KR20030051851A - 컬러 변화가 감소된 광학 시스템 - Google Patents

컬러 변화가 감소된 광학 시스템 Download PDF

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KR20030051851A
KR20030051851A KR10-2003-7006774A KR20037006774A KR20030051851A KR 20030051851 A KR20030051851 A KR 20030051851A KR 20037006774 A KR20037006774 A KR 20037006774A KR 20030051851 A KR20030051851 A KR 20030051851A
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color
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light
polarization state
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KR10-2003-7006774A
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피펠앤드류제이.
모쉬레프자데흐로버트에스.
보이드게리티.
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
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Abstract

본 발명에 따르면, 개선된 컬러 변화 특성을 갖는 광학 시스템이 제공된다. 바람직하게는 시스템은 별도의 제1 및 제2 편광 상태로 광을 제공하는 광원과 비드형 스크린을 포함하는 후방 투사 디스플레이를 포함한다.

Description

컬러 변화가 감소된 광학 시스템{OPTICAL SYSTEM WITH REDUCED COLOR SHIFT}
도1은 종래의 후방 투사 시스템(10)을 도시하고 있다. 전형적인 후방 투사 시스템은 광학 투사 장치(즉, 투사기, 12)와 스크린(14)을 포함한다.
투사기(12)에는 많은 상이한 기술들이 사용될 수 있다. 액정 장치 또는 LCD들이 광학 시스템에 사용되는 일예이다. LCD계 투사기에 의한 광학 시스템은 밝은(예컨대 1000 내지 2500 루멘스) 고해상도 성능을 제공할 수 있다.
후방 투사 스크린은 스크린의 후방 상에 투사된 이미지를 관측 공간으로 투과한다. 후방 투사 스크린(14)은 투사기(12)의 이미지 표면에 배치된 비교적 얇은 관측층을 갖는 시트형 광학 장치일 수 있다. 국제특허출원 제99/064927호, 국제특허출원 제99/13378호 및 유럽특허 제783 133호에 후방 투사 디스플레이의 예들이 개시되어 있다.
후방 투사 광학 시스템은 전형적으로 프레넬 렌즈 및/또는 수정체형 렌즈 또는 시트를 포함한다. 이러한 시스템의 예들이 미국특허 제3,712,707호, 제3,832,032호, 제4,379,617호, 제4,418,986호, 제4,468,092호 및 제4,509,823호에개시되어 있다.
또한 전방 투사 시스템도 공지되어 있다. 이들은 표면(회의실의 벽 또는 스크린) 상에 이미지를 투사하도록 설계된 투사기를 포함한다. 오버헤드 프로젝터는 전방 투사 시스템의 일예이다. 후방 투사 스크린은 전방 투사 스크린보다 다양한 잇점을 제공한다. 일반적으로, 후방 투사 스크린은 후방 투사 스크린 시스템에 의해 바람직한 대비 특성을 보다 쉽게 달성할 수 있다. 후방 투사 스크린으로는, 설명자가 이미지 상에 그림자를 남기지 않으며, 투사 장비가 시야에서 감춰진다(또한 전기적 구성 성분으로부터 나오는 임의의 청각적인 배경 소음을 차폐하는 것을 돕는다). 전방 투사 시스템은 후방 투사 시스템보다 적은 용량으로 주변광을 흡수한다.
하나의 공지된 후방 투사 스크린은 에칭, 샌드블라스팅 또는 매끄러운 유리 표면을 거칠게 하는 다른 방법에 의해 제조된 얇은 광확산층(무광택 또는 반투명 유리)을 포함한다. 반투명 표면이 광을 확산시키기 때문에, 이미지는 관측각의 범위로부터 관측될 수 있다. 단지 반투명인 스크린은 전방 관측면 상으로 입사하는 주변광을 강하게 반사하는 경향이 있기 때문에, 투사된 이미지의 색을 바래게 하거나 희미하게 한다. 결과적으로, 이 후방 투사 스크린은 주변광에 민감하다.
미국특허 제2,378,252호는 광 흡수층 및 투명 지지부와 결합된 밀폐식으로 패킹된 유리 비드의 배열체를 포함하는 후방 투사 스크린을 개시하고 있다. 유리 비드는 스크린의 후방으로부터 투사된 광을 모아서, 지지부와 접촉하는 영역 부근에 비교적 작은 스폿으로 집속시키는 렌즈와 같은 기능을 수행한다. 유리 비드는투명 기판과 접촉하고, 그로 인해 유리 비드와 지지부 사이에 접촉 영역 위치에 대부분의 광 흡수제를 배제한다. 지지부의 전방 표면 상에 입사하는 주변광은 광 흡수층에 의해 흡수된다. 결과적으로, 스크린의 전방측은 유리 비드를 통해 투과된 광을 제외하고는 어둡게 나타난다.
유리 비드를 갖는 후방 투사 스크린은 또한 미국특허 제5,563,738호 및 제5,781,344호에 개시되어 있다. 이외의 비드형 스크린 및 이러한 스크린을 제조하는 방법이 공동 양도된 국제특허출원 제99/50710호 및 제98/45753호에 개시되어 있다.
본 발명은 컬러 변화성이 감소된 광학 시스템에 관한 것으로, 특히 후방 투사 시스템에 사용하기 위한 투과형 스크린에 관한 것이다.
도1은 종래의 광학 시스템의 개략도.
도2는 본 발명의 일 태양에 따른 후방 투사 시스템의 개략도.
