KR100316504B1 - 내부 전반사 프리즘을 채용한 고효율 2-ｓｌｍ 프로젝터 - Google Patents

내부 전반사 프리즘을 채용한 고효율 2-ｓｌｍ 프로젝터 Download PDF

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Abstract

칼라 휠(color wheel)에서 제공되는 동일한 편광의 서로 다른 칼라 빔으로 동시에 조명되는 적어도 2 개의 광 밸브를 구비한, 필드-순차 칼라 모드(field-sequential color mode)에서 작동되는 디스플레이가 개시되었다. 광 밸브는 화상 형성 광을 스크린에 투사하기 위한 투사 렌즈로 화상 형성 광을 제공한다. 휠은 서로 이격되어 있고 서로 다른 칼라 세그먼트들을 가지는 전방 및 후방 표면을 구비하고 있으며, 상기 세그먼트들은 전방 및 후방 칼라 세그먼트의 서로 다른 칼라가 중첩될 때 편광된 광을 서로 다른 칼라 빔(simultaneous different color beams)으로 동시에 분리시키기 위한 것이다. 전방 및 후방 표면이 평행할 때 전방 및 후방 표면으로부터의 두 빔은 서로 평행하다. 혹은 전방 및 후방 표면이 만나서 웨지를 형성할 때 두 빔의 방향은 서로 다르다. 전방 및 후방 칼라 세그먼트 또한 서로 오프셋되어 있고 각각은 하나의 칼라 빔이 광 밸브 중 하나에 제공되도록 투명 세그먼트(clear segment)를 구비한다. 전방 및 후방 투명 세그먼트 또한 서로 오프셋되어 있다. 광 밸브를 동시에 서로 다른 칼라로 순차적으로 조명하기 위해 휠이 회전된다.

Description

내부 전반사 프리즘을 채용한 고효율 2-ＳＬＭ 프로젝터{HIGH EFFICIENCY TWO-SLM PROJECTOR EMPLOYING TOTAL-INTERNAL-REFLECTION PRISM}
본 발명은 적어도 2 개의 광 밸브를 순차적으로 조명하여(illuminating) 이미징하기 위한(imaging) 투사형 디스플레이(projection display)에 관한 것으로서, 특히 양 광 밸브를 서로 다른 칼라로 동시에 조명하기 위해 내부 전반사 프리즘(total-internal-reflection prism)과 두 표면을 구비한 회전 휠을 이용하는 투사형 디스플레이에 관한 것이다.
전형적으로, 종래의 투사형 디스플레이는 3개의 광 밸브 또는 공간 광변조기 (spatial light modulators: SLMs)를 구비하고 있다. 투사형 디스플레이의 비용과 복잡도를 감소시키기 위해, 원색(primary color)인 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 각각에 SLM이 하나씩 사용되어 3개의 SLM이 사용되는 대신 완전 칼라 화상(full color image)을 만드는데 하나의 SLM만이 사용되는 필드-순차 칼라 모드(field-sequential color mode)가 사용된다.
필드-순차 칼라 모드 방식을 사용하는 투사형 디스플레이에서, 3원색을 시간 평균(time-averaging)함으로써 단일 SLM을 이용하여 완전 칼라 화상이 만들어진다. 단일 SLM은 RGB 3원색을 한번에 한 칼라씩 순차적으로 조명된다(illuminated). 예를 들어, 단일 SLM은 먼저 적색의 화상 데이터로 형성되어(configured) 프레임 시간의 3분의 1동안 적색광에 노출된다. 다음, 단일 SLM은 먼저 녹색의 화상 데이터로 형성되어 프레임 시간의 다음 3분의 1동안 녹색광에 노출된다. 마지막으로 단일 SLM은 청색의 화상 데이터로 형성되어 프레임 시간의 마지막 3분의 1동안 청색광에 노출된다. 완전 칼라 화상은 3개의 각각의 칼라 서브 프레임의 시간 평균된 화상이다. 이렇게 단일 SLM을 순차 조명하면 SLM이 각 칼라의 조명 레이트 또는 리프레쉬 레이트의 3배로 작동되어야 한다. 예를 들어, 완전 칼라 프레임이 60Hz로 갱신되면, SLM은 180Hz로 작동되어야 한다.
비록 3개의 SLM 대신 단일 SLM만을 사용함으로써 디스플레이의 비용과 복잡성이 경감되지만, 이와 같은 종래의 단일 SLM 디스플레이는 몇 가지 단점을 가지고 있다. 첫째, SLM은 높은 주파수 (전형적으로 정상 비디오 프레임 레이트의 3배)로 작동되어야 한다. 둘째, 종래의 단일 SLM 디스플레이는 한번에 한 가지 칼라만이 사용되고 백색광원으로부터의 빛 중 2/3를 버리기 때문에 상대적으로 비효율적이다. 프레임 시간의 일부는 전자 데이터 어드레싱과 데드타임(dead-time)으로 불리는 SLM 안정화에 필요한 시간을 위해 남겨두어야 하므로 효율은 실제로는 1/3 이하로 된다. 예를 들어, 단일 SLM 디스플레이의 각 칼라에 사용되는 액정 물질의 응답 시간이 천 분의 몇 초일 수 있으므로, 이 데드타임은 프레임 시간 (예를 들어, 1/180초 즉, 5.6 msec)의 반 또는 반 이상일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 투사 시스템(10)은 필드-순차 칼라 작동 모드의 성능을 개선시키기 위해 단일 SLM 대신에 2 개의 SLM(12, 14)을 구비하고 있다. 이와 같은 2 개의 SLM을 사용하는 투사 시스템(10)은 도니(Doany) 등의 미국 특허 제5,517,340호에 설명되어 있으며, 여기에서 칼라 휠(16)을 이용하여 2 개의 SLM(12, 14)을 번갈아 조명함으로써 개선된다. 이 경우, 한번에 하나의 SLM만이 조명된다. 이는 프레임 시간의 반이 데이터와 액정 응답을 리셋시키고 2 개의 SLM 각각을 안정화시키는데 이용될 수 있도록 하고, 따라서 필드-순차 칼라 모드에서 단일 SLM을 이용하는 종래의 디스플레이에서 요구되는 데드타임을 없앤다. 180Hz로 작동되는 대신 2 개의 SLM은 90Hz로 작동되어 각 60Hz의 결합 비디오 레이트를 발생시킨다. 각 SLM은 역시 50%의 데드타임을 가지지만 두 SLM(12, 14) 중 하나는 항상 조명되므로 결합된 2 개의 SLM 시스템(10)에는 데드타임이 없다. 2 개의 SLM 구조(10)에 의해 데드타임이 없어졌지만 스펙트럼 효율(spectral efficiency)은 역시 1/3밖에 되지 않는다.
