KR100364666B1 - 박형 프로젝션 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상향 투사 방식을 이용하여 시스템의 두께를 줄일 수 있는 박형 프로젝션 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 박형 프로젝션 시스템은 광을 조사하는 조명계와, 조명계로부터 입사되는 광을 이용하여 영상을 표시하는 액정표시부와, 액정표시부에 표시된 영상을 확대투사하는 투사렌즈계와, 투사렌즈계에 의해 확대된 영상을 전반사시키는 전반사경과, 전반사경으로부터 반사된 영상을 표시하는 스크린을 구비하고, 액정표시부가 상기 투사렌즈계의 광축에 대하여 수직방향으로 이동되어 그 광축에 대하여 비대칭 형태를 가지게끔 배치되고, 투사렌즈계는 그의 광축이 스크린의 중심 아래에서 그 스크린과 수직이 되게끔 배치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, LCD 패널이 광축에서 수직방향으로 이동된 비대칭 형태로 배치됨으로써 시스템의 측면두께를 줄일 수 있게 된다.

Description

박형 프로젝션 시스템{Thin Type Projection System}

본 발명은 프로젝션 시스템(Projection System)에 관한 것으로서, 특히 액정디스플레이(Liquid Crystal display; 이하, LCD라 함) 패널을 광축에 대하여 수직방향으로 이동시켜 투사하는 상향 투사 방식을 이용하여 시스템의 두께를 줄일 수 있는 박형 프로젝션 시스템에 관한 것이다.

최근들어, 화면크기에 제한이 있고 시스템의 크기가 큰 기존의 브라운관 디스플레이를 대체하여 두께가 얇으면서 대화면을 구현할 수 있는 평판 디스플레이가 주목을 받고 있다. 이러한 평판 디스플레이 소자에는 LCD, PDP(Plasma Display Panel), 프로젝션 시스템 등이 있으며 현재에는 대화면용으로 프로젝션을 이용한 디스플레이 방식이 주류를 이루고 있다. 또한, 대화면을 표시하면서 공간을 적게 차지하여 벽에 걸 수 있는 벽걸이 디스플레이 시스템에 대한 많은 요구가 있다.

일반적으로 LCD 프로젝션 시스템은 광원에서 나오는 광을 LCD 패널에 투사시키고 LCD 패널의 영상을 투사광학계를 이용하여 스크린에 결상시킴으로써 스크린에결상된 상을 감상하게 한다. LCD 패널의 영상을 직접 배면 스크린에 투사시켜서 프로젝션 TV 시스템을 구성하면 스크린과 투사광학계 사이에 투사거리를 확보해야 하므로 스크린 뒤쪽으로 많은 공간이 필요하게 되어 프로젝션 TV 시스템의 크기가 매우 커지게 되는 문제점이 있다. 종래의 LCD 프로젝션 TV 시스템은 통상 도 1에 도시된 바와 같은 구성을 가지고 있다.

도 1에 도시된 LCD 프로젝션 TV 시스템은 조명계(11), LCD 패널(12), 투사광학계(13), 전반사경(14), 배면 스크린(15)을 구비한다. 조명계(11)는 광을 발생하여 LCD 패널(12)에 조사되도록 한다. LCD 패널(12)은 조명계(11)로부터 입사되는 광의 투과율을 영상신호에 따라 조절함으로써 영상을 표시한다. 투사광학계(13)는 LCD 패널(12)로부터 입사된 영상을 확대투사하여 배면스크린(15)에 결상시킴으로써 시청자는 배면스크린(15)에 결상된 화상을 볼 수 있게 된다. 이 경우, 투사광학계(13)에 의해 투사된 영상은 전반사경(14)에 의해 전반사되어 광의 진행 경로가 꺽이면서 배면 스크린(15) 쪽으로 진행하여 배면 스크린(15)에 결상된다. 여기서, 투사된 영상이 전반사경(14)에 의해 광의 진행경로가 꺽이지 않고 배면스크린(15)의 뒤쪽에서 바로 투사되는 경우 시스템의 두께는 매우 커지게 되므로 전반사경(14)을 이용하여 광의 경로를 바꿈으로써 시스템 두께를 D로 줄일 수 있게 되었다.

