KR100229811B1

KR100229811B1 - Ama를 이용한 투사형 화상 표시장치의 광학 시스템

Info

Publication number: KR100229811B1
Application number: KR1019970029541A
Authority: KR
Inventors: 이석원
Original assignee: 전주범; 대우전자주식회사
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 1999-11-15
Anticipated expiration: 2017-06-30
Also published as: KR19990005346A

Abstract

본 발명은 AMA를 이용한 투사형 화상 표시장치의 광학 시스템에 관한 것으로, 광원에서 방사되는 무편광된 빛을 동일한 편광성분으로 전환하는 편광분할수단(PBS)과, 상기 광로조절장치에 의해 변조된 주요빔의 편광성분을 전환시키기 위한 위상지연수단과, 상기 광로조절장치에 의해 변조된 주요빔을 선택적으로 투과시키기 위한 편광수단을 구비한다.

본 발명에 따르면, 광로조절장치에 의해 주요빔의 세기가 변조되어 주된 이미지를 형성하는 성분만을 선택적으로 스크린에 투사되도록 함으로써 고스트를 제거하여 화질을 향상시킬 수 있으며, 편광분할수단에 의해 투과된 편광성분 및 반사된 편광성분을 모두 이용할 수 있으므로 광효율이 증대되는 효과를 가져올 수 있다.

Description

AMA를 이용한 투사형 화상 표시장치의 광학 시스템

본 발명은 액츄에이티드 미러 어레이(actuated mirror array)를 이용하는 투사형 화상 표시장치(projection display)의 광학시스템(optical system)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 편광분할수단(polarizing beam splitter) 및 위상지연수단(retarder)을 이용하여 고스트(ghost)를 제거함으로써 화질을 향상시킬 수 있는 것에 관한 것이다.

일반적으로, 광학 에너지(optical energy)를 스크린 상에 투영하기 위한 장치인 공간적인 광 변조기(spatial light modulator)는 광 통신, 화상 처리 및 정보 디스플레이 장치와 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 통상적으로 이러한 장치들은 광학 에너지를 스크린 상에 표시하는 방법에 따라 직시형 화상표시장치(direct-view image display device)와 투사형 화상표시장치(projection-type image display device)로 구분된다.

직시형 화상표시장치의 예로서는 CRT(cathode ray tube)를 들 수 있는데, 이러한 CRT 장치는 소위 브라운관으로 불리는 것으로서 화질은 우수하나 화면의 대형화에 따라 그 중량과 용적이 증가하여 제조 비용이 상승하게 되는 문제가 있다.

투사형 화상표시장치로는 액정표시장치(liquid crystal display ; 이하 LCD라 칭함), 디포머블 미러 어레이(deformable mirror device ; 이하 DMD라 칭함) 및 액튜에이티드 미러 어레이(actuated mirror array ; 이하 AMA라 칭함)를 들 수 있다. 이러한 투사형 화상표시장치는 다시 그들의 광학적 특성에 따라 2개의 그룹으로 나뉠 수 있다. 즉, LCD와 같은 장치는 전송 광 변조기(transmissive spatial light modualators)로 분류될 수 있는데 반하여, DMA 및 AMA는 반사 광 변조기(reflective spatial light modualators)로 분류될 수 있다.

LCD와 같은 전송 광 변조기는 광학적 구조가 매우 간단하므로, 얇게 형성하여 중량을 가볍게 할 수 있으며 용적을 줄이는 것이 가능하다. 그러나, 빛의 극성으로 인하여 광 효율이 낮으며, 액정 재료에 고유하게 존재하는 문제, 예를 들면 응답속도가 느리고 그 내부가 과열되기 쉬운 단점이 있다. 또한, 현존하는 전송 광 변조기의 최대 광 효율은 1 내지 2 % 범위로 한정되며, 수용 가능한 디스플레이 품질을 제공하기 위해서 암실 조건을 필요로 한다.

DMD 및 AMA와 같은 광 변조기는 전술한 LCD 타입의 광 변조기가 갖고 있는 문제점들을 해결하기 위하여 개발되었다.

DMD는 5% 정도의 비교적 양호한 광 효율을 나타내지만, DMD에 채용된 힌지 구조물에 의해서 심각한 피로 문제가 발생한다. 또한, 매우 복잡하고 값비싼 구동 회로가 요구된다는 단점이 있다.