도 1에 도시된 바와 같이 광원(18)은 편광 빔 분할기(polarizing beam splitter, PBS) 큐브(cube, 20)에 백색광을 제공한다. PBS(20)는 광의 선형 편광 중 하나 (예를 들어, s-편광)를 반사시키고 다른 편광 (예를 들어, p-편광)은 투과시키도록 코팅되어 있다. PBS 큐브(20)는 서로 다른 편광을 가지는 광으로 2 개의 SLM(12, 14)을 조명한다. 예를 들어, PBS 큐브(20)는 하나의 SLM(12)을 s-편광된 광으로 조명하고 다른 SLM(14)을 p-편광된 광으로 조명한다. PBS 큐브(20)는 2 개의 SLM(12, 14)으로부터 반사된 화상을 재결합하여 칼라 화상을 형성하고, 이 칼라 화상이 투사 렌즈(projection lens, 22)에 의해 투사 스크린(projection screen, 24)으로 투사된다.
필드-순차 칼라 모드에서 작동되는 2-SLM 투사형 디스플레이(10)는 각 SLM에 대해 50% 듀티 사이클(duty cycle, 50% 온타임 50% 오프타임)을 가진다. 도 2는 도 1에 도시된 종래의 2-SLM 투사형 디스플레이(10)의 타이밍도(100)이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 칼라 휠(16)은 6개의 세그먼트를 갖고 1/30초 (33.3ms)의 시간 구간(110)동안 완전한 1주기를 회전한다.
칼라 휠(16)의 6개의 세그먼트는 도 1 및 2에 R-s, G-p, B-s, R-p, G-s, B-p라고 도시된 바와 같이 연속하는 칼라 사이의 교대 편광의(alternating polarization between successive colors)의 2 개의 적, 녹, 청 (RGB) 프레임을 포함한다. 여기에서 s 및 p는 서로 직교하는 두 선형 편광이다. s-편광을 수광하는 SLM(12)은 도 2에 SLM-1로 도시되어 있고 p-편광을 수광하는 다른 SLM(14)은 SLM-2로 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 칼라 휠(16)이 6개의 세그먼트를 회전함에 따라, 전체 시스템은 두 RGB 프레임에 해당하는 33.3ms 주기(110) 동안 RGB 프레임을 두 번 순환한다. 따라서, 하나의 완전 칼라 프레임(full color frame)은 1/60 초(16.67ms)마다 또는 60Hz (도 2에 시간 주기(115)로 도시됨)로 순환한다.
단일 SLM 프로젝터가 60Hz 비디오 레이트를 제공하기 위해 180Hz로 SLM가 작동되어야 하는 대신, 종래의 2-SLM 프로젝터(10, Fig 1)의 각 SLM(12, 14)은 최종 비디오 레이트가 60Hz임에도 불구하고 단지 90Hz로 작동된다. 각 SLM(12, 14)의 리프레쉬 사이클 시간(refresh cycle time, 120)은 1/90초(11.1ms)이고 1/180초(5.556ms)동안 온 상태이고 1/180초 (5.556ms, 도 2에 도면 부호(130)로 도시됨)동안 오프 또는 데드 상태이다. 두 SLM(12, 14)은 상반되는 위상 관계로 작동되어서 하나의 SLM이 온 상태이면 다른 SLM은 오프 상태이다.
적절한 조건하에서 (예를 들어, 저전압 액정 재료, 매우 적은 액정 셀 간극 및 고 작동 전압 사용), 액정(LC) 응답 시간은 2ms까지 감소될 수 있다. 종래의 2-SLM 투사 장치(10)에 할당된 시간은 예를 들어 도 2에 도시된 5.256ms 주기(130) 등 2ms보다 훨씬 길다. 따라서, 도 1의 종래의 2-SLM 프로젝터(10)는 요구되는 2ms 액정 응답 시간보다 오프 시간이 더 많으므로 비효율적이다.
더욱이, 도 1의 종래의 2-SLM 프로젝터(10)는 한번에 하나의 SLM만 조명한다. 따라서, 평균 50% 듀티 사이클이 유지되어야 하고 이를 초과하면 안되므로 종래의 2-SLM 프로젝터의 효율은 제한된다. 따라서, 매우 효율적인 완전 칼라 투사형 디스플레이가 요구되어 왔다.
더욱이, 도 1의 종래의 2-SLM 프로젝터(10)는 콘트라스트비(contrast ratio)도 제한된다. PBS 큐브(20)의 코팅의 개선에 의해 콘트라스트비가 증가한다. 그러나, PBS 큐브(20)의 코팅의 개선에 의해 콘트라스트비를 증가시키기는 어렵다.
100:1이상의 콘트라스트비를 얻기 위해, PBS 코팅은 전체 가시 스펙트럼(visible spectrum)에 걸쳐 적절한 조명각(illumination angle) 범위(예를 들어 ±10도)에 대해 s-편광된 광의 99%이상을 반사시키고 p-편광된 광의 99% 이상을 투과시키도록 효율적으로 작동되어야 한다. 현재 사용 가능한 코팅의 성능은 이 목표를 이루기에 적절하지 않다. 99% 이상의 s-반사가 가능하지만 큰 각도에서 (10도 정도) 90% 이상의 p-투과는 얻기 어렵다.
반사성(reflective) SLM과 PBS를 이용하는 전형적인 광학 시스템은 적절한 콘트라스트비 성능을 얻기 위해 PBS의 반사 경로에 흡수 클린-업 시트 편광기 막(absorbing clean-up sheet polarizer film)을 포함시켜야 한다. 칼라 휠(16)을 사용하는 도 1의 종래의 2-SLM 프로젝터(10)에서 두 편광이 동시에 사용된다. 따라서, 클린-업 편광기를 포함할 수 없다. 이에 따라, 클린-업 편광기를 사용할 수 있고 개선된 PBS 코팅이 필요치 않은 고효율 및 고콘트라스트의 완전 칼라 투사형 디스플레이가 요구된다.
