KR19990007132A - 프로젝션 디스플레이 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프로젝션 디스플레이에 관한 것으로, 본 발명의 프로젝션 디스플레이는 작고 에너지 효율이 좋으며, 비교적 순수한 적, 녹 및 청 광원을 근거로 해서 생성할 수가 있다. 컬러 광원의 출력 광빔은 적어도 하나의 공간 광 변조기에 의해 수광된다. 공간 광 변조기에 의해 변조된 출력 광빔은 시준되고 조합된다. 프로젝션 렌즈는 시준되고 조합된 출력 광빔을 수광하여 이를 프로젝션 스크린으로 직사시킨다. 상술한 구성요소는 모두 하우징에 포함되어 소형이면서 가벼운 프로젝션 디스플레이를 제공하게된다.

Description

프로젝션 디스플레이
본 발명은 프로젝션 디스플레이(projection display)에 관한 것으로, 특히 배면 프로젝션 평판 디스플레이(rear projection flat panel display)의 제조물에 관한 것이다.
영상 표시 장치는 크게 세가지, 즉, CRT(cathode ray tube), 평판 디스플레이, 프로젝션 디스플레이로 분류할 수 있다. 현재, CRT 디스플레이는 화면의 대각선 길이에 따라 1∼40인치까지 존재한다. 이러한 CRT 디스플레이는 뛰어난 화질을 갖고 있고, 경제적으로 제조할 수가 있다. CRT 디스플레이의 외형은 고해상도의 그래픽 표시를 위해 화면 대각선의 길이를 초과할 수 있는 심도가 요구된다. CRT 디스플레이는 특히 20인치 이상의 크기에서 대기압을 견딜 수 있도록 유리벽의 두께를 증가시켜야만 하기 때문에 그 부피가 커지게 된다. 이러한 CRT 디스플레이는 화면 대각선의 크기가 통상 14∼17인치인 데스크탑 모니터 시장에서 널리 사용된다.
평판 디스플레이는 많은 휴대용 제품에 사용된다. 이는 얇고 가볍기는 하지만, CRT에 비해 화질이 떨어진다. 현재 대부분의 디스플레이는 화면 대각선의 길이가 2∼12 인치로 요구되는 응용 제품에 사용된다. 평판 디스플레이 장치는 CRT에 비해 그 제조비가 더 비싸다.
그 결과, 40 인치 이상의 화면 크기를 요구하는 디스플레이 응용제품에는 전면, 또는 후면 프로젝션 디스플레이가 지배적으로 사용된다. 이러한 두가지 기술은 R, G, B용의 세 종류의 약간 높은 휘도의 단색 CRT를 이용하는 방법 또는 공간 광 변조기(spatial light modulator)를 이용하여 컬러 영상을 만들어내는 방법중 하나의 방법에 의해 영상을 만들어 낼 수 있다. 이러한 프로젝션 시스템은 휘도가 낮으며, 그 제조 가격이 비싸다.
일반적인 후면 프로젝션 디스플레이를 화면 대각 방향의 17∼20인치로 축소하는 것은 비경제적이다. 광 밸브의 가격은 구동 회로에 의해 좌우된다. 예를 들면, XGA 표시 장치(768×1024×3)의 구동 회로는 화면 크기에 관계없이 약 120＄이며, 전원 공급 장치, 안정기, 그리고 고온 아크점화 기능을 이용하여 5000 루멘(lumens)의 광속을 발생할 수 있는 70W 금속 할로겐화물 아크 램프(metal halide arc lamp)를 필요로 한다. 따라서, 전체 가격은 17 인치 CRT의 OEM 가격에 비해 과도하며 호감을 유발시키지 못한다.
