KR0184365B1 - 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 화상표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 화상표시장치에 관한 것으로, 고휘도의 백색광을 방사하는 광원과, 상기 광원의 후방에 설치되어 광원으로부터 발생되는 백색광을 전방으로 반사시키는 비구면반사경과, 상기 광원의 전방에서 일정 간격으로 설치되어 상기 광원에서 발생된 후 정해진 광경로의 외측으로 퍼져나가는 백생광을 상기 비구면반사경쪽으로 재반사시켜주는 내외 한쌍의 구면반사경과, 상기 광원과 구면반사경사이에 해당되는 광경로상에 설치되어 상기 비구면반사경으로부터 반사되는 백색광이 평행광으로 전환되도록 하는 광가이드와, 상기 외측 구면반사경의 전방에 설치되어 상기 평행광으로부터 열선을 차단하는 적외선차단필터와, 상기 평행광을 분리하는 빔분리수단과, 상기 빔분리수단으로부터 분리된 광을 광변조하여 반사시키는 광모듈레이터와, 상기 빔분리수단과 광모듈레이터사이에 설치되어 상기 빔분리수단을 통과한 빔이 R, G, B로 분리된 상태에서 상기 광모듈레이터에 비춰지게 하며, 상기 광모듈레이터에 의하여 재반사된 광을 백색광으로 전환시키는 색분리수단과, 상기 광모듈례이터에 의해 광변조되어 반사된 광을 스크린으로 투사시키는 투사렌즈로 이루어지도록 구성하므로써 단일의 AMA패널을 이용한 투사형 화상표시장치에서 광효율을 높이고, 광량조절을 보다 엄격하게 제어할 수 있도록 하여 색재현성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 화상표시장치

제1도는 종래 단일의 AMA패널을 이용한 일반적인 투사형 화상표시장치의 광학계를 나타내는 구성도.

제2도는 본 발명에 따른 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 화상표시장치의 광학계를 나타내는 구성도.

제3도는 본 발명의 투사형 화상표시장치에서 반사형 광모듈레이터 및 색분리수단을 나타내는 확대도.

제4도는 본 발명의 투사형 화상표시장치에서 다이크로익미러 어레인지먼트패널을 나타내는 확대도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

32 : 광원 34 : 비구면반사경

36,36' : 구면반사경 38 : 광가이드

40 : 적외선차단필터 42 : 빔분리수단

44 : 광모듈레이터 46 : 색분리수단

48 : 투사렌즈 50 : 마이크로렌즈 어레이패럴

52 : 픽셀스톱 54 : 다이크로익미러 어레인지먼트패널

56 : 다이크로익필터 58,58' : 반사미러

본 발명은 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 화상표시장치(Projector)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일의 액츄에이티드 미러어레이(Actuated Mirror Arrays: 이하 AMA라 칭함)방식의 투사형 화상표시장치에서 광효율을 높이고, 광량조절을 보다 엄격하게 제어할 수 있도록 하여 색재현성을 향상시킬 수 있도록 한 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 화상표시장치에 관한 것이다.

일반적으로, 화상표시장치는 그 표시방법에 따라, 직시형 화상표시장치와 투사형 화상표시장치로 구분된다.

이와 같은 화상표시장치에서 직시형 화상표시장치는 CRT(Cathode Ray Tube)등이 있는데, 이러한 CRT 화상표시장치는 화질은 좋으나 화면이 커짐에 따라 중량 및 두께가 증대되며, 가격이 비싸지는 등 대화면을 구비하는 데 한계가 있다는 문제가 있다.

한편, 투사형 화상표시장치로는 대화면 액정표시장치(Liquid Crystal Display: 이하 LCD라 칭함)등이 있는데, 이러한 대화면 LCD에서는 박형화가 가능하여 중량을 작게 할 수는 있으나, 이러한 LCD는 편광판에 의한 광손실이 크고, LCD를 구동하기 위한 박막트랜지스터가 화소마다 형상됨에 따라 개구율(광의 투과면적)을 높이는 데 한계가 있어 광의 효율이 매우 낮다는 문제점이 있다.

따라서, 미합중국 Aura사에 의해 AMA를 이용한 투사형 화상표시장치가 개발되었다.

상기 AMA를 이용한 투사형 화상표시장치는 1차원 AMA를 이용하는 것과 2 차원 AMA를 이용하는 것으로 구별되는 바, 1차원 AMA는 거울면들이 M x 1 어레이로 배열되고, 2차원 AMA는 거울면이 M x N 어레이로 배열됨에 따라서 1차원 AMA를 이용하는 투사형화상표시장치는 주사거울을 이용하여 M x 1 개의 광선들을 선주사시키고, 2차원 AMA를 이용하는 투사형화상표시장치는 M x N개의 광속들을 투사시켜 M x N화소의 어례이를 가지는 영상을 나타내도록 되어 있다.