본 발명의 목적은 종래의 광학 시스템의 문제점을 제거하는 광학 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 효율 및 콘트라스트비가 증가된 광학 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 듀티 사이클을 증가시키기 위해 오프 시간이 감소된 광학 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적과 다른 목적들은 칼라 휠에서 제공되는 동일한 편광의 서로 다른 칼라 빔으로 동시에 조명되는 적어도 2 개의 광 밸브를 갖는 필드-순차 칼라 모드에서 작동되는 디스플레이에 의해 달성된다. 광 밸브는 화상 형성 광(image forming light)을 스크린에 투사하기 위한 투사 렌즈에 화상 형성 광을 제공한다.
휠은 서로 이격되어 있고 서로 다른 칼라 세그먼트들을 갖는 전방 및 후방 표면을 갖고 있으며, 상기 세그먼트들은 전방 및 후방 칼라 세그먼트의 서로 다른 칼라가 중첩될 때 편광된 광을 서로 다른 칼라 빔(simultaneous different color beams)으로 동시에 분리시키기 위한 것이다. 전방 및 후방 칼라 세그먼트가 중첩될 때, 전방 및 후방 표면 세그먼트의 조합으로부터 발생되는 조합 세그먼트의 둘 중 하나마다(every other combined segment) 이중 칼라 밴드(dual color band)를 포함하여, 제1 칼라로 하나의 광 밸브를 조명하고 제2 칼라로 다른 광 밸브를 동시에 조명하기 위한 제1 및 제2 칼라 빔을 동시에 제공한다.
일실시예에서, 전방 및 후방 표면이 평행할 때 전방 및 후방 표면으로부터의 두 빔은 서로 평행하다. 다른 실시예에서, 전방 및 후방 표면은 서로 만나서 웨지(wedge)를 형성한다. 이 경우, 두 빔의 방향은 다르다.
전방 및 후방 칼라 세그먼트는 서로 오프셋되어 있고(offset relative to each other) 각각은 하나의 칼라 빔이 광 밸브 중 하나에 제공되도록 투명 세그먼트(clear segment)를 구비한다. 전방 및 후방 투명 세그먼트 또한 서로 오프셋되어 있다. 휠은 광 밸브들을 동시에 서로 다른 칼라로 순차적으로 조명하기 위해 회전한다.
디스플레이는 내부 전반사 프리즘과 같은 프리즘 조립체(prism assembly)를 더 포함하고, 이 프리즘 조립체는 휠 표면들 중 하나의 표면으로부터의 칼라 빔 중 하나를 광 밸브 중 하나로 반사시키고, 다른 휠 표면으로부터의 다른 칼라 빔을 다른 광 밸브로 투과시키기 위한 것이다. 부가적으로, 프리즘 조립체는 투과성이거나 반사성인(transmissive or reflective) 광 밸브로부터 제공되는 화상 형성 광을 재결합한다. 프리즘 조립체는 그 단면이 사각형 또는 다이아몬드형이고 제1 굴절 지수(refractive index)를 가진 2 개의 삼각형을 포함한다. 두 삼각형은 제1 굴절 지수보다 낮은 제2 굴절 지수를 가진 물질로 분리되어 있다. 예를 들어, 두 삼각형은 공기 갭으로 분리되어 있다.
본 발명의 특징 및 장점은 본 발명의 바람직한 실시예를 특정하고 도시한 첨부 도면을 참조하는 이하의 상세한 설명으로부터 쉽게 알 수 있을 것이다. 도면 전체에 걸쳐 유사한 구성요소는 동일한 도면 부호로 표시하였다.
도 1은 필드-순차 칼라 모드에서 작동되고 2 개의 공간 광 변조기(spatial light modulators, SLMs)와 칼라 휠을 가진 종래의 투사형 디스플레이(projection display)의 도면.
도 2는 도 1의 종래의 투사형 디스플레이의 타이밍도.
도 3은 본 발명에 따른 투사형 디스플레이의 타이밍도.
도 4는 본 발명에 따른 웨지 칼라 휠(wedged color wheel)의 도면.
도 5는 본 발명에 따른 도 4의 웨지 칼라 휠의 전방 및 후방 표면(front and rear surfaces)의 반사도(reflectivity).
도 6은 본 발명에 따른, 물리적으로 분리되어 있고 평행한 표면들을 가진 칼라 휠의 다른 실시예.
도 7은 본 발명에 따른 반사성(reflective) SLM에 기초한 투사 시스템.
도 8은 본 발명에 따른, 임계각(critical angle)이 35도인 내부 전반사 프리즘 조립체(total internal reflection prism assembly).
도 9는 본 발명에 따른, 임계각이 45도인 내부 전반사 프리즘 조립체.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
155, 160 : 공간 광변조기 (SLM)
165 : 칼라 휠
167 : 이중 칼라 밴드
300 : 반사성 칼라 휠
305, 355 : 전방 표면
310, 360 : 후방 표면
445 : TIR 경계면
도 3은 2 개의 공간 광변조기(SLMs) 또는 광 밸브와 칼라 휠을 구비하고, 도 7과 관련하여 자세히 설명될 필드-순차 칼라 모드에서 작동되는 본 발명에 따른 투사형 디스플레이의 타이밍도(150)이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 2 개의 완전히 공유된(fully shared) SML(155, 160)은 12 개의 조명 영역 혹은 세그먼트를 가지는 칼라 휠(165)을 이용하여 조명되고, 세그먼트들은 칼라 휠(165)이 회전함에 따라 반복된다. 반복 조명 시퀀스(repeating illumination sequence) 혹은 칼라 휠(165)의 12 개의 조명 세그먼트의 시퀀스는, R+B, R, R+G, G, B+G, B, B+R, R, G+R, G, G+B, B이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 칼라 휠(165)의 12 개의 조명 영역은 단일 칼라 조명 영역 뿐 아니라 이중 칼라 조명 영역도 포함한다. 조명 시퀀스로부터 알 수 있는 바와 같이, 칼라 휠(165)의 세그먼트의 둘 중 하나마다 시간-중첩(time-overlapping) 칼라 밴드 혹은 이중 칼라 밴드(167)를 포함한다. 예를 들어, 이중 칼라 밴드는 R+B, R+G, B+G, B+R, G+R, G+B이다. 따라서, 칼라 휠(165)은 단일 칼라 밴드(168)쌍 각각의 중간에 이중 칼라 밴드(167)를 제공한다. 대조적으로, 도 1 및 도 2에 도시된 종래의 칼라 휠의 각 조명 세그먼트는 소정의 시간에 단일 칼라 출력만을 제공한다. 이중 칼라 밴드의 두 칼라가 분리되도록 하기 위하여 칼라 휠에 의해 동시에 선택되는 두 칼라는 각도가 서로 달라야(angularly distinct) 한다. 각 칼라를 서로 다른 SLM으로 향하도록 하기 위해, 이와 같이 2 개의 서로 다른 칼라 빔으로 분리시킬 필요가 있다.
