KR19990055231A

KR19990055231A - 투사형 화상 표시 장치

Info

Publication number: KR19990055231A
Application number: KR1019970075147A
Authority: KR
Inventors: 남성우
Original assignee: 전주범; 대우전자 주식회사
Priority date: 1997-12-27
Filing date: 1997-12-27
Publication date: 1999-07-15
Also published as: KR100257608B1

Abstract

높은 콘트라스트를 구현하고 광학계를 콤팩트하게 구성할 수 있는AMA 패널을 포함하는 투사형 화상 표시 장치는, 광원, 편광기, 광선을 반사하는 미러들의 어레이를 갖고 제1, 제2 및 제3 색 광선에 각각 대응되는 제1, 제2 및 제3 AMA 패널, 광축 상에 위치하여 편광기에 의해 얻어진 편광에서 제1, 제2 및 제3 색 편광을 각기 분리하여 AMA 패널로 각각 조사하기 위한 제1 및 제2 프리즘, 제1, 제2 및 제3 색 편광의 위상을 지연시켜서 위상차가 1/4 파장이 되게 하여 대응되는 AMA 패널에 각기 조사하기 위한 제1, 제2 및 제3 λ/4 판, 제1 프리즘에 일체화되고, 제1, 제2 및 제3 AMA 패널의 각 미러에 의해 반사된 제1, 제2 및 제3 색 편광을 합성하기 위한 제3 프리즘, 그리고 제3 프리즘에 의해 합성된 색 편광을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈를 포함한다. 색 분리계와 색 합성계를 일체화시킴으로써 광학계를 콤팩트하게 구성할 수 있고, 고스트 영상을 제거하여 높은 콘트라스트를 구현할 수 있다.

Description

투사형 화상 표시 장치

본 발명은 투사형 화상 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세 개의 액츄에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Array ; AMA) 패널을 포함하는 투사형 화상 표시 장치에 있어서, 높은 콘트라스트(contrast)를 구현하고 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 광통신, 화상 처리, 그리고 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(Liquid Crystal Display ; LCD), 디포머블 미러 디바이스(Deformable Mirror Device; DMD), 및 액츄에이티드 미러 어레이(AMA)를 들 수 있다. 이러한 투사형 화상 표시 장치는 다시 그들의 광학적 특성에 따라 2 개의 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.

LCD와 같은 전송 광 변조기는 광학적 구조가 매우 간단하므로, 얇게 형성하여 중량을 가볍게 할 수 있으며 용적을 줄이는 것이 가능하다. 그러나, 빛의 극성으로 인하여 광효율이 낮으며, 액정 재료에 고유하게 존재하는 문제, 예를 들면 응답 속도가 느리고 그 내부가 과열되기 쉬운 단점이 있다. 또한, 현존하는 전송 광 변조기의 최대 광효율은 1 내지 2 % 범위로 한정되며, 수용 가능한 디스플레이 품질을 제공하기 위해서 암실 조건을 필요로 한다.

DMD 및 AMA와 같은 광 변조기는 전술한 LCD 타입의 광 변조기가 갖고 있는 문제점들을 해결하기 위하여 개발되었다. DMD는 5％ 정도의 비교적 양호한 광효율을 나타내지만, DMD에 채용된 힌지 구조물에 의해서 심각한 피로 문제가 발생한다. 또한, 매우 복잡하고 값비싼 구동 회로가 요구된다는 단점이 있다.

AMA는 그 내부에 설치된 각각의 거울들이 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하고, 상기 반사된 빛이 슬릿(slit)이나 핀홀(pinhole)과 같은 개구(aperture)를 통과하여 스크린에 투영되어 화상을 맺도록 광속을 조절할 수 있는 장치이다. 따라서, 그 구조와 동작 원리가 간단하며, LCD나 DMD에 비해 높은 광효율(10% 이상의 광효율)을 얻을 수 있다. 또한, 스크린에 투영되는 화상의 콘트라스트가 향상되어 보다 밝고 선명한 화상을 얻을 수 있다.

AMA의 각 액츄에이터는 인가되는 전기적인 화상 신호 및 바이어스 신호에 의하여 발생되는 전기장에 따라 변형을 일으킨다. 상기 액츄에이터가 변형을 일으킬 때 그 상부에 장착된 각각의 거울들이 경사지게 된다. 따라서, 상기 경사진 거울들은 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시켜 스크린 상에 화상을 맺을 수 있도록 한다. 상기 각각의 거울들을 구동하는 액츄에이터로서 PZT(Pb(Zr, Ti)O₃) 또는 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O₃) 등의 압전 물질이 이용된다. 또한, PMN(Pb(Mg, Nb)O₃) 등의 전왜 물질로서 상기 액츄에이터를 구성할 수도 있다.

