KR100879407B1 - 투사형 표시장치를 위한 광 복원 - Google Patents

투사형 표시장치를 위한 광 복원 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제 1 및 제 2 초점을 가지는 반사체를 구비한 투사형 표시장치를 위한 광 복원 시스템에 관한 것이다. 전자기 방사선의 소스는 반사체로부터 반사되어 실질적으로 제 2 초점에서 수렴하는 방사선을 방출하기 위해 반사체의 제 1 초점에 인접 배치된다. 레트로-반사체는 수렴선의 플럭스 강도를 증가시키기 위해 반사체상에 직접적으로 충돌하지 않는 전자기 방사선의 적어도 일부를 반사체의 제 1 초점을 통해 반사체를 향해 반사한다. 입력면과 출력면을 구비한 광 파이프는 실질적인 모든 방사선을 수집 및 투과하도록 입력면이 제 2 초점에 인접한 상태로 배치된다. 제 1 반사체는 방사선의 제 2 및 제 3 대역을 반사하면서, 방사선의 제 1 대역을 투과하도록 출력면에 인접 배치된다. 제 2 반사체는 방사선의 제 1 및 제 3 대역을 반사하면서, 방사선의 제 2 대역을 투과하도록 출력면에 인접 배치된다. 제 3 반사체는 방사선의 제 1 및 제 2 대역을 반사하면서, 방사선의 제 3 대역을 투과하도록 출력면에 인접 배치된다. 대안적으로, 실질적으로 모든 방사선을 수집하여, 제 1 편광 및 제 2 편광의 방사선으로 편광시키도록 출력면에 인접 배치된다. 제 1 편광의 방사선은 투과되고, 제 2 편광의 방사선은 출력면을 향해 반사된다. 제 2 편광의 방사선의 경로내에 파장판이 배치된다.

Description

투사형 표시장치를 위한 광 복원{LIGHT RECOVERY FOR PROJECTION DISPLAYS}
관련 출원에 대한 상호참조
본 출원은 본 명세서에서 그 내용을 참조하고 있는 2001년 4월 25일자로 출원된 가특허 출원 제 60/286,006 호 및 2001년 6월 7일자로 출원된 60/296,146 호에 대한 우선권을 주장한다.
본 발명은 투사형 시스템에서 낭비될 수 있는 광을 복원하는 것에 관한 것이다.
투사형 표시장치는 예로서, 스크린상에 광을 투사함으로써 동작한다. 광은 색상이나 명암 또는 양자 모두의 패턴으로 배열된다. 이 패턴을 시청자가 이미 친숙한, 문자나 형상(face) 같은 이미지와 연계시킴으로써 그들을 이해하는 시청자에게 이 패턴이 보여지게 된다. 이 패턴은 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 한가지 방식은 광 빔을 정보 스트림으로 변조하는 것이다.
편광된 광은 편광 필터로 이를 필터링함으로써 변조될 수 있다. 예로서, LCD-형 투사형 표시장치에서, 변조를 수행하기 위해 LCD 이미저(imager)가 사용될 수 있다. LCD 이미저는 그 편광(polarization)을 입사광의 편광에 일치하도록 또는 그와 달라지도록 변경함으로써 변조될 수 있는 화소를 포함할 수 있다. 이 화소는 일반적으로, 그 편광이 입사광의 편광과 일치하는 경우에 광을 통과시킨다.
화소의 편광이 시청자가 친숙할 수 있는 패턴 같은 정보로 변조되는 경우에, 정보는 광의 존재 또는 부재로서 스크린상에 투사되게 된다. 화소가 시청자가 친숙할 수 있는 패턴을 형성하는 정보로 변조되는 경우에, 시청자는 스크린상에 투사된 패턴을 인지할 수 있다.
소스로부터의 광의 단지 절반만이 광이 편광된 이후 LCD 이미저에 입력하기에 정확한 편광이 된다. 다른 절반은 부정확한 편광으로 이루어지며, 따라서, 직접적으로 사용될 수 없다. 잘못된 편광으로 이루어진 광이 복원되어 사용되는 것이 바람직하다.
부정확하게 편광된 광을 정확한 편광으로 변환하여 이를 사용할 수 있도록 하기 위해 다양한 구조가 개발되어 왔다. 가장 일반적인 구조는 렌즈의 어레이와, 편광 빔 분할기(PBS)의 어레이를 사용한다. 다른 시스템은 테이퍼형 광 파이프(pipe)와 PBS를 사용하며, 광 파이프 내측에서 편광 복원이 수행된다. 이런 시스템은 1:1 이중 포물선 결합 시스템에 사용될 수 있다.
그러나, 이들 시스템 대부분에서, 출력은 절반 시스템 에텐듀(etendue)에서 수집된다. 이때, 편광 복원 시스템은 출력 에텐듀를 다시 시스템 에텐듀로 두배가 되게 한다. 절반 시스템 에텐듀에서 보다 적은 광이 수집되기 때문에, 이런 시스템은 가능한 것 만큼 효과적이지 못하다. 에텐듀가 그 원래 크기로 유지되는 것이 적합하다.
또한, 투사형 표시장치내의 이미지를 조명하기 위해 착색광이 사용될 수도 있다. 예로서, 몇몇의, 예로서 3개의, 이미저상에 입사된 광의 착색 빔을 예로서 공간적으로 변조하고, 이들을 원하는 비율로 재조합하여 이미지를 생성함으로써 컬러 이미지가 생성될 수 있다. 변조된 빔을 다양한 비율로 재조합함으로써 소정 범위의 색상이 생성될 수 있다. 전형적인 착색 빔 세트는 적색, 녹색 및 청색(R, G, B)일 수 있으며, 예로서, 황색, 마젠타 및 시안 같은 다른 세트도 사용될 수 있다.