도3은 비드형 스크린과 관련된 편광된 광의 수평면 내에서의 편광 상태 강도를 나타내는 개략도.
도4는 비드형 스크린과 관련된 편광된 광의 수직면 내에서의 편광 상태 강도를 나타내는 개략도.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 광학 시스템의 컬러 변화를 제어하기 위한 1/4 파장 코팅의 형태로 편광된 광 조절층을 갖는 후방 투사 스크린을 도시한 도면.
도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 시스템의 컬러 변화를 제어하기 위한 확산층의 형태로 편광된 광 조절층을 갖는 후방 투사 스크린을 도시한 도면.
도7은 컬러 변화를 측정하는데 사용되는 테스트 장치의 개략도.
도8은 도7에 도시된 테스트 장치로 테스트된 여러 스크린에 대한 컬러 변화 대 각도의 그래프.
도9는 컬러 변화를 측정하는데 사용된 도7의 테스트 장치의 다른 개략도.
본 발명은 특히 투사 이미지원 및 스크린을 포함하는 광학 시스템에 사용하기에 적절하다. 스크린은 복수개(예컨대, 배열체)의 굴절 소자(예컨대, 유리 비드), 광학적인 광투과 기판, 주변광 배제를 제어하기 위한 광학적인 광 흡수층 및 광학 시스템의 컬러 변화를 제어하기 위한 편광된 광 조절층을 구비한다.
조명원은 제1 컬러와 연관된 제1 편광 상태와 제2 컬러와 연관된 제2 편광 상태를 갖는 광을 제공한다. 제1 편광 상태는 제2 편광 상태와 다르다. 예컨대, 제1 컬러는 수평면 내에서 완전하게 선형 편광될 수 있고, 제2 컬러는 수직면 내에서 완전하게 선형 편광될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 선형 편광된 광이라는 문맥에서, 그것이 제1 컬러는 제2 컬러의 편광 상태와 다르고 구별되는 편광 상태를 갖는다는 것을 말할 때, 이것은 동일한 입사면에 대해 제1 컬러 내에 p-편광된 광과 s-편광된 광의 상대적인 양이 제2 컬러 내에 p-편광된 광과 s-편광된 광의 양과 상당히(즉, 10퍼센트 이상) 다르다는 것을 의미한다. 바람직하게는 제1 컬러 및 제2 컬러 중 적어도 하나는 주요 컬러이다.
본 발명은 또한 선형 편광된 광 이외의 상태로 편광된 광을 고려하고 있다. 예컨대, 제1 컬러는 전자기 진동의 주축에 대해 타원형으로 편광된 광일 수 있고, 제2 컬러도 전자기 진동의 주축에 대해 타원형으로 편광된 광일 수 있다. 제1 및 제2 컬러의 주축은 오프셋될 수 있다. 본 발명은 이러한 축이 서로 수직이거나 직교할 때 특별한 잇점을 갖는다.
LCD 투사기는 아주 큰 명도(예컨대, 적어도 1000루멘스 ANSI의 명도)를 갖는 광학 시스템을 제공할 수 있다. 액정(LCD) 투사기에 의해 제공된 광은 밝지만 선형 편광된다. 일부 LCD계 투사기는 2개의 별개의 편광 상태로 광의 그린, 레드 및 블루 성분을 제공한다는 것이 알려져 있다. 그린광의 편광 상태는 레드 및 블루광의 편광 상태와 수직이다. 예컨대, 그린은 수평 상태에 있고, 레드 및 블루 조합(퍼플)은 수직 상태에 있었다. 이러한 LCD 투사기가 종래의 유리 비드형 후방 투사 스크린과 함께 사용될 때, 스크린이 수평 또는 수직 방향 중 하나에서 축외부에서 관측될 때 다양한 컬러 변화 또는 컬러 변화 구배가 관측자에 의해 관측되었다.
본 발명의 일 실시예에서, 편광된 광 조절층은 컬러 보상 코팅을 포함한다. 컬러 보상 코팅은 광학 시스템의 사용자에 의해 관측될 수 있는 컬러 변화를 감소시킨다. 바람직하게는 컬러 보상 코팅은 1/4 파장 코팅이다. 다르게는, 컬러 보상 코팅은 균일하지 않은 두께를 가질 수 있다. 또 다르게는, 컬러 보상 코팅은 1/4 파장 두께 이하의 두께부를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 편광된 광 조절층은 컬러 보상 확산 코팅을 포함한다. 코팅은 바람직하게는 내장된 입자(예컨대, 비드)를 갖는 중합체를 포함한다. 바람직하게는 중합체와 비드간의 굴절률 차는 작다.
본 발명의 양호한 실시예를 사용하는 광학 시스템의 컬러 변화를 측정하기 위한 컬러 변화 테스트가 본 명세서에 개시되어 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 유리 비드형 스크린을 갖는 광학 시스템은 컬러 변화 테스트에 따라 측정시 60도 이상의 축외부 각도에서 약 0.010 이하의 축외부 컬러 변화를 나타낸다. 또 바람직하게는, 광학 시스템은 컬러 변화 테스트에 따라 측정시 45도 이상의 축외부 각도에서 약 0.005도 이하의 축외부 컬러 변화를 나타낸다. 놀랍게도, 본 발명을 구체화한 유리 비드형 후방 투사 스크린이 2개의 별개의 편광 상태로 광의 그린, 레드 및 블루 성분을 제공하는 LCD계 투사기와 결합되어 사용될 때, 관측자에 의해 컬러 변화가 45 내지 70 % 감소하는 것이 관측되었다.
