KR20050008360A

KR20050008360A - 프로젝션 표시 장치용 스크린

Info

Publication number: KR20050008360A
Application number: KR1020030048428A
Authority: KR
Inventors: 이종수
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-07-15
Filing date: 2003-07-15
Publication date: 2005-01-21
Also published as: US7061677B2; KR100553889B1; US20050057805A1

Abstract

프로젝션 표시 장치용 스크린이 개시되어 있다.

이 개시된 스크린은, 광원으로부터 출사된 광을 집광시키는 프레넬 렌즈 시트와, 상기 프레넬 렌즈 시트를 통과한 광을 수평방향으로 확산시키는 렌티큘러 렌즈 시트를 포함하는 프로젝션 표시 장치용 스크린에 있어서, 상기 프레넬 렌즈 시트가, 일면에 형성된 제1 프레넬 렌즈와 타면에 형성된 제2 프레넬 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의해, 비스듬하게 입사되는 광을 스크린의 수평 방향 및 수직 방향 모두에서 보정하여 스크린 전 영역에 균일한 휘도를 나타내도록 함으로써 화질을 개선한다.

Description

프로젝션 표시 장치용 스크린{Screen for projection display}

본 발명은 프로젝션 표시장치용 스크린에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 투사광학계로부터 출사되는 광의 사각추가 얇아지도록 광이 스크린을 향해 경사지게 입사되어, 스크린에의 입사각이 입사위치마다 다른 경우에도 투과 광량이 스크린 전체적으로 균일하게 되도록 함으로써 고화질 및 슬림화가 가능하게 된 스크린에 관한 것이다.

일반적으로, 투사형 스크린은 도 1을 참조하면, 투사광학계으로부터 투사된 광속을 관찰자의 방향으로 모으는 프레넬 렌즈 시트(10)와, 프레넬 렌즈 시트(10)로부터 출사된 광을 스크린의 수평 방향의 소정 각도로 분산시켜 시야각을 넓히는 렌티큘러 렌즈 시트(20)를 포함한다.

상기 렌티큘러 렌즈 시트(20)의 입사면에는 광을 수평방향으로 발산시키도록 하는 렌티큘러 렌즈(20a)가 형성되고, 출사면에는 발산하는 광을 흡수하고 외부로부터 입사하는 광을 차단함으로써 콘트라스트비를 높이기 위한 블랙 스트라이프(20b)가 형성된다.

그런데, 근래에 프로젝션 장치는 대화면화, 고화질화와 함께 슬림화가 요구되고 있으며, 이러한 요구들을 만족시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 도 2a는 투사 광학계(25)가 프레넬 렌즈 시트(10)의 중심부에 대응되는 높이에 배치된 경우를 나타낸 것이다. 그런데, 프로젝션 표시장치의 슬림화를 위해 투사 광학계로부터의 광선다발의 사각추를 얇게 하는 것이 요구되고 있다. 하지만, 투사 광학계(25)를 스크린의 중심부에 배치하는 경우 투사 광학계로부터의 광선다발의 사각추를 얇게 하는데 한계가 있다.

이에, 사각추를 얇게 하기 위해, 도 2b에 도시된 바와 같이 투사 광학계(25)를 스크린의 하부쪽에 경사지게 배치한다. 하지만, 이와 같이 투사 광학계를 경사지게 배치하면, 프레넬 렌즈 시트(10)의 주변부에서의 반사로 인한 광손실이 증대되고, 스크린의 중심부에 비해 스크린의 주변부에서의 밝기가 감소되어 화질이 저하되는 문제점이 발생된다.

도 3은 입사각에 따른 프레넬 렌즈 시트의 투과율을 나타낸 그래프이다. 이 그래프에 따르면, 입사각이 커짐에 따라 입사광의 투과율이 급격히 감소함을 알 수 있다. 여기서, T1은 상기 프레넬 렌즈 시트(10)의 평면으로 된 입사면을 투과하는 광량을 나타내고, T2는 프레넬 렌즈면으로 된 출사면을 투과하는 광량을 나타내며, TT는 T1과 T2를 곱한 값을 나타낸다.