이에 비해서, AMA는 압전식으로 구동하는 미러 어레이로서, 10% 이상의 광 효율을 제공한다. AMA 광 변조기에서, 각각의 액튜에이터는 인가되는 전기적인 화상신호 및 바이어스 전압에 의하여 발생되는 전계에 따라 변형을 일으킨다. 상기 액튜에이터가 변형을 일으킬 때, 상기 액튜에이터의 상부에 장착된 각각의 미러들이 경사지게 된다. 따라서, 상기 경사진 미러들은 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시킬 수 있게 된다. 이러한 AMA 광 변조기는 그 구조와 동작원리가 간단하며, LCD나 DMD 등에 비해 높은 광 효율을 얻을 수 있다. 또한, 보통의 실온 광 조건 하에서 밝고 선명한 화상을 제공하기에 충분한 콘트라스트(contrast)를 제공한다. 더욱이, 입사되는 빛의 극성에 영향을 받지 않을 뿐만아니라, 반사되는 빛의 극성에도 영향을 받지 않는다. 또한, AMA의 반사 특성은 온도에 상대적으로 덜 민감하기 때문에, 고전력의 광원에 의해 쉽게 영향을 받는 다른 장치들에 비해서 스크린의 밝기를 향상시킬 수 있다는 잇점을 갖는다.

이러한 AMA 장치는 크게 벌크형(bulk type) 장치와 박막형(thin film type)장치로 구분된다. 벌크형 AMA는 2 개의 압전층들 사이에 중앙 전극을 구비한다. 상기 중앙 전극은 신호전압을 위한 도전성 에폭시를 갖는 액티브 매트릭스(active matirix)에 연결된다. 벌크형 AMA의 상부에는 미러층이 위치하는데, 이 미러층은 최대 30V의 전압 하에서 +/-0.25°의 경사각을 갖는다. 이로 인하여, 벌크형 AMA는 설계 및 제조에 있어서 매우 높은 정밀도가 요구되며, 구조물의 조립에 있어서도 많은 어려움이 있다.

이에 따라, 최근에는 미러 어레이들의 질을 완전하게 하기 위하여 반도체 제조 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 AMA(이하 TFAMA라 칭함)가 개발되었다. 상기 TFAMA는 본 출원인에 의해서 1995년 5월 26일에 출원된 바 있는 한국특허 출원 제 95-13358호에 개시되어 있다.

TFAMA는 현미경적인 미러들과 관련하여 박막 압전 액튜에이터(thin film piezo-electric actuators)를 이용하는 반사형 광 변조기로서, 단판식으로 이루어진 미러의 300,000개 이상의 화소(fixel)에 걸쳐서 대규모 집적의 균등도를 갖도록 개발되어 왔다. 이러한 TFAMA는 각각 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 나타내는 640×480화소의 판(panel)들로 구성된다. 상기 화소들은 광효율을 높이도록 미러 표면적을 최대화하기 위해서 캔틸레버(cantilever) 구조물로 고안된다. 캔틸레버 구조물은 화상 신호전압이 인가되는 액티브 매트릭스 및 인가된 신호전압에 의해서 작동되는 미러를 포함한다.

3판식(three panel) TFAMA를 이용하는 종래의 광학시스템이 도 1에 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 종래의 광학시스템은 광원(11), 소오스 렌즈(12), 소오스 스톱(13), 소오스 미러(14), 프로젝션 스톱(15), 프로젝션 렌즈(16), 다이크로익 필터(dichroic filter; 17,18), 광로조절장치(20,22,24) 및 필드 렌즈(30,32,34)를 포함한다.

이와같이 구성된 광학 시스템은 광원(11)에서 방사된 고휘도의 빛이 소오스 렌즈(12)에 의해 집속되어 소오스 스톱(13)의 개구를 통과하여 소오스 미러(14)상에 조사된다. 주지된 바와 같이 빛은 3가지 주요빔으로 이루어지며, 각각의 주요빔은 파장에 따라 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 중 어느 하나의 원색을 띤다. 소오스 미러(14)에 조사된 빛은 전량이 반사되어 다이크로익 필터(17,18)에 조사된다.