3개의 색상이 사용되는 경우에, 3개의 발광 다이오드(LED) 같은 3개의 별개의 칩에 의해 3개의 착색 빔이 생성되고, 그 각각이 한 색상의 광을 생성한다. 그러나, 이런 3-칩 시스템은 기계적으로 그리고 광학적으로 복잡하고 고가이다. 단일 광원을 가지는 시스템이 3-칩 시스템 보다 적합한 경우가 많다. 광을 생성하기 위해 단일 칩을 사용하는 것이 적합하다.
예로서, 백색광을 생성하는 단일 LED 칩 같은 단일 광원으로부터의 광은 이 광을 3 성분 색상 빔으로 분할함으로써 사용될 수 있다. 그후, 각 빔이 이미저에 의해 공간적으로 변조되고, 3-칩 시스템의 방식으로, 3개의 변조 빔이 재조합되어 원하는 컬러 이미지를 생성한다. 단일 칩 시스템으로부터의 빔은 착색 화소 또는 컬러 휠(color wheel) 같은 필터를 사용하여 3개의 색상으로 분할될 수 있다. 그러나, 이런 시스템은 컬러 필터링을 위해 총 광의 2/3를 소실한다. 잘못된 색상의 광이 복원 및 재사용될 수 있는 것이 적합하다.
이런 필터링 손실을 개선하기 위한 시스템이 설계되어 왔다. Koninklijke Philips Electronic N.V.(Philips)에 의해 제조된, 한가지 이런 시스템은 회전 프리즘을 사용하여 빔을 이미저를 가로질러 스크롤시킨다. 색상 분할 필터에 의해 적 색, 녹색 및 청색 빔이 생성된다. 이들 빔은 이미저상에 컬러 밴드(color band)를 형성하고, 적절한 구동 전자회로를 사용하여, 컬러 밴드의 위치에 따라 적절한 화소가 변조될 수 있다. 색상이 충분히 신속하게 스크롤되는 경우에, 눈은 연속적 색상 이미지를 지각하게 된다.
이 시스템의 단점은 이미저의 에텐듀가 시스템의 공차에 따라 3 내지 5의 인자 만큼 감소된다는 것이다. 이는 집광 효율의 저감을 초래한다. 따라서, 이 손실을 보상하기 위해 보다 크고 보다 고가의 칩이 필요해진다. 보다 큰 칩이 필요하지 않도록 에텐듀가 유지되는 것이 적합하다.
Texas Instrument, Inc.(TI)는 나선형 컬러 휠을 사용하는 스크롤링 시스템을 가진다. 휠은 Philips 시스템에서와 같이, 이미저를 가로질러 컬러 빔을 스크롤 시킨다. 광 파이프의 입력면 외측으로 반사시킴으로써, 나선형 컬러 휠에 의해 반사된 광 중 일부가 재포획되게 된다. 광 파이프는 반사체에 의해 입력면상으로 집중된 광을 수신하기 위한 개구를 구비한 입력면을 가진다. 입력면의 나머지는 재포획된 광을 컬러 휠로 다시 반사한다.
그러나, 입력면의 개구가 가용 입력면 보다 작기 때문에, 시스템의 명도가 감소되고, 이는 출력 빔의 에텐듀를 감소시킨다. 부가적으로, 컬러 휠로부터의 반사광 중 일부는 입력 개구를 통해 소실된다. 크기가 입력 개구에 한정되지 않는 입력면이 적합하다.
일 실시예에서, 본 발명은 제 1 및 제 2 초점을 갖는 반사체를 구비한 투사 형 표시장치용 광 복원 시스템을 포함한다. 전자기 방사선의 소스는 반사체로부터 반사되어 실질적으로 제 2 초점에서 수렴하는 방사선을 방출하도록 반사체의 제 1 초점 인근에 배치된다. 레트로-반사체는 수렴선의 플럭스 강도를 증가시키도록, 반사체상에 직접적으로 충돌하지 않는 전자기 방사선의 적어도 일부를 반사체의 제 1 초점을 통해 반사체를 향해 반사하도록 반사체에 대향하여 배치된다. 입력면과 출력면을 가지는 광 파이프가 실질적인 모든 방사선을 수집 및 투과하도록 입력면이 제 2 초점에 인접한 상태로 배치된다. 제 1 반사체는 방사선의 제 1 대역을 투과하고, 방사선의 제 2 및 제 3 대역을 반사하도록 출력면에 인접 배치된다. 제 2 반사체는 방사선의 제 2 대역을 투과하고, 방사선의 제 1 및 제 3 대역을 반사하도록 출력면에 인접 배치된다. 제 3 반사체는 방사선의 제 3 대역을 투과하고, 방사선의 제 1 및 제 2 대역을 반사하도록 출력면에 인접 배치된다.
