KR100236107B1 - 투사형 화상표시장치(projection display system) - Google Patents

투사형 화상표시장치(projection display system) Download PDF

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KR100236107B1 KR1019940004521A KR19940004521A KR100236107B1 KR 100236107 B1 KR100236107 B1 KR 100236107B1 KR 1019940004521 A KR1019940004521 A KR 1019940004521A KR 19940004521 A KR19940004521 A KR 19940004521A KR 100236107 B1 KR100236107 B1 KR 100236107B1
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Abstract

본 발명은 투사형화상표시장치에 관한 것으로, 고휘도의 백색광을 방사하는 광원과, 상기 방사된 백색광을 소정형상으로 만들어 통과시키는 소스스토퍼와, 상기 소정형상의 백색광을 입사시켜 소정색의 광을 투과시키고 나머지 광을 반사시키는 제1영역과 소정색의광을 반사시키고 나머지 광을 투과시키는 제2영역을 갖는 제1색선별 거울과 나머지 광을 투과 및 반사에 의해 각각의 색광으로 분리하는 제2색선별 거울로 이루어져 적색, 녹색 및 청색의 광으로 분리하는 광분리기와, 상기 색광을 y 축에 대해 소정각도로 입사시켜 단위화소별로 광로를 조절하여 반사하는 광로조절기와, 상기 광로가 조절된 색광이 결상되며 구멍을 통해 조절된 정도에 비례하는 색광을 통과시키는 투사스토퍼와, 상기 광로조절기에서 반사된 광이 손실없이 상기 투사스토퍼에 결상시키는 필드렌즈계와, 상기 구멍을 통해 통과된 색광을 화면으로 투사하는 투사렌즈를 구비한다. 따라서, 별도의 반사거울을 사용하지 않고 제1색선별거울에 의해 광을 분리함과 동시에 반사시키므로 광로를 짧게 할 수 있어 장치의 크기를 작게 할수 있을 뿐만 아니라 광의 퍼짐이 작을 때 광을 분리할 수 있으므로 제1 및 제2색선별 거울의 크기를 줄일 수 있어 제조원가를 줄일 수 있다.

Description

투사형 화상표시장치
제1도는 본 발명에 따른 투사형화상표시장치를 개략적으로 도시한 평면도
제2도는 제1도의 요부를 발췌하여 개략적으로 도시한 측면도
제3도는 제1도 및 제2도에 도시한 제l색선별거울의 정면도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 투사형 화상표시장치 11 : 광원
13 : 소스렌즈 15 : 소스스토퍼
21 : 광분리기 27 : 광로조절기
29,31,33 : 제1, 제2 및 제3액츄에이터
52 : 필드렌즈계 53 : 투사스토퍼
57 : 투사렌즈
본 발명은 투사형화상표시장치에 관한 것으로서, 특히, 광로를 축소하여 장치의 크기를 줄이며 제조원가를 절감할 수 있는 투사형화상표시장치에 관한 것이다.
화상표시장치는 표시방법에 따라, 직시형화상표시장치와 투사형화상표시 장치로 구분된다.
직시형화상표시장치는 CRT(Cathode Ray Tube)등이 있는데, 이러한 CRT 화상표시장치는 화질은 좋으나 화면이 커짐에 따라 중량 및 두께의 증대와, 가격이 비싸지는 등의 문제점이 있어 대화면을 구비하는데 한계가 있다.
투사형화상표시장치는 대화면액정표시장치(Liquid Crystal Display: 이하 LCD라 칭함)등이 있는데, 이러한 대화면 LCD 의 박형화가 가능하여 중량을 작게 할 수 있다. 그러나, 이러한 LCD 는 편광판에 의한 광손실이 크고 LCD 를 구동하기 위한 박막트랜지스터가 화소마다 형성되어 있어 개구율(광의 투과면적)을 높이는데 한계가 있으므로 광의 효율이 매우 낮다.
따라서, 미합중국 Aura 사에 의해 액추에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Arrays: 이하 AMA 라 칭함)를 이용한 투사형화상표시장치가 개발되었다.
