KR100364413B1 - 모니터용 광학 프로젝션 엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소형 및 경량화를 이루면서 고해상도의 대형화면에 적합한 리어 프로젝션 모니터에 사용이 가능한 모니터용 광학 프로젝션 엔진에 관한 것으로서, 빛을 발산하는 벌브(bulb) 및 그 벌브에서 발산된 빛을 반사시키는 리플렉터(reflector)로 이루어지는 램프(lamp)와, 상기 램프에서 발산되는 UV, 가시광선, IR의 세 영역 중 가시광선을 제외한 UV와 IR의 영역을 제거하는 히트 필터(heat glass)와, 상기 히트 필터를 통과한 광의 강도를 균일하게 만드는 광 파이프(light pipe)와, 상기 광 파이프를 통과한 균일한 빛을 원하는 위치에 접속시키는 릴레이 렌즈(relay lens)와, 전체 시스템의 효율적인 공간 활용을 위해 빛의 경로를 변경시켜 주는 미러(mirror)와, 이미지 소스인 LCD에 입사되는 빛이 단일 편광이 되도록 P파 및 S파 중 하나의 편광을 제거하는 편광 프리즘(polarizer)과, 일정 파장대의 빛을 입사한 편광과 반대 방향의 편광으로 회전시켜 출력하는 지연 박막(retarder foil)과, 하나의 편광빔 스플리터(PBS)와 두 개의 다이크로익 프리즘의 결합으로 이루어지고 광을 분리하여 각각의 LCD로 출력하는 컬러 코너(color corner)와, 각각의 LCD에서 반사되어 나온 이미지를 상의 왜곡없이 스크린에 확대 투영해 주는 투사렌즈를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

모니터용 광학 프로젝션 엔진 {Optical projection engine for monitor}

본 발명은 모니터용 광학 프로젝션 엔진에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반사형 마이크로 엘시디(μ-LCD)와 컬러 코너(color corner)를 이용한 모니터에 적용되는 모니터용 광학 프로젝션 엔진에 관한 것이다.

현재, CRT 모니터의 사이즈는 기존의 15'에서 점점 대형화 추세로 변해가면서 19', 21' 모델도 많이 등장하고 있는 실정이다. 상기 CRT 모니터의 사이즈 증가는 필연적으로 전체 부피의 증가를 가져오고, 이로 인해 중량도 증가하게 된다. 이에 비해 사무공간은 거의 고정되어 있는 상황에서 모니터 사이즈의 증가는 작업공간의 축소를 가져오게 되고, 이동 및 보관에도 많은 어려움이 따르게 된다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 LCD 모니터가 등장하게 되었다. 하지만, 상기 LCD 모니터는 CRT 모니터에 비해 부피와 중량 측면에서는 많은 장점을 가지고 있지만 사이즈가 커짐에 따라 가격이 급격히 증가하기 때문에 아직까지는 대중화가 어려운 것이 현실이다.

이에 대응하는 추세에 따르면서 CRT 모니터의 저가격 장점과 LCD 모니터의 얇은 장점을 모두 충족시킬 수 있는 새로운 형태의 리어 프로젝션 모니터(rear projection monitor : RPM)용 광학 프로젝션 엔진을 제안하고자 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 소형 및 경량화를 이루면서 고해상도의 대형화면에 적합한 리어 프로젝션 모니터에 사용이 가능한 모니터용 광학 프로젝션 엔진을 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 모니터용 광학 프로젝션 엔진의 구성을 개략적으로 나타내는 도면