스크린의 상부쪽으로 갈수록 입사각이 도 2a에 도시된 바와 같은 시스템(제1시스템이라 함)에 비해 도 2b에 도시된 바와 같은 시스템(제2시스템이라고 함)에서 더 크게 증가되므로, 도 3의 그래프를 참조하면 제1시스템에 비해 제2시스템에서 스크린 외곽부에서의 반사량에 의한 손실이 더 커진다.

따라서, 도 2b에 도시된 바와 같이 투사 광학계로부터 광을 경사지게 스크린에 입사시키는 경우, 프로젝션 표시장치를 슬림화하는 것은 가능하지만 화면에 어두운 영역과 밝은 영역이 생겨 화질이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 스크린의 수직 방향 및 수평 방향에서 투과 광량이 균일하게 되어 전체적으로 균일한 휘도를 나타냄과 아울러 광량도 증가되고 슬림화된 프로젝션 표시 장치용 스크린을 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 종래의 프로젝션 표시장치용 스크린의 사시도이다.

도 2a는 종래에 스크린의 중심부에 투사 광학계가 배치된 예를 나타낸 것이다.

도 2b는 종래에 스크린의 아래쪽에 투사 광학계가 배치된 예를 나타낸 것이다.

도 3은 일반적인 굴정형 프레넬 렌즈시트에의 입사각에 따른 투과율을 나타낸 그래프이다.

도 4a는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 프로젝션 표시장치용 스크린의 사시도이다.

도 4b는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 프로젝션 표시장치용 스크린에 채용된 프레넬 렌즈시트의 측면도이다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로젝션 표시장치용 스크린에 채용되는 프레넬 렌즈의 일부 확대도이다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로젝션 표시장치용 스크린에 채용되는 프레넬 렌즈에 광이 입사될 때 입사광과 프레넬 렌즈의 단위 프리즘의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 프로젝션 표시장치용 스크린과 종래의 스크린에의 광의 입사 위치에 따른 투과 광량을 비교하여 나타낸 그래프이다.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 프로제션 표시장치용 스크린에 채용되는 프레넬 렌즈의 구성도이다.

<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명>

40...프레넬 렌즈시트, 42,50...제1 프레넬 렌즈

43...단위 프레넬 렌즈, 43a...제1 프레넬 렌즈면

43b...제2 프레넬 렌즈면, 45...제2 프레넬 렌즈

46...플레이트, 47...굴절형 프리즘

48...전반사 프리즘 α1,α2...입사각

θ1...제1각도, θ2...제2각도

θt...출사각

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 프로젝션 표시장치용 스크린은, 광원으로부터 출사된 광을 집광시키는 프레넬 렌즈 시트와, 상기 프레넬 렌즈시트를 통과한 광을 수평방향으로 확산시키는 렌티큘러 렌즈 시트를 포함하는 프로젝션 표시 장치용 스크린에 있어서,

상기 프레넬 렌즈 시트가, 일면에 형성된 제1 프레넬 렌즈와 타면에 형성된 제2 프레넬 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 프레넬 렌즈는, 제1 프레넬 렌즈면과 제2 프레넬 렌즈면을 가진 단위 프레넬 렌즈를 복수개 포함하고, 상기 제1 프레넬 렌즈면과 제2 프레넬 렌즈면의 중심선에 대한 제1각도 및 제2각도가 입사광의 입사각도에 따라 달라지는 것이 바람직하다.

상기 제1각도를 θ1이라 하고, 스크린의 법선에 대한 제1입사각을 α1이라 할 때 상기 제1각도는 다음과 같은 범위를 갖는다.

<조건식>

또한, 상기 단위 프레넬 렌즈가 전반사 프리즘으로 된 것을 특징으로 한다.

상기 스크린의 법선에 대한 제1입사각을 α1이라 하고, 제1 프레넬 렌즈면을 통과한 다음에 있는 매질의 굴절률을 n2라 할 때, 상기 단위 프레넬 렌즈의 제1각도 θ1와 제2각도 θ2가 다음의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.

<조건식>

상기 제1 프레넬 렌즈의 중심이 스크린의 중심 아래쪽에 편심된 것을 특징으로 한다.