이러한 AMA는 크게 벌크형(bulk type)과 박막형(thin film type)으로 구분된다. 벌크형 AMA는 Gregory Um 등에게 허여된 미합중국 특허 제 5,085,497호에 개시되어 있다. 벌크형 AMA는 다층 세라믹을 얇게 절단하여 내부에 금속 전극이 형성된 세라믹 웨이퍼를 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(active matrix)에 장착한 후, 쏘잉 방법으로 가공하고 그 상부에 거울을 설치함으로써 이루어진다. 그러나, 벌크형 AMA는 설계 및 제조에 있어서 매우 높은 정밀도가 요구되며, 변형층의 응답이 느리다는 단점이 있다. 이에 따라, 최근에는 반도체 제조 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 AMA가 개발되었다. 예를 들면, 본 출원인이 대한민국 특허청에 특허 출원한 특허 출원 제95-13353호(발명의 명칭 : 광로 조절 장치의 제조 방법)에 이러한 박막형 AMA가 개시되어 있다.

박막형 AMA는 현미경적인 미러들과 관련하여 박막 압전 액츄에이터(thin film piezoelectric actuators)를 이용하는 반사형 광 변조기로서, 단판식으로 이루어진 미러의 300,000 개 이상의 화소(pixel)에 결쳐서 대규모 집적의 균등도를 갖도록 개발되어 왔다. 이러한 박막형 AMA는 각각 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 나타내는 640×480 화소의 판(panel)들로 구성된다. 상기 화소들은 광효율을 높이도록 미러 표면적을 최대화하기 위해서 캔틸레버(Cantilever) 구조물로 고안된다. 캔틸레버 구조물은 화상 신호가 인가되는 액티브 매트릭스 및 인가된 신호에 의해 작동되는 미러를 포함한다.

도 1은 3 판식(three panel) AMA를 이용하여 컬러 화상을 표시할 수 있는 투사형 화상 표시 장치를 도시한다.

도 1을 참조하면, 종래의 투사형 화상 표시 장치(10)는 광선을 방출하기 위한 170W 내지 250W의 할로겐 금속 램프(11), 램프(11)로부터 방출된 광선을 집광시키기 위한 소오스 렌즈(12), 광선을 통과시키기 위한 개구를 갖고 화상을 형성하는 광선의 양을 결정하는 소오스 스톱(13), 소오스 스톱(13)을 통과한 광선의 경로를 1차적으로 변경시키기 위한 소오스 미러(14), 빛을 파장에 의해서 선택적으로 통과시키기 위한 두 개의 다이크로익 필터(dichroic filter)(17, 18), 소오스 스톱(13)의 이미지를 프로젝션 스톱(15)에 1：1로 대응시키기 위한 세 개의 필드 렌즈(30, 32, 34), 미러 화소들의 어레이로 구성되며 상기 필드 렌즈(30, 32, 34)로부터 조사되는 광선의 세기를 변조시키기 위한 세 개의 AMA 패널(20, 22, 24), 광선을 통과시키기 위한 개구를 가지며 상기 변조된 광선의 플럭스를 집중시키기 위한 프로젝션 스톱(15), 그리고 상기 프로젝션 스톱(15)을 통과한 광선을 스크린(도시되지 않음) 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(16)를 포함한다.

상술한 구조를 갖는 종래의 투사형 화상 표시 장치(10)의 동작 원리를 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

할로겐 금속 램프(11)로부터 발생된 광선이 소오스 렌즈(12)에 집광된 후, 소오스 스톱(13)의 개구를 통과하여 소오스 미러(14) 상에 조사된다. 상기 소오스 미러(14) 상에 조사된 광선은 전량이 반사되어 제1 다이크로익 필터(17) 상에 조사된다.

제1 다이크로익 필터(17)는 녹색광과 청색광을 투과시키고 적색광을 반사시키므로, 반사된 적색광은 R-필드 렌즈(30)를 통해 R-AMA(20)에 조사된다. 상기 R-AMA(20)의 미러는 그 아래에 구비된 액츄에이터에 인가된 신호에 따라서 광선을 변조한다. 그 결과, 상기 R-AMA(20)에 의해 변조된 적색광은 다시 R-필드 렌즈(30)를 통해 제1 다이크로익 필터(17)로 조사된 후, 그것에 의해 반사되어 프로젝션 스톱(15)을 향한다. 프로젝션 스톱(15)의 개구를 통과한 적색광은 프로젝션 렌즈(16)로 들어간다.

