KR100262825B1 - 투사형디스플레이장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 헤드장착형 디스플레이 장치(HMD) 또는 액정 디스플레이 장치(LCD)에 적용되어 출력화상에서 격벽이 나타나지 않도록 제거하여 화질을 향상시키는 투사형 디스플레이 장치에 관한 것으로서,

백색의 직진광을 출사하는 조명계와, 상기 조명계에서 출사되는 광에 화상 신호를 포함시켜 통과시키는 액정 패널과, 상기 액정 패널을 통과한 광을 스크린으로 확대 투영하는 투사렌즈를 포함하되, 상기 액정 패널과 투사렌즈의 사이에는 ±1차 회절광에 의해 화상에 포함된 격벽을 제거하는 동시에 인접한 픽셀에 영향을 미칠 수 있는 ±2차 회절광의 세기를 억제하도록 사각(square)형태로 이루어진 회절 격자가 배치된 것을 특징으로 한다.

Description

투사형 디스플레이 장치

본 발명은 헤드장착형 디스플레이 장치(HMD) 또는 액정 디스플레이 장치(LCD)와 같은 투사형 디스플레이 장치에 관한 것으로서 특히, 출력화상에서 격벽이 나타나지 않도록 제거하여 화질을 향상시키는 투사형 디스플레이 장치에 관한 것이다.

일반적으로 헤드장착형 디스플레이 장치(HMD) 또는 액정 디스플레이 장치(LCD)와 같은 투사형 디스플레이 장치에는 액정 패널의 각 픽셀과 픽셀 사이에 격벽이 형성되어 영역을 구분하고 있다.

도 1은 일반적인 투사형 디스플레이 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 백색의 직진광을 출사하는 조명계(110)와, 상기 조명계(110)에서 출사되는 광에 화상 신호를 포함시켜 통과시키는 액정 패널(120)과, 상기 액정 패널(120)을 통과한 광을 스크린(140)으로 확대 투영하는 투사렌즈(130)를 포함한다.

상기의 구성에서 액정 패널(120)은 매트릭스(MATRIX) 구조로 화소가 배치되어 있으며, 각각의 화소는 R,G,B의 픽셀(pixel)로 이루어지는데, 상기 각 픽셀은 격벽에 의해 분리되어 진다. 상기 격벽은 스크린 상으로 출력되는 화상에 나타나 화질을 저하시키는 문제점을 발생시킨다.

상기와 같은 격벽이 화면상에 출력되지 않도록 하는 방법으로는 마이크로렌즈 어레이를 이용하는 방법과, 회절격자를 이용하는 방법이 있는데, 마이크로렌즈 어레이의 제조상의 어려움으로 인하여 최근에는 회절격자를 이용하는 방법이 주로 사용되고 있다.

상기 회절격자를 이용하여 격벽이 출력되지 않도록 하는 방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 액정 패널(120)의 출력측에 회절 격자(150)를 배치하여, 상기 액정 패널(120)을 투과한 빛이 상기 회절격자(150)에 의하여 여러 방향으로 회절되도록 한다. 이때, 상기 회절된 광은 도 3에 도시된 바와 같이 격벽 부분(a)을 비추어 격벽이 출력화상에서 드러나 보이지 않도록 한다. 이때, 상기 회절 격자(150)는 도 4에 도시된 바와 같이 유리판(122) 상에 액정 패널(120)의 픽셀과 대응되는 크기의 사각 형태로 아크릴층(123)을 형성시켜 이루어진다.

상기와 같은 종래의 방법에서는 ±1차 회절광이 격벽 부분으로 비추어지게 되어 격벽을 제거할 수 있으나, 회절 동작에서 발생되는 ±2차 이상의 회절광은 다른 픽셀에 도달되어 화면의 콘트라스트(contrast)를 깨뜨리는 노이즈로 작용하기 때문에 출력 화질을 저하시키는 문제점이 발생된다. 특히, ±2차 회절광의 세기가 무시할 수 없을 정도로 큰 경우에는 녹색(G)픽셀의 휘도가 매우 크기 때문에 인접한 픽셀로 침범하여 정지화상에서의 검정글자가 인접한 녹색(G)픽셀의 ±2차 회절광에 의해 깨지는 문제점이 발생된다.

