KR20020001867A - 중합체 필름 광학 소자를 구비한 투영 시스템 - Google Patents

Abstract

약 400∼700 nm에서의 반사율이 적어도 96 %인 다층의 중합체 재료로 만든 정반사 광학 소자를 포함하는 전자 투영 시스템과, 투영 디스플레이 장치의 광학 트레인 내에 다층 중합체 필름으로 구성되는 적어도 한 개의 스페큘러 거울 소자를 통합하는 단계를 포함하는 투영 디스플레이 장치 내에서 투영된 이미지의 광학 품질을 상승시키는 방법이 제공된다. 상기 다층의 중합체 반사 필름을 이용함으로써, 스페큘러 거울 소자로부터 반사시에 색변이가 감소되고 색역이 향상된다.

Description

중합체 필름 광학 소자를 구비한 투영 시스템{PROJECTION SYSTEM WITH POLYMERIC FILM OPTICAL COMPONENTS}

전자 투영 시스템에 있어서, 이미지는 스크린 구성 요소의 이미지 표면에 투영된다. 종래의 전자 투영 시스템에 있어서의 광학 트레인(optical train)은, 예컨대 거울, 빔 분할기, 편광자 등을 비롯한 여러 개의 광학 소자를 이용하였다. 광학 트레인 설계시, 디스플레이될 이미지 중의 상기 각 소자의 영향을 고려하여야 한다. 디스플레이할 이미지가 광학 트레인에서 광학 소자와 충돌할 때마다, 원래의 광학 신호의 보전은 손상될 수도 있다. 예컨대, 입사하는 이미지 신호의 빛의 일부 파장이 거울의 반사면에 의하여 흡수될 때, 스페큘러 거울 표면에서의 반사는 색변이의 원인이 될 수 있다. 이러한 색변이는 시청자가 보는 스크린으로 투영되는 이미지의 품질을 떨어트린다.

전자 투영 시스템에서 사용되는 정반사 광학 소자는 제2 표면에 "은을 입힌" 거울이라고 부르는 금속 피복된 유리판이다. 상기 금속 피복된 거울은 통상 은 또는 기타 고반사율 금속 등의 금속층이 배면에 피복된 유리판이다. 금속 피복된 거울은 입사 가시광의 광범위의 파장을 반사하지만, 스펙트럼의 청색단[약 400∼450 nm]과 적색단[약 600∼700 nm]에서의 파장 반사율은 스펙트럼의 녹색단[약 450∼600 nm]의 파장 반사율보다 높지 않다. 반사율에 있어서 이러한 편차는 금속면으로부터 반사된 빛에서 색변이의 원인이 되고, 전자 투영 시스템의 투영된 이미지에 있어서 색상 결함의 원인이 된다. 이러한 편차는 광학 트레인 증가시 반사 광학 소자의 수에 따라 더욱 분명해지고, 투영된 이미지 중의 대응하는 색상에 결함을 일으킨다.

본 발명은 정반사(正反射) 광학 소자를 구비한 전자 투영 시스템에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 다층 중합체 재료로 구성된 정반사 광학 소자를 구비한 전방(前方) 스크린 또는 후방(後方) 스크린 전자 투영 시스템에 관한 것이다. 종래의 정반사 소자와 비교할 때, 다층 중합체 필름의 넓은 파장 범위에 걸친 고반사율은 휘도를 증가시키고, 색역(色域)을 향상시키고, 명암을 증가시키고, 색변이(color shift)를 감소시키며 전력 소비를 감소시킴으로써 투영 시스템의 광학 성능을 향상시킨다.

도 1은 종래의 "싱글 바운스(single bounce)" 후방 투영 디스플레이 시스템의 개략도이고,

도 2는 종래의 "더블 바운스(double bounce)" 후방 투영 디스플레이 시스템의 개략도이며,

도 3은 범위 약 400∼700 nm, 5 %의 입사각에서 표준 유리 거울과 다층 중합체 거울[미국 특허 제5,882,774호와 WO 제97 01774호]의 반사율을 비교하는 도표.

한 가지 특징적인 관점에 있어서, 본 발명은 미국 특허 제5,882,774호와 WO 제97 01774호에 기재되어 있는 다층의 중합체 재료로 이루어진 정반사 광학 소자를 포함하는 전자 투영 시스템을 제공한다. 종래의 금속 피복된 거울에 비하여, 상기 특허 `744호와 상기 공보 `744호에 기재되어 있는 다층 중합체 반사 소자로 이루어진 광학 소자는 전체 가시 스펙트럼인 약 400∼700 nm에 걸쳐 반사율이 더 높고 균일하다. 이러한 광범위의 반사율은 임의의 광학 트레인에서도 장점으로 이용될 수 있지만, 전자 투영 디스플레이 시스템에 있어서 특별한 장점을 제공한다. 투영 디스플레이 시스템의 광학 트레인에서 종래의 광학 소자가 상기 특허 `744호에 기재되어 있는 다층의 중합체 재료로 이루어진 광학 소자로 대체되는 경우, 이 소자로부터 반사된 빛은 가시 스텍트럼의 전체 영역에 걸쳐 색변이가 감소된다[색상 균일성이 증가한다]. 이와 같이 감소된 색변이는 휘도가 증가되고 색역이 향상되며 명암이 증가된 투영 이미지를 제공한다.

