KR20030019588A - 프로젝션 디스플레이 디바이스 - Google Patents

프로젝션 디스플레이 디바이스 Download PDF

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KR20030019588A
KR20030019588A KR10-2003-7000722A KR20037000722A KR20030019588A KR 20030019588 A KR20030019588 A KR 20030019588A KR 20037000722 A KR20037000722 A KR 20037000722A KR 20030019588 A KR20030019588 A KR 20030019588A
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display device
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illumination beam
projection display
guide means
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KR10-2003-7000722A
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아드리아누스 예이. 에스. 엠. 데반
스테판 쎄. 메클레인
홀헤르 모엔시
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은, 광원 및 조명 빔을 제공하기 위한 광 가이드 수단을 구비하는 조명 시스템, 및 조명 빔을 이미지 정보로 변조하여 스크린 상에 이미지를 투사하기 위한 이미지 디스플레이 시스템, 및 원하는 특성을 가지는 조명 빔 부분을 이미지 디스플레이 시스템으로 선택적으로 전달하기 위한 수단, 및 이미지 디스플레이 시스템의 재-조명을 위해 조명 빔의 이용되지 않는 부분을 조명 시스템으로 피드백시키기 위한 수단을 포함하는 프로젝션 디스플레이 디바이스에 관한 것이다. 프로젝션 디스플레이 디바이스의 효율을 향상시키기 위해서, 반사 수단은 광-가이드 수단의 입사 면 부분에 제공되며, 조명 빔의 이용되지 않는 부분은 광-가이드 수단으로 피드백된다.

Description

프로젝션 디스플레이 디바이스{PROJECTION DISPLAY DEVICE}
프로젝션 디스플레이 디바이스는 배면 및 전면 이미지 프로젝션 시스템 양쪽 모두에서 이용될 수 있다. 배면 프로젝션 시스템에서, 프로젝션 디스플레이 디바이스는 확산 투명 스크린의 배면 측 상에 텔레비전 또는 데이터그래픽 정보(datagraphic information)를 나타내는 이미지를 투사하며, 이 전면 측은 시청자를 향해 있다. 전면 프로젝션 시스템에서, 프로젝션 디스플레이 디바이스는 반사 스크린의 전면 측 상에 텔레비전 즉 데이터그래픽 정보를 나타내는 이미지를 투사하며, 이 전면 측은 시청자를 향해 있다.
이러한 프로젝션 디스플레이 디바이스는 공개된 국제 특허 출원(제 WO98/23990 호)으로부터 알려져 있다. 알려진 프로젝션 시스템은 조명 빔을 생성하기 위한 광원 그리고 통합 시스템(integrating system) 및 조명 빔을 이미지 정보로 변조하여 스크린 상에 변조된 광 빔을 투사하기 위한 이미지 디스플레이 패널을 가지는 이미지 디스플레이 시스템을 포함한다. 통합 시스템은, 반사체(reflector)이 존재하는 출사 평면(exit plane)에 위치한 출사 면을 가진다. 더 나아가, 디스플레이 디바이스는 제 1 반사체 상에서 체 2 선택적 미러를 통해서 통합 시스템의 출사 개구부를 부분적으로 이미징하기 위한 선택적 미러 및 광학 시스템을 포함한다. 이러한 구성에서, 반사된 부분의 의 적어도 일부는 재이용되도록, 이미지 형성을 위해 이용되지 않는 조명 빔 부분은 조명 시스템으로 피드백된다. 이 알려진 시스템은 광학 시스템이 고가일 수 있으며 제조하는 동안 조정되어야 한다는 단점을 가진다.
본 발명은, 광원 및 광원으로부터의 광을 입사시키기 위한 입사 면 그리고 조명 빔을 제공하기 위한 출사 면을 가지는 광 가이드 수단을 구비하는 조명 시스템, 조명 빔을 이미지 정보로 변조하여 스크린 상에 이미지를 투사하기 위한 디스플레이 패널을 가지는 이미지 디스플레이 시스템, 및 선택적으로 원하는 특성을 가지는 조명 빔 부분을 이미지 디스플레이 시스템으로 전달하는 수단과 원하지 않는 특성을 가지는 조명 빔 부분을 이미지 디스플레이 시스템의 재-조명을 위해 조명 시스템으로 피드백시키기 위한 수단을 포함하는, 프로젝션 디스플레이 시스템에 관한 것이다.