시간-중첩 이중 칼라 밴드(167)는 각 SLM으로의 듀티 사이클 조명을 각 SLM(155, 160)에 대해 50% 듀티 사이클보다 크게 증가시킨다. 예를 들어, 화상 리프레쉬 레이트(image refresh rate)가 60Hz이고 각 RGB 프레임은 1/60초(16.7ms)에 순환된다(cycled). 도 3에 도시된 바와 같이, 2 개의 완전 RGB 프레임은 1/30초(33.3ms)의 시간 주기(110)동안 순환되고, 각 SLM(155, 160)은 90HZ로 즉, 1/90초(11.11ms)의 작동 주기(170)동안 작동된다. 각 SLM의 11.11ms의 사이클 시간(170)은 9.26ms의 온 주기(175)와 1.85ms의 오프 주기(180)를 포함하여 듀티 사이클은 83.4% (9.26/11.1=0.834)이다.
도 1 및 도 2에 도시된 것과 같은 종래의 칼라 휠은 투과시키도록 작동되고(operate in transmission) 서로 다른 별개의 각으로 서로 다른 SLM으로 조사되는 2 개의 별개의 칼라를 선택하는 것을 허용하지 않는다. 2 개의 SLM(155, 160)이 이중 칼라 밴드(167)를 통해 서로 다른 두 칼라를 이용해 동시에 조명되는, 도 3에 도시된, 소기의 칼라 제어를 달성하기 위해서는, 칼라 휠(165)은 예를 들어, 2 개의 비평행(non-parallel) 반사 표면을 갖도록 웨지 모양이 된다. 이와 같은 반사성 칼라 휠을 사용하면 휠의 양 표면이 출력 칼라 선택의 제어에 이용될 수 있다.
도 4는 2 개의 화학선 표면(actinic surfaces, 305, 310)을 구비한 반사성 칼라 휠(300)의 바람직한 실시예이다. 본 실시예에서, 광원에 가까운 전방 표면(305)은 제1 칼라를 제1 경로(315)로 반사시키기 위한 다이크로익 코팅(dichroic coating)을 가지고 후방 표면(310)은 제2 칼라를 제2 경로(320)로 반사시키기 위한 다이크로익 코팅을 갖는다. 제3 칼라는 휠(300)의 양 표면(305, 310)을 모두 통과하여 투과되고 휠(300)은 예를 들어 모터(327)를 이용하여 중심축(325) 주위를 회전한다.
도 5는 도 4에 도시된 칼라 휠(300)의 전방 및 후방 표면(305, 310)의 반사성(reflectivity)을 나타낸다. 다이크로익 코팅에 의해 제공되는 제1 또는 전방 표면(305)의 반사성은 RGB 순차 섹션을 포함하고 투명 투과 영역(clear transmissive region, 330)이 서로 다른 칼라들을 분리한다. 다른 다이크로익 코팅에 의해 제공되는 제2 또는 후방 표면(310)의 반사성은 순차로 일부 B, G, R, 및 나머지 B 섹션을 포함하고, 상기 섹션들에서 투명 투과 영역(330)이 다른 칼라들을분리한다.
칼라 선택 특성에 부가하여, 휠(300)은 서로 비평행 또는 웨지형인 두 표면(305, 310, 두 표면 사이에 웨지가 형성됨)을 이용하여 각도 제어도 한다. 전방 및 후방 다이크로익 반사 표면(305, 310) 사이에 웨지가 있으므로 전방 표면(305)에서 반사되는 칼라가 소정의 각도이면 제2 표면(310)에서 반사되는 칼라는 다른 각도이다. 두 반사 빔(315, 320)의 각 분리(angular separation)는 두 반사 표면(305, 310) 사이의 각(335)에 비례한다. 따라서, 도 3에 도시된 이중 밴드(167) 동안 두 휠 표면(305, 310)으로부터 동시에 반사되는 두 빔(315, 320)은 서로 다른 칼라이며 서로 다른 각으로 방사된다(emanate).
예를 들어, 웨지형 휠(wedged wheel, 300)이 도 7과 관련하여 설명될 투사형 디스플레이에 사용될 때 2 개의 반사된 칼라(315, 320)가 사용되고, 제3의 투과된 칼라(340)는 사용되지 않는다. 그러나, 반사성 칼라 휠(300)이 3개의 칼라를 모두 분리시키므로, 다른 광학 시스템은 예를 들어 반사된 칼라(315, 320) 중 하나와 함께 투과된 칼라(340)를 사용할 수도 있다.
칼라 휠(300)의 기능은 서로 다른 두 각도로 2 개의 칼라 밴드를 동시에 제공하는 것이다. 칼라 휠은 각 출력(315, 320)에 대해 3개의 칼라 밴드를 별도로 순환하여야(independently cycle through the three color bands) 한다. 이는 전방 표면 반사 코팅, 후방 표면 반사 코팅 및 칼라 휠(300)의 두 반사 표면간의 웨지 즉, 각 분리에 의해 이루어지는 것이다. 도 3은 반사성 칼라 휠(300)의 구조 중 하나를 도시하고 있지만 공간적으로 분리되어 있는 두 반사 표면을 갖는 몇몇 특정 구조가 소기의 기능을 달성할 수 있다.
도 6은 칼라 휠의 다른 실시예(350)이다. 도 6에서, 예를 들어 전방 및 후방 휠 반사 표면(355, 360)은 물리적으로 분리되어 있고 서로 평행하다. 이 물리적 분리에 의해 두 반사 빔(365, 370)이 공간상에서 분리되게 된다. 일단 분리되면 두 빔(365, 370)은 개별적으로 제어되어 소기의 각 분리가 일어나게 된다.
반사성 칼라 휠은, 아크 램프(arc lamps)나 공지의 편광 변환 조명 광학계(polarization conversion illumination optics)를 사용하는 것과 같은 편광 백색 광 조명 시스템(polarized white light illumination system)을 이용하는 프로젝터에 사용된다. 편광 조명은 그 후 칼라 휠로 조명된다. 칼라 휠이 회전하면 휠의 제1 또는 전방 표면으로부터 반사된 광은 3개의 칼라 밴드를 순환하고 입사 광 편광과 동일한 편광을 갖는다. 한편, 휠의 제2 또는 후방 표면으로부터 반사된 광은 3개의 칼라 밴드를 순환하고 역시 동일한 편광을 갖는다. 그러나, 전방 및 후방 표면으로부터 반사된 광은 분리되는데 예를 들어 전방 표면과 후방 표면이 웨지를 형성하는 경우 서로 다른 각도로 반사된다.
