KR20000044179A - Projection type video display unit including thin-film micromirror array-actuated panel - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A projection type video display unit including a thin-film micromirror array-actuated panel is provided to realize a high contrast by removing a ghost image. CONSTITUTION: A projection type video display unit including a thin-film micromirror array-actuated panel comprises a light source(102), a thin film type mirror array panel(112), an optical pipe(103), a source lens(104), a source stop(106), a field lens(110), a projection stop(114), and a projection lens(116). The thin film type mirror array panel is composed of pixels of a mirror for reflecting a light beam. The optical pipe uniforms the light beam emitted form the light source. The source lens focuses the light beam penetrating the optical pipe. The source stop focuses flux of the light beam penetrating the source lens. The field lens irradiates the light beam penetrating the source stop to a TMA(Thin-film Micromirror Array-actuated) panel. The projection stop focuses flux of the light beam reflected from each mirror of the TMA panel. The projection lens projects the light beam penetrating the projection stop on a screen.

Description

박막형 미러 어레이 패널을 포함하는 투사형 화상표시 장치Projection type image display device including thin film mirror array panel

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 고스트 영상(ghost image)을 제거하여 높은 콘트라스트(contrast)를 구현하고 광학계의 얼라인 및 조립을 용이하게 할 수 있는 투사형 화상표시 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection image display device, and more particularly, to removing ghost images in a projection image display device including a thin-film micromirror array-actuated (hereinafter referred to as TMA) panel. The present invention relates to a projection type image display device capable of realizing high contrast and facilitating alignment and assembly of an optical system.

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.Optical path control devices or spatial light modulators for projecting optical energy onto the screen can be applied to various fields such as optical communication, image processing and information display devices. Typically, image processing apparatuses using such an optical modulator are classified into a direct view type image display device and a projection type image display device according to a method of displaying optical energy on a screen.

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 AMA(Actuated Mirror Array)를 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 광 변조기로 분류될 수 있다.An example of a direct view image display device is a CRT (Cathode Ray Tube), which is a so-called CRT device, which has excellent image quality but increases in weight and volume as the size of the screen increases, leading to increased manufacturing costs. There is. Examples of the projection image display apparatus include a liquid crystal display (LCD), a deformable mirror device (DMD), and an actuated mirror array (AMA). Such projection image display apparatuses can be further divided into two groups according to their optical characteristics. That is, devices such as LCDs can be classified as transmit light modulators, while DMD and AMA can be classified as reflected light modulators.

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.Transmission optical modulators, such as LCDs, have a very simple optical structure, which makes them thinner, lighter in weight, and smaller in volume. However, the light efficiency is low due to the polarity of the light, there is a problem inherent in the liquid crystal material, for example, the response speed is slow and the inside is easy to overheat. In addition, the maximum light efficiency of existing transmission optical modulators is limited to a range of 1-2% and requires dark room conditions to provide acceptable display quality. Therefore, optical modulators such as DMD and AMA have been developed to solve the above problems.

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.Although DMD shows a relatively good light efficiency of about 5%, the hinge structure employed in the DMD not only causes serious fatigue problems, but also requires a very complicated and expensive driving circuit.

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.The AMA reflects the light incident from the light source at a predetermined angle, and each mirror installed therein adjusts the luminous flux so that the reflected light is projected on the screen through an opening such as a slit or pinhole to form an image. Device. Therefore, its structure and operation principle are simple, and high light efficiency (more than 10% light efficiency) can be obtained compared to LCD or DMD. In addition, the contrast of the image projected on the screen is improved to obtain a brighter and clearer image.

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.Each actuator of the AMA generates a deformation in accordance with the electric field generated by the applied electric image signal and the bias voltage. As the actuator deforms, each of the mirrors mounted thereon is tilted. Therefore, the inclined mirrors reflect the light incident from the light source at a predetermined angle to form an image on the screen. As an actuator for driving the respective mirrors, a piezoelectric material such as PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ), or PLZT ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 ) is used. It is also possible to configure the actuator as electrostrictive material such as PMN (Pb (Mg, Nb) O 3).

