KR20040007333A - 이미지 디스플레이 장치용 스크린, 이미지 디스플레이장치용 스크린 제조 방법 및 이미지 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 이미지 디스플레이용 스크린은, 기저부와, 상기 기저부 상에 형성되어 가시광 영역의 광을 흡수하기에 적합한 광 흡수층과, 상기 광 흡수층 상에 형성된 광 제어층으로 구성된다. 상기 광 제어층은, 투사된 이미지 디스플레이 광을 반사시켜 이미지를 형성시키고, 이미지 디스플레이 광의 파장 영역의 광을 선택적으로 반사하는 반사 파장 선택 기능을 갖는다. 본 발명에 따른 이미지 디스플레이 장치용 스크린을 이용하면, 사용자는 밝은 환경에서도 큰 스크린의 이미지 디스플레이를 즐길 수 있다.

Description

이미지 디스플레이 장치용 스크린, 이미지 디스플레이 장치용 스크린 제조 방법 및 이미지 디스플레이 장치{Screen for image display apparatus, method for manufacturing screen for image display apparatus, and image display apparatus}
본 발명은, 이미지 디스플레이 장치에 의해 그 위에 투사된 이미지 디스플레이 광을 이미지로서 디스플레이하는 이미지 디스플레이 장치용 스크린과, 상기 이미지 디스플레이 장치용 스크린 제조 방법과, 이미지 정보에 대응하는 이미지를 스크린 상에 투사하고 디스플레이하는 이미지 디스플레이 장치에 관한 것이다.
본원은 2002년 7월 11일에 출원된 일본 특허출원 2002-203179를 우선권 주장하여, 그 내용을 모두 본원에 포함하고 있다.
전통적으로, "전방 투사기(front projector)"라 불리는 이미지 디스플레이 장치는, 사용자로 하여금 대형의 스크린 이미지를 쉽게 이용할 수 있도록 하기 위한, 이미지 디스플레이 장치로서 제안되었다.
그러한 이미지 디스플레이 장치는, 각각 이미지의 R(적색), G(녹색), B(청색) 성분을 디스플레이하는 세 음극선관(CRT)을 갖고, 그 음극선관에 의해 디스플레이 된 이미지들은 R(적색) 필터, G(녹색) 필터, B(청색) 필터를 통해 중첩되어 전면측으로부터 스크린상에 투사된다. 그러나, 그러한 "3-CRT 유형"의 이미지 디스플레이 장치는 크고 무거운 구조를 갖게 되고 따라서 가정용으로 대중화되지 못한다.
최근에, 음극선관 대신에 액정 디스플레이를 사용한 "전방 투사기" 유형의 이미지 디스플레이 장치가 제안되었다. 이 이미지 디스플레이 장치에서, 그 구조는 크기와 무게가 줄어들고, 그 설치가 용이해 졌다. 따라서, 상기 이미지 디스플레이 장치는 가정용으로 대중화될 수 있게 되었다.
상기 기술한 "전방 투사기" 유형의 이미지 디스플레이 장치에서, 이미지 디스플레이와 관련없는 주변 광이 입사될 때, 디스플레이되는 이미지의 콘트라스트(contrast)가 열화되고 이미지의 가시성이 저하되는 문제점이 발생된다. 특히, 주변 광이 밝은 경우, 이미지 디스플레이가 충분한 콘트라스트를 얻을 수 없다.
종래의 "전방 투사기" 유형의 이미지 디스플레이 장치에서는, 이미지가 백색의 스크린 상에 투사되어 디스플레이 되었다. 이 스크린은 투사된 이미지를 디스플레이하기 위해 광을 반사할 뿐 아니라, 주변의 광도 반사한다. 따라서, 밝은 방에서, 디스플레이된 이미지의 콘트라스트는 비교적 열화되고, 가시성이 저하된다.
상기와 같은 이미지 디스플레이 장치를 사용한 경우, 스크린 상에 주변 광이 비춰지지 않도록 하기 위해, 예를 들면, 어두운 방과 같은, 환경을 준비할 필요가 있다. 그러나, 보통 집에서 낮에 방을 어둡게 하는 것은 어렵고, 비록 밤이라 하더라도, 방을 어둡게 하기 위해 불을 끈다면, 디스플레이되는 이미지를 제외하고는 아무것도 볼 수 없어, 매우 불편하다.
본 발명의 목적은, 양호한 콘트라스트와 가시성을 갖는 이미지의 디스플레이가 가능한 이미지 디스플레이 장치용 스크린과, 상기 이미지 디스플레이 장치용 스크린 제조에 적합한 이미지 디스플레이 장치용 스크린 제조 방법과, 이미지 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
앞서 기술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에 따른 이미지 디스플레이 장치용 스크린은, 기저부, 상기 기저부 상에 형성되고 거의 모든 가시광 영역을 포함하는 파장의 광을 흡수하는 광 흡수층 및 상기 광 흡수층 상에 형성된 광 제어층을 포함하고, 상기 광 제어층은 투사 이미지 형성 수단을 통해 투사된 이미지 디스플레이 광을 확산 반사시켜 이미지를 형성하는 확산 이미지 형성 기능 및 상기 이미지 디스플레이 광의 파장 영역의 광을 선택적으로 반사하고 기타 파장 영역의 파장의 광을 통과시키는 반사 파장 선택 기능을 갖는다.
상기 이미지 디스플레이 장치용 스크린에서, 상기 투사 이미지 형성 수단을 통해 투사된 이미지 디스플레이 광은, 상기 광 제어층에서 확산 반사(diffuse-reflected)되어 이미지를 형성하고, 파장 영역별로 선택적으로 반사되므로, 상기 이미지 디스플레이 광은 기타 파장 영역의 광보다 많은 양이 반사되게 된다. 따라서, 외부 광의 영향을 줄이면서 이미지 디스플레이가 가능하다.
본 발명에 따른 이미지 디스플레이 장치용 스크린 제조 방법에서, 이미지 투사기의 색 재생 파장을 결정하는 원색(primary color)의 광 빔을 물체 광(object light)과 참조 광(reference light)으로 이용하여 반사형 홀로그래픽 스크린을 형성하고, 따라서, 이미지 투사기의 색 재생 파장에 대응하는 반사 파장 특성을 제공한다.
본 이미지 디스플레이 장치용 제조 방법은, 이미지 디스플레이 장치용 스크린이 반사형 홀로그래픽 스크린으로 형성되었기 때문에, 이미지 투사기의 색 재생 파장에 대응하는 반사 파장 특성을 갖고, 외부 광의 영향을 줄이면서 이미지 디스플레이를 할 수 있다.
본 발명에 따른 또다른 이미지 디스플레이 장치용 스크린 제조 방법은, 투사 표면 상에 여러 유형의 토너(toner) 입자를 혼합시킨 재료를 도포시켜, 이미지 투사기의 색 재생 파장에 대응하는 반사 파장 특성을 제공한다.
상기 이미지 디스플레이 장치용 스크린 제조 방법에서, 여러 유형의 토너 입자가 혼합된 재료가 투사 표면 상에 도포되고, 상기 이미지 디스플레이 장치용 스크린은 이미지 투사기의 색 재생 파장에 대응하는 반사 파장 특성을 갖는다. 따라서, 상기 이미지 디스플레이 장치용 스크린은 외부 광의 영향을 줄이면서 이미지 디스플레이를 행할 수 있다.
본 발명에 따른 이미지 디스플레이 장치는, 적색, 녹색, 청색의 원색 광을 방사하는 광원, 이미지 정보에 따라 광원으로부터 방사되는 광 빔의 강도를 변조하는 공간 광 변조기(spatial light modulator), 상기 공간 광 변조기에 의해 그 강도가 변조된 원색 광의 이미지를 스크린 상에 형성하는 투사 이미지 형성 수단 및 상기 원색 광의 파장과 상이한 파장을 갖는 주변 광으로 스크린을 조명(illuminating)하는 주변 광 생성 수단을 포함한다.
상기 이미지 디스플레이 장치는, 스크린이, 주변 광보다 원색 광에 대해 더 높은 반사율를 갖고 있고, 주변 광에 대해서보다 원색 광에 대해서 더 낮은 흡수율을 갖고 있다.
상기 이미지 디스플레이 장치에서, 스크린은, 주변 광보다는 공간 광 변조기에 의해 그 강도가 변조된 원색 광이 더 반사율이 높고, 주변 광보다는 원색 광이 흡수율이 더 낮기 때문에, 외부 광의 영향을 줄이면서 이미지 디스플레이를 행할 수 있다.
