KR100358800B1 - 프로젝션 시스템 - Google Patents

Abstract

색 분리와 편광 분리가 모두 가능한 편광 빔 스플리터를 이용하여 시스템을 구성함으로써, 부품수를 감소시키고 외관 사이즈를 축소할 수 있는 프로젝션 시스템에 관한 것으로, 광원과; 광원에서 출사된 백색광의 P파를 S파로 변조하는 광 변조 수단과; S-편광된 백색광에서 적색광(R)은 반사하는 반면, 녹색광(G) 및 청색광(B)은 투과시키는 색 분리 수단과; 적색광의 파동 종류(P파, S파)에 따라 선택적으로 투과시킴으로써 편광 분리하는 제1 편광 분리 수단과; 제1 편광 분리 수단에서 반사된 적색광을 P파로 변조한 후 반사하는 제1 반사형 액정 디스플레이와; 녹색광의 파동 종류에 따라 이 광을 선택적으로 투과시키는 한편, 청색광을 P파로 변조한 후 투과시킴과 아울러, 청색광의 파동 종류에 따라 이 광을 선택적으로 투과시킴으로써 색 분리와 편광 분리를 동시에 실시하는 제2 편광 분리 수단과; 제2 편광 분리 수단에서 반사된 녹색광을 P파로 변조한 후 반사하는 제2 반사형 액정 디스플레이와; 청색광을 S파로 변조한 후 반사하는 제3 반사형 액정 디스플레이와; 제1 내지 제3의 반사형 액정 디스플레이에서 반사된 RㆍGㆍB를 합성하는 광 합성 수단;을 포함한다.

Description

프로젝션 시스템{A PROJECTION SYSTEM}

본 발명은 프로젝션 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 색 분리와 편광 분리가 모두 가능한 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 적색광(R)ㆍ녹색광(G)ㆍ청색광(B)으로 분리한 후 편광 분리하는 방식의 시스템과, 백색광을 편광 분리후 이를 상기 RㆍGㆍB로 분리하는 방식의 시스템이 있으며, 색분리후 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 변조기(104)와, S-편광된 백색광을 RㆍGㆍB로 분리하는 제1 및 제2의 다이크로익 미러(106,108)와, 다이크로익 미러(106,108)에 의해 분리된 S파 성분의 RㆍGㆍB를 반사형 액정 디스플레이(이하, 반사형 LCD라 한다)에 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 LCD(116,118,120)와, 각각의 LCD에서 반사된 RㆍGㆍB를 합성하여 프로젝션 렌즈(122)로 입사시키는 색 합성 큐브(color recombination cube :124)를 포함한다.

여기에서, 상기 광 변조기(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, 종래에 비해 대략 20% 이상의 광량(변조된 S파의 광량)을 색 분리에 더 이용할 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㎚ 정도의 파장대를 갖는 녹색광 및 이 녹색광에 비해 높은 파장대를 갖는 적색광)은 투과시키도록 한 것으로, 다이크로익 미러(108)의 구성은 미러(106)와 유사하며, 광 변조 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 반사하고 P파는 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 반사하도록 구성된다.

이에 따라, PBS에서는 청색광과 녹색광 및 적색광의 S파 성분이 모두 반사되고 P파 성분은 모두 투과된다.

위의 기능을 수행하는 PBS의 예로 OCLI 제품을 들 수 있다.

따라서, 광원(102)에서 발생된 백색광의 P파가 광 변조기(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 프리즘 접착면에 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 분리 및 편광 분리를 위해 각각 2개의 다이크로익 미러와 3개의 PBS가 구비되어 있으므로, 색 분리계와 편광 분리계가 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 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.

도 4는 도 3의 LCD 전원을 오프한 경우의 상태를 나타내는 도면.

