KR20010040481A - 적층된 소자를 갖는 홀로그래픽 스크린을 구비한 투사형텔레비전 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필름 기판(24) 상에 3 차원 홀로그램(26)을 갖는 텔레비전 용의 투사형 스크린(22)에 관한 것이다. 상기 스크린(22)은 적층된 홀로그램(26) 및/또는 각각의 수직 및 수평 방향에서 광학적 특성이 변하는 프레넬 렌즈를 갖을 수 있다. 예컨대, 수직 및 수평의 홀로그램은40°의 수평 가시 영역 및

Description

적층된 소자를 갖는 홀로그래픽 스크린을 구비한 투사형 텔레비전{PROJECTION TELEVISIONS WITH HOLOGRAPHIC SCREENS HAVING STACKED ELEMENTS}

최대 휘도가 되는 수직의 시청 각도에서 행해진 실험으로 보아, 컬러의 이동은 서로 다른 각도에서 수평 평면을 볼 때, 적색, 녹색 및 청색 투사관으로부터 투사된 이미지에 의하여 투사형 스크린의 중앙부에 형성되는 백색 이미지에 대한 적색/청색 또는 녹색/청색의 비율이 변화되는 정도로서 정의된다.

각각의 서로 다른 컬러 이미지, 예컨대 적색, 청색 및 녹색의 이미지에 대해서 적어도 3개의 이미지 투사기가 필요하기 때문에 상기 컬러 이동의 문제가 발생된다. 투사 스크린은 적어도 3개의 투사기로부터 제1면에 이미지를 수신하고, 디스플레이되는 모든 이미지에 대한 제어된 광 분산도를 가지고 제2면에 상기 이미지를 디스플레이시킨다. 상기 투사기 중에서 대개 투사기 배열상 중앙부에 있는 1개의 투사기로서, 대개는 녹색 투사기가 상기 스크린과 거의 수직인 경향을 갖는 제1의 광경로를 구비하고 있다. 적어도 2개의 투사기로서 대개는 상기 배열상 중앙의 녹색 투사기를 기준으로 반대편에 위치하는 적색 및 청색 투사기 각각이 수직하지 않은 방향에서 제1의 광경로로 수렴하는 광경로를 갖게 되고, 이들 광경로는 입사각을 규정한다. 컬러의 이동은 적색 및 청색의 투사기가 각각 상기 스크린과 녹색 투사기에 대하여 수직하지 않은 관계를 가지기 때문이다. 상기 컬러의 이동으로 인하여 색조는 스크린상의 모든 위치에서 다르게 나타난다. 상기 색조의 차이가 큰 조건은 통상 좋지 않은 백색 균일성(white uniformity)으로 불리운다. 상기 컬러의 이동이 작을수록 백색 균일성은 더욱 좋아진다.

컬러의 이동은 숫자 단위로 표시되는데, 숫자가 작을수록 컬러의 이동이 적고 백색 균일성은 더 좋다는 것을 나타낸다. 통상의 방법에 따르면, 적색, 녹색 및 청색 휘도에 대한 값은 스크린의 중앙에서 다양한 수평 시청 각도, 통상 약 －40°내지 ＋40°이상의 각도로부터 약 －60°내지 ＋60°정도까지 5° 또는 10°씩 증가하면서 측정된다. 상기 양수와 음수의 각도는 각각 스크린 중앙의 오른쪽과 왼쪽에 상응하는 수평 시청 각도를 나타낸다. 이러한 측정은 최대 수직 시청 각도에서 이루어진다. 상기 적색, 녹색 및 청색 데이타는 0°에서 1로 정규화 된다. 다음의 수학식 1과 수학식 2 중 어느 하나의 수학식, 또는 두 수학식 모두가 각각의 각도에서 계산된다.

여기서 θ는 수평 시청 각도의 범위 내에 있는 임의의 각도이고, C( θ)는 각도 θ에서의 컬러의 이동이고, red( θ)는 각도 θ에서의 적색 휘도 레벨이고, blue( θ)는 각도 θ에서의 청색 휘도 레벨이고, green( θ)는 각도 θ에서의 녹색 휘도 레벨이다. 이들 값 중 최대 값이 스크린의 컬러 이동이다.

일반적으로 컬러의 이동은 5보다 크지 않아야 하며, 명목상으로는 상업적으로 허용 가능한 스크린의 제작에 있어서도 마찬가지이다. 공학적인 면과 제작면에 있어서의 제한 사항들은 가끔 5보다 다소 큰 컬러의 이동을 요구하지만, 이와 같은 컬러 이동의 성능은 바람직하지 않으며, 대개는 백색 균일성이 좋지 않은 저급의 화상을 인식하게되는 결과를 가져온다.

투사형 텔레비전 수상기용 스크린은 일반적으로 여러 유형의 로울러를 사용하는 압출 공정(extrusion process)에 의하여 제조되는데, 이러한 로울러는 열가소성 박판의 표면 형태를 정하는 데에 사용된다. 이러한 형성 과정은 대개 렌티큘(lenticules) 및 렌즈리트(lenslets)라고 불리우는 렌티큘러(lenticular) 소자의 배열에 해당한다. 상기 렌티큘러 소자는 동일한 박판의 한쪽 면, 또는 양쪽 면 위에 형성되거나 서로 다른 박판의 한쪽 면 위에만 형성될 수도 있는데, 이 서로 다른 박판들은 적층부로서 영구적으로 결합될 수 있는 것이거나, 그렇지 않으면 적층부로서의 기능을 하도록 서로 인접하게 설치될 수 있는 것이다. 많은 디자인에 있어서 스크린 표면 중 하나의 표면은 빛의 확산을 제공하는 프레넬(Fresnel) 렌즈로 구성된다. 컬러의 이동을 줄이고 백색 균일성을 향상시키고자하는 종래 기술은 상기 스크린의 2가지 측면에 전적으로 역점을 두어 왔다. 그 한가지는 상기 렌티큘러 소자의 형태와 배치의 측면이다. 다른 한가지 측면은 상기 스크린 재료 또는 그의 일부분이 빛의 확산을 제어하는 빛 확산 입자로 어느 정도까지 도핑되느냐 하는 것이다. 다음의 특허 명세서들은 이러한 노력들을 예시하고 있다.