도 5는 격자 단면 모양이 사인(sine) 파형에 가깝게 형성된 회절 격자에서 각 회절광의 회절효율을 나타내는 실험 데이터 표이다.

상기 도 5에서와 같은 회절 격자에서는 가시 파장 대역에서 ±2차 회절광의 크기가 무시할 수 없을 정도로 크기 때문에 상기의 화질 저하 문제를 해결할 수 없다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 사각형의 회절격자를 채용하여 화면상에 나타나는 격벽을 제거하는 동시에 ±2차 회절광의 세기를 억제하여 인접한 픽셀이 깨지는 것을 방지함으로써 출력 화질을 향상시킬 수 있는 투사형 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 투사형 디스플레이 장치의 구성을 나타내는 도면,

도 2는 도 1에서 회절 격자를 사용한 경우의 빛의 진행 경로를 나타내는 도면,

도 3은 도 2에 의하여 격벽이 제거된 출력화상의 1개 화소를 나타내는 도면,

도 4는 종래 기술에 의한 회절 격자를 나타내는 도면,

도 5는 사인(sine) 파형의 격자 단면을 갖는 회절 격자에서 각 회절광의 회절효율을 나타내는 실험 데이터 표,

도 6은 본 발명에 의한 투사형 디스플레이 장치에 사용되는 회절 격자의 형태를 나타내는 도면,

도 7은 본 발명에 의하여 사각 형태의 격자 단면을 갖는 회절 격자에서 각 회절광의 회절효율을 나타내는 실험 데이터 표.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 따르면, 백색의 직진광을 출사하는 조명계와, 상기 조명계에서 출사되는 광에 화상 신호를 포함시켜 통과시키는 액정 패널과, 상기 액정 패널을 통과한 광을 스크린으로 확대 투영하는 투사렌즈를 포함하는 투사형 디스플레이 장치에 있어서,

상기 액정 패널과 투사렌즈의 사이에는 ±1차 회절광에 의해 화상에 포함된 격벽을 제거하는 동시에 인접한 픽셀에 영향을 미칠 수 있는 ±2차 회절광의 세기를 억제하도록 사각(square)형태로 이루어진 회절 격자가 배치된 투사형 디스플레이 장치를 제공한다.

본 발명의 제2 특징에 따르면, 상기 회절 격자는 정사각형의 격자가 매트릭스 구조로 배열된 바둑판 무늬의 형태를 갖도록 형성하되, 평평한 부분과 오목한 부분이 교대로 엇갈리도록 배치된다.

본 발명의 제3 특징에 따르면, 상기 회절 격자는 " θ = tan-1(d/L), Wsinθ = mλ " 의 식을 만족한다. 이때, d는 반 픽셀 이동거리, L은 액정 패널과 회절 격자 사이의 거리간격, W는 회절 격자의 주기폭, m은 Bragg 조건 상수, λ는 입사광의 파장을 나타낸다.

이하, 본 발명에 의한 투사형 디스플레이 장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명에 의한 투사형 디스플레이 장치에 사용되는 회절 격자의 형태를 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명에 의하여 사각 형태의 격자 단면을 갖는 회절 격자에서 각 회절광의 회절효율을 나타내는 실험 데이터 표이다.

본 발명에 의한 투사형 디스플레이 장치의 구성은 종래의 경우와 동일하게 도 1에 도시된 바와 같이 백색의 직진광을 출사하는 조명계(110)와, 상기 조명계(110)에서 출사되는 광에 화상 신호를 포함시켜 통과시키는 액정 패널(120)과, 상기 액정 패널(120)을 통과한 광을 스크린(140)으로 확대 투영하는 투사렌즈(130)를 포함한다.