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.These AMAs are classified into bulk and thin film types. Bulk AMA is disclosed in US Pat. No. 5,085,497 to Gregory Um et al. The bulk AMA is made by thinly cutting a multilayer ceramic to mount a ceramic wafer having a metal electrode formed therein in an active matrix in which a transistor is built, and then processing by a sawing method and installing a mirror on the top. However, bulk AMA requires very high precision in design and manufacture, and has a disadvantage of slow response of the strained layer. Accordingly, recently, a thin film type AMA (TMA) that can be manufactured using a semiconductor manufacturing process has been developed. For example, such a TMA is disclosed in Korean Patent Application No. 95-13353 (name of the invention: a method for manufacturing an optical path control device) filed by the applicant with the Korean Patent Office.

TMA는 현미경적인 미러들과 관련하여 박막 압전 액츄에이터를 이용하는 반사형 광변조기로서, 단판식으로 이루어진 미러의 300,000개 이상의 화소(pixel)에 걸쳐서 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.TMA is a reflective optical modulator using thin film piezoelectric actuators in connection with microscopic mirrors, and has been developed to have uniformity of large scale integration over more than 300,000 pixels of a single plate mirror. This TMA consists of panels of 640x480 pixels representing red (R), green (G), and blue (B), respectively. The pixels are designed as cantilever structures to maximize the surface area of the mirror to increase light efficiency. The cantilever structure includes an active matrix to which an image signal voltage is applied and a mirror operated by the applied signal voltage.

단판식 TMA를 포함하는 종래의 투사형 화상표시 장치가 도 1에 도시되어 있다.A conventional projection type image display apparatus including a single plate type TMA is shown in FIG.

도 1을 참조하면, 종래의 투사형 화상표시 장치(10)는 광선들을 방출하기 위한 170W 내지 270W의 할로겐 금속 램프(11), 램프(11)로부터 광선들을 반사시키기 위한 반사경(19), 램프(11)로부터 방출된 광선들을 평행광으로 만들기 위한 소오스 렌즈(12), 광선들을 통과시키기 위한 개구를 갖고 화상을 형성하는 광선들의 양을 결정하는 소오스 스톱(13), 소오스 스톱(13)의 이미지를 프로젝션 스톱(20)에 1:1로 대응시키기 위한 필드 렌즈(16), 다수의 미러를 구비하며 필드 렌즈(16)로부터 조사되는 광선들의 세기를 변조시키기 위한 TMA 패널(18), 광선들을 통과시키기 위한 개구를 가지며 변조된 광선들의 플럭스를 집중시키기 위한 프로젝션 스톱(20), 그리고 프로젝션 스톱(20)을 통과한 광선들을 스크린(도시되지 않음) 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(22)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a conventional projection type image display apparatus 10 includes a halogen metal lamp 11 of 170 W to 270 W for emitting light rays, a reflector 19 for reflecting light rays from the lamp 11, and a lamp 11. Project images of the source stop 13, the source stop 13, which has an aperture for passing the light rays, and the source stop 13, which determines the amount of light rays forming an image. A field lens 16 for 1: 1 correspondence to the stop 20, a TMA panel 18 having a plurality of mirrors and for modulating the intensity of the rays irradiated from the field lens 16, for passing the rays A projection stop 20 having an aperture and concentrating the flux of modulated light rays, and a projection lens 22 for projecting the light rays passing through the projection stop 20 onto a screen (not shown).

이하, 종래의 투사형 화상표시 장치(10)의 동작 원리를 간단히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation principle of the conventional projection type image display apparatus 10 will be described briefly.

먼저, 할로겐 금속 램프(11)로부터 방출된 광선이 소오스 렌즈(12)에 의해 평행광으로 만들어진 후, 소오스 스톱(13)의 개구를 통과하여 필드 렌즈(16)에 입사된다. 필드 렌즈(16)에 의해 평행광으로 만들어진 광선은 TMA 패널(18) 상에 조사된다. TMA 패널(18)의 각각의 미러는 그 아래에 구비된 액츄에이터에 인가된 화상신호 전압에 따라서 진동하거나 기울어지거나 구부러진다. 이에 따라, 필드 렌즈(16)를 통과한 광선들은 TMA 패널(18)의 각 미러들로부터 반사된 후 프로젝션 스톱(20)의 개구를 통과하여 프로젝션 렌즈(22)를 통해 스크린 상에 투사됨으로써 화상을 형성한다. 이 때, TMA 패널(18)의 미러로부터 반사되는 광선의 경로는 프로젝션 스톱(20)의 개구를 통과하는 광선의 세기를 결정한다. 즉, 프로젝션 스톱(20)의 개구를 통과하는 광선의 플럭스는 프로젝션 스톱(20)에 대한 TMA 패널(18)의 미러의 방향에 의해서 제어된다.First, the light rays emitted from the halogen metal lamp 11 are made into parallel light by the source lens 12 and then enter the field lens 16 through the opening of the source stop 13. Light rays made into parallel light by the field lens 16 are irradiated onto the TMA panel 18. Each mirror of the TMA panel 18 vibrates, tilts or bends in accordance with an image signal voltage applied to an actuator provided thereunder. Accordingly, the light rays passing through the field lens 16 are reflected from the respective mirrors of the TMA panel 18 and then projected on the screen through the projection lens 22 through the opening of the projection stop 20 so as to display an image. Form. At this time, the path of the light rays reflected from the mirror of the TMA panel 18 determines the intensity of the light rays passing through the opening of the projection stop 20. That is, the flux of light rays passing through the opening of the projection stop 20 is controlled by the direction of the mirror of the TMA panel 18 with respect to the projection stop 20.