미국 특허 제4,432,010호와 제4,536,056호에서는 투사 스크린이 입사면과 출사면을 구비한 광 전송 렌티큘러 박판을 포함하고 있다. 상기 입사면은 수평으로 퍼져있는 렌즈 형태를 특징으로 하는데, 이는 볼록하게 되어있는 깊이(lenticulated depth) Xv 대 축에 근접한 부분의 곡률 반경 R1의 비율(Xv/R1)이 0.5 내지 1.8의 범위에 해당한다. 이러한 형태는 광축을 따라 연장되어 비구형의 입력 렌티큘러 렌즈를 형성한다.

통상 양면 렌티큘러 렌즈를 갖는 스크린을 사용한다. 이러한 스크린은 그 스크린의 입사면에 원통형 입사 렌티큘러 소자(cylindrical entrance lenticular elements)를 가지고 있으며, 스크린의 출사면에 형성된 원통형 렌티큘러 렌즈 소자와 상기 출사면 중 빛이 집속하지 않는 부분에 형성된 광흡수층을 가지고 있다. 상기 입사 렌티큘러 렌즈 소자와 출사 렌티큘러 렌즈 소자는 각각 다음의 수학식 3에 의해 표현되는 원형, 타원형 또는 쌍곡선 모양의 형태를 띠고 있다.

여기서 C는 주곡률이고, K는 원뿔 상수이다.

또는 상기 렌티큘러 소자가 2차보다 높은 차수의 항이 부가된 곡선을 갖는다.

이와 같은 양면의 렌티큘러 렌즈를 사용하는 스크린에 있어서는 입사 렌즈와 출사 렌즈 사이, 또는 상기 렌즈들을 형성하는 렌티큘러 소자들 사이의 위치 관계를 지정하도록 되어 있다. 예컨대, 미국 특허 제4,443,814호에는 하나의 렌즈 표면이 다른 렌즈의 초점에 오게하는 식으로 입사 렌즈와 출사 렌즈를 배치시킨다고 되어 있다. 일본 특허 제58-59436호에는 입사 렌즈의 편심율(eccentricity)이 렌티큘러 렌즈를 구성하는 재료에 대한 반사 지수의 역수와 거의 동일하다고 기술되어 있다. 미국 특허 제4,502,755호에서는 각 렌티큘러 렌즈의 광축 평면이 서로 직각이 되도록 2중면을 갖는 2개의 렌티큘러 렌즈 박판을 결합시키고, 입사 렌즈와 출사 렌즈가 어느 한 렌즈의 주위에서 광축에 대해 비대칭이 되도록 상기 2중면을 갖는 렌티큘러 렌즈를 형성한다고 기술되어 있다. 미국 특허 제4,953,948호에서는 입사 렌즈의 골부분에서만 빛이 수렴하는 위치가 출사 렌즈의 표면으로부터 시청하는 쪽을 향하여 오프셋되어야 광축의 정렬 불량에 대한 오차 허용도와 두께의 차이가 더 커질 수 있거나 컬러의 이동이 보다 작아질 수 있다고 기술되어 있다.

컬러의 이동 또는 백색 불균일성을 줄이기 위한 다양한 방법들 이외에도 투사형 스크린의 성능을 개선시키기 위한 방법들은 화상을 밝게 만들고 수평 및 수직의 양쪽 방향에서 적당한 가시 영역을 보장하고자 한다. 이와 같이 많은 방법들에 대한 요약이 미국 특허 제5,196,960호에 개시되어 있는데, 이 출원은 입사 렌즈를 갖는 입사 렌즈층과 렌즈 표면이 상기 입사 렌즈의 빛이 수렴하는 위치 또는 상기 입사 렌즈가 있는 곳에 형성되는 출사 렌즈를 갖는 출사 렌즈층을 포함하는 2중의 렌티큘러 렌즈판을 개시하고 있으며, 상기 입사 렌즈층과 출사 렌즈층은 각각 거의 투명한 열가소성 수지로 형성되고 적어도 상기 출사 렌즈층은 빛을 확산시키는 미세한 입자를 포함하고 있으며 상기 입사 렌즈층과 출사 렌즈층 간의 빛 확산 입자에 차이가 존재한다고 설명되어 있다. 복수 개의 입사 렌즈는 원통형 렌즈로 되어 있다. 상기 출사 렌즈는 복수 개의 출사 렌즈층을 포함하고 있으며 각 출사 렌즈는 상기 입사 렌즈층에 있는 각 렌즈의 빛이 수렴하는 위치 또는 상기 입사 렌즈가 있는 위치에 렌즈 표면을 구비하고 있다. 빛 흡수층 또한 상기 출사 렌즈층의 빛이 수렴하지 않는 위치에 형성된다. 이러한 스크린의 제작은 압출 공정에 의한 제작의 용이성뿐만 아니라 컬러 이동의 감소와 더욱 밝아진 화상 및 충분한 수평 방향의 가시 영역 각도를 제공한다고 한다.