한편, 제1 다이크로익 필터(17)를 투과한 녹색광 및 청색광은 제2 다이크로익 필터(18)에 의해 청색광이 반사되고 녹색광이 투과된다. 상기 제2 다이크로익 필터(18)에 의해 반사된 청색광은 B-필드 렌즈(32)를 통해 B-AMA(22)에 조사된다. 상기 B-AMA(22)의 미러는 그 아래에 구비된 액츄에이터에 인가된 신호에 따라서 광선을 변조한다. 그 결과, 상기 B-AMA(22)에 의해 변조된 청색광은 다시 B-필드 렌즈(32)를 통해 제2 다이크로익 필터(18)로 조사되고, 그것에 의해 반사되어 제1 다이크로익 필터(17)로 조사된다. 상기 제1 다이크로익 필터(17)는 청색광을 그대로 투과시키므로, 투과된 청색광은 프로젝션 스톱(15)의 개구를 통과한 후 프로젝션 렌즈(16)로 들어간다.

상기 제2 다이크로익 필터(18)를 투과한 녹색광은 G-필드 렌즈(34)를 통해 G-AMA(24)에 조사된다. 상기 G-AMA(24)의 미러는 그 아래에 구비된 액츄에이터에 인가된 신호에 따라서 광선을 변조한다. 그 결과, 상기 G-AMA(24)에 의해 변조된 녹색광은 다시 G-필드 렌즈(34)를 통해 제2 다이크로익 필터(18)로 조사되고, 상기 제2 다이크로익 필터(18)를 투과하여 제1 다이크로익 필터(17)로 조사된다. 상기 제1 다이크로익 필터(17)는 녹색광을 그대로 투과시키므로, 투과된 녹색광은 프로젝션 스톱(15)의 개구를 통과한 후 프로젝션 렌즈(16)로 들어간다.

이러한 방식으로, 상기 프로젝션 렌즈(16)는 적색, 녹색 및 청색의 세 개의 광선을 포함하는 색 광선을 스크린 상에 투사하여 그에 대응되는 컬러 화상을 표시한다.

상술한 종래의 투사형 화상 표시 장치(10)에 의하면, 두 개의 다이크로익 필터(17, 18)를 사용하여 색 분리 및 합성을 수행하므로 상기 다이크로익 필터(17, 18)의 두께에 의한 광축 편차로 인하여 화질이 열화되는 문제가 발생한다.

또한, 램프(11)로부터 방출된 광선이 R-필드 렌즈(30), G-필드 렌즈(34) 및 B- 필드 렌즈(32)를 통하여 각각 R-AMA(20), G-AMA(24) 및 B- AMA(22)에 조사되는 과정에서, 그 일부가 상기 필드 렌즈들(30, 32, 34)의 각 면으로부터 반사되어 고스트를 형성하게 된다.

도 2는 상기 R, G, B에 대응되는 세 개의 필드 렌즈들(30, 34, 32)의 각 면으로부터 반사되는 광선의 전파 경로를 도시한 것으로, 설명을 용이하게 하기 위하여 하나의 필드 렌즈만을 도시하였다.

도 2를 참조하면, 상기 필드 렌즈는 2 매의 렌즈로 구성되는 접합 렌즈로서, 제1 면(35a), 제2 면(35b) 및 제3 면(35c)으로 이루어진다. 광축의 윗 부분에 있는 필드 렌즈의 각 면으로부터 반사되는 광선은 프로젝션 스톱(15)을 통과하지 못하지만, 광축의 아랫 부분에 있는 필드 렌즈의 각 면, 특히 제1 면(35a)과 제3 면(35c)으로부터 반사되는 광선은 프로젝션 스톱(15)을 통과하여 스크린에서 중심의 좌우에 대칭적으로 집중된 고스트 영상을 형성한다.

통상적으로, 스크린 상에서 배경(background)과 고스트 영상의 조도 차는 6：1∼7：1 인데, 배경의 밝기가 낮을수록 고스트의 영상이 뚜렷하게 감지된다. 특히, AMA 패널에 제로의 전압이 인가되어 스크린이 다크(dark) 상태가 되는 경우에 있어서 이러한 고스트의 영상이 뚜렷하게 나타난다. 이러한 고스트 영상은 항상 노이즈(noise) 광으로 작용하여 화질을 열화시키기 때문에, 신뢰성 있는 광학계를 구현하기 위해서는 이러한 고스트 영상을 제거하여야만 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 AMA 패널을 포함하는 투사형 화상 표시 장치에 있어서, 노이즈 광을 제거하여 높은 콘트라스트를 구현하고 광학계를 콤팩트화하여 광학계의 조립 및 조정을 단순화할 수 있는 투사형 화상 표시 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 3판식 투사형 화상 표시 장치를 도시한 개략도이다.