다른 태양에서, 본 발명은 전술한 광학 시스템과 함께 사용하기 위한 후방 투사 스크린을 포함한다.
본 발명은 첨부된 도면과 연관하여 본 발명의 다양한 실시예의 후속하는 상세한 설명으로부터 더욱 완벽하게 이해될 것이다.
본 발명은 다양한 수정예 및 다른 형태로 수정될 수 있다. 본 발명의 상세한 설명은 도면에 단지 일예로 도시되어 있다. 이는 설명된 특정 실시예에 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다. 대신, 청구항에 한정된 본 발명의 사상 및 범주 내의 수정예, 등가물 및 변형예를 모두 포함한다.
도2를 참조하면, 본 발명은 특히 조명원(28), 프레임(25), 편광된 광 조절 요소(21), 광학 미러(27) 및 스크린(24)을 포함하는 광학 시스템에 사용하기 적절하다. 도시된 광학 시스템(20)은 미러(27)를 포함하지만, 본 발명에 따른 광학 시스템은 (도7에 도시되고 이하에 더욱 상세하게 설명된 조명원과 같이) 미러를 꼭 포함할 필요는 없다. 광학 시스템은 텔레비전, 비디오, 대형 스크린 TV 및 데이터 모니터와 같은 많은 다양한 제품의 형태를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
조명원(28)은 스크린(24)을 향해 이미지를 투사한다. 스크린(24)은 조명원(28)과 전방측 또는 관측 측면으로부터의 광을 수신하는 후방측을 갖는다. 사용시, 관측자는 광학 시스템(20)에 의해 제공된 이미지를 보기 위해 스크린(24)의 전방측을 본다. 양호한 실시예에서, 스크린(24)은 비드형 스크린과 같은 후방 투사 스크린을 포함한다. 본 발명에 사용하기 위해 소정의 관측각을 달성하도록 상당한 굴절률을 사용하는 스크린을 포함하는 다른 스크린이 고려될 수 있다. 예컨대, 광학 시스템(20)은 미국특허 제3,712,707호, 제3,832,032호, 제4,379,617호, 제4,418,986호, 제4,468,092호, 제4,509,823호, 제4,576,850호 및 제5,183,597호에 따라 제조되거나 개시된 수정체형 렌즈나 시트 및/또는 프레넬 렌즈를 포함한다.
조명원(28)은 2개 이상의 별개의 편광 상태로 광의 그린, 레드 및 블루 성분을 제공할 수 있다. 예컨대, 조명원(28)은 적어도 하나의 컬러(예컨대, 제1 컬러)와 연관된 제1 선형 편광 상태와 적어도 하나의 컬러(예컨대, 제2 컬러)와 연관된 제2 선형 편광 상태를 갖는 광을 제공한다. 본 발명은 동일한 입사면에 대해 제1 컬러 내에서의 p-편광된 광과 s-편광된 광의 상대적인 양이 제2 컬러 내에서의 p-편광된 광과 s-편광된 광의 양과 상당히(즉, 10퍼센트 이상) 다를 때 특히 유용하다. 예컨대, 순수하게 p-편광된 그린광은 순수하게 s-편광된 퍼플(레드 및 블루)광(0 % p-편광된 광, 100 % s-편광된 광)과 완전히 다른 p-편광(100 %) 및s-편광(0 %) 성분을 갖는다. 본 발명은 제1 및 제2 편광 상태의 이론적인 전자기 진동의 축이 서로 수직 또는 직교하는 시스템에 사용될 때 특히 적절하다. 바람직하게는, 제1 및 제2 컬러중 적어도 하나는 부가적인 주요 컬러(즉, 블루, 레드 또는 그린)이다.
본 발명은 다양한 조명원에 의해 사용하기에 적절하지만, 특히 제1 컬러와 연관된 제1 편광 상태와 제1 컬러의 편광 상태와 다른 제2 컬러와 연관된 제2 편광 상태를 갖는 광을 제공하는 조명원에 의해 사용하기에 적절하다.
편광된 광 조절 요소(21)는 도2에 도시된 바와 같이 미러(27)와 조명원(28) 사이에 있지만, 본 발명의 편광된 광 조절 요소는 광학 시스템(20) 내의 임의의 장소에 제공될 수 있다. 예컨대, 편광된 광 조절 요소는 조명원(28), 미러(27), 스크린(24), 이들의 조합 등 상에 제공될 수 있다. 일반적으로, 편광된 광 조절 요소(21)는, 특히 축외부 관측각을 증가시켜 광학 시스템(20)에 대해 컬러 변화를 감소시킨다. 도2에 도시된 편광된 광 조절 요소(21)는 1/2 파장 플레이트 또는 컬러 회전자를 포함할 수 있다. 컬러 회전자는 제1 컬러를 회전시켜 제1 및 제2 컬러가 사실상 평행하게 되도록 한다.
도5를 참조하면, 스크린(60) 상에 편광된 광 조절 요소를 포함하는 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에서, (이하에서 설명되는) 편광된 광 조절 요소는 특정 컬러의 조합을 특정 선형 편광 상태로 변경시킨다. 스크린(60)은 관측자에 가장 가까이에 전방측 또는 관측 측면(67)을, 그리고 관측 측면(67) 반대쪽에 후방측(69)을 갖는다. 선택적으로, 관측 측면(67)은 광택 제거 마무리될수 있다.