수년에 걸쳐 투사형 텔레비전 제작 분야에 있어서 상당한 진전이 있었지만 향상된 점은 기껏해야 미미한 정도이다. 더욱이 어떠한 기준을 넘는 데에도 성공하지 못했다. 본 명세서에서는 각도 α라고 언급되는 것으로서, 이미지 투사기의 기하 구조에 의해 정해지는 입사 각도가 일반적으로는 0°보다는 크고 10°또는 11°보다 작거나 같은 각도로 한정된다. 상기 이미지 투사기 및/또는 그의 렌즈의 크기는 본질적으로 각도 α를 0°에 가깝게 만드는 것을 불가능하게 한다. 약 10° 또는 11°보다 작은 각도 α의 범위에서 가능한 최상의 컬러 이동 성능은 수학식 1과 수학식 2에 따라 결정되는 바와 같이 대략 5가 된다. 대략 10° 또는 11°보다 큰 각도의 범위에서 달성되는 최상의 컬러 이동 성능은 상업상 허용될 수 없는 것이다. 사실상 각도 α가 10° 또는 11°보다 큰 투사형 텔레비전 수상기가 거래되어 왔다고는 알려져 있지 않다.

각도 α가 작으면 심각하고 바람직하지 않은 결과를 초래한다. 즉 투사형 텔레비전 수상기를 수용하는 데에 매우 큰 캐비넷 깊이가 필요하다. 상기 깊이를 크게하는 이유는 입사 각도(α)가 작은 광경로를 수용하는 데에 직접적으로 필요하기 때문이다. 주어진 크기의 이미지 투사기와 광학 소자에 대해서 입사각은 상기 이미지 투사기 또는 그의 렌즈와 상기 스크린 사이의 광경로를 증가시키는 것에 의해서만 감소될 수 있다. 상기 투사형 텔레비전 캐비넷의 크기를 감소시키는 기술은 일반적으로 길이가 긴 광경로를 휘게 하는 거울에 달려 있다. 가능한 입사각의 범위에는 하한이 존재하기 때문에 상기와 같은 노력에 의한 컬러 이동의 성공 여부도 제한된다.

폴라로이드사는 DMP-128 로 표시된 광중합체(photo polymer)를 판매하여 왔는데, 이는 폴라로이드사가 소유한 방법을 사용하여 3차원의 홀로그램으로 제작할 수 있는 것이다. 상기 홀로그래픽 제조 방법은 미국 특허 제5,576,853호에 부분적으로 나타나 있다. 홀로그래픽 광중합체는 일반적으로 코히어런트광(coherent light)을 조사용 비임(illumination beam)과 기준 비임(reference beam)으로 나눔으로써 사진 이미지를 기록하는 데에 유용하게 사용된다. 상기 조사용 빔은 물체를 비춘다. 상기 물체로부터 반사된 빔과 상기 물체를 통과하는 기준 빔은 상기 광중합체 매질을 비추는데, 이 매질은 전개 가능한 광 감지식 사진 구성을 포함한다. 상기 2가지 빔의 광파가 보강 및 상쇄 간섭을 일으킴으로써 국부적으로 상기 사진 구성을 나타내는 사인파형 피크와 국부적으로 그와 같은 구성을 드러내지 않는 널(null)의 정상파 패턴을 만든다. 상기 사진 매질이 개발되었을 때 상응하는 간섭 패턴이 상기 매질에 기록되었다. 상기 매질에 코히어런트 기준 빔을 조사시킴으로써 물체의 상이 재생되고 분명한 각도의 범위에서 이를 볼 수 있다.

상기 물체 상에 조사된 모든 점들로부터의 빛이 상기 홀로그램 상의 모든 점에서 기준 빔과 간섭을 일으키기 때문에 특정의 사진상의 물체를 나타내는 기록된홀로그램의 간섭 패턴은 복잡하다. 무색 “물체 ”의 이미지를 기록함으로써 무색의 홀로그램을 만들 수 있으며, 이 무색의 홀로그램은 사인 격자라고도 불리워지는 것으로서 그 안에서 상기 간섭 패턴은 더욱 규칙적으로 된다. 그 경우 상기 간섭 패턴은 회절 격자 모양이 되지만 그 회절 격자의 간격 또는 분해능은 거대한 크기의 렌티큘러 소자가 구비된 투사형 스크린의 간격과 비교해볼 때 매우 우수한데, 상기 렌티큘러 소자는 투사 튜브 뒷쪽으로부터 특정한 방향으로 빛을 휘게 하거나 굴절시키도록 형성되어 있다.

투사형 텔레비전의 3차원 홀로그래픽 스크린은 폴라로이드사가 DMP-128광중합성 홀로그래픽 제품에 대한 시장을 개척하려고 노력하던 중에 만들어진 많은 제안 제품 중에 하나이다. 상기 제안은 폴라로이드사가 보다 큰 휘도와 분해능, 더욱 작은 제작 비용, 작은 중량 및 2부분의 스크린이 운송되는 도중에 받기 쉬운 마찰에 대한 저항성의 면에 있어서 기대했던 이점들에 기초하고 있다. 폴라로이드사는 그러한 홀로그래픽 투사형 텔레비전 스크린을 구성할 수 있는 거대 홀로그래픽 소자들에 대한 어떠한 특정의 홀로그래픽 구성도 제한하지 않았으며, 심지어 어떠한 유형 즉 홀로그래픽 또는 다른 유형의 투사형 텔레비전 스크린에 있어서 컬러 이동의 문제를 고려하지도 않았다.

