KR100358798B1 - 프로젝션 시스템 - Google Patents

Abstract

색 분리와 편광 분리가 모두 가능한 협대역의 편광 빔 스플리터를 이용하여 시스템을 구성함으로써, 부품수를 감소시키고 외관 사이즈를 축소할 수 있는 프로젝션 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은, 백색광을 발생하는 광원과; 백색광의 3색 광 성분중에서 어느 하나의 색 성분을 분리하는 색 분리 수단과; 색 분리 수단에서 분리된 색 성분의 P파와 S파를 선택적으로 투과시키는 제1의 광대역 편광 분리 수단과; 나머지의 두가지 색 성분중 어느 하나의 색 성분을 분리함과 아울러, 분리된 색 성분을 파동 종류에 따라 선택적으로 투과시키는 협대역 편광 분리 수단과; 나머지의 한가지 색 성분을 반사하는 반사 수단과; 반사 수단에서 반사된 색 성분의 파동 종류에 따라 이 성분을 선택적으로 투과시키는 제2의 광대역 편광 분리 수단과; 각각의 색 성분의 파동을 S파에서 P파로 변조한 후 반사하는 제1 내지 제3의 반사형 액정 디스플레이와; 제1 내지 제3의 반사형 액정 디스플레이에서 반사된 각 색 성분을 합성하는 색 합성 수단과; 색 합성 수단에서 합성된 광을 투사하여 스크린에 영상을 디스플레이 하는 투사 렌즈;를 포함한다.

Description

프로젝션 시스템{A PROJECTION SYSTEM}

본 발명은 프로젝션 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 색 분리와 편광 분리가 모두 가능한 협대역의 편광 빔 스플리터를 이용하여 시스템을 구성함으로써, 부품수를 감소시키고 외관 사이즈를 축소할 수 있는 프로젝션 시스템에 관한 것이다.

프로젝션 시스템은 광원으로부터 발생된 광을 광학계를 통해 스크린으로 투사하여 소정의 화상을 구현하는 것으로, 이러한 프로젝션 시스템으로는 백색광을 적ㆍ녹ㆍ청의 3색으로 분리한 후 편광 분리하는 방식의 시스템과, 백색광을 편광 분리후 이를 상기 3색으로 분리하는 방식의 시스템이 있으며, 색 분리후 편광 분리하는 방식의 상기 시스템으로는 편광 빔 스플리터(polarizing beam splitter)와 반사형 액정 디스플레이(reflective liquid crystal display)를 이용한 시스템이 개발되어 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 프로젝션 시스템을 도시한 것으로, 프로젝션 시스템(100)은, 백색광을 발생시키는 아크 램프 등의 광원(102)과, 광원(102)에서 발생된 백색광의 P파(primary wave :종파)를 S파(secondary wave :횡파)로 변조하는 광 변환기(104)와, S파 성분의 백색광을 적ㆍ녹ㆍ청색의 3색 광으로 분리하는 제1 및 제2의 다이크로익 미러(106,108)와, 다이크로익 미러(106,108)에 의해 분리된 S파 성분의 각 색상을 반사형 액정 디스플레이에 입사시키는 제1 내지 제3의 편광 빔 스플리터(이하, PBS라 한다)(110,112,114)와, PBS(110,112,114)에서 반사된 S파를 입사받아 P파로 변조한 후 상기 PBS를 통해 색 합성기로 반사하는 제1 내지 제3의 반사형 액정 디스플레이(이하, 반사형 LCD라 한다)(116,118,120)와, 각각의 LCD(116,118,120)에서 반사된 적ㆍ녹ㆍ청의 3색을 합성하여 프로젝션 렌즈(122)로 입사시키는 색 합성 큐브(color recombination cube :124)를 포함한다.

여기에서, 상기 광 변환기(104)는 광량의 50%에 해당하는 P파(종파)와 나머지 광량의 50%에 해당하는 S파(횡파)중에서 반사 특성이 좋지 못한 P파를 반사 특성이 우수한 S파로 변조하여, 종래에는 광량의 50%만 사용하던 것을 대략 70% 이상의 광량(기존의 S파 및 변조된 S파를 합한 양)을 색 분리에 사용할 수 있도록 함으로써 광 효율을 향상시키기 위한 것이며, 다이크로익 미러(106)는 고굴절률 물질과 저굴절률 물질을 복수회 반복 증착하여 특정 파장대의 광(예를 들면, 대략 450㎚ 정도의 파장대를 갖는 청색광)은 반사시키고 다른 파장대의 광(대략 550㎚ 정도의파장대를 갖는 녹색광 및 이 녹색광에 비해 높은 파장대를 갖는 적색광)은 투과시키도록 한 것으로, 다이크로익 미러(108)의 구성은 미러(106)와 유사하며, 광 변환 수단과 다이크로익 미러의 세부 구성은 공지되어 있으므로, 이의 상세한 설명은 생략한다.

