KR20030019401A - 프로젝션 디스플레이 시스템 - Google Patents

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KR20030019401A
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매튜 에스. 브렌네슐츠
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

인터그래이터/편광 변환 시스템 조합과 두 개의 논-픽실리에이티드 트위스티드 네마틱 액정 디스플레이 셀(TN-LCD) 혹은 다른 공 변조기에 의해서 생산되는 부분적으로 편광된 광이 이용된다. TN-LCD 셀상의 전압을 조절함으로써, 최소의 공급상태에 있는 컬러의 광을 바꿈이 없이 디스플레이에 의해서 사용되는, 적색, 녹색,청색 컬러의 제공되는 컬러 중 가장 많은 두 개의 상대적인 양을 조절하는 것이 가능하다. 조정의 모두는 전압 제어를 통해서 기계적이 아닌 전자적으로 행해지기 때문에, "백색" 점 정정 시스템은 단순하면서도 신뢰할 만하다.

Description

프로젝션 디스플레이 시스템{PROJECTION DISPLAY SYSTEM}
비디오와 모니터 시스템 모두에서 다른 많은 색들이 "백색(white)"으로 규정된다. 예를 들어, 영화작업에서 5400K는 "백색"으로 규정되지만, 비디오 작업에서는 6550K 가 "백색"으로 규정된다. 다른 응용분야에서 "백색"을 규정하기 위해 3800K내지 9300K의 범위가 사용된다. 그러므로, 모니터 상에 나타나는 완성된 제품의 컬러를 최종 사용자가 정밀하게 판단하게 하기 위하여, 상기 특별한 응용분야를 위해 규정된 "백색" 점으로 모니터 "백색" 점을 조정하는 것이 필요하다.
세가지 비디오 신호 (R, G, 및B) 모두 동일할 때 원하는 목표"백색"이 디스플레이 되도록, 적색, 녹색, 청색 비디오 증폭기의 상대적인 게인(gain)을 조정함으로써, CRT모니터에서, 상기 규정된 "백색"점이 성취될 수 있다. 그러한 시스템에서 "백색"점을 바꾸는 것은 적색, 녹색, 청색 증폭기의 상대적인 게인을 바꿈으로써 성취될 수 있다. 그러나 규정된 "백색"점을 달성하는 상기의 방법은 LCD 디스플레이 안에 상기 방법이 통합되어 있을 때에 몇 가지 단점을 갖는다. 만약 아날로그영역에서 상기 필수적인 게인이 얻어진다면 상기 변화는 "백색"점에 영향을 줄뿐만 아니라 다른 색에도 역시 영향을 준다. 따라서, 수정된 감마 정정 곡선이 각각의 목표"백색"점에 대해서 요구된다. 만약 게인 조정이 디지털 영역에서 행해지면 다이나믹 레인지(dynamic range)중 몇몇은 무시되거나 사용되지 않아야 한다. 8비트가 효과적인 컬러 디스플레이를 위해서 필요로 되는 최소 수의 비트라고 일반적으로 여겨지기 때문에, 다이나믹 레인지(dynamic range)의 일부분들을 무시하는 것은 심각한 컬러 아티팩트(color artifact)를 가져온다. 심지어 10비트나 12 비트의 더 큰 기본 분해능(resolution)을 가지고도, 비디오 신호를 더 작은 다이나믹 레인지로 보간(interpolate)할 때 컬러 아티팩트가 발생할 수 있다.
그러므로, 이전에 설명된 이들 방법이 CRT 모니터 같은 장치를 위한 컬러 정정(color correction)에서의 사용에 적당한 반면에, 이들 방법들은 프로젝션 디스플레이 시스템의 컬러를 조정하기에 적합하지 않다.
1차원 정정으로 일컬어지는, 색온도(color temperature)를 정정하는 고정식 및 가변 리타더(retarder)를 사용하는 것은 조명 경로에서 광의 컬러를 바꾸는 것으로 귀결된다.
이것은 "백색"점이 완전히 조정 가능하게 되는 것을 허용하는 것은 아니고 흑체 라인(black body line)을 따르는 1차원에 조정을 한정한다. 따라서 만약 시작 혹은 목표 "백색"점이 흑체 라인상에 있지 않으면, "백색"점의 완전한 조정은 불가능하다.