전체적으로 컬러 이동이 5보다 작고 심지어 5보다 훨씬 작은 스크린과 10°또는 11°보다 큰 각도 α에 대해서 컬러 이동이 5 정도가 되는 투사형 텔레비전을 제공하고자 하는 수년간의 집중적인 발전에도 불구하고, 종래의 투사형 스크린에 있어서 렌즈 부분과 확산기의 형태 및 위치에 약간의 변화가 있음을 제외하고는 컬러 이동의 문제를 해결하는 데에는 진전이 없었다. 더욱이 컬러의 이동과는 관계가 없다는 이유가 있지만 3차원의 홀로그램이 투사형 스크린에 유용하다는 제안에도 불구하고 3차원 홀로그래픽 스크린이 구비된 투사형 텔레비전을 제공하고자 하는 노력이 없었다. 매우 작은 캐비넷 속에 설치될 수 있으며, 상당히 향상된 컬러 이동의 성능을 갖는 투사형 텔레비전 수상기에 대한 오랫동안의 요구는 충족되지 않은 채로 남아 있다.

본 명세서에 개시된 발명의 구성에 따른 투사형 텔레비전 수상기는 크기의 순서로 측정된 컬러 이동의 성능에 있어서 상당한 개선되었음을 보여주는데, 그 컬러 이동의 크기는 10°또는 11°의 범위에 있는 입사 각도 α를 갖는 투사형 텔레비전 수상기에 있어서 달성될 수 있는 2 이하의 값이다. 또한 상기 컬러 이동의 성능이 상당히 우수해서 30°까지의 입사 각도를 갖는 상업적으로 허용 가능한 투사형 텔레비전 수상기가 보다 작은 캐비넷 속에 제공될 수 있다. 위와 같이 큰 각도 α를 갖는 수상기에 대한 컬러 이동의 성능은 예컨대 컬러 이동이 5이고 작은 각도 α를 갖는 종래의 수상기만큼 우수하고, 작은 각도 α를 갖는 수상기에서와 같이 약 2정도로 낮은 값에 근접하거나 이를 수 있다고 기대될 수 있다.

이러한 결과들은 상기 사출 성형된 렌즈 스크린의 기술을 모두 포기함으로써 달성된다. 그 대신에 본 발명의 구성에 따른 투사형 텔레비전 수상기는 Mylar와 같은 폴리에틸렌 필름의 기판상에 형성된 3차원의 홀로그램에 의해 형성된 스크린을 구비하고 있다.

이와 같은 3차원의 홀로그래픽 스크린은 원래 보다 큰 휘도와 분해능, 낮은 제작 비용, 작은 중량과 이동되는 도중 2부분의 스크린이 받기 쉬운 마찰에 대한 저항성 등의 면에서 예측되는 장점들을 위하여 발전되었다. 상기 3차원 홀로그래픽 스크린의 컬러 이동 성능을 발견한 것은 상기 3차원 스크린의 광학적 성질이 적어도 종래의 스크린만큼 좋은가를 결정하는 시험을 했을 때이다. 상기 3차원 홀로그래픽 스크린의 컬러 이동 성능은 수학식 1과 수학식 2에 의해 측정된 바에 의하면 놀랄만큼 예상외로 낮다. 종래 기술의 향상을 점진적인 단계로 한정하였던 장애물들이 모두 제거되었다. 또한, 보다 큰 입사 각도 α를 특징으로 하는 투사형 기하 구조를 갖는 보다 작은 캐비넷이 현재 개발될 수 있다.

본 명세서에 개시된 발명의 구성에 따르는 것으로서 3차원 홀로그래픽 스크린과 관련된 예기치 못한 성질을 가지고 있는 투사형 텔레비전은 서로 다른 컬러의 각 이미지에 대한 적어도 3개의 이미지 투사기와, 제1측 상에 있는 투사기로부터 이미지를 수신하고 디스플레이되는 모든 이미지에 대한 제어된 빛 확산을 가지고 상기 이미지를 제2측에 디스플레이시키는 것으로서 기판상에 있는 3차원 홀로그램에 의해 형성된 투사형 스크린을 포함하고 있는데, 상기 투사기 중 어느 하나는 스크린과 거의 직각 방향으로의 제1 광경로를 가지며, 상기 투사기 중 적어도 2개는 입사각을 결정하는 비수직의 방향으로 상기 제1 광경로를 향해 수렴하는 각각의 광경로를 가지며, 렌티큘러 소자의 3차원 간섭 배열 또는 회절 패턴을 나타내는 상기 3차원 홀로그램은 디스플레이되는 이미지에 있어서 컬러 이동을 줄이는 데에 효과적인 구성을 가지고 있으며, 0°보다 크고 약 30°보다 작거나 같은 범위의 모든 입사각에 대해서 상기 스크린의 컬러 이동이 약 5보다 작거나 같고, 그 최대 값은 전술한 수학식 1 및 수학식 2 중 적어도 어느 하나로부터 얻어진다.

이 수학식 1 및 수학식 2에서, θ는 수평 시청 각도의 범위 내에 있는 임의의 각도이고 C( θ)는 θ각도에서의 컬러의 이동이며 red( θ)는 θ각도에서의 적색 휘도 레벨이고 blue( θ)는 θ각도에서의 청색 휘도 레벨이고 green( θ)는 θ각도에서의 녹색 휘도 레벨을 나타낸다. 상기 스크린의 컬러 이동은 5보다 작다, 또는 예를 들어 대략 4, 3 심지어는 2보다 작거나 같다고 기대될 수 있다.