도 1에서, 참조부호 P1은 TMA 패널(18)로 조사되는 광선을 나타내고, P2는 틸팅되지 않은 광선을 나타내며, P3는 틸팅된 광선을 나타낸다.In Fig. 1, reference numeral P1 denotes a light beam irradiated to the TMA panel 18, P2 denotes an untilted light beam, and P3 denotes a tilted light beam.

상술한 종래의 투사형 화상표시 장치(10)에 의하면, 램프(11)로부터 방출된 광선이 필드 렌즈(16)를 통하여 TMA 패널(18) 상에 조사되는 과정에서, 그 일부가 필드 렌즈(16)의 각 면으로부터 반사된다. 즉, 필드 렌즈(16)는 제1 면(16a), 제2 면(16b) 및 제3 면(16c)으로 이루어지는데, 광축 윗 부분에 있는 각 면으로부터 반사되는 광선은 프로젝션 스톱(20)을 통과하지 못하지만, 광축 아래 부분에 있는 각 면으로부터 반사되는 광선은 프로젝션 스톱(20)을 통과하여 스크린에서 중심의 좌우에 대칭적으로 집중된 고스트 이미지를 형성한다.According to the conventional projection type image display apparatus 10 described above, in the process of irradiating the light emitted from the lamp 11 onto the TMA panel 18 through the field lens 16, a part of the field lens 16 Is reflected from each side of the. That is, the field lens 16 is composed of a first surface 16a, a second surface 16b, and a third surface 16c. The light reflected from each surface above the optical axis causes the projection stop 20 to fall. Although not passing through, the light rays reflected from each side below the optical axis pass through the projection stop 20 to form a ghost image symmetrically concentrated left and right of the center on the screen.

통상적으로, 스크린 상에서 배경(background)과 고스트 패턴의 조도차는 6∼7:1 인데, 배경의 밝기가 낮을수록 고스트의 영상이 뚜렷하게 감지된다. 특히, TMA 패널에 제로의 전압이 인가되어 스크린이 다크(dark) 상태가 되는 경우에 있어서 이러한 고스트의 영상이 뚜렷하게 나타난다. 고스트는 항상 노이즈(noise)로 작용하여 화질을 열화시키기 때문에, 신뢰성 있는 광학계를 구현하기 위해서는 이러한 고스트를 제거하여야만 한다.Typically, the illuminance difference between the background and the ghost pattern is 6-7: 1 on the screen, and the lower the brightness of the background, the more ghost image is clearly detected. In particular, when a zero voltage is applied to the TMA panel so that the screen becomes dark, this ghost image is clearly seen. Since ghost always acts as noise and degrades image quality, such ghost must be removed in order to realize a reliable optical system.

이에 따라, 고스트 이미지를 제거할 수 있는 투사형 화상표시 장치가 제안되었으며, 그 개략적인 구조를 도 2에 도시하였다.Accordingly, a projection image display apparatus capable of removing ghost images has been proposed, and a schematic structure thereof is shown in FIG.