이때, 상기 액정 패널(120)과 투사렌즈(130)의 사이에는 ±1차 회절광에 의해 화상에 포함된 격벽을 제거하는 동시에 인접한 픽셀에 영향을 미칠 수 있는 ±2차 회절광의 세기를 억제하도록 사각(square)형태로 이루어진 회절 격자(150)가 배치된다.

상기 회절 격자(150)는 도 6에 도시된 바와 같이 바둑판 무늬의 형태를 형성하되, 평평한 부분과 오목한 부분이 교대로 엇갈리도록 배치된다.

상기와 같은 본 발명의 회절 격자에서 광의 회절효율은 매질의 굴절율, 회절 격자의 모양, 격자의 주기폭, 격자의 깊이 등에 의해 결정된다. 이때, 격자의 주기폭은 회절 격자와 액정 패널 사이의 거리간격과, 액정 패널의 픽셀 크기에 의해 결정된다.

본 발명에서는 회절 격자의 모양과 깊이를 변경하여 광의 회절효율을 결정한다.

예를 들어, 매질의 굴절율이 n=1.5 이고, 액정 패널과 회절 격자 사이의 거리간격이 8㎜로 설정되는 경우, 회절 격자의 주기 즉, 반복되는 회절 격자의 폭은 액정 패널과 회절 격자 사이의 거리간격과, 액정 패널의 픽셀들에 있어서 격벽제거를 위하여 ±1차 회절광을 어느 정도의 위치에 비추도록 할 것인가에 의하여 결정된다. 이때, 이상적인 격벽제거를 위해서 0차 회절광 즉, 직진광에 대하여 반 픽셀 이동하도록 설계한다.

상기에서 가로와 세로가 19.8㎛, 37㎛인 액정 패널의 크기에 대하여 휘도의 영향이 가장 큰 파장에서 반 픽셀 정도 이동되도록 ±1차 회절광의 회절각 θ을 구하면, "θ=tan-1(d/L)"의 식으로 구할 수 있다. 이때, d는 반 픽셀 이동거리를 나타내고, L은 액정 패널과 회절 격자 사이의 거리간격을 나타낸다.

또한, 상기 회절 격자의 주기폭 W는 "Wsinθ=mλ"의 식으로 구할 수 있다. 이때, m은 Bragg 조건 상수 "1"을 나타내고, λ는 입사광의 파장을 나타낸다. 이때, 상기 λ를 555㎚라 하면 회절 격자의 주기폭 W는 240㎛가 된다.

상기와 같은조건에서 ±2차 회절광의 영향을 최소화하기 위해서 격자 깊이는 0.38㎛가 바람직하다.

한편, 본 발명에 의한 회절 격자를 사용하면, 도 7에 도시된 바와 같이 종래의 사인(sine)형 회절 격자에 비하여 ±2차 회절광의 세기가 가시 파장 범위에서 1/2 내지 1/3 이하로 감소된다.

이상에서 설명한 본 발명의 투사형 디스플레이 장치는 사각 형태의 회절 격자를 사용하기 때문에 그 회절 효율이 도 7에 도시된 바와 같이 가시 파장 대역에서 ±2차 회절광의 크기가 무시할 수 있을 정도로 억제되어 출력 화질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 조명계에서 출사되는 광에 화상 신호를 포함시켜 통과시키는 액정 패널과, 상기 액정 패널을 통과한 광을 스크린으로 확대 투영하는 투사렌즈와,상기 액정 패널과 투사렌즈의 사이에 위치되어 화상에 포함된 격벽을 제거하는 동시에 인접한 픽셀에 영향을 미칠 수 있는 회절광의 세기를 억제하도록 정사각형의 격자가 매트릭스 구조로 배열된 회절격자로 구성되고; 상기 회절 격자는 하기의 식을 만족하도록 형성된 것을 특징으로 하는 투사형 디스플레이 장치.θ=tan-1(d/L), Wsinθ=mλ 이때, d는 반 픽셀 이동거리, L은 액정 패널과 회절 격자 사이의 거리간격, W는 회절 격자의 주기폭, m은 Bragg 조건 상수, λ는 입사광의 파장을 나타낸다.

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