도 2는 도 1의 장치에 있어서, 필드 렌즈의 반사에 의한 광선의 전파 경로를 나타내는 개략도이다.

도 3은 본 발명에 의한 투사형 화상 표시 장치를 도시한 개략도이다.

도 4는 도 3의 장치에서 색 분리용 제1 프리즘을 통과하는 광선의 경로를 설명하기 위한 개략도이다.

도 5는 도 3의 장치에서 색 분리용 제2 프리즘을 통과하는 광선의 경로를 설명하기 위한 개략도이다.

도 6은 도 3의 장치에서 필드 렌즈의 각 면으로부터 반사되는 광선의 전파 경로를 설명하기 위한 개략도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 투사형 화상 표시 장치 112 : 램프

114 : 편광기 116 : 소오스 렌즈

118 : 소오스 스톱 119 : 색 분리용 제1 프리즘

122 : 색 분리용 제2 프리즘 124, 126, 128 : 필드 렌즈

130, 132, 134 : λ/4 판 136, 138, 140 : AMA 패널

142 : 반사 미러 144 : 색 합성용 제3 프리즘

146 : 프로젝션 스톱 148 : 프로젝션 렌즈

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광선을 발생하기 위한 광원; 상기 광원으로부터 발생된 광선을 편광시키기 위한 편광기; 광선을 반사하는 미러들의 어레이를 가지며, 제1 색 광선, 제2 색 광선 및 제3 색 광선에 각각 대응되는 제1 AMA 패널, 제2 AMA 패널 및 제3 AMA 패널; 상기 광원의 광축 상에 위치하고, 상기 편광기에 의해 얻어진 편광에서 제1 색 편광을 분리하여 상기 제1 AMA 패널로 조사하기 위한 제1 프리즘; 상기 광원의 광축에 대해 직교하여 위치하고, 상기 제1 프리즘을 통과한 편광을 제2 색 편광과 제3 색 편광으로 분리하여 상기 제2 AMA 패널 및 제3 AMA 패널로 조사하기 위한 제2 프리즘; 상기 제1 프리즘 및 제2 프리즘에 의해 얻어진 제1 색 편광, 제2 색 편광 및 제3 색 편광의 위상을 지연시켜서 위상차가 1/4 파장이 되게 하여 대응되는 제1 AMA 패널, 제2 AMA 패널 및 제3 AMA 패널에 조사하기 위한 제1 λ/4 판, 제2 λ/4 판 및 제3 λ/4 판; 상기 제1 프리즘에 일체화되고, 제1 AMA 패널, 제2 AMA 패널 및 제3 AMA 패널의 각 미러에 의해 반사된 제1 색 편광, 제2 색 편광 및 제3 색 편광을 합성하기 위한 제3 프리즘; 그리고 상기 제3 프리즘에 의해 합성된 색 편광을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈를 포함하는 투사형 화상 표시 장치를 제공한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 투사형 화상 표시 장치에 의하면, 색 분리계와 색 합성계를 일체화시킴으로써 광학계를 콤팩트하게 구성할 수 있으며, 이에 따라 광학계의 조립 및 조정을 용이하게 할 수 있다.

또한, 세 개의 필드 렌즈의 각 면으로부터 반사되는 광선이 색 분리용 제1 프리즘 및 제2 프리즘을 통해 광원으로 되돌아가기 때문에, 노이즈 광으로 작용하는 고스트 영상을 제거하여 높은 콘트라스트를 구현할 수 있다.

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

도 3은 본 발명에 따른 3 판식 박막형 AMA 패널을 포함하는 투사형 화상 표시 장치를 도시한 개략도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 투사형 화상 표시 장치(100)는, 광선을 방출하기 위한 광원(112), 편광기(114), 소오스 렌즈(116), 소오스 스톱(118), 색 분리용 제1 프리즘(119), 색 분리용 제2 프리즘(122), 제1 필드 렌즈(124), 제2 필드 렌즈(126) 및 제3 필드 렌즈(128), 제1 λ/4 판(130), 제2 λ/4 판(132) 및 제3 λ/4 판(134), 제1 AMA 패널(136), 제2 AMA 패널(138) 및 제3 AMA 패널(140), 반사 미러(142), 색 합성용 제3 프리즘(144), 프로젝션 스톱(146), 그리고 프로젝션 렌즈(148)를 포함한다.