상기 제1 프레넬 렌즈는 입사광의 입사각에 따라 플레이트, 굴절형 프리즘 및 전반사 프리즘 중 적어도 두 개를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 프레넬 렌즈는 스크린의 법선에 대한 입사각(α1)이 0≤α1<20도인 영역에 플레이트, 20≤α1<50도인 영역에 굴절형 프리즘, 50≤α1≤80도인 영역에 전반사 프리즘이 구비된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프로젝션 표시장치용 스크린에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명의 제1실시예에 따른 프로젝션 표시장치용 스크린은, 도 4a 및 도 4b를 참조하면 일면에 제1 프레넬 렌즈(42)를, 타면에 제2 프레넬 렌즈(45)를 가진 프레넬 렌즈 시트(40)와, 상기 프레넬 렌즈 시트(40)를 통과한 광을 수평방향으로 확산시키는 렌티큘러 렌즈 시트(55)를 포함한다.

상기 제1 프레넬 렌즈(42)와 제2 프레넬 렌즈(45)는 스크린의 서로 다른 높이에 중심을 가지거나 같은 높이에 중심을 가질 수 있다.

상기 제1 프레넬 렌즈(42)는 도 5를 참조하면, 제1 프레넬 렌즈면(43a)과 제2 프레넬 렌즈면(43b)을 가지는 복수개의 단위 프레넬 렌즈(43)를 포함한다.

도 5는 상기 단위 프레넬 렌즈(43)의 제1프레넬 렌즈면(43a)과 제2 프레넬 렌즈면(43b)을 확대하여 나타낸 것이다. 여기서, 상기 제1 프레넬 렌즈면(43a)과 제2 프레넬 렌즈면(43b)의 중심선(c)에 대한 제1 각도를 θ1, 제2각도를 θ2, 스크린의 법선에 대한 제1입사각을 α1, 제2 프레넬 렌즈면(43b)의 법선에 대한 제2입사각을 α2라고 할 때, 상기 제2입사각(α2)은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

다음, 상기 제1 프레넬 렌즈(42)에 입사하기 전의 제1매질의 굴절률을 n1, 입사한 후의 제2매질의 굴절률을 n2, 제1 프레넬 렌즈면(43a)에 입사한 후의 굴절각을 β라고 할 때, 스넬 법칙에 의해 다음과 같은 식이 성립한다.

특히, 제1매질에서의 굴절률이 1일 때, β는 다음과 같이 구해진다.

다음, 상기 제1 프레넬 렌즈면(43a)에서 굴절된 광선이 제2 프레넬 렌즈면(43b)에서 반사되고, 여기서, 상기 제2 프레넬 렌즈면(43b)과 굴절된 광선이 이루는 각을 δ라고 하면, δ는 다음과 같이 구해진다.

또한, 상기 제2 프레넬 렌즈면(43b)에서의 입사각 또는 반사각 m은 다음과 같이 구해진다.

스크린의 법선과 반사광선 사이의 각도 즉, 스크린 법선에 대한 출사각을 θt라고 할 때, 상기 수학식 4 및 5를 이용하여 상기 출사각 θt를 θ1, θ2 및 α2에 대해 정리하면 다음과 같다.

또한, 상기 수학식 1을 이용하여 각도 θt를 θ1, θ2 및 α1에 대해 정리하면 다음과 같다.

상기 제1 프레넬 렌즈(42)는 스크린 전체적으로 투과 광량을 증가시킬 뿐만 아니라 스크린 전체에 대한 휘도의 균일도를 증대시킨다. 특히, 스크린의 법선과 이루는 입사각(α1)이 클수록 균일도에 대한 효과가 증대된다.

이러한 효과를 나타내도록 상기 제1 프레넬 렌즈의 제1각도(θ1)와 제2각도(θ2)는 스크린의 높이에 따라 달라진다. 구체적으로, 상기 제1각도(θ1)와 제2각도(θ2)는 다음과 같은 조건을 만족하도록 결정되는 것이 바람직하다.