목표 "백색"점에 도달하기 위해 R, G, B채널 세 개 모두에서 광량을 조절하기위해, 컬러링크 편광기(ColorLink polarizer)의 사용처럼 적색, 녹색, 청색 채널의 상대적인 강도를 변화시키는 것은 "백색"점을 오버 컨트롤(over control) 한다. 컬러 공간(color space)은 일반적으로 x-y컬러 좌표축으로 표시되는 2차원 공간이다. 상기 시스템에서 제3의 좌표축은 브라이트니스(brightness) 좌표축이다. 브라이트니스는 "백색"점 정정에서 중요한 역할을 하지 않는다. 따라서, LCD 디스플레이의 "백색"점을 완전히 제어하기 위해서는 오직 이차원 컬러 정정 시스템만이 필요적이다.
본 발명은 프로젝션 디스플레이 시스템에 관련된다.
프로젝션 디스플레이 시스템은 비디오와 모니터 시스템에서 이미지 정보를 영사(project) 하는데 적용된다.
도1은 본 발명의 방법으로 "백색"점을 제어하기 위한 2채널 컬러 편광 장치를 사용하는 반사형 컬러 드럼 프로젝터(reflective color drum projector)의 광학적 경로의 개략도.
도2는 본 발명의 컬러 정정 방법을 사용하는 3-패널 전달형 액정 디스플레이(transmissive LCD) 프로젝터의 광학적 경로의 개략도.
본 발명의 목적은 개선된 컬러 조정을 갖는 프로젝션 디스플레이 시스템을 제공하는 것이다,
상기 목적은 청구항 1에 기재된 발명에 따르는 프로젝션 디스플레이 시스템에 의해 성취된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 아날로그 혹은 디지털 도메인 어느 쪽에서 입력 비디오 신호를 변경함이 없이 액정 프로젝션 디스플레이 시스템의 컬러가 조정 될 수도 있다. 따라서 컬러 조정은 광학적으로 이루어지고, 프로젝터가 동작하는 동안에는 제어가 가능하다. 이러한 방법으로, 흑체 라인을 따르는 조정에 제한되지 않는 완전히 조정가능한 "백색"점이 얻어 진다. 바람직한 실시예에서, 두 개의 다른 컬러 채널의 쓰루풋(throughput)이 프로젝션 디스플레이의 "백색"점을 제어하기 위해 사용되어 2차원 컬러 정정을 수행한다. 인터그래이터/편광 변환 시스템 조합(integrator/polarization conversion system combination)및 두 개의 논-픽실레이티드(non-pixilated) 트위스티드 네마틱 액정 디스플레이(twisted nematic liquid crystal display, TN-LCD)셀 혹은 다른 광 변조기에 의해 생성된 부분적으로 편광된 빛이 사용된다. TN-LCD 셀 상의 전압을 조정함으로써, 가장 적게 공급되는 컬러의 빛을 바꿈이 없이, 디스플레이에서 사용되어지고, 공급되는 컬러, 즉 적색, 녹색, 및 청색 컬러 중 가장 많은 두 개의 상대적인 양을 조절하는 것이 가능하다. 조정 모두가 전압 제어를 통해서 기계적이 아닌 전자적으로 행해지기 때문에, "백색"점 정정 시스템은 간단하면서도 신뢰할 만하다. 전자적인 조정은 최종사용자가 "백색"점 요구를 바꾸는 것 역시 쉽게 수용할 수 있다.
종속항에서 추가적인 유리한 실시예가 정의된다.
본 발명의 이들 그리고 다른 측면은 이후에 설명될 실시예를 참조로 하여 명백하게 되고 명료하게 될 것이다.
첨부되는 도면에서, 유사한 참조번호는 전체에 걸쳐서 해당되는 부분을 가리킨다.
이제 도면을 참조하여, 반사형의 즉, 단일 패널 반사와 3패널 전달(transmissive), 액정 디스플레이(LCD) 프로젝터에서 컬러 정정 방법을 사용하는 본 발명의 바람직한 실시예의 설명이 이어진다.