두 표면이 동시에 같은 칼라를 선택하지 않는 한 전방 및 후방 표면간의 칼라 선택과 상대적 타이밍(relative timing)은 서로 별개이다. 칼라 휠의 반사성 다이크로익 영역 또는 세그먼트 사이에, 각 표면은 투명 영역(330, 도 5)을 또한 포함한다. 이 투명 영역(330)에서는 표면에서 광이 반사되지 않으므로 두 연속하는 칼라 밴드 사이에 필요한 데드타임을 제공하게 된다. 따라서 반사광의 듀티비는 휠 표면의 투과 영역(330)의 '오프' 시간에 대한 반사성 코팅의 상대적인 '온' 시간에 의해 결정된다. 도 3과 관련하여 설명된 바와 같이, 각 SLM의 듀티 사이클은 예를 들어 83.4% 등 50%보다 크다.
도 4에 도면 부호(315, 320)로 표시되고 도 6에 도면 부호(365, 370)로 표시된 칼라 휠의 출력은 각각 물리적으로 분리된 2 개의 개별 제어되는 칼라 밴드를 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이 전방 및 후방 표면(315, 320)이 만나서 웨지를 형성하는 경우 칼라 휠 출력(315, 320)은 서로 다른 두 각으로 나타낸다. 칼라 휠 표면(315, 320) 근처에서 2 개의 칼라 밴드는 공간상에서 일치하는데 이는 양 출력(315, 320)이 동일한 소스와 휠의 (도 3의) 동일한 이중 칼라 세그먼트(165)로부터 발생되기 때문이다. 이때, 전방 및 후방 휠 표면 세그먼트는 도 3에서는 결합되어 함께 도시되어 있고 도 5에서는 별도로 도시되어 있다.
양 출력 칼라(도 4의 315, 320 및 도 6의 365, 370)는 동일한 편광을 가진다. 칼라는 다르지만 동일한 편광의 두 출력 빔은 두 반사 SLM(155, 160)의 조명 및 이미징에 내부 전반사 (TIR) 프리즘을 사용할 수 있도록 한다. 이 광학 시스템에 의하면 PBS 큐브와 PBS 큐브의 편광 코팅과 관련된 모든 콘트라스트 한계가 제거된다.
도 7은 반사성 SLM에 기초한 완전한 투사 시스템(400)을 도시하고 있다. 물론, 반사성 SLM 대신 투과성 SLM이 사용될 수도 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 포물선형 반사기(parabolic reflector)에 장치된 아크 램프(405)로부터의 광은 우선 도 7에서 도면 부호(415)로 표시된 적외선 및 자외선 필터를 이용하여 필터링되어 적외선 및 자외선이 제거된다.
필터링된 광은 플라이 아이 인터그레이터(fly's eye integrator) 및 편광 변환 시스템(PCS, 420)을 거쳐 균일 강도의 편광된 광(425)을 생성한다. 균일 광 강도의 평면은 집광 렌즈(condenser lens, 430)를 이용하여 웨지형 칼라 휠 등의 칼라 휠 상에 이미징된다.
도 4와 관련하여 설명한 바와 같이, 칼라 휠(300)은 서로 다른 칼라 밴드의 두 광 빔(315, 320)을 2 개의 별도의 각으로 반사시킨다. 칼라 휠(300)로부터 반사된 균일 조명 평면 (조명 평면은 두 가지 칼라 광(315, 320)을 포함함)을 내부 전반사(TIR) 프리즘을 통해 두 SLM(155, 160) 상에 이미징하기 위해 적어도 하나의 조명 릴레이 렌즈(435)가 사용된다.
두 SLM(155, 160)은 TIR 프리즘(440)의 두 인접 표면에 배치되어 하나는 TIR 경계면(445)을 투과하여 조명되고 나머지 하나는 경계면(445)에서 반사되어 조명된다. TIR 조명의 편광 순도(polarization purity)를 얻기 위해 조명 릴레이 렌즈(435)와 TIR 프리즘(440) 사이에 흡수 클린-업 편광막(absorbing clean-up polarizer film, 450)이 이용된다.
예를 들어, TIR 프리즘(440)은 TIR 프리즘(440)의 경계면으로 불리는 대향 경계면(opposing interfaces, 445) 사이에 위치하는, 예를 들어 공기 갭에 의해 분리되어 있는 2 개의 유리 또는 투명 중합체 섹션 또는 프리즘(two glass or transparent polymer sections or prism)을 포함한다. 단순화하기 위해, TIR 경계면(445)은 예를 들어 45도 임계각에서 작동되도록 선택되었고, 이에 따라 TIR 프리즘(440)은 정사각형 단면을 갖는다. 그러나 45도 이외의 임계각과 정사각형이 아닌 단면을 갖는 TIR 프리즘도, 도 8과 관련하여 설명되는 바와 같이, 적합하다. 당해 기술 분야에서 흔히 사용되는 것처럼, 각은 예를 들어, TIR 경계면(445)의 표면의 법선 등의 표면 법선(surface normal)에 대해 상대적으로 정의된다. 프리즘 임계각은 그 이상인 모든 입사광이 반사되는 각이다.
45도 임계각은, 굴절 지수가 1.41이고 공기 갭으로 분리된 유리 혹은 투명 중합체 등의 적합한 재료를 이용하여 제조된 프리즘에서 얻을 수 있다. TIR 경계면은 유리/공기 경계면(445)이다. 이와 같은 구조에서, 유리 프리즘을 통해 TIR 경계면(445)으로 법선에 대해 45도로 입사하는 입사각은 임계선(critical ray, 432)으로 정의된다. 임계선(432)은 시스템의 광학축을 따라 이동한다. TIR 경계면(445)은 기술 분야에서 공지된 바와 같이, 임계선(432)보다 큰 각으로 입사하는 광을 반사한다. 이것이 도 7에 광선(315)으로 도시되어 있다. 역으로, 임계선(432)보다 작은 각으로 입사하는 광 (광축(432)의 반대편에 있음)은 TIR 경계면(445)을 통과하여 투과된다. 반사광 경로는 도 7에 광선(320)으로 도시되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 또는 전방 휠 표면(305)에서 반사되는 제1 칼라 빔(315)이 항상 임계각 (도 7의 예에서는 45도)보다 큰 각으로 입사하도록 하기 위해 웨지형 반사성 칼라 휠(300)이 사용된다. 또한 웨지형 반사성 칼라 휠(300)은 제2 또는 후방 휠(310) 표면에서 반사되는 제2 칼라 빔(320)이 항상 임계각보다 적은 각으로 입사하도록 하기 위해 사용된다. 이와 같은 광학계 구조에 의해 칼라 휠(300)의 전방 표면(305)으로부터의 광만이 TIR 경계면(445)으로부터 반사되는 광에 의해 조명되는 하나의 SLM(155)에 도달하고, 후방 휠 표면(310)으로부터의 광만이 TIR 경계면(445)을 통해 투과되는 광에 의해 조명되는 다른 SLM(160)에 도달한다.