투사형 화상표시장치는 1 차원 AMA 를 이용하는 것과 2 차원 AMA 를 이용하는 것으로 구별된다. 1 차원 AMA 는 거울면들이 M×1 어레이로 배열되고, 2 차원 AMA 는 거울면이 M×N 어레이로 배열되고 있다. 따라서 l 차원 AMA 를 이용하는 투사형 화상표시 장치는 주사거울을 이용하여 M×1 개의 광속들을 선주사시키고, 2차원 AMA 를 이용하는 투사형 화상표시장치는 M×N 개의 광속들을 투사시켜 M×N 화소의 어레이를 가지는 영상을 나타내게 된다.
상술한 종래의 투사형화상표시장치는 투사스토퍼에 결상된 광은 광로조절기가 구동되지 않을때에는 구멍을 통과하지 못하고, 광로조절기가 구동되기 시작할 때 부터 구멍을 통과하므로 휘도대비가 크다.
그러나, 종래의 투사형화상표시장치로 광원에서 방사된 백색광을 45°반사시키는 반사거울과 색을 분리하는 색선별거울들이 별도로 필요하므로 광로가 길어져 장치의 크기가 커지는 문제점이 있었다. 또한, 광로가 길어짐에 따라 광이 퍼지게 되므로 고가인 색선별거울의 크기의 증가되어 제조원가가 커지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 광로를 짧게하여 장치의 크기를 줄일 수 있는 투사형화상표시장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 광로를 짧게 함에 따라 광의 퍼짐이 작을 때 광을 분리할 수 있어 색선별거울의 크기를 줄일 수 있어 제조원가를 감소시킬 수 있는 투사형화상표시 장치를 제공함에 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 투사형화상표시장치는 고휘도의 백색광을 방사하는 광원과, 상기 방사된 백색광을 소정형상으로 만들어 통과시키는 소스스토퍼와, 상기 소정형상의 백색광을 입사시켜 소정색의 광을 투과시키고 나머지 광을 반사시키는 제1영역과 소정색의광을 반사시키고 나머지 광을 투과시키는 제2영역을 갖는 제1색선별 거울과 나머지 광을 투과 및 반사에 의해 각각의 색광으로 분리하는 제2색선별 거울로 이루어져 적색, 녹색 및 청색의 광으로 분리하는 광분리기와, 상기 색광을 y 축에 대해 소정각도로 입사시켜 단위화소별로 광로를 조절하여 반사하는 광로조절기와, 상기 광로가 조절된 색광이 결상되며 구멍을 통해 조절된 정도에 비례하는 색광을 통과시키는 투사스토퍼와, 상기 광로조절기에서 반사된 광이 손실없이 상기 투사스토퍼에 결상시키는 필드렌즈계와, 상기 구멍을 통해 통과된 색광을 화면으로 투사하는 투사렌즈를 구비한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명의 실시예에 따른 투사형화상표시장치(10)를 개략적으로 도시한 평면도이고, 제2도는 제1도의 요부를 발췌하여 도시한 측면도이며, 제3도는 제1 및 제2도에 도시한 제1색선별거울(23)의 정면도이다.
상기 투사형화상표시장치(10)는 광원(11), 광분리기(21), 광로조절기(27), 소스 및 투사스토퍼들(15)(53)과 투사렌즈(57)로 구성된다.
광원(11)은 고휘도의 백색광을 y 축에 대해 2.5°∼5°의 경사각을 갖도록 방사한다.
소스스토퍼(15)는 광원(11)으로 부터 방사되는 백색광을 구멍(17)을 통해 소정형상으로 만들어 통과시킨다. 상기 소스스토퍼(15)와 광원(11)의 사이에는 구멍(17)을 통과하는 광의 양을 증가시켜 광효율을 증가시키기 위해 방사되는 백색광을 집속시키는 소스렌즈(13)가 위치된다.
광분리기(21)는 제1 및 제2색선별거울들(dichroic mirrors: 23)(25)로 이루어져 백색광을 적색, 녹색 및 청색의 광속으로 분리한다. 제1 및 제2색선별거울들(23)(25)은 소스스토퍼(15)의 구멍(17)을 통과한 광과 소정각도, 예를들면, 45°기울어지게 설치되어 소정색의 광을 투과시키고, 나머지색의 광을 소정각도, 예를들면, 90°반사시키므로 색광을 분리시킨다. 상기에서 제1색선별거울(23)은 제3도에 도시되며, 소정색의 광을 투과시키고 나머지 색의 광을 반사시키는 제1영역(24a)과, 소정색을 반사시키고 나머지 색의 광을 투과시키는 제2영역(24b)로 나누어진다. 그러므로, 소스스토퍼(15)의 구멍(7)을 통과한 백색광이 2.5°∼5°의 경사각을 갖고 제1색선별거울(23)의 제1영역(24a)로 입사되면 소정색의 광을 투과시키고, 나머지 색의 광을 제2색선별거울(25) 쪽으로 반사시킨다.