스크린(60)은 복수개의 굴절 요소(62, 예컨대 유리 비드), 광 투과 기판(66) 및 광 흡수층(63)을 갖는다. 본 발명의 본 실시예에서, 편광된 광 조절 요소는 광학 시스템의 관측자에 의해 인지되는 컬러 변화를 제어하기 위한 편광된 광 조절층(61)을 포함한다. 스크린 상에만 편광된 광 조절층(61)을 배치시키면 광학 시스템의 다른 요소 상에 그것을 배치시킬 필요가 없다.
복수개의 굴절 요소(62)는 바람직하게는 제조 및 비용 한계가 배치의 정밀도를 제한할 수 있다는 것을 양해해서 사실상 소정의 위치에 위치된다. 예컨대, 굴절 요소(62)는 조밀하게 또는 느슨하게 패킹된 배열체의 배열로 배치될 수 있다.
광 흡수층(63)은 광 투과 기판(62) 상에 피복되거나 또는 광 투과 기판과 결합한다. 광 흡수층(63)은 본 발명의 광학 시스템을 위해 주변광 배제를 제어하는 것을 돕는다.
광 흡수층(63)은 불투명 또는 거의 불투명이다. 흡수층(63)은 바람직하게는 카본 블랙의 하나 이상의 분말 코팅, 블랙 다이, 불투명 입자, 유기 또는 무기 안료나 입자, 또는 결합 물질 내에 분산된 이러한 입자를 포함한다. 이들은 광범위한 종류 및 형상일 수 있다. 재료는 액체 또는 고체 결합 시스템 내에 분산될 수 있다. 하나의 실시예에서, 흡수층(63)은 투명한 결합제를 포함하며 블랙 입자가 거기를 통해 분산된다. 결합제는, 예컨대 아크릴산염 또는 다른 UV 경화성 중합체를 포함할 수 있다. 흡수층(63)은 피복 공정 또는 분말 피복과 같은 종래 기술에 의해 인가될 수 있다.
굴절 요소(62)는 유리 또는 중합체 재료로 구성될 수 있다. 적절한 예들은 유리 또는 투명한 플라스틱 재료를 포함한다. 비드는 공동 양도된 국제특허출원 제99/50710호 및 98/45753호에 개시된 것들을 포함한다.
기판(66)은 바람직하게는 투명 또는 반투명이다. 적절한 투명 기판은 아크릴과 같은 가요성 및 강성 기판을 포함한다. 기판(66)은 바람직하게, 양각처리(embossing)에 의해 달성된, 출구에서 광학적으로 광택 제거 눈부심 방지(anti-glare) 마무리될 수 있다. 기판(66)은 선택적이며 [예컨대, 굴절 요소(62)와 층(63)이 자체 지지된다면] 제거될 수 있다는 것을 알아야 한다.
층(64)도 선택적이다. 그것은 구조적인 완벽을 제공하기 위한 투명 결합제 층을 포함할 수 있다.
도3을 참조하면, 일부 LCD계 투사기는 2개의 별개의 편광 상태로 광의 그린, 레드 및 블루 성분을 제공한다는 것이 알려져 있다. 그린은 수평 상태에 있고, 레드 및 블루 조합(퍼플)은 수직 상태에 있었다. 이러한 LCD 투사기가 종래의 유리 비드형 후방 투사 스크린과 함께 사용될 때, 스크린이 수평 또는 수직 방향 중 하나의 축외부에서 관측될 때 컬러 변화가 관측자에 의해 관측되었다. 컬러 변화는 비드형 스크린을 통한 이들 편광 상태의 투과에 있어서의 차이의 결과이다. 상이한 편광 상태는 각도에 따라 선택적으로 투과 또는 반사된다. 컬러는 편광 상태와 연결되기 때문에, 관측 가능한 컬러 변화를 초래한다.
도3은 수평면(40) 내에 편광 상태 강도를 개략적으로 도시하고 있다. 스크린의 후방측 상에 입사하는 광선(41)은 수평으로 선형 편광된 성분과 수직으로 선형 편광된 성분을 갖는다. 광선(41)에서, 수평으로 편광된 광은 광선(41) 상에 원으로 표시되고, 수직으로 편광된 광은 광선(41)을 가로지르는 화살표로 표시된다. 원 및 화살표의 상대적인 크기는 축척을 위한 것이 아니며 예시적인 목적을 위해 과장된 것이다.
입사광(41)은 광선(42)처럼 반사되거나 광선(45)처럼 결국 스크린을 빠져나갈 수 있다. 큰 입사각에서의 s-편광의 더 큰 반사율 때문에, 수평 편광된 광(여기서는 p-편광된 상태) 출력은 수직 편광된 광(여기서는 s-편광된 상태)보다 더 크다. 수평 편광된 광의 더 큰 출력은 방출되는 광(45) 상에 큰 화살표로 표시된다. 결과적으로, 증가된 축외부 수평각으로 관측시, 수직 편광된 컬러(예컨대, 블루 및 레드)는 수평 편광된 컬러(그린)보다 상대적으로 더 희미하게 될 것이다.