다이크로익 필터(17,18)는 빛을 파장에 의해서 선택적으로 통과시키는 광필터로서, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)광 중 어느하나의 주요빔만을 반사시키고 다른 주요빔은 투과시킨다. 예컨대, 제 1 다이크로익 필터(17)는 녹색빔과 청색빔은 투과시키고 적색빔만을 반사시킨다. 이 적색빔은 제 1 필드 렌즈(30)를 통해 R-AMA(20)에 조사된다. 상기 R-AMA(20)의 미러(도면상 미도시됨)는 그 아래에 구비된 압전 액튜에이터(도면상 미도시됨)에 인가된 전기신호에 따라서 광로를 조절하여 적색빔을 변조한다. 그 결과, R-AMA(20)에 의해 변조된 적색빔은 다시 제 1 필드 렌즈(30)를 통해 제 1 다이크로익 필터(17)로 조사된 후 그것에 의해 반사되어 프로젝션 스톱(15)을 향한다. 프로젝션 스톱(15)의 개구를 통과한 적색빔은 프로젝션 렌즈(16)로 들어간다.

한편, 제 1 다이크로익 필터(17)에 의해 투과된 녹색빔 및 청색빔은 제 2 다이크로익 필터(18)에 의해 청색빔이 반사되고 녹색빔이 투과된다. 제 2 다이크로익 필터(18)에 의해 반사된 청색빔은 제 2 필드 렌즈(32)를 통해 B-AMA(22)에 조사된다. B-AMA(22)의 미러는 그 아래에 구비된 압전 액튜에이터에 인가된 전기신호에 따라서 광로를 조절하여 청색빔을 변조한다. 그 결과 B-AMA(22)에 의해 변조된 청색빔은 다시 제 2 필드 렌즈(22)를 통해 제 2 다이크로익 필터(18)로 조사되고, 그것에 의해 반사되어 프로젝션 스톱(15)의 개구를 통과한 후 프로젝션 렌즈(16)로 들어간다. 이때, 동일 광축상에 있는 제 1 다이크로익 필터(17)는 청색빔을 그대로 투과시킨다.

한편, 제 2 다이크로익 필터(18)를 투과한 녹색빔은 제 3 필드 렌즈(34)를 통해 G-AMA(24)에 조사된다. G-AMA(24)의 미러는 그 아래에 구비된 압전 액튜에이터에 인가된 전기신호에 따라서 광로를 조절하여 녹색빔을 변조한다. 그 결과, 상기 G-AMA(24)에 의해 변조된 녹색빔은 다시 제 3 필드 렌즈(34)를 통해 프로젝션 스톱(15)의 개구를 통과한 후 프로젝션 렌즈(16)로 들어간다. 이때, 동일 광축상에 있는 제 1 및 제 2 다이크로익 필터(17,18)는 녹색빔을 그대로 투과시킨다.

이러한 방식으로, 상기 프로젝션 렌즈(16)는 변조된 적색, 녹색 및 청색의 주요빔을 포함하는 빛을 스크린 상에 투사하여 화상을 형성한다.

그러나 이와같은 종래의 투사형 화상 표시장치는 광원(11)에서 방사된 빛이 필드 렌즈(30,32,34)를 통과할 때 필드 렌즈(30,32,34)의 전면이나 후면에서 일부의 빛이 반사되어 스크린에 원하지 않는 또 다른 제 2 의 이미지( 이하, 고스트(ghost)라 칭함)를 투사하여 주된 이미지 주변을 흐릿하게 하는 문제가 있다.(도 2는 전술한 문제점을 도시한 개략도로서, 은선으로 표시된 것이 고스트임.)

즉, 이와같은 고스트는 필드 렌즈(30,32,34)에 보내진 빛의 일부가 필드 렌즈(30,32,34)를 통과하지 못하고 전면과 후면에서 반사됨으로 인해 광로조절장치(AMA; 20,22,24)에 의해 각각의 주요빔의 광로가 조절되지 못한채로 프로젝션 스톱(15) 및 프로젝션 렌즈(16)를 통하여 스크린에 투사됨으로서 발생되는 것이며, 투사형 화상표시장치의 화질을 저하시키는 문제점을 야기한다.