이하, 종래 AMA를 이용한 투사형 화상표시장치에 대해서 설명한다.

제1도는 종래 단일의 AMA패널을 이용한 일반적인 투사형 화상표시장치의 광학계를 나타내는 구성도로서, 이에 따른 종래 AMA를 이용한 투사형 화상표시장치(1)는 광원(11), 광로조절렌즈(12), 광원스톱(13), 광반사거울(14), 모듈레이션스톱(15), 투사렌즈(16), 필드렌즈(17), 다이크로익 컬러필터(18) 및 AMA패널(19)로 구성되며, 상기 광원(11)으로부터 발광되어 광로조절렌즈(12)와 광원스톱(13)을 통과한 조명광은 상기 광반사거울(14)에 의하여 반사된 후, 필드렌즈(17)및 다이크로익 컬러필터(18)를 통과하면서 R,G,B로 분리되어 AMA패널(19)에 비추어진 다음, 상기 AMA패널(19)에 실린 영상정보에 따라 결정되는 AMA 화소의 틸팅반사각에 의하여 재반사된다.

이와 같이 상기 AMA패널(19)에 의하여 재반사된 광은 필드렌즈(17)를 통과한 다음, 모듈레이션스톱(15)을 통과하여 투사렌즈(12)에 의하여 스크린에 투사되어 영상을 나타내게 된다.

그러나, 이와 같은 종래의 AMA패널을 이용한 투사형 화상표시장치에서는 상기 AMA패널(19)로부터 재반사된 모든 광이 상기 모듈레이션스톱(15)을 통과한 다음, 프로젝션렌즈(12)에 의하여 스크린상에 투사되는 것이 아니라, 전체의 광량중에서 1/3정도만이 스크린상으로 투사되기 때문에 광효율이 낮아지고, 따라서 스크린상에 형성되는 영상에서의 색재현성이 매우 불량하다는 문제가 있다.

본 발명은 이와 같은 종래 AMA패널을 이용한 투사형 화상표시장치에서의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 단일의 AMA패널을 이용한 투사형 화상표시장치에서 광효율을 높이고, 광량조절을 보다 엄격하게 제어할 수 있도록 하여 색재현성을 향상시킬 수 있도록 한 새로운 형태의 광모듈레이터를 이용한 투사형 화상표시장치를 제공하고자 하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고휘도의 백색광을 방사하는 광원과, 상기 광원의 후방에 설치되어 팡원으로부터 발생되는 백색광을 전방으로 반사시키는 비구면반사경과, 상기 광원의 전방에서 일정 간격으로 설치되어 상기 광원에서 발생된 후 정해진 광경로의 외측으로 퍼져나가는 백생광을 상기 비구면반사경쪽으로 재반사시켜주는 내외 한쌍의 구면반사경과, 상기 광원과 구면반사경사이에 해당되는 광경로상에 설치되어 상기 비구면반사경으로부터 반사되는 백색광이 평행광으로 전환되도록 하는 광가이드와, 상기 외측 구면반사경의 전방에 설치되어 상기 평행광으로부터 열선을 차단하는 적외선차단필터와, 상기 평행광을 분리하는 빔분리수단과, 상기 빔분리수단으로부터 분리된 광을 광변조하여 반사시키는 광모듈레이터와, 상기 빔분리수단과 광모듈레이터사이에 설치되어 상기 빔분리수단을 통과한 빔이 R, G, B로 분리된 상태에서 상기 광모듈레이터에 비춰지게 하며, 상기 광모듈레이터에 의하여 재반사된 광을 백색광으로 전환시키는 색분리수단과, 상기 광모듈레이터에 의해 광변조되어 반사된 광을 스크린으로 투사시키는 투사렌즈로 이루어진 특징을 갖는다.