도 2는 도 1에서 릴레이 렌즈 및 편광 프리즘의 배치 상태를 나타내는 도면

도 3은 본 발명에 의한 컬러 코너의 구조 및 원리를 나타내는 도면

도 4는 본 발명에 의한 리어 프로젝션 모니터와 CRT 모니터의 조도 측정 데이터를 나타내는 표

도 5는 광학 프로젝션 엔진이 적용된 모니터의 구성을 나타내는 단면도

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 빛을 발산하는 벌브(bulb) 및 그 벌브에서 발산된 빛을 반사시키는 리플렉터(reflector)로 이루어지는 램프(lamp)와, 상기 램프에서 발산되는 UV, 가시광선, IR의 세 영역 중 가시광선을 제외한 UV와 IR의 영역을 제거하는 히트 필터(heat glass)와, 상기 히트 필터를 통과한 광의 강도를 균일하게 만드는 광 파이프(light pipe)와, 상기 광 파이프를 통과한 균일한 빛을 원하는 위치에 접속시키는 릴레이 렌즈(relay lens)와,전체 시스템의 효율적인 공간 활용을 위해 빛의 경로를 변경시켜 주는 미러(mirror)와, 이미지 소스인 LCD에 입사되는 빛이 단일 편광이 되도록 P파 및 S파 중 하나의 편광을 제거하는 편광 프리즘(polarizer)과, 일정 파장대의 빛을 입사한 편광과 반대 방향의 편광으로 회전시켜 출력하는 지연 박막(retarder foil)과, 하나의 편광빔 스플리터(PBS)와 두 개의 다이크로익 프리즘의 결합으로 이루어지고 광을 분리하여 각각의 LCD로 출력하는 컬러 코너(color corner)와, 각각의 LCD에서 반사되어 나온 이미지를 상의 왜곡없이 스크린에 확대 투영해 주는 투사렌즈를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 모니터용 광학 프로젝션 엔진의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, 리어 프로젝션 모니터(RPM)의 기본원리는 고해상도(SXGA : 1280*1024)의 마이크로 엘시디(μ-LCD)와 고출력 램프를 사용해 밝고 선명한 이미지를 스크린에 투사시키고, 사용자는 스크린 반대편에서 스크린을 통과한 이미지를 보게 되는 것이다.

도 1에서 각 부품의 명칭 및 역할은 다음과 같다.

먼저, 램프(lamp)는 크게 두 부분으로 나눌 수 있다, 한 부분은 빛을 발산하는 벌브(bulb)이고, 다른 한 부분은 벌브(bulb)에서 발산된 빛을 반사시키는 리플렉터(reflector)이다. 이때, 램프는 상기 리플렉터의 형태에 따라 파라보블릭 램프(parabolic lamp)와 엘립틱 램프(elliptic lamp)로 분류된다.

각 램프의 특징은, 파라보블릭 램프는 벌브에서 발산된 빛이 리플렉터를 만나고, 그 리플렉터에서 반사된 빛은 평행광이 되는 특징을 가지고 있다. 또한, 엘립틱 램프는 벌브에서 발산된 빛이 한 점에서 초점을 맺도록 리플렉터가 설계되어 있다. 결국, 램프는 전체 시스템의 광원으로서 램프에서 나오는 빛의 양에 따라 전체 시스템의 밝기가 정해진다.

한편, 히트 필터(heat glass)는, 상기 램프(lamp)에서 발산되는 빛은 UV와 가시광선, IR의 세 부분으로 나눌 수 있다. 그 중 시스템에서 필요로 하는 파장 영역은 가시광선 파장 대역이다. UV 파장 대역의 빛은 시스템의 광학부품, 플라스틱 렌즈와 다른 광학부품, 편광 프리즘 그리고 LCD의 성능을 열화시킬 수 있기에 이 파장 대역의 빛은 제거되어야 한다. 또한, IR 파장 대역의 빛은 직접적으로 부품에 손상을 가하지는 않지만 광학 부품이 IR 파장 대역의 빛을 흡수할 경우 광학부품의 온도가 상승하게 되어 제 성능을 내지 못하게 된다. 따라서, 히트 필터는 UV와 IR 파장대의 투과율이 가시광선 파장대의 투과율 보다 상대적으로 작은 필터로서 사용하지 않는 파장대의 빛을 램프 쪽으로 반사시켜 주는 역할을 한다.

또한, 광 파이프(light pipe)를 사용하는 이유는 램프에서 나오는 빛은 광의 인텐시티(intensity)가 균일하지 않아 광축 방향에서의 빛의 강도는 강하고, 광축에서 멀어질수록 빛의 강도는 점점 약해지게 된다. 이런 빛이 LCD에 반사되어 나오면 스크린에서 이미지의 밝기가 균일하지 않기 때문에 램프에서 나오는 균일하지 않은 빛을 가능한 최대한으로 균일하게 만들기 위해 광 파이프를 사용하게 된다. 본 시스템에 사용된 램프의 형태는 엘립틱 타입이기에 램프에서 발산된 빛이 한 점에 초점을 맺게 된다. 광 파이프의 첫 면은 이 초점에 위치하게 된다. 광 파이프 첫 면을 통과한 빛은 광 파이프 내부에서 여러 번 반사를 하고, 광 파이프 끝 면에서는 입사할 때 보다 균일한 빛을 얻을 수 있게 된다.