종래 투영 시스템의 광학 엔진 중의 광학 소자는 스펙트럼의 청색단을 흡수하므로, 청색 영역 내의 향상된 반사율은 투영 디스플레이 적용에 있어서 특히 중요하다. 그러므로, 제2의 특징적인 관점에 있어서, 본 발명은 투영 디스플레이 장치에서 투영 이미지의 광학 품질을 상승시키는 방법이다. 본 발명은 장치의 광학 트레인에 있어서 정반사 광학 소자의 반사에 의해 야기되는 색변이를 감소시켜 투영 디스플레이 장치에서의 투영 이미지의 광학 품질을 상승시키는 방법이다. 상기 광학 품질은 상기 장치의 광학 트레인 내에 적어도 한 개의 스페큘러 거울을 통합함으로써 상승되는데, 상기 스페큘러 거울 소자는 약 400∼700 nm의 파장에서 반사율이 적어도 96 %인 다층 광학 필름으로 구성된다.

상기 스펙트럼의 청색단과 적색단 내에서 본 발명의 정반사 광학 소자에 의하여 발생되는 반사율 향상과 색변이의 감소는 투영 디스플레이 장치에 있어서 투영된 이미지의 색역을 향상시키는 방법도 역시 제공한다. 상기 장치의 광학 트레인에 있어서 정반사 광학 소자의 표면으로부터 더 많은 청색광과 적색광이 반사될 경우, 투영된 이미지 내에 더 풍부하고 더 다양한 색상 팔레트가 생성되고 스크린상에서 시청자에게 투영될 수 있다.

도 1에 도시되어 있는 종래의 "싱글 바운스" 후방 투영 시스템(10)은 광원(12)과, 적어도 한 개의 스페큘러 거울(14) 및 스크린(16)으로 구성된다. 광원(12)에서 생성된 이미지는 스크린(16)을 통해 관찰자(18)에게 보여진다. 도 2는 종래의 "더블 바운스" 후방 투영 시스템(20)을 나타낸다. 더블 바운스 후방 투영 시스템(20)은 광원(12)과, 제1 스페큘러 거울(24)과, 제2 스페큘러 거울(25) 및 스크린(26)으로 구성된다. 광원(22)에서 생성된 이미지는 제1 거울(24)의 표면에서 먼저 반사되고 다시 제2 거울(25)의 표면에서 반사된다. 2회 반사된 이미지는 스크린(26)을 통해 관찰자(28)에게 보여진다. 종래의 투영 시스템은 금속 피복된 거울을 이용하여 광학 트레인(10, 20)에서 반사적 기능을 수행한다.

싱글 바운스 시스템(10)에서 종래의 금속 피복된 스페큘러 거울(14)과 더블 바운스 시스템(20)의 금속 피복된 스페큘러 거울(24, 25)은 미국 특허 제5,882,774호와 WO 제97 01774호에 기재되어 있는 다층 필름의 독립층(free standing layers)으로 대체될 수 있으며, 상기 문헌들은 모두 참조로 본 명세서에 포함되어 있고, 본 발명의 발명자들은 상기 시스템(10, 20)의 광학 성능에 대하여 기대하지 않았던 다수의 향상을 확인하였다.

도 3은 입사각 5°에서, 은을 입힌 종래의 유리 거울의 정반사율[곡선(100)]과 미국 특허 제5,882,774호와 WO 제97 01774호의 다층 중합체 필름의 정반사율[곡선(101)]의 향상을 도시하고 있다. 도 3의 도표는 다층 중합체 필름의 반사율이 전체 가시 스펙트럼[약 400∼700 nm]에 걸쳐 96 % 이상이라는 것과, 다수의 파장에 대하여 거의 100 %에 매우 근접하다는 것을 나타낸다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 다층 중합체 필름의 반사율은 파장 400∼700 nm에 걸쳐 적어도 96 %이고, 양호하게는 98 %이며, 적어도 99 %인 것이 가장 좋다. 도 3에 따르면, 400∼700 nm의 가시 스펙트럼에 걸쳐 다층 중합체 필름의 평균 투과율은 종래 거울이 약 91 %인 것에 비해, 약 99.4 %이였다.

또한, 도 3은 미국 특허 `774호와 WO `744호의 다층 중합체 필름의 반사율이 스펙트럼의 청색단[약 400∼450 nm]과 적색단[약 550∼700 nm]에서 매우 높다는 것도 나타내고 있다. 표 1은 도 1의 싱글 바운스 시스템에 대하여 상이한 스펙트럼 범위로 측정한 반사율을 나타낸다.

