KR100848617B1 - 화상 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

개시되는 화상 표시 장치는 구성이 간단하고 저가로 고해상도의 고화질 화상을 표시하는 것이 가능하다. 화상 표시 장치는, 광원으로부터 발광된 광으로부터, 미리 정해진 파장대를 갖는 광빔을 추출하도록 구성된 광 분리 유닛과; 입사되는 광빔을 제어하여 타깃 화상의 복수의 서브프레임을 형성하는 광 밸브와; 미리 정해진 파장대를 갖는, 상기 광 밸브로부터의 출광빔의 광로를 상기 타깃 화상의 프레임 기간에 따라 시프트하여 타깃 화상의 하나 이상의 서브프레임들을, 상기 광 밸브에 의해 형성된 타깃 화상의 다른 서브프레임과 상이한 위치에 위치시키도록 동작 가능한 광로 시프트 유닛을 포함한다.

Description

화상 표시 장치{IMAGE DISPLAY DEVICE}
본 발명은 화상 표시 장치 및 화상 투사 장치에 관한 것이며, 상세하게는 광 밸브를 이용하여 화소 단위로 광 제어가 가능한 표시 장치와, 투사기(projector), 및 표시 장치를 구비한 후방 투사 기기에 관한 것이다.
관련 기술에 있어서, 표시 장치를 이용하여, 변조된 화상을 스크린 상에 투사하는 액정 투사 장치가 잘 알려져 있고, 이러한 액정 투사 장치에 있어서, 표시 장치는 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 등의 3가지 상이한 단색 광빔을 변조하여 변조된 화상을 얻는데 이용된다. 스크린 상에 투사된 화상의 해상도를 향상시키기 위해서 액정 투사 장치는 고해상도의 것이어야 한다. 이 때문에, 액정 표시 장치의 화소수를 증가시키는 방법, 복수의 투사기를 이용하여 복수의 스크린에 화상을 형성하는 방법, 또는 녹색 화소를 반화소(half pixel) 피치로 시프트하여 2배의 화소수와 등가의 효과를 얻는 방법을 생각하고 있다.
그런데, 예를 들어 투과형 액정 표시 장치에서 화소수를 증가시키면, 각 화소의 개구(open area) 면적이 저하하여 투사 휘도가 부족하게 된다. 복수의 투사기를 이용하여 복수의 스크린 상에 화상을 표시하는 경우, 인접한 스크린 상에서 화 상들 간에 매끄러운 접속을 얻기가 어렵다. 녹색 화소를 반화소 피치로 시프트하여 2배의 화소수 효과를 얻는 경우에, 전체 대역에서 R, G, B 광을 스크린 상에 투사하여 단 하나의 투사 렌즈를 이용해 결상하기 때문에, 또 투사 렌즈의 배율 단색 수차 때문에, 상이한 단색 화상들이 정밀하게 크기가 동일하지 않아, 고해상도의 화상을 형성하기 어렵고 충분히 큰 콘트라스트비를 얻기 어렵다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 화소 시프트 소자를 광로를 고속 전환하는데 이용하여, 외관상 화소수를 늘림으로써 고해상 표시를 실현하는 표시 기술이 제안되고 있다. 이 기술은, 고 해상도 표시를 용이하게 실현할 수 있기 때문에 유망한 기술이다.
예컨대, 관련 기술에서는, 광로 시프트 기술을 소위 "순차 컬러 기술(color sequential technique)"과 조합하는 것을 생각하고 있다. 순차 컬러 기술에서는 조명을 위해 예컨대 3원색의 컬러 광빔을 시분할 방법으로 순차 생성하여 단색 화상을 그 조명 단색광에 대응하는 스크린 상에 순차 표시함으로써, 마치 컬러 화상이 표시되는 것으로 보이게 한다. 이 기술은, 컴팩트하면서 저가의 장치로 실현 가능하기 때문에 유망한 기술이다. 그러나, 관련 기술에서는 전술한 2가지 기술을 조합하는 경우, 초고속 응답 기능을 갖는 광 밸브가 필요하다.
예컨대, 단순한 계산으로서, 3개의 서브프레임이 R, G, B 3원색에 각각 필요하기 때문에, 필요한 총 서브프레임의 수는 화소 시프트의 동작 횟수에 3을 곱한 총수(R, G, B에 대한 서브프레임의 수)와 같다. 예컨대, 화소 시프트의 동작 횟수를 2라고 할 때(즉, 화소가 하나의 화상 프레임에서 2개의 상이한 위치로 시프트된 다고 가정), 필요한 서브프레임의 수는 2×3=6이며, 즉 6개의 서브프레임을 표시해야 한다. 다시 말해, 매 화상 프레임마다 적어도 6회, 광 밸브에 인가된 화상 데이터를 갱신해야 하고, 화소 시프트 소자는 전환을 3회 수행해야 한다.
이러한 고속 광 밸브에 대한 개발이 진행되고 있다고 보고되고 있지만, 제품에 탑재할 수 있는 장치는 아직 제조된 바 없다.
화소 시프트 기술과 순차 컬러 기술의 조합 대신에, 관련 기술에서는 단순히 광 밸브의 화소수를 늘려 표시 장치의 해상도를 향상시키는 것도 생각하고 있다. 그러나, 이 경우, 광 밸브의 사이즈와 비용이 상승하게 된다.
또한, 종래 기술에서는, 광 밸브의 수를 늘려 표시 장치의 해상도를 향상시키는 방법을 제안하고 있다. 예컨대, 고 해상도의 고 콘트라스트비의 화상을 표시할 수 있는 액정 투사 장치가 일본 특허 출원 공개 제2003-322854호에 개시되어 있다(이하, "참조문헌 1"이라고 함).
도 34는 참조문헌 1에 개시되어 있는 관련 기술에 따른 액정 투사 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 34에 도시하는 액정 투사 장치(100)에는 녹색에 이용하기 위한 2개의 반사형 액정 표시 소자(115, 116)가 있으며, 화소 시프트가 경사 방향으로 수행되도록 입사광을 투사하여, 상대적 시감도(visibility)가 높은 녹색의 해상도를 2배가 되게 함으로써 고해상도의 표시를 실현한다.
또한, 일본 특허 출원 공개 제2003-322908호(이하, "참조문헌 2"라고 함)에는 4개의 투과형 액정 표시 소자로 구성된 투과형 액정 표시 패널을 포함하는 투사 시스템이 개시되어 있다.
그러나, 참조문헌 1과 참조문헌 2에는 2개의 녹색 표시 패널을 채용하여, 그 2개의 녹색 표시 패널에 의해 형성된 각각의 화상을 화소 피치보다 작은 거리만큼 시프트하여 화소수가 2배가 되도록 상기 녹색 표시 패널들을 배치한다. 그 결과, 화소수가 증가하고, 이 때문에 표시 장치의 비용이 상승하게 된다.
본 발명의 개괄적인 목적은 관련 기술의 하나 이상의 문제들을 해결하는 것이다.
본 발명의 구체적인 목적은, 단순한 구성을 가지면서 저 비용으로 고해상도의 고화질 화상을 표시할 수 있는 화상 표시 장치와 화상 투사 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 제공되는 화상 표시 장치는, 광원으로부터 발광된 광으로부터 미리 정해진 파장대를 갖는 광빔을 추출하도록 구성된 광 분리 유닛(컬러 전환 유닛)과; 입사되는 광빔을 제어하여 타킷 화상의 복수의 서브프레임을 형성하는 광 밸브와; 미리 정해진 파장대를 갖는, 광 밸브로부터의 출광빔의 광로를 상기 타깃 화상의 프레임 기간에 따라 시프트하여, 상기 타깃 화상의 하나 이상의 서브프레임을, 상기 광 밸브에 의해 형성된 타깃 화상의 다른 서브프레임과 상이한 위치에 위치시키도록 동작 가능한 광로 시프트 유닛을 포함한다.
양호하게는, 미리 정해진 파장대를 갖는 광빔은 미리 정해진 값보다 상대적 시감도가 높은 광빔을 포함하는 좋다. 또한, 양호하게는 미리 정해진 파장대를 갖는 광빔은 녹색 광빔을 포함하는 것이 좋다.
실시예에 있어서, 화상 표시 장치는 광 밸브로부터의 출광을 투사하여 타깃 화상을 형성하도록 구성된 투사 광학 시스템을 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 광로 시프트 유닛이, 특정 파장대를 갖는 광 밸브로부터의 광빔의 광로를 타깃 화상의 프레임 기간에 따라 시프트하는 경우에, 특정 파장대를 갖는 조명광에 대응하여 투사되는 타깃 화상의 서브프레임은 상이한 위치에서 형성되고, 특정 파장대를 갖는 조명광에 대응하는 모든 서브프레임에 포함되는 화소의 총수가 외관상 증가함에 따라 고해상도의 화상 투사를 실현할 수 있다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 제공되는 화상 표시 장치는, 시분할 조명을 위해 복수의 상이한 단색 광빔을 시분할 방식으로 순차 생성하는 시분할 조명 유닛과; 각각의 단색 광빔이 광 밸브를 조명하고 있는 경우에 타깃 화상의 복수의 서브프레임을 형성하도록 동작 가능한 광 밸브와; 단색 광빔 중 하나에 대응하는 단색 화상을 형성하기 위하여 단색 광빔 중 하나의 조명시에 광 밸브를 제어하는 제어 유닛과; 광 밸브로부터의 출광빔의 광로를 타깃 화상의 프레임 기간에 따라 시프트하여 상기 광 밸브에 의해 형성된 서브프레임과 상이한 위치에서 타깃 화상의 서브프레임을 형성하도록 동작 가능한 광로 시프트 유닛을 포함하고, 상기 시분할 조명 유닛은, 타깃 화상의 1 프레임 기간 내에서, 미리 정해진 파장대를 갖는 단색 광빔들 중 적어도 하나를 시분할 방식으로 적어도 2개의 부분으로 분할하며, 상기 광로 시프트 유닛은, 적어도 미리 정해진 파장대를 갖는 단색 광빔의 하나 이상의 부분이 광 밸브를 조명하고 있는 경우, 광 밸브로부터의 출광빔의 광로를 시프트하고, 조명은 상기 광로 시프트 유닛의 광로 시프트 동작의 타이밍에 따라 시분할 방식으로 이루어진다.
본 발명에 따르면, 단순한 구성을 가지면서 저비용으로 고해상도의 고화질 화상을 표시할 수 있는 화상 표시 장치를 제공할 수 있다.
실시예에 있어서, 컬러 전환 유닛은 각기 상이한 단색 광빔의 조명 시간을 명시하도록 구성되어 있어, 명시된 조명 시간에 따라 그리고 광로 시프트 유닛의 광로 시프트 동작의 타이밍에 따라 조명이 시분할 방식으로 수행되도록 백색 조명광이 타깃 화상의 1 프레임 기간 내에 생성된다.
본 발명에 따르면, 표시된 화상의 컬러는 상대적 시감도가 가장 높은 컬러에 편향되지 않기 때문에, 컬러 평형이 우수한 고해상도의 고화질 화상을 표시하는 것이 가능하다.
실시예에 있어서, 상이한 단색 광빔은 적색 광빔, 녹색 광빔, 및 청색 광빔을 포함하고, 컬러 전환 유닛은 1 화상 프레임의 1 주기 내에서, 녹색 광빔을 적어도 제1 부분과 제2 부분으로 나누고, 녹색 광빔의 제1 부분, 녹색 광빔의 제2 부분, 적색 광빔, 그리고 청색 광빔에 각각 대응하는 4개 이상의 시분할 부분을 포함하는 1 조명 사이클을 정의하며, 광로 시프트 유닛은 상기 녹색 광빔의 제1 부분의 조명시에 또는 상기 녹색 광빔의 제2 부분의 조명시에 광 밸브로부터의 출광빔의 광로를 시프트한다.
본 발명에 따르면, 상대적 시감도가 높은 녹색광에 대응하는 화상에 대해 화소 시프트 표시를 수행하여 순차 컬러 방식으로 서브프레임을 추가함으로써, 광 밸브 수가 소수 개인 컴팩트하고 저가의 화상 표시 장치를 제공하는 것이 가능하다. 따라서, 저가로 고해상도의 고화질 화상을 표시하는 것이 가능하다.
한편, 실시예에 있어서, 적색 광빔과 청색 광빔의 조명 시간은 녹색 광빔의 제1 부분의 조명 시간과 녹색 광빔의 제2 부분의 조명 시간 사이에 배치되고, 광로 시프트 유닛은 적색 광빔의 조명시에 또는 청색 광빔의 조명시에 광 밸브로부터의 출광빔의 광로를 시프트한다.
본 발명에 따르면, 상대적인 시감도가 높은 녹색의 서브프레임에 표시된 화상의 해상도가 외관상 향상되기 때문에 고해상도의 고화질 화상을 표시하는 것이 가능하다.
실시예에 있어서, 컬러 전환 유닛은 병렬로 배치된 복수의 컬러 필터를 포함하고, 단색 화상을 표시하는 타이밍에 따라, 상기 컬러 필터를 왕복 이동시켜, 컬러 전환을 수행하고 미리 정해진 파장대를 갖는 단색 광빔을 선택하며 시분할 조명을 수행한다.
본 발명에 따르면, 임의의 컬러 필터에 비교해서 저가이며 화소 시프트 및 컬러 표시 시퀀스에 적합한 단순한 구성을 갖는 컬러 전환 유닛을 실현하는 것이 가능하다.
실시예에 있어서, 각각의 단색 광빔은 대응하는 조명 시간 중 하나와 동기하여 발광하도록 제어되는 단색 광원으로부터 발광된다.
본 발명에 따르면, 기계적 구동 메커니즘 없이 고신뢰성을 갖는 화상 표시 장치를 제공하는 것이 가능하다.
실시예에 있어서, 시분할 조명 유닛은 백색 광원부터의 백색광을, 서로 전환 가능하도록 구성된 복수의 파장 선택 필터에 통과시키고 파장 선택 필터의 전환 타이밍을 백색광에 포함된 상이한 컬러마다 다르게 설정하여 백색광에 포함된 상이한 컬러의 조명 시간을 조절함으로써 상이한 단색 광빔을 생성한다.
본 발명에 따르면, 간단한 회전 컬러 필터를 이용하여 저가의 화상 표시 장치를 구축하는 것이 가능하다.
실시예에 있어서, 시분할 조명 유닛은, 미리 정해진 파장대를 갖는 상이한 단색 광빔의 시간 단위 당 강도를 다른 상이한 단색광의 시간 단위 당 강도보다 낮게 설정하여 1 프레임 내에서 컬러 평형을 유지한다
본 발명에 따르면, 고해상도의 고화질 화상을 표시하는 것이 가능하다.
실시예에 있어서, 파장 선택 필터를 통과하는 광속(light flux)을 조절함으로써, 미리 정해진 파장대를 갖는 상이한 단색 광빔의 시간 단위 당 강도를 다른 상이한 단색 광빔의 시간 단위 당 강도보다 낮게 설정한다.
본 발명에 따르면, 고해상도의 고화질 화상을 표시하는 것이 가능하다.
실시예에 있어서, 상이한 단색 광빔 중 하나의 시간 단위 당 강도는 서브프레임 기간 내에 비조명 시간을 설정함으로써 저감된다.
본 발명에 따르면, 단순한 구성을 가지면서, 저가로 고 해상도의 고화질 화상을 표시할 수 있는 화상 표시 장치를 제공하는 것이 가능하다.
실시예에 있어서, 시분할 조명 유닛은 액정 전환 소자를 이용하여 상이한 단색 광빔을 생성하여 액정 전환 소자에서의 파장 선택의 전환 타이밍을 백색 광원부터의 백색광에 포함된 상이한 컬러마다 상이하도록 설정하고, 백색광에 포함된 상이한 컬러의 조명 시간을 선택적으로 조절한다.
본 발명에 따르면, 기계적 구동 메커니즘 없이 고신뢰도의 화상 표시 장치를 제공하는 것이 가능하다.