도 5는 도 3의 LCD 전원을 온시킨 경우의 상태를 나타내는 도면.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

광원과;

상기 광원에서 출사된 백색광의 P파(primary wave :종파)를 S파(secondary wave :횡파)로 변조하는 광 변조 수단과;

상기 S-편광된 백색광에서 제1 광은 반사하는 반면, 제2 및 제3 광은 투과시키는 색 분리 수단과;

상기 제1 광의 S파는 반사하는 한편 제1 반사형 액정 디스플레이에서 변조된 P파는 투과시킴으로써 편광 분리하는 제1 편광 분리 수단과;

상기 제1 편광 분리 수단에서 반사된 제1 광을 P파로 변조한 후 반사하는 제1 반사형 액정 디스플레이와;

입사되는 제2 광은 반사하는 한편 제2 반사형 액정 디스플레이에서 변조된 P파는 투과시키고, 입사되는 제3 광은 P파로 변조한 후 투과시키는 한편 제3 반사형 액정 디스플레이에서 변조된 S파는 반사시킴으로써 색 분리와 편광 분리를 동시에 실시하는 제2 편광 분리 수단과;

상기 제2 편광 분리 수단에서 반사된 제2 광을 P파로 변조한 후 반사하는 제2 반사형 액정 디스플레이와;

상기 제2 편광 분리 수단을 투과한 제3 광을 S파로 변조한 후 반사하는 제3 반사형 액정 디스플레이와;

상기 제1 내지 제3의 반사형 액정 디스플레이로부터 동일한 거리상에 위치하며, 상기 액정 디스플레이에서 반사된 제1 내지 제3 광을 합성하는 광 합성 수단과;

상기 광 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 변조기(14)와, S-편광된 백색광에서 적색광(R)을 반사하는 다이크로익 미러(16)와, 다이크로익 미러(16)에서 반사된 적색광의 파동 종류(P파, S파)에 따라 상기 S파는 반사하고 P파는 투과시키는 제1의 PBS(18)와, 제1의 PBS에서 반사된 S파 성분의 적색광을 P파 성분으로 변조한 후 제1의 PBS로 반사하는 제1의 반사형 LCD(20)와, 다이크로익 미러(16)를 투과한 녹색광(G)은 반사하는 한편, 청색광(B)은 투과시키는 제2 PBS(22)와, 제2 PBS(22)에서 반사된 S파 성분의 녹색광을 P파 성분으로 변조한 후 제2 PBS로 반사하는 제2의 반사형 LCD(24)와, 제2 PBS(22)에서 투과된 P파 성분의 청색광을 S파로 변조한 후 제2 PBS(22)로 반사하는 제3의 반사형 LCD(26)와, 제1 내지 제3의 반사형 LCD(20,24,26)로부터 동일한 거리상에 위치하며, 상기 LCD에서 반사된 광들을 합성하는 다이크로익 미러(28)와, 미러(28)에서 합성된 광을 투사하여 스크린에 영상을디스플레이 하는 투사 렌즈(30)를 포함한다.

본 실시예에 있어서, 상기 광원(12)은 수은이나 크세논(xenon) 기타 메탈할라이드 가스 혼합물을 보유한 아크 램프로 이루어지며, 반사형 LCD(20,24,26)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(32) 위에 반도체 집적 회로(34)를 형성하고, 반도체 기판(32)과 투명한 글라스 기판(36) 사이에 액정 물질(38)을 배치한 패널로 이루어진다.

글라스 기판(36)의 내면에는 ITO와 같은 투명 전극(40)이 형성되고, 반도체 기판(32)의 내면에는 소정의 패턴을 유지한 복수의 반사 전극(42)이 형성되며, 이 반사 전극(42)은 반도체 집적 회로(34)와 전기적으로 연결된다.

반도체 집적 회로(34)에는 반도체 기판(32) 내에 형성되는 소스(34a), 드레인(34b) 및 이들을 사이에 두고 반도체 기판(32) 위로 형성되는 게이트 전극(34c)이 포함되고, 드레인(34b)은 반사 전극(42)과 연결된 연결 전극(44)과 전기적으로 연결되며, 게이트 전극(34c)과 이웃해서는 캐패시터(46)가 배치된다.

물론, 게이트 전극(34c)과 연결 전극(44) 및 캐패시터(46)는 절연층(48)에 의해 상호 접촉되지 않도록 분리되며, 절연층(48)의 위로는 페이베이션층(50)이 형성된다.

이에, 상기와 같이 이루어지는 LCOS는 투명 전극(40)을 공통 전극으로 하고 반사 전극(42)을 화소 전극으로 하면서 투명 기판(36)을 통해 입사되는 광을 반사 전극(42)에서 반사시켜 반사형 액정 디스플레이로서 작용하게 된다.

