KR19990047452A - 투사형 화상 표시 장치 - Google Patents

Abstract

액정판을 포함하는 투사형 화상 표시 장치가 개시된다. 상기 장치는 광선을 발생시키기 위한 광원, 광선이 입사되는 면이 광선을 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리시키기 위한 세 개의 색 분리 면으로 이루어진 프리즘 블록, 화소들이 매트릭스 형태로 배열되며, 상기 색 분리 면에 의해 분리되어진 적색, 녹색 및 청색 광선에 대응되는 세 개의 투과형 액정판, 액정판들을 통과한 적색, 녹색 및 청색 광선을 합성하기 위한 색 합성 수단, 그리고 상기 색 합성 수단을 통과한 광선을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈를 포함한다. 프리즘 블록에 의해 색 분리계를 단순화하여 광학계를 콤팩트화 시킬 수 있다.

Description

투사형 화상 표시 장치

본 발명은 투사형 화상 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액정판(liquid crystal panel)을 포함하는 투사형 화상 표시 장치에 있어서, 프리즘 블록을 사용하여 색 분리계를 단순화하여 광학계를 콤팩트(compact)하게 구성할 수 있는 투사형 화상 표시 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 광학 에너지(optical energy)를 스크린 상에 투영하기 위한 장치인 공간적인 광 변조기(spatial light modulator)는 광 통신, 화상 처리, 및 정보 디스플레이 장치와 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 통상적으로 이러한 장치들은 광학 에너지를 스크린 상에 표시하는 방법에 따라 직시형 화상 표시 장치(direct-view image display device)와 투사형 화상 표시 장치(projection-type image display device)로 구분된다.

직시형 화상 표시 장치의 예로서는 CRT(Cathode Ray Tube)를 들 수 있는데, 이러한 CRT 장치는 소위 브라운관으로 불리는 것으로서 화질은 우수하나 화면의 대형화에 따라 그 중량과 용적이 증가하여 제조 비용이 상승하게 되는 문제가 있다.

투사형 화상 표시 장치로는 액정 표시 장치(LCD), 디포머블 미러 디바이스(Deformable Mirror Device : DMD), 및 액츄에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Array : AMA)를 들 수 있다. 이러한 투사형 화상 표시 장치는 다시 그들의 광학적 특성에 따라 2개의 그룹으로 나뉠 수 있다. 즉, LCD와 같은 장치는 전송 광 변조기(transmissive spatial light modulators)로 분류될 수 있는데 반하여, DMD 및 AMA는 반사 광 변조기(reflective spatial light modulators)로 분류될 수 있다.

LCD 장치는 빛의 투과도를 전기적으로 제어할 수 있는 액정을 사용하는 표시 장치로서, 이러한 LCD를 사용하는 표시 장치(또는 액정 프로젝터라 한다)는 광학적 구조가 매우 간단하므로 CRT 프로젝터에 비해 경박단소화 시킬 수 있다. 또한, 대화면 및 고화질을 얻을 수 있기 때문에 고품위 텔레비전(HDTV) 및 비디오 컨퍼런스용 표시 장치로서 널리 사용되고 있다.

액정 프로젝터에 사용되는 액정판(liquid crystal panel)은 통상적으로 매트릭스형 액정판으로 알려져 있는데, 화소들이 서로에 대해 수직인 두 방향으로 매트릭스 형태로 배열되어 있으며 구동 전압에 의해 개별적으로 구동됨으로써 액정의 광학 특성을 변화시킨다. 구동 전압은 간단한 매트릭스 시스템에 의해 개개의 화소들에 인가될 수 있으며, 또한 MIM(metal-insulating metal)과 같은 비선형 2 단자 소자 또는 TFT(박막 트랜지스터)와 같은 3 단자 스위칭 소자가 각 화소에 대해 배치되어 있는 액티브 매트릭스 시스템에 의해 교호적으로 각 화소들에 인가될 수 있다.