첫 번째, 도 3을 참조하면 입사각이 0≤α2≤30도 범위를 가질 때 투과량이 90% 이상이 됨을 알 수 있다. 이에 따라, 제1 프레넬 렌즈면(43a)의 제2입사각(α2)이 0≤α2≤30도 범위를 가지도록 하는 것이 바람직하다. 이를 기준으로, 프레넬 렌즈에 광선의 입사시 반사 광량이 적게 되도록 하기 위해, 입사각 α2가 0≤α2≤π/6도 범위를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 상기 수학식 1을 이용하여 α2가 이러한 범위를 갖도록 제1 각도(θ1)를 구하면 다음과 같다.

제1입사각(α1)에 따라 상기 제1각도(θ1)가 상기 수학식 8에 따라 정해진 범위를 가지도록 함으로써 제1 프레넬 렌즈(42)의 투과광량을 90% 이상이 되도록 할 수 있다. 한편, 상기 수학식 8에서 제1 각도(θ1)는 프레넬 렌즈의 구조상 90도 이하의 각도를 가져야 하므로범위를 갖는 것이 바람직하다.

두 번째, 상기 제2각도(θ2)는 입사 광선이 제1 프레넬 렌즈면(43a)에 입사될 때, 도 6에 도시된 바와 같이 입사광선이 제2 프레넬 렌즈면(43b)에 의해 제1 프레넬 렌즈면(43a)에 입사되지 않는 영역(f)이 최소한으로 생기도록 하는 것이 바람직하다. 이때, θ2가 α1보다 커지면 제1 프레넬 렌즈면(43a)을 투과한 광이 제2 프레넬 렌즈면(43b)으로 입사되지 않는 광선이 존재할 수 있다. 따라서, θ2가 α1보다 같거나 작은 범위를 가지면서 제1 프레넬 렌즈면(43a)을 투과한 광이 제2 프레넬 렌즈면(43b)으로 입사되고, 제2 프레넬 렌즈면(43b)에서 반사될 때 후술할 세 번째 조건인 내부 전반사 조건을 만족하도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 조건을 만족하면서 입사광선이 제2 프레넬 렌즈면(43b)에 의해 제1 프레넬 렌즈면에 입사되지 않는 영역(f)이 최소한으로 생기도록 한다. 여기서, e는 제1 프레넬 렌즈면(43a)에 광선이 입사되는 영역을 나타낸다.

theta _2 ` = alpha _1

셋째, 제2 프레넬 렌즈면(43b)에서 입사광이 전반사되도록 하는 것이 바람직하다. 제2 프레넬 렌즈면(43b)에서의 입사광의 전반사조건은 다음과 같다.

상기 수학식 10에 의해 제2 프레넬 렌즈면(43b)은 전반사면이 될 수 있다. 여기서, n1=1라고 할 때 상기 수학식 4 및 수학식 5를 이용하여, 수학식 10을 θ1과 θ2에 대해 정리하면 다음과 같다.

이와 같이 전반사 조건을 만족하도록 θ1과 θ2의 크기를 정함으로써 단위 프레넬 렌즈를 전반사 프리즘으로 형성할 수 있다. 또한, 상기 단위 프레넬 렌즈의제1 및 제2 각도(θ1)(θ2)는 광의 입사각(α1)에 따라 다른 크기를 갖는다.

한편, 상기 제1 프레넬 렌즈(42)에서의 출사각(θt)은 제2 프레넬 렌즈(45)로 입사되는 광의 입사각이 된다. 도 3의 그래프에 의하면, 제2 프레넬 렌즈(45)로의 입사각이 30도 이하일 때 제2 프레넬 렌즈의 투과율이 90% 이상이 되지만, 제1 프레넬 렌즈에서의 손실을 고려하여 출사각 θt는 0≤θt≤20의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 수학식 7을 이용하여 θt가 0≤θt≤20의 범위를 갖도록 하는 것을 네 번째 조건으로 한다.