본 발명에 따른 또다른 이미지 디스플레이 장치는, 적색, 녹색, 청색의 원색 중 두 색의 광과 자외선을 방사하는 광원, 이미지 정보에 따라 상기 광원으로부터 방사되는 광 빔의 강도를 변조하는 공간 광 변조기, 상기 공간 광 변조기에 의해 그 강도가 변조된 두 색광 및 자외선의 이미지를 스크린 상에 형성하는 투사 이미지 형성 수단 및 상기 두 색광 및 자외선의 파장과 상이한 파장을 갖는 주변 광으로 스크린을 조사하는 주변 광 생성 수단을 포함한다.
상기 이미지 디스플레이 장치에서, 스크린은, 주변 광보다 두 원색 광에 대해 더 높은 반사율를 갖고 있고, 주변 광보다 두 원색 광에 대해 더 낮은 흡수율을 갖고 있으며, 또한 상기 스크린은, 자외선을 원색 중 나머지 한 색으로 변환시키는 색 변환층을 갖고 있다.
상기 이미지 디스플레이 장치에서, 스크린은, 주변 광보다 강도가 변조된 두 색 광에 대해 더 높은 반사율을 갖고 있고, 주변 광보다 두 색 광에 대해 더 낮은 흡수율을 갖고 있으며, 또한 상기 스크린은, 상기 강도가 변조된 자외선을 원색 중나머지 한 색으로 변환시킨다. 따라서, 상기 스크린은 외부 광의 영향을 줄이면서 이미지 디스플레이를 할 수 있다.
상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이미지 디스플레이 장치용 스크린에서, 투사 이미지 형성 수단을 통해 투사된 이미지 디스플레이 광은, 광 제어층에 의해 확산 반사되어 이미지를 형성하고, 파장 영역에 따라 선택적으로 반사된다. 따라서, 이미지 디스플레이 광은 기타 파장 영역의 광에 비해 더 많은 양이 반사되고, 외부 광의 영향을 줄이면서 이미지 디스플레이를 할 수 있게 된다.
상기 이미지 디스플레이 장치용 스크린을 사용하면, 사용자는 밝은 환경에서 대형 스크린의 이미지 디스플레이를 즐길 수 있다. 밝은 환경에서 이미지 디스플레이가 가능한 스크린이므로, 종래의 텔레비젼 수상기의 것보다는 낮은 첨예 구조(deep structure)를 갖기는 하지만, 종래와 같은 텔레비젼 수상기와 같은 환경에서도 사용할 수 있다.
상기 이미지 디스플레이 장치용 스크린을 이용한 이미지 디스플레이 장치에서, 밝은 환경에서도 전력의 증가 없이 충분한 콘트라스트를 갖는 이미지를 디스플레이 할 수 있고, 투사 광 출력에 필요한 전력 소비를 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 이미지 디스플레이 장치에서, 이미지는 원색 광에 의해 스크린 상에 투사되고 상기 스크린 및 그 주변은 상기 원색 광과 다른 파장 특성을 갖는 주변 광으로 조광된다. 상기 스크린은 단지 원색 광만을 반사하는 반사 파장 특성을 갖는다. 따라서, 밝은 환경에서도 대형 스크린의 이미지 디스플레이가 쉽게 행해질 수 있다.
또한, 상기 이미지 디스플레이 장치는 사용하지 않을 때는 간단하게 수납할 수 있는 것이고, 폐기시 쓰레기 발생을 줄인다.
도 1은 본 발명에 따른 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 구조를 도시한 측면 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 다른 실시예(외부 광 감소층이 없는 예)를 도시한 측면 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 또다른 실시예(기저부 뒤에 광 흡수층(13)이 배열된 구조)를 도시한 측면 단면도.
도 4는 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 구조와 이득 제어 기능을 담당하는 구조 부분을 분해하여 도시한 측면 단면도.
도 5는 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 구조와 이득 제어 기능을 담당하는 구조 부분의 다른 실시예를 분해하여 도시한 측면 단면도.
도 6은 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 구조와 이미지 형성 반사 기능을 담당하는 구조 부분을 분해하여 도시한 측면 단면도.
도 7은 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 구조와 이미지 형성 반사 기능을 담당하는 구조 부분의 다른 실시예를 분해하여 도시한 측면 단면도.
도 8은 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 광 제어층에서 발생하는 브래그 반사 원리를 도시한 단면도.
도 9는 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 광 제어층이 브래그 반사막을 이용한 다층 박막 대역 통과 필터로 구성된 경우의 분광 반사 특성을 도시한 그래프.
도 10은 이미지 디스플레이 장치용 스크린에서 차광판을 갖는 외부 광 감소층 구조를 도시한 측면 단면도.
도 11은 이미지 디스플레이 장치용 스크린에서 흡수 편광판으로 구성된 외부 광 감소층의 구조를 도시한 측면 단면도.
도 12는 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 제 1 실시예 구조를 분해하여 도시한 측면 단면도.
도 13은 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 제 2 실시예 구조를 분해하여 도시한 측면 단면도.
도 14는 도 13에 도시된 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 필수 부분의 구조를 개략적으로 도시한 측면 단면도.
도 15는 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 제 3 실시예 구조를 분해하여 도시한 측면 단면도.
도 16은 이미지 디스프레이 장치용 스크린의 제 4 실시예 구조를 분해하여 도시한 측면 단면도.
도 17은 도 16에 도시된 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 필수 부분의 구조를 개략적으로 도시한 측면 단면도.
도 18은 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 제 5 실시예 구조를 분해하여 도시한 측면 단면도.
도 19는 본 발명에 따른 스크린 제조 방법의 실행 상태를 도시하는 측면도로서, 홀로그래픽 스크린으로서 이미지 디스플레이용 스크린을 제조하는 경우의, 이미지 디스플레이 장치를 제조하는 처리 과정을 도시한 도면.
도 20은 홀로그래픽 재료의 예시적 반사 파장 특성을 도시한 그래프.
도 21은 이미지 디스플레이 장치의 홀로그래픽 스크린의 작동을 도시한 측면도.
도 22는 이미지 디스플레이 장치에서 여러 색의 토너층을 갖는 스크린의 작동을 도시한 측면도.
도 23의 a 내지 c는 이미지 디스플레이 장치의 스크린을 구성하는 여러 색의 토너 물질의 반사 파장 특성을 도시한 그래프로서, 도 23의 a는 청색(B)의 토너 물질의 반사 파장 특성을 도시하고, b는 녹색(G) 토너 물질의 반사 파장 특성을 도시하고, c는 적색(R) 토너 물질의 반사 파장 특성을 도시한다.
도 24는 본 발명에 따른 이미지 디스플레이 장치의 구조를 도시한다.
도 25는 이미지 디스플레이 장치의 투사기로부터 투사된 광의 파장 특성을 도시한 그래프.
도 26은 이미지 디스플레이 장치의 주변 광의 파장 특성을 도시한 그래프.
도 27은 이미지 디스플레이 장치의 스크린의 반사 파장 특성을 도시한 그래프.
도 28은 이미지 디스플레이 장치에 의해 이미지 디스플레이를 즐기는 사람의 시감도(luminous efficacy)에 관한 반사 파장 특성을 도시한 그래프.
도 29는 레이저 광원을 갖는 이미지 디스플레이 장치의 투사기의 경우, 그 투사기로부터 투사되는 광의 파장 특성을 도시한 그래프.
도 30의 a는 이미지 디스플레이 장치의 투사기의 광원으로서 고압 수은 램프를 사용하는 경우의 방사 파장 특성을 도시하는 그래프이고, b는 고압 수은 램프로부터 광이 필터링되어 투사기로부터 투사되는 광으로 사용되는 경우의 파장 특성을 도시한 그래프.
도 31의 a는 이미지 디스플레이 장치의 투사기의 광원으로 중압(medium-pressure) 수은 램프를 사용한 경우의 방사 파장 특성을 도시한 그래프이고, b는 적색 반도체 레이저(red semiconductor laser)로부터의 광의 파장 특성을 도시한 그래프이고, c는 상기 중압 수은 램프로부터의 광과 상기 적색 반도체 레이저로부터의 광이 중첩되어 투사기로부터 투사되는 광으로 사용되는 경우의 파장 특성을 도시한 그래프.
도 32는 이미지 디스플레이 장치의 주변 광 생성 수단으로서 형광 램프의 방사 파장 특성을 도시한 그래프.
도 33의 a는 이미지 디스플레이 장치의 주변 광 생성 수단으로서 백열 램프의 방사 파장 특성을 도시한 그래프이고, b는 상기 백열 램프로부터의 광을 필터링하여 얻은 광의 파장 특성을 도시한 그래프.
도 34는 이미지 디스플레이 수단의 주변 광 생성 수단으로서 발광 다이오드를 사용한 경우 방사 파장 특성을 도시한 그래프.
도 35는 이미지 디스플레이 장치의 주변 광 생성 수단으로 가시성 형광체(visible phosphor)를 사용한 경우 방사 파장 특성을 도시한 그래프.