도 2를 참조하면, TMA 패널(58)을 필드 렌즈(56)의 광축 아랫면에 배치하고, 소오스 스톱(53)의 중심 및 필드 렌즈(56)의 중심을 잇는 광축에 대해 광원(51)과 소오스 렌즈(52)의 법선 벡터를 θ의 각만큼 틸팅시킴으로써 광원(51)으로부터 방출된 광선이 TMA 패널(58)의 전면에 균일하게 조사되도록 하였다.Referring to FIG. 2, the TMA panel 58 is disposed on the lower surface of the optical axis of the field lens 56, and the light source 51 and the source are about an optical axis connecting the center of the source stop 53 and the center of the field lens 56. By tilting the normal vector of the lens 52 by the angle of θ, the light rays emitted from the light source 51 were uniformly irradiated onto the front surface of the TMA panel 58.

그러나, 상술한 종래의 투사형 화상표시 장치에 의하면, 광원과 소오스 렌즈를 틸팅시키기 때문에 광학계의 얼라인 및 조립이 어려울 뿐만 아니라, 광학계의 고정부를 지지(holding)하는데 문제가 발생한다.However, according to the conventional projection type image display apparatus described above, alignment and assembly of the optical system are not only difficult because of tilting the light source and the source lens, but also a problem arises in holding the fixing part of the optical system.

따라서, 본 발명의 목적은 TMA 패널을 포함하는 투사형 화상표시 장치에 있어서 고스트 영상을 제거하여 높은 콘트라스트를 구현하고 광학계의 얼라인 및 조립을 용이하게 할 수 있는 투사형 화상표시 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a projection type image display apparatus that can achieve high contrast and facilitate alignment and assembly of an optical system in a projection type image display apparatus including a TMA panel.

도 1은 종래의 투사형 화상표시 장치를 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a conventional projection type image display apparatus.

도 2는 종래의 다른 투사형 화상표시 장치를 나타내는 개략도이다.2 is a schematic diagram showing another conventional projection image display apparatus.

도 3은 본 발명에 의한 투사형 화상표시 장치를 나타내는 개략도이다.3 is a schematic diagram showing a projection image display apparatus according to the present invention.

도 4는 도 3의 장치에서 입사부를 도시한 개략도이다.4 is a schematic diagram showing an incidence portion in the apparatus of FIG. 3.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100 : 투사형 화상표시 장치 101 : 반사경100: projection image display device 101: reflector

102 : 광원 103 : 광파이프102: light source 103: light pipe

104 : 소오스 렌즈 106 : 소오스 스톱104: source lens 106: source stop

110 : 필드 렌즈 112 : TMA 패널110: field lens 112: TMA panel

114 : 프로젝션 스톱 116 : 프로젝션 렌즈114: projection stop 116: projection lens

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광선들을 방출하기 위한 광원; 광선들을 반사시키기 위한 미러의 화소들로 구성되며, 각 미러가 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하는 변형 크기로 변형되는 TMA 패널, 광원의 광축과 동일한 광축 상에 배치되며 광원으로부터 방출된 광선들을 균일하게 만들기 위한 광파이프, 광원의 광축으로부터 Δ의 거리만큼 아래로 배치되며 광파이프를 통과한 광선을 집광시키기 위한 소오스 렌즈, 소오스 렌즈의 광축과 동일한 광축 상에 배치되며 소오스 렌즈를 통과한 광선의 플럭스를 집중시키기 위한 소오스 스톱, 소오스 렌즈의 광축과 동일한 광축 상에 배치되며 소오스 스톱을 통과한 광선을 평행광으로 TMA 패널에 조사하기 위한 필드 렌즈, TMA 패널의 각 미러로부터 반사된 광선들의 플럭스를 집중시키기 위한 프로젝션 스톱, 그리고 프로젝션 스톱을 통과한 광선들을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈를 구비하는 투사형 화상표시 장치를 제공한다.The present invention to achieve the above object, the light source for emitting light rays; TMA panel consisting of pixels of a mirror for reflecting light rays, each mirror being transformed to a deformation size corresponding to the intensity of a corresponding one of a plurality of pixels displayed on the screen, the same optical axis as the optical axis of the light source An optical pipe disposed on the optical axis for uniformizing the light rays emitted from the light source, a source lens disposed downward by a distance of Δ from the optical axis of the light source, for collecting the light beam passing through the optical pipe, and the same optical axis as the optical axis of the source lens A source stop for concentrating the flux of light rays passing through the source lens, a field lens for irradiating the TMA panel with parallel light on the light beam passing through the source stop, and a TMA panel Projection stop, and projection to focus the flux of rays reflected from each mirror Provided is a projection image display device having a projection lens for projecting light rays passing through a stop onto a screen.