광선을 방출하기 위한 상기 광원(112)은, 바람직하게는, 170W 내지 250W의 할로겐 금속 램프로서 스펙트럼에서 장파장의 적외선(LWIR) 내지 자외선(UV)을 방출한다. 편광기(114)는 광원(112)으로부터 발생된 광선을 편광시키는 역할을 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 편광기(114)는 P-편광을 흡수하고 S-편광을 투과시킨다.

소오스 렌즈(116)는 상기 편광기(114)로부터 얻어진 편광을 집광시키는 역할을 한다. 소오스 스톱(118)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광선을 통과시키도록 형성된 개구를 갖는다. 상기 소오스 스톱(118)은 화상을 형성하는 광선의 양을 결정한다.

색 분리용 제1 프리즘(119)은 상기 광원(112)의 광축 상에 위치하고, 상기 편광기(114)에 의해 얻어진 편광에서 제1 색 편광을 분리하는 역할을 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 제1 프리즘(119)은 적색 S-편광(Rs)을 투과하고 적색 P-편광(Rp)과 녹색 및 청색 S-편광(Gs, Bs)을 반사하는 다이크로익 면(120)을 포함한다. 또한, 상기 제1 프리즘(119)은 제1 AMA 패널(136)의 각 미러에 의해 반사된 제1 색 편광을 반사시켜 색 합성용 제3 프리즘(144)으로 보내기 위한 미러면(121)을 포함한다.

색 분리용 제2 프리즘(122)은 상기 광원(112)의 광축에 대해 직교하여 위치하고, 상기 제1 프리즘(119)을 통과한 편광을 제2 색 편광과 제3 색 편광으로 분리하는 역할을 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 제2 프리즘(122)은 청색 S-편광(Bs)을 반사하고 녹색 S-편광(Gs)을 투과시킨다. 또한, 상기 제2 프리즘(122)은 적색 S-편광(Rs)을 투과시키고, 적색 및 녹색 P-편광(Rp, Gp)을 반사시키며, 청색 P-편광(Bp)을 투과시킨다.

제1 필드 렌즈(124), 제2 필드 렌즈(126) 및 제3 필드 렌즈(128)는 상기 소오스 스톱(118)의 이미지가 프로젝션 스톱(146)에 1：1로 대응되도록 하기 위하여, 상기 소오스 스톱(118)을 통과한 각각의 광선을 광 손실 없이 그에 대응되는 제1 AMA 패널(136), 제2 AMA 패널(138) 및 제3 AMA 패널(140)로 조사하는 역할을 한다.

제1 λ/4 판(130), 제2 λ/4 판(132) 및 제3 λ/4 판(134)은 편광 상태의 광을 위상차가 90°가 되도록 반전시키는 역할을 한다. 예를 들어, 선형 편광된 광이 λ/4 판을 나오게 되면 λ/4 판의 굴절률 이방성으로 인하여 좌원 또는 우원 편광된 광이 된다. 제1 AMA 패널(136), 제2 AMA 패널(138) 및 제3 AMA 패널(140)은 조사된 광선을 반사시키기 위한 미러들의 어레이로 구성되며, 각각의 미러는 그 하부에 형성된 액츄에이터에 인가되는 신호에 따라 광선의 세기를 변조한다. 즉, 각각의 미러는 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중에서 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하는 변형 크기로 변형된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 제1 AMA 패널(136)에는 제1 프리즘(119)에 의해 분리된 적색광이 조사되고, 상기 제2 AMA 패널(138) 및 제3 AMA 패널(140)에는 제2 프리즘(122)에 의해 분리된 녹색광 및 청색광이 조사된다.

반사 미러(142)는 상기 제2 AMA 패널(138) 및 제3 AMA 패널(140)의 각 미러에 의해 반사된 제2 색 편광 및 제3 색 편광을 반사시켜 색 합성용 제3 프리즘(144)으로 보내는 역할을 한다.

색 합성용 제3 프리즘(144)은 제1 AMA 패널(136), 제2 AMA 패널(138) 및 제3 AMA 패널(140)의 각 미러로부터 반사된 제1 색 편광, 제2 색 편광 및 제3 색 편광을 합성하여 프로젝션 스톱(146)으로 보내는 역할을 한다. 바람직하게는, 상기 색 합성용 제3 프리즘(144)은 색 분리용 제1 프리즘(119)과 일체형으로 형성된다.

프로젝션 스톱(146)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광학적으로 반사면인 전면 및 광선을 통과시키도록 형성된 개구를 구비한다. 바람직하게는, 상기 개구는 핀홀 또는 슬릿이다. 상기 프로젝션 스톱(146)의 개구를 통과하는 광선의 플럭스는 제1 AMA 패널(136), 제2 AMA 패널(138) 및 제3 AMA 패널(140)의 각 미러로부터 반사된 제1 색 편광, 제2 색 편광 및 제3 색 편광의 세기를 제어한다.