그리고, 제1의 PBS(18)는 S파는 반사하고 P파는 투과시키도록 구성한 종래의 PBS와 동일하게 구성된다.

그런데, 제2의 PBS(22)는 제1의 PBS와는 달리, 녹색광(G)은 반사하는 반면에 청색광(B)은 투과시키는 색 분리 작용과, 녹색광 및 청색광의 파동 종류(P파, S파)에 따라 P파는 투과시키고 S파는 반사시키는 편광 분리 작용을 겸하도록 구성한 것으로, 삼각 프리즘(22a,22b)의 각각의 접착면에 굴절률이 서로 다른 2종류 이상의 물질을 소정 회수만큼 반복적으로 증착하여 코팅막(22a',22b')을 형성하여 각각의 코팅막에서 S파 성분의 녹색광 및 청색광이 각각 반사되도록 하고, 상기 코팅막의 사이에는 제3 반사형 LCD(26)로 입사되는 청색광을 P파로 변조하는 HWP(half wave plate :22c)가 개재된다.

여기에서, 상기 HWP(22c)의 구성은 공지되어 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.

한편, 본 발명은 상기 실시예에서와 같이 적색광은 다이크로익 미러를 이용하여 분리하고 녹색광 및 청색광은 제2 PBS를 이용하여 분리하도록 구성할 수도 있고, 다이크로익 미러를 이용하여 청색광을 분리하고 제2 PBS를 이용하여 적색광 및 녹색광을 분리하도록 구성할 수도 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 작용에 대해 도 2와 도 4 및 도 5를 참조로 설명한다.

도 4 및 도 5에 있어서, ↔는 P파를 의미하고, ↕는 S파를 의미한다.

도 4는 LCOS의 전원을 오프한 경우의 상태를 도시한 것으로, 광원(12)에서 발생된 백색광의 P파가 광 변조기(14)에서 S파로 변조된 후 기존의 S파 및 변조된 S파가 다이크로익 미러(16)에 입사되면, 적색광(R)은 다이크로익 미러(16)에서 반사된 후 제1 PBS(18)로 입사되고, 녹색광(G) 및 청색광(R)은 다이크로익 미러(16)를 투과하여 제2 PBS(22)로 입사되는바, 이때, 상기 녹색광은 제2 PBS(22)에서 반사되는 반면, 청색광은 HWP(22c)에 의해 P파로 변조된 후 PBS(22)를 투과하게 된다.

그러나, 이 경우에는 제1 내지 제3의 LCOS(20,24,26)에 전원이 인가되지 않는 상태이므로, 도시한 바와 같이 다이크로익 미러(28)로 입사되는 광이 전혀 없어 프로젝션 렌즈(30)를 통해 영상이 출사되지 않는다.

그런데, 도 5에서와 같이 제1 내지 제3의 LCOS에 전원이 모두 인가되는 경우에는 다음과 같다.

즉, 광원(12)에서 발생된 백색광의 P파가 광 변조기(14)에서 S파로 변조된 후 기존의 S파 및 변조된 S파가 다이크로익 미러(16)에 입사되면, 적색광(R)은 다이크로익 미러(16)에서 반사된 후 제1 PBS(18)로 입사되고, 녹색광(G) 및 청색광(R)은 다이크로익 미러(16)를 투과하여 제2 PBS(22)로 입사되는바, 이때, 상기 녹색광은 제2 PBS(22)에서 반사되는 반면, 청색광은 HWP(22c)에 의해 P파로 변조된 후 PBS(22)를 투과하게 된다.

따라서, 제1 PBS(18)에 입사된 적색광은 PBS(18)의 프리즘 접착면에 증착된 코팅막에서 반사되어 제1 LCOS(20)로 입사되고, LCOS(20)에 입사된 광은 P파로 변조된 후 PBS(18)로 반사되며, 반사된 P파는 PBS(18)를 통과하여 다이크로익 미러(28)에서 반사된 후 프로젝션 렌즈(30)로 입사된다.