본 발명에 의하면, 광원과 광파이프를 동일한 광축 상에 배치하고 소오스 렌즈, 소오스 스톱 및 필드 렌즈를 광원의 광축으로부터 Δ의 거리만큼 아래로 동일한 광축 상에 배치한다. 즉, 광원의 광축과 소오스 렌즈의 광축을 어긋나게 배치하여 광파이프의 출사면이 소오스 렌즈와 필드 렌즈를 통해 TMA 패널에 결상되도록 한다. 따라서, 광원과 소오스 렌즈를 틸팅시키지 않으므로 광학계의 얼라인 및 조립을 용이하게 수행할 수 있으며, 광학계의 고정부 지지가 용이해진다. 또한, TMA 패널을 필드 렌즈의 광축 아랫면에 배치함으로써 고스트 영상을 제거하여 높은 콘트라스트를 구현할 수 있다.According to the present invention, the light source and the light pipe are arranged on the same optical axis and the source lens, the source stop and the field lens are arranged on the same optical axis down by a distance of Δ from the optical axis of the light source. That is, the optical axis of the light source and the optical axis of the source lens are disposed to be offset so that the emission surface of the light pipe is formed on the TMA panel through the source lens and the field lens. Therefore, since the light source and the source lens are not tilted, alignment and assembly of the optical system can be easily performed, and the fixing portion of the optical system can be easily supported. In addition, by placing the TMA panel on the lower surface of the optical axis of the field lens, the ghost image can be removed to achieve high contrast.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 의한 단판식 TMA를 포함하는 투사형 화상표시 장치를 나타내는 개략도로서, 단판식 단색 시스템을 예시한다. 도 4는 본 발명의 투사형 화상 장치에서 입사부를 도시한 개략도이다.Fig. 3 is a schematic diagram showing a projection type image display apparatus including a single plate type TMA according to the present invention, illustrating a single plate type single color system. 4 is a schematic diagram showing an incidence portion in the projection image device of the present invention.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 투사형 화상표시 장치(100)는 반사경(101), 광원(102), 광파이프(103), 소오스 렌즈(104), 소오스 스톱(106), 필드 렌즈(110), TMA 패널(112), 프로젝션 스톱(114), 및 프로젝션 렌즈(116)를 포함한다.3 and 4, the projection image display apparatus 100 according to the present invention includes a reflector 101, a light source 102, a light pipe 103, a source lens 104, a source stop 106, and a field. Lens 110, TMA panel 112, projection stop 114, and projection lens 116.

광선들을 방출하기 위한 광원(102)은 바람직하게는 kW급의 할로겐 금속 램프로서 스펙트럼에서 장파장의 적외선(LWIR) 내지 자외선(UV)을 방출한다. 화면의 밝기를 향상시키기 위하여 많은 광량을 가진 광선들을 발생시켜 화소를 형성하여야 하므로 가능한 한 고출력의 램프를 사용한다. 반사경(101)은 소오스 렌즈(104)에 대해 반대 방향으로 광원(102)으로부터 방출되는 광선들을 반사시켜 다시 소오스 렌즈(104)로 향하게 하는 역할을 한다.The light source 102 for emitting light rays is preferably a kW class halogen metal lamp that emits long wavelength infrared (LWIR) to ultraviolet (UV) light in the spectrum. In order to improve the brightness of the screen, it is necessary to generate pixels by generating light rays having a large amount of light, so use a lamp of high power as much as possible. The reflector 101 serves to reflect the light rays emitted from the light source 102 in the opposite direction to the source lens 104 to be directed back to the source lens 104.

광파이프(103)는 광원(102)의 광축과 동일한 광축 상에 배치되며, 광원(102)으로부터 방출된 광선들을 혼합하여 적절히 섞은 후 소오스 렌즈(104)로 조사하는 역할을 한다. 광파이프는 광 손실을 경감시키기 위해 비집속 전송이나 반사를 이용하는 광 전송 요소로서, 빛을 보다 균일하게 분배시키기 위해 사용된다. 구체적으로, 광파이프는 램프로부터 방출되는 원형 광선이 스톱이나 렌즈와 같은 광학 구성물을 통과할 때 그 일부분이 광학 구성물의 엣지부에서 손실되는 것을 방지하기 위하여 원형 광선의 손실 부위를 미리 컷팅하여 광 손실을 경감시키고, 전반사 면을 이용하여 빛의 각도 분배를 재분배하는 변환기(scrambler)의 역할을 하며, 램프의 후면에 위치한 반사경에 의해 야기되는 색 이동(color shift)을 감소시키는 역할을 한다.The light pipe 103 is disposed on the same optical axis as the optical axis of the light source 102, and serves to mix the light rays emitted from the light source 102 with the source lens 104. Light pipes are light transmission elements that use unfocused transmission or reflection to reduce light loss and are used to distribute light more evenly. Specifically, the light pipe may be used to pre-cut the loss of the circular beam to prevent the loss of part of the circular beam when the circular beam emitted from the lamp passes through the optical component, such as a stop or lens. It acts as a scrambler to redistribute the angular distribution of light using the total reflection surface, and to reduce the color shift caused by the reflector located at the rear of the lamp.

