KR20070037535A - 투사형 화상표시장치 - Google Patents

Abstract

두께가 보다 얇고, 턱 높이가 낮은 투사형 화상표시장치가 개시되어 있다

이 개시된 투사형 화상표시장치는 스크린; 디스플레이 소자에서 형성된 화상을 확대 투사하는 것으로서, 스크린의 배면에 배치되는 투사렌즈군; 투사렌즈군의 광경로를 접어주는 것으로서, 투사렌즈군 내에 배치되는 제1미러; 투사렌즈군에서 확대 투사된 화상을 반사하는 것으로서, 투사렌즈군과 스크린 사이에서 투사렌즈군의 하방에 위치하며 스크린에 입사되는 유효 상부광선으로 이루어진 상부광선면에 인접하게 배치되는 제2미러; 제1미러에서 반사된 화상을 광각으로 반사하는 것으로서, 투사렌즈군의 하부에 배치되는 반사부; 반사부에서 반사된 화상을 스크린으로 재반사하는 것으로서, 스크린의 하단에 인접하게 배치되는 제3미러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

투사형 화상표시장치{Projection type image display device}

도 1은 종래의 투사형 화상표시장치를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 투사형 화상표시장치의 광학 배치를 보인 개략적인 측면도이다.

도 3은 도 2의 투사형 화상표시장치의 개략적인 배면도이다.

도 4는 도 2의 투사형 화상표시장치의 개략적인 광학 구성을 나타낸다.

도 5는 도 2의 투사형 화상표시장치의 개략적인 사시도이다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 투사형 화상표시장치의 광학 배치를 보인 개략적인 측면도이다.

도 7은 도 4의 투사형 화상표시장치의 개략적인 배면도이다.

<도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명>

100...디스플레이 소자, 110...릴레이렌즈군

110a...중간상, 120,122,124...투사렌즈군

115,130,130′,150,170...미러, 160...반사부

200...스크린, LS...상부광선면

L,L′...광경로

본 발명은 투사형 화상표시장치(Projection type image display device)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디스플레이 소자에서 형성된 화상을 스크린을 향해 확대 투사하는 투사렌즈군의 광경로를 접어 스크린 하단부에서 화상표시장치의 바닥면까지의 높이를 줄이며, 화상표시장치의 두께를 줄이는 투사형 화상표시장치에 관한 것이다.

투사형 화상표시장치는 광원으로부터 출사된 광을 디스플레이 소자에서 화소단위로 on-off 제어하여 칼라화상을 형성하고, 이 칼라화상을 스크린을 향해 확대 투사시키는 장치이다.

최근 들어 화면 크기에 제한이 있고 시스템의 크기가 큰 기존의 브라운관을 대체하여, 두께가 얇으면서 대화면을 구현할 수 있는 디스플레이가 주목받고 있으며, 현재에는 이중에서도 투사 표시 방식이 주류를 이루고 있다. 투사형 화상표시장치는 대화면화, 고화질화와 함께 공간을 가능한 한 적게 차지할 수 있는 박형화, 콤팩트화가 요구되고 있으며, 이러한 요구들을 만족시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

투사형 화상표시장치를 박형화하면서 대화면화를 추구하기 위하여 투사렌즈군으로부터 투사되는 광의 화각을 광각으로 만드는 것이 필요하다. 하지만, 투사렌즈군을 스크린의 중심부에 배치하는 경우 투사렌즈군으로부터의 광선다발의 화각을 크게 하는 데 한계가 있다. 이에, 도 1에 도시된 바와 같이 화상표시장치를 보다 박형화하기 위해, 투사렌즈군(20)이 스크린(40)의 하부 쪽에 경사지게 배치된다. 도 1의 화상표시장치의 동작을 살펴보면, 디스플레이 소자(10)에서 형성된 화상이 투사렌즈군(20)을 통해 확대 투사되어 반사 미러(30)에 입사된다. 그리고, 상기 반사 미러(30)에서 반사된 화상이 스크린(40)에 투영된다. 이 결과 투사되는 광 다발의 기울어진 단면에 대응하는 스크린의 화상이 형성되므로 보다 큰 화면을 만들 수 있다.