그리고, PBS(110,112,114)는 빛의 성분중 S파는 반사하고 P파는 투과시키도록 구성한 것으로, 다이크로익 미러와 유사한 다층 박막 구조를 갖는다.

즉, PBS(110,112,114)는 S파는 파장대에 따라 반사하고 P파는 파장대에 관계없이 모두 투과시키도록 구성한 것으로, 굴절률이 서로 다른 2종류 이상의 물질을 삼각 프리즘의 접착면에 반복적으로 증착하여 복수층의 코팅막을 형성하여 이루어지며, 일반적인 PBS는 대략 400∼700㎚ 정도의 파장대를 갖는 S파를 반사하는 광대역 PBS이며, 이러한 PBS로는 ORIEL사의 model No. 26094가 있다.

이에 따라, 광대역 PBS에서는 청색광과 녹색광 및 적색광의 S파 성분이 모두 반사되고 P파 성분은 모두 투과되는바, 광원(102)에서 발생된 백색광의 P파가 광 변환기(104)에서 S파로 변조된 후 기존의 S파 및 변조된 S파가 제1 다이크로익 미러(106)에 입사되면, 녹색광(G)이 제1 다이크로익 미러(106)에서 반사된 후 반사 미러(126)에서 반사되어 제1 PBS(110)로 입사되고, 청색광(B) 및 적색광(R)은 제1 다이크로익 미러(106)를 투과하여 제2 다이크로익 미러(108)로 입사되며, 상기 청색광(B)은 제2 다이크로익 미러(108)에서 반사되어 제2 PBS(112)로 입사되고, 적색광(R)은 제2 다이크로익 미러(108)를 투과하여 제3 PBS(114)에 입사된다.

이와 같이, 해당 PBS(110,112,114)에 입사된 각각의 광은 각 PBS의 프리즘접착면에 증착된 코팅막에서 반사되어 해당 반사형 LCD(116,118,120)로 각각 입사되고, 반사형 LCD에 입사된 각각의 광은 LCD에서 P파로 변조된 후 해당 PBS로 반사되며, 반사된 P파는 각각의 PBS를 통과하여 색 합성기(124)로 입사되고, 이후 투사 렌즈(122)로 입사되어 도시하지 않은 스크린으로 투사됨으로써, 소정의 영상이 디스플레이 된다.

그런데, 상기와 같이 구성된 종래의 프로젝션 시스템에 의하면, 색 분리가 2개의 다이크로익 미러에 의해 이루어지도록 구성되어 있으므로, 색 분리계(다이크로익 미러)와 편광 분리계(PBS)가 별도로 설치되어야 하고, 이로 인해 광 경로가 길어지게 되어 시스템의 구성이 복잡해지며, 외관 사이즈가 커지는 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 색 분리와 편광 분리가 모두 가능한 협대역의 편광 빔 스플리터를 이용하여 시스템을 구성함으로써, 부품수를 감소시키고 외관 사이즈를 축소할 수 있는 프로젝션 시스템을 제공함을 목적으로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 프로젝션 시스템의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 구성도.

도 3은 본 발명의 프로젝션 시스템에 적용된 반사형 LCD의 일실시예를 나타내는 도면.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, P파는 투과하고 S파는 반사하는 한편, 특정 색상의 파장대에 해당하는 광은 반사하고 다른 색상의 파장대에 해당하는 광은 투과하는 협대역의 편광 빔 스플리터를 구비하는 본 발명의 프로젝션 시스템에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 프로젝션 시스템은,

백색광을 발생하는 광원과;

상기 백색광의 3색 광 성분중에서 어느 하나의 색 성분을 분리하는 색 분리 수단과;

상기 색 분리 수단에서 분리된 색 성분의 P파와 S파를 분리하는 제1의 광대역 편광 분리 수단과;

상기 색 분리 수단에서 분리되지 않은 나머지 두가지의 색 성분중 어느 하나의 색 성분을 분리함과 아울러, 분리된 색 성분의 파동 종류에 따라 이 성분을 선택적으로 투과시키는 협대역 편광 분리 수단과;

상기 협대역 편광 분리 수단에서 분리되지 않은 색 성분을 반사하여 광 경로를 변환하는 반사 수단과;