이와 같은 본 발명에서 상기 색분리수단은 상기 빔분리수단을 통과한 평행광이 다수개로 분리된 보다 작은 폭의 집속평행빔 으로 전환되도록 하는 복수의 마이크로 렌즈어레이패널(Micro Lens Array Panel)과, 상기 집속평행빔이 평행하게 통과되도록 하는 복수의 픽셀스톱(Pixel Stop)과, 상기 픽셀스톱을 통과하여 입사된 집속평행빔이 각각 R, G, B의 빔으로 분리되도록 하는 다이크로익미러 어레인지먼트패널(Dichroic Mirror Arrangement Panel)로 이루어진 특징을 갖는다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 화상표시장치의 광학계를 나타내는 구성도로서, 이에 따른 본 발명의 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 화상표시장치(30)는 고휘도의 백색광을 방사하는 광원(32)과, 상기 광원(32)의 후방에 설치되어 그 광원(32)으로부터 발생되는 백색광을 전방으로 반사시키는 비구면반사경(34)과, 상기 광원(32)의 전방에서 일정 간격으로 설치되어 상기 광원(32)에서 발생된 후 정해진 광경로의 외측으로 퍼져나가는 백생광을 상기 비구면반사경(34)쪽으로 재반사시켜주는 내외 한쌍의 구면반사경(36)(36')과 상기 광원(32)과 구면반사경(36)사이에 해당되는 광경로상에 설치되어 상기 비구면반사경(34)으로부터 반사되는 백색광이 평행광으로 전환되도록 하는 광가이드(38)와, 상기 외측 구면반사경(36')의 전방에 설치되어 상기 평행광으로부터 열선을 차단하는 적외선차단필터(40)와, 상기 평행광을 분리하는 빔분리수단(42)과, 상기 빔분리수단(42)으로부터 분리된 광을 광변조하여 반사시키는 광모듈레이터(44)와, 상기 빔분리수단(42)과 광모듈레이터(44)사이에 설치되어 상기 빔분리수단(42)을 통과한 빔이 R, G. B로 분리된 상태에서 상기 광모듈레이터(44)에 비춰지게 하며, 상기 광모듈레이터(44)에 의하여 재반사된 광을 백색광으로 전환시키는 색분리수단(46)과, 상기 렌즈(48)로 이루어진 것을 나타낸다.

이와 같은 본 발명에서 상기 색분리수단(46)은 제3도에 도시된 바와 같이, 상기 빔분리수단(42)을 통과한 평행광이 다수개로 분리된 보다 작은 폭의 집속평행빔으로 전환되도록 하는 복수의 마이크로렌즈 어레이패널(50)과, 상기 집속평행빔이 평행하게 통과되도록 하는 복수의 픽셀스톱(52)과, 상기 픽셀스톱(52)을 통과하여 입사된 집속평행빔이 각각 R, G, B의 빔으로 분리되도록 하는 다이크로익미러 어레인지먼트패널(54)로 이루어진 것을 나타낸다.

한편, 이와 같은 본 발명에서 상기 색분리수단(46)을 구성하는 다이크로익미러 어레인지먼트패널(54)는 제4도에 도시된 바와 같이, 중앙부에서 서로 교차되게 설치되는 두개의 다이크로익필터(56)와, 상기 다이크로익 필터(56)의 상방과 하방에 설치된 상태에서 그 다이크로익필터(56)를 지나면서 분리되어 입사빔의 진행방향에 대하여 직각으로 분리되는 두색성분을 반사하기 위한 두개의 반사미러(58)(58')로 이루어진 것을 나타낸다.

한편, 이와 같은 본 발명에서 상기 빔분리수단(42)의 반사측면에는 λ/4 플레이트(60)이 설치되며, 상기 빔분리수단(42)과 투사렌즈(48)사이의 소정위치에는 상기 광모듈레이터(44)에 의하여 재반사된 후, 상기 빔분리수단(42)에 의하여 반사된 광을 상기 투사렌즈(48)쪽으로 집속시켜 주는 필드렌즈(62)가 설치된 것을 나타낸다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 화상표시장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

제2도에 도시된 바와 같이, 광원(32)으로부터 방사된 조명광이 비구면반사경(34)과, 구면반사경(36)(36')에 의하여 반사된 후, 광가이드(38)를 통과하면서 편행광으로 전환되고, 이와 같이 평행광으로 전환된 조명광은 상기 외측 구면반사경(36')의 전방에 설치된 적외선차단필터(40)를 통과하면서 열선이 제거된 상태로 빔분리수단(42)내로 입사된다.

이와 같이 빔분리수단(42)내로 입사된 조명광은 분리면에서 S파편광빔과 P파편광빔으로 분리되는데, 상기 P파편광빔만이 λ/4플레이트(60)를 통과하여 색분리수단(46)내로 입사된 다음, 제4도에 도시된 바와 같이, 서로 교차하는 두개의 다이크로익필터(56)와 상기 다이크로익필터(56)의 상방과 하방에 설치된 반사미러(58)(58')를 통과하면서 각각 1/3폭의 R, G, B, R, G, B,---의 순서로 분리되어 광모듈레이터(44)에 도달되며, 이 때, 광모듈레이터(44)에 실린 영상정보에 따라 결정되는 광모듈레이터의 단위픽셀의 틸팅반사각에 의하여 재반사되는 빔의 경로가 조절된다.