도 36은 원색 중 하나를 자외선으로 대체한 경우의 이미지 디스플레이 장치의 구조를 도시한 측면도.
도 37은 도 36에 도시된 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 작동을 도시한 측면도.
도 38의 a는 도 36에 도시된 이미지 디스플레이 장치용 스크린 상에 투사된 광의 파장 특성을 도시한 그래프이고, b는 상기 스크린 상에 반사된 광의 파장 특성을 도시한 그래프.
도 39의 a는 상기 스크린에 투사된 광의 파장 특성을 도시한 그래프이고(레이저 광원), b는 상기 스크린 상의 반사와 관련된 파장 특성을 도시한 그래프이고, c는 형광 램프로부터의 주변 광의 분광 강도를 도시한 그래프이고, d는 상기 스크린 상에 투사된 광 및 주변 광의 파장 특성을 도시한 그래프.
도 40의 a는 상기 스크린에 투사된 광의 파장 특성을 도시한 그래프이고(금속 할로겐 램프), b는 상기 스크린 상의 반사에 관한 파장 특성을 도시한 그래프이고, c는 형광 램프로부터의 분광된 주변 광의 분광 강도를 도시한 그래프이고, d는 상기 스크린 상의 투사된 광 및 주변 광의 파장 특성을 도시한 그래프.
* 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
13 : 광 흡수층15 : 기저부
18 : 광 제어층19 : 외부 광 감소층
도면을 참고로 본 발명의 양호한 실시예를 설명한다.
(이미지 디스플레이 장치용 스크린의 구조)
본 발명에 따른 이미지 디스플레이 장치용 스크린은, 도 1에 도시된 바와 같이, 광 흡수층(13), 광 제어층(18), 외부 광 감소층(19)이 기저부(15) 전면부 상에 차례로 적층된 구조를 갖고 있다. 상기 광 제어층(18)은, 확산 이미지 형성 기능과, 반사 파장 선택 기능과, 이득 제어 기능을 갖는다. 이 이미지 디스플레이 장치용 스크린이 이미지 디스플레이 장치에 구성되면, 도 1에 화살표 A로 도시된 바와 같이, 이미지 디스플레이 광은 투사 이미지 형성 수단을 통해 스크린 상에 투사된다.
후에 설명되는 바와 같이 이미지 디스플레이 장치용 스크린이 이미지 디스플레이 장치에 구성되게 되면, 도 21에 도시된 바와 같이, 투사 이미지 형성 수단을 통해 투사된 파장(λr, λg, λb)을 갖는 이미지 디스플레이 광이, 외부 광 감소층(19)을 통해 전달되어, 광 제어층(18)에 의해 선택적으로 파장이 반사되어, 소정의 방향으로 이득제어되고, 전방 방향으로 방사되어, 관찰자(14)의 눈에 도달하게 된다. 이미지 디스플레이 광의 파장(λr, λg, λb)은 상기 광 제어층(18)의반사 파장 선택 기능의 반사 파장과 일치하는 것이 바람직하다.
반면, λr, λg, λb와 다른 파장(λ기타)을 갖는 외부 광은 외부 광 감소층(19)에 의해 감소된다. 그 후, 대부분의 외부 광은 상기 광 제어층(18)에 의해 반사 파장이 선택됨이 없이 상기 광 제어층(18)을 통과하고, 그 후 상기 광 흡수층(13)에 흡수된다. 상기 외부 광의 파장(λ기타)은 상기 광 제어층(18)의 반사 파장 선택 기능의 반사 파장과 동일하지 않은 것이 바람직하다.
외부 광 감소층(19)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 응용이나 실시예에 따라 생략될 수 있다.
기저부(15)는, 광 흡수층(13)에 높은 접착력을 갖고, 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 형상을 유지시킬 수 있으며, 다루기 쉬운 재료로 만들어진다. 특히, 기저부(15)는, 예를 들어, 플라스틱이나 쉬트 유사 형태의 섬유(fiber) 등의 합성 수지 재료로 만들어진다. 또한, 기저부(15)는, 원통형으로 말아서 수납할 수 있는 재료로 만드는 것이 바람직하다.
상기 광 흡수층(13)은, 예를 들면, 흑색 페인트나 흑색 필름과 같은 재료와 같은, 거의 전 영역의 가시 광을 흡수하는 특성을 갖는 재료로 만들어진다. 상기 광 흡수층(13)은, 상기 기저부(15)의 전면부 상에 흑색 필름과 유사한 재료를 적층하거나 흑색 페인트를 도포하여 형성한다.
상기 기저부(15) 자체가 흑색의 합성 수지 재료 등의 광 흡수 재료로 만들어 진다면, 상기 기저부(15)는 상기 광 흡수층(13)과 하나로(integrally) 구성하는 것을 고려할 수 있고, 따라서 상기 광 흡수층(13)은 별도로 제공할 필요가 없다. 이경우, 상기 기저부(15)도 또한 광 흡수 기능을 갖는다.
만약 상기 기저부(15)가 투명한 재료로 만들어진다면, 상기 광 흡수층(13)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 기저부(15)의 뒷쪽에 제공될 수 있다.
상기 광 제어층(18)의 이득 제어 기능은, 상기 투사 이미지 형성 수단을 통해 투사된 이미지 디스플레이 광을 소정의 방향으로 수집하고 반사하는 기능이다. 상기 이득 제어 기능은, 상기 광 제어층(18)이 렌즈 효과(lens effect)를 가짐으로써 구현된다. 상기 이득 제어 기능을 실현시키기 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수 개의 오목부가 그 내부에 배치된 렌즈 구조가 상기 광 제어층(18)의 반사층(18a)의 전면부에 제공될 수 있다(이하 본 출원에서, 복수 개의 오목부가 그 내부에 배치된 구조를 "렌즈 구조"라 한다). 상기 반사층(18a)은 이미지 디스플레이 광을 반사하기 위한 층으로, 광 제어층(18)의 전면측에 상당히 밀착하여 위치한다. 상기 렌즈 구조를 갖는 반사층(18a)을 위해, 그 후면측으로부터 상기 반사층(18a)을 지탱하는 지지층(18c)의 전면부는 렌즈 구조를 가질 수 있다.
상기 지지층(18c)과 반사층(18a) 사이에, 상기 확산 이미지 형성 기능을 실행하기 위한 확산 구조(18b)가 형성되고, 이에 대해서는 후술한다.
상기 광 제어층(18)에서 이득 제어 기능을 실현하기 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 흑색의 기저부(15)나 흑색 광 흡수층(13)의 전면부는 렌즈 구조로 처리할 수 있고, 반사층(18a)은 증착 등으로 그 위에 형성된다. 또한 이 경우, 상기 확산 구조(18b)는 상기 기저부(15)나 상기 광 흡수층(13)과 사이에 형성된다. 이 경우, 상기 광 제어층(18)의 지지층은 상기 기저부(15)나 광 흡수층(13)과 하나로 구성하는 것을 고려할 수 있다.
상기 광 제어층(18)의 확산 이미지 형성 기능은, 이미지 디스플레이 광을 확산시켜 디스플레이 이미지를 형성시키는 상기 반사층(18a)의 기능이다.
상기 반사층(18a)의 기능을 실현시키기 위해, 상기 지지층(18c)과 반사층(18a) 사이의 인터페이스나, 상기 기저부(15) 또는 광 흡수층(13)과 반사층(18a) 사이의 인터페이스가, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 충분히 미세한 볼록 및 오목한 구조나 마이크로 미러 어레이(micro-mirror array) 구조로 구성된 확산 구조(18b)를 가질 수 있다.
확산 이미지 형성 기능을 실현시키기 위해, 도 7에 도시된 바와 같이, 상이한 굴절율을 갖는 미세 입자가 분산된 확산층(18b)이 지지층(18c)과 반사층(18a) 사이나, 기저부(15)나 광 흡수층(13)과 반사층 사이에 형성될 수 있다. 상기 확산층(18b)은, 상기 지지층(18c)이나 반사층(18a)과 거의 동일한 반사율을 갖는 기본 재료에 비해, 기본 재료와 상이한 반사율을 갖는 분산된 미세 구조로 구성된다.
다음, 광 제어층(18)의 반사 파장 선택 기능은, 전면으로부터 투사되는 이미지 디스플레이 광과 동일한 파장 영역의 광만을 선택적으로 반사하고, 기타 파장 영역의 광은 통과시키는 것이다. 그러한 반사 파장 선택 기능은, 도 8에 도시된 바와 같이, 소위 브래그 반사(Bragg reflection)를 이용하여 이루어진다. 특히, 상이한 반사율을 갖는 복수의 층이 교대로 적층된 구조에서는, 아래 기재한 조건을 만족시킨다면(수식에서, d는 층간 거리이고, λ는 입사 광의 파장이다), 상이한 반사율을 갖는 층들 사이의 인터페이스 상의 소정의 입사각(φ)으로 입사하는 광 빔이 각 층에서 반사되는 광에 의해 강화되고, 따라서 전체적으로 높은 반사율을 나타낸다.