하지만, 이와 같이 투사렌즈군(20)을 스크린(40)의 하부 쪽에 위치시키면 투사형 화상표시장치의 바닥면과 스크린 하단 사이(이하 '턱(chin)'이라 하겠다.)의 높이(h)가 커진다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 투사렌즈군의 광경로를 방해하지 않으면서 턱 높이가 줄고 박형화된 투사형 화상표시장치를 제공함을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 투사형 화상표시장치는, 스크린; 디스플레이 소자에서 형성된 화상을 확대 투사하는 것으로서, 상기 스크린의 배면에 배치되는 투사렌즈군; 상기 투사렌즈군의 광경로를 접어주는 것으로서, 상기 투사렌즈군 내에 배치되는 제1미러; 상기 투사렌즈군에서 확대 투사된 화상을 반사하는 것으로서, 상기 투사렌즈군과 상기 스크린 사이에서 상기 투사렌즈군의 하방에 위치하며 상기 스크린에 입사되는 유효 상부광선으로 이루어진 상부광선면 에 인접하게 배치되는 제2미러; 상기 제1미러에서 반사된 화상을 광각으로 반사하는 것으로서, 상기 투사렌즈군의 하부에 배치되는 반사부; 상기 반사부에서 반사된 화상을 상기 스크린으로 재반사하는 것으로서, 상기 스크린의 하단에 인접하게 배치되는 제3미러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투사형 화상표시장치를 상세히 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 투사형 화상표시장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 측면도이며, 도 3은 도 2의 투사형 화상표시장치의 개략적인 배면도이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 투사형 화상표시장치는 스크린(200)과, 상기 스크린(200)의 배면에 배치되는 투사렌즈군(120)과, 상기 투사렌즈군(120)의 하부에 배치되는 반사부(160)와, 투사되는 광의 경로를 접기 위한 제1, 제2 및 제3미러(130,150,170)를 포함한다. 나아가 상기 투사형 화상표시장치는 화상을 형성하는 디스플레이 소자(100)와 상기 디스플레이 소자(100)와 상기 투사렌즈군(120)의 사이에 배치되는 릴레이렌즈군(110)을 더 포함한다. 참조번호 210은 캐비넷을 나타내며, L은 상기 디스플레이 소자(100)부터 상기 스크린(200)까 지의 광경로를 나타낸다.

도 4를 참조하여 본 제1실시예의 광학 구성을 살펴본다. 도 4는 상기 제1 내지 제3미러(130,150,170)가 없는 상태에서 상기 디스플레이 소자(100)에서 상기 스크린(200)까지의 광학계와 이를 지나는 광경로를 개략적으로 나타낸 것이다.

상기 디스플레이 소자(100)는 수광된 빔을 화상 정보 입력부(미도시)로부터 입력된 화상 정보에 따라 변조하여 화상을 형성한다. 상기 디스플레이 소자(100)로는 예를 들어 가동미러장치(DMD), 액정표시소자(LCD; Liquid CryStal DiSplay), 그레이팅 라이트 밸브(GLV; Grating Light Valve), LCoS(Liquid CryStal On Silicon) 등이 사용될 수 있다.

상기 릴레이렌즈군(110)은 상기 디스플레이 소자(100)에서 형성된 화상의 중간상(110a)을 형성한다. 상기 투사렌즈군(120)은 상기 릴레이렌즈군(110)에 의해 형성된 중간상(110a)을 확대 투사한다.

상기 반사부(160)는 음의 파워를 가져 상기 투사렌즈군(120)에서 확대된 화상을 상기 스크린(200)을 향해 광각으로 반사한다. 이때, 보다 큰 대화면을 상기 스크린(200)에 구현하기 위하여 상기 반사부(160)는 상기 스크린(200)의 하부에 배치되어, 상기 스크린(200)에 비스듬히 광을 반사한다. 이와 같이 광을 광각으로 비스듬히 반사함에 따라 발생할 수 있는 수차를 보정하기 위하여 상기 반사부(160)는 비구면 미러인 것이 바람직하다.

상기 반사부(160)에 의해 수차가 보정된다고 하더라도 보정되지 않고 남은 왜곡이 있을 수 있으며, 이러한 왜곡을 제거시키기 위하여 상기 릴레이렌즈군(110) 과 투사렌즈군(120)에서 예비적으로 상기 반사부(160)에서 발생되는 왜곡과 반대되는 형상의 왜곡을 발생시켜 상기 반사부(160)에서 발생된 왜곡을 상쇄시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 릴레이렌즈군(110)에서 제1왜곡을 발생시켜 상기 반사부(160)에 의해 발생되는 왜곡을 상쇄시킬 수 있으며, 상기 투사렌즈군(120)에서 제2왜곡을 발생시켜 상기 반사부(160)에 의해 발생되는 왜곡을 상쇄시킬 수도 있으며, 상기 제1왜곡과 상기 제2왜곡이 함께 상기 반사부(160)에 의해 발생되는 왜곡을 상쇄시킬 수도 있다.

도 5는 도 2의 투사형 화상표시장치의 개략적인 사시도이다. 이하에서, 도 2, 도3 및 도 5를 참조하여 본 발명의 일특징인 광학 배치 및 광경로(L)를 상기 제1 내지 제3미러(130,150,170)를 중심으로 살펴본다.