프로젝션 렌즈(148)는 상기 프로젝션 스톱(146)의 개구를 통과한 색 편광을 스크린(도시되지 않음) 상에 투사하는 역할을 한다.

이하, 상술한 구조를 갖는 본 발명에 따른 투사형 화상 표시 장치(100)의 작동 원리를 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 4는 도 3의 장치에서 색 분리용 제1 프리즘(119)을 통과하는 광선의 경로를 설명하기 위한 개략도이고, 도 5는 색 분리용 제2 프리즘(122)을 통과하는 광선의 경로를 설명하기 위한 개략도이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 할로겐 금속 램프(112)로부터 방출되는 백색광이 편광기(114)에 의해 편광된다. 상기 편광기(114)는 S-편광을 투과시키고 P-편광을 흡수하므로, 상기 S-편광은 소오스 렌즈(116)에 의해 집광된 후, 소오스 스톱(118)의 개구를 통과하여 색 분리용 제1 프리즘(119)에 조사된다.

상기 제1 프리즘(119)의 다이크로익 면(120)은 적색 S-편광(Rs)을 투과하고 적색 P-편광(Rp)과 녹색 및 청색 S-편광(Gs, Bs)을 반사하므로, 상기 다이크로익 면(120)을 투과한 적색 S-편광(Rs)은 도 4에 도시한 바와 같이 제1 필드 렌즈(124)를 통해 제1 λ/4 판(130)에 입사된다. 상기 제1 λ/4 판(130)에 입사된 선형 적색 S-편광(Rs)은 위상차가 1/4 파장으로 바뀌어 좌원 또는 우원 편광으로 변한 후, 상기 제1 λ/4 판(130)의 후면에 위치한 제1 AMA 패널(136)에 입사된다. 상기 제1 AMA 패널(136)에 인가되는 신호에 따라, 상기 좌원 또는 우원 편광은 제1 AMA 패널(136)의 각 미러에 반사되어 다시 우원 또는 좌원 편광으로 변한 후, 상기 제1 λ/4 판(130)으로 역 입사되어 상기 제1 프리즘(119)으로부터 제1 λ/4 판(130)으로 입사된 선형 적색 S-편광(Rs)에 대해 위상차가 90°가 됨으로써 선형 적색 P-편광(Rp)으로 변하게 된다. 이렇게 얻어진 적색 P-편광(Rp)은 제1 프리즘(119)의 다이크로익 면(120)에 의해 반사된 후, 상기 제1 프리즘(119)의 미러면(121)으로부터 반사되어 색 합성용 제3 프리즘(144)에 들어간다. 상기 제3 프리즘(144)은 적색 P-편광(Rp)을 반사시키고 녹색 및 청색 P-편광(Gp, Bp)을 투과시키므로, 상기 적색 P-편광(Rp)은 제3 프리즘(144)에 의해 반사되어 프로젝션 스톱(146)의 개구를 통과한 후 프로젝션 렌즈(148)로 들어간다.

상기 제1 프리즘(119)의 다이크로익 면(120)에 의해 반사된 녹색 및 청색 S-편광(Gs, Bs)은 색 분리용 제2 프리즘(122)에 입사된다. 상기 제2 프리즘(122)은 청색 S-편광(Bs)을 반사하고 녹색 S-편광(Gs)을 투과시키므로, 상기 녹색 S-편광(Gs)은 도 5에 도시한 바와 같이 제2 필드 렌즈(126)를 통해 제2 λ/4 판(132)에 입사된다. 상기 제2 λ/4 판(132)에 입사된 선형 녹색 S-편광(Gs)은 위상차가 1/4 파장으로 바뀌어 좌원 또는 우원 편광으로 변한 후, 상기 제2 λ/4 판(132)의 후면에 위치한 제2 AMA 패널(138)에 입사된다. 상기 제2 AMA 패널(138)에 인가되는 신호에 따라, 상기 좌원 또는 우원 편광은 제2 AMA 패널(138)의 각 미러에 반사되어 다시 우원 또는 좌원 편광으로 변한 후, 상기 제2 λ/4 판(132)으로 역 입사되어 상기 제2 프리즘(122)으로부터 제2 λ/4 판(132)으로 입사된 선형 녹색 S-편광(Gs)에 대해 위상차가 90°가 됨으로써 선형 녹색 P-편광(Gp)으로 변하게 된다. 이렇게 얻어진 녹색 P-편광(Gp)은 녹색 P-편광(Gp)을 반사시키고 청색 P-편광(Bp)을 투과시키는 제2 프리즘(122)에 의해 반사된 후, 반사 미러(142)로부터 반사되어 색 합성용 제3 프리즘(144)에 들어간다. 상기 제3 프리즘(144)은 적색 P-편광(Rp)을 반사시키고 녹색 및 청색 P-편광(Gp, Bp)을 투과시키므로, 상기 녹색 P-편광(Gp)은 제3 프리즘(144)을 투과하여 프로젝션 스톱(146)의 개구를 통과한 후 프로젝션 렌즈(148)로 들어간다.

