KR100482318B1 - 후면 투사장치의 컬러 스크롤링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비용을 절감하면서 시스템을 단순화한 후면 투사장치의 컬러 스크롤링 장치에 관한 것이다.

본 발명의 후면 투사장치의 컬러 스크롤링 장치는 상기 광을 삼색광으로 분리하기 위한 색분리부와; 상기 색분리부로부터 입사되는 삼색광 각각이 상기 표시소자의 화소들 각각에서 서로 다른 영역에 입사되게 하는 회절광학셀들을 포함하고 상기 회절광학셀들의 위치가 시간경과에 따라 이동되게 하여 상기 화소들 각각에서 상기 삼색광이 스크롤링되게 하는 회전 회절광학부를 포함한다. 상기 회전 회절광학부는 상기 삼색광의 광경로와 교차하는 방향으로 회전구동한다.

Description

후면 투사장치의 컬러 스크롤링 장치{Color Scrolling Apparatus of Rear Projector}

본 발명은 1매의 액정표시장치에 구현된 소형의 화상을 스크린에 확대 투사시키는 후면 투사장치에 관한 것으로, 특히 비용을 절감하면서 시스템을 단순화한 후면 투사장치의 컬러 스크롤링 장치에 관한 것이다.

프로젝터는 내부의 소형 디스플레이에 구현된 소화상을 투사렌즈를 이용하여 대화면의 스크린에 확대투사함으로써 대화면의 화상을 표시하게 된다. 이 프로젝터는 스크린의 전면에 화상이 투사되는 전면 투사방식과 스크린의 후면에 화상이 투사되는 후면 투사방식으로 대별된다. 이 중에서 후자의 대표적인 예로서 프로젝션 텔레비젼을 들 수 있다. 그리고, 프로젝터에서 소형의 영상을 제공하는 디스플레이로는 음극선관(CRT)과 액정표시장치(Liquid Crystal Display : 이하, "LCD"라 함)가 이용되고 있다. 최근에는 프로젝터의 박형화에 유리한 LCD를 이용한 프로젝터에 대한 관심이 커지고 있다.

통상 표시소자는 소화상을 제공하는 LCD와, LCD 상에 표시된 소화상을 스크린에 확대투사시키는 투사렌즈계와, 상기 LCD에 광을 제공하는 광원과, 광원과 LCD 사이의 광경로를 조절하기위한 조명계와, 신호처리를 하는 구동회로부를 구비한다.

이러한 표시소자는 효율좋은 광학계의 구성 및 램프변경 등을 통한 고휘도를 구현하려는 추세와, 밝기는 다소 떨어지더라도 소형화, 경량화를 통해 휴대 및 설치의 간편성 등을 강조하려는 추세가 병행되고 있다. 표시소자는 칼러 구현을 위하여 3매 또는 1매의 LCD를 이용한다. 고휘도 구현을 목적으로 하는 경우 3매의 LCD를 채용하지만 소형화 및 경량화를 목적으로 하는 경우 1매의 LCD를 채용하는 것이 일반적이다.

1매의 표시소자를 채용하는 단판식 프로젝터는 칼러를 구현하기 위하여 칼라필터를 이용하는 방법, 삼원색을 분리하여 특정한 각도로 입사시키는 방법, 삼원색을 순차적으로 표시소자에 보내주는 방법 등을 이용하고 있다. 이들 중에서 삼원색을 순차적으로 표시소자에 보내주는 화상투사 장치에는 도 1에 도시된 바와 같이 회전프리즘을 사용하는 방식이 대표적이다.

도 1을 참조하면, 종래의 컬러 스크롤링 장치를 포함하는 단판식 프로젝터의 광학계가 개략적으로 도시되어 있다.

도 1에 도시된 프로젝터는 광을 발생하는 광원(2)과, 광원(2)과 집광렌즈(8) 사이의 광경로 상에 배치된 제1 및 제2 플라이아이렌즈(Fly Eye Lens : 이하 "FEL"이라 함)(4, 6)와, 편광 분리 어레이(Polarizing Beam Splitter Array; 이하 "PBS 어레이" 라 함)(7)와, 특정 파장대역의 광을 투과 및 반사시키는 제1 내지 제4 다이크로익미러(10, 12, 24, 26)와, 회전각에 따라 광경로를 변화시키는 제1 내지 제3 회전 프리즘(16, 18, 20)과, 제2 다이크로익미러(12)와 제3 회전 프리즘(20) 사이에 위치하는 제1 전반사미러(14)와, 제1 회전 프리즘(16)과 제3 다이크로익미러(24) 사이에 위치하는 제2 전반사미러(22)와, LCD(30)와 투사렌즈(31) 사이에 위치하는 편광분리프리즘(Polarizing Beam Splitter ; 이하, "PBS"라 한다)(28)을 구비한다.