따라서, 본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 빛의 편광특성을 이용하여 고스트로 나타나는 편광성분과 주된 이미지를 형성하는 편광성분을 서로 분리하여 선택적으로 투과시킴으로써 화질을 향상시킬 수 있는 투사형 화상 표시장치의 광학 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 빛을 방사하는 광원이 설치되고, 인가된 전기신호에 따라 빛을 변조하는 광로조절장치(AMA)가 설치되며, 상기 광로조절장치(AMA) 전면에 필드 렌즈가 설치되며, 상기 광로조절장치(AMA)에 의해 변조된 주요빔의 광량을 조절하는 프로젝션 스톱이 변조된 주요빔의 광축상에 설치되며, 변조된 주요빔을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈가 프로젝션 스톱의 전면에 설치되어 이루어지는 투사형 화상 표시장치의 광학 시스템에 있어서, 광원에서 방사되는 무편광된 빛을 동일한 편광성분으로 전환하는 편광분할수단(PBS)과, 상기 광로조절장치에 의해 변조된 주요빔의 편광성분을 전환시키기 위한 위상지연수단과, 상기 광로조절장치에 의해 변조된 주요빔을 선택적으로 투과시키기 위한 편광수단을 구비한 AMA를 이용한 투사형 화상 표시장치의 광학 시스템을 제공한다.

상기 편광분할수단(PBS)은 1/2파장 위상지연판을 중심으로 제 1 및 2 편광분리기가 구비된 것을 특징으로 한다.

이와같이 구성된 본 발명의 광학 시스템은 광원에서 방사되는 무편광된 빛이 편광분할수단(PBS)에 의해 동일한 편광성분으로 변환된다. 즉, 제 1 편광분리기에 의해 반사된 편광성분은 소오스 렌즈에 조사되며, 투과된 편광성분은 1/2 파장 위상지연판을 통과하면서 다른 편광성분으로 전환되며 제 2 편광분리기에 차단되어 소오스 렌즈에 조사된다.

이와같이 어느 하나의 편광성분만으로 편광된 빛은 대부분 필드 렌즈를 투과하여 광로조절장치(AMA)로 보내지지만 일부분의 빛은 전술한 바와 같이, 필드 렌즈의 전면 또는 후면에서 반사되는데 광로조절장치(AMA)로 보내진 빛은 1/4 파장의 위상지연수단을 통과하여 광로조절장치(AMA)에 의해 광로가 조절된 다음 다시 1/4 파장의 위상지연수단을 통과하여 나오면서 최초의 편광성분과 반대되는 편광성분으로 전환되어 편광수단에 조사된다.

반면에 필드 렌즈의 전면 및 후면에서 반사된 빛은 최초의 편광성분상태를 유지한 상태이므로 광로조절장치(AMA)에 의해 광로가 조절된 편광성분과 서로 다른 편광성분을 유지한 상태로 편광수단에 조사된다. 편광수단은 AMA에 의해 광로가 조절되어 2 회에 걸쳐 1/4파장의 위상지연수단을 통과하면서 편광성분이 전환된 빛만을 선택적으로 투과시키며, 필드 렌즈의 전면 또는 후면에서 반사되는 주요빔은 차단한다.

따라서, 본 발명의 광학 시스템에 의하면, 필드 렌즈의 전면 및 후면에서 반사되어 고스트를 발생시키는 주요빔을 차단하면서, 광로조절장치(AMA)에 의해 주요빔의 세기가 조절된 주요빔만이 스크린에 투사되도록하여 화질을 향상시키는 효과를 가져오게 된다.

도 1은 종래의 투사형 화상 표시장치의 광학 시스템을 도시한 개략도.

도 2는 종래의 문제점을 도시한 개략도.

도 3은 본 발명에 따른 투사형 화상 표시장치의 광학 시스템을 도시한 개략도.