SLM(155, 160)에 의해 반사되는 광은 다시 TIR 경계면(445)으로 조사되는데 이 때는 칼라 휠(300)로부터 TIR 경계면(445)으로 입사하는 광 빔의 각도의 여각(complementary angles)으로 조사된다. 따라서, 원래 TIR 경계면에 45도 이상으로 입사한 (따라서 반사된) 광은 이번에는 45도 이하로 입사하고 따라서 프리즘 경계면(445)을 통해 투과된다. 마찬가지로, 45도 이하로 입사한 (원래 투과된) 광은 TIR 경계면(445)에서 반사된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 이 광 경로는 실선과 점선으로 도시된 두 칼라를 TIR 프리즘(440)으로부터 투사 렌즈(455)로 향한다. 한 가지 칼라는 프리즘 광축의 한 쪽에 나타나고 다른 칼라는 프리즘 광축의 반대편에 나타난다. 투사 렌즈(455)에 도달하기 이전에 광은 먼저 분석 편광기(analyzing polarizer, 460)를 통과한다. 출력 분석기(460)는 입력 분석기(450)와 직각이다. 입력 및 출력 분석기(450, 460)는 원하지 않는 편광을 제거하고 콘트라스트를 개선시킨다.
일실시예에서, 입력 편광기(450)의 편광 방향은 출력 편광기 또는 분석기(460)의 편광 방향과 직각이다. 이 경우, 출력 분석기(460)는 당해 기술 분야에서 공지된 방법으로 SLM에 의해 회전된 화상 형성 광만을 투과시키고(즉, 명상태) 임의의 비-회전 광(non-rotated light)은 흡수한다(암상태).
또는, 다른 실시예에서 입력 편광기(450)의 편광 방향은 출력 편광기(460)의 편광 방향과 평행하다. 이 경우, 출력 분석기(460)는 SLM에 의해 회전되지 않은 화상 형성 광만을 투과시키고(명상태) 임의의 회전된 광은 흡수한다(암상태).
도 7이 굴절 지수가 1.41인 유리 프리즘과 공기 갭을 이용하여 45도에서 작동되는 TIR 프리즘을 도시하고 있지만 다른 굴절 지수를 갖는 다른 유리 또는 투명한 재료가 사용될 수 있다. 이 경우, 임계각은 그 이상에서 모든 입사광이 반사되는 각으로, 45도가 아니다.
도 8은 35도의 임계각에서 작동되는 TIR 프리즘 조립체(500)를 도시하고 있다. 앞서 정의한 바와 같이, 35도 임계각은 TIR 표면 법선과 광축(505)간의 각이다. 이 경우, 프리즘 조립체(500)의 단면의 모양은 도 7의 프리즘과 같은 정사각형이 아니라 다이아몬드형이다. 예를 들어, 유리 계수 1.74의 유리-공기 경계면을 이용하여 35도의 임계각을 얻었다. 도 8에 도시된 바와 같이, 조명 빔의 중앙선 또는 광축(505)은 도 5의 광축(432)에 비해 20도 기울어져 있다. 따라서, 다이아몬드형 프리즘(500)의 변들도 도 7의 정사각형 프리즘(440)에 비해 20도 기울어져 있다. 특히, 정사각형 프리즘(440, 도 7)의 4개의 90도의 각도 대신 다이아몬드형 프리즘(500)은 두 대향 예각 70도와 두 대향 둔각 110도를 갖는다.
도 7 및 도 8의 TIR 프리즘 구조는 둘 다 도 7에 도면 부호(445)로 표시되고 도 8에 도면 부호(510)로 표시된 유리-공기 경계면을 이용하여 작동된다. 높은 지수 재료와 낮은 지수 재료의 경계면에서의 TIR 효과를 이용하는 것이 가능하다.
도 9는 높은 지수의 유리로 된 2 개의 섹션(555, 560)을 이용하고 45도로 작동되는 TIR프리즘(550)을 도시하고 있다. TIR 프리즘 조립체(550)의 두 반쪽(555, 560) 사이에 공기 갭 대신 낮은 지수의 막(565)을 사용함으로써 45도 임계각을 얻는다. 예를 들어, 두 프리즘 섹션(555, 560) 간의 경계 재료로서 굴절 지수 n이 1.38인 마그네슘 플루오르화물(magnesium fluoride)과 같은 낮은 지수의 광학 재료(565)를 사용하여 45도 임계각(570)을 유지한다.
도 7로 돌아가서, 전술한 광학 구조의 결과는 투사 렌즈(455)의 동공(pupil)의 반만이 제1 SLM(155)을 이미징하는데 사용되고 나머지 반이 제2 SLM(160)을 이미징하는데 사용된다. 이는 투사 렌즈의 개구수(numerical aperture, NA)가 조명 릴레이 렌즈(435)의 개구수 NA보다 커야 한다는 것을 의미한다. 조명 출력(throughput)을 최대화하기 위해 조명 NA는 비대칭으로 만들어질 수 있다.
도 7과 관련하여 설명된 양각 (임계각보다 큰 각)을 갖는 광은 반사시키고 음각 (임계각보다 작은 각)을 투과시키는 TIR 효과는, 평행면(parallel plane)이라 불리는 하나의 입력 평면-도 7의 경우는 종이면-에서 입사각이 변화되는 경우에만 적용 가능하다. 평행면에 수직인 수직면에서 입사각을 변화시키는 것은 아무런 영향을 미치지 않는다. 따라서, 거의 35도 (±17.5도)의 전체 각 수용 범위(full angular acceptance range)를 갖는 0.3 NA 투사 렌즈(455)에 대해, 조명원은 한 방향으로는 대략 17도의 각 범위를 제공하도록 맞추어지는 한편 반대 방향으로는 정확히 35도를 유지하도록 할 수 있다. (TIR 프리즘(440)과 분석 편광기 막(460)만을 포함하는) 간단한 화상 광 경로에 의해 높은 NA 투사 렌즈의 사용이 용이해진다.