2d sinΦ = nλ (∵ n은 자연수(1, 2, 3, ... ))
이미지 디스플레이 광에 대한 상기 브래그 반사를 생성하기 위해 설정된 다층 박막 구조를 구성함으로써, 이미지 디스플레이 광의 파장에 대응하여 반사 파장 선택 기능을 갖는 반사층(18a)을 구성할 수 있다. 즉, 반사층(18a)은 다층 박막 대역 통과 필터로서 형성될 수 있다. 상기 다층 박막 대역 통과 필터는, 도 9에 도시된 바와 같이, B(청색), G(녹색), R(적색)에 대응하는 소정의 파장 영역의 광만을 반사하고 기타 파장 영역은 통과시키는 특성을 갖는다.
반사층(18a)은, 반사형 홀로그램으로 형성되거나, 여러 유형의 토너(안료:pigment) 입자로 혼합되어 토너층으로 코팅된, 반사 파장 선택 기능을 가질 수 있다. 상기 반사형 홀로그램과 토너층을 형성하는 방법 및 그 특성들은 도 19 내지 도 23의 c를 참고로 후술한다.
외부 광 감소층(19)은 이미지 디스플레이 광을 거의 흡수하지 않고 통과시키도록 정의된 층으로, 다른 광을 흡수한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 외부 광 감소층(19)은 소위 차양 커튼과 같이 복수의 미세한 차광판들을 갖는 구조일 수 있다. 이 외부 광 감소층(19)은, 도 10에서 화살표 A로 도시된 바와 같이, 투사 이미지 형성 수단을 통해 투사된 이미지 디스플레이 광과 같이, 거의 전면측으로부터 이미지 디스플레이 장치용 스크린 상에 입사하는 입사 광을 통과시킨다. 또한 상기 외부 광 감소층(19)은, 도 10의 화살표 B로 도시된 바와 같이, 다른 방향에서입사하는 입사 광을 차단하는 복수의 미세한 차광판(19a)을 갖는다. 즉, 상기 차광판들(19a)은 거의, 이미지 디스플레이 광의 입사 방향 및 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 전면부과 수직한 방향으로 배열된다. 상기 차광판들(19a)의 표면부는 흑색 페인트로 코팅되어 상기 차광판들의 표면부 상에 입사되는 광을 흡수한다.
또한, 외부 광 감소층(19)은, 도 11에 도시된 바와 같이, 흡수 편광판을 이용하여 구성될 수도 있다. 특히, 예를 들어, P 편광(P-polarized)과 같이, 특정 방향으로 편광되는 이미지 디스플레이 광과, 도 11의 화살표 A와 같은 특정 방향으로 편광된 광만을 통과시키고, 기타 방향으로 편광된 광은 흡수하는 흡수 편광판을 상기 외부 광 감소층(19)으로 사용하는 것을 가정한다. 그 후, 도 11에 화살표 B로 도시된 바와 같이, 여러 편광 상태의 광이 합성된 외부 광 중에서 단지 이미지 디스플레이 광과 동일한 편광 상태의 성분만이 외부 광 감소층(19)을 통해 통과하고, 나머지 편광 상태 성분들은 상기 외부 광 감소층(19)에 흡수된다.
본 발명에 따른 이미지 디스플레이 장치용 스크린에서, 상기 기술한 기능을 실현하기 위해서는, 각 기능을 담당하는 구조를 선택하고 조합하는 다양한 실행이 가능하다. 이하 본원에서, 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 전형적인 구성 예를 설명할 것이며, 상기 설명한 기능을 담당하는 각 구조는 적절히 조합할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 상기 이미지 디스플레이 장치용 스크린에서, 상기 광 흡수 기능은 흑색 필름을 기저부(15)에 결합시킴으로써 실현할 수 있고, 상기 이득 제어 기능은 광 제어층(18c)의 지지층(18c)의 전면부가 렌즈 구조를 갖게함으로써 실현할 수 있다. 상기 확산 이미지 형성 기능은 지지층(18c)과 반사층(18a) 사이의 인터페이스 상에 볼록 및 오목한 확산 구조(18b)를 갖게 함으로써 실현할 수 있고, 상기 반사 파장 선택 기능은 반사층(18a)으로서 다층 박막 대역 통과 필터를 사용하여 실현할 수 있다. 상기 외부 광 감소 기능은 흡수 편광판으로 만든 외부 광 감소층(19)으로 실현할 수 있다.
또한, 상기 이미지 디스플레이 장치용 스크린에서, 도 13에 도시된 바와 같이, 미세한 오목 및 볼록한 표면(거친 표면)을 갖는 광 흡수 기능을 갖고 그 위에 렌즈 구조가 형성된 흑색의 광 흡수층(13)의 전면부로서, 상기 광 흡수층(13)의 전면측 상에 대역 통과 필터로서 구성된 광 제어층(18)은, 상기 광 흡수층(13)의 전면부 형상을 따르게 된다. 이는, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 이득 제어 기능과 확산 이미지 형성 기능을 실현할 수 있고, 또한, 광 제어층(18)의 반사 파장 선택 기능도 실현할 수 있다. 상기 이미지 디스플레이 장치용 스크린에서, 외부 광 감소 기능은 흡수 편광판으로 만든 외부 광 감소층(19)에 의해 실현된다.
또한, 상기 이미지 디스플레이 장치용 스크린에서, 도 15에 도시된 바와 같이, 렌즈 구조로 광 흡수 기능을 갖는 흑색의 광 흡수층(13)의 전면부 상에 형성되어, 상기 광 흡수층(13)의 전면부 상에 대역 통과 필터로서 구성된 광 제어층(18)은 광 흡수층(13)의 전면부의 형상을 따르게 되고, 따라서 이득 제어 기능을 실현하게 된다. 또한, 상기 광 제어층(18)의 반사 파장 선택 기능도 실현될 수 있다. 상기 확산 이미지 형성 기능은, 상기 광 제어층(18)과 외부 광 감소층(19) 사이에 분산되어 있는 기본 재료와 상이한 반사율을 갖는 입자로 만든 확산재(diffuser)의구조를 갖는 확산판(20)을 제공하여 실현할 수 있는데, 이는 외부 광 감소 기능을 갖는 흡수 편광판이다.
또한, 상기 이미지 디스플레이 장치용 스크린에서, 광 흡수 기능은, 도 16에 도시된 바와 같이, 흑색 광 흡수층(13)에 의해 실현될 수 있다. 상기 이득 제어 기능, 확산 이미지 형성 기능, 반사 파장 선택 기능은, 도 17에 도시된 바와 같이, 광 흡수층(13)의 전면측 상에 배치되어 광 제어층이 될 홀로그래픽 재료(12)로 실현될 수 있다. 상기 기능을 갖는 홀로그래픽 재료(12)의 제조 방법에 대해서는 후술한다. 또한, 상기 이미지 디스플레이 장치용 스크린에서, 외부 광 감소 기능은 흡수 편광판으로 만들어진 외부 광 감소층(19)에 의해 실현된다.
또한, 상기 이미지 디스플레이 장치용 스크린에서, 도 18에 도시된 바와 같이, 외부 광 감소 기능은, 도 18의 화살표 B 및 화살표 C로 도시된 상부로부터 및 하부로부터 입사되는 광을 차단 및 흡수하고, 도 18의 화살표 A로 도시된 광의 이미지 디스플레이는 통과시키는 복수의 미세 차광판(19a)을 갖는 외부 광 감소층(19)으로 실현될 수 있다. 상기 외부 광 감소층을 제외한 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 구성부는 도 13에 도시된 것과 동일하다.
상기 설명한 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 모든 구조에서, 외부 광 감소 기능은 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 응용 및 환경에 따라 생략할 수도 있다. 또한, 상기 설명한 모든 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 구조에서, 가장 바깥 전면측 상의 표면부는 표면 반사 방지 기능을 가질 수 있다. 이 표면 반사 방지 기능은, 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 가장 바깥 전면측 상의 표면부에 미세한 볼록부 및 오목부들을 형성함으로써 실현할 수 있다.
(이미지 디스플레이 장치용 스크린 제조 방법)
이하에서 본 발명에 따른 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 광 제어층에서, 이미지 디스플레이 광을 브래그 반사하여 이미지 디스플레이 광의 파장에 대응하는 반사 파장 선택 기능을 갖는 다층 박막 대역 통과 필터로서의 반사층을 구성하기 위해, 반사층을 형성하는 유전체 등의 재료는, 증착 등의 방법으로, 지지층의 전면부나 광 흡수층의 전면부 상에 다층 박막의 형태로 적층된다.