제 2 실시예에서, 본 발명은 제 1 및 제 2 초점을 가지는 반사체를 구비한 투사형 표시장치용 광 복원 장치를 포함한다. 전자기 방사선의 소스는 반사체로부터 반사되어 실질적으로 제 2 초점에서 수렴하는 방사선을 방출하도록 반사체의 제 1 초점에 인접 배치된다. 레트로-반사체는 수렴선의 플럭스 강도를 향상시키도록 반사체의 반사체상에 직접적으로 충돌하지 않는 전자기 방사선의 적어도 일부를 제 1 초점을 통해 반사체를 향해 반사하도록 반사체에 대향 배치된다. 입력면과 출력면을 가지는 광 파이프는 실질적인 모든 방사선을 수집 및 투과하도록 입력면이 제 2 초점에 인접한 상태로 배치된다. PBS가 실질적인 모든 방사선을 수집하여 제 1 편광 및 제 2 편광의 방사선으로 편광시키도록 출력면에 인접 배치된다. 제 1 편광 의 방사선은 투과되고, 제 2 편광의 방사선은 출력면을 향해 반사된다. 파장판이 제 2 편광의 방사선의 경로에 배치된다.
제 3 실시예에서, 본 발명은 반사체의 제 1 초점에 전자기 방사선의 소스를 배치하는 단계, 소스에 의해 방사선을 생성하는 단계, 반사체에 의해 방사선의 일부를 제 2 초점을 향해 반사하는 단계, 제 2 초점에서 방사선을 실질적으로 수렴시키는 단계, 반사체상에 직접적으로 충돌하지 않는 방사선의 적어도 일부를 반사체의 제 1 초점을 통해 반사체를 향해 반사시키는 단계, 입력면이 제 2 초점에 실질적으로 근접하도록 입력면과 출력면을 가지는 출력 광 파이프를 배치하는 단계, 입력면에서 실질적으로 방사선을 수집하는 단계, 출력 광 파이프를 통해 방사선을 통과시키는 단계, 출력 광 파이프의 출력면으로부터 방사선을 출력하는 단계, 출력면에 인접하게 PBS를 배치하는 단계, 방사선을 제 1 편광의 방사선과 제 2 편광의 방사선으로 실질적으로 편광시키는 단계, 제 1 편광의 방사선을 실질적으로 투과하는 단계, 제 2 편광의 방사선을 출력면을 향해 실질적으로 반사시키는 단계, 출력면에서 제 2 편광의 방사선을 실질적으로 수집하는 단계, 제 2 편광의 방사선을 출력 광 파이프를 통해 통과시키는 단계, 출력 광 파이프의 입력면으로부터 제 2 편광의 방사선을 출력하는 단계, 제 2 초점에서 제 2 편광의 방사선을 실질적으로 수렴시키는 단계, 반사체에 의해 제 2 편광의 방사선의 실질적으로 일부를 제 1 초점을 향해 반사시키는 단계, 파장판으로 제 2 편광의 방사선을 실질적으로 원형 편광시키는 단계, 원형 편광 방사선을 제 1 초점에 실질적으로 수렴시키는 단계, 반사체의 제 1 초점을 통해 반사체를 향해 원형 편광 방사선을 실질적으로 반사시키는 단 계, 원형 편광 방사선을 제 1 편광의 방사선으로 실질적으로 편광시키는 단계, 제 2 초점에서 제 1 편광의 방사선을 실질적으로 수렴시키는 단계, 입력면에서 제 1 편광의 방사선을 실질적으로 수집하는 단계, 출력 광 파이프를 통해 제 1 편광의 방사선을 통과시키는 단계, 및, 출력 광 파이프의 출력면으로부터 실질적으로 제 1 편광의 방사선을 출력하는 단계로 구성된 편광 복원 방법을 포함한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 투사형 표시장치를 위한 광 복원 시스템의 개략도.
도 2a-d는 본 발명의 실시예와 함께 사용하도록 구성된 다양한 반사체를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 투사형 표시장치를 위한 광 복원 시스템의 개략도.
도 4는 본 발명의 실시예와 함께 사용하기 위한 광 파이프를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예와 함께 사용하기 위한 컬러 휠을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 투사형 표시장치를 위한 광 복원 시스템의 개략도.
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 투사형 표시장치를 위한 광 복원 시스템의 개략도.
도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 투사형 표시장치를 위한 광 복원 시스템의 개략도.
도 9는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 투사형 표시장치를 위한 광 복원 시스템의 개략도.
도 10a-c는 본 발명의 실시예와 함께 사용하기 위한 전자기 방사선의 소스의 다양한 구성을 도시하는 도면.
도 11은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 투사형 표시장치를 위한 광 복원 시스템의 개략도.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 복원 시스템 및 장치(100)가 도 1에 도시되어 있다. 광 복원 시스템 및 장치(100)는 제 1 및 제 2 초점(104, 106)을 구비한 반사체(102)를 포함한다.
일 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 반사체(102)는 전자기 방사선 스펙트럼의 미리 지정된 부분만을 반사하는 코팅(162)을 갖는다. 코팅(162)은 예로서, 적외선, 가시광, 방사선의 파장 중 미리 지정된 대역, 방사선의 특정 색상 또는 소정의 그 조합을 반사할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 코팅(162)은 예로서, 적외 방사선 또는 자외선 방사선을 반사하는 대신 투과할 수 있다. 이는 예로서, 이미저에 결합되기 이전에 무용한 비-가시 방사선을 폐기하기 위해 사용될 수 있다.
전자기 방사선(100)의 소스(108)는 반사체(102)로부터 반사되어 실질적으로 제 2 초점(106)에서 수렴하는 전자기 방사선(110)을 방출하도록 반사체(102)의 제 1 초점(104)에 근접하게 배치된다. 일 실시예에서, 전자기 방사선(110)의 소스(108)는 예로서, 제논 램프, 금속 할라이드 램프, 고 강도 방전(HID) 램프 또는 수은 램프 같은 아크 램프일 수 있다. 다른 실시예에서, 전자기 방사선(110)의 소스(108)는 예로서, 할로겐 램프 또는 필라멘트 램프일 수 있다.