상기 제2 프리즘(122)에 의해 반사된 청색 S-편광(Bs)은 도 5에 도시한 바와 같이 제3 필드 렌즈(128)를 통해 제3 λ/4 판(134)에 입사된다. 상기 제3 λ/4 판(134)에 입사된 선형 청색 S-편광(Bs)은 위상차가 1/4 파장으로 바뀌어 좌원 또는 우원 편광으로 변한 후, 상기 제3 λ/4 판(134)의 후면에 위치한 제3 AMA 패널(140)에 입사된다. 상기 제3 AMA 패널(140)에 인가되는 신호에 따라, 상기 좌원 또는 우원 편광은 제3 AMA 패널(140)의 각 미러에 반사되어 다시 우원 또는 좌원 편광으로 변한 후, 상기 제3 λ/4 판(134)으로 역 입사되어 상기 제2 프리즘(122)으로부터 제3 λ/4 판(134)으로 입사된 선형 청색 S-편광(Bs)에 대해 위상차가 90°가 됨으로써 선형 청색 P-편광(Bp)으로 변하게 된다. 이렇게 얻어진 청색 P-편광(Bp)은 녹색 P-편광(Gp)을 반사시키고 청색 P-편광(Bp)을 투과시키는 제2 프리즘(122)을 투과한 후, 반사 미러(142)로부터 반사되어 색 합성용 제3 프리즘(144)에 들어간다. 상기 제3 프리즘(144)은 적색 P-편광(Rp)을 반사시키고 녹색 및 청색 P-편광(Gp, Bp)을 투과시키므로, 상기 청색 P-편광(Bp)은 제3 프리즘(144)을 투과하여 프로젝션 스톱(146)의 개구를 통과한 후 프로젝션 렌즈(148)로 들어간다.

이러한 방식으로 제3 프리즘(144)은 적색, 녹색 및 청색의 세 개의 편광을 합성시키고, 프로젝션 렌즈(148)는 합성된 색 광선을 스크린 상에 투사하여 그에 대응되는 컬러 화상을 표시한다.

도 6은 도 3의 장치에서 적색, 녹색 및 청색 광선에 각기 대응되는 제1 필드 렌즈(124), 제2 필드 렌즈(126) 및 제3 필드 렌즈(128)의 각 면으로부터 반사되는 광선의 전파 경로를 설명하기 위한 것으로, 설명을 용이하게 하기 위하여 제1 필드 렌즈(124)만을 도시하였다.

도 6을 참조하면, 적색 S-편광(Rs)을 투과하고 적색 P-편광(Rp)과 녹색 및 청색 S-편광(Gs, Bs)을 반사하는 제1 프리즘(119)의 다이크로익 면(120)을 투과하여 제1 필드 렌즈(124)로 입사되는 적색 S-편광(Rs) 중에서, 상기 제1 필드 렌즈(124)의 각 면으로부터 반사되는 적색 S-편광(Rs)은 다시 상기 제1 프리즘(119)의 다이크로익 면(120)을 투과하여 광원(112)으로 되돌아간다. 따라서, 상기 제1 필드 렌즈(124)의 각 면으로부터 반사되는 적색 S-편광(Rs)은 프로젝션 스톱(146)을 통과하지 못하므로, 스크린 상에 고스트 영상이 형성되지 않는다.

또한, 도시하지는 않았으나, 제2 필드 렌즈(126)의 각 면으로부터 반사되는 녹색 S-편광(Gs)은 청색 S-편광(Bs)을 반사하고 녹색 S-편광(Gs)을 투과시키는 제2 프리즘(122)을 투과한 후, 녹색 및 청색 S-편광(Gs, Bs)을 반사하는 제1 프리즘(119)에 의해 반사되어 광원(112)으로 되돌아간다.