도4는 반대로 수직면 내에 적용되는 것을 도시하고 있다. 도4는 수직면(50) 내에서 편광 상태 강도를 도시하고 있다. 스크린의 후방측 상에 입사하는 광선(51)은 수평 및 수직으로 편광된 성분을 갖는다. 광선(51)에서, 수평으로 편광된 광은 광선(51) 상에 원으로 표시되고, 수직으로 편광된 광은 광선(51)을 가로지르는 화살표로 표시된다. 입사광(51)은 광선(52)처럼 반사되거나 광선(54)처럼 결국 스크린을 빠져나갈 수 있다. 큰 입사각에서의 s-편광의 더 큰 반사율 때문에, 수직 편광된 광(여기서는 p-편광된 상태) 출력은 수평 편광된 광(여기서는 s-편광된 상태)보다 더 크다. 수직 편광된 광의 더 큰 출력은 방출되는 광(54) 상에 큰 화살표로 표시된다. 결과적으로, 증가된 축외부 수직각으로 관측시, 수직 편광된 컬러(예컨대, 블루 및 레드)는 수평 편광된 컬러(그린)보다 상대적으로 더 밝게될 것이다.
도5를 참조하면, 편광된 광 조절층(61)은 컬러 보상 코팅을 포함할 수 있다. 예컨대, 컬러 보상 코팅은 광학 시스템의 컬러 변화를 감소시키도록 선택된 비반사 코팅일 수 있다. 컬러 보상 코팅의 특징(예컨대, 크기, 위치 및 형상)은 축외부 관측각에서 제1 및 제2 컬러의 상대적인 투과 강도에 있어서의 차이를 사실상 감소시키도록 선택된다. 바람직하게는, 컬러 보상 코팅은 바람직하지 않은 컬러 변화의 원인이 되는 컬러의 투과를 최적화하도록 선택된다. 선택적으로, 컬러 보상은 광의 특정 파장 및 특정 관측각에 대해 조정될 수 있다. 특히, 컬러 보상 코팅은 1/4 파장 코팅일 수 있다. 유리 비드 표면(62) 상의 1/4 파장 컬러 보상 코팅은 축외부 관측각에서 바람직하지 않은 컬러 변화의 원인이 되는 파장(강도 결함 파장)에 대한 상대적인 투과를 증가시킨다. 그로 인해 1/4 파장 코팅은 소정의 미리 정해진 외부 관측각에서 컬러 균일성을 증가시킨다.
굴절 요소(62)는 바람직하게는 투명한 구형이며, 굴절 비드가 흡수성을 갖는 높은 광학 밀도 투명 중합체 행렬로 배치된다. 비드는 바람직하게는 투명한 결합제 재료와 밀접하게 접촉한다.
다르게는, 편광된 광 조절 요소는 유리 비드 상에 거칠기 또는 광택 제거 마무리될 수 있다. 이러한 구성은 샌드블라스팅에 의한 비드의 거칠기 작업 또는 약산성(예컨대, 불화수소산) 용액을 제공함으로써 마련될 수 있다. 본 실시예는 스크린에 추가적인 재료를 인가할 필요성을 배제한다.
편광된 광 조절층(61)은 유리 비드 표면을 증기 피복함으로써 인가된 1/4 파장 빙정석(Na3ALF6) 코팅을 포함한다. 다른 적절한 컬러 보상 코팅은 마그네슘플루오라이드(MgF2) 또는 MgF2/ZnS 다층을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
층(65)은 바람직하게는 적층으로 인가된 선택적인 광학 접착제이다. 적절한 광학 접착제(65)가 국제특허출원 제97/01610호에 개시되어 있다. 예컨대, 만약 결합제(64) 또는 광 흡수층(63) 중 하나가 비드(62)를 기판(66)에 접착시킨다면, 접착층(65)은 완전히 제거될 수 있다.
다르게는, 컬러 보상 코팅은 (도시되지 않은) 불균일한 두께를 갖는다. 또 다르게는, 컬러 보상 코팅은 1/4 파장 두께보다 작은 두께를 갖는 부분을 포함할 수 있다.
도6은 본 발명의 일 태양에 따른 스크린(70)의 다른 실시예를 도시하고 있다. 스크린(70)은 관측자에 가장 가까이에 전방측 또는 관측 측면(77)을, 그리고 관측 측면(77) 반대쪽에 후방측(79)을 갖는다. 선택적으로는, 관측 측면(77)은 광택 제거 마무리될 수 있다.
스크린(70)은 복수개의 굴절 요소(72, 예컨대 유리 비드), 광 투과 기판(76), 광 흡수층(73) 및 광학 시스템의 컬러 변화를 제어하기 위한 편광된 광 조절층(71)의 배열을 갖는다.
광 흡수층(73)은 광 투과 기판(76)과 결합하며 스크린(70)의 주변광 배제를 제어하는 것을 돕는다. 편광된 광 조절층(71)은 적어도 하나의 컬러의 편광 상태를 적어도 부분적으로 변경시키기 위한 코팅을 포함한다. 코팅(71)은 후방측(79)상에 입사하는 입사광을 적어도 부분적으로 편광 해제시키도록 작용한다. 편광 상태와 컬러가 연관되지 않으면 스크린의 컬러 변화가 감소한다. 선택적으로, 빙정석 코팅(예컨대 도5의 도면부호 61)은 코팅(71)에 추가될 수 있다.
투명한 구형 굴절 비드(72)는 바람직하게는 흡수성을 갖는 높은 광학 밀도 투명 중합체 내에 놓이고, 투명한 결합제 재료와 밀접하게 접촉한다. 층(75)은 바람직하게는 적층으로 인가된 선택적인 광학 접착제를 나타낸다. 층(76)은 마지막에 엠보싱 처리에 의해 달성되는 선택적으로 광택 제거 마무리된 기판(예컨대, 강성 아크릴)이다. 코팅(71)은 폴리비닐부티랄(PVB, nPVB= 1.49) 내에 분산된 15 중량% 폴리스티렌 비드(0.005 mm, nPS= 1.55)로 구성된 유리 비드 표면 상에 0.013 mm 피복될 수 있다.