상기 첫 번째, 두 번째, 세 번째 조건 및 네 번 째 조건 중 적어도 두 조건을 만족시키는 θ1과 θ2를 갖는 제1 프레넬 렌즈면(43a)과 제2 프레넬 렌즈면(43b)을 구성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 수학식 8과 9를 만족하거나, 수학식 7을 이용한 θt가 소정 범위를 갖도록 하면서 수학식 8을 만족시키거나, 수학식 9 및 10(또는 수학식 11)을 만족하도록 입사각 α1에 따른 θ1과 θ2를 구하여 단위 프레넬 렌즈(43)를 구성할 수 있다. 예를 들어, 상기 수학식 8 및 9를 만족하는 경우는 상기 단위 프레넬 렌즈(43)가 굴절 작용만 하는 굴절 프리즘으로 작용하고, 상기 수학식 9 및 10(또는 수학식 11)을 만족하는 경우는 단위 프레넬 렌즈(43)가 전반사 프리즘으로 작용한다.

더욱 바람직하게는, α2=0이 되도록 하여 제1 프레넬 렌즈면(43a)에서 반사되는 광량을 최소화할 수 있다. α2=0일 때 상기 수학식 1을 정리하면 다음과 같다.

theta _1 `=` 90`- `alpha _1

일반적으로 α1은 대략 0≤α1≤80도 범위를 갖는데, 예를 들어 α1=60 도일 때 θ1은 30도이고, α1=40 도일 때 θ1은 50도가 되는 것이 바람직하다.

다음, 수학식 10에 따르면 n2=1.585일 때 m≥39.11이 된다. 여기서, 예를 들어 m=40도이고, θ2=60도일 때, 수학식 6에 따르면 출사각 θt=10도가 된다.

이상과 같이 제1프레넬 렌즈면(43a)에 입사되는 광의 제1입사각(α1) 또는 제2입사각(α2)에 따라 θ1과 θ2를 다르게 형성함으로써, 스크린의 높이마다 입사각이 다르더라도 투과 광량이 균일하게 될 수 있다. 투과 광량이 스크린 전체적으로 균일하게 될 뿐만 아니라, 스크린 전체적으로 광량이 증대된다. 다시 말하면, 제2 프레넬 렌즈(45)에 대한 입사각(θt)을 감소시키고, 제2 프레넬 렌즈 전체적으로 광이 균일한 입사각을 가지고 입사되도록 함으로써 투과율이 적었던 부분의 투과율을 높이고, 전체 광량을 증가시키면서 균일도도 향상시킬 수 있다.

도 7은 스크린의 위치(높이)에 따른 상대적 휘도를 나타낸 것으로, 스크린을 4분할했을 때 일사분면에 대해서 나타낸 것이다. 각 높이에서 첫 번째 띠가 종래의 프레넬 렌즈 시트를 통과한 광을 나타내고, 두 번째 띠가 본 발명에 따른 프레넬 렌즈 시트를 통과한 광을 나타낸다. 이 그래프에 의하면, 스크린 전체적으로 광량이 증가하였으며, 아울러 스크린의 주변부에서의 균일도가 크게 증가되었다.

상기 제1 프레넬 렌즈(42)는 광의 입사면에 형성되거나 출사면에 형성될 수 있다. 상기 제2 프레넬 렌즈(45)는 굴절형 프레넬 렌즈 또는 전반사 프레넬 렌즈로서 상기 제1 프레넬 렌즈(42)가 입사면에 형성되었을 때에는 상기 제1 프레넬렌즈(42)에 의해 출사각이 균일하게 된 광을 집광시켜주는 기능을 한다. 또한, 상기 제1 프레넬 렌즈(42)가 출사면에 형성되어 있을 때에는 상기 제2 프레넬 렌즈(45)에 의해 1차로 집광된 광이 제2 프레넬 렌즈(42)에 의해 균일한 각도를 가지고 출사되어 스크린 전체적으로 균일한 광량을 나타내도록 한다.

한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 스크린은 입사광선의 입사각에 따라 θ1과 θ2를 다르게 구성하는데, 스크린의 수평 방향 및 수직 방향에 따라서 광의 입사각 α1과 α2가 달라지므로 α1과 α2에 따라 스크린이 수평 방향 및 수직 방향을 따라 θ1과 θ2가 다른 크기를 갖는다. 이렇게 함으로써 스크린의 수직 방향 및 수평 방향으로 휘도를 균일하게 할 수 있다.