다음에, 상기 기술한 홀로그래픽 재료(12)를 사용한 반사 파장 특성을 실현하는 제조 방법을 설명한다. 특히, 도 19에 도시된 바와 같이, 물체 광(4a)과 참조 광(4b)으로, 투사 이미지 형성 수단을 통해 투사된 이미지 디스플레이 광과 파장 특성이 동일하거나 거의 동일한 레이저 빔(4)을 이용한 반사형 홀로그래픽 스크린을 준비하여, 이미지 디스플레이 광의 파장만을 선택적으로 반사하는 스크린을 만들 수 있다.
상기 반사형 홀로그래픽 스크린으로 구성된 이미지 디스플레이 장치용 스크린 제조에서, 레이저 빔(4)은 하프 미러(half mirror)에 의해 두 개의 광 경로로 분기 된다. 두 개의 광 경로 중 하나인, 상기 물체 광(4a)은, 복수 개의 거울(6, 7, 9)과 확산판(8)을 통해 홀로그래픽 재료(12) 상에 입사된다. 상기 홀로그래픽재료(12)에서, 상기 물체 광(4a)과 참조 광(4b)은 상호 간섭하고 간섭 프린지(interference fringes)를 형성하며, 상기 간섭 프린지에 대응하는 부분들은 광에 노출되게 된다. 원색에 대한 그러한 노출이 행해지고 진행되게 됨에 따라, 원색에 대응하는 회절 격자를 갖는 반사형 홀로그래픽 스크린이 형성된다.
상기 홀로그래픽 재료(12)의 예시적인 반사 파장 특성은, 도 20에 도시된 바와 같이, R(적색), G(녹색), B(청색)의 파장 영역에서는 반사 강도가 높고, 기타 파장 영역에서는 반사가 거의 0에 가깝다.
도 21에 도시된 바와 같이, 상기 홀로그래픽 재료(12)를 사용하여 구성된 이미지 디스플레이 장치용 스크린에서, 파장( λ기타)을 갖는, 즉, 상기 물체 광(4a) 및 참조 광(4b)과는 상이한 광은, 홀로그래픽 재료(12)에 의해 반사되지 않고, 홀로그래픽 재료(12)를 통과한다. 상기 홀로그래픽 재료(12)를 통과한 (파장( λ기타)을 갖는) 광은 홀로그래픽 재료(12)의 후면측 상의 광 흡수층(13)에 흡수된다.
반사형 홀로그래픽 스크린으로 구성된 이미지 디스플레이 장치용 스크린에서, 물체 광(4a) 및 참조 광(4b)의 파장을 갖는 광, 즉, 상기 투사 이미지 형성 수단을 통해 투사된 파장(λr, λg, λb)을 갖는 이미지 디스플레이 광은, 상기 홀로그래픽 재료(12)에 의해 반사되어 관찰자(14)의 눈에 도달하게 된다.
도 22에 도시된 바와 같이, 상기 이미지 디스플레이 장치용 스크린 제조 방법으로, 여러 유형의 토너(안료) 입자를 준비해 형성한 토너층(16)은, 기저부(15)의 전면부 상에 광 제어층으로 형성되어 투사면이 될 수 있다. 상기 토너층(16)은, 적색(R)을 반사하는 토너 입자와, 녹색(G)을 반사하는 토너 입자와, 청색(B)을반사하는 토너 입자로 만들어진다. 상기 토너층(16)은, 원색을 포함하지 않는 파장(λ기타)의 주변 광을 조사하면 흑색으로 보인다.
도 23의 a에 도시된 바와 같이, 청색(B)을 반사하는 토너 입자는, 단지 청색(B)만을 반사하고 나머지 파장들의 광은 흡수한다. 도 23의 b에 도시된 바와 같이, 녹색(G)을 반사하는 토너 입자는, 단지 녹색(G)만을 반사하고 나머지 파장들의 광은 흡수한다. 도 23의 c에 도시된 바와 같이, 적색(R)을 반사하는 토너 입자는, 단지 적색(R)만을 반사하고 나머지 파장들의 광은 흡수한다.
(파장 λr, λg, λb를 갖는) 원색으로 구성된 이미지 디스플레이 광이 투사 이미지 형성 수단을 통해 토너층(16) 상에 투사되면, 상기 색의 광 빔들은 대응 색의 토너 입자에 의해 반사되고, 관찰자의 눈에 도달하게 된다.
(이미지 디스플레이 장치의 구조)
도 24에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이미지 디스플레이 장치는, 세 구성 요소, 즉, 투사 이미지 형성 수단을 갖고 이미지 광을 투사하는 투사기(1)와, 상기 투사기(1)가 그 위에 이미지를 투사하는 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2)과, 상기 이미지 디스플레이 장치(2)와 그 주변에 빛을 조사하는 주변 광 생성 수단인 라이트(light:3)를 포함한다.
상기 이미지 디스플레이 장치에서, 상기 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2)은 위에서 기술한 본 발명에 따른 이미지 디스플레이 장치용 스크린이다. 따라서, 상기 이미지 디스플레이 장치의 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2)은 위에서 기술한 이미지 디스플레이 장치용 스크린의 모든 예시적 구조를 사용할 수 있다.
상기 투사기(1)는, 적색, 녹색, 청색의 원색 광 빔을 발산하는 광원과, 상기 광원으로부터 발산된 각 색의 광 빔의 강도를 이미지 정보에 따라 변조시키는 공간 광 변조기(광 전구)와, 상기 공간 광 변조기에 의해 변조된 강도를 갖는 원색 광 빔들을 중첩시켜 상기 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2) 상에 이미지를 형성시키는 투사 이미지 형성 수단(투사 렌즈)을 포함한다. 상기 공간 광 변조기로, 반사 또는 통과 유형의 액정 변조기, 또는 마이크로 미러 어레이(micro-mirror array) 등의 스위칭 소자 등이 사용될 수 있다.
즉, 투사기(1)는, 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2) 상에 적색 광이 디스플레이되도록 이미지의 적색 성분을 투사하고, 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2) 상에 녹색 광이 디스플레이되도록 이미지의 녹색 성분을 투사하며, 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2) 상에 청색 광이 디스플레이되도록 이미지의 청색 성분을 투사한다. 그 후, 상기 투사기(1)는 상기 광 빔들을 중첩하여, 원래의 디스플레이 이미지를 재생한다.
도 25에 도시된 바와 같이, 상기 투사기(1)에 의해 투사된 광 빔들의 파장 성분들은 원색 광의 적색(R), 녹색(G), 청색(B), 파장 성분들이다(수평축은 파장(λ)을, 수직축은 투사 강도를 나타낸다).
도 26에 도시된 바와 같이, 라이트(3)는, 원색 광 빔과는 상이한 파장을 갖는 주변 광을 사용하여, 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2)을 조사한다(수평축은파장(λ)을, 수직축은 방사 강도를 나타낸다). 도 27에 도시된 바와 같이, 상기 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2)은, 주변 광 보다는 상기 투사기(1)로부터 투사되는 원색 광에 대해 더 높은 반사율을 가지며, 주변 광 보다는 원색 광에 대해 더 낮은 흡수율을 갖는다(수평축은 파장(λ)을 나타내며, 수직축은 반사 강도를 나타낸다).
후에 설명하는 바와 같이, 상기 이미지 디스플레이 장치는 밝은 환경에서도 높은 높은 가시성의 이미지를 디스플레이할 수 있다. 즉, 도 28에 도시된 바와 같이, 인간 가시 특성(가시 파장 특성)은, 소위 가시 광 영역(대략 400 내지 700 nm)의 거의 일정한 시감도(luminous efficacy)를 나타낸다.
그러므로, 상기 투사기(1)로부터 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2) 상에 투사된 광은, 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2)에 의해 반사되고 관찰자의 눈에 도달하게 되지만, 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2) 상의 주변 광을 포함하는 모든 나머지 광은 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2)에 의해 흡수된다. 따라서, 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2) 상의, 투사기(1)에 의해 투사된 이미지만이 이미지로서 관찰자의 눈에 보이게 된다.
(투사기의 광원)
상기 투사기(1)에 의해 투사된 원색 광 빔들은, 각각의 원색 광 빔의 파장 폭이 가능한한 좁게 만들어진다면, 주변 광들과 쉽게 식별될 수 있다. 즉, 도 29에 도시된 바와 같이, 레이저 광원을 상기 투사기(1)의 광원으로 사용하면, 상기각각의 원색 광 빔의 각 파장 폭을 최대한 좁게 할 수 있다. 이 경우, 투사기(1)는, 주사 수단(scanning means)을 갖고, 이 주사 수단을 통해 상기 레이저 광원으로부터 방사되는 레이저 광 빔의 조사 방향으로 상기 이미지 디스플레이 영역을 주사하도록한다. 상기 공간 광 변조기로는, 상기 주사 수단에 의해 레이저 빔의 방사 방향으로의 주사 타이밍에 따라 레이저 빔의 강도를 변화시키는 광 강도 제어 수단이 사용될 수 있다.