실시예에 있어서, 광 밸브는 투과형 액정 패널, 반사형 액정 패널, 또는 마이크로-미러 디바이스(micro-mirror device) 중 하나이다.
본 발명에 따르면, 단순한 구조를 가지면서 저가로 고해상도의 고화질 화상을 표시하는 것이 가능한 화상 표시 장치를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명의 제3 태양에 따르면, 제공되는 화상 표시 장치는, 광원으로부터 발광된 광으로부터 상이한 파장대를 갖는 복수의 광빔을 추출하도록 구성된 광 분리 유닛과; 상이한 파장대를 갖는 광빔에 의해 각각 조명되어 각각 상이한 파장대에 대응하는 복수의 단색 화상을 형성하는 복수의 광 밸브와; 단색 화상을 조합하여 컬러 화상을 형성하는 광 조합 유닛과; 상기 광 밸브 중 하나의 하류측에 설치되며, 타깃 화상의 프레임 기간에 따라 광 밸브 중 하나로부터의 출광빔의 광로를 시프트하여 광 밸브 중 하나에 의해 형성된 화상의 서브프레임을 형성하는 하나 이상의 광로 시프트 유닛을 포함한다.
실시예에 있어서, 광로 시프트 유닛은 광 밸브들 중 하나와 광 조합 유닛 사이에 설치된다
본 발명에 따르면, 복수의 광 밸브가 적색 화상, 녹색 화상 및 청색 화상을 각각 형성하는데 이용되기 때문에, 장치의 광학 시스템을 단순화하여 화질을 향상시키는 것이 가능하다. 또한, 하나 이상의 광로 시프트 유닛이 하나 이상의 광 밸브 다음에 설치되는데, 예컨대 광로 시프트 유닛은 광 밸브들 중 하나와 컬러 조합 유닛 사이에 설치되고, 광로 시프트 유닛은 광 밸브로부터의 출광빔의 광로를 타깃 화상의 프레임 기간에 따라 시프트하며, 이것은 명시된 컬러를 갖는 조명 광빔에 대응하여 형성된 화상의 서브프레임을 형성한다. 따라서, 명시된 컬러에 대응하는 화소의 총수가 외관상 증가하여 고해상도의 화상 투사를 실현하는 것이 가능하다.
또한, 광로 시프트 유닛이 대응하는 광 밸브와 컬러 조합 유닛 사이에 설치되는 경우에, 광로 시프트 유닛의 사이즈를 줄임으로써 장치의 비용을 절감하는 것이 가능하다.
실시예에 있어서, 광로 수정 소자를 상기 하나의 광 밸브와 다른 각 광 밸브와 컬러 조합 유닛 사이에 배치하고, 광로 수정 소자 내의 광로 길이는 광로 시프트 유닛의 광로 길이와 실질적으로 같다.
본 발명에 따르면, 광로 시프트 유닛에 의해 생성된 광로 길이차를 보상할 수 있기 때문에, 배율 단색 수차를 방지하여 화질을 향상시키는 것이 가능하다.
실시예에 있어서, 각각의 광 밸브는 투과형 광 밸브 또는 반사형 광 밸브일 수 있다.
본 발명에 따르면, 투과형 광 밸브를 이용하는 경우, 장치의 구조를 단순화하고, 광 밸브로부터 투사 렌즈까지의 길이를 단축하며, 광 밸브의 설치를 용이하게 하는 것이 가능하다.
한편, 반사형 광 밸브를 이용하는 경우, 반사형 액정 패널에서의 반사형 광 밸브의 각 화소의 높은 면적비에 의해, 조명광의 이용도를 높여 화상의 휘도를 향상시키는 것이 가능하다.
실시예에 있어서, 각각의 광 밸브는 출광빔의 편광 방향을 화소 단위로 제어할 수 있는 광 변조 소자이며, 광 밸브 중 하나로부터의 출광빔의 편광 방향은 컬러 조합 유닛을 통과한 후에, 다른 광 밸브로부터의 출광빔의 편광 방향에 수직하며, 광로 시프트 유닛은 편광 의존적이며, 상기 컬러 조합 유닛의 하류측에 설치되어 하나의 광 밸브로부터의 출광빔의 광로를 선택적으로 시프트한다.
본 발명에 따르면, 광로 수정 유닛을 이용하는 일없이, 광로 시프트 유닛에 의해 생성된 상이한 컬러의 광빔들 간의 광로 길이차를 막는 것이 가능하고, 배율 단색 수차를 방지하여 화질을 향상시키는 것이 가능하다.
실시예에 있어서, 컬러 선택 파장판(wave plate)이 컬러 조합 유닛의 하류측에 설치되어 상이한 광 밸브로부터의 출광빔의 편광 상태가 같도록 조절한다.
본 발명에 따르면, 컬러 선택 파장판을 이용하여 상이한 광 밸브로부터의 광빔의 편광 상태가 같도록 조절함으로써, 화상이 투사되는 스크린에 있어서 스크린의 편광 의존을 염려하는 일 없이 어떤 종류의 스크린을 이용하는 것이 가능하다. 따라서, 화상 투사 장치를 이용하기가 매우 편리해진다. 또한, 추가 편광자를 삽입하여 화상의 콘트라스트비를 향상시키는 것이 가능하다.
본 발명의 제4 태양에 따르면, 제공되는 화상 투사 장치는, 화상 표시 장치와; 상기 화상 표시 장치가 포함하는 투사 광학 시스템과; 시분할 조명을 위해 복수의 상이한 단색 광빔을 시분할 방식으로 순차 생성하는 시분할 조명 유닛과; 각각의 단색 광빔이 광 밸브를 조명하고 있는 경우에 타깃 화상의 복수의 서브프레임을 형성하도록 동작 가능한 광 밸브와; 하나의 단색 광빔에 대응하는 단색 화상을 형성하기 위해 상기 하나의 단색 광빔의 조명시에 광 밸브를 제어하는 제어 유닛과; 광 밸브로부터의 출광빔의 광로를 타깃 화상의 프레임 기간에 따라 시프트하여 광 밸브에 의해 형성된 다른 서브프레임과 상이한 위치에서 타깃의 서브프레임을 형성하도록 동작 가능한 광로 시프트 유닛을 포함하고, 상기 시분할 조명 유닛은, 타깃 화상의 1 프레임 기간 내에서, 미리 정해진 파장대를 갖는 단색 광빔들 중 적어도 하나를 시분할 방식으로 적어도 2개의 부분으로 나누도록 구성된 컬러 전환 유닛을 포함하고, 상기 광로 시프트 유닛은 적어도 미리 정해진 파장대를 갖는 단색 광빔의 하나 이상의 부분이 광 밸브를 조명하고 있는 경우에, 광 밸브로부터의 출광빔의 광로를 시프트하고, 조명은 광로 시프트 유닛의 광로 시프트 동작의 타이밍에 따라 시분할 방식으로 이루어진다.
본 발명에 따르면, 단순한 구조를 가지면서 저가로 외관상 화소수가 증가한 고해상도의 고화질 화상을 표시하는 것이 가능한 컴팩트한 화상 투사 장치를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명의 제5 태양에 따르면, 제공되는 화상 투사 장치는, 화상 표시 장치와; 상기 화상 표시 장치가 포함하는 투사 광학 시스템과; 광원으로부터 발광된 광으로부터의 상이한 파장대를 갖는 복수의 광빔을 추출하도록 구성된 광 분리 유닛과; 상이한 파장대를 갖는 광빔에 의해 각각 조명되며 상이한 파장대에 각각 대응하는 복수의 단색 화상을 형성하도록 동작 가능한 복수의 광 밸브와; 단색 화상들을 조합하여 컬러 화상을 형성하는 컬러 조합 유닛과; 하나의 광 밸브의 하류측에 설치되며 하나의 광 밸브로부터의 출광빔의 광로를 타깃 화상의 프레임 기간에 따라 시프트하여 상기 하나의 광 밸브에 의해 형성된 화상의 서브프레임을 형성하는 하나 이상의 광로 시프트 유닛을 포함한다.
본 발명에 따르면, 단순한 광학 시스템을 구비하며, 저가로 외관상 화소수가 증가한 고해상도의 고화질 화상을 표시하는 것이 가능한 화상 투사 장치를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명의 전술한 목적 및 기타 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 이어지는 양호한 실시예들의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성을 예시하는 개략도이다.
도 2a 내지 도 2c는 컬러 전환 유닛(123)에 의해 취득된 조명광과 화소 시프트의 타이밍을 도시하는 타이밍 시퀀스도이다.
도 3a와 도 3b는 조명광과 화소 시프트의 타이밍의 다른 예를 도시하는 타이밍 시퀀스도이다.
도 4는 1 프레임에 표시되는 화소의 동작을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 1 프레임에 표시되는 화소의 다른 동작예를 모식적으로 도시하는 도이다.
도 6은 표시된 화상의 컬러와 화소 시프트 위치 간의 관계를 도시하는 도면 이다.
도 7a와 도 7b는 도 1의 컬러 전환 유닛(123)의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8a와 도 8b는 도 1의 컬러 전환 유닛(123)의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 9는 3원색의 단색광을 발광하는 고체 광원의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 10은 고체 광원으로부터 발광된 3원색의 단색광을 집광하는 구성을 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성을 예시하는 개략도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 화상 표시 장치의 또 다른 구성을 예시하는 개략도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성을 예시하는 개략도이다.
도 14는 1 프레임의 표시(F1)를 도시하는 타이밍도이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 조명 시간의 분할을 도시하는 도면이다.
도 16a와 도 16b는 파장 선택 필터를 예시하는 도면이다.
도 17은 컬러 선택 필터를 예시하는 도면이다.
도 18a와 도 18b는 화상 프레임 생성시에 화소 시프트 시간을 도시하는 도면과 그래프이다.
도 19는 부분(G1)과 부분(G2) 사이에서 컬러 필터에 설치된 차광부를 예시하는 도면이다.
도 20은 조명광을 전환하는 짧은 구간을 차광하기 위해 상이한 컬러 사이에 컬러 필터에 설치된 차광부를 도시하는 도면이다.
도 21a와 도 21b는 녹색광의 세기를 조절한 후에 상이한 컬러의 조명 시간을 각각 나타내는 타이밍도와 도면이다.
도 22a와 도 22b는 분할된 서브프레임 기간 내에서 정의되는 암흑(dark) 기간을 갖는 상이한 컬러의 조명 시간을 각각 나타내는 타이밍도와 도면이다.
도 23은 본 발명의 제6 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
도 24는 본 실시예의 광 조명과 화소 시프트의 타이밍을 나타내는 타이밍도이다.
도 25는 본 발명의 제7 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
도 26은 본 발명의 제8 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
도 27은 본 발명의 제9 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
도 28은 본 발명의 제10 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
도 29는 본 발명의 제11 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
도 30은 본 발명의 제12 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
도 31은 도 30의 컬러 전환 유닛(1606)을 예시하는 도면이다.
도 32는 본 실시예의 광 조명과 화소 시프트 타이밍을 나타내는 타이밍도이다.
도 33은 본 발명의 제13 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
도 34는 참조문헌 1에 개시되어 있는 관련 기술의 액정 투사 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예들을 설명하기로 한다.
제1 실시예
전술한 바와 같이 광로를 신속하게 전환하기 위해 화소 시프트 소자를 이용하여 외관상 화소수를 늘림으로써 고해상도의 표시를 실현하는 것이 가능하다. 예컨대, 이러한 광로 전환 기술은 잘 알려진 순차 컬러 기술과 조합될 수 있다. 순차 컬러 기술에서는, 예컨대 3원색의 컬러 광빔이 시분할 방식으로 고속으로 순차 생성되고, 스크린 상에 투사된 화상이 조명 단색광에 대응하여 신속하게 변하기 때문에, 단색 화상이 스크린 상에 순차 표시되고, 그 결과 마치 컬러 화상이 표시되는 것처럼 보이게 된다. 이 기술은 컴팩트한 저가 장치로 실현될 수 있기 때문에 매력적이다.
관련 기술에서는, 전술한 바와 같이, 광로 시프트 기술과 순차 컬러 기술을 다음의 방식으로 조합하는 것을 생각하고 있다. 구체적으로 단순한 계산으로서, 3개의 서브프레임이 R, G, B 3원색에 각각 필요하기 때문에, 필요한 총 서브프레임의 수는 화소 시프트의 동작 횟수에 3을 곱한 총수(R, G, B에 대한 서브프레임의 수)와 같다. 예컨대, 표시된 화상이 R, G, B 3개의 단색 화상으로 이루어지고, 화소 시프트 동작의 총 횟수를 2라고 할 때(즉, 화소가 1 화상 프레임에서 2개의 상이한 위치에 시프트된다고 가정), 필요한 서브프레임의 수는 2×3=6이고, 즉 6개의 서브프레임을 표시해야 한다. 다시 말해, 매 화상 프레임마다 적어도 6회, 광 밸브에 인가된 화상 데이터를 갱신해야 하고, 화소 시프트 소자는 전환을 3회 수행해야 한다. 이 방법에는 고속 응답 기능을 갖는 광 밸브가 필요하게 된다.
본 실시예에 있어서, 후술하는 바와 같이, 광로 시프트 기술과 순차 컬러 기술은 상이한 방식들로 조합되고, 본 실시예에 따르면, 순차 컬러 기술에 의해 특징지어지는 간단한 구성을 가지면서 저가로 고해상도의 고화질 화상을 표시할 수 있는 가능한 화상 표시 장치를 제공하는 것이 가능하다.
본 실시예에서는 투과형 액정 패널을 화상 표시 장치의 광 밸브로서 이용하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
도 1에 따르면, 화상 표시 장치(10)는 광 밸브(11)와, 시분할 조명 유닛(12)과, 제어 유닛(13)과, 화소 시프트 유닛(14)과, 투사 광학 시스템(15), 및 패널(16)을 포함한다.
시분할 조명 유닛(12)은 상이한 단색 광빔들을 시분할 방식으로 순차 생성한다.
제어 유닛(13)은 광 밸브(11) 상에 인가되는 화상 데이터를 제어하고, 단색 광빔의 조명시에, (후술하는)컬러 전환 유닛(123)의 컬러 전환 동작과 화소 시프트 유닛(14)의 화소 시프트 동작을 제어하여 조명시 단색 광빔에 대응하는 컬러 화상을 형성하게 한다.
화소 시프트 유닛(14)은 시프트된 화소가 다른 화소들과 겹치지 않도록 광 밸브(11)에 의해 투사된 화소를 시프트하는데, 예컨대 화소 시프트 유닛(14)은 광 밸브(11)에 의해 투사된 화소를 화소 피치 미만으로 시프트한다.
투사 광학 시스템(15)은 광 밸브(11)에 의해 형성된 화상을 확대 투사한다.
시분할 조명 유닛(12)은 백색 광원(121)과, 집광 소자(122)와, 컬러 전환 유닛(123), 조도 균일화 유닛(124), 및 집광 소자(125)를 포함한다.
예컨대, 백색 광원(121)은 할로겐 램프, 크세논 램프, 메탈 할라이드 램프, 초고압 수은 램프, LED 램프, 또는 3원색의 단색을 갖는 LD일 수 있다. 최근 상업적으로 시판되고 있는 높은 세기의 백색 LED도 백색 광원(121)으로서 이용할 수 있다.
집광 소자(122, 125)는 높은 조명 효율을 제공하기 위해 조명 광학 시스템을 포함할 수 있거나, 타원형 반사기 또는 포물면 반사기를 이용하여 집광에 이용될 수 있다.
컬러 전환 유닛(123)은 백색 광원(121)으로부터의 백색광을, 3원색을 갖는 단색 광빔으로 시분할 방식으로 분할한다. 예컨대, 컬러 전환 유닛(123)은 컬러 필터를 고속으로 전환하여, 또는 예컨대 Color Link Inc.에서 제조한, 컬러 전환이 가능한 액정 소자에 의해 형성될 수 있다. 높은 조명 효율을 달성하기 위해서, 집적형 광학 시스템을 설치할 수 있다.