다음, 본 발명의 제2실시예에 따른 프로젝션 표시장치용 스크린에 대해 설명하면 다음과 같다.

제2실시예에 따른 프로젝션 표시장치용 스크린은, 도 8을 참조하면 광의 입사각에 따라 플레이트(46), 굴절형 프리즘(47), 전반사 프리즘(48) 중 적어도 두 개를 가지는 제1 프레넬 렌즈(50)와, 제2 프레넬 렌즈(53)를 포함한다. 상기 제2 프레넬 렌즈(53)는 굴절형 프레넬 렌즈로 구성된다.

상기 제1 프레넬 렌즈(50)는 다수개의 단위 프레넬 렌즈를 포함하고, 상기 단위 프레넬 렌즈가 플레이트(46), 굴절형 프리즘(47), 전반사 프리즘(48) 중 적어도 두 개로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 프레넬 렌즈(50)는 입사각(α1)이 0≤α1<20도인 영역에 플레이트(46)를, 입사각(α1')이 20≤α1'<50도인 영역에 굴절형 프리즘(47)을, 입사각(α1")이 50≤α1"≤80도인 영역에 전반사 프리즘을각각 구비한다.

여기서, 입사각(α1)이 0≤α1<20도인 영역은 도 3의 그래프에 의하면 투과 손실이 적으므로 제작의 효율성을 위해 플레이트로 형성하는 것이 바람직하다.

입사각(α1)이 0≤α1<20도 사이의 각도를 가지고 상기 플레이트(46)를 입사할 때, 제1매질에서의 굴절률(n1)이 제2매질에서의 굴절률(n2)보다 작으면 상기 플레이트(46)에서의 굴절각(또는 출사각)(θt)이 상기 입사각(α1)보다 작게 된다. 따라서, 플레이트(46)를 통과한 광이 제2 프레넬 렌즈(53)를 향해 20도보다 작은 각도를 가지고 입사된다.

다음, 입사각(α1')이 0≤α1'<20도 사이의 각도를 가지고 입사될 때, 단위 프레넬 렌즈가 상기 수학식 8 및 9를 만족하는 굴절형 프리즘(47)으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 굴절형 프리즘(47)은 제1 및 제2 프레넬 렌즈면(47a)(47b)를 포함하고, 스크린의 법선에 대한 제1 및 제2 각도를 θ1과 θ2라고 한다. 여기서, 상기 제1 프레넬 렌즈면(47a)을 통과한 광이 굴절 작용에 의해 출사각(θt)이 20도 이하가 되도록 한다.

입사각(α1')이 50도 이상이 되면, θ1이 커지고 이에 따라 제2 프레넬 렌즈면(47b)에 의해 제1프레넬 렌즈면(47a)이 가려지는 부분이 많아지게 되어 실질적으로 제1 프레넬 렌즈면(47a)은 감소되고 제2 프레넬 렌즈면(47b)은 증가하게 된다. 따라서, 두께가 같은 단위 프레넬 렌즈를 형성하는 경우, 굴절 작용을 하는 제1 프레넬 렌즈면(47a)의 크기가 감소되고, 굴절에 의한 θt의 감소 효과도 상대적으로 줄어들게 된다. 따라서, 입사각이 50도보다 작은 경우에 굴절형 프리즘을 사용하고, 입사각이 50도보다 커질 때에는 굴절형 프리즘 대신에 다른 종류의 프리즘을 사용하는 것이 바람직하다.

입사각(α1')이 20≤α1'<50도 사이의 각도를 가지고 상기 굴절형 프리즘(47)에 입사할 때, 수학식 9에 따르면 θ2는 α1보다 작은 값을 갖는 것이 바람직하다.

여기서, 출사각(θt')이 20도 이하가 되도록 하는 것이 바람직하며, 이때 제1 프레넬 렌즈면(47a)에서의 굴절만을 고려하면 되고, 제2 프레넬 렌즈면(47b)에서의 전반사는 고려할 필요가 없다. 스넬 법칙을 이용하여 출사각(θt')에 대해 정리하면 다음과 같다. 여기서, n1=1로 가정하였다.

