KR20000044174A

KR20000044174A - 박막형 미러 어레이 패널을 포함하는 투사형 화상표시 장치

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Publication number: KR20000044174A
Application number: KR1019980060665A
Authority: KR
Inventors: 문용식
Original assignee: 전주범; 대우전자 주식회사
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1998-12-30
Publication date: 2000-07-15

Abstract

박막형 미러 어레이(TMA) 패널을 포함하는 투사형 화상표시 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 광선을 방출하는 광원, 광원으로부터 방출된 광선을 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리시키기 위한 색 분리수단, 적색, 녹색 및 청색 광선을 각각 S-편광과 P-편광으로 분리시키기 위한 세 개의 프리즘들, 두 개의 패널이 하나의 프리즘에 대응되어 각 프리즘으로부터 얻어지는 적색, 녹색 또는 청색의 S-편광과 P-편광을 화상으로 광 변조하기 위한 여섯 개의 패널, 각 TMA 패널의 입사면에 위치하여 대응되는 프리즘으로부터 얻어지는 적색, 녹색 또는 청색의 S-편광과 P-편광의 위상을 지연시켜서 위상차가 1/4 파장이 되게 하는 여섯 개의 λ/4 판, 그리고 각 TMA 패널에 의해 변조된 적색, 녹색 및 청색 광선들을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈를 구비한다. 입사 광선의 P-편광과 S-편광을 모두 사용할 수 있으므로 광효율을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

박막형 미러 어레이 패널을 포함하는 투사형 화상표시 장치

본 발명은 투사형 화상표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박막형 미러 어레이(Thin-film Micromirror Array-actuated; 이하 TMA라 칭함) 패널을 포함하는 투사형 화상표시 장치에 있어서 P-편광과 S-편광을 모두 사용하여 광효율을 증가시킬 수 있는 투사형 화상표시 장치에 관한 것이다.

광학 에너지를 스크린 상에 투영하기 위한 광로조절 장치 또는 공간적 광변조기는 광통신, 화상 처리 및 정보 디스플레이 장치와 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 통상적으로 이러한 광변조기를 이용한 화상 처리 장치들은 광학 에너지를 스크린 상에 표시하는 방법에 따라 직시형 화상표시 장치와 투사형 화상표시 장치로 구분된다.

직시형 화상표시 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 화상표시 장치로는 액정표시 장치(LCD), DMD(Deformable Mirror Device) 및 AMA를 들 수 있다. 이러한 투사형 화상표시 장치는 다시 그들의 광학적 특성에 따라 2개의 그룹으로 나뉠 수 있다. 즉, LCD와 같은 장치는 전송 광변조기로 분류될 수 있는데 반하여, DMD 및 AMA는 반사 광변조기로 분류될 수 있다.

LCD와 같은 전송 광변조기는 광학적 구조가 매우 간단하므로, 얇게 형성하여 중량을 가볍게 할 수 있으며 용적을 줄이는 것이 가능하다. 그러나, 빛의 극성으로 인하여 광효율이 낮으며, 액정재료에 고유하게 존재하는 문제, 예를 들면 응답 속도가 느리고 그 내부가 과열되기 쉬운 단점이 있다. 또한, 현존하는 전송 광변조기의 최대 광효율은 1∼2% 범위로 한정되며, 수용 가능한 디스플레이 품질을 제공하기 위해서 암실 조건을 필요로 한다. 따라서, 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 DMD 및 AMA와 같은 광변조기가 개발되었다.

DMD는 5% 정도의 비교적 양호한 광효율을 나타내지만, DMD에 채용된 힌지 구조물에 의해서 심각한 피로 문제가 발생할 뿐만 아니라, 매우 복잡하고 값비싼 구동 회로가 요구된다는 단점이 있다.