예컨대, 컬러 전환 유닛(123)은 별개의 단색 광원, 예컨대 적색(R), 녹색(G), 청색(B) LED를 순차 점등시켜 시분할 조명을 수행한다. 또한, 광원 전환을 필터 전환과 조합하면, 3원색의 컬러 공간이 넓어진 고품질의 컬러 조명을 실현하는 것이 가능하다.
조도 균일화 유닛(124)은 로드 통합기(rod integrator)일 수 있으며, 선택적으로 플라이 아이(fly-eye) 렌즈 어레이와 조합되고, 광 밸브(11) 상에 광을 중첩시켜 광 밸브(11) 상의 조도를 균일화할 수 있다.
예컨대, 광 밸브(11)는 투과형 액정 패널, 반사형 액정 패널, 또는 마이크로-미러 디바이스(DMD, 등록상표)일 수 있다. 액정 패널을 이용하는 경우, 패널에 입사하는 광이 직선 편광되기 때문에, 편광자 등을 삽입하여 편광 방향을 정렬할 필요가 있다. 높은 광 이용 효율을 달성하기 위해서는 도시 생략한 편광 변환 소자를 조명 광학 시스템(122, 125)에 설치할 수 있다
본 실시예의 화상 표시 장치(10)가 투과형 액정 광 밸브(11)를 포함하는 것 으로 설명하고 있지만, 반사형 액정 광 밸브를 이용하는 경우에, 편광빔 분할기(PBS)는 조명 광로와 화상 표시용 결상 광로를 분리하는데 이용될 수 있다. 이 경우에, 액정을 이용한 편광 제어에 의해 광학 전환이 이루어지기 때문에, 역시 편광 방향을 정렬하는 것이 필요하다.
디지털 마이크로-미러 디바이스를 이용하는 경우에는 편광 방향을 정렬할 필요는 없지만, 화소 시프트 유닛(14)이 편광 특성을 이용하여 광로를 전환하게 하기 위해서 화소 시프트 유닛(14) 상에 입사된 광의 광로에 편광자를 삽입해야 한다.
예컨대, 편광자는 직선 편광자일 수 있다. 광 이용 효율을 유지하기 위해서는 파장판과 조합된 PBS를 포함하는 편광 변환 소자를 조명 광로에 설치할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 화상 표시 장치(10)에서는, 제어기(13)가 컬러 선택 제어 신호를 컬러 전환 유닛(123)에 보내어, 예컨대 편광된 조명광으로부터 3원색(R, G, B) 중 한 가지 컬러를 갖는 단색광을 추출하도록 컬러 전환 유닛(123)을 고속으로 제어한다.
또한, 제어기(13)는 단색 조명광의 컬러에 따라 표시 제어 신호를 광 밸브(11)에 보내어 컬러 화상을 얻도록 광 밸브(11)를 제어한다. 여기서, 상대적 시감도가 가장 높은 녹색광을 이용한 조명을 매 프레임 당 적어도 2회 수행하는 시분할 방식으로 조명이 이루어진다. 잘 알려져 있는 바와 같이, 시감도 곡선은 주어진 휘도를 생성하는데 필요한 상이한 파장의 상대적 에너지를 나타내고, 시감도 곡선은 녹색광에 대략 대응하는 파장 범위(약 550 nm)에서 최대치를 갖는다. 즉, 녹색 은 적색, 녹색, 청색광이 동일한 세기를 갖는다 해도 적색과 청색에 비교하여, 선명하게 관찰될 수 있다.
제어기(13)는, 광 밸브(11)와 시분할 조명 유닛(12)과 연동하여 동작하도록 화소 시프트 유닛(14)을 구동하여 고속으로 화소 시프트를 수행하게 한다. 또한, 제어기(13)는 시프트된 화소의 위치와 관련하여 화상을 표시하도록 광 밸브(11)를 구동시킨다. 각 프레임에 표시된 화상은 시프트된 화소의 위치와 관련된다.
광 밸브(11)의 화상은 총 조명 분할수가 2인 경우, 화소를, 화소 피치의 반, 1.5 화소 피치 또는 2.5 화소 피치만큼, 또는 1/2 화소 피치의 기타 홀수배만큼 시프트하여 화상이 1/2 화소 피치의 홀수배만큼 시프트된 위치에서 표시되게 갱신될 수 있다. 총 조명 분할 수가 3인 경우, 외관상 2개의 화소 간의 2개의 위치에서 보상이 이루어져 화소는 1/3 피치, 2/3 피치, -1/3 피치, 또는 -2/3 피치씩 시프트될 수 있다. 또한, 화소는 수평 방향과 수직 방향 양쪽으로 1/2 피치만큼 시프트되어 4배의 화소 밀도에 대응하는 4분할 조명을 수행할 수 있다.
1 프레임 내에서, 광 밸브(11)가 화소 시프트 위치에 대응하는 화상을 표시하도록 구동되기 때문에, 사람눈의 잔상 효과에 의해 화소수가 증대한 것처럼 보이게 된다.
화소 시프트 유닛(14)은 광로를 시프트하기 위한 광로 변환 소자 또는 액정 소자일 수 있다. 도 1에서는 화소 시프트 유닛(14)을 광로 중에 삽입하여 광로를 시프트하는 것으로 설명하지만, 화소 시프트 기능은 패널(16)을 마이크로 모션을 수행하도록 직접 구동시킴으로써 실현될 수도 있다. 예컨대, 화소 시프트 유닛(14) 은 전자기 구동으로, 피에조 구동으로 또는 기계 구동으로 구동될 수 있다.
또한, 투사 시스템의 백 포커스가 충분히 길게 이루어질 수 있다면, 소위 갈바노 미러(Galvano mirror)를 이용하여 광로를 변경할 수 있다. 즉, 미러를 광로 중에 설치하여 광로를 매번 작은 각도씩 변위시킬 수 있다.
또, 예컨대 한 쌍의 평행판을 광로 중에 배치하여 그 평행판을 기울게 함으로써 광로를 시프트할 수 있다.
전술한 바와 같이, 화상 표시 장치(10)에 있어서, 상대적 시감도가 가장 높은 녹색광을 이용한 조명시에, 화소는 1 프레임 내에서 시프트되고 화소수가 외관상 증대함으로써 고해상도의 화상을 얻을 수 있다. 화소 시프트에 의해 얻게 되는 외관상 해상도 향상 효과는 중요한 것임에 틀림없다.
또한, 필요하다면 적색 및 청색광에 의한 조명시에도 화소 시프트가 행해질 수 있음을 알아야 한다.
1 화상 프레임이 4개 이상의 서브프레임으로 표시될 수 있으며, 이런 식으로, 관련 기술에 존재하는 시분할 조명을 지원하는 수개의 광 밸브를 이용할 수 있고, 이로 말미암아 고해상도의 화상 표시를 저가로 행할 수 있다.
화상 사이즈를 확대할 수 있을 때, 텍스트와 거친 선(jaggy line)은 화상의 조직에서 매우 눈에 띄게 된다. 이 경우, 본 실시예에서는, 상대적 시감도가 가장 높은 녹색광에 대응하는 화소를 고속으로 시프트하여 외관상 고해상도의 화상을 형성한다. 따라서, 투사 렌즈를 화상을 확대 투사하는데 이용하는 경우에도, 관련 기술과 비교하여 고화질의 화상을 취득하는 것이 가능하다. 또, 동일한 광 밸브를 고 해상도의 화상 표시를 실현하는데 이용하기 때문에, 본 실시예의 화상 표시 장치(10)는 컴팩트하고 저가이다.
도 2a와 도 2c는 컬러 전환 유닛(123)에 의해 취득된 조명광과 화소 시프트의 타이밍을 나타내는 타이밍 시퀀스도이다.
도 2a는 화소 프레임(Fi)에 컬러 화상을 형성하기 위한 R, B, Gl, G2의 순서로 된 시분할 조명의 시퀀스를 나타내고 있다.
화소 시프트 유닛은 1 프레임 내에서, 적어도 G1와 G2 사이에서 화소 시프트를 수행하며, 구체적으로 화소 시프트는 상대적 시감도가 가장 높은 녹색광을 이용한 조명시에 수행된다. 다시 말해, 이 시퀀스에 있어서, 화소 시프트의 타이밍은 1 프레임 내에서 등 간격에 있다.
도 2b는 R, Gl, G2, B의 순서로 된 시분할 조명의 시퀀스를 나타내고 있다.
도 2c는 R, Gl, B, G2의 순서로 된 시분할 조명의 시퀀스를 나타내고 있다.
도 3a와 도 3b는 조명광과 화소 시프트의 다른 타이밍을 나타내는 타이밍 시퀀스도이다.
구체적으로, 도 3a와 도 3b는 화상 프레임(Fi)을 형성하기 위한 R, G, B의 순서로 된 시분할 조명의 시퀀스를 나타내고 있다. 화소 시프트는 녹색광을 이용한 조명시에 수행된다. 화소 시프트 위치(1)에 대응하는 녹색 화상은 시간 Glf에 표시되고, 화소 시프트 위치(2)에 대응하는 녹색 화상은 시간 G2f에 표시되는데, 즉 화소 시프트의 타이밍은 녹색광을 이용한 조명 시간 내에 있다.
도 3a에 도시한 시퀀스에 있어서, R, G, B 광의 조명 타이밍은 거의 동일하 게 설정되어, 실질적으로 관련 기술의 조명 시스템을 변경하는 일없이 화소 시프트에 대응하는 조명을 수행하는 것이 가능하다.
도 3b에 도시한 시퀀스에 있어서, 녹색 화소 시프트 위치(1), 녹색 화소 시프트 위치(2)에서의 화상 표시 시간이 도 3a의 것보다 길기 때문에, 광 밸브 화소의 갱신은 도 3a의 경우와 비교해서 상대적으로 긴 시간 동안 수행될 수 있다. 따라서, 광 밸브의 속도에 관한 제약이 느슨해진다.
도 4는 1 프레임에 표시되는 화소의 동작을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4에 도시한 시퀀스는 R, Gl, B, G2의 순서로 되어 있고, 화소 위치(1)와 화소 위치(2)에 대응하여, R과 G1 조명시에 화소 시프트가 이루어진다.
도 4에 나타낸 정사각형은 화소의 형상을 나타낸 것이 아니다. 점선으로 도시한 정사각형의 크기는 화소 피치보다 충분히 작다. 예컨대, R 조명시에, 표시 화소의 중심은 화소 위치(1)의 일점 쇄선으로 나타낸 라인 상에 있다. R 조명 후에, 화소 위치가 변하지 않고, G1 조명이 수행된 다음, G2의 조명 전에, 광 밸브를 제어하여 화소 위치(2)에 대응하는 화상이 표시되게 한다.
도 5는 1 프레임에 표시되는 화소의 다른 동작예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5에 도시한 시퀀스는 R, G1, G2, B의 순서로 되어 있고, G1의 조명시에 화소 위치(1)에서 화소 위치(2)로 화소 시프트가 수행된다. R 조명시에, 표시 화소의 중심은 화소 위치(1)의 일점 쇄선으로 나타낸 라인 상에 있다. R 조명 후에, G1 조명에 의한 화소 위치(1)에서의 화상이 광 밸브에 의해 형성된 다음, 화소 위 치(2)에 시프트하는 동안, 광 밸브를 제어하여 G2 조명이 수행되게 한다.
도 4와 도 5에 도시한 예들에서는, 화소가 화소 위치(1)와 화소 위치(2)로의 한 방향으로 시프트되는 것으로 설명하지만(이것이 소위 "한 방향 화소 시프트 기술"이다), 시프트 방향은 이들 예에 제한되지 않으며, 경사 방향, 수직 방향 또는 수평 방향을 따를 수 있다. 또한, 응답 속도가 허용하는 한, 시프트는 3단계로 이루어질 수 있거나, 수직 방향과 수평 방향 양쪽으로 총 4회 실시될 수 있다.
또, R, G, B 조명의 시퀀스는 전술한 예들에 제한되지 않으며, R, G, B 조명시에 화소 시프트의 위치와 화소 시프트의 횟수는 전술한 예들에 제한되지 않는다. 본 실시예에서는, 상대적 시감도가 가장 높은 단색광을 이용한 조명이 시분할 방식으로 수행되고, 화소 시프트가 서로 시분할로 수행되기 때문에 단색광에 의해 형성된 고해상도의 화상을 취득할 수 있다.
도 6은 표시된 화상의 컬러와 화소 시프트 위치 간의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 적색(R), 제1 분할 녹색(Gl), 청색(B), 제2 분할 녹색(G2) 광(이하에서는 필요하다면 "R 조명, G1 조명, B 조명, G2 조명"으로 약자로 표시함)이 1 프레임(F1 또는 F2)을 형성한다.
1 프레임(F1 또는 F2) 내에서 각각의 R 조명과 B 조명이 한번씩 수행되고, G 조명은 2회 수행된다(G1, G2). G1 조명과 G2 조명은 화소 시프트에 대응하는 화상을 형성한다. G1 조명과 G2 조명 사이에서, R 조명 또는 B 조명이 수행되고, R 조명과 B 조명시에 화소 시프트가 수행된다. R 조명과 B 조명시에, 화소 시프트에 대 응하지 않는 화상이 형성될 수 있다.
그러한 구성을 이용하여, R 조명과 B 조명시에 화소 시프트가 수행되기 때문에, 상대적 시감도가 가장 높은 녹색광에 의한 녹색 화상이 G1 화상과 G2 화상의 전환에 대응하여 정확하게 표시되어 고해상도 화상을 취득할 수 있다.
도 7a와 도 7b는 도 1의 컬러 전환 유닛(123)을 예시하는 도면들이다.
도 7a와 도 7b에 도시하는 바와 같이, 컬러 전환 유닛은, R, G2, B, G1 순서로 배열된 적색 필터(R), 제1 녹색 필터(G1), 제2 녹색 필터(G2), 및 청색 필터(B)를 포함하는 투과형 컬러 필터 유닛(20)에 의해 형성된다. 투과형 컬러 필터 유닛(20)이 회전하여 입사 백색광이 선택적으로 통과하게 됨에 따라, 단색 광빔 R, G2, B, G1이 생성된다. 물론, 반사형 컬러 필터를 이용하여 반사에 의해 단색광을 생성할 수도 있다.
도 8a와 도 8b는 다른 컬러 전환 유닛(123)을 예시하는 도면들이다.
도 8a와 도 8b에 도시하는 바와 같이, 컬러 전환 유닛은, 녹색 필터를 중심으로 하여 병렬로 배열된 적색 필터(R), 녹색 필터(G), 및 청색 필터(B)를 포함하는 투과형 컬러 필터 유닛(30)에 의해 형성된다. 투과형 컬러 필터(30)가 고속으로 한 축을 따라 반복적으로 왕복 이동한다. 전자기 유도에 의해 구동되는, 도시 생략한 액추에이터(actuator)는 왕복 이동을 수행하기 위해 설치된다. 이 액추에이터는 광 밸브 및 화소 시프트 소자를 구동 및 제어하는 제어기(13)에 의해 제어된다. 한편, 액추에이터를 피드백 제어하여 액추에이터를 패널 상에 표시된 화상과 정확히 연동하여 동작하도록 구동시키기 위하여 구동 주기를 검출할 수 있다.