상기 수학식 13을 이용하여 출사각(θt')이 20도 이하가 되도록 하는 조건을 구하면 다음과 같다.

수학식 14에서 -1≤sin{(α1-π/2+θ1)}≤1이고, n2가 대략 1.5일 때, arcsin 항의 값은 -40도에서 +40도 범위를 갖는다. 여기서, arcsin 항이 -40도일 때와 40도일 때, 각각 θ1을 구하면 다음과 같다.

한편, θ1은 90도보다 작아야 하므로, 상기 수학식 15에서 30≤θ1≤50도 범위를 갖는 것이 바람직하다.

다음, 입사각(α1")이 50≤α1"≤80도일 때, θt가 20도 이하가 되도록 하기 위한 θ1과 θ2를 다음과 같이 구성할 수 있다. 입사각(α1")이 50≤α1"≤80도일 때, 단위 프레넬 렌즈(48)가 전반사 프리즘으로 형성되는 것이 바람직하다.

θ1은 제1프레넬 렌즈(50)에서의 반사량이 최소가 되도록 제2입사각(α2)을 0이 되게 하는 각도를 갖는다. 수학식 1에 의하면, α2=0일 때 θ1=π/2-α1이 되고 수학식 3에 의해 β=0이 된다. 또한, 수학식 5에서 m=θ1+θ2=π/2-α1+θ2가 된다.

다음, 전반사 조건인 수학식 10을 만족시키도록 하면 하기의 수학식을 얻을 수 있다.

여기서, n1=1로 가정하였다. 예를 들어, n2=1.585인 아크릴의 경우 θ2>α1-50.89가 된다. 그리고, θ2>0이어야 하므로, α1">50.89를 만족하여야 한다. α1">50.89 는 n2=1.585일 경우이고, α1"의 범위는 n2에 따라 달라질 수 있다.

다음, 출사각 θt"가 0≤θt"≤20도 범위를 갖도록 하기 위해 수학식 7을 이용하면 다음과 같다.

상술한 바와 같이 입사각(α1")이 50≤α1"≤80도일 때, 단위 프레넬 렌즈가 전반사 프리즘으로 구성되고, 단위 프레넬 렌즈의 제1 및 제2 각도(θ1)(θ2)가 입사각(α1")에 따라 달라진다. 여기서, 입사각(α1")이 스크린의 수직 방향과 수평 방향을 따라 각각 달라지므로, 상기 단위 프레넬 렌즈의 제1 및 제2 각도(θ1)(θ2)는 스크린의 수직 방향(높이 방향)과 수평 방향(가로 방향)에 따라 달라질 수 있다.

이밖에, 상기 제1 프레넬 렌즈(50)가 입사각에 따라 굴절형 프리즘과 전반사형 프리즘를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 제1 프레넬 렌즈(50)가 입사각에 따라 플레이트와 굴절형 프리즘을 포함하여 구성될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 프로젝션 표시장치용 스크린은 프레넬 렌즈 시트의 양면에 프레넬 렌즈를 구비하고, 이 프레넬 렌즈 중 적어도 하나가 입사각에 따라 단위 프레넬 렌즈의 각도가 각각 다르게 형성된 전반사 프리즘을 구비하거나, 입사각에 따라 플레이트, 굴절형 프리즘 및 전반사 프리즘 중 적어도 두 개를 포함하여 스크린 전영역에 균일한 고휘도를 보유하도록 한다.

또한, 프로젝션 표시장치를 박형화하기 위해 비스듬하게 입사되는 광을 본 발명에 따른 프레넬 렌즈 시트를 이용하여 스크린의 수평 방향 및 수직 방향 모두에서 보정하여 스크린 전 영역에 균일한 휘도를 나타내도록 함으로써 화질을 개선한다.