상기 반사 수단에서 반사된 색 성분의 파동 종류에 따라 이 성분을 선택적으로 투과시키는 제2의 광대역 편광 분리 수단과;

상기 광대역 및 협대역 편광 분리 수단에서 분리된 각각의 색 성분의 파동을 변조한 후 반사하는 제1 내지 제3의 반사형 액정 디스플레이와;

상기 제1 내지 제3의 반사형 액정 디스플레이로부터 동일한 거리상에 위치하며, 상기 액정 디스플레이에서 반사된 각 색 성분을 합성하는 색 합성 수단과;

상기 색 합성 수단에서 합성된 광을 투사하여 스크린에 영상을 디스플레이 하는 투사 렌즈;를 포함한다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 프로젝션 시스템에 의하면, 편광 분리 및 색 분리가 모두 가능하도록 편광 분리 수단을 구성함으로써, 색 분리를 위한 다이크로익 미러를 한 개만 구비하여도 프로젝션 시스템의 구성이 가능하며, 이로 인해, 종래에 비해 광 경로의 단축이 가능하여 시스템의 외관 사이즈를 축소할 수 있게 된다.

이하, 첨부도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 프로젝션 시스템을 도시한 것으로, 프로젝션 시스템(10)은, 백색광을 발생하는 아크 램프 등의 광원(12)과, 백색광의 P파(종파)를 S파(횡파)로 변조하는 광 변환기(14)와, S파 성분의 백색광에서 대략 450㎚ 정도의 파장대를 갖는 청색광(B)을 반사하는 다이크로익 미러(16)와, 다이크로익 미러(16)에서 반사된 청색광의 파동 종류(P파, S파)에 따라 상기 S파는 반사하고 P파는 투과시키는 제1의 광대역 PBS(18)와, 제1의 PBS에서 반사된 S파 성분의 청색광을 P파 성분으로 변조한 후 제1의 PBS로 반사하는 제1의 반사형 LCD(20)와, 다이크로익 미러(16)를 투과한 대략 550㎚ 정도의 파장대를 갖는 녹색광(G)은 반사하는 반면에 그 이상의 파장대를 갖는 적색광(R)은 투과시키고, 녹색광의 파동 종류에 따라 이 광을 선택적으로 투과시키는 협대역 PBS(22)와, 협대역 PBS(22)에서 반사된 S파 성분의 녹색광을 P파 성분으로 변조한 후 협대역 PBS로 반사하는 제2의 반사형 LCD(24)와, 협대역 PBS(22)에서 투과된 S파 성분의 적색광을 반사시키는 100% 반사 미러(26)와, 반사 미러에서 반사된 적색광의 파동 종류에 따라 이 광을 선택적으로 투과시키는 제2의 광대역 PBS(28)와, 제2의 광대역 PBS에서 반사된 S파 성분의 적색광을 P파로 변조한 후 제2의 광대역 PBS로 반사하는 제3의 반사형LCD(30)와, 제1 내지 제3의 반사형 LCD(20,24,30)로부터 동일한 거리상에 위치하며, 상기 LCD에서 반사된 광들을 합성하는 색 합성 큐브(32)와, 색 합성 큐브에서 합성된 광을 투사하여 스크린에 영상을 디스플레이 하는 투사 렌즈(34)를 포함한다.

본 실시예에 있어서, 상기 광원(12)은 수은이나 크세논(xenon) 기타 메탈할라이드 가스 혼합물을 보유한 아크 램프로 이루어지며, 반사형 LCD(20,24,30)는 각각 LCOS(liquid crystal on silicon)로 이루어진다.

상기 LCOS는 통상의 액정 표시장치와는 달리 반도체 기판 위에 셀을 형성함으로써 매트릭스 방식에 따른 구동 회로 및 각 픽셀의 구성 요소들을 용이하게 배치할 수 있어 소형화가 가능하도록 한 반사형 LCD의 하나로서, 도 3에 도시한 바와 같이, 통상적으로 반도체 기판(36) 위에 반도체 집적 회로(38)를 형성하고, 반도체 기판(36)과 투명한 글라스 기판(40) 사이에 액정 물질(42)을 배치한 패널로 이루어진다.

글라스 기판(40)의 내면에는 ITO와 같은 투명 전극(44)이 형성되고, 반도체 기판(36)의 내면에는 소정의 패턴을 유지한 복수의 반사 전극(46)이 형성되며, 이 반사 전극(46)은 반도체 집적 회로(38)와 전기적으로 연결된다.