소오스 렌즈(104)는 광파이프(103)를 통과한 광선들을 집광시켜 소오스 스톱(106)으로 보내는 역할을 하며, 광원의 중심과 광파이프(103)의 중심을 잇는 광축으로부터 Δ의 거리만큼 아래로 배치한다.The source lens 104 collects the light rays passing through the light pipe 103 and sends the light to the source stop 106. The source lens 104 moves downward from the optical axis connecting the center of the light source to the center of the light pipe 103. To place.

소오스 스톱(106)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광선들을 통과시키도록 형성된 개구, 예컨대 핀홀 또는 슬릿을 갖는다. 소오스 스톱(106)은 화상을 형성하는 광선들의 양을 결정한다. 바람직하게는, 소오스 스톱(106)은 소오스 렌즈(104)의 광축과 동일한 광축 상에 배치한다.The source stop 106 is an optically opaque member and has an opening, such as a pinhole or slit, configured to pass light rays. The source stop 106 determines the amount of light rays that form the image. Preferably, the source stop 106 is disposed on the same optical axis as the optical axis of the source lens 104.

필드 렌즈(110)는 소오스 스톱(106)의 이미지가 프로젝션 스톱(114)에 1:1로 대응되도록 하기 위하여, 소오스 스톱(106)을 통과한 각각의 광선들을 광 손실 없이 평행광으로 TMA 패널(112)로 조사하는 역할을 한다. 바람직하게는, 필드 렌즈(110)는 소오스 렌즈(104)와 소오스 스톱(106)의 광축과 동일한 광축 상에 배치한다. 따라서, 광파이프(103)의 출사면(A)이 소오스 렌즈(104)와 필드 렌즈(110)를 통해 TMA 패널(112)에 결상된다.To ensure that the image of the source stop 106 corresponds 1: 1 to the projection stop 114, the field lens 110 uses the TMA panel (parallel light) to convert each of the rays passing through the source stop 106 into parallel light without light loss. 112). Preferably, the field lens 110 is disposed on the same optical axis as the optical axes of the source lens 104 and the source stop 106. Thus, the exit surface A of the light pipe 103 is imaged on the TMA panel 112 through the source lens 104 and the field lens 110.

TMA 패널(112)은 조사된 광선들을 반사시키기 위한 다수의 미러를 포함하며, 각 미러는 그 아래에 구비된 액츄에이터에 인가되는 전기 신호에 따라서 광선들의 세기를 변조한다. 즉, 각 미러는 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중에서 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하는 변형 크기로 변형된다.The TMA panel 112 includes a plurality of mirrors for reflecting the irradiated rays, each of which modulates the intensity of the rays in accordance with an electrical signal applied to an actuator provided thereunder. That is, each mirror is deformed to a deformation size corresponding to the intensity of the corresponding one pixel among the plurality of pixels displayed on the screen.

프로젝션 스톱(114)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광학적으로 반사면인 전면 및 광선들을 통과시키도록 형성된 개구를 구비한다. 바람직하게는, 이 개구는 핀홀 또는 슬릿이다. 프로젝션 스톱(114)의 개구를 통과하는 광선의 플럭스는 TMA 패널(112)의 각 미러로부터 반사된 광선의 세기를 제어한다. 프로젝션 렌즈(116)는 프로젝션 스톱(114)의 개구를 통과한 광선들을 스크린(도시되지 않음) 상에 투사하여 그에 상응되는 화상을 표시하는 기능을 수행한다.The projection stop 114 is an optically opaque member and has an optically reflective surface and an opening formed to pass light rays. Preferably, this opening is a pinhole or slit. The flux of light rays passing through the opening of the projection stop 114 controls the intensity of the light rays reflected from each mirror of the TMA panel 112. The projection lens 116 functions to project light rays passing through the opening of the projection stop 114 on a screen (not shown) to display an image corresponding thereto.