도 2a-2d에는 본 발명의 실시예와 함께 사용될 수 있는 반사체(202)의 다양한 구조가 도시되어 있다. 반사체(202)는 예로서, 실질적인 타원형 회전면(202a)의 일부, 실질적인 포물선형 회전면(202b)의 일부, 실질적인 구형 회전면(202c)의 일부 또는 실질적인 원환형 회전면(202d)의 일부일 수 있다.
도 10a에는 본 발명의 실시예와 함께 사용될 수 있는 전자기 방사선(1010a)의 소스(1008a)가 도시되어 있다. 소스(1008a)는 예로서, 백색광 같은 한 범위의 방사선 대역을 방출하는 LED 같은 전자기 방사선의 예로서, 단일-칩 소스일 수 있다.
도 10b에는 본 발명의 일 실시예와 함께 사용될 수 있는 전자기 방사선(1010b)의 소스(1008b)가 도시되어 있다. 전자기 방사선(1010b)의 소스(1008b)는 예로서, 도 10b에 도시된 바와 같이, 적색 및 청색광 같은 두 범위의 방사선 대역을 방출하는 두 개의 LED 같은 예로서, 전자기 방사선의 이중-칩 소스일 수도 있다.
도 10c에는 본 발명의 일 실시예와 함께 사용될 수 있는 전자기 방사선(1010c)의 소스(1008c)가 도시되어 있다. 전자기 방사선(1010c)의 소스(1008c)는 예로서, 도 10c에 도시된 바와 같이, 적색, 녹색 및 청색광 같은 세 범위의 방사선 대역을 방출하는 세 개의 LED 같은 전자기 방사선의 예로서, 삼중- 칩 소스일 수도 있다.
레트로-반사체(112)는 수렴선의 플럭스 강도를 증가시키도록, 직접적으로 반사체(102)에 충돌하지 않는 전자기 방사선(110)의 적어도 일부(114)를 주 반사체(356) 또는 반사체(102)의 제 1 초점(104)을 통해 반사체(102)를 향해 반사하도록, 도 1에 도시된 바와 같이, 반사체(102)에 대향하여 배치된다. 레트로-반사체(112)는 예로서, 주 반사체(356) 또는 반사체(102)에 대향한 소스(108)의 측면상에 배치된 구형 레트로-반사체(112)일 수 있다. 일 실시예에서, 레트로-반사체(112)는 반사체(102)와 일체이다. 다른 실시예에서, 레트로-반사체(112)는 전자기 방사선 스펙트럼의 미리 지정된 부분만을 반사하는 코팅(184)을 가진다. 코팅(184)은 예로서, 적외선 방사선, 가시광, 방사선의 미리 지정된 파장 대역, 방사선의 특정 색상 또는 그 소정의 조합을 반사할 수 있다.
또한, 광 복원 시스템 및 장치(100)는 입력면(118)과 출력면(120)을 가지는 광 파이프(116)를 포함한다. 광 파이프(116)는 예로서, 테이퍼형 광 파이프(TLP) 또는 직선형 광 파이프(SLP)일 수 있다. 광 파이프(116)는 예로서, 석영, 유리, 플라스틱 또는 아크릴로 이루어질 수 있다. 입력면(118) 및 출력면(120)의 치수는 예로서, 출력 수치적 개구(NA)가 디바이스 수신 방사선(110)에 일치되도록 선택될 수 있다. 디바이스가 예로서, 편광 빔 분할기(PBS)인 경우에, NA는 편광기의 효과적인 동작을 위해 충분히 작아야한다.
입력면(118)은 실질적인 모든 방사선(110)을 수집 및 투과하도록 제 2 초점(106)에 근접 배치된다. 양호한 실시예에서, 입력면(118)의 전체 구역이 예로 서, 실질적으로 투과성일 수 있다.
도 3에 도시된 제 2 실시예에서, 반사체(302)는 예로서, 제 1 광축(358)을 가지는 주 반사체(356)와 제 2 광축(362)을 가지는 부 반사체(360)로 이루어질 수 있다. 부 반사체(360)는 주 반사체(356)에 실질적인 대칭으로 배치되며, 제 1 광축(358)이 제 2 광축(362)과 실질적인 동일 직선상에 위치되는 상태로 배치된다. 제 1 초점(304)은 주 반사체(356)의 초점이고, 제 2 초점(306)은 부 반사체(360)의 초점이다. 방사선(310)은 주 반사체(356)로부터 부 반사체(360)를 향해 반사되고, 실질적으로 제 2 초점(306)에서 수렴한다.
일 실시예에서, 주 및 부 반사체(356, 360)는 예로서, 실질적인 타원형 회전면 또는 실질적인 포물선형 회전면의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 주 반사체(356)는 예로서, 실질적인 타원형 회전면의 적어도 일부를 포함하고, 부 반사체(360)는 예로서, 실질적인 쌍곡선형 회전면의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 주 반사체(356)는 예로서, 실질적인 쌍곡선형 회전면의 적어도 일부를 포함하고, 부 반사체(360)는 예로서, 실질적인 타원형 회전면의 적어도 일부를 포함할 수 있다.