도1을 참조하면, 적색 또는 청색 각각의 최소의 공급상태의 컬러를 얻음이 없이 "백색"점을 정정하기 위하여 예를 들어 적색 및 녹색 혹은 청색 및 녹색 같은 가장 많은 공급상태의 두개의 컬러를 제어하기 위한 두 개의 ECB 셀을 가진 단일 패널 반사형 컬러 드럼 프로젝터의 광학적 경로가 개략적으로 도시되어있다. 그러한 광 강도(light intensity) 변조기는 적색, 녹색, 청색 대역의 편광을 독립적으로 제어하고, 가장 풍부한 두 개의 컬러를 조정함으로써 만족할 만한 컬러 제어를 제공한다.
본 방법은 도1에서 도시되듯이 조명 경로에 위치하고 있고, 미국특허(번호5,751,384)에서 설명되며, 콜로라도, 불더, 55가 2925 번지 컬러링크사(ColorLink Incorporated 2925 55thstreet, Boulder, colorado 80301)에서 구입 가능한 2색 컬러링크 컬러 편광기의 사용에 의해서 구현되는 것이 바람직하다. 예시의 편의를 위해서 2색 편광기(two color polarizer)(10)은 적색/녹색인데, 상기 컬러는 예시를 위해서 많은 공급상태에 있는 것으로 가정되고, 청색은 최소 공급상태에 있는 컬러이다. 상기 인터그래이터/편광 변환 시스템 조합과 두 개의 논-픽셀리에이티드 트위스티드 네마틱 LCD 셀은 많은 공급 상태에 있는 두 개의 색의 광 강도(light intensity)를 변조하기 위한 시스템을 제공하는데, 이 예에서 상기 두 개의 컬러는, 컬러 편광기(10)의 전압을 전자적으로 제어함으로써 프로젝터의 "백색"점을 조정하기 위해서 디스플레이에 의해 사용되는 세 개의 컬러 중에서 적색/녹색이다
도1에 예시된 실시예에서, 램프와 반사기(2), 및 제1 릴레이 렌즈(relay lens)(8)로의 광학적 경로 상에 위치하고, 광 편광 변환 시스템(PCS)(5)상에 잘 한정된(well defined) 균일한 광 분포를 제공하기 위해, 제2 광학적 인터그래이터 평판(4)과 광학적으로 나란하게 배열된 제1 광학적 인터그래이터 평판(3)이 도시되어 있다. 적색/녹색의 2색 채널, 컬러링크 셔터(shutter) 혹은 필터(10)는 제1 편광 빔 스플리터(PBS)(15) 근처에 위치되어 컬러 링크 셔터(10)에 의해 PBS쪽으로 통과되는 적색/녹색 광을 제어한다. 컬러링크 편광기(10)로 부터의 청색 광은, PBS(15)와 4분파(quarter wave) 평판(12)과 실린더형 렌즈(13)를 거쳐서, 렌즈(13)와 4분파 평판(12)을 통해 청색 광을 되 반사시키는 컬러 드럼(14)까지 똑바로 통과한다. 4분파 평판(12)을 통한 두 번의 통과는 광의 편광을 90도 만큼 회전시키기 때문에, 상기 광은 이제 제2 릴레이 렌즈(16)를 통해 제1 PBS(15)에서 반사한다.
컬러링크 장치의 녹색과 청색 채널 두 개 모두다 활성화되지 않을때, 컬러 링크 장치는 이들 두 개의 컬러의 편광을 변화시키지 않고, 이들 두 개의 컬러는 청색광과 같은 경로를 따른다. 이 경우에, 컬러가 별도로 변조되는 반사형 LCD(30)의 위에 제2 PBS(25)에서 세 개의 컬러 모두가 반사한다. 그리고나서 이들 변조된 컬러는 제2 PBS(25)와 프로젝션 렌즈(35)를 거쳐 전달되어 프로젝션 스크린(도시되지 않음)상에 컬러 이미지를 만든다. 이 예에 대해서 상기 프로젝터안에 청색의 양에 비례해서 너무 많은 녹색과 적색이 있다는 것을 가정했기 때문에, 이미지는 목표 "백색"점 컬러에 비교해서 노란색이 감도는(yellowish)것으로 시청자에게 인식될 수도 있다.