도 4는 본 발명에 따른 편광분할수단을 도시한 개략도

＜ 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 ＞

111 ; 광원 112 ; 소오스 렌즈

113 ; 소오스 스톱 114 ; 소오스 미러

115 ; 프로젝션 스톱 116 ; 프로젝션 렌즈

117 ; 제 1 다이크로익 필터 118 ; 제 2 다이크로익 필터

120 ; R-AMA 122 ; G-AMA

124 ; B-AMA 130 ; 제 1 필드 렌즈

132 ; 제 2 필드 렌즈 134 ; 제 3 필드 렌즈

140 ; 편광분할수단 142 ; 제 1 편광분리기

144 ; 제 2 편광분리기 146 ; 1/2파장 위상지연판

150 ; 제 1 위상지연수단 152 ; 제 2 위상지연수단

154 ; 제 3 위상지연수단 160 ; 편광수단

이하, 본 발명에 따른 투사형 화상 표시장치의 광학 시스템을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 투사형 화상 표시장치의 광학 시스템을 개략적으로 도시한 개략도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 빛을 방출하기 위한 170W 내지 250W의 광원(111)이 설치되며, 그 전면에 편광분할수단(PBS; 140), 소오스 렌즈(112), 소오스 스톱(113) 및 소오스 미러(114)를 포함한다. 또한, 편광수단(160), 프로젝션 스톱(115) 및 프로젝션 렌즈(116)를 포함하며, 다이크로익 필터(dichroic filter ; 117,118), 광로조절장치(AMA ; 120,122,124), 필드 렌즈(130,132,134) 및 위상지연수단(150,152,154)를 포함한다.

특히, 편광분할수단(140)은 무편광된 빛을 편광시켜 반사 및 투과하는 제 1 편광분리기(142)와 상기 제 1 편광분리기(142)에 의해 투과된 편광성분을 다른 편광성분으로 전환하는 1/2 위상지연판(146)과 상기 1/2 위상지연판(146)에 의해 전환된 편광성분을 반사하는 제 2 편광분리기(144)를 구비한다.

광원(111)은 광학 에너지의 광대역 소오스로서, 스펙트럼에서 무편광된 장파장의 적외선 내지 자외선을 방출한다.

편광분할수단(140)은 편광된 빛을 다른 편광성분으로 전환하는 1/2 위상지연판(146)이 중심부에 설치되며, 상기 1/2 위상지연판(146)을 중심으로 그 전면과 후면에 제 1 및 2 편광분리기(142,144)가 설치되며, 제 1 및 2 편광분리기(142,144)에 의해 반사된 편광성분이 소오스 렌즈(112)에 조사될 수 있도록 경사지게 설치된다.

소오스 렌즈(112)는 광원(111)로부터 방출되는 빛을 집속시키는 기능을 수행한다. 소오스 스톱(113)은 광학적으로 불투명한 부재에 빛을 통과시킬 수 있도록 개구가 형성되어 있으며, 상기 개구는 핀홀(pin-hole) 또는 슬릿(slit)이다. 상기 소오스 스톱(113)은 화상을 형성하는 빛의 광량을 결정한다. 상기 소오스 스톱(113)의 다음에는 소오스 미러(114)가 배치되는데, 상기 소오스 미러(114)는 편광된 빛의 경로를 조절하여 다이크로익 필터(117,118)에 조사되도록 하는 기능을 수행한다.

상기 다이크로익 필터(117,118)는 3판식 화상표시장치에 이용되는 것으로서, 단판식인 경우에는 생략 가능함을 미리 밝혀두며, 예시도면에서는 다이크로익 필터(117,118)가 적용되는 3판식을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 제 1 및 2 다이크로익 필터(117,118)가 상기 소오스 미러(114)에 반사된 편광된 빛의 광축상에 각기 다른 반사각도로 경사지게 설치되어 파장에 따라 각각의 주요빔을 선택적으로 반사시킨다. 제 1 다이크로익 필터(117)는 적색빔을 반사시키고 녹색빔 및 청색빔을 투과시키며, 제 2 다이크로익 필터(118)는 청색빔을 반사시키고 녹색빔 및 적색빔을 투과시킨다.

상기 다이크로익 필터(117,118)의 반사방향 및 투과방향의 광축상에 필드 렌즈(130,132,134), 1/4 파장의 위상지연수단(150,152,154) 및 광로조절장치(120,122,124)가 설치된다.

상기 각각의 광로조절장치(120,122,124)는 압전 물질에 인가되는 전기신호에 따라 변형될 수 있도록 캔틸레버 구조로 형성되는 액튜에이터(도면상 미도시됨)와, 액츄에이터 상부에 실장된 거울면(도면상 미도시됨)의 픽셀에 대응할 수 있도록 M×N 개로 배열되어 구성된다.