AMA는 그 내부에 설치된 각각의 미러들이 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하고, 상기 반사된 빛이 슬릿이나 핀홀과 같은 개구를 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 전압에 의하여 발생되는 전기장에 따라 변형을 일으킨다. 액츄에이터가 변형을 일으킬 때 그 상부에 장착된 각각의 미러들이 경사지게 된다. 따라서, 경사진 미러들은 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시켜 스크린 상에 화상을 맺을 수 있도록 한다. 각각의 미러들을 구동하는 액츄에이터로서 PZT(Pb(Zr, Ti)O₃), 또는 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O₃) 등의 압전물질이 이용된다. 또한, PMN(Pb(Mg, Nb)O₃) 등의 전왜 물질로서 액츄에이터를 구성할 수도 있다.

이러한 AMA는 크게 벌크형과 박막형으로 구분된다. 벌크형 AMA는 Gregory Um 등에게 허여된 미합중국 특허 제5,085,497호에 개시되어 있다. 벌크형 AMA는 다층 세라믹을 얇게 절단하여 내부에 금속 전극이 형성된 세라믹 웨이퍼를 트랜지스터가 내장된 액티브매트릭스에 장착한 후, 쏘잉 방법으로 가공하고 그 상부에 미러를 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 AMA(TMA)가 개발되었다. 예를 들면, 본 출원인이 대한민국 특허청에 특허출원한 특허출원 제95-13353호(발명의 명칭 : 광로조절 장치의 제조방법)에 이러한 TMA가 개시되어 있다.

TMA는 현미경적인 미러들과 관련하여 박막 압전 액츄에이터를 이용하는 반사형 광변조기로서, 단판식으로 이루어진 미러의 300,000 개 이상의 화소(Pixel)에 결쳐서 대규모 집적의 균등도를 갖도록 개발되어 왔다. 이러한 TMA는 각각 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 나타내는 640×480 화소의 패널들로 구성된다. 화소들은 광효율을 높이도록 미러의 표면적을 최대화하기 위해서 캔틸레버(cantilever) 구조물로 고안된다. 캔틸레버 구조물은 화상 신호 전압이 인가되는 액티브매트릭스 및 인가된 신호 전압에 의해 작동되는 미러를 포함한다.

도 1은 3판식(three panel) TMA를 이용하여 컬러 화상을 표시할 수 있는 투사형 화상표시 장치를 도시한다.

도 1을 참조하면, 종래의 투사형 화상표시 장치(10)는 광선들을 방출하기 위한 170W 내지 250W의 할로겐 금속 램프(11), 램프(11)로부터 방출된 광선들을 집광시키기 위한 소오스 렌즈(12), 광선들을 편광시키기 위한 편광기(17), 광선들을 통과시키기 위한 개구를 갖고 화상을 형성하는 광선들의 양을 결정하는 소오스 스톱(13), 소오스 스톱(13)을 통과한 광선들의 경로를 1차적으로 변경시키기 위한 소오스 미러(14), 편광된 광선들을 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리시키기 위한 프리즘(18), 미러들의 어레이로 구성되며 적색, 녹색 및 청색 광선들의 세기를 각각 변조시키기 위한 세 개의 TMA 패널(20, 22, 24), 광선들을 통과시키기 위한 개구를 가지며 변조된 광선들의 플럭스를 집중시키기 위한 프로젝션 스톱(15), 그리고 프로젝션 스톱(15)을 통과한 광선들을 스크린(도시하지 않음) 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(16)를 포함한다.

이하, 상술한 구조를 갖는 종래의 투사형 화상표시 장치(10)의 동작 원리를 설명하고자 한다.

먼저, 할로겐 금속 램프(11)로부터 발생된 백색광이 소오스 렌즈(12)에 집광된 후 편광기(17)에 조사된다. 편광기(17)는 예컨대, S-편광을 흡수하고 P-편광을 투과시키므로, 투과된 P-편광은 소오스 스톱(13)의 개구를 통과하여 소오스 미러(14) 상에 조사된다. 소오스 미러(14)에 조사된 P-편광은 전량이 반사되어 프리즘(18)에 들어간다.