도 1은 반사형 디스플레이 패널 및 광-재순환 시스템을 구비하는 제 1 프로젝션 디스플레이 디바이스의 예를 도시하는 도면.
도 2는 투명 로드의 입사 면을 도시하는 도면.
도 3은 중심 부 및 주변 부를 구비하는 반사 층을 가진 입사 면을 도시하는 도면.
도 4는 칼라 필터 휠 패턴의 제 1 예를 도시하는 도면.
도 5는 칼라 필터 휠 패턴 및 조명 윈도우의 예를 도시하는 도면.
도 6은 세 개의 투과형 디스플레이 패널 및 광-재순환 시스템을 구비하는 제 2 프로젝션 디스플레이 디바이스의 예를 도시하는 도면.
도 7은 세 개의 투과형 디스플레이 패널 및 광-재순환 시스템을 구비하는 제 3 프로젝션 디스플레이 디바이스의 예를 도시하는 도면.
도 8은 두 개의 렌즈 및 하나의 미러를 포함하는 광학 구성을 도시하는 도면.
도 9는 두 개의 광원을 이용하는 조명 시스템의 예를 도시하는 도면.
도 10은 두 개의 광원을 이용하는 조명 시스템의 광학적으로 투명한 로드의입사 면을 도시하는 도면.
도 11은 광-재순환 시스템을 포함하는 프로젝션 디스플레이 디바이스를 위한 칼라 보정 회로의 블록도.
본 발명의 목적은 제조하기 용이하며 조명 시스템에서 줄어든 수의 광학 소자를 구비하는 프로젝션 디스플레이 디바이스를 제공하는 것이다. 이 목적은 본 발명에 따른 프로젝션 디스플레이 디바이스에 의해 달성되고, 반사 수단은 광-가이드 수단의 입사 면의 일부에 제공되며 조명 빔의 이용되지 않는 부분은 광-가이드 수단으로 피드백되는 것을 특징으로 한다. 청구된 바와 같은 디바이스에서, 예컨대 조명 빔의 이용되지 않는 부분은 원하는 편광 또는 원하는 칼라를 가지지 않는 조명 빔 부분이거나 디스플레이 패널 화소 사이의 부분적 반사 그리드로부터 반사로인해 디스플레이 패널에 의해 변조되지 않는 조명 빔의 일부이거나, 조명 빔이 디스플레이 패널을 지나치게 채우면, 상기 빔이 디스플레이 패널 외부로 조사되어 디스플레이 패널에 의해 변조되지 않는 조명 빔의 일부일 수 있다. 회복된 광(recuperated light)은 광-가이드 수단의 입사 면에서 반사 수단에 의해 이후 반사되며, 광-가이드 수단에 의해 재분산되어 광원으로부터의 광과 혼합된다.
본 발명의 특히 유리한 실시예에서, 광-가이드 수단은 광학적으로 투명한 물질로 이루어진 로드(rod)를 포함한다. 이 광학적으로 투명한 로드는 조명 빔의 진행 방향에 수직한 조명 빔의 횡단면에 걸쳐서 균등한 분포를 제공한다.
본 발명에 따르는 프로젝션 디스플레이 디바이스의 다른 실시예에서, 조명 빔의 이용되지 않는 부분은 이의 출사 면을 통해서 광-가이드 수단 안으로 피드백된다. 이러한 구성은 조명 시스템의 간결한 설계를 허용한다.
본 발명에 따르는 프로젝션 디스플레이 디바이스의 다른 실시예는, 반사 수단이 광-가이드 수단의 입사 면 부분에 제공된 반사 층인 것을 특징으로 한다. 입사 면에서 상기 부분의 크기는, 광이 상기 부분 또는 디스플레이 패널의 활성 영역을 통해서만 광학 시스템을 떠나므로, 광 효율을 결정한다. 램프의 조명 빔이 균등하지 않다면, 광 분포는 입사 면의 반사 층을 제 1 부분 및 상기 제 1 부분 주위에 배열되며 입사 면의 커버되지 않은 부분에 의해 상기 제 1 부분으로부터 분리된 제 2 부분으로 분할함으로서 향상될 수 있다.