이와 같이 조절된 반사빔은 제3도에 도시된 바와 같이, 복수개로 배치된 픽셀스톱(52)들을 통과되는 데, 이 때 통과되는 광량은 광모듈레이터(44)에 실린 영상정보에 따라 조절되며, 상기 영상정보에 따라 통과량이 조절된 광은 다시 상기 마이크로렌즈 어레이패널(50)을 통과하면서 다시 백색광이 된 후, λ/4플레이트(60)를 통과하면서 S파편광빔으로 바뀌게 되고, 계속하여 상기 빔분리수단(42)에 반사된다.

이와 같이 빔분리수단(42)에 의하여 반사된 광은 상기 빔분리수단(42)과 투사렌즈(48)사이에 설치된 필드렌즈(62)를 통과하면서 집속되어 투사렌즈(48)로 입사되고, 이 투사렌즈(48)에 의하여. 필요로 하는 영상정보가 스크린상에 투사되는 것이다.

이와 같은 본 발명을 적용하면, 편광빔분리수단에 의하여 P파 또는 S파만을 이용하기 때문에 기존의 방식에 비해 광효율이 현저히 향상된다는 효과가 있으며, 광모듈레이터에서 단위픽셀들의 행(行)또는 열(列)에 대응하는 픽셀스톱들에 의해 광량이 조절되므로 각 단위픽셀에 의한 광량조절이 보다 엄격하게 제어됨에 따라 기존의 방식에 비하여 색재현성이 현저히 향상된다는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 고휘도의 백색광을 방사하는 광원(32)과; 상기 광원(32)의 후방에 설치되어 그 광원(32)으로부터 발생되는 백색광을 전방으로 반사시키는 비구면반사경(34)과; 상기 광원(32)의 전방에서 일정 간격으로 설치되어 상기 광원(32)에서 발생된 후 정해진 광경로의 외측으로 퍼져나가는 백색광을 상기 비구면반사경(34)쪽으로 재반사시켜주는 내외 한쌍의 구면반사경(36)(36')과; 상기 광원(32)과 구면반사경(36)사이에 해당되는 광경로상에 설치되어 상기 비구면반사경(34)으로부터 반사되는 백색광이 평행광으로 전환되도록 하는 광가이드(38)와; 상기 외측 구면반사경(36')의 전방에 설치되어 상기 평행광으로부터 열선을 차단하는 적외선차단필터(40)와; 상기 평행광을 분리하는 빔분리수단(42)과; 상기 빔분리수단(42)으로부터 분리된 광을 광변조하여 반사시키는 광모듈레이터(44)와; 상기 빔분리수단(42)과 광모듈레이터(44)사이에 설치되어 상기 빔분리수단(42)을 통과한 빔이 R, G, B로 분리된 상태에서 상기 광모듈레이터(44)에 비춰지게 하며, 상기 광모듈레이터(44)에 의하여 재반사된 광을 백색광으로 전환시키는 색분리수단(46)과; 상기 광모듈레이터(44)에 의해 광변조되어 반사된 광을 스크린으로 투사시키는 투사랜즈(48)로 이루어진 것을 특징으로 하는 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 화상표시장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 색분리수단(46)은 상기 빔분리수단(42)을 통과한 평행광이 다수개로 분리된 보다 작은 폭의 집속평행빔으로 전환되도록 하는 복수의 마이크로렌즈 어레이패널(50)과; 상기 집속평행빔이 평행하게 통과되도록 하는 복수의 픽셀스톱(52)과; 상기 픽셀스톱(52)을 통과하여 입사된 집속평행빔이 각각 R, G, B의 빔으로 분리되도록 하는 다이크로익미러 어레인지먼트패널(54)로 이루어진 것을 특징으로 하는 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 화상표시장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 다이크로익미러 어레인지먼트패널(54)는 중앙부에서 서로 교차되게 설치되는 두개의 다이크로익필터(56)와; 상기 다이크로익필터(56)의 상방과 하방에 설치된 상태에서 그 다이크로익필터(56)를 지나면서 분리되어 입사빔의 진행방향에 대하여 직각으로 분리되는 두색성분을 반사하기 위한 두개의 반사미러(58)(58')로 이루어진 것을 특징으로 하는 반사형 광모듈레이터를 이용한 투사형 화상표시장치.