KR20010102629A - 프로젝션 스크린 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로젝션 스크린에 관한 것으로서, 기판의 일측면에 디퓨져가 형성된 입사면; 및 상기 기판의 타측면에 그레인(Grain)이 형성된 출사면을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기와 같은 본 발명에 의하면, 첫째, 스크린의 표면 구조가 원통형이 아닌 타원체 혹은 비 구면체 알갱이로 구성되어 타원체 혹은 비 구면체 알갱이의 장변 길이와 단변 길이의 비율로써 수직 및 수평 시야각을 자유로이 조절할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 타원체 혹은 비 구면체 알갱이의 크기가 스크린의 피치(Pitch)를 결정하게 되므로 타원체 혹은 비 구면체 알갱이의 크기를 작게 하면 원하는 파인(Fine Pitch)를 구현할 수 있다.

셋째, 금형을 사용하지 않고 스크린을 제작할 수 있어 제조 공정이 간단해지는 효과가 있다.

Description

프로젝션 스크린 {Projection screen}

본 발명은 프로젝션 스크린에 관한 것으로서, 특히 후면 투사 방식 스크린(Rear Projection Display Screen)에 있어서 타원체 혹은 비 구면체그레인(Grain)을 이용하여 수직 및 수평 시야각을 자유로이 조절할 수 있도록 한 프로젝션 스크린에 관한 것이다.

최근 들어 디스플레이 장치는 경량화, 경박화 뿐만 아니라 대화면으로 되어 가는 추세에 있다. 특히 대 화면 디스플레이 장치는 디스플레이 분야에 있어서 중요한 사안으로 떠오르고 있으며, 현재까지 이러한 대화면 디스플레이 장치로 개발된 것 중에는 프로젝션(Projection) TV가 있다.

이와 같은 대화면 디스플레이 장치인 프로젝션 TV는 CRT(Color Ray Tube) 프로젝션 TV와 LCD(Liquid Crystal Display) TV 두 가지 형태로 나뉠 수 있다. 상기와 같은 프로젝션 TV는 영상 정보를 표시하는 표시 소자에 따라 구분되며, 관찰자가 영상 정보를 받아들이는 스크린 면은 거의 비슷한 구조를 하고 있다.

종래의 프로젝션 TV의 구조는 입사되는 광의 집속을 위한 프레즈넬 렌즈(Fresnel Lens), 렌티큘러 렌즈(Lenticular Lens) 및 필터(Filter) 세 가지로 구성된다

도 1a 내지 1c 및 2a 내지 2c는 상기 종래 프로젝션 스크린 구조 중 렌티큘러 스크린의 형상을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 1a 내지 1c 및 도 2a 내지 2c에서 보는 바와 같이 렌티큘러 스크린은 표면이 원통 모양의 형상(101,102,201)을 가지고 있으며, 원통형과 원통형 모양 사이에는 외광으로부터의 반사를 막기 위해 블랙 메트릭스(Black Matrix)(104,203)가 형성되어져 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 렌티큘러 스크린의 원통 모양은 금형을 이용하여제작을 해야 하기 때문에 제조 공정이 복잡해지고, 스크린의 표면 모양의 정밀도는 금형의 정밀도에 의존하므로 도 3에서와 같이 원통형 표면의 골 부분(301,302)이 정밀하지 않으며, 또한 아주 작은 원통형 패턴을 구현하기 어렵다는 문제점이 있다.

또한, 시야각에 있어서도 수평 방향 시야각은 원통 모양(101,102,201)을 가짐으로써 가능하지만, 수직 방향 시야각의 확보는 랜덤(Random)한 디퓨져(Diffuser) (103,202)를 이용하여 확보하고 있다고는 하지만, 수직 방향 시야각은 수평 방향 시야각에 비하여 아주 작으며, 수직 방향의 시야각을 원하는 대로 조정하기가 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 후면 투사 방식 스크린(Rear Projection Display Screen)에 있어서 타원체 혹은 비 구면체 그레인(Grain)을 이용하여 수직 및 수평 시야각을 자유로이 조절할 수 있도록하고, 제조 공정을 단순화 한 프로젝션 스크린을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1a 내지 1c 종래 프로젝션 스크린 구조 중 렌티큘러 스크린의 형상을 개략적으로 보여주는 도면.