또한, 도시하지는 않았으나, 제3 필드 렌즈(128)의 각 면으로부터 반사되는 청색 S-편광(Bs)은 청색 S-편광(Bs)을 반사하고 녹색 S-편광(Gs)을 투과시키는 제2 프리즘(122)에 의해 반사된 후, 녹색 및 청색 S-편광(Gs, Bs)을 반사하는 제1 프리즘(119)에 의해 반사되어 광원(112)으로 되돌아간다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 투사형 화상 표시 장치에 의하면, 색 분리용 제1 프리즘과 색 합성용 제3 프리즘을 일체화시킴으로써 광학계를 콤팩트하게 구성할 수 있으며, 이에 따라 광학계의 조립 및 조정을 용이하게 할 수 있다. 또한, 세 개의 필드 렌즈의 각 면으로부터 반사되는 광선이 색 분리용 제1 및 제2 프리즘을 통해 광원으로 되돌아가기 때문에, 노이즈 광으로 작용하는 고스트 영상을 제거하여 높은 콘트라스트를 구현할 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

광선을 발생하기 위한 광원(112);

상기 광원(112)으로부터 발생된 광선을 편광시키기 위한 편광기(114);

광선을 반사하는 미러들의 어레이를 가지며, 제1 색 광선, 제2 색 광선 및 제3 색 광선에 각각 대응되는 제1 액츄에이티드 미러 어레이(AMA) 패널(136), 제2 액츄에이티드 미러 어레이(AMA) 패널(138) 및 제3 액츄에이티드 미러 어레이(AMA) 패널(140);

상기 광원(111)의 광축 상에 위치하고, 상기 편광기(114)에 의해 얻어진 편광에서 제1 색 편광을 분리하여 상기 제1 AMA 패널(136)로 조사하기 위한 제1 프리즘(119);

상기 광원(111)의 광축에 대해 직교하여 위치하고, 상기 제1 프리즘(119)을 통과한 편광을 제2 색 편광과 제3 색 편광으로 분리하여 상기 제2 AMA 패널(138) 및 제3 AMA 패널(140)로 조사하기 위한 제2 프리즘(122);

상기 제1 프리즘(119) 및 상기 제2 프리즘(122)에 의해 얻어진 제1 색 편광, 제2 색 편광 및 제3 색 편광의 위상을 지연시켜서 위상차가 1/4 파장이 되게 하여 대응되는 제1 AMA 패널(136), 제2 AMA 패널(138) 및 제3 AMA 패널(140)에 조사하기 위한 제1 λ/4 판(130), 제2 λ/4 판(132) 및 제3 λ/4 판(134);

상기 제1 프리즘(119)에 일체화되고, 상기 제1 AMA 패널(136), 제2 AMA 패널(138) 및 제3 AMA 패널(140)의 각 미러에 의해 반사된 제1 색 편광, 제2 색 편광 및 제3 색 편광을 합성하기 위한 제3 프리즘(144); 그리고

상기 제3 프리즘(144)에 의해 합성된 색 편광을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(148)를 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 프리즘(119)은 상기 제1 AMA 패널(136)의 각 미러에 의해 반사된 제1 색 편광이 상기 제3 프리즘(144)으로 향하도록 그 광로를 변경하기 위한 미러면(121)을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 AMA 패널(138) 및 제3 AMA 패널(140)의 각 미러에 의해 반사된 제2 색 편광 및 제3 색 편광이 상기 제3 프리즘(144)으로 향하도록 그 광로를 변경하기 위한 반사 미러(142)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 편광기(114)에 의해 얻어진 편광을 집광시키기 위한 소오스 렌즈(116), 상기 소오스 렌즈(116)를 통과한 편광의 플럭스를 집중시키기 위한 소오스 스톱(118), 상기 제1 프리즘(119) 및 제2 프리즘(122)에 의해 얻어진 제1 색 편광, 제2 색 편광 및 제3 색 편광을 대응되는 제1 AMA 패널(136), 제2 AMA 패널(138) 및 제3 AMA 패널(140)에 평행광으로 조사하기 위한 제1 필드 렌즈(124), 제2 필드 렌즈(126) 및 제3 필드 렌즈(128), 그리고 상기 제3 프리즘(144)에 의해 합성된 색 편광의 플럭스를 집중시켜 프로젝션 렌즈로 보내기 위한 프로젝션 스톱(146)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
제4항에 있어서, 상기 제1 λ/4 판(130), 제2 λ/4 판(132) 및 제3 λ/4 판(134)은 각기 대응되는 제1 필드 렌즈(124), 제2 필드 렌즈(126) 및 제3 필드 렌즈(128)와 제1 AMA 패널(136), 제2 AMA 패널(138) 및 제3 AMA 패널(140)의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.