프리즘(18)은 적색광(R)만을 반사시키고 다른 광들은 투과시키는 제1 다이크로익 미러와 청색광(B)만을 반사시키고 다른 광들은 투과시키는 제2 다이크로익 미러가 "X" 자 형태로 이루어진 것이다. 따라서, 프리즘(18)의 제1 다이크로익 미러로부터 반사된 적색 P-편광(Rp)은 R-TMA(20)에 조사된다. R-TMA(20)의 미러는 그 아래에 구비된 액츄에이터에 인가된 신호에 따라서 광선을 변조한다. 그 결과, R-TMA(20)에 의해 변조된 적색 P-편광(Rp)은 다시 프리즘(18)을 거쳐 프로젝션 스톱(15)의 개구를 통과한 후 프로젝션 렌즈(16)로 들어간다.

프리즘(18)의 제2 다이크로익 미러에 의해 반사된 청색 P-편광(Bp)은 B-TMA(22)에 조사된다. B-TMA(22)의 미러는 그 아래에 구비된 액츄에이터에 인가된 신호에 따라서 광선을 변조한다. 그 결과, B-TMA(22)에 의해 변조된 청색 P-편광(Bp)은 다시 프리즘(18)을 거쳐 프로젝션 스톱(15)의 개구를 통과한 후 프로젝션 렌즈(16)로 들어간다.

한편, 프리즘(18)을 투과한 녹색 P-편광(Gp)은 G-TMA(24)에 조사된다. G-TMA(24)의 미러는 그 아래에 구비된 액츄에이터에 인가된 신호에 따라서 광선을 변조한다. 그 결과, G-TMA(24)에 의해 변조된 녹색 P-편광(Gp)은 다시 프리즘(18)을 거쳐 프로젝션 스톱(15)의 개구를 통과한 후 프로젝션 렌즈(16)로 들어간다.

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

상술한 종래의 투사형 화상표시 장치에 의하면, 편광기에 의해 하나의 편광 성분, 즉 S-편광 또는 P-편광만이 투과되어 스크린 상에 투사된다. 일반적으로, 투사형 화상표시 장치의 광효율(Light utilization efficiency)은 광 콜리메이션 광학계(Light collimation optics)와 TMA 패널에 의해 주로 영향받는다. 따라서, 편광기에 의해 항상 하나의 편광 성분, 즉 S-편광 또는 P-편광이 손실되므로 광효율이 현저히 떨어지게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 P-편광과 S-편광을 모두 사용하여 광효율을 증가시킬 투사형 화상표시 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 투사형 화상표시 장치를 나타내는 개략도이다.

도 2는 본 발명에 의한 투사형 화상표시 장치를 나타내는 개략도이다.

도 3은 도 2의 장치에서 R-TMA 패널에 대한 광선의 전파 경로를 설명하기 위한 개략도이다.

도 4는 도 2의 장치에서 B-TMA 패널에 대한 광선의 전파 경로를 설명하기 위한 개략도이다.

도 5는 도 2의 장치에서 G-TMA 패널에 대한 광선의 전파 경로를 설명하기 위한 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 투사형 화상표시 장치 102 : 광원