도 1은 종래의 액정판을 사용하는 투사형 표시 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 투사형 표시 장치(10)는 색 광선(colored light : L)을 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(24)와 더불어, 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B)에 대한 각각의 액정판(20a, 20b, 20c)을 구비한다. 상기 액정판(20a, 20b, 20c)은 인가되는 화상 신호에 따라 그 투과율이 변하게 되어 적색, 녹색 및 청색광들을 투과시키거나 차단시킨다. 투과된 광들은 프로젝션 렌즈(24)에 의해 세 개의 색 광선들을 포함하는 광선(L)으로 투사된다.

또한, 종래의 투사형 표시 장치(10)는 광선을 방출하기 위한 할로겐 금속 램프(metal halide lamp)(12), 마이크로 렌즈 어레이(14), 다이크로익 미러(dichroic mirror)(16a,16b), 미러(17a, 17b, 17c), 콘덴서 렌즈(18a, 18b), 그리고 다이크로익 프리즘(dichroic prism)(22)을 더 구비한다.

마이크로 렌즈 어레이(14)는 액정판(20a, 20b, 20c)의 화소들 간의 피치와 동일한 피치로 배열되는 다중 렌즈 요소들로 이루어지며, 광 입사면 상에 배치된 렌즈 요소들을 통해 상기 액정판의 대응되는 각 화소에 빛을 포커싱하는 역할을 한다.

다이크로익 미러(16a, 16b)는 할로겐 금속 램프(12)로부터 방사된 백색광을 3원색 광, 즉 적색광, 녹색광 및 청색광으로 분리하는 역할을 한다. 상기 다이크로익 미러(16a, 16b)는 굴절률이 다른 물질의 많은 박층으로 이루어지는 반사경으로, 어떤 색의 빛은 반사하고 다른 색의 빛은 모두 투과하는 성질을 가지고 있다.

다이크로익 프리즘(22)은 적색광만을 반사시키고 다른 광들은 투과시키는 다이크로익 미러와 청색광만을 반사시키고 다른 광들은 투과시키는 다이크로익 미러가 'X' 자 형태로 이루어진 것이다. 따라서, 프리즘의 서로 수직인 세 면으로 입사되어지는 적색광 및 청색광은 반사시키고 녹색광은 그대로 투과시킴으로써, 세 개의 색 광선들을 합성하여 프로젝션 렌즈(24)로 입사시킨다.

종래의 투사형 표시 장치(10)의 작동 원리를 간단히 설명하면 다음과 같다.

할로겐 금속 램프(12)로부터 백색광이 방출된 후, 이 백색광은 마이크로 렌즈 어레이(14)에 의해 포커싱되어 제1 다이크로익 미러(16a)로 조사된다. 백색광 중에서, 녹색광(G) 및 청색광(B)은 제1 다이크로익 미러(16a)를 통과하는 반면, 적색광(R)은 그것에 반사된다. 이 적색광(R)은 미러(17a)에 의해 반사된 후, R-액정판(20a)의 투과율이 변함에 따라 상기 R-액정판(20a)을 통과한다. 이어서, 상기 적색광(R)은 다이크로익 프리즘(22)으로 들어가고, 다이크로익 프리즘(22) 내의 적색광만을 반사시키는 다이크로익 미러에 의해 반사된다. 이렇게 반사된 적색광(R)은 프로젝션 렌즈(24)로 들어가게 된다.

한편, 제1 다이크로익 미러(16a)에 의해 투과된 녹색광(G) 및 청색광(B)은, 제2 다이크로익 미러(16b)에 의해 녹색광(G)이 반사되고 청색광(B)은 투과된다. 상기 녹색광(G)은 G-액정판(20b)의 투과율이 변함에 따라 상기 G-액정판(20b)을 통과한다. G-액정판(20b)을 통과한 녹색광(G)은 다이크로익 프리즘(22)으로 들어가고, 다이크로익 프리즘(22)을 그대로 투과하여 프로젝션 렌즈(24)로 들어가게 된다.

제2 다이크로익 미러(16b)를 투과한 청색광(B)은 콘덴서 렌즈(18a)를 통과한 후, 미러(17b)에 의해 반사되어 콘덴서 렌즈(18b)로 입사된다. 상기 콘덴서 렌즈(18b)를 통과한 청색광(B)은 미러(17c)에 의해 반사된 후, B-액정판(20c)의 투과율이 변함에 따라 상기 B-액정판(20c)을 통과한다. 상기 B-액정판(20c)을 통과한 청색광(B)은 다이크로익 프리즘(22)으로 들어간 후, 다이크로익 프리즘(22) 내의 청색광만을 반사시키는 다이크로익 미러에 의해 반사된다. 이렇게 반사된 청색광(B)은 프로젝션 렌즈(24)로 들어가게 된다.