약 10° 또는 11°의 입사각에서 알려진 장애 사항의 면에서 보면 상기 스크린의 컬러 이동은 0°보다 크고 대략 10°보다 작거나 같은 입사각의 제1 종속 범위에 해당하는 모든 입사각에 대해 대략 2보다 작거나 같고, 상기 스크린의 컬러 이동은 대략 10°보다 크고 30°보다 작거나 같은 입사각의 제2 종속 범위에 해당하는 모든 입사각에 대해 대략 5보다 작거나 같다.

상기 스크린은 또한 두께가 대략 2 내지 4 mm 범위 내에 있는 층에 아크릴 재료로된 광전송 보강재를 포함하고 있다. 상기 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(terephthalate) 수지 필름과 같이 고도로 내구력이 강하고 투명한 방수 필름을 포함한다. 상기 기판은 두께가 1 내지 10 mils의 범위에 있는 필름일 수도 있다. 대략 7 mils 정도의 두께가 상기 3차원 홀로그램에 대한 적절한 지지를 제공하는 데에서 발견된다. 상기 필름의 두께는 성능과는 무관하다. 상기 3차원 홀로그램의 두께는 대략 20 마이크론 이하의 범위에 있다. 상기 투사형 텔레비전은 상기 스크린과 이미지 투사기 사이에 1개 이상의 거울을 포함할 수 있다.

본 발명의 특징에 따라 투사형 스크린의 컬러 이동 성능은 복수의 홀로그래픽 스크린 소자를 적층하여 그리고/또는 소자를 조준하여 더 향상될 수 있다. 예컨대, 홀로그래픽 스크린은 수직 또는 수평 가시각의 범위를 가로지르는 광전송 특성에서 원하는 편차를 얻기 위하여 수직/수평 선형 프레넬 렌즈(Fresnel lens)에 의해 더 뒤에 놓여질 수 있다. 이와는 달리 또는 덧붙여 말하면, 가시각의 범위에 걸쳐 광전송 특성에서 변동율을 갖는 복수의 홀로그래픽 스크린 소자는 적층될 수 있다. 실질적인 실시예에 따라, 적어도 2 개의 홀로그래픽 소자가 적층되어 하나는 수직 범위에 걸쳐서 기설정된 변동율을 제공하며, 다른 하나는 수평 범위에 걸쳐서 기설정된 변동율을 제공한다. 상기 방법에서, 사용 가능한 시야각의 범위를 가로지르는 이미지의 밝기가 조정되어 사용가능한 휘도를 모두 사용하도록 최적화된다. 또한, 선형적으로 변하는 소자는 원형으로 변하는 소자보다 낮은 가격으로 생산할 수 있으므로, 홀로그래픽 소자 및/또는 조준 소자를 적층하는 것은 경제적인 가격으로 다양한 동작 영역을 수용할 수 있다. 예컨대, 선형적으로 변하는 프레넬 소자는 원형 프레넬의 가격에 25%의 낮은 가격으로 엠보스(emboss) 또는 로울러 압출될 수 있다. 이와 유사하게, 선형적으로 변하는 홀로그래픽 마스터는 이차원에서 변동율을 정의하는 원형의 것보다 덜 복잡하고, 덜 비싸다.

본 발명은 투사형 텔레비전 수상기 분야에 관한 것으로서, 상당히 감소된 컬러 이동 및/또는 상당히 감소된 캐비넷 깊이를 제공하는 스크린이 구비된 투사형 텔레비전 수상기에 관한 것이다.

도 1은 본 명세서에 개시된 발명의 구성에 따른 투사형 텔레비전의 개략적인 도면.

도 2는 본 발명의 구성을 설명하는 데에 유용한 투사형 텔레비전 구조의 단순화된 도면.

도 3은 본 발명의 구성에 따라 보강된 투사형 스크린의 측방 입면도.

도 4는 수평과 수직의 시청 각도 각각에 대해서 이득 변화를 갖는 2개의 부가된 홀로그램이 구비된 투사형 스크린의 선택적 실시예를 개략적으로 도시한 도면.

도 5는 적층의 수직 변화성 홀로그래픽 요소가 구비된 경우와 구비되지 않은 경우의 수평 변화식 홀로그래픽 요소를 사용하여 수평 시청 각도로 최대 백색 휘도의 비율을 나타낸 그래프.

도 6은 적층의 홀로그래픽 및 조준 스크린층을 구비한 택일적인 실시예의 개략적인 도면.

도 1에는 투사형 텔레비전 수상기(10)가 도시되어 있다. 투사형 음극선관(14, 16, 18)의 세트(12)는 각각 적색, 녹색 및 청색의 이미지를 제공한다. 상기 음극선관에는 각각의 렌즈(15, 17, 19)가 구비되어 있다. 상기 투사된 이미지는 거울(20)에 의하여 투사 스크린(22) 위로 반사된다. 특정한 광경로의 구조에 따라서 추가적인 거울이 사용될 수도 있다. 상기 녹색의 음극선관(16)은 광경로(32)를 따라 녹색의 이미지를 투사시키는데, 이러한 예에서는 그 광경로가 스크린(22)에 그의 수직한 방향으로 되어 있다. 즉, 광경로의 중심선이 스크린과 직각을 이룬다. 상기 적색과 청색의 음극선관은 각각의 광경로(34, 36)를 가지며, 이들 광경로는 직각이 아닌 방향에서 제1 광경로(32)를 향해 수렴되며 입사각 α를 정한다. 이러한 입사각은 컬러 이동의 문제를 일으킨다.