상기 레이저 광원을 사용하는 원색 광의 파장 폭을 좁히는 것이 주변 광의 파장을 중첩한 영역을 쉽게 감소시킬 수 있기 때문에, 디자인이 자유로워질 수 있고 투사기의 특성이 개선될 수 있다.
또한, 상기 이미지 디스플레이 장치의 투사기(1)에서, 광원으로, 금속 할로겐 램프, 고압 수은 램프, 크세논 램프 등의 방전관이 사용될 수 있다. 도 30의 a에 도시된 바와 같이, 고압 수은 램프에 의해 방사되는 광은, 명확한 방사 라인 스펙트럼을 갖지만, 상기 방사 라인 스펙트럼 외의 파장 성분도 포함한다. 따라서, 도 30의 b에 도시된 바와 같이, 상기 광을 특정 파장만을 통과시키는 필터로 필터링하면, 특정 파장 성분의 광만을 얻을 수 있다.
크세논 램프를 사용하면, 방사되는 광이 넓은 파장 특성을 갖기 때문에, 상이한 파장 특성을 갖는 필터를 조합시킨 복합 필터를 사용하여 투사된 광의 파장 특성을 제어할 필요가 있다. 상기 필터링이 실행되면, 파장 폭이 충분히 좁은 원색 광을 얻을 수 있다.
또한, 만약 비교적 저압의 수은 램프(중압 수은 램프) 및 적색 반도체 레이저로 구성된 하이브리드 광원이 상기 투사기(1)의 광원으로 사용된다면, 도 31의 a에 도시된, 수은 램프의 청색 및 녹색의 방사 라인 피크와, 도 31의 b에 도시된, 적색 반도체 레이저의 좁은 파장 폭을 갖는 스펙트럼은, 필터링 없이 도 31의 c에 도시된, 좁은 파장 폭을 갖는 원색 광을 얻을 수 있게 된다.
[라이트(주변 광 생성 수단)]
도 32에 도시된 바와 같이, 주변 광 생성 수단인, 라이트(3)로, 적절한 형광 재료를 사용하여 그 방사 파장 특성이 상기 투사기(1)에 의해 투사되는 광의 파장과 겹치지 않는 온백색(warm-white) 형광 램프를 사용할 수 있다.
또한 상기 라이트(3)로, 백열 램프 등의 조사 광원과, 상기 조사 광원으로부터의 광의 원색 광 빔들의 파장 영역을 차단하는 필터를 조합한 조합체를 사용할 수 있다. 도 33의 a에 도시된 바와 같이, 백열 전구와 같은 조사 광원으로부터의 광은, 가시광 영역 거의 전체에 미치는 넓은 파장 특성을 갖는다. 그러나, 이 광이 필터링되면, 도 33의 b에 도시된 바와 같이, 원색 광 빔들의 파장 영역들은 차단된 파장 특성을 갖게 된다.
상기 라이트(3)를 얻기 위해, 통상적으로 사용되는 온백색 형광 램프 또는 백열 램프 대신에, 형광 재료를 적절히 사용한 온백색 형광 램프나 상기 기술한 필터를 조합한 백열 램프를 사용할 수도 있다.
또한, 상기 주변 광 생성 수단은 발광 다이오드(LED)를 이용하여 구성할 수도 있다. 이 경우, 도 34에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드는, 상기 투사기(1)의 광원, 공간 광 변조기, 투사 이미지 형성 수단의 색 재생 파장과는 상이한 방사 파장 특성을 갖고, 상기 투사기(1)에 의해 투사된 광의 파장과 겹치지 않는 파장을 갖는 주변 광을 방사한다. 여러 유형의 발광 다이오드의 조합이 사용될 수도 있다. 인간의 눈에는, 주변 광은 거의 흰색으로 보인다.
또한 상기 주변 광 생성 수단은, 자외선 발광 다이오드(LED), 및 상기 자외선 발광 다이오드에 의해 방사된 자외선으로 여기된 가시성 형광체(visible phosphor)으로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 가시성 형광체는, 도 35에 도시된 바와 같이, 상기 투사기(1)의 광원, 공간 광 변조기, 투사 이미지 형성 수단의 색 재생 파장과는 상이한 방사 파장 특성을 갖고, 상기 투사기(1)에 의해 투사된 광의 파장과 겹치지 않는 파장을 갖는 주변 광을 방사한다. 여러 유형의 발광 다이오드의 조합이나 가시성 형광체도 사용될 수 있다. 인간의 눈에는, 주변 광은 거의 흰색으로 보인다.
(자외선을 이용한 구조)
또한, 도 36에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이미지 디스플레이 장치에서, 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2) 상에 투사되는 원색 광 빔들 중 하나를, 투사기(1)에서 자외선으로 대체할 수 있고, 자외선을 상기 투사기(1)에서 자외선과 대체되는 하나의 원색 광 빔으로 변환시킨 색 변환층(형광체층)을 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2)에 구성한다. 특히, 상기 이미지 디스플레이 장치에서, 투사기(1)는 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2) 상에, 세 원색 광 빔 중 두 원색 광빔(파장 λr, λb)과 자외선(파장 λuv)을 투사한다. 도 37에 도시된 바와 같이, 상기 스크린 상에 투사된 두 원색 광 빔(파장 λr, λb)은, 앞서 설명한 바와 같이, 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2)의 전면측 상에 형성된 홀로그래픽 재료(12)에 의해 반사된다. 상기 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2) 상에 투사된 자외선(파장 λuv)은 상기 홀로그래픽 재료(12)를 통해 통과되어, 홀로그래픽 재료(12) 뒤에 형성된 형광체층(17)에서 나머지 한 원색 광 빔(파장 λg)으로 변환되어, 반사되고, 다시 상기 홀로그래픽 재료(12)를 통해 통과하게 된다. 상기 라이트(3)로부터의 주변 광(파장 λ기타)은, 상기 홀로그래픽 재료(12)와 상기 형광체층(17)을 통해 통과하여, 상기 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2)의 후면측 상에 구성된 상기 광 흡수층(13) 흡수된다. 즉, 이 경우 상기 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2)은, 홀로그래픽 재료(12)와, 형광체층(17)과, 광 흡수층(13)의 복합체를 포함한다.
도 38의 a에 도시된 바와 같이, 상기 이미지 디스플레이 장치에서, 투사기(1)로부터 투사되는 자외선(파장 λuv)과, 두 원색 광 빔(파장 λr, λb)이, 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2)에 의해 반사된다면, 상기 광 빔들은 세 원색 광 빔들(λr, λg, λb)이 될 것이고, 따라서 이미지 디스플레이를 형성한다.
(특정 파장 특성)
상기 투사기(1)로부터 투사된 광의 파장 특성과, 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2)의 반사의 파장 특성과, 상기 설명한 다양한 구조 중에서 선택한투사기(1)와, 이미지 디스플레이 장치용 스크린(2)과, 라이트(3)의 적절한 조합을 갖는 이미지 디스플레이 장치의 주변 광의 파장 특성에 관해, 특정 예를 지금부터 설명한다.
먼저, 광원으로 레이저 광원을 갖는 레이저 디스플레이가 상기 투사기로 사용된다고 가정하면, 상기 투사기로부터 투사되는 광은, 도 39의 a에 도시된 바와 같이, 파장 457nm(B), 532nm(G), 647nm(R)에서 뾰쪽하게 피크를 이루는 원색 광이다. 반사형 홀로그래픽 스크린은 상기 스크린과 같이 사용되고, 도 39의 b에 도시된 것과 같이, 상기 스크린으로부터 반사된 광의 파장 특성은 상기 투사기(1)로부터 투사된 원색 광의 파장 특성과 일치한다. 온백색 형광 램프는 주변 광을 방사하기 위한 라이트로 사용되고, 도 39의 c에 도시된 바와 같이, 이 램프는 원색 광의 파장 영역 외의 파장 영역에서 피크를 갖는 파장 특성의 주변 광을 생성하하도록 한다. 도 39의 d에 도시된 바와 같이, 상기 투사기가 상기 스크린 상에 이미지를 투사하고, 상기 주변 광이 상기 스크린과 그 주변을 조사하면, 상기 스크린 상의 주변광은 상기 스크린에 의해 흡수되고, 단지 상기 투사기로부터 투사된 이미지 디스플레이를 형성하는 광만이 스크린에 의해 반사된다.