상기 필드 렌즈(130,132,134)는 소오스 스톱(113)의 이미지가 프로젝션 스톱(115)에 1:1 대응되도록 하는 역할을 한다. 즉, 상기 소오스 스톱(113)을 통과하여 다이크로익 필터(117,118)에 의해 분리된 주요빔이 그에 대응되는 광로조절장치(120,122,124)에 광손실 없이 평행하게 전달될 수 있도록 1 군의 렌즈들로 구성된다.

상기 1/4 파장의 위상지연수단(150,152,154)은 각각의 광로조절장치(120,122,124)와 필드 렌즈(130,132,134) 사이에 설치되어 필드 렌즈(130,132,134)를 통과한 주요빔이 광로조절장치(120,122,124)에 의해 광로가 조절되어 다시 반사되면서 그 결과 2 회에 걸쳐 1/4 파장의 위상지연수단(150,152,154)을 통과하게 되며, 필드 렌즈(130,132,134)의 전면 및 후면에서 반사된 주요빔은 1/4 파장의 위상지연수단(150,152,154)을 통과하지 않게 된다.

상기 편광수단(160)은 편광분할수단(140)의 제 1 및 2 편광분리기(142,144)와 동일한 편광특성을 가지며 프로젝션 스톱(115)의 후면에 설치되어 위상지연수단(150,152,154)을 통과하면서 편광성분이 바뀐 편광성분만을 선택적으로 통과시키는 역할을 한다.

상기 프로젝션 스톱(115)는 소오스 스톱(130)과 동일한 재질 및 형상으로 이루어져 광로조절장치(120,122,124)로부터 프로젝션 렌즈(116)로 투사되는 주요빔의 광량을 조절하는 역할을 하며, 상기 프로젝션 렌즈(116)는 스크린(도면상 미도시됨)에 이미지를 투사할 수 있도록 1 군의 렌즈들로 구성된다.

이하, 본 발명에 따른 투사형 화상 표시장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 광학 시스템을 구동시키면, 광원(111)으로부터 방사된 고휘도의 빛은 전기적 진동성분(이하 P파성분이라 칭함)과 자기적 진동성분(이하 S파성분이라 칭함)이 항상 서로 직교해서 진행되는 무편광된 상태로 편광분할수단(140)에 방사된다.

도 4는 본 발명에 따른 편광분리수단의 작용을 나타낸 개요도로서, 무편광된 빛은 제 1 편광분리기(142)에 의해 S파와 P파의 편광성분으로 편광되어 S파성분은 반사되어 소오스 렌즈(112)에 조사되며, P파성분은 투과되어 1/2파장 위상지연판(146)에 조사된다. 1/2파장 위상지연판(146)을 통과한 P파성분은 S파성분으로 전환되어 제 2 편광분리기(144)에 조사된다. 제 2 편광분리기(144)에 조사되는 S파성분은 반사되어 소오스 렌즈(112)에 조사된다. 즉, 광원에서 방사된 무편광 상태의 빛을 편광분할수단(140)에 의해 빛의 손실없이 모두 동일한 편광성분으로 전환하여 소오스 렌즈(112)에 조사되도록 한다.

동일한 편광성분(S파성분)으로 전환된 빛은 소오스 렌즈(112)에 의해 평행광으로 집속되어 소오스 스톱(113)에 의해 그 광량이 결정된다.

소오스 스톱(130)을 통과한 빛은 소오스 미러(114)상에 조사된다.

이와같이 S파성분으로 편광된 빛은 상기 소오스 미러(114)에 의해 전량이 반사되어 다이크로익 필터(117,118)상에 조사되어 파장에 따라 3가지 주요빔으로 분리되어 각각의 필드 렌즈(130,132,134) 및 1/4 파장의 위상지연수단(150,152,154)을 통과하여 광로조절장치(120,122,124)에 조사된다.

필드 렌즈(130,132,134)에 조사되는 S파성분으로 편광된 주요빔의 대부분은 1/4 파장의 위상지연수단(150,152,154)을 통과하여 광로조절장치(120,122,124)에 의해 주요빔의 세기가 변조된 후 다시 1/4 파장의 위상지연수단(150,152,154)을 통과하여 나오면서 편광의 변화를 일으켜 P파성분으로 전환되어 편광수단(160)를 향해 반사된다.