104 : 소오스 렌즈 106 : 소오스 스톱

107, 108, 109 : 프리즘 110, 112 : 색 분리수단

114, 116 : 광로 변경수단

120, 122, 124, 125, 126, 128 : 모듈레이션 렌즈

130, 132, 134, 135, 136, 138 : λ/4 판

140, 142, 144, 145, 146, 148 : TMA 패널

150 : 프로젝션 스톱 152 : 프로젝션 렌즈

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광선을 방출하기 위한 광원, 광원으로부터 방출된 광선을 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리시키기 위한 색 분리수단, 적색, 녹색 및 청색 광선을 각각 S-편광과 P-편광으로 분리시키기 위한 세 개의 프리즘들, 두 개의 패널이 하나의 프리즘에 대응되어 각 프리즘으로부터 얻어지는 적색, 녹색 또는 청색의 S-편광과 P-편광을 화상으로 광 변조하기 위한 여섯 개의 패널, 각 TMA 패널의 입사면에 위치하여 대응되는 프리즘으로부터 얻어지는 적색, 녹색 또는 청색의 S-편광과 P-편광의 위상을 지연시켜서 위상차가 1/4 파장이 되게 하는 여섯 개의 λ/4 판, 그리고 각 TMA 패널에 의해 변조된 적색, 녹색 및 청색 광선들을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈를 구비하는 투사형 화상표시 장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 두 개의 TMA 패널이 한 쌍을 이루어 동일 색의 광선을 변조시키도록 하나의 프리즘에 두 개의 TMA 패널을 배치시키고, 각 프리즘에 의해 적색, 녹색 또는 청색 광선을 P-편광과 S-편광으로 분리하여 대응되는 TMA 패널에 의해 적색, 녹색 또는 청색의 P-편광과 S-편광을 모두 화상으로 광변조한다. 그리고, λ/4 판을 이용하여 변조된 적색, 녹색 또는 청색의 P-편광과 S-편광을 합성시킨 후 프로젝션 렌즈를 이용하여 스크린 상에 투사한다.

따라서, 입사 광선의 P-편광과 S-편광을 모두 사용할 수 있으므로 광효율을 크게 향상시킬 수 있다.

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

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 투사형 화상표시 장치(100)는 광원(102), 소오스 렌즈(104), 소오스 스톱(106), 프리즘(107, 108, 109), 색 분리수단(110, 112), 광로 변경수단(114, 116), 모듈레이션 렌즈(120, 122, 124, 125, 126, 128), λ/4 판(130, 132, 134, 135, 136, 138), TMA 패널(140, 142, 144, 145, 146, 148), 프로젝션 스톱(150) 그리고 프로젝션 렌즈(152)를 포함한다.

광원(102)은 바람직하게는, 약 170W 내지 250W의 할로겐 금속 램프로서 스펙트럼에서 장파장의 적외선(LWIR) 내지 자외선(UV)을 방출한다.

소오스 렌즈(104)는 광원(102)으로부터 방출된 광선들을 평행광으로 만드는 역할을 한다. 소오스 스톱(106)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광선들을 통과시키도록 형성된 개구를 갖는다. 바람직하게는, 개구는 핀홀이나 슬릿이다. 소오스 스톱(106)은 화상을 형성하는 광선들의 양을 결정한다.

색 분리수단(110, 112)은 광원(102)으로부터 방출되는 백색광(W)을 적색, 녹색 및 청색(R, G, B) 광선으로 분리시키는 역할을 하며, 바람직하게는 빛을 파장에 의해서 선택적으로 통과시키는 두 개의 다이크로익 필터로 구성된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 제1 다이크로익 필터(110)는 적색 광선을 반사시키고 녹색 및 청색 광선을 투과시키며, 제2 다이크로익 필터(112)는 청색 광선을 반사시키고 녹색 광선을 투과시킨다.

모듈레이션 렌즈들(120, 122, 124, 125, 126, 128)은 소오스 스톱(106)의 상이 프로젝션 스톱(150)에 1:1로 대응되도록 하기 위하여, 소오스 스톱(106)을 통과한 광선들을 광손실 없이 그에 대응되는 TMA 패널들(140, 142, 144, 145, 146, 148)로 조사하는 역할을 한다.

프리즘(107, 108, 109)은 편광 빔 스플리터면을 갖도록 제작된다. 편광 빔 스플리터 면에 편광되지 않은 단색광을 입사시키면 직진 방향과 직각 방향으로 편광된 광이 나오게 되는데, 입사 평면에 직각으로 된 전기장 벡터인 S-편광은 직각 방향으로 나오고 입사 평면과 나란한 전기장 벡터인 P-편광은 투과된다.

λ/4 판(130, 132, 134, 135, 136, 138)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. 본 발명에서는 프리즘(107, 108, 109)에 의해 분리되어진 S-편광과 P-편광을 모두 사용하기 위하여 S-편광의 진행 방향과 P-편광의 진행 방향에 각각 λ/4 판을 배치한다.