다음, 필터링된 금속 할로겐 램프가 상기 투사기의 광원으로 사용되면, 도 40의 a에 도시된 바와 같이, 투사기로부터 투사된 광은 440nm(B), 532nm(G), 647nm(R)의 파장 주변에 피크를 갖는 원색 광이다. 반사형 홀로그래픽 스크린이 스크린으로 사용되면, 도 40의 b에 도시된 바와 같이, 상기 스크린으로부터 반사된 광의 파장 특성은 상기 투사기(1)로부터 투사된 원색 광의 파장 특성과 일치한다.필터링된 백열 램프가 주변 광을 방사하는 라이트로 사용되면, 도 40의 c에 도시된 바와 같이, 상기 램프는 원색 광 빔의 파장 영역이 차단된 파장 특성의 주변 광을 생성하게 된다. 상기 투사기가 이미지를 상기 스크린 상에 투사하고 주변 광이 상기 스크린과 그 주변에 조사되면, 상기 도 40의 d에 도시된 바와 같이, 상기 스크린 상의 주변 광은 상기 스크린에 의해 흡수되고 상기 투사기로부터 투사된 이미지 디스플레이를 형성하는 광만이 상기 스크린에 의해 반사된다.
지금까지 설명에서 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 특정 실시예를 참고로 설명하였지만, 당업자라면 상기 실시예가 본 발명의 한정이 아님을 알 수 있을 것이며, 첨부된 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 범위나 정신을 벗어나지 않는 다양한 수정이나, 대체적 구성, 치환이 가능함을 알 것이다.
본 발명에 따른 이미지 디스플레이 장치용 스크린, 이미지 디스플레이 장치, 이미지 디스플레이 장치 제조 방법을 활용하면, 광 제어층이 파장 영역별로 선택적으로 반사하므로, 외부 광의 영향을 줄이면서 이미지 디스플레이가 가능하다.
또한, 본 발명을 활용하면, 전력의 증가 없이 밝은 환경에서도 충분한 콘트라스트를 갖는 이미지를 출력할 수 있고, 출력되는 투사 광에 필요한 전력 소비를 줄일 수 있다.
또한, 밝은 환경에서도 손쉽게 대형 스크린의 이미지 디스플레이가 가능하다.

Claims (45)

  1. 이미지 디스플레이 장치용 스크린에 있어서,
    기저부,
    상기 기저부 상에 형성되고, 거의 모든 가시광 영역을 포함하는 파장 영역의 광을 흡수하는 광 흡수층 및
    상기 광 흡수층 상에 형성된 광 제어층을 포함하고,
    상기 광 제어층은 투사 이미지 형성 수단을 통해 투사된 이미지 디스플레이 광을 확산 반사시켜 이미지를 형성하는 확산 이미지 형성 기능 및 상기 이미지 디스플레이 광의 파장 영역의 광을 선택적으로 반사하고 기타 파장 영역의 광을 통과시키는 반사 파장 선택 기능을 갖는 이미지 디스플레이 장치용 스크린.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 제어층은 그 표면부에 형성된 미세한 오목부 및 볼록부 또는 마이크로 미러(micro-mirror)를 갖는 이미지 디스플레이 장치용 스크린.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 제어층은, 상기 층 내에 분산되어 있고, 상이한 굴절율을 갖는 미세한 확산체(diffuser)를 구비하여 확산 이미지 형성 기능을 갖는 이미지 디스플레이 장치용 스크린.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 제어층은 브래그 반사막(Bragg reflection film)을 이용한 다층 박막 대역 통과 필터로 형성되어 상기 반사 파장 선택 기능을 갖는 이미지 디스플레이 장치용 스크린.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 제어층은 홀로그래픽 반사막을 구비하여 상기 반사 파장 선택 기능을 갖고, 반사형 홀로그래픽 스크린으로 형성되는 이미지 디스플레이 장치용 스크린.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 제어층은, 적색 파장 영역의 광에 대해 기타 파장 영역의 광보다 반사율이 높은 제 1 토너 입자와, 녹색 파장 영역의 광에 대해 기타 파장 영역의 광보다 반사율이 높은 제 2 토너 입자와, 청색 파장 영역의 광에 대해 기타 파장 영역의 광보다 반사율이 높은 제 3 토너 입자의 혼합물로 그 표면부를 코팅함으로써, 상기 반사 파장 선택 기능을 갖는 이미지 디스플레이 장치용 스크린.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 제어층은, 상기 반사된 광의 출사 방향에 따라, 입사광에 대한 반사광의 양을 변화시키는 이득 제어 기능을 갖는 이미지 디스플레이 장치용 스크린.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 광 제어층은, 그 표면부에 복수 개의 미세한 오목부(concave parts)를 구비하여 렌즈 효과(lens effect)를 갖고, 따라서 상기 이득 제어 기능을 갖는 이미지 디스플레이 장치용 스크린.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 기저부는 그 표면부에 복수 개의 미세한 오목부를 갖고, 상기 광 제어층은 상기 기저부 표면의 형상에 따른 형상을 갖고 렌즈 효과를 가지며, 따라서 상기 이득 제어 기능을 갖는 이미지 디스플레이 장치용 스크린.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 제어층 상에 외부 광 감소층을 더 포함하고, 상기 외부 광 감소층은 상기 투사 이미지 형성 수단을 통해 투사된 이미지 디스플레이 광의 파장 영역의 광을 통과시키고, 기타 파장 영역의 광을 흡수하는, 이미지 디스플레이 장치용 스크린.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 제어층 상에 외부 광 감소층을 더 포함하고, 상기 외부 광 감소층은상기 투사 이미지 형성 수단을 통해 투사된 이미지 디스플레이 광의 입사 방향의 광을 통과시키고, 기타 입사 방향의 광을 차단하는 복수의 미세한 차단판을 포함하는 이미지 디스플레이 장치용 스크린.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 제어층 상에 외부 광 감소층을 더 포함하고, 상기 외부 광 감소층은 상기 투사 이미지 형성 수단을 통해 투사된 이미지 디스플레이 광의 편광 상태의 광을 통과시키고, 기타 편광 상태의 광을 흡수하는 이미지 디스플레이 장치용 스크린.
  13. 이미지 디스플레이 장치용 스크린 제조 방법에 있어서,
    이미지 투사기의 색 재생 파장을 결정하는 원색의 광 빔들을, 물체 광(object light)과 참조 광(reference light)으로 이용하여 반사형 홀로그래픽 스크린을 형성하고, 따라서 상기 이미지 투사기의 상기 색 재생 파장에 대응하는 반사 파장 특성을 제공하는 이미지 디스플레이 장치용 스크린 제조 방법.
  14. 이미지 디스플레이 장치용 스크린 제조 방법에 있어서,
    투사 표면 상에 복수 유형의 토너 입자를 혼합한 재료를 도포하여, 이미지 투사기의 색 재생 파장에 대응하는 반사 파장 특성을 제공하는 이미지 디스플레이 장치용 스크린 제조 방법.
  15. 이미지 디스플레이 장치에 있어서,
    적색, 녹색, 청색의 원색 광을 방사(emitiing)하는 광원과,
    상기 광원으로부터 방사된 광 빔의 강도를 이미지 정보에 따라 변조하는 공간 광 변조기(spatial light modulator)와,
    상기 공간 광 변조기에 의해 그 강도가 변조된 상기 원색 광의 이미지를 스크린 상에 형성하는 투사 이미지 형성 수단과,
    상기 원색 광의 파장과 상이한 파장을 갖는 주변 광을 상기 스크린에 조명하는(illuminating) 주변 광 발생 수단을 포함하며,
    상기 스크린은 상기 주변 광보다는 상기 원색 광에 대해 더 높은 반사율을 가지며, 상기 주변 광보다는 상기 원색 광에 대해 더 낮은 흡수율을 갖는, 이미지 디스플레이 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 광원은 레이저 광원이고,
    상기 장치는 상기 레이저 광원으로부터 방사된 레이저 빔의 조사(irradiation) 방향을 이미지 디스플레이 영역 상에 주사(scanning)하는 주사 수단을 포함하고,
    상기 공간 광 변조기는 상기 레이저 빔의 조사 방향으로 상기 주사 주사 수단에 의한 주사 타이밍에 대응하여, 상기 레이저 빔의 광 강도를 변화시키는 광 강도 제어 수단인, 이미지 디스플레이 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 광원은 레이저 광원이고,
    상기 장치는 상기 레이저 광원으로부터 방사된 레이저 빔의 조사 방향을 이미지 디스플레이 영역 상에서 주사하는 주사 수단을 포함하고,
    상기 공간 광 변조기는 상기 주사 수단에 의해 조사 방향으로 주사되는 상기 레이저 빔의, 스크린 상의 광 강도를 변화시키는 스위칭 소자인, 이미지 디스플레이 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 액정 변조기인 이미지 디스플레이 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 마이크로 미러 어레이(micro-mirror array)인 이미지 디스플레이 장치.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 광원은, 방전관 및 상기 방전관으로부터 방사되는 광 빔 중 일부 파장 영역의 광 빔을 차단하는 필터링 수단을 포함하고,
    상기 공간 광 변조기는 상기 필터링 수단을 통과하는 상기 광 빔의 상기 스크린 상의 광 강도를 변화시키는 스위칭 소자인 이미지 디스플레이 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 액정 변조기인 이미지 디스플레이 장치.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 마이크로 미러 어레이인 이미지 디스플레이 장치.