반면에, 필드 렌즈(130,132,134)에 조사되는 S파성분으로 편광된 주요빔의 일부는 필드 렌즈(130,132,134)의 전면 및 후면에서 반사되는데 이는 1/4 파장의 위상지연수단(150,152,154)을 통과하지 않은 주요빔이므로 그대로 S파성분을 유지한 채 편광수단(160)를 향해 반사된다.

상기 편광수단(160)은 전술한 바와 같이, 제 1 및 제 2 편광분리기(142,144)와 동일한 편광특성을 가지므로 주요빔의 S파성분은 차단하는 반면에 P파성분은 투과시킨다. 따라서, 1/4 파장의 위상지연수단(150,152,154)을 2 회에 걸쳐 통과하면서 광로조절장치(120,122,124)에 의해 주요빔의 세기가 변조된 주요빔은 P파성분으로 전환된 상태이므로 편광수단(160)을 통과하여 프로젝션 스톱(115)상에 조사되는 반면에, 필드 렌즈(130,132,134)의 전면 또는 후면에서 반사된 S파성분은 편광수단(160)에 의해 차단된다.

이와같이, 필드 렌즈(130,132,134)의 전면 및 후면에서 반사되어 고스트를 발생시키는 S파성분이 차단되고 광로조절장치(120,122,124)에 의해 주요빔의 세기가 변조되어 주된 이미지를 형성하게 되는 P파성분은 프로젝션 스톱(115)에 의해 광량이 조절되어 프로젝션 렌즈(116) 및 스크린에 투사하여 M×N 개의 픽셀로 만들어진 이미지를 표현하게 된다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 단판식(single panel) 광로조절장치를 이용한 단색(monochrome) 시스템에도 본 발명의 편광분할수단 및 위상지연수단을 적용할 수 있음을 밝혀둔다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 컬러 휠(colour wheel)을 이용하여 순차적으로 적색, 녹색, 청색 화상들을 표현할 수 있는 단판식 컬러 시스템에도 본 발명의 편광분할수단 및 위상지연수단을 적용할 수 있다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.

따라서 본 발명에 따르면, 편광분할수단 및 1/4 파장의 위상지연수단을 이용하여 광로조절장치에 의해 주요빔의 세기가 변조되어 주된 이미지를 형성하는 성분만을 선택적으로 스크린에 투사되도록 함으로써 고스트를 제거하여 화질을 향상시키는 효과를 가져오게 된다.

특히, 편광분할수단에 의해 투과된 편광성분 및 반사된 편광성분을 모두 이용할 수 있으므로 광효율이 증대되는 효과를 가져올 수 있다.

Claims

빛을 방사하는 광원이 설치되며, 인가된 전기신호에 따라 빛을 변조하는 광로조절장치(AMA)가 설치되며, 상기 광로조절장치(AMA) 전면에 필드 렌즈가 설치되며, 상기 광로조절장치(AMA)에 의해 변조된 주요빔의 광량을 조절하는 프로젝션 스톱이 변조된 주요빔의 광축상에 설치되며, 변조된 주요빔을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈가 프로젝션 스톱의 전면에 설치되어 이루어지는 투사형 화상 표시장치의 광학 시스템에 있어서,

광원에서 방사되는 무편광된 빛을 동일한 편광성분으로 전환하는 편광분할수단(PBS);

상기 광로조절장치에 의해 변조된 주요빔의 편광성분을 전환시키기 위한 위상지연수단과;

상기 광로조절장치에 의해 변조된 주요빔을 선택적으로 투과시키기 위한 편광수단;을 구비한 AMA를 이용한 투사형 화상 표시장치의 광학 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 편광분할수단(PBS)은 무편광된 빛을 편광시켜 반사 및 투과하는 제 1 편광분리기; 상기 제 1 편광분리기에 의해 투과된 편광성분을 다른 편광성분으로 전환하는 1/2 위상지연판; 상기 1/2 위상지연판에 의해 전환된 편광성분을 반사하는 제 2 편광분리기;를 구비한 AMA를 이용한 투사형 화상 표시장치의 광학 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 편광수단과 상기 편광분할수단(PBS)의 제 1 및 2 편광분리기는 동일한 편광특성을 갖도록 설치되는 것을 특징으로 하는 AMA를 이용한 투사형 화상 표시장치의 광학 시스템.