전술한 바와 같이, 도 7a와 도 7b에 도시하는 회전형 컬러 필터 유닛(20)은 녹색 화상을 표시하기 위해 2개의 녹색 필터를 필요로 하지만, 왕복 이동이 가능한, 도 8a와 도 8b에 도시하는 컬러 필터 유닛(30)에서는, 단 하나의 녹색 필터만으로 전술한 바와 같은 시퀀스를 수행하기에 충분하다. 예컨대, 컬러 필터 유닛(30)의 상측에 있는 필터 B를 먼저 선택한 다음, 중앙에 있는 필터 G를 선택하고, 아래쪽에 있는 필터 R을 선택한 다음, 다시 중앙에 있는 필터 G를 선택한다. 이런 식으로, 컬러 필터 유닛(30)을 왕복으로 이동함으로써, 필터 R, G, B는 R, G2, B, G1의 순서로 반복 전환된다. 필터 G가 1 사이클의 왕복 이동시 2회 선택되기 때문에, 컬러 필터 유닛(30)에서는 3개의 필터가 충분하며, 비교하자면, 도 7a와 도 7b에 도시한 회전형 컬러 필터 유닛(20)에는 4개의 필터가 필요하다. 그렇기 때문에, 컬러 필터 유닛(30)의 필터 R, G, B의 배열이 더 효율적이며, R, G, B, G의 컬러 시퀀스를 실행하기에 적합하다. 또, 필터 R, G, B는 직사각형인 것이 유리한데, 그러한 형상이 패널 상의 직사각형 조명광과 일치하기 때문이다.
도 9는 3원색의 단색광을 발광하는 고체 광원의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 3개의 고체 광원(411, 412, 413)이 일렬로 배치되어 각각 3원색의 단색 광빔을 발광한다. 예컨대, 3원색의 단색 광빔은 각각 R, G, B 광이다. R, G, B 광을 집광하기 위해 집광 요소(40)가 설치된다.
도 10은 고체 광원으로부터 발광된 3원색의 단색광을 집광하는 구성을 나타내는 도면이다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 집광 효율을 상승시키기 위하여, 고체 광원(50, 51, 52)으로부터 발광된 단색 광빔(R, G, B)을 집광하기에 적합한 3개의 집광 소자(53, 54, 55)가 설치되고, 컬러 필터에 의해 형성된 조합 유닛도 설치된다. 구체적으로, 반사된 적색광과 적색의 보색광을 통과시키는 필터(56)와, 반사된 청색광과 청색의 보색광을 통과시키는 필터(57)를 포함하는 크로스 필터를 이용하여 조합 유닛을 형성한다. 도 10에 도시하지 않은 발광 유닛은 광 밸브의 표시 제어와, 화소 시프트의 구동 제어와 연동하여 제어된다. 한편, 광원의 발광을 전환하기 위해서, 광원으로부터의 광을 차광 및 통과시킬 수 있는 셔터 등을 이용하여 발광을 턴온/턴오프할 수 있다.
전술한 구성에 있어서, 조명을 위해 컬러 필터를 이용하여 백색광으로부터 상이한 단색광을 선택하는, 관련 기술과 비교하여 기계적 구동 메커니즘을 구비하지 않으면서 신뢰도가 높은 화상 표시 장치를 제공하는 것이 가능하다.
제2 실시예
본 실시예에서는 반사형 액정 패널을 화상 표시 장치의 광 밸브로서 이용하기로 한다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성을 예시하는 개략도이다.
도 11에 있어서, 도 1에서 설명한 동일한 참조부호는 동일한 구성 요소를 나타내며, 중복되는 설명은 적절하게 생략하기로 한다.
도 11의 화상 표시 장치는, 편광자(60), 반사형 액정 패널(61), 및 확대 투 사 렌즈(62)를 추가 설치한다는 점에서 도 1의 화상 표시 장치와 다르다.
도 11에 도시한 화상 표시 장치의 동작은 도 1에 나타낸 화상 표시 장치와 같기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.
일반적으로, PBS(편광빔 분할기) 등의 광로 분리 소자(도시 생략)는 패널(61) 전방에 배치되어 화상을 표시하기 위한 결상 광로와 조명 광로를 분리할 수 있다. 물론, 광로 분리를 할 수 있다면, 조명을 위해 광을 입사 각도로 입사시킴으로써 편광빔 분할기를 생략할 수도 있다.
예컨대, 편광빔 분할기는 유전체 다층막을 포함한 프리즘, 금선(golden wire) 격자를 포함한 판, 또는 유기 다층막으로 편광 분리가 가능한 소자일 수 있다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 화상 표시 장치의 또 다른 예를 도시하는 개략도이다.
도 12에서는 전술한 요소들과 동일한 소자들에게 동일한 참조부호를 부여하며, 중복되는 설명은 적절하게 생략하기로 한다.
도 12의 화상 표시 장치는 마이크로-미러 디바이스(70)를 이용한다는 점에서 도 1 및 도 11의 화상 표시 장치와 다르다.
마이크로-미러 디바이스(70)를 이용한 화상 표시 장치에서는, 화소의 표시 동작이 마이크로-미러 디바이스(70)로부터의 반사광의 존재 유무에 의해 나타나기 때문에, 편광이 없으면 표시가 이루어질 수 있다.
도 12의 화상 표시 장치에 있어서, 화소 시프트 유닛이 액정 광학 편광 특성 을 이용하여 광로를 시프트한다면, 편광자 등을 이용하여 편광 방향을 정렬할 필요가 있다.
도 12에서는 편광자(60)를 설치하는 것으로 설명하지만, 패널이 표시 평면 내에서 구동된다면, 편광 방향을 정렬할 필요가 없다.
제3 실시예
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성을 예시하는 개략도이다.
도 13에서는 도 12와 동일한 참조부호는 동일한 구성 요소를 나타내며, 중복되는 설명은 적절하게 생략하기로 한다.
도 13의 화상 표시 장치는, 표시 소자의 평면 내에서 광 밸브를 고속으로 시프트하기 위한 화소 시프트 유닛으로서 미세 이동이 가능한 액추에이터(80)를 이용한다는 점에서 도 12의 화상 표시 장치와 다르다.
이 구성은 DMD를 이용하는 경우에 제한되는 것이 아니라, 투과형이나 반사형 액정 패널로부터 형성된 다른 종류의 광 밸브에도 적용될 수 있다.
제4 실시예
본 실시예에서는 1 화상 프레임을 표시하는 시간 내에, 상대적 시감도가 가장 높은 광을 이용한 조명을 적어도 2개 부분으로 분할하고, 상이한 단색 광빔의 조명 시간을 1 화상 프레임을 표시하는 시간 안에 각각 특정하여 조명광이 1 프레임에서 백색이 되게 한다.
도 14는 1 프레임(F1)의 표시를 나타내는 타이밍도이다.
도 14에 도시하는 바와 같이, 1 프레임(F1)은 R, Gl, B, G2 조명을 포함하고, 녹색광 조명은 2회 수행되며, 화소 시프트 위치(1)와 화소 시프트 위치(2)에서의 화상 갱신은 이 기간 내에 이루어진다. 구체적으로, 이러한 종류의 조명을 실현하기 위하여, 컬러 필터 등은 고속으로 전환되며 전환 타이밍이 조절될 수 있다.
관련 기술에서는, 회전형 컬러 필터, 예컨대 "컬러 휠(color wheel)"이라고 칭하는 디스크형 컬러 필터가 조명 광로에 삽입되고, 컬러 휠이 회전함에 따라 시분할 조명이 실현된다. 이러한 회전형 컬러 필터는, 크기가 같은 3개의 R, G, B 컬러 필터로 대개 구축된다. 상대적 시감도가 가장 높은 녹색광에 의한 조명이 2개의 부분, 예컨대 각각 G1 조명과 G2 조명이라고 불리는 부분으로 분할되면, R, G1, G2, B 조명이 1 프레임을 형성하고, R, G1, G2, B 조명의 각 조명 시간이 동일하면, 녹색 광에 의한 조명이 R 조명과 B 조명의 수행 시간과 동일한 시간 동안 2회 수행되기 때문에, 녹색광의 총 광속이 커져 양호한 컬러 평형이 달성될 수 없다.
본 실시예에서는, 한가지 컬러광을 이용한 조명이 복수회 수행되는 경우에도 컬러 평형이 열화되는 것을 막는다. 일반적으로, 약 60 Hz(초당 60 프레임, 즉 1 초/60 = 프레임 당 16.6 msec) 이상의 프레임 주파수에서는 플리커(flicker)가 발생하지 않는다고 알려져 있다. 본 실시예에서는 1 프레임을 표시하는 시간인 시간 16.6 ms가 R, G, B 조명을 위해 3개의 분할 부분으로 균등하게 분할된다.
도 15는 본 실시예에 따른 조명 시간 분할을 나타내는 도면이다.
도 15에 도시하는 바와 같이, R, Gl, G2, B 조명의 시간을 각각 TR, TG1, TG2, B로 나타내면, 본 실시예에서는 대략 TR=TB=TG1+TG2가 된다. 조명 시간 TR, TG1, TG2, B를 설정하는 경우, 광 밸브의 투과율 및 필터의 변동을 고려해야 한다. 이 요건이 만족되면서, 총 조명광이 1 프레임에서 백색광을 나타내게 되며, 광 밸브의 파장 의존성에 다소 의존하는 양호한 컬러 평형을 표시 화상에서 달성할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 백색 광원과 복수의 파장 선택 필터를 필터 전환 장치로서 이용해 단색광을 복수의 시분할 부분으로 분할하여 순차 조명을 수행한다. 파장 선택 필터는 소위 컬러 휠 등일 수 있다.
도 16a와 도 16b는 파장 선택 필터를 예시하는 도면이다.
도 16a와 도 16b에 있어서, "R", "G1" 또는 "G2", "B"는 적색광, 녹색광, 청색광만 허용하는 파장 선택 필터에서의 각 영역을 나타낸다.
파장 선택 필터가 도 16a와 도 16b에서 화살표가 나타내는 방향으로 회전하면, 도 16a와 도 16b의 우측에서 전파된 백색광은 파장 선택 필터에 의해 파장 선택되고, 단색 광빔은 R, G1, B, G2, R, G1의 순으로 추출된다. 예컨대, 파장 선택 필터의 회전 속도는, 파장 선택 필터의 1 회전 사이클이 표시 화상의 1 프레임에 정확하게 대응하는 식으로 설정되기 때문에, 녹색광을 이용한 조명만 각 프레임에서 2회 수행된다.
여기서, 입사광이 G1 및 G2 영역을 통과하는 시간을 각각 TG1, TG2로 표시하고, R 영역과 B 영역을 통과하는 시간을 TR과 TB로 표시하면, 화소 시프트 제어는 화소 시프트 위치가 TG1와 TG2 내에서 상이하도록 수행되어, 대응하는 광 밸브 화소가 갱신된다. 여기서, TG1+TG2는 대략 각각의 TR과 TB와 같은데, 즉 대략 TB=TR=TG1+TG2이다. 이러한 구성을 이용하여, 컬러 평형이 양호한 조명광이 생성될 수 있다.
도 17은 컬러 선택 필터를 예시하는 도면이다.
도 17에 도시하는 바와 같이, 영역 G1과 영역 G2를 서로 인접하게 배치함에 따라, 전체로서 컬러 선택 필터는 관련 기술과 동일한 R, G, B 시퀀스를 갖는 것으로 보이게 된다. 여기서, 회전형 필터를 설계 및 제조하는 기술은 도 17의 컬러 선택 필터에 이용될 수 있다.
여기서, 예컨대 일본 특허 출원 공개 제2000-510961호에 개시되어 있는 액정 스위치는 단색광을 복수의 시분할 부분으로 분할하여 순차 조명을 수행하는데 이용된다. 액정 스위치는 전압을 인가하여 입사광의 편광 상태를 제어하는데, 구체적으로 액정 스위치는 인가 전압을 제어하여 스위치를 투과하는 광의 파장 및 광속을 조절한다. 예를 들어, Color Link Inc.에서 제조한 액정 컬러 스위치, 및 파장판을 포함하는 분광 소자를 이용할 수 있다. 이 컬러 스위치는 매우 고속으로 동작하는데, 구체적으로, 0.3 msec 내에서 온으로 전환되고 10 μs 내에서 오프로 전환될 수 있다. 이 컬러 스위치는 이용시 원하는 대로 조명 전환 타이밍을 조절하는 것이 가능하기 때문에 바람직할 수 있다.
전술한 회전형 컬러 필터를 이용한 경우에는 기계적 구동이 필요하다. 반면에, 액정 컬러 스위치를 이용하면, 기계적 구동 메커니즘 없이 고 신뢰도를 갖는 화상 표시 장치를 제공하는 것이 가능하다.
다음에, G1와 G2 사이에 조명광을 차광하기 위한 차광 시간을 제공하는 것에 대해서 설명하기로 한다.
도 18a와 도 18b는 화상 프레임 생성시에 화소 시프트 시간을 나타내는 도면과 그래프이다.
도 18a와 도 18b에 도시하는 바와 같이, 화소 시프트 위치 "a"에서 화소 시프트 위치 "b"로의 이동 시간은 반드시 제로(0)가 아니다. 1 프레임을 생성하는데 Ft의 시간이 필요하다면, 이 프레임 시간을 R, G, B 조명 시간으로 등분하기로 가정할시, 각 컬러의 조명 시간은 Ft/3이 된다. 또한, 녹색광의 조명 시간이 2개의 화소 시프트 위치에 대응하는 2개의 부분 G1과 G2로 분할되어, G1 또는 G2의 조명 시간은 Ft/6이 된다. 그렇기 때문에, G1 조명과 G2 조명이 연속 수행되는 경우에, 화소 시프트에 이용된 시간은 1 화상 프레임을 생성하는데 걸리는 명시된 시간에 비해 상대적으로 증가한다.
도 19는 부분 G1과 부분 G2 사이에서 컬러 필터에 제공된 차광 부분을 나타내는 도면이다.
전술한 이동 시간이 증가하는 경우, 대응하는 2개의 화소 시프트 위치를 표시하는 것을 수행할 수 없다. 이러한 이유에서, 화소 시프트에 기초한 고해상도 표시의 이점을 얻을 수 없다. 이 문제를 해결하기 위해, 이동 시간 중에는 조명을 막아야 한다. 구체적으로 도 19에 도시하는 바와 같이, G1와 G2 사이에 차광 부분(BK)이 설치된다. 예컨대, 이 차광 부분(BK)은, 광이 회전형 필터의 일부를 통과하는 것을 차광하는 반사막이나 흡수막이다. 예컨대, 필터에 설치된 차광 부분(BK)의 사이즈는 차광 시간이 광 밸브 화소를 갱신하는데 걸리는 시간의 일부 또는 전 체, 또는 화소 시프트에 걸리는 시간의 일부 또는 전체와 같다. 또한, 이 차광 시간은 1 프레임을 생성하는 시간에서 차감되고, 그 나머지 시간을 3등분하여 R, G, B 조명 시간으로서 정의한다.
한편, 광 밸브 화소를 갱신하는 것에는 유한한 시간이 필요하고, 이 갱신 시간을 차광함으로써, 조명이 누설되지 않고 컬러 블리딩(bleeding)도 발생하지 않는다.
도 20은 조명광을 전환하는 짧은 구간을 차광하기 위해 상이한 컬러 사이에서 컬러 필터에 설치된 차광 부분을 나타내는 도면이다.
도 20에 도시하는 바와 같이 차광되는 조명광을 전환하는 구간에 있어서, 예컨대 광 밸브 화소를 갱신하는 중에도 컬러 블리딩이 발생하는 것을 막을 수 있다.
제5 실시예
1 화상 프레임을 표시하기 위한 시간 내에서, 상대적 시감도가 가장 높은 녹색광을 2개 이상의 시분할로 시분하는 경우에, 복수의 시분할 부분을 갖는 녹색광의 세기를 적절하게 조절한다면, 녹색광의 분할 시간이 다른 컬러보다 더 긴 경우에도 광 세기를 높이지 않고 양호한 컬러 평형을 유지하는 것이 가능하다.
본 실시예의 이 구성을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 21a와 도 21b는 녹색광의 세기를 조절한 후 상이한 컬러의 조명 시간을 각각 나타내는 타이밍도와 도면이다.