도 4에는 본 발명의 실시예와 함께 사용하기 위한 광 파이프(416)가 도시되어 있다. 일 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 반사체(422)는 광 파이프(416)의 외면에 인접 배치된다. 제 1 반사체(422)는 방사선의 제 1 대역(424)을 투과하고, 방사선의 제 2 및 제 3 대역(426, 428)을 반사한다. 제 2 반사체(430)도 제 1 반사체(422) 인근에서, 출력면(420)에 인접 배치된다. 제 2 반 사체(430)는 방사선의 제 2 대역(426)을 투과하고, 방사선의 제 1 및 제 3 대역(424, 428)을 반사한다. 제 3 반사체(432)도 제 1 및 제 2 반사체(422, 430) 인근에서, 출력면(420)에 근접 배치된다. 제 3 반사체(432)는 방사선의 제 3 대역(428)을 투과하고, 방사선의 제 1 및 제 2 대역(424, 426)을 반사한다.
방사선의 제 1, 제 2 및 제 3 대역(424, 426, 428)은 예로서, 적색, 오랜지색, 황색, 녹색, 청색, 남색, 자색, 분홍색, 백색, 마젠타, 적외 또는 자외 방사선일 수 있다. 양호한 실시예에서, 방사선의 제 1, 제 2 및 제 3 대역(424, 426, 428)은 적색, 녹색 및 청색 방사선이며, 특정 순서는 갖지 않는다.
다소 중첩될 수도 있지만, 양호한 실시예에서, 제 1, 제 2 및 제 3 반사체(422, 430, 432)는 서로 평행하게 배치된다. 일 실시예에서, 출력면(420)은 예로서, 제 1, 제 2 및 제 3 영역(434, 436, 438)으로 분할될 수 있다. 이 경우에, 제 1 반사체(422)는 예로서, 제 1 영역(434) 위의 제 1 반사 코팅(440)일 수 있다. 제 2 반사체(430)는 예로서, 제 2 영역(436) 위의 제 2 반사 코팅(442)일 수 있다. 제 3 반사체(432)는 예로서, 제 3 영역(438) 위의 제 3 반사 코팅(444)일 수 있다.
도 5에 도시된 다른 실시예에서, 제 1, 제 2 및 제 3 반사체(522, 530, 532)는 예로서, 컬러 휠(548) 방식으로 샤프트(546) 둘레에 분포될 수 있다. 컬러 휠(548)은 예로서, 샤프트(546)상에 회전가능하게 장착될 수 있고, 샤프트(546) 둘레에 나선형으로 배치된 제 1, 제 2 및 제 3 영역(550, 552, 554)으로 구성된 표면을 가진다. 이 경우에, 제 1 반사체(522)는 예로서, 제 1 영역(550) 위의 제 1 반사 코팅(540)일 수 있다. 제 2 반사체(530)는 예로서, 제 2 영역(552) 위의 제 2 반사 코팅(542)일 수 있다. 제 3 반사체(532)는 예로서, 제 3 영역(554) 위의 제 3 반사 코팅(544)일 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같은 본 발명의 제 7 실시예에서, 컬러 휠(1148)은 예로서, 전기 모터 회전 샤프트(1146)에 의해 회전될 수 있다. 컬러 휠(1148)상에 입사된 방사선(1110)은 컬러 휠(1148)이 회전할 때 소정의 시퀀스를 겪어 스크롤링 컬러 밴드를 생성한다. 스크롤링 컬러 밴드는 이미지 투사 시스템(1164)상에 수집 및 집광될 수 있다. 이미저는 컬러 휠에 동기되어 변조될 수 있으며, 따라서, 스크린상으로 투사될 수 있는 이미지를 생성한다.
도 6에 도시된 바와 같은 본 발명의 제 3 실시예에서, 이미지 투사 시스템(664)은 실질적인 모든 방사선(610)을 수집하도록 출력면(620)에 인접 배치될 수 있다. 이미지 투사 시스템(664)은 예로서, 실리콘상 액정(LCOS) 이미저, 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD) 칩 또는 투과형 액정 표시장치(LCD) 패널일 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같은 본 발명의 제 4 실시예에서, PBS(766)가 실질적인 모든 방사선(710)을 수집하여 제 1 편광(768) 및 제 2 편광(770)으로 편광하기 위해 출력면(720)과 이미지 투사 시스템(764) 사이의 중간에 배치될 수 있다. 예로서, 제 1 편광(768)의 방사선은 예로서, P-편광 방사선일 수 있고, 제 2 편광(770)의 방사선은 예로서, s-편광 방사선일 수 있다. 편광의 순서는 물론 반전될 수 있다. 일 실시예에서, PBS(766)는 예로서, 와이어-격자 편광기일 수 있다. 다른 실시예에서, PBS(766)는 예로서, 1-차원 어레이 또는 2-차원 어레이일 수 있다.
PBS(766)는 예로서, 이미지 투사 시스템(764)이 예로서, LCOS 이미저 같은 편광된 광을 필요로하는 유형으로 이루어지는 경우에 사용될 수 있다. 이 경우에, 이미지 투사 시스템(764)이 예로서, 제 1 편광(768)의 방사선을 활용하도록 구성 및 배열된 경우에, p-편광 방사선(768)이 이미지 투사 시스템(764)으로 투과되고, 일반적으로 이미지 투사 시스템(764)에 의해 직접적으로 사용될 수 없는 s-편광 방사선(770)이 예로서, 반환 반사체(788)에 의해 실질적으로 출력면(720)을 향해 역 반사될 수 있다.