상기 스크린(22)은 기판(24) 위에 배치된 3차원 홀로그램(26)을 포함한다. 홀로그램(26)은 회절 패턴을 주로 형성하는 마스터 홀로그램에 대한 프린트로서, 이 회절 패턴은 상기 3개의 투사기(14, 16, 18)로부터 나오는 빛 에너지의 분포를 조정하는 것이고 상기 홀로그램은 스크린의 폭 및/또는 높이에 대해 다양하게 형성될 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서 상기 홀로그램은 입사광을 재배향시키는 경향이 있는 “중심부 집중의” 홀로그램이다. 상기 스크린은 상기 투사기로부터 제1의 입사면(28)에 이미지를 수신하고, 그 이미지를 디스플레이되는 모든 이미지의 제어된 빛 확산을 통해 제2의 출사면(30)에 디스플레이시킨다. 상기 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 필름과 같이 고도로 내구력이 강하고 투명한 방수 필름인 것이 좋다. 그와 같은 필름은 Mylar라는 상표로 E.I. 듀퐁 데 네뮤어즈 앤 컴퍼니(E.I. du Pont de Nemours ＆ Co.)로부터 입수할 수 있다. 상기 필름판의 두께는 1 내지 10 mils의 범위에 있으며, 이는 대략 0.001 내지 0.01 인치 또는, 25.4 내지 254 마이크론과 같다. 두께가 약 7 mils이 되는 필름은 그 위에 배치된 3차원 홀로그램에 대한 적절한 지지대로 제공된다고 알려져 왔다. 상기 필름의 두께는 일반적으로 스크린의 성능 또는 컬러 이동 성능에 영향을 미치지 않으며, 서로 다른 두께의 필름이 사용될 수 있다. 상기 3차원 홀로그램(26)의 두께는 대략 20 마이크론 이하이다.

3차원 홀로그래픽 스크린은 적어도 2개의 공급처로부터 입수할 수 있다. 폴라로이드사는 그의 DMP-128 광중합성 재료에 3차원 홀로그램을 형성하기 위해서 자사 소유의 습윤 화학 공정을 사용한다. 상기 공정은 산란성 홀로그래픽 패턴을 상기 광중합성 재료에 형성하는 과정을 포함하는데, 이 패턴은 수평 및/또는 수직 시청 각도의 범위에 걸쳐 스크린 이득에 있어서의 변화를 포함할 수 있다. 마스터 홀로그램은 광중합성 홀로그래픽 매체를 간섭광에 노출시킴으로써 제작될 수 있는데, 상기 간섭광은 기준 비임과 평면상의 패턴으로부터 반사된 비임을 포함하고 이 평면상의 패턴은 원하는 이득 변화에 상응하는 밝은 것에서 어두운 것으로의 변화를 갖는다.

본 명세서에서 설명하고 청구하고 있는 투사형 텔레비전 수상기에 사용되는 3차원 홀로그래픽 스크린에 대한 바람직한 실시예가 다음과 같은 실험 내역에 따라 폴라로이드사의 습윤 화학 공정에 의해 구성되었다.

수평의 반 시청 각도 : 38°±3°,

수직의 반 시청 각도 : 10°±1°,

스크린 이득 : ≥8,

컬러 이동 : ≤3,

여기서, 수평 및 수직의 시청 각도는 종래와 같은 방법으로 측정되고 스크린의 이득은 상기 스크린에 수직하게 측정되는 것으로서 상기 광원으로부터 시청면의 뒷면으로 향하는 광도와 상기 시청면의 정면으로부터 시청자를 향하는 광도의 지수이고 컬러의 이동은 상술한 바와 같이 측정된다. 요약한 부분에서 설명한 것과 같이 3차원 홀로그래픽 투사 스크린의 상당한 컬러 이동 성능은 완전히 예측치 못한 것이다.

도 2는 거울과 렌즈는 생략하고 컬러 이동의 성능을 설명하는 단순화된 투사형 텔레비전의 도면이다. 적색 및 청색 음극선관(14, 18)의 광축(34, 36)은 녹색 음극선관(16)의 광축에 대하여 α의 입사 각도로 대칭 배열된다. 캐비넷의 최소 깊이 D는 상기 스크린(22)과 음극선관의 뒷쪽 가장자리 사이의 거리에 의하여 정해진다. 입사각 α가 작아질수록 음극선관들은 서로 가깝게 놓여져야 한다는 사실 및/또는 상기 음극선관들에 대한 틈을 제공하기 위해서 음극선관들이 스크린으로부터 더욱 멀리 떨어져 있어야 한다는 사실이 이해될 것이다. 충분히 작은 각도 α에서 이러한 장애 사항을 피할 수는 없다. 이것은 바람직스럽지 않게도 캐비넷의 최소 깊이 D를 증가시킨다. 반대로, 각도 α가 커질수록 상기 음극선관들은 상기 스크린(22)에 더 가까워질 수 있으며, 그로 인하여 캐비넷의 최소 깊이 D가 줄어든다.

상기 스크린(22)의 시청면 상에는 2개의 수평 반 시청 각도 -β와 +β가 표시되어 있다. 동시에 총 수평 시청 각도 2β가 정해진다. 상기 반 시청 각도는 ±40°에서 ±60°의 범위에 있는 것이 전형적이다. 복수의 특정 시청 각도 θ는 각각의 반 각도 내에 있으며, 그 각도 θ에서 컬러의 이동은 전술한 수학식 1과 수학식 2에 따라 측정될 수 있고 결정될 수 있다.

대략 10°또는 11°의 입사 각도에서 알려진 장애 사항의 면을 살펴보면, 상기 3차원 홀로그래픽 스크린의 컬러 이동은 대략 2보다 작거나 같은데, 이는 0°보다 크고 대략 10°보다 작거나 같은 입사각에 대한 제1의 종속 범위에 있는 모든 입사각에 대해서 적용되는 것이고, 상기 스크린의 컬러 이동은 대략 5보다 작거나 같은데, 이는 대략 10°보다 크고 30°보다 작거나 같은 입사각에 대한 제2의 종속 범위에 있는 모든 입사각에 대해 적용되는 것이다. 제1의 종속 범위에서와 같이 대략 2보다 작거나 같은 컬러 이동은 보다 큰 입사각의 제2 종속 범위에서도 달성될 수 있다.