또한, 릴레이 렌즈(relay lens) 1,2는 상기 광 파이프를 통과한 균일한 빛을 원하는 위치에 접속시키기 위해 사용되는 렌즈이고, 미러(mirror)는 전체 시스템의 효율적인 공간 활용을 위해 빛의 경로를 변경시켜 주는 역할을 한다.

또한, 편광 프리즘(polarizer)는, 램프에서 나오는 빛은 P파와 S파로 나눌 수 있는데, 이미지 소스인 LCD에 입사되는 빛은 단일 편광의 빛이어야 하기 때문에 P파 또는 S파 중 한 편광은 제거되어야 한다. 이를 위해 편광 프리즘이 사용된다. 본 발명의 시스템에는 두 장의 필름 타입 편광 프리즘을 사용하였는데, 이유는 편광 프리즘의 효율이 100%가 아니기 때문에 첫 번째 편광 프리즘에서 제거되지 않은 일정 편광의 빛을 두 번째 편광 프리즘을 통해 제거하기 위해서이다. 본 모니터용 광학 프로젝션 엔진에서는 도 2에 도시된 바와 같이 릴레이 렌즈 표면에 필름 타입의 편광 프리즘을 부착하여 편광 프리즘을 고정하기 위한 기타 부품이나 공간을 최소화 할 수 있었다.

또한, 지연 박막(retarder foil)은, 편광 프리즘을 통과한 빛은 단일 편광의빛이다. 그러나, PBS를 이용해 경로를 분리하기 위해서는 서로 다른 두 편광의 빛이 필요하다. 이를 위해 지연 박막이 필요한데 지연 박막의 역할은 일정 파장대의 빛을 입사한 편광과 반대 방향의 편광으로 회전시켜 출력하여 주는 역할을 한다. 본 시스템에서는 그린(green) 파장대의 빛의 편광을 돌려줘 PBS를 통과시 그린 파장대 빛은 직진을 하고, 나머지 파장대의 빛은 반사를 하게 된다. 그리고, LCD에 반사되어 나온 빛은 다시 PBS에서 합성이 되는데 이때, 그린 파장대의 파형은 다른 파장의 그린, 블루 영역의 편광과 다르기 때문에 다시 그린 파장대의 편광을 돌려주기 위해 출사쪽에 지연 박막이 하나 더 필요하게 된다.

또한, 컬러 코너(color corner)는 도 3에 도시된 바와 같이 하나의 PBS(31)와 두 개의 다이크로익 프리즘(32)의 결합으로 이루어져 있다. 지연 박박으로 입사한 백색광은 PBS(31)를 만나면 그린 파장대역은 투과하고 나머지 블루와 레드 파장 대역은 반사를 하게 된다. PBS(31)를 투과한 그린은 LCD(33)를 만나 반사되어 다시 PBS(31)에 입사해 이번에는 반사를 하게 된다. PBS(31)에서 반사된 블루와 레드는 다이크로익 프리즘(32)을 만나 블루와 레드로 분리된다. 분리된 두 빛은 LCD(34,35)에서 반사되어 다시 다이크로익 프리즘(32)에 입사하고, PBS(31)를 투과하게 된다. PBS(31)를 투과한 빛은 입사광과 같은 백색광이고 이 빛은 투사렌즈를 지나 스크린에 투사된다.