그러므로, 본 발명의 목적은 작고, 가벼우며 에너지 효율적인 후면 프로젝션 평판 디스플레이를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 프로젝션 디스플레이의 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로젝션 디스플레이의 블록 구성도,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프로젝션 디스플레이의 블록 구성도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
12 : 발광 다이오드 14 : 시준기
16 : 광 스플리터 18 : 공간 광 변조기
20 : 디스플레이 드라이버 22 : 프로젝션 렌즈
24 : 프로젝션 스크린
본 발명의 프로젝션 디스플레이는 비교적 순수한 적, 녹 및 청 광원을 근거로 해서 생성할 수가 있다. 컬러 광원의 출력 광빔은 적어도 하나의 공간 광 변조기에 의해 수광된다. 공간 광 변조기에 의해 변조된 출력 광빔은 시준되고 조합된다. 프로젝션 렌즈는 시준되고 조합된 출력 광빔을 수광하여 이를 프로젝션 스크린을 향하여 직사시킨다. 상술한 구성요소는 모두 하우징에 내포되어 소형이면서 가벼운 프로젝션 디스플레이를 제공하게된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 공간 광 변조기, 전형적으로는 강유전성(ferro-electric) 액정 물질과 직접 접촉하는 전형적인 1㎠ CMOS IC 를 기반으로 한 작고 가벼운 프로젝션 디스플레이 장치이다. 액정 물질을 통해 전송된 광은 IC의 일부(local) 표면 전압에 대하여 편광 면의 함수로서 회전한다. 세 개의 독립된 LED로부터 연속적으로 발생되는 적, 녹, 청의 광빔을 이용하여 LC/IC 셀을 조명하면, IC의 표면 전압의 컬러-순차 영상(color-sequential image)이 생성된다.
어드레스 회로는 1㎠의 IC에 내장된다. 모든 디스플레이 정보는 하나 또는 몇 개의 고속 I/O 라인을 통해 IC에 전송된다. IC와 LCD와를 조합하면 저가이면서 고성능의 반사 능동 매트릭스 액정 디스플레이(reflective active matrix liquid crystal display : AMLCD) 광 밸브와 동일하게된다. 예를 들어, AMLCD 광 밸브는 광투과 디자인 시에 금속 배선과 트랜지스터의 쉐도잉(shadowing)으로 인하여 60%의 광을 차단하는 디자인으로밖에 안된다. 이와 대조적으로, 반사 셀은 20%만이 손실되는 것으로 추정되는데, 이러한 손실은 주로 IC의 외관을 덮는 알루미늄으로부터 비롯된 것이다. 백색 광원 대신에 순차적으로 스트로브되는 R, G, B 광원을 사용하면, 컬러 필터에서도 75% 이상의 광 손실이 제거된다.
공간 변조기 및 세 개의 LED 전력원을 이용하는 본 발명의 후면 프로젝션 디스플레이는 광학적으로 효율적이다.
통상적 디자인(종래기술) LED 디자인
시준(Collimation) 40 % 60 %
분광기(Polarizer) 50 % 50 %
사각/원형변환(Rect/Circular Conversion) 70 % 70 %
컬러 필터(Color Filter) 25 % 100 %
밸브 개구(Valve Aperture) 40 % 80 %
기타 반사/흡수(Refl./Absorption) 60 % 60 %
총계 0.8 % 10 %
상술한 표 1은 일반적인 설계와 본 발명에 따른 LED 디자인에 근거한 후면 프로젝션 시스템의 광 효율을 나타낸다. 스크린 앞쪽 표면으로 방사하는 자속(Φexit)은 하기 수학식 1과 같이 정의된다.
상술한 수학식 1에서, A는 스크린의 면적이고, B는 램버티안 광 분포(Lambertian light distribution)에서 요구되는 휘도이다. 만일, 각도 분포를 램버티안 분포보다 낮게 감소시킴으로써 스크린의 이득(g)이 1.5 가된다면, 상술한 수학식 1에서의 방사 자속은 하기 수학식 2와 같이 정의된다.
고해상도 데스크탑 모니터에 있어서, 요구되는 휘도는 100 cd/㎡ 이다. 17인치 모니터는 25×30 ㎠ 의 영상 영역 또는 A = 0.075 ㎡ 라는 스크린 면적을 갖는다. 데스크탑 모니터는 같은 크기의 텔레비젼보다 더 작은 시청 각도를 갖기 때문에 스크린 이득(g)은 2로 선택될 수도 있다. 이러한 가정에서, 방사 자속은 Φexit= 12 lm 으로 산출된다. 전체 효율이 10% 가 되는 광학 시스템을 디자인하기 위해서는 Φexit= 120 lm 라는 광원의 자속이 필요하다. 이 자속은 세 개의 광원 모두에 다음과 같이 분배될 수도 있다.