도 2a 내지 2c는 종래의 프로젝션 스크린 구조중 다른 렌티큘러 스크린의 형상을 개략적으로 보여주는 도면.

도 3은 종래의 렌티큘러 스크린의 구조에 있어서 골의 형상을 확대하여 보여주는 도면.

도 4는 본 발명의 프로젝션 스크린의 구조를 개략적으로 보여주는 도면.

도 5a 내지 5b는 본 발명의 그레인(Grain) 타입(Type) 프로젝션 디스플레이 스크린의 구조를 출사측에서 본 평면도.

도 6, 도 7a 내지 7c는 본 발명의 프로젝션 스크린의 수직 방향 굴절률을 계산하기 위한 도면.

도 8은 굴절각과 비례상수와의 관계를 계산하여 타원체의 Aspect Ratio와 평행광의 위치에 따른 굴절각의 관계를 표시한 도면.

도 9는 구의 시야각()이 40인 경우 Aspect Ratio에 따른 시야각 분포를 보여주는 도면.

도 10a 내지 10b는 포물선, 원, 타원과 입사각의 크기와의 관계를 설명하기위한 도면.

도 11은 본 발명의 프로젝션 스크린을 제조하기 위한 기판의 형상을 보여주는 도면.

도 12a 내지 12e는 본 발명의 프로젝션 스크린의 제조 공정의 제 1 실시예를 보여주는 도면.

도 13a 내지 13d는 본 발명의 프로젝션 스크린의 제조 공정의 제 2 실시예를 보여주는 도면.

도 14a 내지 14b는 프로젝션 스크린의 제조 공정의 제 2 실시예에 사용되는 포토 마스크의 형상을 보여주는 도면.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

101,102,201 ... 원통모양의 형상 103,202,404,1206,1306 ... 디퓨져

104,203,402,1205,1305 ... 블랙 메트릭스

301,302 ... 원통형 표면의 골 401,502,1101,1201,1301 ... 기판

403,501,1203,1303 ... 그레인 1102,1202,1302 ... 홈

1204 ... 블랙 코팅

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 프로젝션 스크린은,

기판의 일측면에 디퓨져가 형성된 입사면; 및

상기 기판의 타측면에 그레인(Grain)이 형성된 출사면을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 그레인은 타원형 또는 비 구면체 알갱이인 것을 특징으로 한다.

더 바람직하게는, 상기 디퓨져는 요철이 있는 것을 특징으로 한다.

도 4는 본 발명의 프로젝션 스크린의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 4를 참조하면 본 발명의 프로젝션 스크린의 구조는, 기판(401) 윗쪽면에 타원형 또는 비 구면체 그레인(알갱이)(403)을 형성시키고, 상기 그레인(403) 사이에는 블랙 메트릭스(402)를 형성하고, 기판(401)의 아래쪽 면에는 요철이 있는 디퓨져(404)를 형성시킨 구조로 되어 있다.

도 5a 내지 5b는 본 발명의 그레인(Grain) 타입(Type) 프로젝션 디스플레이 스크린의 구조를 출사측에서 본 평면도이다.

도 5a 내지 5b를 참조하면, 본 발명의 프로젝션 스크린은 기판(502) 및 기판에 형성된 타원체 그레인(501)으로 구성되어 있다.

도 6을 참조하여 상기 타원체 그레인(501)에 대해 보다 상세히 설명하면, 타원체 그레인은 a, b, c의 장변과 단변을 갖는데 상기 a, b, c 값을 조절하여 쉽게 수평 및 수직각을 조절할 수 있게 되는 것이다.

이하 본 발명의 프로젝션 스크린의 구조적 특징을 수식을 이용하여 설명하기로 한다.

여기서 수식 전개를 간단히 하기 위해 몇 가지 가정을 하도록 한다.

첫째, 타원체는 굴절률이 1.5이며, 타원체 밖의 공간은 자유 공간으로 한다.

둘째, 도 6에서 두 개의 단변 a, b는 같다.

셋째, 타원체에서의 외부 및 내부 반사는 무시한다.

넷째, 타원체에 입사되는 빛은 평행광으로 수직 방향의 평행광은 y-z 평면에 평행하며, 수평 방향의 평행광은 x-y 평면에 평행하게 입사된다.