이러한 프로젝션 TV 시스템에서 배면스크린(15)은 도 2에 도시된 바와 같이 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)(16)와, 렌티큘러 렌즈(Lenticular Lens)(16)로 구성된다. 프레넬 렌즈(16)는 스크린(15)의 주변광을 가운데 방향으로 지향하도록 하는 역할을 하고, 렌티큘러 렌즈(16)는 입사광을 수평방향으로 확대 진행시킴으로써 수평방향의 시야각을 넓히는 역할을 하게 된다. 블랙매트릭스(18)는 렌티큘러 렌즈(17)의 전면에 수직방향으로 나란하게 형성된 돌출부 상에 도포되어 외부광을 흡수함으로써 컨트라스트를 증대시키는 역할을 하게 된다.

그리고, 종래의 프로젝션 TV 시스템에서는 균형잡힌 광학계가 구성되도록 도 3에 도시된 바와 같이 LCD 패널(12)은 투사렌즈계(13)의 광축(A)에 대하여 상하 대칭을 이루도록 설치되어 투사광학계(13)의 광축(A)이 배면스크린(15)의 중심(B)과 일치하게 된다. 다시 말하여, LCD 패널(12)의 중심은 배면스크린(15)의 중심에 대응되게 된다. 이에 따라, LCD 패널(12)의 중심에서 발산된 광은 배면스크린(15)의 중심에 수직(φ=90°)으로 입사되게 된다.

그리고, 전반사경(14)은 투사광학계(13)의 광축(A)과 적당한 각도(θ)를 유지하도록 설치된다. 그러나, 시스템의 두께를 더욱 줄이기 위해 도 4에 도시된 바와 같이 전반사경(14)의 기울어진 각도(θ')를 크게 하여 투사광학계(13)를 구성하는 경우 반사면의 법선에 대한 광의 입사각 및 반사각이 동일한 원리에 의해 광원(11), LCD 패널(12), 투사광학계(13)로 구성되는 광학계의 일부 또는 전부가 배면스크린(15), 즉 시스템의 앞쪽에 위치하게 되어 배면투사 시스템이 구성되지 않게 된다.

또한, 측면두께(D)를 줄이기 위해서는 촛점거리가 짧은 투사렌즈계를 사용하는 방법도 고려될 수 있다. 그러나, 일정 크기 이하로 촛점거리가 짧아지게 되면 전반사경(14)을 이용하여 투사거리를 접을 때 도 4에 도시된 바와 같이 투사렌즈계(13)의 일부 또는 전체가 시스템의 앞면으로 빠져나가거나 도 5에 도시된 바와 같이 광로상에 존재하게 되어 간섭이 생기는 문제점이 발생하게 된다.

이로 인하여, 종래의 프로젝션 시스템에서는 투사광학계(13)의 투사각도와 전반사경(14)의 배치각도에 제한이 생기게 되므로 시스템의 두께를 줄이는데 한계가 있었다. 이에 따라, 종래의 프로젝션 TV 시스템은 전체적으로 시스템이 커지고 두께가 두꺼워지며 많은 공간을 차지하므로 최근들어 많이 요구되고 있는 벽걸이용 디스플레이 등과 같은 박형 디스플레이를 구현하기 어려웠다.

따라서, 본 발명의 목적은 LCD 패널을 광축에 대하여 수직방향으로 이동시켜 투사하는 상향 투사 방식을 이용함으로써 시스템의 두께를 줄일 수 있는 박형 프로젝션 시스템을 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 프로젝션 텔레비젼 시스템 구성을 나타낸 도면.

도 2는 도 1에 도시된 배면스크린의 상세구성을 나타낸 도면.