조명에서 비대칭 NA는 조명 광학 시스템에서 왜상 광학계(anamorphic optics)를 사용함으로써 발생된다. 예를 들어, 플라이 아이 인터그레이터(420)에서 렌즈 소자의 애스펙트비(aspect ratio)는 한 변의 길이를 2배로 함으로써 변경될 수 있고 한 디멘젼에서 다른 디멘젼의 각 범위의 두 배가 되도록 적절한 애스펙트비 조명을 발생시키기 위해 왜상 콘덴서(anamorphic condenser)가 사용될 수 있다. 혹은, 왜상 콘덴서 렌즈 대신 왜상 조명 릴레이 렌즈가 사용될 수도 있고 왜상 콘덴서와 릴레이 렌즈를 둘 다 사용할 수도 있다.
본 광학 시스템에서 부가적인 성능 개선 개념을 통합할 수 있다. 예를 들어, TIR 경계면에서 복합각 반사(compound angle reflection)로부터 조명의 편광 소거 현상(depolarization)이 발생한다. 이에 따라 프로젝터(400)의 콘트라스트비가 감소된다. 그러나, SLM(155, 160) 근처에 광 지연막(optical retardation film)을 부가함으로써 반사광에서 편광 소거 현상을 없앨 수 있다.
분석 편광기(460)는 모든 암상태 광(dark state light)을 흡수해야 한다. 편광기(460)의 과열을 방지하기 위해 팬(fan)을 사용하여 공기를 흐르게 함으로써 편광기(460)를 식힐 수 있다. 다르게는, 편광 빔 분할기(polarizing beam splitter, PBS) 큐브가 분석막 편광기(460)와 TIR 프리즘 사이에 부가될 수 있다. PBS는 암상태 편광의 대부분을 반사하여 편광기 막(460)에 의해 흡수될 광의 양을 크게 감소시킨다.
본 발명에 따른 투사 장치는 편광에 기초한 반사형 SLM(polarization-based reflective SLMs)을 사용하여 필드-순차 칼라 모드에서 작동되는 고효율의 2-SLM 프로젝터이다. 서로 다른 두 칼라로 양 SLM을 동시에 조명한 결과 양 SLM이 50% 이상의 듀티 사이클로 작동되도록 함으로써 효율 이득을 얻는다. 각 SLM은 3원색인 RGB을 순차적으로 순환한다.
동시에 임의의 두 칼라를 선택할 수 있는 반사성 칼라 휠을 사용함으로써 두 개의 서로 다른 칼라로 두 SLM을 효율적으로 조명하고 순차 칼라 조명을 유지하는 능력을 얻는다. 칼라 휠의 양면이 반사성 코팅을 가지고, 전방 표면은 제1 칼라를 선택하며 후방 표면은 제2 칼라를 선택한다.
일실시예에서, 상호 관련된 칼라 휠의 두 표면은 웨지형으로 되어 두 개의 선택된 칼라를 각분리시킨다. 예를 들어, 공기 갭을 갖는 프리즘이 2가지 칼라 각각을 적절한 SLM으로 향하도록 하기 위해 사용된다. 프리즘의 작동은 공기 갭 경계면에서 내부 전반사(TIR)에 기초한 것이다. 프리즘은 두 SLM으로부터의 화상 형성 광을 재결합하는 데에도 사용된다. 양 SLM은 동일한 편광을 이용하여 조명된다. 분석 편광기가 TIR 프리즘의 출력부에 배치된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 투사 장치는 몇가지 개념을 이용한다. 예를 들어, 첫번째로, 반사성으로 작동되는(operating in reflection) 이중 표면 칼라 휠이 두 개의 별개의 칼라를 동시에 제공하기 위해 사용된다; 제1 표면이 하나의 칼라를 제공하고 제2 표면이 제2 칼라를 제공한다. 두번째로, 두가지 칼라 출력 각각은 휠이 회전함에 따라 3원색 RGB를 순환한다. 세번째로, 각 칼라의 듀티 사이클(상대적 온 시간)은 각 표면에 의해 독립적으로 제어되어 50% 이상의 듀티 사이클 조명이 가능하다. 네번째로, 두 칼라의 상대적 위상(온:오프 시간 관계)은 두 표면의 반사/투과 영역을 제어함으로써 각 표면에서 독립적으로 제어된다. 다섯번째로 칼라 휠의 두 화학선 표면은 웨지형이거나 각 분리되어(angularly separated), 두 출력 칼라 사이에 뚜렷한 각도 분리를 제공한다. 여섯번째로, 동시에 두 SLM을 조명하기 위해 두 칼라를 분리시키는데 내부 전반사(TIR) 광학 효과를 이용하는 프리즘이 사용된다. TIR 프리즘은 또한 두 SLM에서 반사되는 화상 형성 광을 재결합하여 투사 렌즈로 향하도록 한다.
본 발명에 따른 투사형 디스플레이는 적어도 2 개의 SLM을 동시에 조명할 수 있다. 동시 조명에 의해 SLM이 50%보다 상당히 큰 듀티 사이클로 작동되어 디스플레이의 효율이 상당히 개선된다.
본 발명이 예시적인 실시예에 관해 특별히 도시되고 설명되었지만, 본 발명의 취지과 범위를 벗어나지 않고 전술된 또한 기타의 형식 및 상세한 부분의 변경이 가능하다는 것이 기술 분야의 당업자에게 자명하며 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 범위에 의하여만 제한되는 것이다.
본 발명에 따른 투사형 디스플레이는 적어도 2 개의 SLM을 동시에 조명할 수 있으므로 SLM이 50%보다 상당히 큰 듀티 사이클로 작동되어 디스플레이의 효율이 개선된다.