제1 및 제2 FEL(4, 6)은 광원(2)에서 출사된 백색광을 셀 단위로 분할하여 PBS 어레이(7)의 특정부분에 집광되게 한다. PBS 어레이(7)는 입사광을 어느 하나의 광축을 가지는 선편광, 즉 P파와 S파로 분리시켜 S파는 그대로 출사되게 하고, P파는 PBS 어레이(7)의 배면에 부분적으로 부착된 1/2파장판(도시하지 않음)에 의해 S파로 변환되어 출사되게 한다. 집광렌즈(8)는 PBS 어레이(7)에서 출사되어 제1 다이크로익미러(10)로 입사되는 광의 퍼짐을 방지하게 된다.

제1 다이크로익 미러(10)는 입사광을 파장대역에 따라 반사 및 투과시켜 분리한다. 예를 들면, 제1 다이크로익 미러(10)는 입사광 중 청색 및 적색광을 반사시키고 녹색광을 투과시킨다. 제1 다이크로익 미러(10)에 의해 분리된 녹색광은 제1 회전프리즘(16)으로 진행하게 된다.

제2 다이크로익 미러(12)는 제1 다이크로익 미러(10)에서 반사되어 입사되는 청색 및 적색광 중 청색광은 투과시키고 적색광은 반사시킨다. 제2 다이크로익 미러(12)에 의해 분리된 적색광은 제2 회전프리즘(18)으로 진행하게 된다.

제1 전반사미러(14)는 제2 다이크로익미러(12)를 투과하여 입사되는 청색광을 반사시켜 제3 회전프리즘(20)으로 진행하게 한다.

제1 내지 제3 회전프리즘(16, 18, 20) 각각은 녹색, 적색, 청색광의 광경로 상에 위치한다. 이러한 각 회전프리즘(16, 18, 20)은 녹색, 적색, 청색광이 표시소자(30)의 서로 다른 위치에 결상되게 함과 아울러 회전에 의해 각 적색, 녹색, 청색광의 결상위치가 스크롤링되게 한다. 이는 각 회전프리즘(16, 18, 20)의 회전각을 다르게 함으로써 각 광의 굴절각이 변화됨으로써 가능하게 된다.

이를 위하여, 각각의 회전프리즘(16, 18, 20)은 시간 간격을 가지고 순차적으로 회전하게 된다. 이 결과, 표시소자(30) 상에서 적색, 녹색, 청색광이 순차적으로 스크롤링된다.

제1 회전프리즘(16)을 투과한 녹색광은 제2 전반사미러(22)에 의해 전반사되고, 제3 및 제4 다이크로익 미러(24, 26)를 투과하여 PBS(28)에 입사된다. 제2 회전프리즘(18)을 투과한 적색광은 제3 다이크로익미러(24)에 의해 반사되고 제4 다이크로익 미러(26)를 투과하여 PBS(28)에 입사된다. 제3 회전프리즘(20)을 투과한 청색광은 제4 다이크로익 미러(26)에 의해 반사되어 PBS(28)에 입사된다.

PBS(28)는 입사된 S파 성분의 청색, 적색, 녹색광을 표시소자(30)로 반사시킨다.

표시소자(30)는 제1 내지 제 3 회전프리즘(16, 18, 20)에 의해 스크롤링되는 삼색광에 대하여 입력되는 영상신호에 따라 화상을 표시한다. 표시소자(30)는 반사형 LCD로서 PBS(28)에서 반사되어 입사되는 광을 영상신호에 따라 P편광으로 변환시켜 출사시킨다. PBS(28)는 표시소자(30)에서 P편광으로 출사된 광을 투과시켜 투사렌즈(31)로 입사시킨다. 투사렌즈(31)는 PBS(28)로부터 출사된 광을 스크린에 확대 투사시켜 화상을 구현하게 된다.

