KR20020000381A

KR20020000381A - 프로젝션 엔진의 광 분리 및 합성 장치

Info

Publication number: KR20020000381A
Application number: KR1020000035056A
Authority: KR
Inventors: 이종서
Original assignee: 이형도; 삼성전기주식회사
Priority date: 2000-06-24
Filing date: 2000-06-24
Publication date: 2002-01-05

Abstract

본 발명은 3판 반사형 LCD 프로젝션 엔진에 적용되어 RGB를 분리하고 합성하되 다이크로익 스플리터(dichroic splitter)에 의해 편광이 왜곡되는 요소를 제거할 수 있도록 구조를 개선한 프로젝션 엔진의 광 분리 및 합성 장치에 관한 것으로서, 조명계로부터 입사되는 광에서 그린(green)을 분리하여 투과시키고 나머지 색 성분은 반사시켜 그 경로를 변경시키는 제1 편광빔 스플리터(PBS)와, 상기 제1 편광빔 스플리터에서 반사된 블루(blue)와 레드(red)를 색 분리하여 반사형 LCD로 반사시키고 각 반사형 LCD에서 반사된 블루(blue)와 레드(red)를 색 합성하는 제2 편광빔 스플리터와, 상기 제1 편광빔 스플리터에서 분리된 그린(green)을 반사형 LCD로 투과시키고 반사형 LCD에서 반사된 그린(green)을 다시 투과시키는 벌크 프리즘(bulk prism)과, 상기 제2 편광빔 스플리터에서 색 합성된 블루(blue) 및 레드(red)와 상기 벌크 프리즘에서 투과된 그린(green)을 색 합성하여 투사계로 출사시키는 제3 편광빔 스플리터와, 상기 제2 편광빔 스플리터의 입사측 및 출사측에 배치된 지연 스택(retarder stack)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

프로젝션 엔진의 광 분리 및 합성 장치{Beam separation and composition module for projection engine}

본 발명은 3판 반사형 LCD 프로젝션 엔진에 적용되어 RGB를 분리하고 합성하는 광 분리 및 합성 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다이크로익 스플리터(dichroic splitter)에 의해 편광이 왜곡되는 요소를 제거할 수 있도록 구조를 개선한 프로젝션 엔진의 광 분리 및 합성 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반사형 LCD 프로젝션 엔진은 크게 광을 생성하는 조명계, 광의 색을 분리 및 합성하는 색처리계, 광을 스위칭하여 화면을 생성하는 이미지계, 생성된 이미지를 화면으로 투사하는 투사계 등 4부분으로 이루어진다. 이때, 상기 이미지계에서 사용되는 소자로는 LCD와 DMD가 주류를 이루는데, LCD 방식은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 투과형과 반사형으로 다시 나눌 수 있다. 이때, 투과형 LCD를 이용하는 경우에는 도 1에 도시된 바와 같이 투과형 LCD(11)의 전후에 제1,2 편광기(12, 13)를 배치하고, 반사형 LCD를 이용하는 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이 반사형 LCD(21)의 앞에 편광기(22)를 배치하게 된다.

상기 LCD 방식에서는 편광이 사용되므로 편광의 처리가 품질에 상당히 중요한 영향을 주게 되지만, 현재의 기술 수준으로는 고출력, 고효율의 프로젝션 엔진에서 편광의 왜곡 없이 광을 이용하는 것은 상당히 어려운 일이다. 또한, 반사형 LCD 프로젝션 엔진은 이미지계의 구조상 색처리계의 색 분리 및 합성이 같은 장소에서 이루어지는 것이 이상적이지만, 색의 분리 및 합성이 동일한 장치에서 발생될 때 편광의 왜곡을 감소시키는 것이 색 분리와 합성을 서로 다른 장치로 그 기능을 나누어 사용하는 것보다 어려워지는 것이 사실이다.

그러므로, 이러한 편광의 왜곡이 프로젝션 엔진의 품질에 문제시 될 경우에 품질을 개선할 수 있는 장치가 필요하다. 이를 위하여, 현재 반사형 프로젝션 엔진에서는 색 분리 및 합성장치로서 컬러코너(color corner) 라는 장치를 이용하고 있다.

도 3 내지 도 5는 종래 기술에서 사용되는 광 분리 및 합성 장치의 구성 예를 나타내는 도면들이다.

먼저, 도 3을 참조하면, 참조번호 31은 조명계(미도시)로부터 입사되는 광의 경로를 LCD로 향하도록 변경시키거나 이미지가 포함되어 입사된 광을 투사계(미도시)로 투과시키는 편광빔 스플리터(polarizing beam splitter)를 나타내고, 32는 상기 편광빔 스플리터(31)로부터 반사된 광에서 색 분리하여 각각의 반사형 LCD(33, 34)로 진행시키고, 상기 반사형 LCD(33, 34)로부터 반사된 광을 색 합성하여 다시 상기 편광빔 스플리터(31)로 반사시키는 X 큐브 프리즘(X cube prism)을 나타낸다.