도 21a에 도시하는 바와 같이, 1 프레임 시간(Ft)은 하나의 R 서브프레임, 하나의 B 서브프레임, 그리고 2개의 G 서브프레임을 포함한 4개의 서브프레임으로 구성되어 있고, 이때 1 서브프레임 기간을 Ft/4라고 하기로 한다. 광 밸브 화소를 갱신하는 타이밍도 이 서브프레임 기간에 따라 결정된다.
녹색광이 4개의 서브프레임 중 2개에 해당하기 때문에, 녹색광의 총 조명 시간은 다른 컬러의 총 조명 시간보다 2배 더 길다. 이러한 이유에서, 조명광은 컬러 평형을 손실시킨다.
이 문제를 해결하기 위해, 도 21a에 도시하는 바와 같이, 녹색광의 세기를 다른 컬러의 세기보다 낮게 설정한다. 다시 말해, 적색(R) 및 청색(B)광의 세기를 녹색광보다 높게 설정하면, 컬러 평형이 양호한 조명광을 얻을 수 있다.
도 21b는 회전형 필터를 이용하는 예를 나타내고 있다. 도 21b에 도시하는 바와 같이, G1 및 G2 부분의 투과율은 낮게 설정되어 있다. 그렇기 때문에, 녹색 필터의 투과율을 낮게 설정하는 것이, 또는 함께 통합된 녹색 필터와 ND 필터를 포함한 필터로 광세기를 조절하는 것이 가능하다. 녹색광이 1 프레임 내에서 3개의 분할 부분으로 분할되고, 화소 시프트가 1/3 화소 피치 간격에서 3단계 방식으로 이루어지는 경우에, 5개의 서브프레임이 존재하고 녹색광은 1/3 세기를 갖도록 설정될 수 있다. 녹색광이 2개는 수직 방향으로 2개는 수평 방향으로 4분할 부분으로 분할되는 경우에, 1 프레임은 6개의 서브프레임으로 분할되고, 녹색광은 1/4 세기를 갖도록 설정된다.
전술한 바와 같이, 상대적 시감도가 가장 높은 녹색광을 2개 이상의 시분할 부분으로 시분할한다고 설명하였다. 조명이 이루어지지 않는 암흑 기간(dark period)이 분할된 서브프레임 기간 내에 정의되면, 그것은 저감된 녹색광의 세기와 동등하다.
도 22a와 도 22b는 분할된 서브프레임 기간 내에 정의되는 암흑 기간을 갖는 상이한 컬러의 조명 시간을 각각 나타내는 타이밍도와 도면이다.
도 22a에 도시하는 바와 같이, 1 프레임 기간(Ft)은 하나의 R 서브프레임, 하나의 B 서브프레임, 2개의 G 서브프레임을 포함한 4개의 서브프레임으로 구성되며, 각 서브프레임 기간의 시간은 Ft/4이다. 하나의 G 서브프레임에서는, 서브프레임의 반인 시간 Ft/8이 차광된다. 그 결과, Ft/4와 같은 1 G 서브프레임 내에서, 녹색광의 세기가 실질적으로 감소하여 R, B와의 평형이 유지된다.
도 22b는 회전형 필터가 이용되는 예를 나타내고 있다. 도 22b에 도시하는 바와 같이, R과 G1, 그리고 B와 G2 사이에 차광 부분이 설치된다. 물론, G1과 B 그리고 G2와 R 사이에 차광 부분이 설치될 수도 있다.
또한, 차광 시간을 각각 반씩 줄이는 방식으로 차광층을 설치하고, G1 부분의 시간에서만 조명 시간을 서브프레임의 반으로 설정한다. 또, 이와 다르게 차광층과 녹색 선택 필터를 배치할 수도 있다.
제6 실시예
전술한 실시예에서는 광로 시프트 기술을 순차 컬러 기술과 조합하여, 구체적으로 단 하나의 광 밸브를 이용하여 광 밸브 상에서의 상이한 단색광의 조명이 시분할 방식으로 수행된다. 그러나, 본 실시예에서는 하나의 광 밸브와 시분할 방식의 조명에 제한되지 않는다.
본 실시예에서는, 3개의 광 밸브를 이용하여 상이한 단색 광빔을 해당하는 광 밸브 상에 조명한다. 후술하는 바와 같이, 복수의 광 밸브를 이용하여, 장치의 광학 시스템이 간단해지고, 고화질을 얻을 수 있으며, 광 밸브의 배치도 용이하게 된다.
도 23은 본 발명의 제6 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
도 23에 도시하는 바와 같이, 화상 표시 장치(1000)는 조명 유닛(1002), 조명 유닛(1002)으로부터의 백색광을 상이한 단색광들, 예컨대 적색, 녹색, 청색의 3원색의 광으로 분리하는 컬러 분리 유닛(1004)과, 녹색광에 이용되는 광 밸브(1012)와, 청색광에 이용되는 광 밸브(1020)와, 적색광에 이용되는 광 밸브(1022)와, 적색, 녹색, 청색광을 조합하여 컬러 화상을 형성하기 위한 컬러 조합 유닛(1024)과, 투사 광학 시스템(1026)과, 및 반사 미러(1008, 1010, 1016, 1018)를 포함한다.
예컨대, 조명 유닛(1022)은 도시되지는 않지만, 할로겐 램프, 크세논 램프, 메탈 할라이드 램프 또는 초고압 수은 램프 등의 백색 광원과, 플라이 아이 렌즈 어레이를 이용하여 광 초위치(light superposition)를 통과하는 조도를 균일화하거나, 로드 통합 광학 시스템을 이용하여 조도를 균일화하는 조도 균일화 유닛을 포함한다.
컬러 분리 유닛(1004)은 조명 유닛(1002)으로부터의 백색광의 적색 성분만 반사하는 이색 미러(dichroic mirror)(1005)와, 청색광 성분만 반사하고 녹색광 성분은 통과시키는 이색 미러(1006)로 구성된 이색 미러 시스템일 수 있다. 이런 식 으로, 조명 유닛(1002)으로부터의 백색광은 적색, 녹색, 청색광으로 분리된다.
각각의 광 밸브(1012, 1020, 1022)는 투과형 액정 패널, 반사형 액정 패널, 또는 마이크로-미러 디바이스(예컨대 Texas Instrument Company에서 제조한 DMD)일 수 있다.
광 밸브(1012, 1020, 1022)가 투과형 액정 패널인 경우에는, 고온의 폴리 실리콘 TFT 액정 소자로 구성되는 것이 좋다.
컬러 조합 유닛(1024)은 예컨대 크로스 이색 프리즘일 수 있다.
투사 광학 시스템(1026)은 광 밸브(1012, 1020, 1022)에 의해 형성된 화상을 확대 투사한다.
또한, 본 실시예에 있어서 화소 시프트 유닛(1014)은, 예컨대 녹색광에 이용되는 광 밸브(1012)의 하류측에 설치된다. 이에, 화소 시프트 유닛(1014)은 매 프레임마다 광 밸브(1012)로부터 출광된 녹색광의 광로를 시프트함으로써 광 밸브(1012)에 의해 투사된 녹색 화소의 위치를 시프트하여 하나 이상의 추가 녹색 서브프레임을 형성한다. 시프트된 녹색 화소는 시프트되지 않는 화소와 중첩되어서는 안 된다. 전술한 바와 같이, 녹색광은 적색 및 청색과 비교해서 상대적 시감도가 높은데, 즉 적색, 녹색 및 청색광이 같은 세기라 할지라도 녹색은 적색 및 청색과 비교해 선명하게 관찰될 수 있다.
예컨대, 화소 시프트 유닛(1014)은 광 밸브(1012)에 의해 투사된 화소를 화소 피치의 반, 1.5 화소 피치나, 2.5 화소 피치만큼, 또는 1/2 화소 피치의 기타 홀수배만큼 시프트한다. 이와 다르게, 화소는 1/3 피치, 2/3 피치, -1/3 피치만큼 시프트되거나, 수평 방향과 수직 방향 양쪽으로 1/2 피치만큼 시프트될 수도 있다.
각 시프트 위치에서의 시프트된 녹색 화소들의 각 세트는 추가 녹색 서브프레임을 형성하고, 광 밸브(1012) 상의 화상 데이터는 화소 시프트 동작마다 갱신된다. 화소 시프트 및 화상 데이터 갱신 동작이 1 화상 프레임 기간 내에서 신속하게 수행되어, 사람눈의 잔상 효과에 의해, 시프트된 위치에서의 녹색 서브프레임과 시프트되지 않은 위치에서의 적색, 녹색 및 청색 서브프레임이 1 프레임 내에 존재하기 때문에, 시프트된 녹색 서브프레임의 수만큼 화소수가 증대한 것처럼 보이게 된다.
화소 시프트 유닛(1014)은 광로 시프트가 가능한 액정 소자 또는 광변환 소자일 수 있다. 도 23에서는 광로 시프트를 위해 화소 시프트 유닛(1014)을 광로에 삽입하는 것으로 설명하고 있지만, 화소 시프트 기능은 투사 패널을 마이크로 모션을 수행하도록 구동시킴으로써 구현될 수도 있다. 예컨대, 화소 시프트 유닛(1014)은 전자기 구동으로, 피에조 구동으로 또는 기계 구동으로 구동될 수 있다.
또한, 투사 시스템(1026)의 백 포커스가 충분히 길게 이루어질 수 있다면, 소위 갈바노 미러(Galvano mirror)를 이용하여 광로를 변경할 수 있다. 즉, 미러를 광로 중에 설치하여 광로를 매번 작은 각도씩 변위시킬 수 있다.
화소 시프트 유닛(1014)은 광 밸브(1012)에 인접하게 설치되는 것이 좋다. 또, 광 밸브(1012)가 투과형 액정 패널인 경우에, 화소 시프트 유닛(1014)을 광 밸브(1012) 바로 뒤에 설치하는 것이 좋다. 도 23에서는 광 밸브(1012)가 투과형 액정 패널이며, 화소 시프트 유닛(1014)은 광 밸브(1012)와 컬러 조합 유닛(1024) 사 이에 설치되어 있다.
화소 시프트 유닛(1014)을 광 밸브(1012)에 인접하게 하면, 광 밸브(1012)로부터 컬러 조합 유닛(1024)까지의 거리를 가능한 한 많이 단축하여 투사 렌즈(1026)의 백 포커스 길이를 줄이는 것이 가능하다. 또한, 이렇게 함으로써, 장치의 사이즈를 증대시키는 없이 추가 광학 소자를 배치할 공간이 마련되어 화질이 향상하게 된다.
또한, 화소 시프트 유닛(1014)이 광 밸브(1012)에 인접하게 하면, 조명광의 손실 없이 광 밸브(1012)를 소형으로 만들 수 있다. 광 밸브(1012)가 액정형 소자인 경우, 그 소자의 액정 재료는 2개의 투명 기판 사이에 위치하게 되고 전압이 그 2개의 투명 기판 상에 인가됨으로써, 액정 재료 상에서, 광 밸브(1012)가 소형이면, 화상 표시 장치의 비용을 크게 절감할 수 있다. 또, 대형 액정 패널로부터 컷팅하여 광 밸브를 얻는 경우, 광 밸브(1012)가 소형이면, 더 많은 광 밸브를 얻을 수 있기 때문에 생산성이 향상하고 화상 표시 장치의 비용을 절감할 수 있다.
본 명세서에서는 상대적 시감도가 가장 높은 녹색 화소를 시프트하기 위해 화소 시프트 유닛(1014)을 광 밸브(1012) 뒤에 설치하는 것으로 설명하고 있지만, 적색 화소 또는 청색 화소를 시프트하기 위해 화소 시프트 유닛(1014)을 광 밸브(1016) 또는 광 밸브(1022) 뒤에 설치할 수 있음도 물론이다.
또, 높은 광 이용 효율을 달성하기 위하여, (도시 생략한)편광 변환 소자를 설치하여 적색, 녹색, 및 청색광의 편광 상태를 동일하게 할 수 있다.
도 23에는 도시하지 않지만, 전술한 실시예들에 개시한 제어 유닛(13)과 유 사한 제어 유닛이 본 실시예의 화상 표시 장치(1000)에 설치된다. 이 제어 유닛은 광 밸브(1012, 1020, 1022) 상에 인가되는 화상 데이터를 제어하고, 화소 시프트 유닛(1014)의 화소 시프트 동작을 제어해 광 밸브(1012, 1020, 1022)와 화소 시프트유닛(1014)이 연동하여 단색 화상 및 타깃 컬러 화상을 형성하게 한다. 도 24는 본 실시예에 따른 광 조명과 화소 시프트의 타이밍을 나타내는 타이밍 시퀀스도이다.
본 실시예에서는, 적색, 녹색 및 청색의 3개의 광 밸브를 이용하기 때문에, 적색, 녹색 및 청색광의 조명은 도 2a에 도시하는 바와 같이 조명광을 전환하는 일없이, 계속적으로 동시에 수행된다.
도 24에 도시하는 바와 같이, 화상 프레임(Fi, Fi+1, Fi+2)을 형성하기 위해, 적색광을 이용한 조명이 수행되어 제1 화소 위치(위치 1)에서 적색 서브프레임(Rfi, Rfi+1, Rfi+2)을 형성하고, 이어서 청색광을 이용한 조명이 수행되어 제1 화소 위치(위치 1)에서 청색 서브프레임(Bfi, Bfi+1, Bfi+2)을 순차 형성한다.
도 24에서는 화소 시프트 유닛(1014)이 녹색광을 이용한 조명 시에 각각의 화상 프레임(Fi, Fi+1, Fi+2) 내에서 1회 화소 시프트를 수행하여, 화상 프레임(Fi) 내에서 녹색 서브프레임(G1fi)이 제1 화소 위치(위치 1)에서 형성되고 녹색 서브프레임(G2fi)이 제2 화소 위치(위치 2)에서 형성되며, 화상 프레임(Fi+1) 내에서 녹색 서브프레임(G1fi+1)이 제1 화소 위치(위치 1)에서 형성되고 녹색 서브프레임(G2fi+1)이 제2 화소 위치(위치 2)에서 형성되며, 화상 프레임(Fi+2) 내에서 녹색 서브프레임(G1fi+2)이 제1 화소 위치(위치 1)에서 형성되고 녹색 서브프레 임(G2fi+2)이 제2 화소 위치(위치 2)에서 형성된다.
제1 화소 위치(위치 1)에서 적색 서브프레임(Rfi)과 청색 서브프레임(Bfi), 제1 화소 위치(위치 1)에서 녹색 서브프레임(G1fi), 그리고 제2 화소 위치(위치 2)에서 녹색 서브프레임(G2fi)이 함께 화상 프레임(Fi)을 형성한다. 제1 화소 위치(위치 1)에서 적색 서브프레임(Rfi+1)과 청색 서브프레임(Bfi+1), 제1 화소 위치(위치 1)에서 녹색 서브프레임(G1fi+1), 그리고 제2 화소 위치(위치 2)에서 녹색 서브프레임(G2fi+1)이 함께 화상 프레임(Fi+1)을 형성한다.
제1 화소 위치(위치 1)에서 적색 서브프레임(Rfi+2)과 청색 서브프레임(Bfi+2), 제1 화소 위치(위치 1)에서 녹색 서브프레임(G1fi+2), 그리고 제2 화소 위치(위치 2)에서 녹색 서브프레임(G2fi+2)이 함께 화상 프레임(Fi+2)을 형성한다.
본 발명에 따르면, 관련 기술에서는 4개 이상의 패널을 이용하여 녹색 화소를 시프트한 반면에, 본 실시예에서는 화소 시프트 유닛(1014)을 광 밸브(1012) 후방에 설치함으로써, 밸브(1012)가 투사한 녹색 화소의 위치를 매 프레임마다 시프트하도록 녹색광의 광로를 시프트한다. 광 밸브(1012) 상에서의 화상 갱신 및 화소 시프트가 1 화상 프레임 기간 내에서 고속으로 수행될 때, 시프트된 녹색 서브프레임의 수만큼 화소수가 증가한 것처럼 보이며 이로 말미암아 화상의 해상도가 향상한다. 이에, 3개의 광 밸브만 이용함으로써, 단순한 구조를 가지면서 저가로 고 해상도의 고화질 화상을 표시하는 것이 가능한 컴팩트한 화상 표시 장치를 제공하는 것이 가능하다.
