이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 프로젝션 디스플레이장치의 단순화된 단면도를 도시한다. 상기 프로젝션 디스플레이장치(100)는 외관을 이루는 하우징(20)과, 상기 하우징(20) 전면에 형성된 개방구에 장착되는 스크린(40)과, 상기 하우징(20) 내부에 장착되는 광학엔진(10)과, 상기 하우징(20)의 내주면에 장착되어, 상기 광학엔진(10)으로부터 방출되는 투사광을 영상이 맺히는 스크린(40) 방향으로 반사시키는 백미러(30) 등을 구비한다.

그리고, 반사된 투사광은 상기 백미러(30)에 의해 반사되어, 상기 스크린(40) 방향으로 확대 투사되고, 상기 스크린(40)에서 영상으로 맺히게 되어 사용자는 스크린에 맺힌 영상을 감상할 수 있다.

상기 백미러(30)는 투사광을 대략 입사각과 반사각이 동일하도록 전반사시키며 상기 스크린(40) 방향으로 확대 투사하게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 백미러(30)에 의하여 반사된 투사광을 상기 백미러(30) 뒷편으로 연장시키게 되면, 일정한 축(軸)에 수렴될 수 있으며, 이를 가상의 광축(光軸)이라고 정의한다.

이와 같이, 상기 스크린(40)과 수직한 가상의 광축(光軸)은 도 1에 도시된 실시예에서, 스크린의 정중앙을 지나지 않고 그 위쪽으로 편심되어 있다.

상기 광축이 편심된 이유는 백미러(30)의 위치가 하우징의 상부에 존재하기 때문이며, 프로젝션 디스플레이장치(100)의 전면 방향으로 스크린만이 노출되도록 구성하기 위해서, 광학엔진(10)은 상기 백미러(30)에 의하여 반사된 투사광과 간섭되지 않도록 하우징(20)의 내측 하부에 장착되며, 상기 백미러(30)는 상기 광학엔진(10) 상부에 위치하도록 배치하는 도 1의 방법이 가능하다.

따라서, 도 1에 도시된 실시예와 같이, 직육면체 하우징(20) 내부에 광학엔진(10)을 배치하고 백미러(30)를 배치하는 경우, 상기 백미러(30)에 의하여 반사된 투사광이 상기 광학엔진(10)에 의하여 간섭받지 않고, 상기 스크린(40) 전체에 투사광을 반사시킬 수 있으며, 프로젝션 디스플레이장치(100)의 높이와 스크린(40)의 높이를 동일하게 구성할 수 있다.

그러므로, 이러한 백미러(30)와 상기 광학엔진(10)의 위치관계는 다음과 같이 일반화될 수 있다. 상기 백미러(30)는 상기 하우징(20)의 개방구와 대향하는 내벽면과 상기 하우징(20)의 내측 상면에 접하도록 상기 하우징(20) 내부에 경사지게 고정된다. 이때 상기 백미러(30)는 상기 하우징(20)의 일측 모서리에 경사지게 구비된다.

또한, 상기 광학엔진(10)은 상기 개방구보다 상기 개방구와 대향하는 내벽면 즉,상기 백미러(30)의 일단이 고정된 하우징(20)의 내벽면에 더 가깝게 상기 하우징(20)의 내부 바닥면에 장착되는 것이 바람직하다.

그리고, 월디스플레이(wall display) 시스템 등을 구성하기 위한 프로젝션 디스플레이장치의 경우, 프로젝션 디스플레이장치(100)의 높이와 스크린(40)의 높이를 동일하게 구성하여야 전체 영상의 유격 또는 왜곡이 발생하지 않으므로, 도 1에 도시된 구조로 구성요소들이 하우징 내부에 장착될 필요가 있다.

도 1에 도시된 본 발명에 따른 프로젝션 디스플레이장치(100)는 또한 다음과 같은 특징을 갖는다. 상기 하우징(20) 전면에 장착된 스크린(40)은 상기 광축(A)의 편심된 방향 반대 방향으로 연장부(E)를 갖는다.

상기 스크린(40)이 연장부(E)를 갖는 구체적인 이유는 후술하기로 한다.

도 2는 도 1에 도시된 바와 같은 광축이 편심된 프로젝션 디스플레이장치의 단순화된 개념도이다.