TMA 패널들(140, 142, 144, 145, 146, 148)은 조사된 광선들을 반사시키기 위한 미러들의 어레이로 구성되며, 두 개의 TMA 패널이 한 쌍을 이루어 동일 색의 광선, 즉 적색, 녹색 또는 청색 광선 중의 어느 한 광선을 변조시키도록 구동된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 제1 및 제2 R-TMA 패널(140, 142)에는 제1 R-프리즘(107)에 의해 얻어진 적색 S-편광 및 적색 P-편광이 각각 조사된다. 제3 및 제4 B-TMA 패널(144, 145)에는 제2 B-프리즘(108)에 의해 얻어진 청색 S-편광 및 청색 P-편광이 각각 조사된다. 제5 및 제6 G-TMA 패널(146, 148)에는 제3 G-프리즘(109)에 의해 얻어진 녹색 S-편광 및 녹색 P-편광이 각각 조사된다.

광로 변경수단(114, 116)은 각 TMA 패널들에 의해 변조되어진 적색, 녹색 및 청색 편광들이 프로젝션 렌즈(152)로 전파되도록 그 광로를 변경하는 역할을 하며, 바람직하게는 빛을 파장에 의해서 선택적으로 통과시키는 두 개의 다이크로익 필터로 구성된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 제3 다이크로익 필터(114)는 청색 광선을 반사시키고 적색 및 녹색 광선을 투과시키며, 제4 다이크로익 필터(116)는 적색 광선을 투과시키고 녹색 및 청색 광선을 반사시킨다.

프로젝션 스톱(150)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광학적으로 반사면인 전면 및 광선을 통과시키도록 형성된 개구를 구비한다. 바람직하게는, 개구는 핀홀 또는 슬릿이다. 프로젝션 스톱(150)의 개구를 통과하는 광선의 플럭스는 여섯 개의 TMA 패널들(140, 142, 144, 145, 146, 148)의 각 미러로부터 반사된 적색, 녹색 및 청색 편광의 세기를 제어한다.

프로젝션 렌즈(152)는 프로젝션 스톱(150)의 개구를 통과한 적색, 녹색 및 청색 편광들을 스크린(도시되지 않음) 상에 투사하는 역할을 한다.

이하, 상술한 구조를 갖는 본 발명에 따른 투사형 화상표시 장치(100)의 작동 원리를 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명하고자 한다.

도 3은 도 2의 장치에서 R-TMA 패널(140, 142)에 대한 광선의 전파 경로를 설명하기 위한 개략도이고, 도 4는 B-TMA 패널(144, 145)에 대한 광선의 전파 경로를 설명하기 위한 개략도이며, 도 5는 G-TMA 패널(146, 148)에 대한 광선의 전파 경로를 설명하기 위한 개략도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 할로겐 금속 램프(102)로부터 방출된 백색광(W)이 소오스 렌즈(104)에 의해 평행광으로 만들어진 후, 소오스 스톱(106)의 개구를 통과하여 소오스 미러(108)에 조사된다. 소오스 미러(108)로부터 반사된 백색광(W)은 제1 다이크로익 필터(110)에 조사된다.

제1 다이크로익 필터(110)는 녹색광(G)과 청색광(B)을 투과시키고 적색광(R)을 반사시키므로, 반사된 적색광(R)은 제1 R-모듈레이션 렌즈(120)에 의해 평행광으로 제1 R-프리즘(107)에 조사된다. 제1 R-프리즘(107)은 S-편광을 반사시키고 P-편광을 투과시키므로, 반사된 적색 S-편광(Rs)은 제1 R-λ/4 판(130)에 입사된다. 제1 R-λ/4 판(130)에 입사된 선형 적색 S-편광(Rs)은 위상차가 1/4 파장으로 바뀌어 좌원 또는 우원 편광으로 변한 후, 제1 R-TMA 패널(140)에 조사된다. 제1 R-TMA 패널(140)의 각 미러는 그 아래에 구비된 액츄에이터에 인가된 신호에 따라 틸팅되어 광선을 반사한다. 그 결과, 제1 R-TMA 패널(140)로부터 반사된 적색 S-편광(Rs)은 다시 우원 또는 좌원 편광으로 변하여 제1 R-λ/4 판(130)으로 역 입사됨으로써, 제1 R-프리즘(107)으로부터 제1 R-λ/4 판(130)으로 입사된 선형 적색 S-편광(Rs)에 대해 위상차가 90°로 되어 선형 적색 P-편광(Rp)으로 변하게 된다. 따라서, 제1 R-TMA 패널(140)에 의해 변조되어진 선형 적색 P-편광(Rp)은 제1 R-프리즘(107)을 투과하여 제2 R-모듈레이션 렌즈(122)에 입사된다.