제7 실시예
도 25는 본 발명의 제7 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
도 25에서는 도 23에 도시한 요소에 대해서는 도 23의 참조부호와 동일한 부호를 지정하며 중복 설명은 적절하게 생략하기로 한다.
도 25의 화상 표시 장치(1100)는 광로 수정 소자(1102, 1104)가 추가 설치되는 점에서 도 23의 화상 표시 장치(1000)와 다르다.
도 25에서는, 도 23과 마찬가지로, 화소 시프트 유닛(1014)이 광 밸브(1012)와 컬러 조합 유닛(1024) 사이에 배치되기 때문에, 화소 시프트 유닛(1014)에 의해 추가 광로 길이가 생성된다.
본 실시예에서는, 광로 수정 소자(1102)가 컬러 조합 유닛(1024)과 청색광에 이용되는 광 밸브(1020) 사이에 배치되고, 광로 수정 소자(1104)가 컬러 조합 유닛(1024)과 적색광에 이용되는 광 밸브(1022) 사이에 배치된다. 또, 광로 수정 소자(1102)에서의 청색광의 광로와 광로 수정 소자(1104)에서의 적색광의 광로는 광로 시프트 유닛(1014)에서의 녹색광의 광로와 실질적으로 동일하다.
예컨대, 광 밸브(1012)가 액정형 소자이고, 그 소자의 액정 재료가 2개의 유리 기판 사이에 위치하는 경우, 광로 수정 소자(1102, 1104)는 평행한 유리판에 의해 형성될 수 있고, 유리판의 두께는 광 밸브(1012)의 두께에 따라 결정될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 광로 수정 소자(1102)가 컬러 조합 유닛(1024)과 광 밸브(1020) 사이에 배치되고, 광로 수정 소자(1104)가 컬러 조합 유닛(1024)과 광 밸 브(1022) 사이에 배치되며, 광로 수정 소자(1102)에서의 청색광의 광로와 광로 수정 소자(1104)에서의 적색광의 광로가 광로 시프트 유닛(1014)에서의 녹색광의 광로와 실질적으로 동일하기 때문에, 광로 시프트 유닛(1014)에 의해 생성되는, 녹색 광로와 적색, 청색 광로 간의 광로 길이차가 보상될 수 있어, 배율 단색 수차를 막고, 또 단색 수차로 인한 화상 해상도의 열화를 막는 것이 가능하다.
제8 실시예
도 26은 본 발명의 제8 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
도 26에서는 도 23과 도 25에 도시한 요소에 대해서는 이들 도면의 참조부호와 동일한 부호를 지정하며 중복 설명은 적절하게 생략하기로 한다.
도 26의 화상 표시 장치(1200)는 다음의 측면에서 도 23의 화상 표시 장치(1000)와 다르다.
화상 표시 장치(1200)에 있어서, 화소 시프트 유닛(1214)은 광 밸브(1012)와 컬러 조합 유닛(1224) 사이에 배치되는 것이 아니라, 컬러 조합 유닛(1224)의 하류측에 배치되는데, 구체적으로 투사 렌즈(1026)와 컬러 조합 유닛(1224) 사이에 배치된다. 또, 화소 시프트 유닛(1214)은, 동작이 입사빔의 편광 방향에 의존하는 광 변조 소자이다.
또한, 광 밸브(1012, 1020, 1022)는 입사광의 방향을 화소 단위로 제어하는 것이 가능하다.
또, 1/2 파장판(1202)을 광 밸브(1012) 뒤에 설치하여 녹색의 편광 방향을 90도만큼 회전시킨다.
또, 조명 유닛(1002)으로부터의 출광된 광은 직선 편광된다.
그 결과, 녹색, 청색 및 적색 광빔은 화상 표시 장치(1200)에서 명시된 편광 방향으로 전파한다.
도 26에 도시하는 바와 같이, 조명 유닛(1002)으로부터의 직선 편광된 조명광은 녹색, 청색 및 적색광으로 분리되어, 녹색광에 이용되는 광 밸브(1012), 청색광에 이용되는 광 밸브(1020) 및 적색광에 이용되는 광 밸브(1022)에 입사된다.
도 26에서는 도면과 평행한 편광 방향을 갖는 편광을 p 편광 성분으로 정의하고, 도면과 수직하는 편광 방향을 갖는 편광을 s 편광 성분으로 정의한다.
입사된 p 편광된 녹색, 청색, 적색 광빔은 화소 단위로 변조되어 광 밸브(1012), 광 밸브(1020) 및 광 밸브(1022)에서 각각 s 편광된 광빔으로 변환된다. 또, s 편광된 녹색광은 1/2 파장판(1202)에 의해 p 편광된 녹색 광으로 변환되어, 녹색광은 화소 시프트 유닛(1214)을 투과하게 된다.
s 편광된 청색 및 적색광과 p 편광된 녹색광은 컬러 조합 유닛(1224)으로 향하게 된다.
예컨대, 컬러 조합 유닛(1224)은 크로스 프리즘일 수 있다. 이 경우, 장치의 광학 시스템을 컴팩트하게 제조하는 것이 가능하다. 예컨대, 컬러 조합 유닛(1224)은, 청색 및 적색 광은 반사시키지만 녹색광은 투과하도록 구성된다. 청색 및 적색광이 컬러 조합 유닛(1224)에 의해 반사되기 때문에, 청색 및 적색광은 s 편광 상태에 있도록 조절되어, 크로스 프리즘인 컬러 조합 유닛(1224)에 입사되게 하는 것 이 좋다. 한편, 녹색광만이 컬러 조합 유닛(1224)을 투과하기 때문에, 녹색광은 p 편광 상태에 있도록 조절되어 컬러 조합 유닛(1224)에 입사되게 하는 것이 좋다. 이에, 청색 및 적색광에 대해 높은 반사율을 갖고 녹색광에 대해 높은 투과율을 갖는 이색막(dichroic film)을 컬러 조합 유닛(1224)에 설치할 수 있다. 그 결과, 컬러 조합 유닛(1224)에서 조합된 후, 녹색광의 편광 방향은 청색광과 적색광의 편광 방향과 수직하게 된다.
전술한 바와 같이, 입사된 조합 광빔의 편광 방향에 의존하는 광 변조 소자인 화소 시프트 유닛(1214)은 컬러 조합 유닛(1224) 뒤에 설치된다. 화소 시프트 유닛(1214)은 입사된 p 편광된 녹색광의 광로만 시프트하고, 입사된 s 편광된 청색 또는 적색광은 시프트하지 않도록 구성된다. 전술한 바와 같이, 녹색광은 청색 및 적색광에 비해 상대적 시감도가 높다.
그 결과, 광 밸브(1012)에 의해 형성된 녹색 화상의 화소는 화소 시프트 유닛(1214)에 의해 시프트되지만, 광 밸브(1020)에 의해 형성된 청색 화상의 화소와 광 밸브(1022)에 의해 형성된 적색 화상의 화소는 시프트되지 않고 바로 투사 렌즈(1026)에 의해 투사된다.
화소 시프트 유닛(1214)이 컬러 조합 유닛(1224) 뒤에 설치되고, 입사 녹색광이 편광 상태이기 때문에, 청색광과 적색광을 적절하게 처리하여 이전 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또, 녹색광, 청색광, 및 적색광 모두가 화소 시프트 유닛(1214)을 투과하기 때문에, 추가 광로 길이차가 생성되지 않아, 광로 길이 수정 소자를 이용할 필요가 없다.
본 실시예에 따르면, p 편광에 대해서만 동작하고 s 편광에서는 동작하지 않도록 구성된, 편광에 의존하는 화소 시프트 유닛(1414)을 이용함으로써, 화소 시프트 유닛을 녹색광의 광로에 제한할 필요 없이, 화소 시프트 유닛을 적색, 녹색 및 청색광의 공통 광로에서 설정하는 것이 가능하다.
또한, 크로스 프리즘인 컬러 조합 유닛(1324)에서 청색 및 적색광에 대해서는 고 반사율을, 녹색광에 대해서는 고투과율을 이용하여, 조명광의 이용도를 높임으로써 투사 시스템의 휘도를 향상시키는 것이 가능하다.
또한, 상이한 컬러광 간의 추가 광로 길이차가 발생하는 것을 막아, 이들 상이한 컬러광의 배율 단색 수차를 방지할 수 있으며, 또 광로 길이 수정 소자를 이용하는 일 없이 장치 비용을 절감할 수 있다.
제9 실시예
도 27은 본 발명의 제9 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
도 27에서는 전술한 요소들에 대해서는 동일한 참조부호를 지정하며 중복 설명은 적절하게 생략하기로 한다.
도 27의 화상 표시 장치(1300)는 화소 시프트 유닛(1314)이 광 밸브(1312) 바로 다음에 배치된다는 점에서 도 23의 화상 표시 장치(1000)와 도 25의 화상 표시 장치(1100)와 동일하지만, 광 밸브(1312, 1320, 1322)가 투과형이 아니라 반사형 광 밸브란 점에서 화상 표시 장치(1000, 1100)와 도 26의 화상 표시 장치(1200)와 다르다.
도 27에 도시하는 바와 같이, 화상 표시 장치(1300)는, 조명 유닛(1002)과, 이 조명 유닛(1002)으로부터의 백색광을 상이한 단색광들, 예컨대 적색, 녹색, 청색광(3원색)으로 분리하는 컬러 선택 미러(1305, 1306)를 포함한 컬러 분리 유닛(1304)과, 반사 미러(1308, 1310)와, 녹색광에 이용되는 광 밸브(1312)와, 광 밸브(1312) 바로 다음에 설치된 화소 시프트 유닛(1314)과, 청색광에 이용되는 광 밸브(1320)와, 적색광에 이용되는 광 밸브(1322)와, 적색, 녹색, 청색광을 조합하여 컬러 화상을 형성하기 위한 컬러 조합 유닛(1324), 및 투사 광학 시스템(1326)을 포함한다.
또, 화상 표시 장치(1300)는 컬러 선택 미러(1306)에 의해 취득되는 녹색광과 적색광을 분리하기 위한 컬러 분리 유닛(1334)을 더 포함한다.
녹색광의 광로에는, 집광 렌즈(1332)와, 녹색광을 화소 시프트 유닛(1314)과 광 밸브(1312)에 지향시키기 위한 편광빔 분할기(PBS)(1330)가 배치되어 있다.
입사되는 백색광으로부터 컬러 선택 미러(1305)에 의해 분리되어 미러(1310)에 의해 반사되는 청색광의 광로에는, 청색광을 광 밸브(1320)에 지향시키는 편광빔 분할기(PBS)(1340), 및 편광빔 분할기(1340)로부터의 광의 편광 방향을 변경하는 1/2 파장판(1342)이 설치되어 있다.
입사되는 백색광으로부터 컬러 선택 미러(1306)에 의해 분리되어 미러(1308)에 의해 반사된 다음 컬러 분리 유닛(1334)을 통과하여 녹색광으로부터 분리되는 적색광의 광로에는, 집광 렌즈(1338)와, 적색광을 광 밸브(1322)에 지향시키는 편광빔 분할기(PBS)(1344), 및 편광빔 분할기(1342)로부터의 광의 편광 방향을 변경 하는 1/2 파장판(1346)이 설치되어 있다.
도 27에 도시하는 바와 같이, 조명 유닛(1002)으로부터의 직선 편광된 백색광(예컨대, 도시하는 바와 같이, 입사된 광의 편광 방향이 도면에 대해 수직, 즉 s 편광 성분)이 컬러 분리 유닛(1304)에 입사되고, 청색광은 컬러 선택 미러(1305)에 의해 백색광으로부터 분리되며, 녹색광과 적색광은 컬러 선택 미러(1306)에 의해 입사 백색광으로부터 분리된다.
더욱이, 컬러 분리 유닛(1334)은 녹색광을 집광 렌즈(1332)에 반사시키고 적색광은 통과시킨다. 녹색광은 편광빔 분할기(PBS)(1330)에 입사된다. 편광빔 분할기(PBS)(1330)는 녹색광을 화소 시프트 유닛(1314)과 광 밸브(1312)에 반사시킨다. s 편광된 녹색광은 화소 시프트 유닛(1314)을 통과하여 광 밸브(1312)에 입사된다.
예컨대, 광 밸브(1312)는 반사형 액정 패널이다. 광 밸브(1312)는 s 편광된 녹색광을 화소 단위로 변조한다. 화소가 턴온되는 경우, 변조된 광은 화소 시프트 유닛(1314)을 통해 편광빔 분할기(1330)에 출광되고, 편광빔 분할기(1330)는 녹색광의 편광 방향을 90도만큼 변경하여 컬러 화상을 투사하는데 이용되는 p 편광된 녹색광을 출광함으로써, 입사된 s 편광된 녹색광과 구별되게 한다. 화상 투사에 이용되는 구별된 p 편광된 녹색광은 컬러 조합 유닛(1324)에 입사되어 컬러 조합 유닛(1324)을 통과한다.
적색광에 있어서, 컬러 분리 유닛(1334)을 통과한 후, 적색광은 집광 렌즈(1338)를 통해 편광빔 분할기(PBS)(1344)에 입사된다. 편광빔 분할기(1334)는 적색광을 광 밸브(1322)에 반사시킨다.
예컨대, 광 밸브(1322)는 반사형 액정 패널이다. 광 밸브(1322)는 s 편광된 적색광을 화소 단위로 변조하고, 화소가 턴온되는 경우, 변조된 적색광은 편광빔 분할기(1344)에 출광되고, 편광빔 분할기(1344)는 적색광의 편광 방향을 90도만큼 변경하여, 컬러 화상을 투사하는데 이용되는 p 편광된 적색광을 출광함으로써, 입사된 s 편광된 적색광과 구별되게 한다. p 편광된 적색광은 1/2 파장판(1346)에 입사되어 p 편광된 적색광의 편광 방향이 90도만큼 변경된 다음, 컬러 조합 유닛(1324)에 반사되도록 p 편광된 적색광은 다시 s 편광된 적색광으로 변환된다. 그리고, 화상 투사에 이용되는 구별된 적색광이 컬러 조합 유닛(1324)에 입사된다.
청색광에 있어서, 컬러 선택 미러(1305)에 의해 생성되어 미러(1310)에 의해 반사된 후, 청색광은 집광 렌즈(1336)를 통해 편광빔 분할기(PBS)(1340)에 입사된다. 편광빔 분할기(1340)는 청색광을 광 밸브(1320)에 반사시킨다.
예컨대, 광 밸브(1320)는 반사형 액정 패널이고, s 편광된 청색광을 화소 단위로 변조한다. 화소가 턴온되는 경우, 변조된 청색광은 편광빔 분할기(1340)에 출광되고, 편광빔 분할기(1340)는 청색광의 편광 방향을 90도만큼 변경하여, 컬러 화상을 투사하는데 이용되는 p 편광된 청색광을 출광함으로써, 입사된 s 편광된 청색광과 구별되게 한다. p 편광된 청색광은 1/2 파장판(1342)에 입사되어 p 편광된 청색광의 편광 방향이 90도만큼 변경된 다음, 컬러 조합 유닛(1324)에 반사되도록 p 편광된 청색광은 다시 s 편광된 적색광으로 변환된다. 그리고, 화상 투사에 이용되는 구별된 청색광이 컬러 조합 유닛(1324)에 입사된다.
컬러 조합 유닛(1324)에서는 입사된 적색광, 녹색광 및 청색광이 조합되어 컬러 화상을 형성한다.