도 3은 도 1에 도시된 투사광학계와 LCD 패널의 상호 위치관계를 나타낸 도면.

도 4는 종래의 프로젝션 텔레비젼 시스템에서 반사경의 각도를 크게 배치한 형태를 나타낸 도면.

도 5는 투사렌즈계의 촛점거리가 짧은 경우 프로젝션 텔레비젼 시스템의 구성형태를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 프로젝션 텔레비젼 시스템의 구성을 나타낸 도면.

도 7은 도 6에 도시된 투사렌즈계 광축과 LCD 패널의 위치관계를 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

11, 21 : 조명계 12, 22 : LCD 패널

13, 23 : 투사렌즈계 14, 24 : 전반사경

15, 25 : 배면스크린 16 : 프레넬 렌즈

17 : 렌티큘러 렌즈 18 : 블랙매트릭스

A : 투사광학계 광축 B : 배면스크린의 중심

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 프로젝션 시스템은 광을 조사하는 조명계와, 조명계로부터 입사되는 광을 이용하여 영상을 표시하는 액정표시부와, 액정표시부에 표시된 영상을 확대투사하는 투사렌즈계와, 투사렌즈계에 의해 확대된 영상을 전반사시키는 전반사경과, 전반사경으로부터 반사된 영상을 표시하는 스크린을 구비하고, 액정표시부가 상기 투사렌즈계의 광축에 대하여 수직방향으로 이동되어 그 광축에 대하여 비대칭 형태를 가지게끔 배치되고, 투사렌즈계는 그의 광축이 스크린의 중심 아래에서 그 스크린과 수직이 되게끔 배치된 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 6 및 도 7을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 프로젝션 TV 시스템을 나타내는 것으로서, 도 6의 프로젝션 TV 시스템은 광을 발생하는 조명계(21)와, 광학계의 광축에 대하여 비대칭 형태로 배치되어 조명계(21)로부터 광을 받아 영상신호에 의해 영상을 표시하는 LCD 패널(22)과, LCD 패널(22)로부터의 영상을 확대 투사시키는 투사광학계(23)와, 광경로를 배면스크린(25) 쪽으로 꺽어주는 전반사경(24)과, 영상을 결상시키는 배면스크린(25)을 구비한다. 조명계(21)는 광을 발생하여 LCD 패널(22) 쪽으로 조사되게 한다. LCD 패널(22)은 조명계(21)로부터 입사되는 광의 투과량을 영상신호에 따라 조절하여 영상을 표시하게 된다. 투사광학계(23)는 LCD 패널(12)로부터 입사된 영상을 확대투사하여 배면스크린(25)에 결상시키게 된다. 전반사경(24)은 투사광학계(23)로부터의 광 진행경로를 배면스크린(25) 쪽으로 꺽어주게 된다. 여기서, LCD 패널(22)은 투사광학계(23) 광축의 수직방향으로 이동된 비대칭 형태로 배치되게 된다. 이 경우, 배면스크린(25) 상에 균형잡힌 영상이 표시되도록 LCD 패널(22)의 중심영상이 배면스크린(25)의 중심(B)에 대응되도록 LCD 패널(22)을 배치하게 된다. 아울러, LCD 패널(22)의 중심에서 발산된 광이 배면스크린(25)의 중심(B)으로 입사할 때 배면스크린(25)과 이루는 각(φ)이 90°도 이상이 되도록 LCD 패널(22)을 도 7에 도시된 바와 같이 투사광학계(23) 광축의 수직방향에서 아래방향으로 이동시켜 배치하게 된다. 이와 반대로, LCD 패널(22)이 상향배치되는 경우 전반사경(24)의 반사광로상에 투사광학계(23)가 존재하게 되어 간섭이 생기게 된다. 그런데, LCD 패널(22)의 중심에서 발산된 광이 배면스크린(25)의 중심에 입사될 때 90°이상이 되는 경우 강한 세기를 가지는 빛이 배면스크린(25)의 위쪽으로 진행하게 되므로 화면이 어두워지게 된다. 이를 방지하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같은 프레넬 렌즈(16)와 렌트큘러 렌즈(17)를 구성으로 하는 종래의 배면스크린(15)에서는 프레넬 렌즈(16)의 중심이 스크린(15)의 중심과 일치하도록 설계되어 있으나, 본 발명의 배면스크린(25)에서는 프레넬 렌즈(16)의 중심이 스크린의 중심 아래쪽에 있도록 하는 비대칭 구조를 가지도록 설계하게 된다. 이에 따라, 강한 세기를 가지는 빛이 배면스크린(23)에서 수평방향으로 진행하게 되어 화면이 어두워지는 것을 방지할 수 있게 된다. 그리고, 투사광학계(23)의 광축(A)이 배면스크린(25)의 중심(B) 아래를 수직으로 지나가게 한다. 투사광학계(23)의 광축(A)이 배면스크린(25)에 수직이 되지 않는 경우 투사광학계(23)에서 배면스크린(25)까지의 거리가 각 위치별로 달라지게 되므로 배면스크린(25)에 결상되는 위치마다 배율이 달라지게 되어 키스톤(Keystone)이 발생되고 왜곡된 영상이 결상되는 문제점이 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 프로젝션 TV 시스템에서는 LCD 패널(22)을 도 7에 도시된 바와 같이 투사렌즈계(23)의 광축에 대하여 수직방향으로 이동된 비대칭 형태로 배치됨으로써 시스템의 측면두께를 크게 줄일 수 있게 된다. 초점거리가 짧은 투사렌즈를 사용하면서 간섭이 생기지 않도록 하기 위하여 본 발명에서는 LCD패널이 광축에 대하여 수직방향으로 이동되어 비대칭적으로 설치하여 투사렌즈계가 광로 바깥에 위치하도록 하여 시스템의 측면 두께를 축소하고 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 박형 프로젝션은 LCD 패널을 광축에서 수직방향으로 이동된 비대칭 형태로 배치되게 함으로써 시스템의 측면두께를 줄일 수 있게 된다. 이 결과, 본 발명에 따른 박형 프로젝션 시스템에 의하면 시스템의 두께를 효과적으로 줄이면서 스크린에 영상을 결상하여 감상함으로써 종래의 프로젝션 TV 시스템에서 구현할 수 없는 박형 프로젝션 시스템을 구현할 수 있게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (6)