예를들어, 제1색선별거울(23)의 제1 및 제2영역들(24a)(24b)이 각기 적색의 광을 투과 및 반사시키고, 제2색선별거울(25)이 녹색의 광을 투과시킨다하자 그러면, 제1색선별거울(23)의 제1영역(24a)은 입사되는 백색광으로부터 적색광을 투과시키고 녹색 및 청색의 광을 반사시키며, 제2색선별 거울(25)은 녹색 및 청색의 광에서 녹색광을 투과시키고 청색광을 반사시킨다. 또한, 제1색선별거울(23)의 제2영역(24b)는 광로조절기(27)의 제1액츄에이터 패널(29)에 의해 반사되는 적색광을 투사스토퍼(53)쪽으로 반사시키고, 제2 및 제3액츄에이터 패널들(31)(33)에서 반사되는 녹색 및 청색의 광을 투사스토퍼(53)쪽으로 투과시킨다. 그러므로, 상기 광분리기(21)는 입사되는 백색광을 손실되지 않고 적색, 녹색 및 청색의 광으로 분리시킬 수 있다.
광로조절기(27)는 제1, 제2 및 제3액츄에이터 패널들(29)(31)(33)로 이루어진다. 제1, 제2 및 제3액츄에이터 패널들(29)(31)(33)은 M×N개의 트랜지스터들(도시되지 않음)이 내장되고 이 트랜지스터들을 외부와 전기적으로 연결시키는 패드들 (도시되지 않음)이 형성된 구동기판들(35)(37)(39)에 액츄에이터들(41)(43)(45)과 거울들(46)(47)(48)이 실장된다. 액츄에이터(41)(43)(45)은 박막의 압전 또는 전왜세라믹으로 이루어져 트랜지스터들과 패드들을 통해 외부회로(도시되지 않음)로 부터 인가되는 화상신호에 의해 되는 것으로, 입사되는 광의 축이 거울들(46)(47)(48)과 y 축에 대해 85∼88°정도 경사지도록 배치된다. 또한, 거울들(46)(47)(48)은 액츄에이터(41)(43)(45)의 상부에 실장되어 이 액츄에이터들 (41)(43)(45)의 구동에 의해 경사진다. 액츄에이터(41)(43)(45)과 거울들(46)(47)(48)은 화소들과 대응하는데, 제1 및 제2색선별 거울들(23)(25)에서 분리되어 각각 입사되는 적색, 녹색 및 청색의 광을 거울들(86)(87)(88)에 의해 각각의 화소들과 대응하며 광로를 조절하여 반사시킨다. 상기에서 동일한 화상신호에 의해 임의의 동일한 화소에 대응하는 각각 색의 광이 동시에 비추어지도록 하기 위해 소스스토퍼(15)와 제1, 제2 및 제3액츄에이터패널들(29)(31)(33)사이의 광의 이동거리가 같도록 한다. 상기에서 광로조절기(27)에 화상신호가 인가되지 않아 액츄에이터들(41)(43)(45)이 구동되지 않으면 반사되는 광의 축이 거울들(46)(47)(48)과 y축에 대해 85°~88°정도 경사지게 반사된다. 따라서, 입사광과 반사광의 광축의 5°~10°정도의 각을 갖는다.