다섯째, 타원체에 입사되는 모든 평행광은 근축 광선으로 가정한다.

상기와 같은 가정을 가지고 수평 방향의 광선들을 살펴보면, 모드 수평 방향의 광원들은 도 7b와 같이 기존의 렌티큘러 스크린과 같은 원통형 또는 원형 표면을 지나게 된다. 그리고 수직 방향의 광원들은 기존의 렌티큘러 스크린에서는 단순한 평면을 지나므로 수직 방향으로는 굴절 현상이 일어나지 않는 반면, 본 발명의 프로젝션 스크린은 도 7a와 같이 일반 평면이 아닌 타원체 혹은 원형의 표면을 지나게 된다. 그러므로 아래의 수식 전개에서는 수직 방향으로의 굴절에 대해서만 계산하기로 한다.

먼저, 수직 방향의 광선들이 지나는 면이 타원이고, 그 타원의 장축이 c, 단축이 a인 타원체로 가정한다. 위의 타원의 방정식은 다음 수학식 1과 같이 표현된다.

상기 수학식에서(는 비례상수)라 가정하면 상기 수학식 1의 타원 방정식은 다음 수학식 2와 같이 원의 방정식으로 표현된다.

또한 도 7c에 도시한 것과 같이 원에 평행광이 입사되었을 때, 그 평행광의 굴절각은 다음 수학식 3과 같이 표현된다.

또한, 상기 수학식 3의 굴절각의 표현식을 다시 정리하면 다음 수학식 4와 같이 평행광의 높이에 따른 굴절각의 식으로 변환할 수 있다.

도 8은 상기 수학식 4에서 굴절각과 비례상수와의 관계를 계산하여 타원체의 Aspect Ratio와 평행광의 위치에 따른 굴절각의 관계를 표시한 도면이다.

도 8을 참조하면, Aspect Ratio를 조절함으로써 수직 방향의 시야각을 확보할 수 있다는 것을 알 수가 있다.

도 9는 구의 시야각()이 40인 경우 Aspect Ratio에 따른 시야각 분포를 보여주는 도면이다.

보다 상세히 설명하면 원형의 모양을 가진 표면을 평행광이 지나갈 때 시야각 ()은 약 ±40°이므로, 그와 같은 조건으로 타원의 표면을 지나는 평행광의 시야각()을 타원의 Aspect Ratio(타원의 장변/타원의 단변)에 따라 계산하여 도8에 도시하였는데, 도 9에서 보는 바와 같이 Aspect Ratio가 2.0인 경우 수직 방향의 시야각()은 ±15.8°가 됨을 알 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 프로젝션 스크린 구조에서는 종래의 스크린과 달리 수직 방향의 시야각을 확보할 수 있으며 타원의 Aspect Ratio를 조절하여 수직 방향의 시야각을 조절 할 수 있다.

도 10a 내지 10b는 포물선, 원, 타원과 입사각의 크기와의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 10a 내지 10b에서 보는 바와 같이 평행광이 입사하는 경우 입사각이 크면 클수록 굴절각이 커지므로 표면의 모양에 따라 굴절각이 달라지는 것을 이용하여 포물면체나 기타 입사각이 커지는 표면의 구조를 가질 수도 있다.

이하 상기와 같은 그레인 타입 프로젝션 스크린을 제조하기 위한 공정에 대해 설명하기로 한다.

도 11은 본 발명의 프로젝션 스크린을 제조하기 위한 기판의 형상을 보여주는 도면이다.

도 11을 참조하면, 기판(1101)위에 타원체 알갱이(미도시)가 위치할 홈(1102)을 만들어 주는데 상기 홈(1102)에 타원체 알갱이를 위치시킨 후 적당한 열과 압력에 의해 성형을 한 후에 블랙 메트릭스(미도시)와 디퓨져(미도시)를 형성시켜 주게 된다.

이때 타원체 알갱이의 크기에 맞게 기판(1101)을 Rubbing 공정을 이용하여 적당한 폭(1102-1)과 깊이(1102-2)로 홈을 만들게 되는 것이다.

도 12a 내지 12e는 본 발명의 프로젝션 스크린의 제조 과정의 제 1 실시예를 보여주는 도면이다.