이와 같이, 후면 투사장치의 제1 내지 제3 회전프리즘(16, 18, 20)은 적색, 녹색, 청색광의 경로에 배치됨으로써 도 2에 도시된 바와 같이 표시소자(30) 상에 서로 다른 위치에 적색, 녹색, 청색광이 결상되게 된다. 임의의 시간(Δt)이 지난 후 제1 내지 제3 회전프리즘(16, 18, 20)은 회전하면서 그 회전각도에 따라 표시소자(30)에 결상되는 적색, 녹색, 청색광이 순차적으로 스크롤링되게 된다.

한 매의 표시소자에 순차적으로 적색, 녹색, 청색광을 스크롤링하기 위해서는 3개의 회전프리즘과 이를 구동하기 위한 3개의 모터가 필요하게 된다. 회전프리즘을 이용하는 경우 회전프리즘의 가격이 비싸며 회전프리즘을 이용하기 위해 많은 수의 광학부품이 필요하게 되어 비용이 커지게 된다. 또한, 표시소자의 구동신호에 따른 적색, 녹색, 청색광 각각을 제어하기 위해 회전프리즘의 제어가 필요하게 되는데, 이를 구현하기 위해 시스템이 복잡해지는 문제점이 나타난다.

따라서, 본 발명의 목적은 비용을 절감하면서 시스템을 단순화할 수 있는 후면 투사장치의 컬러 스크롤링 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 후면 투사장치의 컬러 스크롤링 장치는 상기 광을 삼색광으로 분리하기 위한 색분리부와; 상기 색분리부로부터 입사되는 삼색광 각각이 상기 표시소자의 화소들 각각에서 서로 다른 영역에 입사되게 하는 회절광학셀들을 포함하고 상기 회절광학셀들의 위치가 시간경과에 따라 이동되게 하여 상기 화소들 각각에서 상기 삼색광이 스크롤링되게 하는 회전 회절광학부를 포함한다. 상기 회전 회절광학부는 상기 삼색광의 광경로와 교차하는 방향으로 회전구동한다. 상기 회전 회절광학부는 상기 회절광학셀들 각각을 투과한 삼색광의 경로를 변환하여 상기 광출사면에서 다른 회절광학셀들을 경유하는 것을 방지하는 적어도 하나의 광경로변환부를 구비한다. 상기 회절광학셀들 각각은 상기 표시소자의 화소들 각각과 대응되는 크기이다. 상기 색분리부는 상기 삼색광이 서로 다른 광경로를 통해 상기 회절광학셀들 각각에 모두 입사되게 한다.

삭제

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 도 3 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 컬러 스크롤링 장치가 포함된 후면 투사장치의 광학계를 개략적으로 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 후면 투사장치의 광학계는 광을 발생하는 광원(32)과, 광원(32)과 제1 집광렌즈(38) 사이의 광경로 상에 배치된 제1 및 제2 FEL(34, 36) 및 PBS 어레이(37)와, 특정 파장대역의 광을 투과 및 반사시키는 제1 및 제2 다이크로익미러(40, 42)와, 광의 진행경로를 바꾸기 위한 제1 내지 제3 전반사미러(44, 46, 60)와, DOE(Diffractive Optical Element)면이 다수개 포함된 회전 회절광학부(48)와, 광의 초점을 지연시키는 필드렌즈(50)와, 입사광을 집속시키는 제2 집광렌즈(52)와, PBS(54)와, 표시소자(56)와 투사렌즈(58)를 구비한다.

제1 및 제2 FEL(34, 36)은 광원(32)에서 출사된 백색광을 셀 단위로 분할하여 PBS 어레이(37)의 특정부분에 집광되게 한다. PBS 어레이(37)는 입사광을 어느 하나의 광축을 가지는 선편광, 즉 P파와 S파로 분리시켜 S파는 그대로 출사되게 하고, P파는 PBS 어레이(37)의 배면에 부분적으로 부착된 1/2파장판(도시하지 않음)에 의해 S파로 변환되어 출사되게 한다. 제1 집광렌즈(38)는 PBS 어레이(37)에서 출사되어 제1 및 제2 다이크로익미러(40, 42)로 입사되는 광의 퍼짐을 방지하게 된다.

제1 및 제2 다이크로익 미러(40, 42)는 서로 교차되도록 배치되며, 입사광을 파장대역에 따라 반사 및 투과시켜 분리한다. 예를 들면, 제1 다이크로익 미러(40)는 입사광 중 적색광을 반사시키고 청색광 및 녹색광을 투과시킨다. 또한, 제2 다이크로익미러(42)는 입사광 중 청색광을 반사시키고 적색광 및 녹색광을 투과시킨다. 이렇게 제1 및 제2 다이크로익미러(40, 42)는 입사광을 삼색광으로 분리한다.