이러한 방식에 의하여, 다이크로익 프리즘(22)은 세 개의 광선들(적색, 녹색, 및 청색 광선들)을 합성시키고, 프로젝션 렌즈(24)는 합성된 광선(L)을 스크린(도시되지 않음) 상에 투사한다.

상술한 종래의 투사형 화상 표시 장치(10)에 의하면, 두 개의 다이크로익 미러(16a, 16b)를 사용하여 색 분리를 수행하기 때문에 분리된 색 광선이 퍼져 나가는 것을 방지하기 위하여 두 개의 콘덴서 렌즈를 사용한다. 따라서, 색 분리계가 복잡해지고 이에 따라 광학계의 크기가 커지게 된다.

또한, 다이크로익 미러의 두께에 의한 광축 편차로 인하여 제1 다이크로익 미러(16a)만 통과하는 광선과 제1 및 제2 다이크로익 미러(16a, 16b)를 모두 통과하는 광선의 광로 차이가 발생하여 스크린 상의 화질이 열화되는 현상이 초래된다.

따라서, 본 발명의 목적은 액정판(liquid crystal panel)을 포함하는 투사형 화상 표시 장치에 있어서, 프리즘 블록을 사용하여 색 분리계를 단순화하여 광학계를 콤팩트하게 구성할 수 있는 투사형 화상 표시 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 투사형 표시 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 2는 본 발명에 의한 투사형 표시 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 3은 도 2에 도시한 프리즘 블록의 확대도이다.

도 4는 도 2에 도시한 색 합성 수단의 확대도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 투사형 표시 장치 102 : 광원

104 : 프리즘 블록 120, 122, 124, 126 : 광로 변경 수단

128, 130, 132 : 액정판 134 : 색 합성 수단

136 : 프로젝션 렌즈 138 : 스크린

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광선을 발생시키기 위한 광원; 상기 광선이 입사되는 면이 광선을 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리시키기 위한 세 개의 색 분리 면으로 이루어지며 두 개의 반사면을 갖는 프리즘 블록(prism block); 화소들이 매트릭스 형태로 배열되며, 상기 색 분리 면에 의해 분리되어진 적색, 녹색 및 청색 광선에 대응되는 세 개의 투과형 액정판; 상기 액정판들을 통과한 적색, 녹색 및 청색 광선을 합성하기 위한 색 합성 수단; 그리고 상기 색 합성 수단을 통과한 광선을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈를 포함하는 투사형 화상 표시 장치를 제공한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 투사형 화상 표시 장치에 의하면, 세 개의 색 분리 면과 두 개의 반사면을 포함하는 프리즘 블록을 색 분리 수단으로 사용한다. 상기 프리즘 블록을 통과한 적색, 녹색 및 청색 광선은 그에 대응되는 액정판을 투과한 후, 다이크로익 프리즘과 같은 색 합성 수단에 의해 합성된다. 이렇게 합성된 색 광선은 프로젝션 렌즈를 통해 스크린 상에 투사된다.

따라서, 프리즘 블록을 사용하여 색 분리계를 구성함으로써 상기 색 분리계를 단순화하여 광학계를 콤팩트하게 구성할 수 있다. 또한, 종래의 투사형 화상 표시 장치에서 문제시되었던 다이크로익 필터의 두께에 의한 광 경로 차이가 없어져서 스크린의 화질을 개선시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 액정판을 사용하는 투사형 화상 표시 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 투사형 화상 표시 장치(100)는, 색 광선(colored light : L)을 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(136)와 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B)에 대한 각각의 액정판(128, 130, 132)을 포함한다. 상기 액정판(128, 130, 132)은 인가되는 화상 신호에 따라 그 투과율이 변하게 되어 적색, 녹색 및 청색광들을 투과시키거나 차단시킨다. 투과된 광들은 프로젝션 렌즈(136)에 의해 세 개의 색 광선들을 포함하는 광선(L)으로 투사된다.