한편, 제1 R-프리즘(107)을 투과한 적색 P-편광(Rp)은 제2 R-λ/4 판(132)에 입사된다. 제2 R-λ/4 판(132)에 입사된 선형 적색 P-편광(Rp)은 위상차가 1/4 파장으로 바뀌어 좌원 또는 우원 편광으로 변한 후, 제2 R-TMA 패널(142)에 조사된다. 제2 R-TMA 패널(142)의 각 미러는 그 아래에 구비된 액츄에이터에 인가된 신호에 따라 틸팅되어 광선을 반사한다. 그 결과, 제2 R-TMA 패널(142)로부터 반사된 적색 P-편광(Rp)은 다시 우원 또는 좌원 편광으로 변하여 제2 R-λ/4 판(132)으로 역 입사됨으로써, 제1 R-프리즘(107)으로부터 제2 R-λ/4 판(132)으로 입사된 선형 적색 P-편광(Rp)에 대해 위상차가 90°로 되어 선형 적색 S-편광(Rs)으로 변하게 된다. 따라서, 제2 R-TMA 패널(142)에 의해 변조되어진 선형 적색 S-편광(Rs)은 제1 R-프리즘(107)에 반사되어 제2 R-모듈레이션 렌즈(122)에 입사된다. 이와 같이 제2 R-모듈레이션 렌즈(122)에 입사된 적색 편광(Rp+s)은 평행광으로 제4 다이크로익 필터(116)에 조사된다. 제4 다이크로익 필터(116)는 적색 광선을 투과시키고 녹색 및 청색 광선을 반사시키므로, 투과된 적색 편광(Rp+s)은 프로젝션 스톱(150)의 개구를 통과하여 프로젝션 렌즈(152)로 입사된다.

제1 다이크로익 필터(110)를 투과한 녹색광(G) 및 청색광(B)은, 제2 다이크로익 필터(112)에 의해 청색광(B)이 반사되고 녹색광(R)이 투과된다. 제2 다이크로익 필터(112)에 의해 반사된 청색광(B)은 제3 B-모듈레이션 렌즈(124)에 의해 평행광으로 제2 B-프리즘(108)에 조사된다. 제2 B-프리즘(108)은 S-편광을 반사시키고 P-편광을 투과시키므로, 반사된 청색 S-편광(Bs)은 제3 B-λ/4 판(134)에 입사된다. 제3 B-λ/4 판(134)에 입사된 선형 청색 S-편광(Bs)은 위상차가 1/4 파장으로 바뀌어 좌원 또는 우원 편광으로 변한 후, 제3 B-TMA 패널(144)에 조사된다. 제3 B-TMA 패널(144)의 각 미러는 그 아래에 구비된 액츄에이터에 인가된 신호에 따라 틸팅되어 광선을 반사한다. 그 결과, 제3 B-TMA 패널(144)로부터 반사된 청색 S-편광(Bs)은 다시 우원 또는 좌원 편광으로 변하여 제3 B-λ/4 판(134)으로 역 입사됨으로써, 제2 B-프리즘(108)으로부터 제3 B-λ/4 판(134)으로 입사된 선형 청색 S-편광(Bs)에 대해 위상차가 90°로 되어 선형 청색 P-편광(Bp)으로 변하게 된다. 따라서, 제3 B-TMA 패널(144)에 의해 변조되어진 선형 청색 P-편광(Bp)은 제2 B-프리즘(108)을 투과하여 제4 B-모듈레이션 렌즈(125)에 입사된다.