  23. 제 15 항에 있어서,
    상기 광원은, 방전관, 상기 방전관으로부터 방사된 광 빔 중 일부 파장 영역의 광 빔을 차단하는 필터링 수단 및 적색 레이저 빔을 방사하는 레이저 발진기(laser oscillator)를 포함하고,
    상기 공간 광 변조기는 상기 필터링 수단을 통과하는 광 빔과 상기 적색 레이저 빔의, 스크린 상의 광 강도를 변화시키는 이미지 디스플레이 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 액정 변조기인 이미지 디스플레이 장치.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 마이크로 미러 어레이인 이미지 디스플레이 장치
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 방전관은 금속 할로겐 램프, 고압 수은 램프, 또는 크세논 램프인 이미지 디스플레이 장치.
  27. 제 15 항에 있어서,
    상기 스크린은, 상기 광원, 상기 공간 광 변조기 및 상기 투사 이미지 형성 수단의 색 재생 파장에 대응하는 반사 파장 특성을 갖는 반사형 홀로그래픽 스크린인 이미지 디스플레이 장치.
  28. 제 15 항에 있어서,
    상기 스크린은 복수 유형의 토너 입자들이 혼합된 재료로 코팅된 투사 표면을 갖고, 따라서 상기 광원, 상기 공간 광 변조기 및 상기 투사 이미지 형성 수단의 색 재생 파장에 대응하는 반사 파장을 갖는 이미지 디스플레이 장치.
  29. 제 15 항에 있어서,
    상기 스크린은 기저부, 상기 기저부 상에 형성되고 거의 모든 가시광 영역을 포함하는 파장 영역의 광을 흡수하는 광 흡수층 및 상기 광 흡수층 상에 형성된 광 제어층을 포함하고,
    상기 광 제어층은 상기 투사 이미지 형성 수단을 통해 투사된 원색 광을 확산 반사시켜 이미지를 형성하는 확산 이미지 형성 기능 및 상기 원색 광의 파장 영역의 광을 선택적으로 반사시키고 기타 파장 영역의 광을 통과시키는 반사 파장 선택 기능을 갖는 이미지 디스플레이 장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 광 제어층은 그 표면부에 형성된 미세한 오목부 및 볼록부 또는 마이크로 미러를 포함하는 이미지 디스플레이 장치.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 광 제어층은, 그 층에 분사된 상이한 굴절율의 미세한 확산체를 구비하여 상기 확산 이미지 형성 기능을 갖는 이미지 디스플레이 장치.
  32. 제 29 항에 있어서,
    상기 광 제어층은, 브래그 반사막을 이용한 다층 박막 대역 통과 필터로 형성되어 상기 반사 파장 선택 기능을 갖는 이미지 디스플레이 장치.
  33. 제 29 항에 있어서,
    상기 광 제어층은, 홀로그래픽 반사막을 구비하여 상기 반사 파장 선택 기능을 갖고, 반사형 홀로그래픽 스크린으로 형성되는 이미지 디스플레이 장치.
  34. 제 29 항에 있어서,
    상기 광 제어층은, 적색 파장 영역의 광에 대해 기타 파장 영역의 광 보다 반사율이 높은 제 1 토너 입자와, 녹색 파장 영역의 광에 대해 기타 파장 영역의 광보다 반사율이 높은 제 2 토너 입자와, 청색 파장 영역의 광에 대해 기타 파장 영역의 광보다 반사율이 높은 제 3 토너 입자의 혼합물로 그 표면부를 코팅함으로써, 상기 반사 파장 선택 기능을 갖는 이미지 디스플레이 장치.
  35. 제 29 항에 있어서,
    상기 광 제어층은, 상기 반사된 광의 출사 방향에 따라, 입사광에 대한 반사광의 양을 변화시키는 이득 제어 기능을 갖는 이미지 디스플레이 장치.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 광 제어층은, 그 표면부에 복수 개의 미세한 오목부를 구비하여 렌즈 효과를 갖고, 따라서 상기 이득 제어 기능을 갖는 이미지 디스플레이 장치.
  37. 제 35 항에 있어서,
    상기 기저부는 그 표면부에 복수 개의 미세한 오목부를 갖고, 상기 광 제어층은 상기 기저부 표면의 형상에 따른 형상을 갖고 렌즈 효과를 가지며, 따라서 상기 이득 제어 기능을 갖는 이미지 디스플레이 장치.
  38. 제 29 항에 있어서,
    상기 광 제어층 상에 외부 광 감소층을 더 포함하고, 상기 외부 광 감소층은 상기 투사 이미지 형성 수단을 통해 투사된 이미지 디스플레이 광의 파장 영역의 광을 통과시키기고, 기타 파장 영역의 광을 흡수하는 이미지 디스플레이 장치.
  39. 제 29 항에 있어서,
    상기 광 제어층 상에 외부 광 감소층을 더 포함하고, 상기 외부 광 감소층은 상기 투사 이미지 형성 수단을 통해 투사된 이미지 디스플레이 광과 일치한 입사 방향의 광을 통과시키고, 기타 입사 방향의 광을 차단하는 복수의 미세한 차양판을 포함하는 이미지 디스플레이 장치.
  40. 제 29 항에 있어서,
    상기 광 제어층 상에 외부 광 감소층을 더 포함하고, 상기 외부 광 감소층은 상기 투사 이미지 형성 수단을 통해 투사된 이미지 디스플레이 광의 편광 상태의 광을 통과시키고, 기타 편광 상태의 광을 흡수하는, 이미지 디스플레이 장치.
  41. 제 15 항에 있어서,
    상기 주변 광 생성 수단은 상기 광원, 상기 공간 광 변조기 및 상기 투사 이미지 형성 수단의 색 재생 파장과 상이한 파장 특성을 갖는 형광관(fluorescenttube)을 포함하고, 상기 형광관으로 하여금 상기 주변 광을 방사하도록 하는 이미지 디스플레이 장치.
  42. 제 15 항에 있어서,
    상기 주변 광 생성 수단은 형광관 및 상기 형광관으로부터 방사되는 광 빔 중 일부 파장 영역의 광 빔을 차단하는 필터링 수단을 포함하고, 상기 광원, 상기 공간 광 변조기 및 상기 투사 이미지 형성 수단의 색 재생 파장과 상이한 파장 특성을 갖는 주변 광을 상기 필터링 수단을 통해 방사하는 이미지 디스플레이 장치.
  43. 제 15 항에 있어서,
    상기 주변 광 생성 수단은 발광 다이오드를 포함하고, 상기 광원, 상기 공간 광 변조기 및 상기 투사 이미지 형성 수단의 색 재생 파장과 상이한 파장 특성을 갖는 주변 광을 방사하는 이미지 디스플레이 장치.
  44. 제 15 항에 있어서,
    상기 주변 광 생성 수단은 자외선 발광 다이오드 및 상기 자외선 발광 다이오드로부터 방사된 자외선에 의해 여기된 가시성 형광체(visible phosphor)를 포함하고, 상기 광원, 상기 공간 광 변조기 및 상기 투사 이미지 형성 수단의 색 재생 파장과 상이한 파장 특성을 갖는 주변 광을 방사하는 이미지 디스플레이 장치.
  45. 이미지 디스플레이 장치에 있어서,
    적색, 녹색, 청색의 원색들 중 두 원색의 광과, 자외선을 방사하는 광원과,
    상기 광원으로부터 방사된 광 빔의 강도를 이미지 정보에 따라 변조하는 공간 광 변조기와,
    상기 공간 광 변조기에 의해 그 강도가 변조된 상기 두 원색 광과 자외선의 이미지를 스크린 상에 형성하는 투사 이미지 형성 수단과,
    상기 두 원색 광과 자외선의 파장과 상이한 파장을 갖는 주변 광으로 상기 스크린을 조명하는 주변 광 생성 수단을 포함하고,
    상기 스크린은 상기 주변 광에 대해서보다는 상기 두 원색 광에 대해서 더 높은 반사율을 가지고, 상기 주변 광에 대해서보다는 상기 두 원색 광에 대해서 더 낮은 흡수율을 가지며, 상기 자외선층을 상기 원색들 중 나머지 한 색의 광으로 변환시키는 색 변환층을 갖는 이미지 디스플레이 장치.
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