S-편광 방사선(770)은 예로서, 실질적으로 출력면(720)에서 수집되고, 제 2 초점(706)을 통해 반사체(702)에, 그리고, 궁극적으로는 제 1 초점(704)으로 반환된다. s-편광 방사선(770)의 일부는 제 1 초점(704)을 통과하여 레트로-반사체(712)에 의해 반사될 수 있다. 복원된 s-편광 방사선(770)이 제 1 초점(704)을 통한 경로를 따르고, 따라서, 소스(708)에 의해 방출되는 것으로 보여지기 때문에, 실질적인 어떠한 에텐듀 손실도 존재하지 않는다.
파장판(772)은 예로서, s-편광 방사선(770)의 경로내에 배치될 수 있다. 파장판(772)은 반사체(702)의 내부에 인접 배치될 수 있다. 양호한 실시예에서, 파장판(772)은 예로서, 1/4 파장판일 수 있다. 파장판(772)이 1/4 파장판인 경우에, s-편광 방사선(770)은 파장판(772)을 통과할 때, 원형으로 편광되어 원형 편광 방사선(784)을 생성한다. 원형 편광 방사선(784)은 실질적으로 제 1 초점(704)을 통과하고, 레트로-반사체(712)에 의해 반사될 수 있다. 소스(708)에 의해 반사체(702)를 향해 방출된 방사선(710)은 레트로-반사체(712)에 의해 반사된 원형 편광 방사 선(784)과 조합되고, 반사체(702)에 의해 콜리메이팅될 수 있다. 파장판(772)은 방사선(710)에 대한 어떠한 순 변화(net change)도 제공하지 않으며, 그 이유는 방사선(710)이 편광되지 않기 때문이다. 한편, 원형 편광 방사선(784)은 두 번째로 파장판(772)을 통과할 때, p-편광 방사선(768)으로 편광된다.
s-편광 방사선(770)이 PBS(766)로부터 레트로-반사체(712)로, 그리고, 그 역으로 횡단할 때, 시스템(700)의 수차 및 불완전성으로 인해, 다양한 경계면에서 s-편광 방사선(770)의 복편광(depolarization)이 발생할 수 있다. 결과적으로, PBS(766)에 의해 반사된 s-편광 방사선(770)은 제 1 통과시 완전히 p-편광 방사선(768)으로 변환될 수 없다. p-편광되지 않은 방사선(768)의 부분은 PBS(766)에 의해 반사되고, 다시 변환 프로세스를 받게 된다. 예로서, 레트로-반사체(712) 및 그 역으로의 라운드 트립을 겪은 반사된 s-편광 광은 5회 반사되고, 콤포넌트들 사이의 유리-공기 경계면을 8회 횡단한다. 거울의 반사율을 0.98이고, 각 유리-공기 경계면에서의 Fresnel 손실이 1%라고 가정하면, 라운드 트립 효율은 65%가 된다. 제 1 및 제 2 라운드 각각에 대하여 15% 및 80%의 편광 효율과 단일 라운드 복원을 가정하면, 총 출력 효율은 15% + 0.45*0.80*0.65 = 68%이다. 반사광이 제 2 트립 동안 완전히 비편광 상태가 되는 것으로 가정하면, 총 출력 효율은 15%+0.45*0.45*0.45 = 58%이다.
대부분의 시스템에서, 시스템의 출력은 시스템 에텐듀(etendue) 절반에서 수집되며, 편광 복원 시스템은 출력 에텐듀를 시스템 에텐듀로 다시 배가시킨다. 이 시스템 및 장치(700)의 이론적 개선은 범위를 배가시키는 시스템들에 비견할만 하다. 절반 시스템 에텐듀에서 보다 적은 광이 수집되기 때문에, 시스템 및 장치(700)는 에텐듀를 배가시키는 시스템 보다 효과적으로 동작할 수 있다.
소스(708)가 예로서, 할로겐 또는 필라멘트 램프인 경우에, 필라멘트에 열을 부가하고 방사선 출력을 증가시키기 위해 s-편광 방사선(770)이 사용될 수 있다. 시스템(700)의 콤포넌트가 실질적으로 모든 s-편광 방사선(770)이 필라멘트를 가열하기에 충분히 정확하게 정렬되는 경우에, 파장판(772)은 생략될 수 있다. 이 프로세스에 의해 생성된 여분의 방사선은 편광되지 않으며, 파장판(772)의 필요성을 제거한다. 그러나, 정렬이 s-편광 방사선(770)의 일부 또는 전부가 필라멘트를 가열하지 않고, 대신, 필라멘트를 통과하여 레트로-반사체(712)에 의해 반사체(702)로 재반사되도록 이루어지는 경우에, 이 방사선은 여전히 편광될 수 있으며, 파장판(772)이 필요할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같은 본 발명의 제 5 실시예에서, 소스(808)는 예로서, 필라멘트 램프일 수 있다. 이 경우에, 적외선 반사체(886)가 예로서, 방사선(810)의 경로내에 배치되어 방사선(810)의 적외선 성분을 소스(808)를 향해 재반사하여 필라멘트에 열을 추가하고, 방사선 출력을 증가시킬 수 있다. 적외선 반사체(886)는 예로서, 반사체(802)와 소스(808) 사이의 중간 같이, 예로서, 반사체(802)의 내부(874)에 배치될 수 있다. 또한, 적외선 반사체(886)는 예로서, 방사선(810)의 경로내에서 주 반사체(856)와 부 반사체(860) 사이에 배치될 수도 있다.