층(74)은 선택적이다. 구조적 완벽을 제공하기 위해 투명 결합제층을 포함할 수 있다.
적절한 코팅(71)은 내부에 입자를 구비한 무리 또는 행렬을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 입자의 굴절률은 행렬의 굴절률에 근접하여(즉, Δn = nparticle- nmatrix~ 작음) 상호작용의 최대값은 스크린의 명도를 감소시키는 확산의 최소값으로 달성된다. 바람직하게는, 굴절률의 차이는 0.10 미만이고, 더 바람직하게는 0.06 이하이다. 다르게는, 원하는 결과를 달성하도록 다른 인자들이 변형될 수 있다. 예컨대, 행렬 내의 입자 수는 원하는 결과를 달성하도록 변경(예컨대, 증가)될 수 있다.
본 발명은 관측자가 축외부 관측각에 위치하는 광학 시스템에 사용하기에 특히 적절하다. 바람직하게는, 본 발명의 광학 시스템은 약 10도 이상의 축외부 관측각에서 관측될 수 있다. 더 바람직하게는, 본 발명의 광학 시스템은 약 20도 이상의 축외부 관측각에서 관측될 수 있다. 더 바람직하게는, 본 발명의 광학 시스템은 약 30도 이상의 축외부 관측각에서 관측될 수 있다.
컬러 변화 테스트
본 발명의 양호한 실시예를 사용하는 광학 시스템의 컬러 변화를 측정하기 위한 컬러 변화 테스트가 본 명세서에 개시된다. 도7 및 도9는 본 발명의 일 태양에 따른 컬러 변화 테스트를 수행하기 위해 사용되는 테스트 장치를 도시하고 있다. 테스트 장치는 교차하는 편광 모드에서 작동하는 LCD imater를 사용하는, 1400 루멘스의 도시바 TLP-710LCD 투사기(83)와 포토 리서치 PR650 스펙트럼 비색계(81)로 구성된다. 다양한 스크린(82)이 테스트되었다. 스크린(82)은 투사기(83)의 투사 렌즈로부터 거리(Y, 약 91.3 cm)에 배치되고, 비색계(81)의 입력 구멍에 대해 거리 또는 반경(X, 약 81.2 cm)에 배치되었다.
PR650의 각도(θ)는 파커 360도 회전대를 사용하여 달성되었다.
비색계는 투사기(83)에 의해 후방 투사 테스트 스크린(82) 상에 투사된 이미지의 컬러를 측정하는데 사용되었다. 컬러 변화에 대한 테스트 동안, 투사기(83)는 스크린(82) 상에 평면 백색 이미지를 투사하였다. 비색계(81)는 스크린(82) 상에 특정 영역[도9의 축(A)과 반경(X)의 교차부]로부터 방출된 광의 2 °원뿔을 관측하도록 설정되었다. 비색계(81)는 다양한 각도(θ)로 배치되었고, 1976년 CIE표준 색도계 좌표 u' 및 v'를 사용하여 컬러 좌표가 측정되었다. θ= 0에서 측정된 컬러 좌표계(u'0, v'0)는 기준 컬러로 취해져서, 이들 기준값으로부터 u', v'에 있어서의 차이는 이하에 S로 표기되는 컬러 변화로 취해진다. 컬러 변화(S)는 아래식에 의해 계산된다.
S = {｜u'- u'0｜2- ｜v' - v'0｜2}1/2
이들 테스트의 결과가 표1 및 도8에 도시되어 있다. 약 0.010의 컬러 변화는 육안으로 식별 가능하다.
테스트 장치는 0°(도면부호 85), 15°(도면부호 86), 30°(도면부호 87), 45°(도면부호 88), 60°(도면부호 89), 70°(도면부호 90) 및 80°(도면부호 91)각도에서 다양한 후방 투사 스크린(82)의 컬러 변화를 측정하도록 조립되었다. 측정된 스크린(82)들은 아래와 같다.
1. 종래의 비드형 후방 투사 스크린(3M사의 XRVS 120 스크린).
2. 1/4 파장 빙정석(Na3ALF6) 코팅이 비드형 표면에 인가된 비드형 후방 투사 스크린을 포함하는 본 발명의 실시예.
3. 굴절 요소 표면 상에 폴리비닐부티랄 내에 분산된 15 중량%의 폴리스티렌 비드(0.005 mm)의 0.013 mm 코팅을 갖는 비드형 후방 투사 스크린을 포함하는 본 발명의 실시예.
4. 비드형 표면 상에 폴리비닐부티랄의 0.025 mm 코팅을 갖는 종래의 비드형 후방 투사 스크린.
5. 강성 아크릴 기판에 적층된 0.40 mm의 UV 경화성 아크릴산염으로 구성된 종래의 확산 후방 투사 스크린(3M사의 XRGS-NP 스크린). 이 샘플은 횡단 편광 투사기와 사용시 낮은 컬러 변화를 나타내는 스크린의 예로서 포함되었다.
컬러 변화 테스트로부터의 결과는 표1에 개시되어 있다.