투사스토퍼(23)는 투사렌즈(57)사이에 위치되며, 제2도에 도시된 바와 같이 액츄에이터(41)(43)(45)이 구동되지 않으면 소스스토퍼(15)의 구멍(17)을 통과한 광을 점선으로(A)으로 표시된 바와 같이 상단에 결상시키며, 액츄에이터들(41)(43)(45)이 구동되면 거울들(46)(47)(48)의 경사각에 비례하여 실선(B)으로 표시된 바와 같이 구멍(55)을 통해 투사렌즈(57)로 통과시킨다. 상기에서, 소스스토퍼(15)의 구멍(17)에 의해 소정 형상을 이루는 광이 액츄에이터들(41)(43)(45)이 구동되지 않을 때에는 투사스토퍼(53)에 결상된 광의 하부가 구멍(55)의 상부와 일치되도록 하여 투사스토퍼(53)의 구멍(55)을 통과하지 못하도록 한다. 그러나, 구동될 때에는 해당되는 색의 광만이 경사각에 비례하여 광이 구멍(55)을 통과하도록 하여 광의 밀도를 조절한다. 그러므로, 액츄에이터들(41)(43)(45)이 구동할 때와 구동하지 않을 때의 휘도대비가 향상된다. 상기에서, 소스스토퍼(15)의 구멍(17)에 의해 결상된 광이 모두 투사스토퍼(53)의 구멍(55)을 통과할 때 광의 밀도가 최고가 되는데, 이때 소스스토퍼(15)의 구멍(17)을 통과한 광이 투사스토퍼(53)의 구멍(55)에 면적이 일치되는 것이 바람직하다. 따라서, 소스 및 투사스토퍼들(15)(53)의 구멍들(17)(55)은 동일한 크기의 직사각형을 이루는 것이 바람직하다. 또한, 소스스토퍼(15)의 구멍(17)을 통과한 광이 투사스토퍼(53)에 동일안 크기로 결상되기 위해 소스스토퍼(15)와 제1, 제2 및 제3액츄에이터 패널들(29)(31)(33)사이와, 제1, 제2 및 제3액츄에이터 패널들(29)(31)(33) 과 투사스토퍼(53)사이의 각각의 광로길이를 동일하게 한다.
필드렌즈계(52)는 소스스토퍼(15)와 투사스토퍼(53)의 사이에 촛점거리만큼 이격되도록 위치되어 소스스토퍼(15)의 구멍(17)을 통과한 광이 투사스토퍼(53)에 결상되도록 한다. 필드렌즈계(52)는 1개의 필드렌즈로 이루어져 광분리기(11)앞에 위치될 수도 있으나, 3개의 필드렌즈들(49)(50)(51)로 이루어져 각각의 제1, 제2 및 제3액츄에이터 패널들(29)(31)(33)앞에 위치되어 큰 반사각을 갖고 거울들(46)(47)(48)에서 반사되는 광이 손실되지 않도록 하며 광로를 줄이는것이 바람직하다. 그러므로, 필드렌즈들(49)(50)(51)의 크기를 감소시킬 수 있다.
투사렌즈(57)는 투사스토퍼(53)의 구멍(55)을 통과하여 각기 광량이 조절된 여러색의 광을 화면(59)으로 투사한다.
상술한 구조의 투사형화상표시장치(10)에 있어서, 광원(11)에서 고휘도의 백색광을 y 축에 대해 2.5°∼5°의 경사각을 갖도록 방사하면 소스렌즈(13)에 의해 소스스토퍼(15)로 광을 집속시킨다.
집속된 광은 소스스토퍼(15)의 구멍(17)을 통과하여 소정 형상을 이루고 제1색선별거울(23)의 제1영역(24a)을 비추게 된다. 이때, 소정색의 광, 예를들면, 적색의 광은 투과되고, 나머지 색의 광, 예를들면, 녹색 및 청색의 광은 90°정도 꺽여 반사된다. 상기 반사된 광은 제2색선별거울들(25)을 통과하여 녹색 및 청색의 광으로 다시 분리시킨다. 상기에서 분리된 적색, 녹색 및 청색의 광은 백색광을 파장별로 분리된 것으로 광의 손실없이 분리된다. 분리된 적색, 녹색 및 청색의 광의 각각은 필드렌즈들(49)(50)(51)에 의해 제1, 제2 및 제3액츄에이터패널들(29)(31)(33)에 집속되고, 이 제1, 제2 및 제3액츄에이터패널들(29)(31)(33)에 의해 광로가 조절되어 반사된다. 상기에서 분리된 색광이 제1, 제2 및 제3액츄에이터패널들(29)(31)(33)에 수직으로 입사되지 않고 소정각도, 예를들면, 85∼88°로 입사된다. 그러므로, 액츄에이터들(41)(43)(45)이 구동되지 않으면 반사되는 광은 입사되는 광과 동일한 각도로 반사되어 입사광과 반사광의 광축은 5∼10°정도의 각을 갖는다. 그러나, 화상신호가 인가되어 액츄에이터들(41)(43)(45)이 구동되면 반사되는 광의 각도가 커지게 된다. 이에 의해 액츄에이터들(41)(43)(45)의 상부에 있는 거울들(46)(47)(48)의 경사각이 최대가 되면 반사되는 광은 제1, 제2 및 제3액츄에이터 패널들(69)(71)(73)에 수직이 된다. 