영기를 사용하는 것이 바람직하다. 단초점 투영기를 사용할 경우, 투영기와 스크린 사이의 거리가 짧아, 공간 절약적인 프로젝션 시스템을 구현할 수 있기 때문이다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 프로젝션 시스템에 있어서, 투영기와 스크린 사이의 수평 거리는 390~550mm 정도인 것이 바람직하다.
또한, 상기 투영기(2)는 스크린(1)보다 낮은 위치에 배치되며, 하부에서 상부 방향으로 광을 투사하는 방식인 것이 바람직하다. 스크린 하부에서 광을 투사하는 방식의 투영기와 함께, 본 발명의 프론트 프로젝트 스크린을 사용하면, 스크린 렌즈부에 의해 스크린 상부에서 조사되는 외광과 투영기에서 투사되는 광의 반사 경로가 달라져 외광에 의한 콘트라스트비 저하를 방지할 수 있기 때문에, 밝은 환경에서도 선명한 화면을 구현할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 상기 투영기에서 광 투사 각도는 최저 각도(α)가 10° ~ 20°, 바람직하게는 10°~ 15°, 더 바람직하게는 12°~ 14°이며, 최대 각도(β)는 60 ~ 80°, 바람직하게는 65° ~ 75°, 더 바람직하게는 68° ~ 73° 정도이다. 투영기의 최저각도가 10°미만이면 외광과 투영기로부터 입사되는 빛의 광 경로의 구별이 작아져 콘트라스트비의 저하를 가져올 수 있으며, 투영기의 최대각도가 80°를 초과하면, 키스톤(keyston) 보정(사다리꼴 영상 보정)이 어려워지며 화질의 저하를 발생시킨다.
1 : 스크린
2: 투영기
12: 기재
14 : 원형 프레넬 렌즈부
16: 반사면
18 :비반사면
20 : 렌티큘러 렌즈부
30 : 제2기재부
40 : 보호층

Claims (16)

  1. 기재부;
    상기 기재부의 일면에 형성되며, 광을 확산 반사시키는 반사면과 비반사면을 포함하고, 단면이 삼각형인 프레넬 렌즈들이 연속된 동심원호 형태로 배열된 원형 프레넬 렌즈부; 및
    상기 원형 프레넬 렌즈부 상에 배치되고, 스크린의 수직 방향으로 연장 형성된 단면이 원호 또는 타원호의 형태인 다수의 렌티큘러 렌즈들이 나란히 배열된 렌티큘러 렌즈부를 포함하며, 상기 렌티큘러 렌즈부는 피치 및 높이 중 적어도 하나가 서로 다른 2종 이상의 렌티큘러 렌즈들을 포함하는 프론트 프로젝션 스크린.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원형 프레넬 렌즈부는 반사면의 경사 각도가 동심원의 중심으로부터 멀어질수록 증가하는 프론트 프로젝션 스크린.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 원형 프레넬 렌즈부는 동심원의 중심에서 가장 가까운 프레넬 렌즈의 반사면의 경사 각도는 1 ~ 10도이고, 동심원의 중심에서 가장 먼 프레넬 렌즈의 반사면의 경사 각도는 15 ~ 45도인 프론트 프로젝션 스크린.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 동심원의 중심이 프론트 프로젝션 스크린의 외부에 위치하는 프론트 프로젝션 스크린.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 원형 프레넬 렌즈부 및 기재부 중 적어도 하나는 흑색 수지로 형성되는 프론트 프로젝션 스크린.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반사면은 금속 또는 무기물 박막으로 이루어지는 프론트 프로젝션 스크린.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반사면의 표면에 불규칙한 요철이 형성되는 프론트 프로젝션 스크린.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 요철은 높이가 0.5 내지 5㎛인 프론트 프로젝션 스크린.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반사면의 반사 헤이즈는 20 내지 100%인 프론트 프로젝션 스크린.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈부의 상부에 보호층을 더 포함하는 프론트 프로젝션 스크린.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 보호층은 하드 코팅층, 안티글래어층 및 반사방지층 중 적어도 하나를 포함하는 프론트 프로젝션 스크린.
  14. 청구항 1 내지 9 및 12 내지 13 중 어느 한 항의 프론트 프로젝션 스크린 및
    상기 프론트 프로젝션 스크린에 화면을 투사하는 투영기를 포함하는 프로젝션 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 프론트 프로젝션 스크린과 투영기 사이의 거리는 390 내지 550mm인 프로젝션 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 투영기는 스크린보다 낮은 위치에 배치되어, 스크린 하부에서 상부 방향으로 광을 투사하는 방식인 프로젝션 시스템.
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