제1 전반사미러(44)는 제1 다이크로익미러(40)로부터 분리된 적색광을 DOE면이 다수개 형성된 회전 회절광학부(48) 쪽으로 전반사시킨다. DOE는 파워를 가지는 평판렌즈인데, 이때 DOE 외에도 렌즈면은 프레넬렌즈(fresnel lens)의 형태로도 가능하다. 제2 전반사미러(46)는 제2 다이크로익미러(40)로부터의 청색광을 DOE면이 다수개 형성된 회전 회절광학부(48) 쪽으로 전반사시킨다.결과적으로, 두 개의 다이크로익미러(40, 42)와 두 개의 전반사미러(44, 46)는 입사광을 삼색광으로 분리하는 색분리부(100)로 구성된다.

회전 회절광학부(48)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 비구면 렌즈 표면에 광의 회절특성을 갖도록 단위셀마다 형성된 회절광학셀(이하, "DOE셀"이라 함)(48A)을 구비한다. DOE셀(48A)은 하나의 단위셀로 입사되는 삼색광의 굴절각을 다르게 하여 표시소자 단위화소(56A) 상의 서로 다른 위치에 결상되게 함과 아울러 DOE셀을 회전시킴으로써 삼색광의 결상위치가 스크롤링되게 한다. DOE셀(48A)은 표시소자 단위화소(56A)의 크기와 대응되게 형성된다. 회전 회절광학부(48)는 DOE셀(48A)이 형성된 다수의 단위셀을 벨트 형태로 제작하여 도 3과 같이 회전가능하게 된다. 이러한 회전 회절광학부(48)는 벨트 형태이기 때문에 삼색광이 DOE셀(48A)의 광입사면과 출사면을 경유하여 광경로가 틀어지는 경우가 발생된다. 이를 방지하기 위해, 회전 회절광학부(48) 내에 광경로 변환부를 배치한다. 여기서, 광경로 변환부는 적어도 2개의 전반사미러를 배치한다. 예를 들면, 회전 회절광학부(48) 내에 제4 및 제5 전반사미러(62, 64)를 배치함으로써 입사면에서 DOE셀(48A)을 투과한 적색, 녹색, 청색광이 출사면에서 다른 DOE셀(48A)을 투과하지 않게 한다.

필드렌즈(50)는 DOE면이 다수개 형성된 회전 회절광학부(48)로부터의 적색, 녹색, 청색광의 초점(F) 위치를 지연시켜 표시소자(56) 상에 재결상되게 한다. 제3 전반사미러(60)는 필드렌즈(50)로부터 입사되는 삼색광을 제2 집광렌즈(52)로 진행하도록 전반사시킨다. 제2 집광렌즈(52)는 광경로가 길어짐에 따라 광분포가 넓어지는 것을 방지하기 위하여 설치된다.

PBS(54)는 입사된 S파 성분의 청색, 적색, 녹색광을 표시소자(56) 반사시킨다.

표시소자(56)는 회전 회절광학부(48)에 의해 스크롤링되는 삼색광을 이용하여 입력되는 영상신호에 따라 화상을 표시한다. 다시 말하여, 표시소자(56)는 PBS(54)에서 반사되어 입사되는 광을 영상신호에 따라 P편광으로 변환시켜 출사시킨다. PBS(54)는 표시소자(56)에서 P편광으로 출사된 광을 투과시켜 투사렌즈(58)로 입사시킨다. 투사렌즈(58)는 PBS(54)로부터 출사된 광을 스크린에 확대 투사시켜 화상을 구현하게 된다.

도 5 내지 도 8은 회전 회절광학부(48)의 동작원리를 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 다수의 DOE셀(48A)이 형성된 회전 회절광학부(48)의 DOE셀(48A)에 적색, 녹색, 청색광이 모두 입사된다. DOE셀(48A)은 분리되어 입사되는 적색, 녹색, 청색광의 굴절각을 다르게 하여 표시소자 단위화소(56A) 상에 서로 다른 위치에서 결상되게 한다.