그리고, 제1, 제2 및 제3액츄에이터패널들(29)(31)(33)에서 반사된 광의 각각은 다시 필드렌즈들(49)(50)(51)에 의해 집속되고 제1 및 제2색선별거울들(33)(35)을 통해 투사스토퍼(53)쪽으로 진행된다. 상기 각각의 색광은 액츄에이터들(41)(43)(45)이 구동되지 않을 때는 투사스토퍼(53)의 상부에 결상 되고, 구동될때에는 액츄에이터들(41)(43)(45) 상부의 거울들(46)(47)(48)의 경사각에 비례하여 투사스토퍼(53)의 구멍(55)을 통과한다. 그리고, 투사스토퍼(53)를 통과한 광은 투사렌즈(57)를 통해 화면(59)으로 투사되어 소정의 화상을 나타낸다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 투사형화상표시장치는 소스 및 투사스토퍼들을 나이프에지(knife edge)로 형성한다. 상기에서 액츄에이터들이 구동되지 않을 때 나이프에지에 의해 제한된 일측의 광이 투사스토퍼를 이루는 나이프에지의 끝과 일치되도록 한다.
따라서, 본 발명은 별도의 반사거울을 사용하지 않고 제1색선별거울에 의해 광을 분리함과 동시에 반사시키므로 광로를 짧게 할수 있어 장치의 크기를 작게 할 수 있을 뿐만 아니라 광의 퍼짐이 작을때 광을 분리할 수 있으므로 제1 및 제2색선별 거울의 크기를 줄일수 있어 제조원가를 줄일 수 있는 잇점이 있다.
상술안 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 설명 및 도시되었으나, 본 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양하게 변형실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 고휘도의 백색광을 방사하는 광원과, 상기 방사된 백색광을 소정형상으로 만들어 통과시키는 소스스토퍼와, 상기 소정형상의 백색광을 입사시켜 소정색의 광을 투과시키고 나머지 광을 반사시키는 제1영역과 소징색의광을 반사시키고 나머지 광을 투과시키는 제2영역을 갖는 제1색선별 거울과 나머지 광을 투과 및 반사에 의해 각각의 색광으로 분리하는 제2색선별 거울로 이루어져 적색, 녹색 및 청색의 광으로 분리하는 광분리기와, 상기 색광을 y 축에 대해 소정각도로 입사시켜 단위화소별로 광로를 조절하여 반사하는 광로조절기와, 상기 광로가 조절된 색광이 결상되며 구멍을 통해 조절된 정도에 비례하는 색광을 통과시키는 투사스토퍼와, 상기 광로조절기에서 반사된 광이 손실없이 상기 투사스토퍼에 결상시키는 필드렌즈계와, 상기 구멍을 통해 통과된 색광을 화면으로 투사하는 투사렌즈를 구비하는 투사형화상표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광원은 y 축에 대해 2.5°∼5°의 경사각을 갖는 백색광을 방사하는 투사형화상표시장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 광로조절기가 3 개의 액츄에이터패널들로 이루어진 투사형화상표시장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1색선별거울의 제1영역을 투과하는 소정색의 광이 액츄에이터패널에 의해 제2영역으로 반사되는 투사형화상표시장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제1색선별거울의 제1영역에 의해 반사된 나머지 광이 액츄에이터패널에 의해 제2영역으로 반사되는 투사형화상표시장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광로조절기에 입사되는 광이 액츄에이터 패널에 대해 85°∼ 88°의 각도를 갖는 투사형화상표시장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 광로조절기에 화상신호가 인가되지 않을 때 액츄에이터패널들에서 반사된 광의 모두가 투사스토퍼의 구멍의 상부에 결상되는 투사형화상표시장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 광로조절기에 화상신호가 인가될 때 화상신호의 크기에 비례하여 액츄에이터 패널들에서 반사된 광이 투사스토퍼의 구멍을 통과하는 투사형 화상표시장치.
KR1019940004521A 1994-03-09 1994-03-09 투사형 화상표시장치(projection display system) KR100236107B1 (ko)

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