표1
각도 컬러 변화
유리 비드형 스크린 1/4 파장 빙정석 코팅 PVB 코팅 내에 15중량% 폴리스티렌 폴리비닐부티랄 코팅 스크린
0153045607080 0.0000.0020.0060.0140.0250.0340.040 0.0000.0000.0020.0050.0130.0220.028 0.0000.0010.0020.0060.0100.0180.020 0.0000.0000.0020.0060.0130.0210.025 0.0000.0010.0050.0090.0110.0130.013
표1의 결과가 도8에 그래프로 도시되어 있다. 곡선(101)은 스크린(#1)에 대응한다. 곡선(102)은 스크린(#2)에 대응한다. 곡선(103)은 스크린(#4)에 대응한다. 곡선(104)은 스크린(#3)에 대응한다. 곡선(105)은 스크린(#5)에 대응한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 유리 비드형 스크린을 갖는 광학 시스템은 컬러 변화 테스트에 따른 측정시 60도 이상의 축외부 각도에서 약 0.010 이하의 축외부 컬러 변화를 나타낸다. 또 바람직하게는, 광학 시스템은 컬러 변화 테스트에 따른 측정시 45도 이상의 축외부 각도에서 약 0.005 이하의 축외부 컬러 변화를 나타낸다.
표1 및 도7과 도8 모두에서 알 수 있는 바와 같이, 60 °이하의 축외부 관측각(120 °관측 원뿔)에 대해 1/4 파장 빙정석 피복된 스크린은 종래의 유리 비드형 스크린에 비해 70 % (0 °내지 45 °)에서 45 % (~ 60 °)까지 컬러 변화 범위를 감소시킨다는 것을 나타내고 있다. 1/4 파장 빙정석 피복된 스크린은 또한 이 각도 범위에 걸쳐서 종래의 확산 스크린만큼 또는 그보다 더 잘 수행한다. 60 °이상의 각도에서는 1/4 파장 빙정석 코팅의 효율은 떨어지고, 이런 형태의 컬러 보상 코팅과 일치한다. 그러나 대부분의 후방 투사 스크린은 드물게 60 °이상의 축외부 각도에서 관측되었다.
폴리비닐부티랄 내에 분산된 15 중량%의 폴리스티렌 비드(0.005 mm)의 0.013 mm 층으로 피복된 비드형 후방 투사 스크린은 60 °이하의 축외부 관측각에 대해 빙정석으로 피복된 스크린과 유사하게 컬러 변화를 감소시킨다. 그러나, 60 ° 이상의 각도에서 이 코팅은 폴리비닐부티랄 또는 빙정석으로 피복된 스크린 모두에 비해 20 % 향상을 보인다. 이 코팅은 얼룩(또는 번쩍임)을 최소화하도록 최적의 광택 제거 눈부심 방지 마무리 작업과 결합될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 얼룩(또는 번쩍임), 임의의 강도 분포는 부분적으로 간섭성인 광이 무광택 표면과 같은 확산 표면을 만날 때 형성된다. 확산 표면 밖으로의 확산에 의해 발생된 결과적인 간섭 패턴은 얼룩을 야기한다. 얼룩은 높은 공간 주파수 정보량을 차폐하고 아주 바람직하지 않은 낟알 형상을 야기함으로써 스크린의 해상도를 저하시킨다.
위의 설명에서, 요소의 위치는 종종 "상부(upper)", "하부(lower)","위(over)", "아래(under)", "수직(vertical)", "수평(horizontal)", "상면(top)" 및 "바닥면(bottom)"이라는 용어로 기재된다. 이들 용어는 도면에 도시된 바와 같이, 단지 본 발명의 다양한 요소의 설명을 단순화하기 위해 사용된다. 이들은 본 발명의 요소의 유용한 방향을 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
따라서, 본 발명은 설명된 특정한 예들에 한정되지 않고, 청구범위에 명료하게 제시된 바와 같이 본 발명의 모든 태양을 포함하도록 이해되어야 한다. 본 발명이 적용될 수 있는 많은 구조, 다양한 수정예 및 등가물들은 본 명세서를 검토할 때 본 발명이 제시하는 대로 당해 기술 분야의 숙련자들에게 명백할 것이다. 청구범위는 이러한 수정예 및 의도를 포함한다.