그러나, 이와 같은 구성을 갖는 장치에서는 다이크로익 스플리터로 이루어진 X 큐브 프리즘(32) 다음에 반사형 LCD(33, 34)가 위치하기 때문에 다이크로익 스플리터에 의해 깨어진 편광 성분이 화상에 노이즈로 작용하게 되는 문제점이 발생한다.

한편, 도 4를 참조하면, 참조번호 41 및 42는 조명계(미도시)로부터 입사되는 광의 경로를 반사형 LCD(43,44)로 향하도록 변경시키는 동시에 상기 반사형 LCD(43,44)로부터 반사되어 이미지가 포함된 광은 투과시키는 편광빔 스플리터를나타내고, 45는 상기 각 편광빔 스플리터(41,42)로부터 입사된 광을 투사계(미도시)로 반사시키는 X 큐브 프리즘을 나타낸다. 또한, 참조번호 46은 편광빔 스플리터를 나타낸다.

상기 도 4와 같은 구성은, 다이크로익 스플리터에 의해 깨어진 편광 성분이 화상에 노이즈로 작용하게 되는 현상이 사라지도록 반사형 LCD 앞에 3개의 편광빔 스플리터(41, 42, 46)를 설치했으나, 색 합성 장치와 색 분리 장치가 별도로 필요하게 됨으로써 시스템의 부피가 커지고 무게가 무거워지며 가격이 상승하게 되는 문제점이 발생한다.

한편, 도 5를 참조하면, 참조번호 51은 지연 스택(retarder stack)을 나타내고, 52는 편광빔 스플리터를 나타내고, 53은 다이크로익 스플리터를 나타내고, 54 및 55는 반사형 LCD를 나타내며, 56은 벌크 프리즘(bulk prism)을 나타낸다.

상기와 같은 구성을 갖는 경우에는 깨어진 편광 성분이 화상에 노이즈로 작용하게 되는 현상을 완전히 제거할 수 없게 되어 블루(blue)와 레드(red)의 위치에서 게속적으로 발생하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 그 목적은 다이크로익 스플리터(dichroic splitter)에 의해 편광이 왜곡되는 요소를 제거함으로써 콘트라스트(contrast) 및 균일성(uniformity) 품질을 개선할 수 있는 프로젝션 엔진의 광 분리 및 합성 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 투과형 LCD의 동작을 설명하기 위한 도면,

도 2는 일반적인 반사형 LCD의 동작을 설명하기 위한 도면,

도 3 내지 도 5는 종래 기술에서 사용되는 광 분리 및 합성 장치의 구성 예를 나타내는 도면들,

도 6은 다이크로익 스플리터에서 편광 S와 P의 투과율을 나타내는 그래프,

도 7은 다이크로익 스플리터에서 편광 S와 P의 반사율을 나타내는 그래프,

도 8은 본 발명에서 사용되는 광 분리 및 합성 장치의 구성 예를 나타내는 도면.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

81 : 제1 편광빔 스플리터(PBS) 82 : 전반사 프리즘

83 : 제2 편광빔 스플리터 84, 85 : 반사형 LCD

86 : 제3 편광빔 스플리터 87 : 벌크 프리즘(bulk prism)

R : 지연 스택(retarder stack)

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 조명계로부터 입사되는 광에서 그린(green)을 분리하여 투과시키고 나머지 색 성분은 반사시켜 그 경로를 변경시키는 제1 편광빔 스플리터(PBS)와, 상기 제1 편광빔 스플리터에서 반사된 블루(blue)와 레드(red)를 색 분리하여 반사형 LCD로 반사시키고 각 반사형 LCD에서 반사된 블루(blue)와 레드(red)를 색 합성하는 제2 편광빔 스플리터와, 상기 제1 편광빔 스플리터에서 분리된 그린(green)을 반사형 LCD로 투과시키고 반사형 LCD에서 반사된 그린(green)을 다시 투과시키는 벌크 프리즘(bulk prism)과, 상기 제2 편광빔 스플리터에서 색 합성된 블루(blue) 및 레드(red)와 상기 벌크 프리즘에서 투과된 그린(green)을 색 합성하여 투사계로 출사시키는 제3 편광빔 스플리터와, 상기 제2 편광빔 스플리터의 입사측 및 출사측에 배치된 지연 스택(retarder stack)을 포함하여 구성된 프로젝션 엔진의 광 분리 및 합성 장치을 제공한다.

이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 제1 편광빔 스플리터에서 반사된 광을 다시 반사시켜 광의 경로를 제2 편광빔 스플리터로 출사되도록 변경시키는 전반사 프리즘을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해, 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 6 및 도 7은 다이크로익 스플리터에서 편광 S와 P의 투과율 및 반사율을 나타내는 그래프이다. 상기 도 6 및 도 7에서 보이는 바와 같이, 색 분리 및 합성 장치에서 사용되는 다이크로익 스플리터는 반사와 투과의 원리를 이용하는데, 편광 S와 편광 P의 반사 및 투과의 양이 다르므로 반사면과 투과면에 의해 편광이 회전되어 왜곡되는 현상이 발생하게 된다.

본 발명에서는 상기와 같은 왜곡 현상을 제거하기 위하여 도 8에 도시된 바와 같은 구성으로 프로젝션 엔진의 광 분리 및 합성 장치를 구현하였다.