한편, 제2 B-프리즘(108)을 투과한 청색 P-편광(Bp)은 제4 B-λ/4 판(135)에 입사된다. 제4 B-λ/4 판(135)에 입사된 선형 청색 P-편광(Bp)은 위상차가 1/4 파장으로 바뀌어 좌원 또는 우원 편광으로 변한 후, 제4 B-TMA 패널(145)에 조사된다. 제4 B-TMA 패널(145)의 각 미러는 그 아래에 구비된 액츄에이터에 인가된 신호에 따라 틸팅되어 광선을 반사한다. 그 결과, 제4 B-TMA 패널(145)로부터 반사된 청색 P-편광(Bp)은 다시 우원 또는 좌원 편광으로 변하여 제4 B-λ/4 판(135)으로 역 입사됨으로써, 제2 B-프리즘(108)으로부터 제4 B-λ/4 판(135)으로 입사된 선형 청색 P-편광(Bp)에 대해 위상차가 90°로 되어 선형 청색 S-편광(Bs)으로 변하게 된다. 따라서, 제4 B-TMA 패널(145)에 의해 변조되어진 선형 청색 S-편광(Bs)은 제2 B-프리즘(108)에 반사되어 제4 B-모듈레이션 렌즈(125)에 입사된다. 이와 같이 제4 B-모듈레이션 렌즈(125)에 입사된 청색 편광(Bp+s)은 평행광으로 제3 다이크로익 필터(114)에 조사된다. 제3 다이크로익 필터(114)는 청색 광선을 반사시키고 녹색 및 적색 광선을 투과시키므로, 반사된 청색 편광(Bp+s)은 제4 다이크로익 필터(116)에 조사된다. 제4 다이크로익 필터(116)는 청색 광선을 반사시키므로, 반사된 청색 편광(Bp+s)은 프로젝션 스톱(150)의 개구를 통과하여 프로젝션 렌즈(152)로 입사된다.

제2 다이크로익 필터(112)를 투과한 녹색광(G)은 제5 G-모듈레이션 렌즈(126)에 의해 평행광으로 제3 G-프리즘(109)에 조사된다. 제3 G-프리즘(109)은 S-편광을 반사시키고 P-편광을 투과시키므로, 반사된 녹색 S-편광(Gs)은 제5 G-λ/4 판(136)에 입사된다. 제5 G-λ/4 판(136)에 입사된 선형 녹색 S-편광(Gs)은 위상차가 1/4 파장으로 바뀌어 좌원 또는 우원 편광으로 변한 후, 제5 G-TMA 패널(146)에 조사된다. 제5 G-TMA 패널(146)의 각 미러는 그 아래에 구비된 액츄에이터에 인가된 신호에 따라 틸팅되어 광선을 반사한다. 그 결과, 제5 G-TMA 패널(146)로부터 반사된 녹색 S-편광(Gs)은 다시 우원 또는 좌원 편광으로 변하여 제5 G-λ/4 판(136)으로 역 입사됨으로써, 제3 G-프리즘(109)으로부터 제5 G-λ/4 판(136)으로 입사된 선형 녹색 S-편광(Gs)에 대해 위상차가 90°로 되어 선형 녹색 P-편광(Gp)으로 변하게 된다. 따라서, 제5 G-TMA 패널(146)에 의해 변조되어진 선형 녹색 P-편광(Gp)은 제3 G-프리즘(109)을 투과하여 제5 G-모듈레이션 렌즈(128)에 입사된다.