상기 투사렌즈군(120)은 상기 스크린(200)의 배면에 배치된다. 상기 투사렌즈군(120) 내에는 광경로(L)를 접어주는 제1미러(130)가 구비된다. 상기 투사렌즈군(120)은 상기 제1미러(130)를 경계로 상기 디스플레이 소자(100)와 상기 제1미러(130) 사이의 제1투사렌즈군(122)과, 상기 제1미러(130)와 상기 제2미러(150) 사이의 제2투사렌즈군(124)으로 구분될 수 있다. 상기 제1미러(130)는 상기 제1투사렌즈군(122)을 투과한 광을 상기 제2투사렌즈군(124)으로 반사시키며, 상기 제1미러(130)의 배치되는 각도에 따라 상기 제1투사렌즈군(122)의 광축과 상기 제2투사렌즈군(124)의 광축 사이의 각도가 조정될 수 있다.

상기 제2미러(150)는 상기 투사렌즈군(120)과 상기 스크린(200)의 사이에서 상기 투사렌즈군(120)의 하방에 배치되며, 상기 투사렌즈군(120)에서 확대 투사된 화상을 상기 반사부(160)로 반사한다.

상기 반사부(160)는 상기 투사렌즈군(120)의 하부에 배치되며, 상기 제2미러(150)에서 반사된 화상을 상기 제3미러(170)를 향하여 광각으로 반사한다.

상기 제3미러(170)는 상기 스크린(200)의 하단에 인접하여 캐비넷(210)의 바닥면에 배치된다. 바람직하게는 상기 제3미러(170)는 상기 스크린(200)에 수직하게 배치된다. 상기 제3미러(170)는 상기 반사면(160)에서 반사된 화상을 상기 스크린(200)으로 재반사하므로, 상기 투사렌즈군(120)을 포함한 광학엔진을 상기 제3미러(170)의 상부에 배치시킬 수 있게 된다. 이와 같이, 상기 제3미러(170)는 광경로(L)를 접음으로써 상기 스크린(200) 하부의 턱을 없애거나 최대한 작게 할 수 있다. 상기 제3미러(170)에서 반사된 광은 상기 스크린(200)에 비스듬히 입사되는데, 상기 광의 입사각은 예를 들어, 60°에서 80°사이가 될 수 있다.

상기 투사형 화상형성장치의 두께가 얇으려면, 상기 투사렌즈군(120)이 상기 스크린(200)에 가능한 한 인접하게 배치되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 상기 제1투사렌즈군(122)의 광축은 상기 스크린(200)에 가로방향으로 평행하게 배치된다. 이 경우 상기 디스플레이 소자(100)에서 상기 제1투사렌즈군(122)에 이르는 광학계 부분이 상기 스크린(200)의 배면에서 상기 스크린(200)의 가로방향으로 배치된다.

나아가, 상기 투사형 화상표시장치의 두께를 더욱 얇게 하기 위하여 상기 제2미러(150)는 상기 스크린(200)에 화상을 형성하는 유효 광선의 광경로(L)를 방해하지 않으면서 최대한 상기 스크린(200)에 가깝게 배치되도록 한다. 이러한 광학 배치는 상기 제2미러(150)가 상기 제3미러9170)에서 반사된 유효광선의 상부광선면(LS)에 평행하면서 인접하게 배치됨으로써 최적화될 수 있다. 상기 상부광선면(LS)이란 상기 제3미러(170)에서 반사되어 상기 스크린(200)에 화상을 형성하는 유효광선 중에서 상기 스크린(200)의 최상부에 입사되는 광선으로 이루어지는 면을 의미한다.

상술한 광학배치를 통해 투사형 화상표시장치의 두께를 얇게 하면서 턱 높이도 최소한으로 줄일 수 있다.

본 실시예에 따른 투사형 화상표시장치는, 예를 들어 F/# 2.5, 텔레센트릭(telecentric) 광학 특성을 갖는 광학엔진을 이용하여 56인치의 스크린으로 구현할 경우, 상기 투사형 화상표시장치의 캐비넷(210)의 두께(A)는 250mm 이하이고, 턱 높이(B)는 50mm 이하로 구성될 수 있어, 투사형 화상표시장치의 두께를 줄이면서 동시에 턱 높이를 줄일 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 투사형 화상표시장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 측면도이며, 도 7은 도 6의 투사형 화상표시장치의 개략적인 배면도이다.