도 3과 관련하여, 상기 기판(24)은 전술한 Mylar와 같은 투명 필름을 포함하고 있다. 상기 광중합성 재료가 상기 필름층(24) 위에 지지되어 있고, 그 광중합성 재료로로부터 3차원 홀로그램(26)이 형성된다. 적절한 광중합성 재료로서 DMP-128을 들 수 있다.

예컨대, 상기 스크린(22)은 폴리메틸메탈아크릴레이트(PMMA)와 같은 아크릴성 재료로 된 광 전송용 보강재(38)를 추가로 포함할 수 있다. 폴리카보네이트 재료도 사용될 수 있다. 상기 보강재(38)는 현재 두께가 약 2 내지 4 mm의 범위에 있는 층이다. 상기 스크린(22)과 보강재(38)는 홀로그래픽층(26)과 보강재(38)의 상호 경계부(40)를 통해 서로 부착되어 있다. 점착성의 방사 및/또는 열적 결합 기술이 사용될 수 있다. 상기 보강용층의 표면(42)은 염색과 번쩍임 방지 코팅과 긁힘 방지 코팅 중 하나 이상의 방법에 의해 처리될 수 있다.

상기 스크린 및/또는 그 스크린을 구성하는 층들의 다양한 표면에 다른 광학 렌즈들 또는 렌티큘러 구성이 제공되는데, 이는 상기 3차원 홀로그래픽 투사 스크린의 향상된 컬러 이동 성능을 손상시키지 않으면서 종래의 투사형 스크린에 대해서 알려진 바와 같은 컬러 이동 성능 이외의 성능 특성에 영향을 주는 투사형 스크린의 양상을 제어한다. 도 4는 그와 같은 제1의 변형예를 도시하고 있으며, 여기서 적어도 2개의 홀로그램이 겹쳐지거나 쌓이게 된다. 본 실시예에 나타난 바와 같이 ±40°의 시청 영역에 걸친 수평 이득 변화를 갖는 제1의 홀로그램은 ±20°의 영역에 걸친 수직 이득 변화를 갖는 제2의 홀로그램과 겹쳐진다. 상기 이득 변화는 도면에서 음영으로 나타나 있지만 조사되지 않는 경우에 실제적인 홀로그래픽 성분들은 그들의 표면 위로 확산되는 것처럼 보인다. 수평 및 수직 이득 변화 홀로그램을 겹치게 한 결과는 중앙 집중식 홀로그램과 거의 동일하게 되지만 상기 휘도 레벨은 수평 구간과 수직 구간에 걸쳐서 다른 비율로 변화하는데, 이는 수평 구간이 수직 구간보다 실질적으로 더욱 크기 때문이다.

도 5는 상기 스크린의 중심점에서 ±40°의 수평 시청 구간에 걸쳐 측정된 스크린 휘도를 최대 백색 휘도의 백분율로 나타낸 그래프이다. 그래프상에 있는 2개의 라인은 수평으로 변화하는 홀로그램만을 사용할 때의 휘도와 겹쳐진 수평 및 수직 변화 홀로그램을 사용할 때의 휘도를 나타낸다. 겹쳐진 홀로그램을 갖는 수평 휘도 변화는 수평 홀로그램만의 성능과 거의 같거나 약간 향상된다.

다양한 성능 범위에 대한 홀로그래픽 스크린을 제작하는 데 있어서, 원하는 성능 특성을 동시에 실현시키는 스크린을 만드는 것은 어렵다. 적층의 단계는 서로 다른 요구 사항들 예컨대, 이득면에 있어서의 수직 및 수평 변화와 스크린의 화면비(높이보다는 폭)로 인한 서로 다른 필요 조건들과 하나의 축(예컨대 수직축)상에서는 오프셋이되고 다른 축상에서는 중심이 일치되어야 하는 필요성에 대한 개별적인 조정을 가능하게 한다. 이러한 구성은 선형의 또는 그 밖의 이득 변화를 갖는 2개의 겹쳐진 홀로그램에 한정되는 것이 아니라 예컨대, 색수차 또는 스크린으로의 광전송의 다른 측면들을 제어하는 부가적인 적층식 홀로그램에 적용되고 가장자리부의 휘도와 컬러 이동 성능등을 향상시키는 성분들과 겹치는 데에도 적용된다.

도 6은 수평과 수직의 이득 변화를 갖는 중앙 집중 홀로그램(26)이 선형 프레넬(29, 31)과 겹쳐져서 수평 및 수직의 시준 결과를 가져오는 것을 나타내고 있다. 이러한 실시예는 선형의 프레넬이 원형의 프레넬과 비교해 볼 때 저렴하게 돋을 새김될 수 있거나 로울러가 돌출될 수 있기 때문에 우수한 비용 관계를 갖는다. 원형의 프레넬은 종래 스크린 비용의 60％에 해당한다고 간주될 수 있다. 선형 프레넬은 원형의 프레넬 비용의 25％ 정도의 비용이 든다. 따라서 30％의 비용 감축이 가능하다{즉, (25％＋25％)＊60％＝30％}. 전술한 수평 및 회전식 홀로그램의 경우에 있어서 선형 프레넬은 수평 및/또는 수직의 시청 구간에 걸쳐서 필요한만큼 변화될 수 있으며 예컨대, 수직 및 수평 구간에 무관하게 초점 길이를 변화시킨다. 상기 2개의 겹쳐진 선형 프레넬이 상기 홀로그래픽 성분 뒤의 차례 중 어느 한 위치에 놓여질 수 있다.