1. 광을 조사하는 조명계와,

   상기 조명계로부터 입사되는 광을 이용하여 영상을 표시하는 액정표시부와,

   상기 액정표시부에 표시된 영상을 확대투사하는 투사렌즈계와,

   상기 투사렌즈계에 의해 확대된 영상을 전반사시키는 전반사경과,

   상기 전반사경으로부터 반사된 영상을 표시하는 스크린을 구비하고,

   상기 액정표시부가 상기 투사렌즈계의 광축에 대하여 수직방향으로 이동되어 그 광축에 대하여 비대칭 형태를 가지게끔 배치되고,

   상기 투사렌즈계는 그의 광축이 상기 스크린의 중심 아래에서 그 스크린과 수직이 되게끔 배치된 것을 특징으로 박형 프로젝션 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스크린에 포함된 프레넬 렌즈는 그의 중심이 상기 스크린 중심 아래쪽에 위치하게끔 비대칭 형태로 설계된 것을 특징으로 하는 박형 프로젝션 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 액정표시부는 그의 중심이 상기 스크린의 중심과 대응되게 배치된 것을 특징으로 하는 박형 프로젝션 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 액정표시부의 중심에서 발산된 광이 상기 스크린의 중심에 입사할 때 상기 스크린과 이루는 각이 90도 이상이 되게 하는 것을 특징으로 하는 박형 프로젝션 시스템.
5. 삭제
6. 삭제