도 8을 참조하면, 참조번호 81은 조명계(미도시)로부터 입사되는 광에서 그린(green)을 분리하여 투과시키고 나머지 색 성분은 반사시켜 그 경로를 변경시키는 제1 편광빔 스플리터를 나타내는데, 다이크로익 스플리터를 사용할 수도 있다. 또한, 참조번호 82는 상기 제1 편광빔 스플리터(81)에서 반사된 광을 다시 반사시켜 광의 경로를 변경시키는 전반사 프리즘을 나타내고, 83은 상기 전반사 프리즘(82)에서 반사된 광의 색 분리를 수행하여 반사형 LCD(84,85)로 반사시키거나 상기 각 반사형 LCD(84,85)에서 반사된 광을 색 합성하는 제2 편광빔 스플리터를 나타내고, 86은 상기 제2 편광빔 스플리터(83)에서 색 합성된 광을 투사계(미도시)로 투과시키는 제3 편광빔 스플리터를 나타내고, 87은 벌크 프리즘(bulk prism)을 나타낸다.

상기의 구성에서 상기 전반사 프리즘(82)과 제2 편광빔 스플리터(83)의 사이 및 상기 제2 편광빔 스플리터(83)과 제3 편광빔 스플리터(86)의 사이에는 지연 스택(retarder stack : R)이 배치된다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도시되지 않은 다이크로익 필터 또는 지연 스택(retarder stack)과 제1 편광빔 스플리터(81)를 이용하여 조명계(미도시)로부터 입사하는 백색광으로부터 그린(green)을 분리한다. 상기 분리된 그린(green)은 제3 편광빔 스플리터(86)와 벌크 프리즘(87)을 투과한 후 반사형 LCD로부터 편광이 90도 회전되어 반사된다. 그후, 반사된 그린(green)은 상기 제3 편광빔 스플리터(86)에서 반사되며 블루(blue) 및 레드(red)의 이미지와 합성되어 투사계(미도시)로 향하게 된다.

한편, 블루(blue) 및 레드(red)는 상기 전반사 프리즘(82)에서 반사되어 제2 편광빔 스플리터(83)로 입사되기 전에 지연 스택(R)을 통과하면서 블루(blue)와 레드(red)의 편광이 90도 차를 갖게 되고, 상기 제2 편광빔 스플리터(83)에 의해 블루(blue)와 레드(red)로 색 분리되어 각각 다른 반사형 LCD(84, 85)에서 반사된다. 상기 각 반사형 LCD(84, 85)에서 반사된 광은 편광이 90도 회전되어 상기 제2 편광빔 스플리터(83)에서 투과 또는 반사되어 블루(blue)와 레드(red)의 색 합성이 이루어지고, 이 합성된 광은 다시 지연 스택(R)을 거치며 블루(blue)와 레드(red)가 같은 편광 방향을 가지게 된다. 그후, 이 광은 상기 제3 편광빔 스플리터(86)에서 투과하며 그린(green)과 합성되어 투사계(미도시)로 향하게 된다.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 프로젝션 엔진의 광 분리 및 합성 장치는 반사형 LCD로 입출사되는 광이 편광의 왜곡 없이 편광빔 스플리터에 의해 스위칭되는 효과를 가짐으로써 기존 방식에서 나타나던 편광왜곡에 의한 프로젝션 화상의 품질이 개선되어 지는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 효과를 얻기 위해 X 프리즘과 3개의 편광빔 스플리터(PBS)를 사용하는 종래 방식과는 달리 광의 분리와 합성을 동일 장치에서 수행하므로 콤팩트한 구조를 가지게 되며, 그에 따라 장치의 가격을 낮출 수 있는 효과가 있다.

Claims

조명계로부터 입사되는 광에서 그린(green)을 분리하여 투과시키고 나머지 색 성분은 반사시켜 그 경로를 변경시키는 제1 편광빔 스플리터(PBS)와, 상기 제1 편광빔 스플리터에서 반사된 블루(blue)와 레드(red)를 색 분리하여 반사형 LCD로 반사시키고 각 반사형 LCD에서 반사된 블루(blue)와 레드(red)를 색 합성하는 제2 편광빔 스플리터와, 상기 제1 편광빔 스플리터에서 분리된 그린(green)을 반사형 LCD로 투과시키고 반사형 LCD에서 반사된 그린(green)을 다시 투과시키는 벌크 프리즘(bulk prism)과, 상기 제2 편광빔 스플리터에서 색 합성된 블루(blue) 및 레드(red)와 상기 벌크 프리즘에서 투과된 그린(green)을 색 합성하여 투사계로 출사시키는 제3 편광빔 스플리터와, 상기 제2 편광빔 스플리터의 입사측 및 출사측에 배치된 지연 스택(retarder stack)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 프로젝션 엔진의 광 분리 및 합성 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 편광빔 스플리터에서 반사된 광을 다시 반사시켜 광의 경로를 제2 편광빔 스플리터로 출사되도록 변경시키는 전반사 프리즘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 엔진의 광 분리 및 합성 장치.