한편, 제2 PBS(22)에 입사된 녹색광은 PBS(22)의 프리즘 접착면에 증착된 코팅막(22a')에서 반사되어 제2 LCOS(24)로 입사되고, LCOS(24)에 입사된 광은 P파로 변조된 후 PBS(22)로 반사되며, 반사된 P파는 PBS(22) 및 다이크로익 미러(28)를 순차적으로 투과한 후 프로젝션 렌즈(30)로 입사된다.

그리고, 제2 PBS(22)에 입사된 청색광은 PBS(22)의 HWP(22c)를 통과하면서 P파로 변조된 후 제3 LCOS(26)로 입사되고, LCOS(26)에 입사된 광은 S파로 변조된 후 PBS(22)로 반사되며, 반사된 S파는 PBS(22)의 프리즘 접착면에 증착된 코팅막(22b')에서 반사되어 다이크로익 미러(28)를 투과한 후 프로젝션 렌즈(30)로 입사된다.

따라서, 프로젝션 렌즈(30)에서는 합성된 RㆍGㆍB에 의한 영상이 출사되어 이 영상이 스크린에 디스플레이 된다.

이와 같이 본 발명은, 제2 PBS에서 녹색광과 청색광의 색 분리 및 이 광의 편광 분리가 모두 이루어지므로, 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 도면의범위 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 미러 및 반사 미러의 설치 개수를 최소화 할 수 있어 종래에 비해 광 경로를 단축시킬 수 있다.

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

Claims (7)

1. (정정) 광원과;

   상기 광원에서 출사된 백색광의 P파(primary wave :종파)를 S파(secondary wave :횡파)로 변조하는 광 변조 수단과;

   상기 S-편광된 백색광에서 제1 광은 반사하는 반면, 제2 및 제3 광은 투과시키는 색 분리 수단과;

   상기 제1 광의 S파는 반사하는 한편 제1 반사형 액정 디스플레이에서 변조된 P파는 투과시킴으로써 편광 분리하는 제1 편광 분리 수단과;

   상기 제1 편광 분리 수단에서 반사된 제1 광을 P파로 변조한 후 반사하는 제1 반사형 액정 디스플레이와;

   삼각 프리즘의 각각의 접착면에 굴절률이 서로 다른 2종류 이상의 물질을 소정 회수만큼 반복적으로 증착하여 코팅막을 형성하고 그 사이에 HWP(half wave plate)를 개재한 구조로 되어, 입사되는 제2광은 반사하는 한편 제2 반사형 액정 디스플레이에서 변조된 P파는 투과시키고, 입사되는 제3광은 P파로 변조한 후 투과시키는 한편 제3 반사형 액정 디스플레이에서 변조된 S파는 반사시킴으로써 색 분리와 편광 분리를 동시에 실시하는 제2 편광 분리 수단과;

   상기 제2 편광 분리 수단에서 반사된 제2 광을 P파로 변조한 후 반사하는 제2 반사형 액정 디스플레이와;

   상기 제2 편광 분리 수단을 투과한 제3 광을 S파로 변조한 후 반사하는 제3 반사형 액정 디스플레이와;

   상기 제1 내지 제3의 반사형 액정 디스플레이로부터 동일한 거리상에 위치하며, 상기 액정 디스플레이에서 반사된 제1 내지 제3 광을 합성하는 광 합성 수단과;

   상기 광 합성 수단에서 합성된 광을 투사하여 스크린에 영상을 디스플레이 하는 투사 렌즈;

   를 포함하는 프로젝션 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 반사형 액정 디스플레이는 LCOS(liquid crystal on silicon)로 이루어지는 프로젝션 시스템.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제1 광은 적색광이고 제2 광은 녹색광이며 제3 광은 청색광인 프로젝션 시스템.
4. 제 3항에 있어서, 상기 색 분리 수단은 다이크로익 미러로 이루어지는 프로젝션 시스템.
5. 제 3항에 있어서, 상기 청색광의 S파를 P파로 변조하는 작용은 HWP(half wave plate)에 의해 이루어지는 프로젝션 시스템.
6. 제 3항에 있어서, 상기 광 합성 수단은 다이크로익 미러로 이루어지는 프로젝션 시스템.
7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제1 광은 청색광이고 제2 광은 녹색광이며 제3 광은 적색광인 프로젝션 시스템.