Claims (27)

  1. 제1 컬러와 연관된 제1 편광 상태와 제2 컬러와 연관되고 제1 편광 상태와는 다른 제2 편광 상태를 갖는 광을 제공하는 조명원과,
    스크린과,
    광학 시스템의 컬러 변화를 감소시키도록 광학 경로에 배치된 편광된 광 조절 요소를 포함하는 광학 시스템이며,
    상기 스크린은
    소정의 광학 특성을 광학 시스템에 제공하도록 배열된 복수개의 굴절 요소와,
    광 투과 기판과,
    주변광을 제어하도록 상기 광 투과 기판과 결합된 광 흡수층을 포함하고,
    상기 조명원과 스크린은 상기 광학 시스템에 대한 광학 경로를 한정하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 컬러는 선형 편광된 광이고 상기 제2 컬러는 선형 편광된 광인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 컬러는 그린이고 상기 제2 컬러는 레드 및 블루의 조합(예컨대, 퍼플)인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 컬러 중 적어도 하나는 주요 컬러인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 조명원은 액정 장치(LCD)인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광학 시스템은 축외부 관측각을 갖고, 제1 및 제2 컬러는 축외부 관측각에서 다른 투과 강도를 갖고, 편광된 광 조절 요소는 축외부 관측각에서 제1 및 제2 컬러의 상대적인 투과 강도에 있어서의 차이를 감소시키도록 크기 및 형상이 결정되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 스크린은 후방측 및 관측 측면을 갖고, 편광된 광 조절 요소는 스크린의 후방측 상에 컬러 보상 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 컬러 보상 코팅은 1/4 파장 코팅인 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 컬러 보상 코팅은 불균일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  10. 제7항에 있어서, 상기 컬러 보상 코팅은 1/4 파장 두께 미만인 두께부를 갖는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 광학 시스템은 컬러 변화 테스트에 따라 측정시 60도 이상의 축외부 관측각에서 약 0.010 이하의 축외부 컬러 변화를 나타내는 비드형 스크린을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 광학 시스템은 컬러 변화 테스트에 따라 측정시 45도 이상의 축외부 관측각에서 약 0.005도 이하의 축외부 컬러 변화를 나타내는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 편광된 광 조절 요소는 제1 컬러를 회전시켜 제1 및 제2 컬러가 사실상 평행하게 되도록 하는 컬러 회전자이고, 상기 컬러 회전자는 스크린 이외의 광학 시스템의 요소 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 조명원은 제1 컬러와 연관된 제1 선형 편광 상태와, 제2 컬러와 연관된 제2 선형 편광 상태와, 제3 컬러와 연관된 제3 선형 편광 상태로 광을 제공하고, 제1 , 제2 및 제3 컬러는 서로 상이하며, 서로 오프셋된 것을특징으로 하는 광학 시스템.
  15. 축외부 관측각을 갖고, 제1 컬러와 연관된 제1 편광 상태와 제2 컬러와 연관되고 제1 편광 상태와는 다른 제2 편광 상태를 갖는 광을 제공하는 조명원을 사용하는 광학 시스템에 사용하기 위한 후방 투사 스크린이며,
    상기 제1 및 제2 컬러는 축외부 관측각에서 투과 강도를 갖고,
    상기 후방 투사 스크린은 복수개의 굴절 요소와, 상기 광학 시스템의 컬러 변화를 감소시키도록 축외부 관측각에서 제1 및 제2 컬러의 상대적인 투과 강도에 있어서의 차이를 감소시키도록 크기 및 형상이 결정된 편광된 광 조절층을 포함하는 것을 특징으로 하는 후방 투사 스크린.
  16. 제15항에 있어서, 상기 편광된 광 조절층은 제1 컬러와 연관된 제1 편광 상태와 제2 컬러와 연관되고 제1 편광 상태와는 다른 제2 편광 상태를 갖는 광으로 인한 광학 시스템의 컬러 변화를 감소시키는 컬러 보상 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 후방 투사 스크린.
  17. 제16항에 있어서, 상기 컬러 보상 코팅은 1/4 파장 코팅인 것을 특징으로 하는 후방 투사 스크린.
  18. 제16항에 있어서, 상기 컬러 보상 코팅은 불균일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 후방 투사 스크린.
  19. 제16항에 있어서, 상기 컬러 보상 코팅은 1/4 파장 두께 미만인 두께부를 갖는 것을 특징으로 하는 후방 투사 스크린.
  20. 제15항에 있어서, 상기 스크린은 유리 비드를 포함하고, 상기 스크린은 컬러 변화 테스트에 따라 측정시 60도 이상의 축외부 관측각에서 약 0.010 이하의 축외부 컬러 변화를 나타내는 것을 특징으로 하는 후방 투사 스크린.
  21. 제15항에 있어서, 상기 스크린은 컬러 변화 테스트에 따라 측정시 45도 이상의 축외부 관측각에서 약 0.005도 이하의 축외부 컬러 변화를 나타내는 것을 특징으로 하는 후방 투사 스크린.
  22. 제15항에 있어서, 상기 편광된 광 조절층은 적어도 하나의 컬러의 편광 상태를 적어도 부분적으로 변경시키기 위한 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 후방 투사 스크린.
  23. 제22항에 있어서, 1/4 파장 코팅을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 후방 투사 스크린.
  24. 제15항에 있어서, 상기 복수개의 굴절 요소는 유리 비드를 포함하고 상기 편광된 광 조절층이 유리 비드에 앞서 광을 받아들이는 것을 특징으로 하는 후방 투사 스크린.
  25. 제15항에 있어서, 상기 편광된 광 조절층은 하나 이상의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 후방 투사 스크린.
  26. 제15항에 있어서, 상기 스크린은 주변광 배제를 제어하도록 상기 광 투과 기판과 결합된 광 흡수층과 상기 광 투과 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 후방 투사 스크린.
  27. 약 10도 이상 60도 이하의 축외부 관측각에서 관측되도록 설계된 광학 시스템이며,
    제1 컬러와 연관된 제1 편광 상태와 제2 컬러와 연관되고 제1 편광 상태와는 다른 제2 편광 상태를 갖는 광을 제공하는 조명원과,
    스크린을 포함하며,
    상기 스크린은
    굴절 요소의 배열체와,
    광 투과 기판과,
    주변광 배제를 제어하도록 상기 광 투과 기판과 결합하는 광 흡수층과,
    상기 조명원과 스크린 사이 및 내부의 광학 경로와,
    축외부 관측각에서 제1 및 제2 컬러 사이의 상대적인 투과 강도에 있어서의 차이를 감소시킴으로써 광학 시스템의 컬러 변화를 감소시키기 위해 광학 경로 내에 배치된 컬러 보상 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
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