본 발명에 따르는 프로젝션 디스플레이 디바이스의 다른 실시예에서, 조명 빔의 원하는 부분을 선택적으로 전달하기 위한 수단은 반사형 편광기 즉 다이크로익 필터(dichroic filter)를 포함한다. 본 발명에 따르는 프로젝션 디스플레이 디바이스의 다른 실시예에서, 칼라 필터는 휠(wheel) 상에서 패턴화되어 있으며, 각각의 적색, 녹색, 청색 필터는 휠의 나선-형 부분을 점유한다. 휠은 회전가능하게 장착되고 휠에는 디스플레이 디바이스를 동시에 스캐닝하기 위한 적색, 녹색, 청색 라인-형태 부분을 가지는 조명 빔이 동작 중에 제공된다.
본 발명에 따르는 프로젝션 디스플레이 디바이스의 다른 실시예는, 프로젝션 디스플레이 디바이스가 투과형 이미지 디스플레이 패널 또는 반사형 이미지 디스플레이 패널을 구비하는 것을 특징으로 한다. 투과형 이미지 디스플레이 패널은 투과형 액정 디스플레이일 수 있다. 반사형 디스플레이 패널은 디지털 마이크로미러 디스플레이{DMD(digital micromirrored display)} 패널 또는 실리콘 상의 반사 액정{LCOS(reflective liquid crystal on silicon)} 디스플레이 패널일 수 있다.
본 발명에 따르는 프로젝션 디스플레이 디바이스의 다른 실시예에서, 조명 빔을 이미지 디스플레이 패널로 인도하기 위한 추가 광-가이드 수단이 광-가이드 수단의 출사 개구부와 이미지 디스플레이 패널 사이에 제공된다. 선택적으로 조명 빔의 원하는 부분은 전달하며 조명 빔의 원하지 않는 부분은 반사하기 위한 수단은 출사 개구부와 추가 광-가이드 수단 사이에 또는 추가 광-가이드 수단과 이미지 디스플레이 패널 사이에 위치될 수 있다. 추가 광-가이드 수단은 광학적으로 투명한 물질로 이루어진 프리즘 또는 렌즈와 미러의 시스템을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르는 프로젝션 디스플레이 디바이스의 다른 실시예는, 프로젝션 디스플레이 디바이스가 이미지 정보의 칼라 콘텐트에 따라 투사된 이미지의 칼라를보정하기 위한 프로세싱 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 칼라 보정은 재순환 과정에 기인한 조명 빔에서의 칼라의 더 높은 세기를 위해 보정한다.
본 발명의 이러한 양상 및 다른 양상은 이후 설명되는 실시예로부터 자명하며 이 실시예를 참조하여 설명될 것이다.
도 1은, 조명 빔을 공급하기 위한 조명 시스템(3) 및 조명 빔을 변조하기 위한 이미지 디스플레이 시스템(5)을 포함하는 제 1 이미지 프로젝션 시스템(1)의 예를 도시한다. 조명 시스템(3)은 광원(7), 반사체(9), 집광 렌즈(11) 및, 예컨대 광학적으로 투명한 물질로 이루어진 로드인, 광-가이드 수단(13)을 포함한다. 반사체(9)는 조명 시스템으로부터 멀어지는 방향으로 광원(7)에 의해 방출된 광의 대부분이 여전히 이미지 디스플레이 시스템(5)에 도달하는 것을 보장한다. 반사체(9)은 바람직하게는 타원 형태를 취한다. 조명 시스템(3)에 의해 생성된 조명 빔은 이미지 디스플레이 시스템(5)상에 입사한다. 이미지 디스플레이 시스템(5)은 반사형 디스플레이 패널(27), 편광 빔-분할(PBS) 프리즘(23), 릴레이 렌즈(15,17,19), 미러(21) 및 프로젝션 렌즈(33)를 포함한다. 더 나아가, 제 1 프로젝션 디스플레이 디바이스(1)는 제어 수단(35) 및 전기 모터 드라이브(31)에 커플링된 칼라 필터 휠(29)을 포함한다. 제어 수단은 비디오 소스(37), 예컨대 텔레비전 수신기 또는 퍼스널 컴퓨터에 전기적으로 커플링되어 있다. 제어 수단(35)은 칼라 필터 휠(29)의 회전과 비디오 정보를 알려진 방식으로 동기화한다. 칼라 필터 휠(29)은 광학적으로 투명한 로드(13)의 출사 개구부와 이미지 디스플레이 시스템(5) 사이에 위치된다. 직사각형 윈도우(30)는 칼라 필터 휠(29)과 이미지 디스플레이 시스템(5) 사이에 위치된다. 도 4를 참조하여 칼라 필터 휠이 상세하게 설명된다.