Red 30 lm
Green 75 lm
Blue 15 lm
도 1은 본 발명의 바람직한 프로젝션 디스플레이(10)의 구성을 도시한 도면으로써, 적, 녹 및 청(R, G, B) 광빔을 발하는 세 개의 발광 다이오드(121, 122, 123)를 포함한다. 각각의 광빔은 시준기(collimator)(141, 142, 143)에 의해 수광된다. 각각의 시준된 광빔은 편광 빔 스플리터(polarizing beam splitter)(161, 162, 163)를 통과한다. M×N 픽셀을 갖는 공간 광 변조기(18)는 빔 스플리터에 의해 분리된 광빔을 변조시킨다. 이 공간 광 변조기(18)는 디스플레이 드라이버(20)에 의해 제어된다. 프로젝션 렌즈(22)는 변조된 빔을 수광하고, 이를 하우징(26)의 전면부에 위치한 프로젝션 스크린(24)을 향하여 직사한다. 시퀀스 제어기(28)는 세 개의 광원에 연결되어 R, G, B 광빔을 제어한다. 공간 광 변조기와 세 개의 광원은 전원 공급 장치(도시 안됨)에 연결되어있다.
적, 녹 및 청 발광 다이오드는 서로 조합되어 10-1000 lm의 광속을 발생한다. 이때, 광속의 근사치 비율은 녹, 적 및 청이 각기 65 %, 25 % 및 10 % 인 것이 바람직하다.
하우징(26)은 적, 녹 및 청 광빔을 수광하고, 이 적, 녹 및 청 광빔을 겹치도록 하는 적어도 두 개의 겹쳐진 거울(folding mirrors)을 선택적으로 포함할 수도 있다. 이 겹쳐진 거울은 하우징의 소형화를 가능케 한다. 본 발명의 실시예에서, 컬러 서브프레임(color subframe)은 순차적으로 발생된다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다. 본 발명의 다른 실시예에서는 세 개의 공간 광 변조기(181, 182, 183)가 있으며, 각각의 광빔마다 하나의 공간 광 변조기가 병렬 컬러 서브프레임을 발생하게 해준다. 본 발명의 다른 실시예에서는 컬러 서브프레임이 병렬적으로 발생된다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다. 도 1에 도시된 다수개의 발광다이오드는 하나의 단일 광원(12)으로 대체된다. 이 단일 광은 단일의 기판상에서 적, 녹, 청 광을 발생하는 발광 다이오드를 포함한다. 본 발명의 또다른 실시예에서는 도 1과 도 2에 도시된 실시예에서와 대조적으로 단지 하나의 광 경로가 예시된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 프로젝션 디스플레이는 작고 가벼운 프로젝션 디스플레이를 제공할 수 있다.

Claims (19)

  1. 프로젝션 디스플레이에 있어서,
    적, 녹 및 청 발광 유니트로서, 각각의 발광 유니트는 광빔을 발생하는 적어도 하나의 발광 다이오드와, 상기 발광 유니트에 광학적으로 연결되어 시준된 광빔을 발생하는 시준기(collimator)와, 상기 시준기에 광학적으로 연결되어 분리된 광빔을 생성하는 빔 스플리터를 구비하며;
    N×M 픽셀을 가지며, 상기 적, 녹 및 청 발광 유니트의 빔 스플리터에 광학적으로 연결된 공간 광 변조기;
    상기 공간 광 변조기에 광학적으로 연결되고, 상기 적, 녹 및 청 광빔을 집속하도록 동작하는 프로젝션 렌즈;
    상기 프로젝션 렌즈에 광학적으로 연결된 프로젝션 스크린;
    상기 공간 광 변조기에 광학적으로 연결되고, 컬러 서브프레임을 발생하도록 동작하는 구동회로;
    상기 공간 광 변조기와 상기 적, 녹 및 청 발광 유니트에 연결된 전원 공급 장치;
    상기 적, 녹 및 청색 발광 유니트, 상기 공간 광 변조기, 상기 프로젝션 렌즈, 상기 프로젝션 스크린, 상기 제어 회로 및 상기 전원 공급 장치를 가지고 있는 하우징을 포함하는 프로젝션 디스플레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적, 녹 및 청 광원중의 어느 하나는 N (N ≤ 10)개의 발광 다이오드 칩의 어레이이며, 상기 어레이는 3mm 이하의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적, 녹 및 청 광원중 어느 하나는:
    상기 발광 다이오드 어레이를 감싸고 있는 반사기;
    상기 발광 다이오드 어레이로부터의 광을 수광하고, 상기 광을 3 스테라디안(steradians) 또는 이보다 작은 고체 각(solid angle)으로 미리 시준하도록 동작하는 침지(immersion) 렌즈를 더 포함하는 프로젝션 디스플레이.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 어레이는 5mm 의 직경보다 작은 크기의 투명한 광원을 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 적, 녹 및 청 광원중의 어느 하나는:
    상기 발광 다이오드를 둘러싸는 반사기;
    상기 발광 다이오드로부터 광을 수광하고, 3 스테라디안 또는 이보다 더 작은 고체 각으로 미리 시준하도록 동작하는 침지 렌즈를 더 포함하는 프로젝션 디스플레이.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 배율 조정후 5mm 의 직경보다 작은 크기의 투명한 광원을 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 적, 녹 및 청 광원은 녹, 적 및 청의 비율이 각기 65%, 25% 및 10% 의 근사치로 조합된 10-1000 lm 광속을 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 적, 녹 및 청 발광 다이오드중의 하나는 레이저인 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 레이저는 녹색 광빔을 발생하는 주파수 이중화된(frequency-doubled) Nd:YAG 레이저인 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로젝션 디스플레이는:
    상기 적, 녹 및 청 광빔을 수광하고, 상기 적, 녹 및 청 광빔이 겹쳐지도록 동작하는 적어도 두 개의 거울을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로젝션 디스플레이는:
    세 개의 공간 광 변조기를 더 포함하며, 각각의 상기 공간 광 변조기는 상기 적, 녹 및 청 광빔중의 하나를 각기 수광하며;
    상기 구동 회로는 컬러 서브프레임을 병렬로 발생하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 회로는 컬러 서브프레임을 순차적으로 발생하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이.
  13. 프로젝션 디스플레이에 있어서,
    단일 기판상에서 독립적으로 스위칭되는 적어도 하나의 적, 적어도 하나의 녹 및 적어도 하나의 청 광원과, 상기 적, 녹 및 청 광원에 광학적으로 연결되어, 시준된 적, 녹 및 청 광빔을 생성하는 시준기(collimator)를 구비하는 발광 유니트;
    상기 시준된 적, 녹 및 청 광을 수광하여, 분리된 적, 녹 및 청 광빔을 출력하도록 동작하는 빔 스플리터;
    N×M 픽셀을 가지며, 상기 빔 스플리터에 광학적으로 연결된 공간 광 변조기;
    상기 공간 광 변조기에 광학적으로 연결되어, 상기 적, 녹 및 청 광빔을 집속하도록 동작하는 프로젝션 렌즈;
    상기 공간 광 변조기에 광학적으로 연결되어, 컬러 서브프레임을 생성하도록 동작하는 구동회로;
    상기 공간 광 변조기와 발광 유니트에 연결된 전원 공급 장치;
    상기 발광 유니트, 상기 공간 광 변조기, 상기 프로젝션 렌즈, 상기 프로젝션 스크린, 상기 구동 회로 및 상기 전원 공급 장치를 내장한 하우징을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 발광 유니트는 25%의 적, 60%의 녹, 그리고 15%의 청 광으로 이루어진 백색 광을 발생하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 적, 녹 및 청 광원은 N개의 발광 다이오드의 단일 어레이이고, 상기 N 은 10 보다 적으며, 상기 어레이는 3mm 이하의 직경을 갖는 것을 특징을 하는 프로젝션 디스플레이.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 적, 녹 및 청 광원은:
    상기 발광 다이오드 어레이를 둘러싸는 반사기;
    상기 발광 다이오드 어레이로부터 빛을 수광하고, 상기 광을 3 스테라디안(steradians) 또는 이보다 더 작은 고체 각으로 빛을 사전 시준하도록 동작하는 침지 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 어레이는 배율 조정후 5mm의 직경 보다 작은 크기의 투명한 광원인 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 적, 녹 및 청 광원은 녹, 적 및 청 광의 비율이 각기 65%, 25% 및 10% 의 근사치로 조합된 10-1000 lm 광속을 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 구동 회로는 컬러 서브프레임을 순차적으로 발생하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이.
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