한편, 제3 G-프리즘(109)을 투과한 녹색 P-편광(Gp)은 제6 G-λ/4 판(138)에 입사된다. 제6 G-λ/4 판(138)에 입사된 선형 녹색 P-편광(Gp)은 위상차가 1/4 파장으로 바뀌어 좌원 또는 우원 편광으로 변한 후, 제6 G-TMA 패널(148)에 조사된다. 제6 G-TMA 패널(148)의 각 미러는 그 아래에 구비된 액츄에이터에 인가된 신호에 따라 틸팅되어 광선을 반사한다. 그 결과, 제6 G-TMA 패널(148)로부터 반사된 녹색 P-편광(Gp)은 다시 우원 또는 좌원 편광으로 변하여 제6 G-λ/4 판(138)으로 역 입사됨으로써, 제3 G-프리즘(109)으로부터 제6 G-λ/4 판(138)으로 입사된 선형 녹색 P-편광(Gp)에 대해 위상차가 90°로 되어 선형 녹색 S-편광(Gs)으로 변하게 된다. 따라서, 제6 G-TMA 패널(148)에 의해 변조되어진 선형 녹색 S-편광(Gs)은 제3 G-프리즘(109)에 반사되어 제6 G-모듈레이션 렌즈(128)에 입사된다. 이와 같이 제6 G-모듈레이션 렌즈(128)에 입사된 녹색 편광(Gp+s)은 평행광으로 제3 다이크로익 필터(114)에 조사된다. 제3 다이크로익 필터(114)는 녹색 광선을 투과시키므로, 투과된 녹색 편광(Gp+s)은 제4 다이크로익 필터(116)에 조사된다. 제4 다이크로익 필터(116)는 녹색 광선을 반사시키므로, 반사된 녹색 편광(Gp+s)은 프로젝션 스톱(150)의 개구를 통과하여 프로젝션 렌즈(152)로 입사된다.

이러한 방식으로, 프로젝션 렌즈(152)는 적색, 녹색 및 청색의 세 개의 광선을 포함하는 색 광선을 스크린 상에 투사하여 그에 대응되는 컬러화상을 표시한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 투사형 화상표시 장치에 의하면, 두 개의 TMA 패널이 한 쌍을 이루어 동일 색의 광선을 변조시키도록 하나의 프리즘에 두 개의 TMA 패널을 배치시키고, 각 프리즘에 의해 적색, 녹색 또는 청색 광선을 P-편광과 S-편광으로 분리하여 대응되는 TMA 패널에 의해 적색, 녹색 또는 청색의 P-편광과 S-편광을 모두 화상으로 광 변조한다. 그리고, λ/4 판을 이용하여 변조된 적색, 녹색 또는 청색의 P-편광과 S-편광을 합성시킨 후 프로젝션 렌즈를 이용하여 스크린 상에 투사한다. 따라서, 입사 광선의 P-편광과 S-편광을 모두 사용할 수 있으므로 광효율을 크게 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 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 방출하기 위한 광원(102);

상기 광원(102)으로부터 방출된 광선을 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리시키기 위한 색 분리수단(110, 112);

상기 적색, 녹색 및 청색 광선을 각각 S-편광과 P-편광으로 분리시키기 위한 세 개의 프리즘들(107, 108, 109);

두 개의 패널이 하나의 프리즘에 대응되어 각 프리즘으로부터 얻어지는 적색, 녹색 또는 청색의 S-편광과 P-편광을 화상으로 광 변조하기 위한 여섯 개의 박막형 미러 어레이(TMA) 패널(140, 142, 144, 145, 146, 148);

각 TMA 패널의 입사면에 위치하여 대응되는 프리즘으로부터 얻어지는 적색, 녹색 또는 청색의 S-편광과 P-편광의 위상을 지연시켜서 위상차가 1/4 파장이 되게 하는 여섯 개의 λ/4 판(130, 132, 134, 135, 136, 138); 그리고

각 TMA 패널에 의해 변조된 적색, 녹색 및 청색 광선들을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(142)를 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 색 분리수단(110, 112)은 두 개의 다이크로익 필터들로 구성된 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시 장치.
제1항에 있어서, 각 TMA 패널에 의해 변조된 적색, 녹색 및 청색 광선들이 상기 프로젝션 렌즈로 전파되도록 그 광로를 변경하기 위한 두 개의 다이크로익 필터들(114, 116)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시 장치.