제6 실시예와 유사하게, 화소 시프트 유닛(1314)은 광 밸브(1312)와 컬러 조합 유닛(1324) 사이에 설치되어 매 프레임마다 광 밸브(1312)로부터 출광된 녹색광의 광로를 시프트함으로써, 광 밸브(1012)에 의해 투사된 녹색 화소의 위치를 시프트하여 추가 녹색 서브프레임을 형성한다. 여기서, 시프트된 녹색 화소는 시프트되지 않는 화소와 중첩되어서는 안 된다. 사람눈의 잔상 효과에 의해, 시프트된 위치에서의 녹색 서브프레임과 시프트되지 않은 위치에서의 적색, 청색 서브프레임 모두가 1 프레임 내에 존재하기 때문에, 시프트된 녹색 서브프레임의 수만큼 화소수가 증대한 것처럼 보인다.
화소 시프트 유닛(1314)은 가능한 한 많이 광 밸브(1312)에 인접하게 설치되는 것이 좋다. 도 27에서는, 화소 시프트 유닛(1314)을 광 밸브(1312)와 편광빔 분할기(1330) 사이에 배치한다. 화소 시프트 유닛(1314)을 광 밸브(1312)에 인접하게 하면, 화소 시프트 유닛(1314)의 사이즈를 줄이는 것이 가능하다.
화소 시프트 유닛(1314)을 편광빔 분할기(1330)와 컬러 조합 유닛(1324) 사이에 배치할 수 있음을 주지해야 한다.
본 실시예에 따르면, 반사형 광 밸브(1312, 1320, 1322)를 사용할 수 있으며, 각 화소의 면적비가 반사형 액정 패널에서 높기 때문에, 조명 유닛의 이용도를 높임으로써 화상의 휘도를 향상시키는 것이 가능하다.
또한, 화소 시프트 유닛(1314)을, 1 화상 프레임 기간 내에서 녹색 화소의 위치를 고속으로 시프트하도록 설치하기 때문에, 투사된 화상의 해상도를 향상시키 는 것이 가능하다. 시프트 유닛(1314)을 광 밸브(1312)에 인접하게 설치하기 때문에, 화소 시프트 유닛(1314)의 사이즈를 줄이고, 화소 시프트 유닛(1314)의 생산성을 향상시켜 화소 시프트 유닛(1314)의 비용을 절감함으로써 전체 화상 표시 장치의 비용을 절감하는 것이 가능하다.
제10 실시예
도 28은 본 발명의 제10 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
도 28에서는 전술한 요소들에 대해 동일한 참조부호를 지정하며 중복 설명은 적절하게 생략하기로 한다.
도 28의 화상 표시 장치(1400)는 도 26의 화상 표시 장치(1200)와 도 27의 화상 표시 장치(1300)를 조합한 것이다. 즉, 반사형 광 밸브(1312, 1320, 1322)를 이용하고, 화소 시프트 유닛(1414)이 투사 렌즈(1326)와 컬러 조합 유닛(1324) 사이에 배치된다.
도 28에 도시하는 바와 같이, 조명 유닛(1002)으로부터의 s 편광된 백색광이 컬러 분리 유닛(1304)에 입사되어 편광된 청색광과, 혼합된 녹색광과 적색광으로 분리된다. 컬러 분리 유닛(1334)은 또한 입사광을 s 편광된 녹색광과 s 편광된 적색광으로 분리한다. s 편광된 녹색광은 편광빔 분할기(1330)에 입사되어 광 밸브(1312)에 반사된다.
예컨대, 반사형 액정 패널인 반사형 광 밸브(1312)는 s 편광된 녹색광을 화소 단위로 변조하여, 변조된 s 편광된 녹색광을 편광빔 분할기(1330)에 출광하고, 편광빔 분할기(1330)는 입사된 s 편광된 녹색광의 편광 방향을 90도만큼 변경한 다음, 컬러 화상을 투사하는 이용되는 p 편광된 녹색광을 컬러 조합 유닛(1324)에 출광하여 컬러 조합 유닛(1324)을 통과하게 한다.
s 편광된 적색광은 집광 렌즈(1338)를 통해 편광빔 분할기(1344)에 입사한 다음, 광 밸브(1322)에 반사된다. 예컨대, 반사형 액정 패널인 광 밸브(1322)는 입사된 s 편광된 적색광을 화소 단위로 변조하고, 변조된 적색광을 편광빔 분할기(1344)에 출광한다. 편광빔 분할기(1344)는 s 편광된 적색광의 편광 방향을 90도만큼 변경한 다음, 컬러 화상을 투사하는 이용되는 p 편광된 적색광을 출광한다. 또, 1/2 파장판(1346)은 p 편광된 적색광의 편광 방향을 90도만큼 변경하여, 컬러 조합 유닛(1324)에서 반사되도록 p 편광된 적색광을 다시 s 편광된 적색광으로 변환한다. 그리고, s 편광된 적색광은 컬러 조합 유닛(1324)에 입사된다.
s 편광된 청색광은 집광 렌즈(1336)를 통해 편광빔 분할기(1340)에 입사한 다음, 광 밸브(1320)에 반사된다. 예컨대, 반사형 액정 패널인 광 밸브(1320)는 s 편광된 청색광을 화소 단위로 변조하고, 변조된 청색광을 편광빔 분할기(1340)에 출광한다. 편광빔 분할기(1340)는 s 편광된 청색광의 편광 방향을 90도만큼 변경하고, 1/2 파장판(1342)은 입사된 p 편광된 청색광의 편광 방향을 90도만큼 추가 변경하여, 컬러 조합 유닛(1324)에서 반사되도록 p 편광된 청색광을 다시 s 편광된 청색광으로 변환한다. 그리고, s 편광된 청색광은 컬러 조합 유닛(1324)에 입사된다.
컬러 조합 유닛(1324)에서는 입사된 s 편광된 적색광, p 편광된 녹색광, s 편광된 청색광이 조합되어 컬러 화상을 형성한다.
예컨대, 컬러 조합 유닛(1324)은 크로스 프리즘일 수 있으며, s 편광된 청색 및 적색광은 반사하지만 p 편광된 녹색광은 투사시키도록 구성된다. 이에, s 편광된 청색 및 적색광에 대해서는 높은 반사율을 갖고 p 편광된 녹색광에 대해서는 높은 투과율을 갖는 이색막(dichroic film)을 컬러 조합 유닛(1324)에 설치할 수 있다. 그 결과, 컬러 조합 유닛(1324)에서 조합된 후, 녹색광의 편광 방향은 청색광과 적색광의 편광 방향과 수직하게 된다.
화소 시프트 유닛(1414)은 입사 광빔의 편광 방향에 의존하는 광 변조 소자이며, 컬러 조합 유닛(1324) 뒤에 배치된다. 화소 시프트 유닛(1414)은 입사된 p 편광 녹색광의 광로는 시프트하지만, 입사된 s 편광된 청색 또는 적색광의 광로는 시프트하지 않는다. 그 결과, 광 밸브(1312)에 의해 형성된 녹색 화상의 화소는 화소 시프트 유닛(1414)에 의해 시프트되지만, 광 밸브(1320)에 의해 형성된 청색 화상의 화소와 광 밸브(1322)에 의해 형성된 적색 화상의 화소는 시프트되지 않고 바로 투사 렌즈(1026)에 의해 투사된다. 따라서, 고해상도의 화상 투사를 실현하는 것이 가능하다.
이전 실시예에서 전술한 바와 같이, 반사형 광 밸브(1312, 1320, 1322)를 이용함으로써, 각 화소의 높은 면적비를 얻을 수 있으며, 조명광의 이용도를 높임으로써 화상의 휘도를 향상시키는 것이 가능하다.
p 편광에 대해서만 동작하고 s 편광에서는 동작하지 않도록 구성된, 편광에 의존하는 화소 시프트 유닛(1414)을 이용함으로써, 화소 시프트 유닛(1414)을 녹색 광의 광로에 제한할 필요 없이, 화소 시프트 유닛(1414)을 적색, 녹색 및 청색광의 공통 광로에 설정하는 것이 가능하다.
또한, 크로스 프리즘인 컬러 조합 유닛(1324)에서 청색 및 적색광에 대해서는 고 반사율을, 청색광에 대해서는 고투과율을 이용하여, 조명광의 이용도를 높임으로써 투사 시스템의 휘도를 향상시킬 수 있다.
화소 시프트 유닛(1414)이 컬러 조합 유닛(1324) 뒤에 설치되고, 입사 녹색광이 편광 상태이기 때문에, 청색광과 적색광을 적절하게 처리하여 전술한 실시예들과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또, 녹색광, 청색광, 및 적색광이 화소 시프트 유닛(1414)을 투과하기 때문에, 추가 광로 길이차가 생성되지 않아, 광로 길이 수정 소자를 이용할 필요가 없다. 따라서, 상이한 컬러광 간의 추가 광로 길이차가 발생하는 것을 막고, 이들 상이한 컬러광의 배율 단색 수차를 막을 수 있으며, 또 광로 길이 수정 소자를 이용하는 일 없이 장치의 비용을 절감할 수 있다.
제11 실시예
도 29는 본 발명의 제11 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
도 29에서는 전술한 요소들에 대해서는 동일한 참조부호를 지정하며 중복 설명은 적절하게 생략하기로 한다.
도 29의 화상 표시 장치(1500)의 구성은, 컬러 선택 파장판(1502)이 컬러 조합 유닛(1324)의 하류측에 추가 설치되는 점을 제외하고, 도 28의 화상 표시 장치(1400)의 구성과 기본적으로 동일하다.
본 실시예에서는, 화소 시프트 유닛(1414)으로부터의 광빔의 편광 상태를 동일하게 조절하기 위해 컬러 선택 파장판(1502)을 이용한다. 예컨대, 컬러 선택 파장판(1502)은 명시된 컬러의 입사광의 편광 방향을 90도만큼 변경할 수 있는 소자이다. 예컨대, Color Link Inc.에서 제조한 제품 "Color Select"를 이용할 수 있다.
전술한 바와 같이, p 편광된 녹색광, s 편광된 청색 또는 적색광이 화소 시프트 유닛(1414)으로부터 출광된다. 컬러 선택 파장판(1502)이 입사된 p 편광(녹색광), 또는 입사된 s 편광(청색 또는 적색광)의 편광 방향을 90도씩 변경하도록 구성되면, 화소 시프트 유닛(1414)으로부터의 녹색, 청색 및 적색광은 동일한 편광 상태를 갖는다.
본 실시예의 화상 표시 장치에서는 도시 생략된 스크린의 성능이 종종, 입사된 광빔의 편광 상태에 의존한다. 예컨대, 적어도 하나의 반사 스크린, 또는 투과 스크린이 편광 의존성을 갖는다고 알려져 있다. 그렇기 때문에, 스크린 상에서의 입사광이 다양한 편광 상태를 갖는다면, 컬러 평형에 열화가 발생할 수 있다.
이 문제를 해결할 수 있는 방안이 입사광의 편광 상태를 균일화하는 하는 것이다. 본 실시예에서는, 화소 시프트 유닛(1414)으로부터의 적색, 청색, 및 녹색광을 컬러 선택 파장판(1502)에 의해 동일한 편광 상태를 갖도록 조절하여 동일한 편광 상태를 갖게 함으로써 이 문제를 해결할 수 있다
또, 화소 시프트 유닛(1414)으로부터의 적색, 청색, 및 녹색광이 컬러 선택 파장판(1502)에 의해 동일한 편광 상태를 갖도록 조절되기 때문에, 추가 편광자(도 시 생략)를 설치하여 화소 시프트 유닛(1414)으로부터의 적색, 청색, 및 녹색광의 편광도를 향상시킬 수 있으며, 이로 말미암아 화상 표시 장치의 콘트라스트를 향상시키는 것이 가능하다.
제12 실시예
전술한 실시예들에서는 광로 시프트 기술이 순차 컬러 기술과 조합하여 실현되는 것으로, 구체적으로 단일 광 밸브를 이용하여 광 밸브 상의 상이한 단색광의 조명이 시분할 방식으로 수행된다고 개시하였고, 또 광로 시프트 기술이 3개의 광 밸브를 이용하여 실현되며, 광 밸브 상의 상이한 단색광의 조명이 동시에 수행된다고 개시하였다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 광 밸브의 수에 그리고 조명 방법에 제한되지 않는다.
본 실시예에서는, 2개의 광 밸브를 이용하고, 2개의 광 밸브 상에서의 단색 광빔의 조명이 동시에 이루어지지만, 하나의 광 밸브 상에서의 조명은 시분할 방식으로 이루어진다.
도 30은 본 발명의 제12 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
이하에서는 전술한 요소들과 동일한 요소들에 대한 중복 설명은 적절하게 생략하기로 한다.
도 30에 도시하는 바와 같이, 화상 표시 장치(1600)는 조명 유닛(1002), 조명 유닛(1002)으로부터의 직선 편광된 백색광을 상이한 단색광들, 예컨대 녹색과 자색광으로 분리하는 컬러 분리 유닛(1604)과, 자색광으로부터 단색광(예컨대, 적색 또는 청색광)으로 선택하기 위한 컬러 전환 유닛(1606)과, 반사 미러(1608)와, 적색 또는 청색광에 이용되는 광 밸브(1608)와, 1/2 파장판(1616)과, 녹색광에 이용되는 광 밸브(1612)와, 화소 시프트 유닛(1614)과, 녹색광과 적색 또는 청색광을 조합하여 컬러 화상을 형성하기 위한 컬러 조합 유닛(1624), 및 광 밸브(1610, 1612)에 의해 형성된 화상을 확대 투사하는 투사 광학 시스템(1626)을 포함한다.
컬러 분리 유닛(1604)은 조명 유닛(1602)으로부터의 백색광의 녹색광 성분은 반사하고 자색광 성분은 통과시키는 이색 미러일 수 있다.
컬러 전환 유닛(1606)은 자색광으로부터 단색광을 선택하는 컬러 필터로 구성될 수 있다.
도 31은 도 30의 컬러 전환 유닛(1606)을 예시하는 도면이다.
도 31에 도시하는 바와 같이, 컬러 전환 유닛(1606)은 병렬로 배치된 적색 필터(1630)(R)와 청색 필터(1632)(B)로 형성된다. 적색 필터(1630)(R)와 청색 필터(1632)(B)는, 각각 적색만 그리고 청색만 통과시키는 투과형 컬러 필터이다. 또, 동작에 있어서, 컬러 전환 유닛(1606)이 회전하여 입사 백색광을 선택적으로 통과시킴으로써, 적색광과 청색광이 생성된다. 물론, 반사형 컬러 필터를 단색광을 생성하는데 이용할 수도 있다. 예컨대, 컬러 전환 유닛(1606)의 회전 속도가 투사된 화상의 전환 타이밍과 동기하여 설정되기 때문에, 적색 조명광과 청색 조명광이 시분할 방식으로 전환됨에 따라 적색 화상과 청색 화상이 형성된다.
광 밸브(1610, 1612)는 투과형 액정 패널, 반사형 액정 패널, 또는 마이크로 -미러 디바이스(예컨대 Texas Instrument Company에서 제조한 DMD)일 수 있다.
화소 시프트 유닛(1614)은, 녹색광에 이용되는 광 밸브(1612) 다음에 설치되어, 매 프레임마다 광 밸브(1612)로부터의 녹색광의 광로를 시프트함으로써, 광 밸브(1612)에 의해 투사된 녹색 화소의 위치를 시프트하여 하나 이상의 추가 녹색 서브프레임을 형성한다. 시프트된 녹색 화소는 시프트되지 않는 화소와 중첩되어서는 안 된다.
광 밸브(1612) 상의 화상 데이터는 화소 시프트가 수행될 때마다 갱신된다. 화소 시프트 및 화상 데이터 갱신 동작이 1 화상 프레임 기간 내에서 신속하게 수행되어, 사람눈의 잔상 효과에 의해, 시프트된 위치에서의 녹색 서브프레임과 시프트되지 않은 위치에서의 적색, 녹색 및 청색 서브프레임이 1 프레임 안에 존재하기 때문에, 시프트된 녹색 서브프레임의 수만큼 화소수가 증대한 것처럼 보이게 된다.