이어서, 도 6에 도시된 바와 같이 회전 회절광학부(48)가 적색, 녹색, 청색광의 광경로와 교차하는 y축방향(시계방향)으로 회전하게 되는 경우, 회전 회절광학부(48)의 DOE셀(48A)에 입사되던 삼색광 중 청색광의 일부분이 다음 단위셀에 입사되게 된다. 이에 따라, DOE셀(48A)에 입사되는 적색, 녹색, 청색광은 제1 초점(F)에 맺히게 되고, 다음 단위셀에 입사된 청색광의 일부광은 제2 초점(F')에 맺히게 되어 광경로가 분리되게 된다. 이 결과, DOE셀(48A)로부터 청색광이 분리되어 줄어든 양만큼 표시소자 단위화소(56A) 상부에 위치한 청색광의 결상영역이 줄어들게 되고, 제1 초점(F)으로부터 분리되어 제2 초점(F')에 맺힌 청색광은 단위화소(56A)의 하부에 결상되게 된다. 이렇게 회전 회절광학부(48)가 y축 방향으로 좀더 회전하게 되면 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 LCD 단위화소(56A)에 결상되는 적색, 녹색, 청색광이 순차적으로 스크롤링되게 된다.

결과적으로, 회전 회절광학부(48)는 적색, 녹색, 청색광의 굴절각을 다르게 하여 표시소자(56) 상에서 적색, 녹생, 청색광이 스크롤링되게 한다. LCD 이외에 다른 표시소자를 이용하는 경우에도 마찬가지로 구성된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 후면 투사장치의 컬러 스크롤링 장치는 단위셀 단위로 형성된 회절광학소자를 구비하는 회전 회절광학부를 사용함으로써 종래에 세개의 회전프리즘을 사용하는 경우보다 비용을 절감할 수 있으며 시스템을 단순화시킬 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

삭제

도 1은 종래의 컬러 스크롤링 장치를 포함하는 후면 투사장치를 나타내는 도면.

도 2는 도 1에 도시된 회전프리즘의 광경로를 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 컬러 스크롤링 장치를 포함하는 후면 투사장치를 나타내는 도면.

도 4는 도 3에 도시된 회전 회절광학부의 단위 회절면을 상세히 나타내는 단면도.

도 5는 도 3에 도시된 광경로 상에 위치한 회전 회절광학부를 나타내는 도면.

도 6 내지 도 8은 도 5에 도시된 회전 회절광학부가 회전하면서 삼색광이 스크롤링되는 과정을 나타내는 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

2, 32 : 광원 4, 6, 34, 36 : FEL

7, 37 : PBS 어레이 8, 38, 52 : 집광렌즈

10, 12, 24, 26, 40, 42 : 다이크로익 미러

14, 22, 44, 46, 60 : 전반사미러 48 : 회전 회절광학부

28, 58 : PBS 50 : 필드렌즈

30, 56 : 표시소자 100 : 색분리부

Claims (5)

1. 광원으로부터의 광을 이용하여 표시소자에 화상을 표시하고 그 화상을 스크린에 확대투사하는 후면 투사장치에 있어서,

   상기 광을 삼색광으로 분리하기 위한 색분리부(100)와;

   상기 색분리부(100)로부터 입사되는 삼색광 각각이 상기 표시소자의 화소들 각각에서 서로 다른 영역에 입사되게 하는 회절광학셀들(48A)을 포함하고 상기 회절광학셀들(48A)의 위치가 시간경과에 따라 이동되게 하여 상기 화소들 각각에서 상기 삼색광이 스크롤링되게 하는 회전 회절광학부(48)를 포함하고;

   상기 회전 회절광학부(48)는 상기 삼색광의 광경로와 교차하는 방향으로 회전구동하는 것을 특징으로 하는 후면 투사장치의 컬러 스크롤링 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 회전 회절광학부는

   상기 회절광학셀들 각각을 투과한 삼색광의 경로를 변환하여 상기 광출사면에서 다른 회절광학셀들을 경유하는 것을 방지하는 광경로 변환부(62, 64)를 구비하는 것을 특징으로 하는 후면 투사장치의 컬러 스크롤링 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 회절광학셀들 각각은 상기 표시소자의 화소들 각각과 대응되는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 후면 투사장치의 컬러 스크롤링 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 색분리부는 상기 삼색광이 서로 다른 광경로를 통해 상기 회절광학셀들 각각에 모두 입사되게 하는 것을 특징으로 하는 후면 투사장치의 컬러 스크롤링 장치.