도 2에 도시된 프로젝션 디스플레이장치(100')는 가상의 광축에 존재하는 광학엔진(10')에서 광이 투사되어 스크린(40')에 도달하여 사용자에게 영상이 제공된다고 가정할 수 있다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 광축(A)는 하우징(20)의 상부로 편심되어 위치한다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 광축이 편심된 디스플레이장치(100, 100')가 적층된 구조로 월디스플레이(wall display) 시스템을 구성하는 경우의 문제점 및 그 해결방법은 도 4 내지 도 6을 이용하여 후술하기로 한다.

도 3은 도 1에 도시된 광축이 편심된 프로젝션 디스플레이장치(100)를 이용하여, 월디스플레이(wall display) 시스템(500)을 구성하는 경우의 사시도이다.

각각의 프로젝션 디스플레이장치(100)는 독립적으로 제공되는 입력신호를 영상으로 변환하여, 사용자에게 제공한다.

상기 프로젝션 디스플레이장치(100)는 각각 동일한 영상을 함께 제공할 수도 있고, 하나의 큰 영상을 각각 분할하여 제공할 수 있다.

후자의 경우, 도 3에 도시된 실시예와 같이, 각각의 프로젝션 디스플레이장치(100)가 도 2에 도시된 스크린(40)에 구비된 연장부(E)가 없다면, 경계선(L)에서 영상의 유격이 발생할 수 있다. 상기 스크린(40)에 형성된 연장부(E)는 각각의 프로젝션 디스플레이장치(100)에서 발생될 수 있는 영상의 유격 또는 영상 손실을 방지하는데 도움이 된다.

도 4 내지 도 6은 각각 일정한 방향으로 광축이 편심된 적층된 프로젝션 디스플레이장치(100)의 경계(L) 부근에서의 단면도를 도시한다.

구체적으로 도 4 및 도 5는 입사각이 큰 투사광(transmitted light 1, tl1)을 기준으로 스크린(40)의 두께를 결정하는 경우이며, 도 5는 입사각이 작은 투사광(tl2)을 기준으로 스크린(40)의 두께를 결정하는 경우이다.

입사각이 크고 작음이란, 상기 프로젝션 디스플레이장치(100)를 구성하는 하우징(20)과 상기 스크린(40)에 의하여 형성된 꼭지점으로 입사하는 투사광의 입사각을 기준으로 구분될 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 광축(A)은 상측으로 편심되어 있으므로, 각각의 꼭지점에 도달하는 광축으로부터의 투사광의 스크린으로의 입사각은 적층된 프로젝션 디스플레이장치(100) 중 상부에 위치한 프로젝션 디스플레이장치(100)의 입사각(b)이 하부에 위치한 프로젝션 디스플레이장치(100)의 입사각(a)보다 크게 된다.

도 4 및 도 5에서, 상측 꼭지점으로 입사하는 투사광은 입사각(a)이 작은 투사광(tl2)이며, 하측 꼭지점으로 입사하는 투사광은 입사각(b)이 큰 투사광(tl1)이라고 할 수 있으며, 복수 개의 적층된 디스플레이장치(100)의 경계(L) 부근의 단면도는 상측 꼭지점으로 입사하는 입사각(a)이 작은 투사광(tl2)과 하측 꼭지점으로 입사하는 입사각(b)이 큰 투사광(tl1)이 함께 도시된 것이다.

먼저, 입사각이 큰 투사광(tl1)을 기준으로 스크린(40)의 두께를 결정하는 경우인 도 4를 검토하기로 한다.

상기 광학엔진(10)에서 투사되고 상기 백미러(30)에서 반사된 투사광이 모두 손실없이 상기 스크린(40)의 내면에 도달됨을 가정한다.

그리고, 상기 스크린(40)의 굴절율이 n 이라고 가정하고, 각각의 입사각(a, b)에 대한 굴절각은 각각 a'와 b'가 될 것이다. 각각의 입사각(a, b)이 굴절되는 정도는 상기 스크린의 굴절율 n에 따라 일정해질 수 있다.

도 4는 입사각이 큰 투사광(tl1)을 기준으로 스크린의 두께를 결정하는 경우이므로, 입사각이 b 이며, 굴절각이 b'인 투사광이 스크린(40)과 하우징(20)이 만나는 하부 꼭지점으로 입사하여, 굴절률이 n인 스크린을 관통하는 동안 굴절되어 스크린(40)의 전면 최하단에 도달하게 된다.