또한, 본 발명의 투사형 표시 장치(100)는, 광원(102), 반사경(103), 프리즘 블록(104), 광로 변경 수단(120, 122, 124, 126), 색 합성 수단(134), 그리고 스크린(138)을 더 포함한다.

상기 광원(102)은, 바람직하게는, 170W 내지 250W의 할로겐 금속 램프로서 스펙트럼에서 장파장의 적외선(LWIR) 내지 자외선(UV)을 방출한다. 반사경(103)은 프리즘 블록(104)에 대해 반대 방향으로 램프(102)로부터 방출되는 광선을 반사시켜 다시 프리즘 블록(104)으로 향하게 하는 역할을 한다.

상기 프리즘 블록(104)은 램프(102)로부터 방출되는 백색광을 적색, 녹색 및 청색광으로 분리시키는 색 분리 수단으로 사용되며, 바람직하게는, 세 개의 프리즘을 합쳐서 형성한다. 도 3은 상기 프리즘 블록(104)의 확대도이다.

도 3을 참조하면, 프리즘 블록(104)의 광 입사면, 즉 램프(102)로부터 방출되는 광선이 입사되는 면은 세 개의 색 분리 면(106a, 106b, 106c)으로 구성된다. 상기 세 개의 색 분리면은(106a, 106b, 106c), 바람직하게는, 적색광(R)을 투과시키고 녹색광(G) 및 청색광(B)을 반사시키는 제1 면(106a), 녹색광(G)을 투과시키고 적색광(R) 및 청색광(B)을 반사시키는 제2 면(106b), 그리고 청색광(B)을 투과시키고 적색광(R) 및 녹색광(G)을 반사시키는 제3 면(106c)이다. 바람직하게는, 상기 세 개의 색 분리면(106a, 106b, 106c)은 다이크로익 필터로 코팅하여 얻을 수 있다.

또한, 프리즘 블록(104)은 두 개의 반사면(108a, 108b)을 갖는다. 상기 두 개의 반사면(108a, 108b)은 단순한 미러로 형성할 수도 있고, 어떤 색의 빛은 반사하고 다른 색의 빛은 모두 투과하는 다이크로익 미러로 형성할 수도 있다. 후자의 경우, 제1 반사면(108a)은 적색광(R)을 반사시키고 녹색광(G) 및 청색광(B)을 투과시키도록 형성하고, 제2 반사면(108b)은 청색광(B)을 반사시키고 적색광(R) 및 녹색광(G)을 투과시키도록 형성한다.

상기 광로 변경 수단(120, 122, 124, 126)은, 바람직하게는, 반사 미러이다. 상기 광로 변경 수단(120, 122, 124, 126)은 프리즘 블록(104)을 통과한 적색, 녹색 또는 청색 광선이 대응되는 액정판을 향하도록 그 광로를 변경하는 역할을 한다.

상기 색 합성 수단(134)은, 바람직하게는, 다이크로익 프리즘이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 다이크로익 프리즘(134)은 적색광만을 반사시키고 다른 광들은 투과시키는 다이크로익 미러와 청색광만을 반사시키고 다른 광들은 투과시키는 다이크로익 미러가 'X' 자 형태로 이루어진 것이다. 따라서, 프리즘의 서로 수직인 세 면으로 입사되어지는 적색광 및 청색광은 반사시키고 녹색광은 그대로 투과시킴으로써, 세 개의 색 광선들을 합성하여 프로젝션 렌즈(136)로 입사시킨다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 투사형 표시 장치(100)의 작동 원리를 간단히 설명하면 다음과 같다.

상기 할로겐 금속 램프(102)로부터 백색광(W)이 방출된 후, 이 백색광은 프리즘 블록(104)의 색 분리 면(106a, 106b, 106c)에 조사된다. 제1 색 분리 면(106a)은 적색광(R)을 투과시키고 녹색광(G) 및 청색광(B)을 반사시키며, 제2 색 분리 면(106b)은 녹색광(G)을 투과시키고 적색광(R) 및 청색광(B)을 반사시키며, 제3 색 분리 면(106c)은 청색광(B)을 투과시키고 적색광(R) 및 녹색광(G)을 반사시킨다.