Claims (28)

  1. 디스플레이에 있어서,
    편광된 광(polarized light)을 제공하기 위한 광원,
    서로 이격된 전방 및 후방 표면(front and back surfaces displaced from each other) - 상기 전방 및 후방 표면 각각은 상기 편광된 광을 동일한 편광을 갖는 다수의 칼라로 분리하기 위한 서로 다른 칼라 세그먼트들(segments of different colors)을 가짐- 을 구비한 휠,
    각각이 상기 다수의 칼라 중 서로 다른 칼라를 수광하여 화상 형성 광(image forming light)을 제공하는 적어도 2 개의 광 밸브(light valve), 및
    상기 화상 형성 광을 스크린에 투사하기 위한 투사 렌즈(projection lens)
    를 포함하는 디스플레이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전방 표면의 상기 세그먼트들이 상기 후방 표면의 상기 세그먼트들에 대해 오프셋되므로써, 상기 전방 및 후방 표면의 상기 세그먼트의 조합으로 만들어진 조합 세그먼트의 둘 중 하나마다(every other combined segment) 이중 칼라 밴드(dual color bands)를 포함하여, 제1 칼라 및 제2 칼라를 동시에 제공하게 하고, 상기 제1 칼라는 상기 적어도 2 개의 광 밸브 중 하나를 조명하고 상기 제2 칼라는 상기 적어도 2 개의 광 밸브중 다른 하나를 조명하기 위한 디스플레이.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전방 및 후방 표면의 상기 세그먼트들은 상기 복수의 칼라를 상기 적어도 2 개의 광 밸브쪽으로 동시에 반사하는 디스플레이.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전방 및 후방 표면의 상기 세그먼트들은 투명 영역들(transparent regions)로 분리되어 있고, 상기 전방 표면의 상기 투명 영역은 상기 후방 표면의 상기 투명 영역에 대해 오프셋되어 있는 디스플레이.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전방 및 후방 표면의 상기 세그먼트들이 투명 영역들로 분리되어 있고, 상기 투명 영역들은 서로 오프셋되어 있어서 하나의 칼라 빔(colored beam)이 상기 적어도 2 개의 광 밸브 중 하나에 제공되게 하는 디스플레이.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전방 및 후방 표면은 화학선 표면(actinic surface)이고 상기 세그먼트들이 반사성 다이크로익 코팅(reflective dichroic coatings)을 가지는 디스플레이.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전방 및 후방 표면의 상기 세그먼트들이 상기 적어도 2 개의 광 밸브의 조명을 막기 위한 오프 영역(off regions)에 의해 분리되어 있고, 상기 적어도 2 개의 광 밸브 각각의 듀티 사이클(duty cycle)은 50% 이상인 디스플레이.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 휠을 회전시켜, 상기 적어도 2 개의 광 밸브를 동시에 서로 다른 칼라들로 동시에 순차 조명하는 장치를 더 포함하는 디스플레이.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 칼라를 상기 적어도 2 개의 광 밸브에 조사하고 상기 화상 형성 광을 상기 투사 렌즈에 조사하기 위한 프리즘 조립체(prism assembly)를 더 포함하는 디스플레이.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프리즘 조립체의 단면이 정사각형 및 다이아몬드형 중 하나인 디스플레이.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 프리즘 조립체가 공기 갭에 의해 분리된 2 개의 삼각형을 포함하는 디스플레이.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 프리즘 조립체가 제1 굴절률의 제1 물질로 된 2 개의 삼각형을 포함하고, 상기 2 개의 삼각형이 제2 굴절률의 제2 물질에 의해 분리되어 있는 디스플레이.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 물질의 굴절률이 상기 제2 물질의 굴절률보다 큰 디스플레이.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 2 개의 광 밸브가 상기 프리즘 조립체의 인접한 쪽에 배치된 디스플레이.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 칼라를 상기 적어도 2 개의 광 밸브 중 하나로 반사시키고, 상기 다수의 칼라를 상기 적어도 2 개의 광 밸브 중 다른 하나로 투과시키며, 상기 적어도 2 개의 광 밸브로부터 제공되는 화상 형성 광을 재결합하기 위한 내부 전반사 프리즘(total-internal-reflection prism)을 더 포함하는 디스플레이.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 2 개의 광 밸브는 투과성(transmissive) 및 반사성(reflective) 광 밸브 중 하나인 디스플레이.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 휠과 상기 적어도 2 개의 광 밸브 사이에 배치된 편광기(polarizer)를 더 포함하는 디스플레이.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 2 개의 광 밸브와 상기 투사 렌즈 사이에 배치된 편광기를 더 포함하는 디스플레이.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 휠과 상기 적어도 2 개의 광 밸브 사이에 배치된 입력 편광기와 상기 적어도 2 개의 광 밸브와 상기 투사 렌즈 사이에 배치된 출력 편광기를 더 포함하는 디스플레이.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 입력 편광기의 편광 방향이 상기 출력 편광기의 편광 방향과 수직인 디스플레이.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 입력 편광기의 편광 방향이 상기 출력 편광기의 편광 방향과 평행인 디스플레이.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 입력 편광기가 상기 출력 편광기에 수직인 디스플레이.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 휠과 상기 적어도 2 개의 광 밸브 사이에 배치된 조명 릴레이 렌즈(illumination relay lens)를 더 포함하는 디스플레이.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 전방 및 후방 표면은 서로 분리되어 있어서 상기 전방 표면으로부터 상기 다수의 칼라 중 제1 칼라 빔과 상기 후방 표면으로부터 제2 칼라 빔 -상기 제1 칼라 빔은 상기 제2 칼라 빔에 평행함- 을 동시에 반사시키는 디스플레이.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 전방 및 후방 표면은 서로 만나서 웨지를 형성하고 있어서(meet to form a wedge) 상기 전방 표면으로부터 상기 다수의 칼라 중 제1 칼라 빔을 제1 방향으로, 및 상기 후방 표면으로부터 제2 칼라 빔을 제2 방향으로 동시에 반사시키는 디스플레이.
  26. 필드 순차 칼라 투사(field-sequential color projection)용 칼라 휠에 있어서,
    제1 투명 세그먼트들(clear segments)에 의해 분리되어 있는 제1 칼라 세그먼트들- 상기 제1 칼라 세그먼트들은 백색광을 다른 칼라들로 변환함- 을 갖는 제1 표면과,
    제2 투명 세그먼트들에 의해 분리되어 있는 제2 칼라 세그먼트들 -상기 제2 칼라 세그먼트들은 상기 백색광을 상기 다른 칼라들로 변환함- 을 갖는 제2 표면
    을 포함하고,
    상기 제1 칼라 세그먼트들은 상기 제2 칼라 세그먼트들로부터 오프셋되어, 상기 제1 및 제2 칼라 세그먼트들이 중첩될 때 서로 다른 칼라의 두 개의 광 빔을 동시에 제공하고, 상기 제1 투명 세그먼트는 상기 제2 투명 세그먼트로부터 오프셋되어 상기 백색광을 투과시키는 칼라 휠.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 칼라 세그먼트는 반사성 코팅(reflective coatings)을 포함하는 칼라 휠.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 두 광 빔이 동일한 편광을 갖는 칼라 휠.
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