예를 들어 녹색 같은 컬러링크 편광기(10)의 한 개의 채널이 부분적으로 활성화되면 녹색광 중 일부는 90도 회전된 편광을 갖고, 상기 광의 일부는 원래의 편광을 가진 상태로 남겨진다. 편광이 회전되는 광은 PBS(15)에서 반사되고 시스템에 대해 사라진다. 편광이 회전되지 않은 녹색광은 PBS(15)를 통해 전달되고, 결과적으로 위에서 설명한 프로젝션 스크린과 LCD(30)에 도달한다. PBS(15)에서 약간의 녹색광이 사라지기 때문에, 이미지에는 녹색광이 이제 덜 존재하게 된다.
유사하게, 컬러링크 장치에서 적색 채널이 부분적으로 활성화되면, 적은 적색광이 LCD(30)와 프로젝션 스크린에 도달하고, 이미지에서의 적색광의 양을 감소시킨다. 컬러링크 장치의 녹색과 적색 채널의 활성화의 정도를 제어함으로써 프로젝션 스크린에서 다양한 목표"백색"점을 성취하는 것이 가능하다.
예를 들어 3-패널 단일 편광 빔 스플리터 반사형 LCD 프로젝터같은, 3-패널 프로젝터에서 본 발명의 방법을 포함하여, 도1에서 예시된 프로젝션 시스템은 예시된 드럼 광학기계(optic)대신 3패널 광학기계로 치환함으로써 변경될 수도 있다.
그러나 3- 패널 전달형 프로젝터와 3-패널 3- 편광 빔 스플리터 반사형 LCD 프로젝터에서, 본 발명의 방법은 도2에서 예시된 방법으로 포함될 수도 있다. 그러한 3-패널 전달형(transmissive) LCD 프로젝터에서, 광량은 세 개의 컬러 경로 중 두 개에서 제어된다. 이전에 설명된데로, 상기 컬러 경로 중 두 개에서 광량이 제어되는데, 가장 큰 컬러 공급을 갖는 그러한 경로는, 상기 기술 분야의 당업자에게알려진데로 사용되는 특정 램프, 적용되는 디크로익(dichroic) 필터, 및 시스템안의 다른 광학기계에 좌우될 것이다. 예시적으로 가장 큰 공급상태에 있는, 적색/녹색 컬러 채널에서 두 개의 광의 제어는 광학적 경로에 위치한 논-픽셀리에이티드 트위스티드 네마틱 LCD의 사용에 의해 성취될 것이다.
도2에 예시되듯이, 도1에 예시된 실시예의 방법으로, 램프와 반사기(2)로부터의 광은 한쌍의 인터그래이터 평판(3,4) 및 편광 변환 시스템(5)을 통해 통과된다. PCS(5)를 통해 통과하는 광은 제2 디크로익 거울(51)로 청색광과 녹색광을 반사하는 제1 디크로익 거울(41)을 통과한다. 적색광은 제1 디크로익 거울(41)을 통해 통과하고 논 픽셀리에이티드 트위스티드 네마틱 액정 디스플레이(TN-LCD)셀, 편광기가 부착된 LCD(56)같은 적색광 컬러 채널 제어(45)를 통해서 광학적 경로상에 위치한 컬러 결합 엑스 큐브(50)로 반사되는데 상기 제어된 적색광은 프로젝션 렌즈(60)를 통해서 도시되지 않은 프로젝션 스크린으로 통과한다.
청색광과 녹색광은 제1 디크로익 거울(41)에 의해 제2 디크로익 거울(51)로 반사된다. 제2 디크로익 거울(51)은 비-픽셀화 TN-LCD 셀, 편광기가 부착된 LCD(56)같은 녹색 컬러 채널 제어(55)로 녹색광을 반사하는데, 상기의 것은 상기 제어돤 녹색 광을 엑스 큐브(50)로 프로젝션 렌즈에서(60) 프로젝션 스크린으로 통과시킨다. 상기 청색 광은 제2 디크로익 거울(51)을 통해서 전달되고 청색 LCD(59)를 통해서 한쌍의 거울(57,58)에 의해 컬러-결합 엑스 큐브(50)안으로 그리고 프로젝션 렌즈(60)에서 프로젝션 스크린으로 반사된다.