	400∼450 nm	450∼550 nm	550∼700 nm
% 증가	11.2	6.1	9.4

표 2는 도 2의 더블 바운스 시스템에 대하여 상이한 스펙트럼 범위로 측정한 반사율을 나타내고 있다.

	400∼450 nm	450∼550 nm	550∼700 nm
% 증가	23.6	12.6	19.7

도 3은 가시 스펙트럼의 전체 파장에서, 특히 약 400∼450 nm의 청색단과 약 550∼700 nm의 적색단에서 미국 특허 `744호와 WO `744호의 다층 중합체 필름 반사율이 더 높다는 것을 나타내고 있다. 후방 투영 시스템의 광학 엔진[도 1의 광원(12)과 도 2의 광원(22)]에 있어서 대부분의 광학 소자가 빛의 청색단 파장 일부를 흡수하기 때문에 청색에서 향상된 반사율은 매우 중요하다. 스펙트럼의 청색단 및/또는 적색단에서 향상된 반사율은, 휘도가 증가되고 색역이 향상되며 명암이 증가한 투영 이미지를 제공한다.

미국 특허 `744호와 WO `744호의 다층 중합체 필름도 역시 종래의 금속 피복된 거울보다 색변이가 나타나는 정도가 적으며, 이는 원래의 광학 신호의 보전이 반사시에 필름 표면으로부터 사실상 보호된다는 것을 나타내는 것이다. 도 3은 도 1의 싱글 바운스 후방 투영 시스템과 도 2의 더블 바운스 후방 투영 시스템의 표준 광원(D)에 대한 색변이를 나타내고 있다.

	싱글 바운스(도 1)	더블 바운스(도 2)
	Δx	Δy	Δx	Δy
US '744호와 WO `744호의 중합체 필름	0.001	0.002	0.002	0.003
유리 금속 피복된 거울	0	0.004	0	0.007

명백히 상기 중합체 필름 재료는 특히 도 2의 더블 바운스 시스템에서 색변이가 매우 낮다.

US `744호와 WO `744호의 중합체 광학 필름에 의하여 나타난 상기 광범위의반사율은 어떤 광학 트레인에서도 유리하게 이용될 수 있으며, 상기 중합체 광학 필름은 전자 투영 디스플레이 시스템에서 특별한 장점을 제공한다. 투영 디스플레이 시스템의 광학 트레인에 있어서 종래의 광학 소자를 상기 특허 '744호에 기재되어 있는 다층의 중합체 필름으로 이루어진 광학 소자로 대체하며, 이들 소자로부터 반사되어 관찰자에게 투영되는 빛인, 감소된 색변이는 가시 스펙트럼의 전체 단에서 색상 균일도가 더 큰 이미지를 생성한다. 이 색변이는 휘도가 증가되고 색역이 향상되며, 명암이 증가된 투영 이미지를 제공한다.

후방 투영 디스플레이 시스템이 본 발명에서 예시되어 있으나, 이상의 장점들은 전방 투영 디스플레이 시스템에 적용할 때도 기대된다는 것을 이해하여야 한다.

다층의 중합체 필름은 미국 특허 제5,882,774호와 W0 제97 01774호에 기재되어 있는 방법에 따라 제조될 수 있다. 상기 필름은 통상 전체적으로 연신되며, 경질의 틀에 부착되어 광학 시스템에서 사용 가능한 스페큘러 거울 소자를 제공한다. 상기 틀에 부착된 중합체 거울 소자는 종래의 금속 피복된 거울보다 상당히 가볍고, 자체의 비금속 특성은 실제로 깨어지지 않고, 긁힘에 강하며 유리 거울보다 내습성이 크다.

본 발명은 이상에서 전술한 특정의 실시 형태에 한정되는 것으로 간주되지 않아야 하며, 첨부되는 청구 범위에서 충분히 설명되는 본 발명의 모든 특징을 포함한다고 이해해야 한다. 여러 가지 변형, 등가의 공정 및 본 발명이 적용될 수 있는 다수의 구조물은 본 명세서의 검토시 본 발명이 속하는 분야의 숙련자들에게 매우 자명하게 될 것이다. 청구 범위는 상기 변형 실시예와 장치를 보호하려는 것이다.

Claims (3)

1. 약 400∼700 nm에서의 반사율이 적어도 96 %인 다층의 광학 필름으로 이루어진 적어도 한 개의 광학 소자를 포함하는 투영 디스플레이 장치.
2. 투영 디스플레이 장치의 광학 트레인 내에 약 400∼700 nm에서의 반사율이 적어도 96 %인 다층의 광학 필름으로 구성되는 적어도 한 개의 스페큘러 거울 소자를 통합하는 단계를 포함하는 투영 디스플레이 장치 내에서 투영된 이미지의 광학 품질을 상승시키는 방법.
3. 투영 디스플레이 장치의 광학 트레인 내의 정반사 광학 소자로부터의 반사에 의하여 발생되는 색변이를 감소시키는 단계를 포함하는 투영 디스플레이 장치 내에서 투영된 이미지의 색역을 향상시키는 방법.