상술한 구조를 갖는 본 발명에 따른 투사형 화상표시 장치(100)의 작동 원리를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation principle of the projection image display apparatus 100 according to the present invention having the above-described structure will be described in more detail as follows.

먼저, 할로겐 금속 램프와 같은 아크 램프로 이루어진 광원(102)으로부터 방출된 광선들이 광파이프(103)를 통과하면서 적절히 혼합되어 그 세기가 균일하게 만들어진 후 소오스 렌즈(104)로 조사된다. 소오스 렌즈(104)에 의해 집광된 광선들은 소오스 스톱(106)을 통과한 후, 필드 렌즈(110)에 의해 평행광으로 TMA 패널(112)에 조사된다.First, light rays emitted from a light source 102 made of an arc lamp such as a halogen metal lamp are properly mixed while passing through the light pipe 103 to make the intensity uniform, and then irradiated to the source lens 104. The rays collected by the source lens 104 pass through the source stop 106 and are then irradiated to the TMA panel 112 with parallel light by the field lens 110.

TMA 패널(112)의 각 미러는 그 아래에 구비된 액츄에이터에 인가된 신호에 따라서 광선들을 변조한다. 만일, 특정 액츄에이터에 오프(OFF) 전압, 즉 제로(0)의 전압이 인가되면, 그 액츄에이터에 대응되는 미러가 틸팅되지 않으며 이에 따라 그 미러에 조사된 광선들은 프로젝션 스톱(114)을 통과하지 못하게 된다.Each mirror of the TMA panel 112 modulates light rays in accordance with a signal applied to an actuator provided thereunder. If an OFF voltage, i.e. a zero voltage, is applied to a particular actuator, the mirror corresponding to that actuator is not tilted so that the beams irradiated to the mirror do not pass through the projection stop 114. do.

그러나, 특정 액츄에이터에 온(ON) 전압이 인가되면, 그 액츄에이터에 대응되는 미러가 틸팅되고 이에 따라 그 미러에 조사된 광선들은 세기가 변조되어 필드 렌즈(110)를 거쳐 프로젝션 스톱(114)으로 향한다. 이때, 미러로부터 반사되는 광선의 경로는 프로젝션 스톱(114)의 개구를 통과하는 광선의 세기를 결정한다. 즉, 프로젝션 스톱(114)의 개구를 통과하는 광선의 플럭스는 프로젝션 스톱(114)에 대한 TMA 패널(112)의 미러의 방향에 의해서 제어된다.However, when an ON voltage is applied to a particular actuator, the mirror corresponding to the actuator is tilted and thus the light rays irradiated on the mirror are modulated in intensity and directed through the field lens 110 to the projection stop 114. . At this time, the path of the light beam reflected from the mirror determines the intensity of the light beam passing through the opening of the projection stop 114. That is, the flux of the light rays passing through the opening of the projection stop 114 is controlled by the direction of the mirror of the TMA panel 112 relative to the projection stop 114.

이와 같이 프로젝션 스톱(114)의 개구를 통과한 광선들은 프로젝션 렌즈(116)에 의해 스크린 상에 투사되어 그에 대응되는 화상을 표시한다.As such, the light rays passing through the opening of the projection stop 114 are projected on the screen by the projection lens 116 to display an image corresponding thereto.

여기서, 도 2는 단판식 TMA를 사용한 단색 시스템을 예시하고 있으나, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의하면, 적색, 녹색 및 청색 투과 필터들의 일련의 색 단편들로 이루어진 컬러휠을 사용하여 순차적으로 적색, 녹색 및 청색광을 단판식 TMA에 조사함으로써 적색, 녹색 및 청색 화상들을 표시할 수 있는 단판식 컬러 시스템에 본 발명을 적용할 수 있다.Here, FIG. 2 illustrates a monochromatic system using a single-plate TMA, but according to another preferred embodiment of the present invention, red, green and blue transmission filters are sequentially red, using a color wheel consisting of a series of color fragments. The present invention can be applied to a single plate color system capable of displaying red, green and blue images by irradiating green and blue light to a single plate TMA.