상기 제1 색 분리 면(106a)을 투과한 적색광(R)은 프리즘 블록(104)의 제1 반사면(106a)에 의해 반사된 후, 프리즘 블록(104)을 빠져나와 제1 미러(120)에 입사된다. 상기 제1 미러(120)로부터 반사된 적색광(R)은 제2 미러(122)에 조사되고, 다시 상기 제2 미러(122)에 의해 반사되어 R-액정판(128)에 입사된다. R-액정판(128)의 투과율이 변함에 따라 상기 R-액정판(128)을 투과한 적색광(R)은 다이크로익 프리즘(134)으로 들어가고, 상기 다이크로익 프리즘(134) 내의 적색광(R)만을 반사시키는 다이크로익 미러에 의해 반사된다. 이렇게 반사된 적색광(R)은 프로젝션 렌즈(136)로 들어가게 된다.

한편, 상기 프리즘 블록(104)의 제2 색 분리 면(106b)을 투과한 녹색광(G)은 프리즘 블록(104)을 그대로 투과하여 G-액정판(130)에 입사된다. G-액정판(130)의 투과율이 변함에 따라 상기 G-액정판(130)을 투과한 녹색광(G)은 다이크로익 프리즘(134)으로 들어가고, 상기 다이크로익 프리즘(134)을 그대로 투과하여 프로젝션 렌즈(136)로 들어가게 된다.

한편, 상기 프리즘 블록(104)의 제3 색 분리 면(106c)을 투과한 청색광(B)은 상기 프리즘 블록(104)의 제2 반사면(108b)에 의해 반사된 후, 프리즘 블록(104)을 빠져나와 제3 미러(124)에 입사된다. 상기 제3 미러(124)로부터 반사된 청색광(B)은 제4 미러(126)에 조사되고, 다시 상기 제4 미러(126)에 의해 반사되어 B-액정판(132)에 입사된다. B-액정판(132)의 투과율이 변함에 따라 상기 B-액정판(132)을 투과한 청색광(B)은 다이크로익 프리즘(134)으로 들어가고, 상기 다이크로익 프리즘(134) 내의 청색광(B)만을 반사시키는 다이크로익 미러에 의해 반사된다. 이렇게 반사된 청색광(B)은 프로젝션 렌즈(136)로 들어가게 된다.

이러한 방식에 의하여, 다이크로익 프리즘(134)은 세 개의 광선들(적색, 녹색, 및 청색 광선들)을 합성시키고, 프로젝션 렌즈(136)는 합성된 색 광선(L)을 스크린(138) 상에 투사하여 그에 대응되는 컬러 화상을 표시한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 투사형 화상 표시 장치에 의하면, 프리즘 블록을 사용하여 색 분리계를 구성함으로써 상기 색 분리계를 단순화하여 광학계를 콤팩트하게 구성할 수 있다. 또한, 종래의 투사형 화상 표시 장치에서 문제시되었던 다이크로익 필터의 두께에 의한 광 경로 차이가 없어져서 스크린의 화질을 개선시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 광선을 발생시키기 위한 광원(102);

   상기 광선이 입사되는 면이 광선을 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리시키기 위한 세 개의 색 분리 면(106a, 106b, 106c)으로 이루어지며 두 개의 반사면(108a, 108b)을 갖는 프리즘 블록(104);

   화소들이 매트릭스 형태로 배열되며, 상기 색 분리 면(106a, 106b, 106c)에 의해 분리되어진 적색, 녹색 및 청색 광선에 대응되는 세 개의 투과형 액정판(128, 130, 132);

   상기 액정판들(128, 130, 132)을 통과한 적색, 녹색 및 청색 광선을 합성하기 위한 색 합성 수단(134); 그리고

   상기 색 합성 수단(134)을 통과한 광선을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(136)를 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 세 개의 색 분리 면(106a, 106b, 106c)은 각각 세 개의 다이크로익 필터로 코팅된 면임을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 프리즘 블록을 통과한 적색, 녹색 또는 청색 광선이 대응되는 액정판을 향하도록 그 광로를 변경하기 위한 광로 변경 수단(120, 122, 124, 126)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 광로 변경 수단(120, 122, 124, 126)은 반사 미러인 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.