도 9에 도시된 바와 같은 본 발명의 제 6 실시예에서, 초점 렌즈(976)가 PBS(966)의 출력면(974)에 인접 배치되고, 이미지 투사 시스템(964)이 초점 렌즈(976)의 출력측(978)에 인접 배치된 상태가 될 수 있다. 초점 렌즈(976)에서 수집 및 집광된 방사선(968)에 의해 조명된 이미지(980)는 이미지(980)를 표시하도록 투사 시스템(964)에 의해 방출(release)된다.
본 발명의 제 8 실시예는 반사체의 제 1 초점에 전자기 방사선의 소스를 배치하는 단계, 소스에 의해 방사선을 생성하는 단계, 반사체에 의해 방사선의 일부를 제 2 초점을 향해 반사하는 단계, 제 2 초점에서 방사선을 실질적으로 수렴시키는 단계, 반사체상에 직접적으로 충돌하지 않는 방사선의 적어도 일부를 반사체의 제 1 초점을 통해 반사체를 향해 반사시키는 단계, 입력면이 제 2 초점에 실질적으로 근접하도록 입력면과 출력면을 가지는 출력 광 파이프를 배치하는 단계, 입력면에서 실질적으로 방사선을 수집하는 단계, 출력 광 파이프를 통해 방사선을 통과시키는 단계, 출력 광 파이프의 출력면으로부터 방사선을 출력하는 단계, 출력면에 인접하게 PBS를 배치하는 단계, 방사선을 제 1 편광의 방사선과 제 2 편광의 방사선으로 실질적으로 편광시키는 단계, 제 1 편광의 방사선을 실질적으로 투과하는 단계, 제 2 편광의 방사선을 출력면을 향해 실질적으로 반사시키는 단계, 출력면에서 제 2 편광의 방사선을 실질적으로 수집하는 단계, 제 2 편광의 방사선을 출력 광 파이프를 통해 통과시키는 단계, 출력 광 파이프의 입력면으로부터 제 2 편광의 방사선을 출력하는 단계, 제 2 초점에서 제 2 편광의 방사선을 실질적으로 수렴시키는 단계, 반사체에 의해 제 2 편광의 방사선의 실질적으로 일부를 제 1 초점을 향해 반사시키는 단계, 파장판으로 제 2 편광의 방사선을 실질적으로 원형 편광시키는 단계, 원형 편광 방사선을 제 1 초점에 실질적으로 수렴시키는 단계, 반사체 의 제 1 초점을 통해 반사체를 향해 원형 편광 방사선을 실질적으로 반사시키는 단계, 원형 편광 방사선을 제 1 편광의 방사선으로 실질적으로 편광시키는 단계, 제 2 초점에서 제 1 편광의 방사선을 실질적으로 수렴시키는 단계, 입력면에서 제 1 편광의 방사선을 실질적으로 수집하는 단계, 출력 광 파이프를 통해 제 1 편광의 방사선을 통과시키는 단계, 및, 출력 광 파이프의 출력면으로부터 실질적으로 제 1 편광의 방사선을 출력하는 단계로 구성되는 편광 복원 방법을 포함한다.
본 발명을 상세히 상술하였지만, 본 발명은 설명된 특정 실시예에 한정되지 않는다. 본 기술 분야의 숙련자는 본 발명의 개념으로부터 벗어나지 않고 여기에 설명된 특정 실시예로부터 출발하여, 그 다양한 용도 및 변형을 형성할 수 있다는 것은 명백하다.

Claims (68)

  1. 투사형 표시장치를 위한 광 복원 시스템에 있어서,
    제 1 및 제 2 초점을 가지는 반사체,
    상기 반사체로부터 반사되어 상기 제 2 초점에 수렴하는 방사선을 방출하도록 상기 반사체의 상기 제 1 초점에 근접 배치된 전자기 방사선의 소스,
    상기 수렴하는 방사선의 플럭스 강도를 증가시키기 위해, 기 반사체상에 직접적으로 충돌하지 않는 상기 전자기 방사선의 적어도 일부를 상기 반사체의 상기 제 1 초점을 통해 상기 반사체를 향해 반사시키도록 상기 반사체에 대향 배치된 레트로-반사체,
    입력면과 출력면을 가지고, 상기 입력면이 상기 방사선의 전부를 수집 및 투과하도록 상기 제 2 초점에 인접 배치되어 있는 광 파이프,
    상기 출력면에 인접 배치되어 상기 방사선의 제 1 대역을 투과하고, 상기 방사선의 제 2 및 제 3 대역을 반사하는 제 1 반사체,
    상기 출력면에 인접 배치되어 상기 방사선의 상기 제 2 대역을 투과하고, 상기 방사선의 상기 제 1 및 제 3 대역을 반사하는 제 2 반사체, 및
    상기 출력면에 인접 배치되어 상기 방사선의 상기 제 3 대역을 투과하고, 상기 방사선의 상기 제 1 및 제 2 대역을 반사하는 제 3 반사체를 포함하는 광 복원 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 출력면은 제 1, 제 2 및 제 3 영역을 포함하고,
    상기 제 1 반사체는 상기 제 1 영역 위의 제 1 반사 코팅이고,
    상기 제 2 반사체는 상기 제 2 영역 위의 제 2 반사 코팅이며,
    상기 제 3 반사체는 상기 제 3 영역 위의 제 3 반사 코팅인 광 복원 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 샤프트상에 회전가능하게 장착되며, 상기 샤프트 둘레에 나선형으로 배치된 제 1, 제 2 및 제 3 영역을 가지는 컬러 휠을 추가로 포함하고,
    상기 입력면 모두는 투과성이고,
    상기 제 1 반사체는 상기 제 1 영역 위의 제 1 반사 코팅이고,
    상기 제 2 반사체는 상기 제 2 영역 위의 제 2 반사 코팅이며,
    상기 제 3 반사체는 상기 제 3 영역 위의 제 3 반사 코팅인 광 복원 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광 파이프는 석영, 유리, 플라스틱 또는 아크릴로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어지는 광 복원 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 광 파이프는 SLP 및 TLP로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 광 복원 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 반사체는 타원형 회전면의 적어도 일부를 포함하는 광 복원 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 반사체는 구형 회전면의 적어도 일부를 포함하는 광 복원 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 반사체는 원환형 회전면의 적어도 일부를 포함하는 광 복원 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 레트로-반사체는 상기 반사체에 대향한 상기 소스의 측면상에 배치된 구형 레트로-반사체를 포함하는 광 복원 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 대역은 적외선, 적색, 오랜지색, 황색, 녹색, 청색, 남색, 자색, 분홍색, 백색, 마젠타 및 자외선으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 광 복원 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 대역은 적외선, 적색, 오랜지색, 황색, 녹색, 청색, 남색, 자색, 분홍색, 백색, 마젠타 및 자외선으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 광 복원 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 대역은 적외선, 적색, 오랜지색, 황색, 녹색, 청색, 남색, 자색, 분홍색, 백색, 마젠타 및 자외선으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 광 복원 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 반사체는 제 1 광축을 가지는 주 반사체를 포함하고, 상기 제 1 초점은 상기 주 반사체의 초점이고,