또한, 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 의하면, 3판식 TMA를 사용하는 다판식 컬러 시스템에 본 발명을 적용할 수 있다.In addition, according to another preferred embodiment of the present invention, the present invention can be applied to a multi-plate color system using a 3-plate TMA.

상술한 바와 같이 본 발명의 투사형 화상표시 장치에 의하면, 광원과 광파이프를 동일한 광축 상에 배치하고 소오스 렌즈, 소오스 스톱 및 필드 렌즈를 광원의 광축으로부터 Δ의 거리만큼 아래로 동일한 광축 상에 배치한다. 즉, 광원의 광축과 소오스 렌즈의 광축을 어긋나게 배치하여 광파이프의 출사면이 소오스 렌즈와 필드 렌즈를 통해 TMA 패널에 결상되도록 한다. 따라서, 광원과 소오스 렌즈를 틸팅시키지 않으므로 광학계의 얼라인 및 조립을 용이하게 수행할 수 있으며, 광학계의 고정부 지지가 용이해진다. 또한, TMA 패널을 필드 렌즈의 광축 아랫면에 배치함으로써 고스트 영상을 제거하여 높은 콘트라스트를 구현할 수 있다.As described above, according to the projection type image display apparatus of the present invention, the light source and the light pipe are disposed on the same optical axis, and the source lens, the source stop, and the field lens are disposed on the same optical axis down by a distance Δ from the optical axis of the light source. . That is, the optical axis of the light source and the optical axis of the source lens are disposed to be offset so that the emission surface of the light pipe is formed on the TMA panel through the source lens and the field lens. Therefore, since the light source and the source lens are not tilted, alignment and assembly of the optical system can be easily performed, and the fixing portion of the optical system can be easily supported. In addition, by placing the TMA panel on the lower surface of the optical axis of the field lens, the ghost image can be removed to achieve high contrast.

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.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand that you can.

Claims (2)

광선들을 방출하기 위한 광원(102);A light source 102 for emitting light rays; 광선들을 반사시키기 위한 미러의 화소들로 구성되며, 각 미러가 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하는 변형 크기로 변형되는 박막형 미러 어레이(TMA) 패널(112);A thin-film mirror array (TMA) panel 112 composed of pixels of a mirror for reflecting light rays, each mirror being deformed to a deformation size corresponding to the intensity of a corresponding one of a plurality of pixels displayed on the screen. ); 상기 광원(102)의 광축과 동일한 광축 상에 배치되며 상기 광원(102)으로부터 방출된 광선들을 균일하게 만들기 위한 광파이프(103);An optical pipe (103) disposed on the same optical axis as the optical axis of the light source (102) for uniforming the light rays emitted from the light source (102); 상기 광원(102)의 광축으로부터 Δ의 거리만큼 아래로 배치되며, 상기 광파이프(103)를 통과한 광선을 집광시키기 위한 소오스 렌즈(104);A source lens 104 disposed downward by a distance Δ from an optical axis of the light source 102 for condensing light rays passing through the light pipe 103; 상기 소오스 렌즈(104)의 광축과 동일한 광축 상에 배치되며, 상기 소오스 렌즈(104)를 통과한 광선의 플럭스를 집중시키기 위한 소오스 스톱(106);A source stop (106) disposed on the same optical axis as the optical axis of the source lens (104), for concentrating the flux of light rays passing through the source lens (104); 상기 소오스 렌즈(104)의 광축과 동일한 광축 상에 배치되며, 상기 소오스 스톱(106)을 통과한 광선을 평행광으로 상기 TMA 패널(112)에 조사하기 위한 필드 렌즈(110);A field lens (110) disposed on the same optical axis as the optical axis of the source lens (104), for irradiating the TMA panel (112) with the light passing through the source stop (106) as parallel light; 상기 TMA 패널(112)의 각 미러로부터 반사된 광선들의 플럭스를 집중시키기 위한 프로젝션 스톱(114); 그리고A projection stop 114 for concentrating the flux of light rays reflected from each mirror of the TMA panel 112; And 상기 프로젝션 스톱(114)을 통과한 광선들을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(116)를 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시 장치.And a projection lens (116) for projecting light rays passing through the projection stop (114) onto a screen. 제1항에 있어서, 상기 TMA 패널(112)은 상기 필드 렌즈(110)의 광축 아랫면에 배치된 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시 장치.The projection image display device according to claim 1, wherein the TMA panel (112) is disposed on an under surface of the optical axis of the field lens (110).
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