반도체 집적 회로(38)에는 반도체 기판(36) 내에 형성되는 소스(38a), 드레인(38b) 및 이들을 사이에 두고 반도체 기판(36) 위로 형성되는 게이트 전극(38c)이 포함되고, 드레인(38b)은 반사 전극(46)과 연결된 연결 전극(48)과 전기적으로 연결되며, 게이트 전극(38c)과 이웃해서는 캐패시터(50)가 배치된다.

물론, 게이트 전극(38c)과 연결 전극(48) 및 캐패시터(50)는 절연층(52)에 의해 상호 접촉되지 않도록 분리되며, 절연층(52)의 위로는 페이베이션층(54)이 형성된다.

이에, 상기와 같이 이루어지는 LCOS는 투명 전극(44)을 공통 전극으로 하고 반사 전극(46)을 화소 전극으로 하면서 투명 기판(40)을 통해 입사되는 광을 반사 전극(46)에서 반사시켜 반사형 액정 디스플레이로서 작용하게 된다.

그리고, 제1 및 제2의 광대역 PBS(18,28)는 대략 400∼700㎚ 정도의 파장대를 갖는 S파는 반사하고 P파는 파장대에 관계없이 모두 투과시키도록 구성한 종래의 PBS와 동일하게 구성된다.

그런데, 협대역 PBS(22)는 광대역 PBS와는 달리, 대략 550㎚ 정도의 파장대를 갖는 녹색광(G)은 반사하는 반면에 그 이상의 파장대를 갖는 적색광(R)은 투과시키는 색 분리 작용과, 녹색광의 파동 종류(P파, S파)에 따라 P파는 투과시키고 S파는 반사시키는 편광 분리 작용을 겸하도록 구성한 것으로, 일측 삼각 프리즘의 접착면에 굴절률이 서로 다른 2종류 이상의 물질을 반복적으로 증착하여 코팅막을 형성하되, 상기 코팅막의 층수를 대략 20층 정도로 형성하여서 이루어진다.

여기에서, 녹색광을 반사하는 상기 PBS는 프리즘 및 코팅막의 조성 물질에 따라 코팅막의 층수가 달라질 수 있으며, 이러한 PBS로는 오리엘(ORIEL)사의 model No. 26350이 있다.

따라서, 녹색광을 분리하기 위한 다이크로익 미러를 별도로 구비할 필요성을 제거할 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 실시예에서와 같이, 청색광은 다이크로익 미러를 이용하여 분리하고 녹색광은 협대역 PBS를 이용하여 분리하도록 구성할 수도 있고, 다이크로익 미러를 이용하여 녹색광을 분리하고 협대역 PBS를 이용하여 청색광을 분리하도록 구성할 수도 있다.

이 경우, 협대역 PBS(22)는 일측 삼각 프리즘의 접착면에 굴절률이 서로 다른 2종류 이상의 물질을 반복적으로 증착하여 코팅막을 형성하되, 상기 코팅막의 층수를 대략 60층 정도로 형성하여서 이루어지며, 청색광을 반사하는 상기 PBS도 프리즘 및 코팅막의 조성 물질에 따라 코팅막의 층수가 달라질 수 있고, 이러한 PBS로는 멜리스(MELLES)사의 03PBS013이 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 작용에 대해 설명한다.

광원(12)에서 발생된 백색광의 P파가 광 변환기(14)에서 S파로 변조된 후 기존의 S파 및 변조된 S파가 다이크로익 미러(16)에 입사되면, 청색광(B)은 다이크로익 미러(16)에서 반사된 후 제1 광대역 PBS(18)로 입사되고, 녹색광(G) 및 적색광(R)은 다이크로익 미러(16)를 투과하여 협대역 PBS(22)로 입사되는바, 이때, 상기 녹색광은 협대역 PBS(22)에서 반사되는 반면, 적색광은 협대역 PBS를 투과하여 반사 미러(26)에 의해 반사된 후 제2 광대역 PBS(28)에 입사된다.

이와 같이, 해당 PBS(18,22,28)에 입사된 각각의 광은 각 PBS의 프리즘 접착면에 증착된 코팅막에서 반사되어 해당 LCOS(20,24,30)로 입사되고, LCOS에 입사된 각각의 광은 LCOS에서 P파로 변조된 후 해당 PBS로 반사되며, 반사된 P파는 각각의 PBS를 통과하여 색 합성기(32)로 입사되고, 이후 프로젝션 렌즈(34)로 입사되어 도시하지 않은 스크린으로 투사됨으로써, 소정의 영상이 디스플레이 된다.