상기 실시예를 통해서, 많은 공급이 있는 적색과 녹색의 광량은 편광제어기(45 및 55)에 의해 두 개의 컬러 채널 각각에서 제어되는데, 각각 프로젝터의 "백색"점을 제어한다.
동작 중에, 완전히 조정가능한 "백색"점 제어는 어떠한 기계적인 요소 없이 전압 제어에 의해 전자적으로 이루어 질 수도 있다. 프로젝터(35 또는 60)로의 광학적 경로안에, 10 또는 한쌍의 45와 55같은 두 개의 컬러 대역을 위한 편광 제어기를 위치시키는 것은, 시스템에서 풍부한 상태에 있는 두 개의 컬러의 선택적인 제어를 허용한다. 이들 풍부한 컬러의 제어된 감소는 완전히 조정가능한 "백색"점 정정 시스템을 제공하기 위해서 적은 공급상태에 있는 컬러의 광 강도에 매칭 될 수 있다.
본 발명의 다른 양상과 특징은 첨부되는 청구항, 개시 및 도면의 연구로부터 얻어질 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 디스플레이 분야에서 사용되어 질 수 있다.

Claims (5)

  1. 프로젝션 디스플레이 시스템으로서,
    광선속(beam of light)을 제공하기 위한 램프(2)와;
    상기 광선속을 수용하여 부분적으로 편광시키기 위한 전-편광기(pre-polarizer)(3,4, 및 5)로서 상기 부분적으로 편광된 광선속은 적은 공급의 제1 원색(primary color)과 상기 제1 원색 보다 더 많은 공급의 두 개의 원색을 갖는 전-편광기(3,4, 및 5)와;
    상기 부분적으로 편광된 광선속을 수용하기 위한 편광 변조기(polarization modulator)(10)로, 상기 원색의 공급의 균형을 맞추기 위해서 더 적은 공급의 상기 원색의 편광을 실질적으로 변경시키지 않고, 더 큰 공급의 상기 두 개의 원색의 편광의 정도를 제어하도록 작동가능하며, 더 적은 공급의 상기 제1 원색을 통과시키는, 편광 변조기(10)와;
    컬러가 균형잡힌 이미지를 제공하기 위해 상기 편광 변조기(10)로부터의 출력을 수용하도록 위치지워진 제2 편광기(15)를 포함하는,
    프로젝션 디스플레이 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전-편광기는 편광 변환 시스템(5)인, 프로젝션 디스플레이 시스템.
  3. 프로젝션 디스플레이 시스템으로서.
    컬러 정정이 요망되는 광선속을 제공하는 램프(2)와;
    상기 광선속을 수용하고 부분적으로 편광시키도록 위치된 전-편광기(3, 4, 및5)와;
    상기 부분적으로 편광된 광선속(light beam)을 수용하여 적어도 세 개의 상호 배타적인 원색 서브빔(sub beam)으로 나누기 위한 수단(41, 51)으로
    상기 서브 빔중에 적어도 하나는 다른 두개의 원색보다 더 적은 공급상태에 있는 제1의 원색이고,
    상기 다른 서브 빔 중 적어도 두 개는 각각 상기 제1 원색 보다 더 많은 공급상태에 있는 별도의 원색인, 상기 수단(41,51)과;
    상기 컬러 공급을 균형 잡게 하기 위해 상기 서브 빔의 편광의 정도를 독립적으로 선택적으로 변화시키기 위해 상기 제1 원색보다 더 많은 공급상태에 있는 상기 부분적으로 편광된 원색의 서브빔을 수용하도록 위치된, 편광변조 수단(45, 55)과;
    더 적은 공급상태에 있는 제1 원색의 상기 서브 빔의 공급에 비해 더 큰 공급상태에 있는 원색의 상기 서브 빔을 컬러 밸런싱(color balancing) 하기 위한 상기 편광 변조 수단(45,55)으로 부터의 출력을 수용하기 위해 위치된 제2 편광기(50);
    을 포함하는, 프로젝션 디스플레이 시스템.
  4. 제3항에 있어서 상기 전-편광기는 편광 변환 시스템(5)인, 프로젝션 디스플레이 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 LCD 프로젝터는 세 개의 전달형 LCD패널 (46, 56, 및59)인, 프로젝션 디스플레이 시스템.
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