Claims (18)

1. 서로 다른 컬러의 각 이미지를 위한 복수 개의 이미지 투사기(14, 16, 18)와,

   적어도 하나의 광전송 패널(38) 위의 겹쳐진 기판(24)상에 배치된 적어도 하나의 홀로그램(26)에 의해 형성되는 투사 스크린(22)을 포함하되, 상기 스크린은 제1 측면 상의 상기 투사기로부터 이미지를 수신하여 상기 이미지를 상기 디스플레이된 이미지의 제어된 광확산에 따라 제2 측면 상에 상기 이미지를 디스플레이하며,

   상기 투사기(14, 16, 18)중 적어도 하나는 적어도 소정의 입사각을 정의하는, 상기 스크린에 직교하는 경로에 수렴하는 광경로를 따라 지향되며,

   상기 스크린은 시야에 걸쳐 수직 및 수평적으로 변화하는 광학 특성을 갖는 간섭 어레이를 형성하여 0°보다 크고 대략 30°이하의 범위에서 상기 모든 입사각에 대하여 대략 5 이하의 컬러 이동값을 가지며, 컬러 이동값은 하기의 수학식

   중 적어도 하나의 수학식으로부터 얻어지는 최대값에 의해 결정되는

   ㅡ여기서, θ는 수평 시청 각도 범위 내에 있는 임의의 각도이고, C(θ)는 θ각도에서의 컬러 이동값이고, red(θ)는 θ각도에서의 적색 휘도 레벨이고, blue(θ)는 θ각도에서의 청색 휘도 레벨이며, green(θ)는 B각도에서의 녹색 휘도 레벨임ㅡ

   것을 특징으로 하는 것인 투사형 텔레비전.
2. 제1항에 있어서, 상기 스크린(22)은 서로 간에 적층된 적어도 2개의 홀로그램을 포함하며, 상기 홀로그램은 상기 시야에 걸쳐 광학 특성에서의 독립적인 변동값을 갖는 것인 투사형 텔레비전.
3. 제2항에 있어서, 상기 적어도 2개의 홀로그램은 각각의 수평 및 수직 범위레 걸쳐서 이득 변동을 갖는 것인 투사형 텔레비전.
4. 제1항에 있어서, 상기 투사 스크린(22)은 상기 적어도 하나의 홀로그램 상에 겹쳐진 적어도 하나의 프레넬 소자(29, 31)를 포함하는 것인 투사형 텔레비전.
5. 제4항에 있어서, 홀로그램의 배면에 적층된 적어도 2개의 프레넬 소자(29, 31)를 포함하며, 상기 적어도 2개의 프레넬 소자는 겹쳐짐인하여 독립적인 시준 효과를 갖는 것인 투사형 텔레비전.
6. 제4항에 있어서, 상기 적어도 2개의 프레넬 소자(29, 31)는 시야의 각각의 수직 및 수평 범위에 걸쳐서 변화하는 광학 특성을 갖는 것인 투사형 텔레비전.
7. 제6항에 있어서, 상기 적어도 2개의 프레넬 소자(29, 31)는 시야의 각각의 수직 및 수평 범위에 걸쳐서 변화하는 초점 길이를 갖는 것인 투사형 텔레비전.
8. 제1항에 있어서, 상기 스크린의 컬러 이동은 모든 입사각에 대해서는 대략 2이하인 것인 투사형 텔레비전.
9. 제1항에 있어서, 상기 스크린의 컬러 이동은 0°보다 크고 대략 10°이하인 입사각의 제1 종속 범위에서 상기 모든 입사각에 대해서는 대략 2이하이며,

   상기 스크린의 컬러 이동은 10°보다 크고 대략 30°이하인 입사각의 제2 종속 범위에서 상기 모든 입사각에 대해서는 대략 5이하인 것인 투사형 텔레비전.
10. 제1항에 있어서, 상기 스크린(22)은 광전송용 보강 부재(38)를 더 포함하는 것인 투사형 텔레비전.
11. 제10항에 있어서, 상기 광전송용 보강 부재(38)는 아크릴 수지를 포함하는 것인 투사형 텔레비전.
12. 제1항에 있어서, 상기 기판(24)은 투명한 방수막을 포함하는 것인 투사형 텔레비전.
13. 제1항에 있어서, 상기 기판(24)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 포함하는 것인 투사형 텔레비전.
14. 제12항에 있어서, 상기 기판(24)은 대략 1 내지 10 mils의 범위에 있는 두께의 막을 포함하는 것인 투사형 텔레비전.
15. 제1항에 있어서, 적어도 상기 하나의 홀로그램(26)은 상기 기판(24) 위에 배치된 광중합 재료를 포함하는 것인 투사형 텔레비전.
16. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 홀로그램은 상기 기판(24) 상에 광중합 재료가 적어도 2개 적층된 층을 포함하며, 상기 층은 함께 3 차원 홀로그램을 형성하는 것인 투사형 텔레비전.
17. 제1항에 있어서, 상기 이미지 투사기와 상기 스크린 사이에 거울(20)을 더 포함하는 것인 투사형 텔레비전.
18. 제1항에 있어서, 상기 3차원 홀로그램(26)은 다음과 같은 성능 특성 내역

    수평 반시청 각도 : 38°±3°

    수직 반시청 각도 : 10°±1°

    스크린 이득 : ≥8

    컬러 이동 : ≤3

    을 갖는 것인 투사형 텔레비전.