    상기 반사체는 상기 주 반사체에 대칭으로 배치된 제 2 광축을 가지는 부 반사체를 추가로 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 광축은 공선적이 되도록 이루어지며, 상기 제 2 초점은 상기 부 반사체의 초점이며,
    상기 방사선은 상기 주 반사체로부터 상기 부 반사체를 향해 반사되며, 상기 제 2 초점에서 수렴하는 광 복원 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 주 및 부 반사체 각각은 타원형 회전면의 적어도 일부를 포함하는 광 복원 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 주 및 부 반사체 각각은 포물선형 회전면의 적어도 일부를 포함하는 광 복원 시스템.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 주 반사체는 타원형 회전면의 적어도 일부를 포함하고,
    상기 부 반사체는 쌍곡선형 회전면의 적어도 일부를 포함하는 광 복원 시스템.
  17. 제 13 항에 있어서, 상기 주 반사체는 쌍곡선형 회전면의 적어도 일부를 포함하며,
    상기 부 반사체는 타원형 회전면의 적어도 일부를 포함하는 광 복원 시스템.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 반사체는 상기 전자기 방사선 스펙트럼의 미리 지정된 부분만을 반사하는 코팅을 가지는 광 복원 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 미리 지정된 부분은 적외선 방사선, 가시 방사선, 방사선의 미리 지정된 파장 대역, 방사선의 특정 색상 및 그 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 광 복원 시스템.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 레트로-반사체는 전자기 방사선 스펙트럼의 미리 지정된 부분만을 반사하는 코팅을 가지는 광 복원 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 미리 지정된 부분은 적외선 방사선, 가시 방사선, 방사선의 미리 지정된 파장 대역, 방사선의 특정 색상 및 그 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 광 복원 시스템.
  22. 제 18 항에 있어서, 상기 코팅은 적외선 방사선 및 자외선 방사선으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 방사선을 투과하는 광 복원 시스템.
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 전자기 방사선의 소스는 단일-칩, 이중-칩 및 삼중-칩으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 광 복원 시스템.
  24. 제 1 항에 있어서, 상기 전자기 방사선의 소스는 아크 램프를 포함하는 광 복원 시스템.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 아크 램프는 제논 램프, 메탈 할라이드 램프, HID 램프 및 수은 램프로 구성되는 그룹으로부터 선택된 램프를 포함하는 광 복원 시스템.
  26. 제 1 항에 있어서, 상기 전자기 방사선의 소스는 할로겐 램프 및 필라멘트 램프로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 광 복원 시스템.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 방사선의 경로내에 배치된 적외선 반사체를 추가로 포함하는 광 복원 시스템.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 적외선 반사체는 상기 반사체의 내부에 근접하게 배치되는 광 복원 시스템.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 적외선 반사체는 상기 반사체와 상기 소스 사이의 중간에 배치되는 광 복원 시스템.
  30. 제 1 항에 있어서, 상기 방사선의 전부를 수집하도록 상기 출력면에 인접 배치된 이미지 투사 시스템을 추가로 포함하는 광 복원 시스템.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 이미지 투사 시스템은 LCOS 이미저, DMD 칩 및 투과성 LCD 패널로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 광 복원 시스템.
  32. 제 30 항에 있어서, 상기 출력면과 상기 이미지 투사 시스템 사이의 중간에 배치된 PBS를 추가로 포함하고,
    상기 PBS는 상기 방사선 모두를 수집하여 제 1 편광 및 제 2 편광으로 편광하며,
    상기 제 1 편광의 상기 방사선은 투과되고,
    상기 제 2 편광의 방사선은 반사되는 광 복원 시스템.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 PBS는 와이어-격자 편광기를 포함하는 광 복원 시 스템.
  34. 제 32 항에 있어서, 상기 제 2 편광의 상기 방사선의 경로내에 배치된 파장판을 추가로 포함하는 광 복원 시스템.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 파장판은 상기 반사체의 내부에 인접하게 배치되는 광 복원 시스템.
  36. 제 34 항에 있어서, 상기 파장판은 1/4 파장판인 광 복원 시스템.
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