즉, 입사각이 큰 투사광(tl1)을 기준으로 결정된 스크린의 두께는 T1 이다. 그러나, 입사각이 a 이며, 굴절각이 a'인 투사광이 스크린(40)과 하우징(20)이 만나는 상부 꼭지점으로 입사되어, 굴절률이 n인 스크린을 관통하는 동안 굴절되어 스크린(40)의 전면 최상단이 아닌 최상단 하부로 유격(d) 만큼 이격된 지점에 도달하게 된다.

물론, 전술한 바와 같이 각각의 꼭지점으로 도달되는 투사광은 각각 영상의 손실없이 도달된다는 가정을 하였으므로, 손실되는 영상이 없다고 하더라도, 도 4에 도시된 실시예에서, 유격(d) 만큼 영상이 이격된 상태로 사용자에게 제공될 것이므로, 하나의 영상을 구현하는 프로젝션 디스플레이장치(100)의 경계가 부각될 것이다.

반면, 도 5는 입사각이 작은 투사광(tl2)을 기준으로 스크린의 두께를 결정하는 경우이므로, 입사각이 a 이며, 굴절각이 a'인 투사광이 스크린(40)과 하우징(20)이 만나는 상부 꼭지점으로 입사되어, 굴절률이 n인 스크린을 투과하는 동안 굴절되어 스크린(40)의 전면 최상단에 도달하게 된다.

그러나, 입사각이 b 이며, 굴절각이 b'인 투사광이 스크린(40)과 하우징이 만나는 하부 꼭지점으로 입사된 투사광은 스크린(40)의 전면까지 도달하지 못하며, 굴절률이 n인 스크린을 관통하는 동안 굴절되어 스크린(40)의 전면 최하단에 도달되는 투사광은 하부 꼭지점으로 입사하는 투사광이 아닌 하부 꼭지점에서 e 만큼 하부 꼭지점에서 위쪽으로 이격된 지점으로 입사하는 투사광이다.

즉, 입사각이 작은 투사광(tl2)을 기준으로 결정된 스크린의 두께는 T2 (T2 > T1) 이다.

따라서, 영상의 손실없이 이격거리(e)를 감안하여 투사광이 제공되는 경우라도, 도 5에 도시된 바와 같이, 입사각(a)이 상대적으로 작은 투사광을 기준으로 스크린(40)의 두께를 결정하게 되면, 스크린의 크기가 지나치게 두꺼워질 수 있다.

월디스플레이(wall display) 시스템을 구성하는 프로젝션 디스플레이장치(100)의 스크린의 두께가 두꺼워진다는 것은 영상을 어둡게 할 수 있으며, 스크린(40)의 무게를 증가시키며 하우징(20)에 스크린(40)의 장착을 어렵게 할 수 있다.

그러므로, 최적화된 스크린(40)의 두께 "T"가 결정된 뒤, 인접한 프로젝션 디스플레이장치(100)에서 제공되는 영상의 유격 등이 존재하지 않을 수 있는 방법이 필요하다.

도 6는 본 발명에 따른 광축이 편심되고, 적층된 프로젝션 디스플레이장치(100)의 경계선(L) 부근에서의 단면도를 도시한다. 도 6에 도시된 단면도는 하우징(20)의 측면과 평행하며, 상기 광축(A)을 포함하는 하우징의 종단면이다.

그리고, 도 6에 도시된 투사광 역시 상기 종단면 위에 존재하는 투사광이라고 가정한다.

도 4 및 도 5에 대한 전술한 설명에 기재된 바와 같이, 상기 최적화된 스크린의 두께는 "T"로 결정된 상태에서, 광축이 편심된 적층된 프로젝션 디스플레이장치(100) 각각이 형성하는 화면 사이의 유격을 최소화하기 위하여, 본 발명에 따른 프로젝션 디스플레이장치(100)는 하우징(20)의 전면방향으로 개방된 개방구에 장착되는 스크린(40)의 위치가 일정거리(E)만큼 연장 또는 변위되도록 할 수 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 프로젝션 디스플레이장치(100)의 경우, 하우징의 측면과 스크린(40)은 그 크기가 정확하게 일치되도록 구성되었다. 즉, 일측에 개방구가 형성된 하우징(20)과 스크린(40)은 직육면체를 이루도록 구성됨을 의미한다.

그러나, 도 6에 도시된 실시예에서, 상기 스크린(40)은 E 길이만큼 하부로 연장되어 구성된다. 상기 스크린(40)은 E 길이만큼 하부로 연장 또는 변위(變位)되는 이유는 광축이 편심됨에 따라 입사각이 큰 투사광(tl1)과 입사각이 작은 투사광(tl2)이 각각 상부 또는 하부 꼭지점에 도달되는 경우, 그 투사광이 다시 스크린(40)을 투과 및 굴절되어 스크린 전면 최하단 또는 최상단에 도달되도록 하기 위함이다.