이하 도 12a 내지 12e를 참조하여 본 발명의 프로젝션 스크린의 제조 공정의 제 1실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저 도 12a와 같이 PMMA(Polymethyl methacryate)이나 기타 투명한 기판(1201)에 Rubbing 공정이나 포토 리소그라피(Photolithography) 같은 공정을 이용하여 타원체 혹은 비 구면체의 알갱이가 위치할 홈(1202)을 형성한 후에 타원체 알갱이(1203)를 위치시키고, 적당한 열과 압력을 이용하여 성형을 하게 되면, 도 12b와 같이 홈(1202)에 만곡부가 생겨 타원체 알갱이(1203)의 둥근 표면과 밀착하게 된다.

이후 도 12c와 같이 기판(1201), 타원체 알갱이(1203) 및 홈(1202) 위에 광 반응을 할 수 있는 블랙 코팅(Black Coating)(1204)을 하고, 빛을 이용하여 도 12d와 같이 블랙 매트릭스(1205)를 형성시킨다.

최종적으로 상기 도 12e와 같이 디퓨져 층(1206)을 타원체 알갱이(1203)가 있는 배면에 형성시킨다.

도 13a 내지 13d는 본 발명의 프로젝션 스크린의 제조공정의 제 2 실시예를 보여주는 도면이다.

이하 도 13a 내지 13d를 참조하여 본 발명의 프로젝션 스크린의 제조 공정의 제 2 실시예를 설명하기로 한다.

본 발명의 프로젝션 스크린 제조공정의 제 2실시예는 포토 마스크(PhotoMask)를 이용하는 것으로, 도 14a 내지 14b와 같은 포토 마스크(Photo Mask)를 사용하게 된다.

도 14a 내지 14b와 같은 포토 마스크의 형태는 그레인 및 외광 반사의 정도에 의해 조절되고 결정된다.

도 13a 내지 13d는 도 14a의 포토 마스크를 이용하여 본 발명의 프로젝션 스크린 제조 과정을 보여주는 도면이다.

먼저, 도 13a와 같이 포토 마스크를 이용하여 기판 위에 타원체 알갱이(1303)가 위치할 홈(1302)과 블랙 매트릭스(1305)를 형성한다. 이후 도 13b와 같이 타원체 알갱이(1303)를 기판(1301)에 형성된 홈(1302)에 위치시킨 후, 적당한 열과 압력을 이용하여 도 13c와 같이 성형을 한다.

마지막으로 도 13d와 같이 타원체 알갱이(1303)가 형성된 배면에 빛을 산란 시킬 수 있는 디퓨져(1306)를 형성하여 본 발명의 프로젝션 스크린을 완성한다.

즉, 본 발명의 프로젝션 스크린 제조 방법의 제 2실시예는 제 1실시예와 비교하여 포토 마스크를 이용하여 타원체 알갱이가 위치할 홈과 블랙 매트릭스를 동시에 형성해 주는 것에 특징이 있다.

상기에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면,

첫째, 스크린의 표면 구조가 원통형이 아닌 타원체 혹은 비 구면체 알갱이로 구성되어 타원체 혹은 비 구면체 알갱이의 장변 길이와 단변 길이의 비율로써 수직 및 수평 시야각을 자유로이 조절할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 타원체 혹은 비 구면체 알갱이의 크기가 스크린의 피치(Pitch)를 결정하게 되므로 타원체 혹은 비 구면체 알갱이의 크기를 작게 하면 원하는 파인 피치(Fine Pitch)를 구현할 수 있다.

셋째, 금형을 사용하지 않고 스크린을 제작할 수 있어 제조 공정이 간단해지는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 기판의 일측면에 디퓨져가 형성된 입사면; 및

   상기 기판의 타측면에 그레인(Grain)이 형성된 출사면을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 스크린.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 디퓨져는 요철이 있는 것을 특징으로 하는 프로젝션 스크린.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 그레인은 타원형 또는 비 구면체 알갱이인 것을 특징으로 하는 프로젝션 스크린
4. 제 1항에 있어서,

   상기 기판은 빛 확산을 위한 비드를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 스크린.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 출사면에는 선택적으로 블랙 매트릭스가 형성된 것을 특징으로 하는 프로젝션 스크린.