Claims

광원으로부터 출사된 광을 집광시키는 프레넬 렌즈 시트와, 상기 프레넬 렌즈 시트를 통과한 광을 수평방향으로 확산시키는 렌티큘러 렌즈 시트를 포함하는 프로젝션 표시 장치용 스크린에 있어서,

상기 프레넬 렌즈 시트가, 일면에 형성된 제1 프레넬 렌즈와 타면에 형성된 제2 프레넬 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 표시 장치용 스크린.
제 1항에 있어서, 상기 제1 프레넬 렌즈는,

제1 프레넬 렌즈면과 제2 프레넬 렌즈면을 가진 단위 프레넬 렌즈를 복수개 포함하고, 상기 제1 프레넬 렌즈면과 제2 프레넬 렌즈면의 중심선에 대한 제1각도 및 제2각도가 입사광의 입사각도에 따라 달라지는 것을 특징으로 프로젝션 표시 장치용 스크린.
제 2항에 있어서,

상기 제1각도를 θ1이라 하고, 스크린의 법선에 대한 제1입사각을 α1이라할 때 상기 제1각도는 다음과 같은 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝션 표시 장치용 스크린.

<조건식>
제 2항에 있어서,

상기 제2각도 θ2는 상기 제1 프레넬 렌즈면에 입사하는 광선이 이웃하는 제2 프레넬 렌즈면에 의해 최소한으로 차단되도록 다음의 조건식에 포함되는 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝션 표시장치용 스크린.

<조건식>

theta _2 ` = alpha _1
제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 단위 프레넬 렌즈가 전반사 프리즘으로 된 것을 특징으로 하는 프로젝션 표시장치용 스크린.
제 2항에 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 프레넬 렌즈면에 입사되는 광의 입사각을 m이라 하고, 입사광선이 굴절되는 매질의 제1 굴절률을 n1, 입사광선이 투과되는 매질의 제2굴절률을 n2라할 때, m은 다음과 같은 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 표시장치용 스크린.

<조건식>
제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

스크린의 법선에 대한 제1입사각을 α1이라 하고, 제1 프레넬 렌즈면을 통과한 다음에 있는 매질의 굴절률을 n2라 할 때, 상기 단위 프레넬 렌즈의 제1각도 θ1와 제2각도 θ2가 다음의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 표시장치용 스크린.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 프레넬 렌즈가 제2 프레넬 렌즈의 중심과 다른 위치에 중심을 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝션 표시장치용 스크린.
제 8항에 있어서,

상기 제1 프레넬 렌즈의 중심이 스크린의 중심 아래쪽에 편심된 것을 특징으로 하는 프로젝션 표시장치용 스크린.
제 1항에 있어서,

상기 제1 프레넬 렌즈는 입사광의 입사각에 따라 플레이트, 굴절형 프리즘 및 전반사 프리즘 중 적어도 두 개를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 표시장치용 스크린.
제 10항에 있어서,

상기 제1 프레넬 렌즈는 스크린의 법선에 대한 입사각(α1)이 0≤α1<20도인 영역에 플레이트, 20≤α1<50도인 영역에 굴절형 프리즘, 50≤α1≤80도인 영역에 전반사 프리즘이 구비된 것을 특징으로 하는 프로젝션 표시 장치용 스크린.
제 11항에 있어서,

상기 굴절형 프리즘은, 중심선에 대한 프레넬 렌즈면의 제1각도 및 제2각도를 각각 θ1과 θ2라고 할 때, θ1은 다음의 조건식을 만족하는 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝션 표시 장치용 스크린.

<조건식>
제 10항, 제 11항 및 12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전반사 프리즘은 중심선에 대한 프레넬 렌즈면의 제1각도 및 제2각도를 각각 θ1과 θ2라고 하고, 스크린의 법선에 대한 입사각을 α1, 제1 프레넬 렌즈를 통과한 후의 매질의 굴절률을 n2라고 할 때, 상기 제1 각도가 (π/2-α1)를 가지는 것을 특징으로 하는 프로젝션 표시 장치용 스크린.
제 14항에 있어서,

상기 제2 각도가 다음의 조건식을 만족하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 표시 장치용 스크린.

<조건식>
제 10항에 있어서,

상기 굴절형 프리즘과 전반사 프리즘은 각각 중심선에 대한 제1각도 및 제2 각도를 가지며, 입사광선의 입사각에 따라 상기 제1각도 및 제2각도가 각각 달라지는 것을 특징으로 프로젝션 표시 장치용 스크린.