반면, 광축이 편심됨에 따라 입사각이 작은 투사광이 상부 꼭지점에 도달되는 경우, 스크린(40)을 투과 및 굴절되어도 영상의 손실없이 스크린(40)의 전면 최상단에 도달할 수 있다.

여기서, 구체적으로 연장 또는 변위된 스크린의 길이 E를 검토하면, 다음과 같다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 스크린(40)과 하우징(20)이 형성하는 꼭지점으로 입사되는 투사광과 스크린 사이의 경계면 그리고 스크린(40)과 하우징(20)의 접촉면이 이루는 두 개의 직각 삼각형을 이용하여 아래의 식들을 유도할 수 있다.

T * tan(b') = x , T * tan(a') = y ... 식 (1)

T * tan(b') + T * tan(a') = x + y = 2 * t ... 식 (2)

E = T * tan(b') - t ... 식 (3)

결국, 식 (3)으로부터, 스크린(40)의 두께 T 와 하우징(20)의 측면두께가 t 이며, 상기 스크린(40)의 굴절율이 n 이라고 하면, 스넬의 법칙에 b'를 계산할 수 있으며, 연장 또는 변위되어야 하는 스크린의 길이를 판단할 수 있다.

광축의 위치로부터 각각의 꼭지점으로 입사되는 투사광의 입사각 a와 b를 알 수 있을 경우, 굴절률 n으로 부터 a'와 b'를 계산할 수 있다.

상기 굴절률 n은 스크린 등을 구성하는 재료의 특성으로부터 유도되는 특성값이므로 스크린(40)을 구성하는 재료를 알 수 있는 경우라면, 굴절각 a'와 b'이 계산될 수 있다.

그러므로, 식(3)으로 광축이 편심된 프로젝션 디스플레이장치 또는 월디스플레이 시스템에서 영상이 맺히는 스크린의 유격 등을 방지할 수 있는 연장 또는 변위 길이(E)를 계산할 수 있다.

도 7은 프로젝션 디스플레이장치(100)가 단독으로 사용되는 경우, 프로젝션 디스플레이장치(100)가 의 단면도와 부분 확대도이다.

도 7에 도시된 바와 같이 연장부(E)가 형성되면, 광축이 상측으로 편심되더라고 스크린과 하우징에 의하여 형성되는 하부 꼭지점까지 도달되는 모든 투사광은 스크린에 영상으로 맺힐 수 있게 된다.

도 8은 본 발명에 따른 월디스플레이 시스템(500)의 단면도이다. 각각의 프로젝션 디스플레이장치(100)의 스크린(40)을 광축(A)이 편심된 방향과 반대방향으로 E 만큼 변위시키면, 각각의 프로젝션 디스플레이장치(100)의 하우징(20)과 스크린(40)에 의하여 형성된 꼭지점에 도달된 모든 투사광은 그 꼭지점에 입사각의 크고 작음과 무관하게 상기 스크린(40)의 전면의 최상단과 최하단에 도달될 수 있으므로, 각각의 프로젝션 디스플레이장치(100)가 제공하는 영상 사이에서 발생될 수 있는 유격을 감소 또는 제거할 수 있으며, 최적의 두께를 갖는 스크린(40)을 사용할 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 프로젝션 디스플레이장치(100)의 전면도이다. 도 9에서, 상기 광축(A)는 전면방향에서 왼쪽 상측으로 편심되어 있으며, 그에 대응하여 상기 스크린(40)은 상기 하우징(20)에 대하여 광축(A)와 반대방향인 오른 쪽 하측으로 연장 또는 변위된 것으로 도시된다.

도 6에서 프로젝션 디스플레이장치(100)의 측단면도를 기준으로 광축(A)의 수직방향 편심 여부에 따라 스크린(40)의 연장 또는 변위 거리를 고려하였으나, 광축이 도 9에 도시된 바와 같이, 1축(y축) 방향으로 편심된 경우가 아닌 2축(x축 및 y축)으로 편심된 경우에는 각각의 연장 또는 변위 거리는 도 9에 도시된 바와 같이, 각각 x축 및 y축과 평행한 단면을 고려하여 도 6 등에서 설명된 방법으로 각각 연장 또는 변위되어야 하는 거리 E _{x 및 E y 가 계산될 수 있다.}

본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.