화소 시프트 유닛(1614)은 광로 시프트가 가능한 액정 소자 또는 광 변환 소자일 수 있거나, 투사 패널을 구동하여 마이크로 모션을 수행하게 함으로써 구현될 수도 있다.
도 30에는 도시하지 않지만, 제1 실시예에 개시한 제어 유닛(13)과 유사한 제어 유닛이 본 실시예의 화상 표시 장치(1600)에 설치된다. 이 제어 유닛은 광 밸브(1610, 1612) 상에 인가되는 화상 데이터를 제어하고, 컬러 전환 유닛(1606)의 컬러 전환 동작을 제어하며, 화소 시프트 유닛(1614)의 화소 시프트 동작을 제어해 광 밸브(1610, 1612)와, 컬러 전환 유닛(1606), 및 화소 시프트 유닛(1614)이 연동하여 단색 화상 및 타깃 컬러 화상을 형성하게 한다.
도 32는 본 실시예에 따른 광 조명과 화소 시프트의 타이밍을 나타내는 타이밍 시퀀스도이다.
본 실시예에서는 2개의 광 밸브를 이용하고, 녹색광을 이용한 조명이 전환되는 일 없이 항상 수행된다. 한편, 적색 및 청색광을 이용한 조명이 시분할 방식으로 수행되는데, 즉 적색광과 청색광을 이용한 조명이 순차적으로 전환되도록 수행된다.
도 32에 도시하는 바와 같이, 화상 프레임, 예컨대 Fi를 형성하기 위해, 적색광과 청색광을 이용한 조명을 프레임 내에서 전환하여 제1 화소 위치(위치 1)에서 적색서브프레임(Rfi) 및 청색 서브프레임(Bfi)을 순차 형성한다.
도 32에 도시하는 바와 같이, 화소 시프트 유닛(1614)은 녹색광을 이용한 조명 시에 화상 프레임(Fi) 내에서 1회 화소 시프트를 수행하여, 화상 프레임(Fi) 내에서 녹색 서브프레임(G1fi)이 제1 화소 위치(위치 1)에서 형성되고 녹색 서브프레임(G2fi)이 제2 화소 위치(위치 2)에서 형성된다.
제1 화소 위치(위치 1)에서 적색 서브프레임(Rfi)과 청색 서브프레임(Bfi), 제1 화소 위치(위치 1)에서 녹색 서브프레임(G1fi), 그리고 제2 화소 위치(위치 2)에서 녹색 서브프레임(G2fi)이 함께 화상 프레임(Fi)을 형성한다.
마찬가지로, 화상 프레임, Fi+1을 형성하기 위해, 적색광과 청색광을 이용한 조명을 프레임(Fi+1) 내에서 전환하여, 제1 화소 위치(위치 1)에서 적색 서브프레임(Rfi+1) 및 청색 서브프레임(Bfi+1)을 순차 형성한다. 화소 시프트 유닛(1614)은 화상 프레임(Fi+1) 내에서 녹색광에 대해 1회 화소 시프트를 수행하여, 화상 프레 임(Fi+1) 내에서 녹색 서브프레임(G1fi+1)이 제1 화소 위치(위치 1)에서 형성되고 녹색 서브프레임(G2fi+1)이 제2 화소 위치(위치 2)에서 형성된다.
제1 화소 위치(위치 1)에서 적색 서브프레임(Rfi+1)과 청색 서브프레임(Bfi+1), 제1 화소 위치(위치 1)에서 녹색 서브프레임(G1fi+1), 그리고 제2 화소 위치(위치 2)에서 녹색 서브프레임(G2fi+1)이 함께 화상 프레임(Fi+1)을 형성한다.
마찬가지로, 화상 프레임 Fi+2에 대해서, 적색광과 청색광을 프레임(Fi+2) 내에서 전환하여, 제1 화소 위치(위치 1)에서 적색 서브프레임(Rfi+2) 및 청색 서브프레임(Bfi+2)을 순차 형성한다. 화소 시프트 유닛(1614)은 화상 프레임(Fi+2) 내에서 녹색광에 대해 1회 화소 시프트를 수행하여, 화상 프레임(Fi+2) 내에서 녹색 서브프레임(G1fi+2)이 제1 화소 위치(위치 1)에서 형성되고 녹색 서브프레임(G2fi+2)이 제2 화소 위치(위치 2)에서 형성된다.
제1 화소 위치(위치 1)에서 적색 서브프레임(Rfi+2)과 청색 서브프레임(Bfi+2), 제1 화소 위치(위치 1)에서 녹색 서브프레임(G1fi+2), 그리고 제2 화소 위치(위치 2)에서 녹색 서브프레임(G2fi+2)이 함께 화상 프레임(Fi+2)을 형성한다.
적색광과 청색광을 전환하는 타이밍이 녹색광을 시프트하는 타이밍과 반드시 일치할 필요가 없음을 주지해야 한다.
본 실시예에 있어서, 녹색광을 이용한 조명은 전환없이 계속해서 수행되고, 적색 및 청색광을 이용한 조명은 시분할 방식으로 순차 수행되는데, 다시 말해 적색광, 청색광 및 녹색광을 이용한 조명 구간이 상이하다. 사람 눈의 잔상 효과에 의해, 투사된 화상의 컬러 휘도는 일정한 기간 내에서 적색 화상, 청색 화상 및 녹 색 화상의 축적에 의해 결정되며, 예컨대 2개 위치에서의 녹색광을 이용한 조명의 구간이 절반으로 감소하면, 투사된 화상의 컬러 평형을 달성하는 것이 가능하다. 또한, "컬러 스크롤" 등의 조명 기술을 이용하여 충분히 높은 광 이용율을 달성하는 것이 가능하다.
본 실시예에 따르면, 순차 컬러 기술에 의해 특징지어지는 간단한 구조를 갖는 화상 표시 장치를 제공하는 것이 가능하다.
또, 고해상도의 고화질 화상을 저가로 표시하는 것이 가능한 컴팩트한 화상 표시 장치를 제공하는 것이 가능하다.
제13 실시예
도 33은 본 발명의 제13 실시예에 따른 화상 표시 장치의 구성을 예시하는 도면이다.
도 33에서는 전술한 요소들에 대해서는 동일한 참조부호를 지정하며 중복 설명은 적절하게 생략하기로 한다.
도 33의 화상 표시 장치(1700)는, 반사형 광 밸브(1710, 1712)를 사용하고 화소 시프트 유닛(1714)이 투사 렌즈(1626)와 컬러 조합 유닛(1724) 사이에 배치된다는 점에서, 도 32의 화상 표시 장치(1600)와 다르다.
상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 대해서 예시적인 목적으로 선택된 특정 실시예들을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이들 실시예들에 제한되는 것이 아니라, 본 발명의 기본 원리 및 범주 내에서 일탈하는 일없이 당업자에 의해 다양한 변형예가 가능함이 명백하 다.
본 특허 출원은 2004년 11월 2일자로 출원한 일본 우선권 특허 출원 제2004-319045호에 기초한 것이며, 이 우선권의 전체 내용은 참조 문헌으로 본 명세서에 포함된다.

Claims (24)

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  5. 시분할 조명을 위해 복수의 상이한 단색 광빔들을 시분할 방식으로 순차 생성하는 시분할 조명 유닛과;
    각각의 상기 단색 광빔들이 광 밸브를 조명하는 경우에 타깃 화상의 복수의 서브프레임들을 형성하도록 동작 가능한 광 밸브와;
    상기 단색 광빔들 중 하나에 대응하는 단색 화상을 형성하기 위하여 상기 단색 광빔들 중 하나의 조명시에 상기 광 밸브를 제어하는 제어 유닛과;
    상기 광 밸브로부터의 출광빔의 광로를 상기 타깃 화상의 프레임 기간에 따라 시프트하여 상기 타깃 화상의 서브프레임을 상기 광 밸브로부터 형성된 다른 서브프레임들과 상이한 위치에 형성하도록 동작 가능한 광로 시프트 유닛
    을 포함하고,
    상기 시분할 조명 유닛은, 상기 타깃 화상의 1 프레임 기간 내에서, 미리 정해진 파장대를 갖는 단색 광빔들 중 적어도 하나를 시분할 방식으로 적어도 2개의 부분으로 분할하도록 구성된 컬러 전환 유닛을 포함하고,
    상기 광로 시프트 유닛은 적어도, 상기 미리 정해진 파장대를 갖는 단색 광빔의 하나 이상의 부분들이 상기 광 밸브를 조명하는 경우에, 상기 광 밸브로부터의 상기 출광빔의 광로를 시프트하며,
    조명은 상기 광로 시프트 유닛의 광로 시프트 동작의 타이밍에 따라 시분할 방식으로 수행되는 것인, 화상 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 컬러 전환 유닛은, 상기 상이한 단색 광빔들의 조명 기간을 각기 명시하여, 명시된 조명 기간과 상기 광로 시프트 유닛의 광로 시프트 동작의 타이밍에 따라 조명이 시분할 방식으로 이루어지도록 상기 타깃 화상의 1 프레임 기간 내에서 백색 조명광이 생성되게 구성되는 것인, 화상 표시 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 상이한 단색 광빔들은 적색 광빔, 녹색 광빔, 및 청색 광빔을 포함하고,
    상기 컬러 전환 유닛은, 타깃 화상의 1 프레임 기간 내에서, 상기 녹색 광빔을 적어도 제1 부분과 제2 부분으로 분할하고, 상기 녹색 광빔의 제1 부분, 상기 녹색 광빔의 제2 부분, 상기 적색 광빔, 및 상기 청색 광빔에 각각 대응하는 4개 이상의 시분할을 포함하는 1 조명 사이클을 정의하며,
    상기 광로 시프트 유닛은, 상기 녹색 광빔의 제1 부분의 조명시에 또는 상기 녹색 광빔의 제2 부분의 조명시에 상기 광 밸브로부터의 출광빔의 광로를 시프트하는 것인, 화상 표시 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 상이한 단색 광빔들은 적색 광빔, 녹색 광빔, 및 청색 광빔을 포함하고,
    상기 컬러 전환 유닛은, 타깃 화상의 1 프레임 기간 내에서, 상기 녹색 광빔을 적어도 제1 부분과 제2 부분으로 분할하고, 상기 녹색 광빔의 제1 부분, 상기 녹색 광빔의 제2 부분, 상기 적색 광빔, 및 상기 청색 광빔에 각각 대응하는 4개 이상의 시분할을 포함하는 1 조명 사이클을 정의하며,
    상기 적색 광빔 및 상기 청색 광빔의 조명 기간은 상기 녹색 광빔의 제1 부분의 조명 기간과 상기 녹색 광빔의 제2 부분의 조명 기간 사이에 배치되고,
    상기 광로 시프트 유닛은, 상기 적색 광빔의 조명시에 또는 상기 청색 광빔의 조명시에 상기 광 밸브로부터의 출광빔의 광로를 시프트하는 것인, 화상 표시 장치.
  9. 제5항에 있어서, 상기 컬러 전환 유닛은 병렬로 배치된 복수의 컬러 필터들을 포함하고,
    상기 컬러 전환 유닛은 상기 컬러 필터들을 상기 단색 화상을 표시하는 타이밍에 따라 왕복으로 반복 이동시켜 컬러 전환을 수행하고, 상기 미리 정해진 파장대를 갖는 상기 단색 광빔을 선택하며, 시분할 방식으로 조명을 수행하는 것인, 화상 표시 장치.
  10. 제5항에 있어서, 각각의 상기 단색 광빔은, 대응하는 조명 기간들 중 하나에 동기하여 발광하도록 제어되는 단색 광원으로부터 발광되는 것인, 화상 표시 장치.
  11. 제5항에 있어서, 상기 시분할 조명 유닛은, 백색 광원으로부터의 백색광을 서로 전환 가능하도록 구성된 복수의 파장 선택 필터들에 통과시키고, 상기 파장 선택 필터들을 전환하는 타이밍을 상기 백색광에 포함된 상이한 컬러들마다 상이하도록 설정하고, 상기 백색광에 포함된 상기 상이한 컬러의 조명 기간을 조절함으로써 상이한 단색 광빔들을 생성하는 것인, 화상 표시 장치.
  12. 제5항에 있어서, 상기 시분할 조명 유닛은 상기 미리 정해진 파장대를 갖는 상이한 단색 광빔의 시간 단위 당 강도를, 다른 상이한 단색광의 시간 단위 당 강도보다 낮게 설정하여 1 프레임 내에서 컬러 평형을 유지하는 것인, 화상 표시 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 파장 선택 필터들을 통과하는 광속(light flux)을 조절함으로써, 상기 미리 정해진 파장대를 갖는 상기 상이한 단색 광빔의 시간 단위 당 강도를, 다른 상이한 단색 광빔의 시간 단위 당 강도보다 낮게 설정하는 것인, 화상 표시 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 상이한 단색 광빔의 시간 단위 당 강도는 비조명 기간을 설정함으로써 저감되는 것인, 화상 표시 장치.
  15. 제5항에 있어서, 상기 시분할 조명 유닛은 액정 전환 소자를 이용해 상기 상이한 단색 광빔들을 생성하여, 상기 액정 전환 소자에서의 전환 파장 선택의 타이밍을, 백색 광원으로부터의 백색광에 포함된 상이한 컬러마다 상이하도록 설정하고, 상기 백색광에 포함된 상이한 컬러의 조명 기간을 선택적으로 조절하는 것인, 화상 표시 장치.
  16. 제5항에 있어서, 상기 광 밸브는 투과형 액정 패널, 반사형 액정 패널, 및 마이크로-미러 디바이스 중 하나인 것인, 화상 표시 장치.
  17. 광원으로부터 발광된 광으로부터 상이한 파장대를 갖는 복수의 광빔들을 추출하도록 구성된 광 분리 유닛과;
    상기 상이한 파장대를 갖는 광빔들에 의해 각각 조명되고 상이한 파장대에 대응하는 복수의 단색 화상들을 각각 형성하는 복수의 광 밸브들과;
    상기 단색 화상들을 조합하여 컬러 화상을 생성하는 컬러 조합 유닛과;
    상기 광 밸브들 중 하나의 하류측에 설치되며 상기 광 밸브들 중 하나로부터의 출광빔의 광로를 상기 타깃 화상의 프레임 기간에 따라 시프트하여 상기 광 밸브들 중 하나에 의해 형성된 화상의 서브프레임을 형성하는 하나 이상의 광로 시프트 유닛
    을 포함하고,
    상기 광로 시프트 유닛은 상기 광 밸브들 중 하나와 상기 컬러 조합 유닛 사이에 설치되고,
    상기 하나의 광 밸브 외의 다른 광 밸브들 각각과 상기 컬러 조합 유닛 사이에 광로 수정 소자가 배치되며, 상기 광로 수정 소자에서의 광로 길이는 상기 광로 시프트 유닛에서의 광로 길이와 실질적으로 같은 것인, 화상 표시 장치.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제17항에 있어서, 각각의 상기 광 밸브는 투과형 광 밸브와 반사형 광 밸브 중 하나인 것인, 화상 표시 장치.
  21. 제17항에 있어서, 각각의 상기 광 밸브는 상기 광 밸브로부터의 출광되는 광빔의 편광 방향을 화소 단위로 제어하는 것이 가능한 광학 변조 소자이고,
    상기 광 밸브들 중 하나로부터의 출광빔의 편광 방향은 상기 컬러 조합 유닛을 통과한 후에, 다른 광 밸브들로부터의 출광빔들의 편광 방향과 수직이며,
    상기 광로 시프트 유닛은 편광 의존적이고, 상기 컬러 조합 유닛의 하류측에 배치되어 상기 광 밸브들 중 하나로부터의 출광빔의 광로를 선택적으로 시프트하는 것인, 화상 표시 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 컬러 조합 유닛의 하류측에 컬러 선택 파장판을 설치하여 상이한 광 밸브들로부터의 출광빔의 편광 상태들을 동일하게 조절하는 것인, 화상 표시 장치.
  23. 삭제
  24. 삭제
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