이와 같이 본 발명은, 협대역 PBS에서 녹색광(또는 청색광)과 적색광의 색 분리 및 이 광의 편광 분리가 모두 이루어지므로, 색 분리를 위한 다이크로익 미러를 한 개만 구비하여도 프로젝션 시스템의 구성이 가능하게 되어 종래에 비해 광 경로를 단축할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은, 편광 분리를 위한 PBS가 색 분리 작용도 함께 겸할 수 있도록 하고, 이 PBS를 이용하여 프로젝션 시스템을 구성함으로써, 색 분리를 위한 다이크로익 미러의 설치 개수를 줄일 수 있어 종래에 비해 광 경로를 단축시킬 수 있다.

따라서, 시스템의 외관 사이즈를 축소할 수 있으며, 이로 인해 프로젝션 시스템의 콤팩트화가 가능하게 된다.

Claims (9)

1. (정정) 백색광을 발생하는 광원과;

   상기 광원에서 출사된 백색광의 P파를 S파로 변조하는 광 변조 수단과;

   상기 S-편광된 백색광에서 제1광은 반사하는 반면, 제2광 및 제3광은 투과시키는 색 분리수단;

   상기 제1광의 S파는 반사하는 한편 제1반사형 액정디스플레이에서 변조된 P파는 투과시키는 제1의 광대역 편광 분리수단;

   상기 제1의 광대역 편광 분리수단에서 반사된 제1광을 P파로 변조한 후 반사하는 제1의 반사형 액정 디스플레이;

   일측 삼각 프리즘의 접착면에 굴절률이 서로 다른 2종류 이상의 물질을 반복적으로 증착하여 코팅막을 형성하되 상기 코팅막의 층수를 약 20층 정도로 형성한 구조로 되어, 상기 색분리수단에서 투과된 나머지 제2,3광 중 제2광은 반사시키고 제3광은 투과시킴과 아울러 제2의 반사형 액정 디스플레이에서 변조된 P파는 투과시키는 협대역 편광 분리수단;

   상기 협대역 편광 분리수단에서 반사된 제2광을 P파로 변조한 후 반사하는 제2의 반사형 액정 디스플레이;

   상기 협대역 편광 분리수단을 투과한 제3광을 반사하여 광 경로를 변환하는 반사수단;

   상기 반사수단에서 반사된 상기 제3광의 S파는 반사하는 한편 제3반사형 액정디스플레이에서 변조된 P파는 투과시키는 제3의 광대역 편광 분리수단;

   상기 제3의 광대역 편광 분리수단에서 반사된 제3광을 P파로 변조한 후 반사하는 제3의 반사형 액정 디스플레이;

   상기 제1 내지 제3의 반사형 액정 디스플레이로부터 동일한 거리상에 위치하며 상기 액정 디스플레이에서 반사된 각 색 성분을 합성하는 색 합성 수단;

   상기 색 합성 수단에서 합성된 광을 투사하여 스크린에 영상을 디스플레이하는 투사렌즈;

   를 포함하는 프로젝션 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 반사형 액정 디스플레이는 LCOS(liquid crystal on silicon)로 이루어지는 프로젝션 시스템.
3. 제 1항에 있어서, 상기 광원과 색 분리 수단 사이에는 상기 백색광의 P파를 S파로 변조하는 광 변환 수단이 설치되는 프로젝션 시스템.
4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 색 분리 수단은 청색광을 반사하는 다이크로익 미러로 이루어지는 프로젝션 시스템.
5. 제 4항에 있어서, 상기 협대역 편광 분리 수단은 녹색광을 반사하는 협대역의 편광 빔 스플리터로 이루어지는 프로젝션 시스템.
6. 제 5항에 있어서, 상기 협대역의 편광 빔 스플리터는, 상호 접착되는 두 개의 삼각 단면형상 프리즘과, 녹색광은 반사하고 적색광은 투과시키도록 어느 일측의 프리즘 접착면에 제공되는 코팅막으로 이루어지는 프로젝션 시스템.
7. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 색 분리 수단은 녹색광을 반사하는 다이크로익 미러로 이루어지는 프로젝션 시스템.
8. 제 7항에 있어서, 상기 협대역 편광 분리 수단은 청색광을 반사하는 협대역의 편광 빔 스플리터로 이루어지는 프로젝션 시스템.
9. 제 8항에 있어서, 상기 협대역의 편광 빔 스플리터는, 상호 접착되는 두 개의 삼각 단면형상 프리즘과, 청색광은 반사하고 적색광은 투과시키도록 어느 일측의 프리즘 접착면에 제공되는 코팅막으로 이루어지는 프로젝션 시스템.