또한, 도 1에서와 같이 LCD에서 반사되어 나온 빛은 컬러 코너를 지나 투사렌즈에 입사하게 된다. 투사렌즈의 역할은 LCD에서 반사되어 나온 이미지를 상의 왜곡없이 스크린에 확대 투영해 주는 것이다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에서, 모니터용 광학 프로젝션 엔진을 이용한 리어 프로젝션 모니터(RPM)과 일반 CRT 모니터를 CA-120이라는 조도 측정 장비를 이용해 측정한 결과 도 4에 도시된 바와 같은 결과를 얻었다. 상기 도 4의 결과를 보듯이 RPM은 기존 CRT와 비교해서 밝기는 두 배 이상의 값을 얻고 있다. 블랙 상태의 값은 CRT에 비교해서는 ANSI값으로는 많은 차이가 나지만 시퀀셜 값은 많은 차이를 보이지 않고 있다. 콘트라스트 부분도 ANSI로는 RPM이 CRT 보다 콘트라스트가 떨어지지만 시퀀셜로는 CRT 보다 우수한 성능을 나타내고 있다. 이로 보아 측정 방법에 따라 결과의 차이가 날 수 있음을 알 수 있다. 이 외에도 성능으로 비교할 수 있는 부분은 여러 가지가 있지만 가장 중요한 요소라고 볼 수 있는 화이트 레벨과 블랙 레벨, 그리고 콘트라스트 측면 만을 본다면 기존의 CRT에 뒤지지 않는 성능을 나타낼 수 있다고 본다. 이 외에도 광학 프로젝션 엔진을 이용한 모니터는 기존의 CRT에서 나오는 전자파 문제를 최소화 할 수 있고, 디지털 입력을 사용하기에 회로적인 기술을 이용하여 기존의 모니터에서는 볼 수 없는 다양한 화면을 구현할수 있는 장점이 있다.

성능 외적인 측면을 비교하여 본다면 기존의 CRT 모니터는 사이즈가 증가함에 따라 가격이 급격히 증가하고 부피와 중량도 이에 따라 증가하게 된다. 반면에 PBM은 모니터 사이즈가 증가하더라도 광학적인 투사거리만 증가시켜 주면 되므로 부피는 약간 증가하지만 증량과 가격은 큰 차이가 나지 않을 것이다.

도 5는 광학 프로젝션 엔진을 이용한 25" 모니터이다. 두께를 최소화하기 위해서 반사 미러를 세장 사용하여 두께를 373mm로 최적화 하였다. 현재 19"CRT모니터의 두께가 400mm정도 이므로 CRT로 25"정도되면 500mm를 넘어 많은 사무 공간을 차지하게 되어 사용하는데 협소한 사무 공간에서는 사용하는데 무리가 따르리라 본다. 이처럼 광학 프로젝션 엔진을 사용한 모니터는 기존의 CRT모니터와 비교해 성능,가격,부피등 여러면에 있어 충분한 장점을 가지고 있어 이를 활용할 경우 많은 시장 개척 가능성을 가지리라 본다. 도 5에서 참조번호 51은 광학 프로젝션 엔진을 나타내고, 52,53,54는 미러를 나타내며, 55는 스크린을 나타낸다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 모니터용 광학 프로젝션 엔진은, 기존의 CRT 모니터에 비하여 소형, 경량화가 가능하게 되고, 밝기가 밝고 선명하며 전자파가 적게 되는 효과가 있다.

또한, CRT 모니터에 비하여 두께와 무게를 40% 정도 줄일 수 있으며, 엔진 모델의 변경없이 화면 사이즈 변경이 가능하게 되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 빛을 발산하는 벌브(bulb) 및 그 벌브에서 발산된 빛을 반사시키는 리플렉터(reflector)로 이루어지는 램프(lamp)와, 상기 램프에서 발산되는 UV, 가시광선, IR의 세 영역 중 가시광선을 제외한 UV와 IR의 영역을 제거하는 히트 필터(heat glass)와, 상기 히트 필터를 통과한 광의 강도를 균일하게 만드는 광 파이프(light pipe)와, 상기 광 파이프를 통과한 균일한 빛을 원하는 위치에 접속시키는 릴레이 렌즈(relay lens)와, 전체 시스템의 효율적인 공간 활용을 위해 빛의 경로를 변경시켜 주는 미러(mirror)와, 이미지 소스인 LCD에 입사되는 빛이 단일 편광이 되도록 P파 및 S파 중 하나의 편광을 제거하는 편광 프리즘(polarizer)과, 일정 파장대의 빛을 입사한 편광과 반대 방향의 편광으로 회전시켜 출력하는 지연 박막(retarder foil)과, 하나의 편광빔 스플리터(PBS)와 두 개의 다이크로익 프리즘의 결합으로 이루어지고 광을 분리하여 각각의 LCD로 출력하는 컬러 코너(color corner)와, 각각의 LCD에서 반사되어 나온 이미지를 상의 왜곡없이 스크린에 확대 투영해 주는 투사렌즈를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 모니터용 광학 프로젝션 엔진.