도 6과 도 7을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 투사형 화상표시장치는 스크린(200)과, 디스플레이 소자(100)에서 형성된 화상의 중간상을 형성하는 릴레이렌즈군(110)과, 상기 중간상을 확대 투사하는 투사렌즈군(120)과, 상기 투사렌즈군(120)에서 확대 투사된 화상을 광각으로 반사시키는 반사부(160)와, 투사되는 광의 경로를 접기 위한 제1, 제2 및 제3미러(130′, 150,170)를 포함한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 투사형 화상표시장치의 구성 및 동작의 주된 것은 앞의 제1실시예에 따른 투사형 화상표시장치의 동작과 동일하므로 생략하기로 하고, 상기 제1미러(130′)의 배치되는 각도에 따라 바뀌는 광경로(L′)와 이에 따른 광학 배치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

상술한 바와 같이 상기 제1미러(130′)는 상기 투사렌즈군(120) 내에 배치되며, 이를 경계로 상기 투사렌즈군(120)은 상기 릴레이렌즈군(110)과 상기 제1미러(130′)의 사이에 위치한 제1투사렌즈군(122)과, 상기 제2미러(150)와 상기 반사부(160)의 사이에 위치한 제2투사렌즈군(124)으로 구분된다. 상기 제1미러(130′)의 배치되는 각도에 따라 상기 제1투사렌즈군(122)의 광축과 상기 제2투사렌즈군(124)의 광축 사이의 각도가 조정될 수 있다. 본 제2실시예에서 상기 제1미러(130′)는 상기 제1투사렌즈군(122)의 광축이 상기 스크린(200)의 정면에서 보았을 때 지면에 대해 수직한 방향 즉, 상기 스크린(200)의 세로방향이 되게 배치된다. 나아가, 상기 투사형 화상표시장치의 두께를 더욱 얇게 하기 위하여 상기 디스플레이 소자(100)에서 상기 제1투사렌즈군(122)에 이르는 광학계 부분이 상기 스크린(200)에 가깝게 배치되도록 하는 것이 바람직하다. 이에 따라 상기 제1투사렌즈군(122)의 광축이 상부광선면(LS)에 평행하도록 배치되는 것이 바람직하다.

나아가, 도 7에서 도시된 바와 같이 상기 릴레이렌즈군(110) 내에 제4미러(115)가 더 배치되어 광학계의 설치 공간이 조절될 수 있다.

상술한 실시예에서 제1 내지 제3미러는 광경로를 접기 위한 광학부재의 일례이고, 광학설계에 따라 전반사프리즘과 같은 광경로변환기로 대체 가능하며, 나아 가 미러의 개수나 위치도 달라질 수 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 투사형 화상표시장치는 복수개의 미러를 구비하여 투사렌즈군을 포함한 광학 엔진이 스크린의 배면에 배치되도록 함으로써 턱 높이를 줄이면서 박형화한 투사형 화상표시장치를 제공할 수 있다. 즉, 스크린에 입사되는 광선의 외곽에 남은 공간을 활용하여, 그 공간에 광학엔진을 배치함으로써 투사형 화상표시장치를 콤팩트화할 수 있다.

이러한 본원 발명인 투사형 화상표시장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 스크린;

   디스플레이 소자에서 형성된 화상을 확대 투사하는 것으로서, 상기 스크린의 배면에 배치되는 투사렌즈군;

   상기 투사렌즈군의 광경로를 접어주는 것으로서, 상기 투사렌즈군 내에 배치되는 제1미러;

   상기 투사렌즈군에서 확대 투사된 화상을 반사하는 것으로서, 상기 투사렌즈군과 상기 스크린 사이에서 상기 투사렌즈군의 하방에 위치하며 상기 스크린에 입사되는 유효 상부광선으로 이루어진 상부광선면에 인접하게 배치되는 제2미러;

   상기 제2미러에서 반사된 화상을 광각으로 반사하는 것으로서, 상기 투사렌즈군의 하부에 배치되는 반사부;

   상기 반사부에서 반사된 화상을 상기 스크린으로 재반사하는 것으로서, 상기 스크린의 하단에 인접하여 배치되는 제3미러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제3미러는 상기 스크린에 수직하게 배치되는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 투사렌즈군은 상기 디스플레이 소자와 상기 제1미러 사이의 제1투사렌즈군과, 상기 제1미러와 상기 제2미러 사이의 제2투사렌즈군을 구비하며, 상기 제1투사렌즈군의 광축이 상기 스크린에 가로방향으로 평행한 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 투사렌즈군은 상기 디스플레이 소자와 상기 제1미러 사이의 제1투사렌즈군과, 상기 제1미러와 상기 제2미러 사이의 제2투사렌즈군을 구비하며,

   상기 제1투사렌즈군의 광축은 상기 스크린에 세로방향인 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 디스플레이 소자와 상기 투사렌즈군의 사이에 배치되어 상기 디스플레이 소자에서 형성된 화상의 중간상을 형성하며 제1왜곡을 발생시키는 릴레이렌즈군을 더 포함하며,

   상기 투사렌즈군은 제2왜곡을 발생시켜, 상기 제1왜곡과 상기 제2왜곡은 서로 협동하여 상기 반사부에서 발생되는 왜곡을 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.

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