더 나아가, 제 1 프로젝션 디스플레이 디바이스(1)는 반사형 편광기, 예컨대, Moxtec 사로부터 주문될 수 있는 와이어드 그리드 편광기(wired grid polarizer)(28)를 포함한다. 반사형 디스플레이 패널(27)은, 예컨대, 실리콘 상의 반사형 액정(LCOS) 디스플레이 패널이다.
동작 중에, 광원(7) 및 반사체(9)으로부터의 광은 타원형 반사체(9) 및 입사 면에서 입력 개구부를 통해서 광학적으로 투명한 로드(13) 안으로 커플링되며, 출사 면에서 출사 개구부를 통해서 광학적으로 투명한 로드 밖으로 커플링된다. 광학적으로 투명한 로드의 입사 면의 정면도는 도 2에 도시되어 있다.
도 2는 광학적으로 투명한 로드(13)의 입사 면을 도시한다. 입사 면은 광학적으로 투명한 로드(13)의 종축 주위의 환상 개구부(annular aperture)(41)를 제외하고 반사 층(39)으로 커버되어 있다. 출사 면에는 출사 개구부를 형성하는 커버되지 않은 부분을 제외하고 반사 층이 또한 제공된다. 광학적으로 투명한 로드(13)의 대안적인 입사 면의 정면도는 도 3에 주어진다. 입사 면에서 반사 층(39)의 하나의 중심 개구부(41) 대신에, 반사 층은 도 3에서 두 개의 부분(43,45); 즉 광학적으로 투명한 로드(13)의 종축과 동축인 입사 면의 중심을 중심으로 하는 제 1 환상 부분(43) 및 상기 입사 면의 나머지를 커버하는 제 1 부분(43) 주위의 제 2 부분(45)으로 나누어져 있다. 반사 층의 제 2 부분(45)은, 광원(7) 및 반사체(9)으로부터의 광을 광학적으로 투명한 로드(13) 안으로 커플링하기 위한 입사 면에서링-형태 개구부를 형성하는 커버되지 않은 부분(47)에 의해 제 1 환상 부분(43)으로부터 분리된다.
광학적으로 투명한 로드(13)의 입사 면의 양쪽 유형 모두에 대해서, 반사 층에서의 개구부의 면적과 반사 층의 면적 사이의 비가 5:1 보다 더 큰 것이 바람직하다. 이러한 비는, 예컨대, 백열 광원(incandescent light source)의 호 길이에 따라 좌우되며, 프로젝션 디바이스(1)의 광 출력을 최적화하여 당업자에 의해 실험적으로 발견될 수 있다.
광학적으로 투명한 로드(13)는 출사 면에서 조명 빔을 형성한다. 조명 빔은 칼라 필터 휠(29)의 다이크로익 필터 부분 상에 입사한다. 칼라 필터 휠(29)은, 적색, 녹색 및 청색 광을 동시에 전달하며, 시안(cyan), 마젠타(magenta) 및 엘로우(yellow)를 반사하기 위한 세 개의 나선형 필터 부분으로 이루어지는 것이 바람직하다. 칼라 필터 휠(29)의 다이크로익 필터 부분은, 적절한 칼라를 가지지 않은, 조명 빔의 원하지 않은 부분을 광학적으로 투명한 로드(13)의 출사 면의 출사 개구부로 되돌아 반사시킨다. 광학적으로 투명한 로드(13) 내부에서, 이 반사된 광의 대부분은 반사 층(43,45)에 의해 반사되며 다시 이용될 수 있다. 제 1 프로젝션 디스플레이 디바이스(1)에서, 바람직한 특성을 가지지 않은 조명 빔의 이용되지 않은 부분은 이와 같이 재순환되며 디스플레이 패널(27)의 조명을 위해 다시 이용될 수 있다.
칼라 필터 휠(29)의 다이크로익 필터 부분은 원하는 칼라를 가지는 조명 빔 부분을 반사형 편광기(28)로 전달한다. 반사형 편광기(28)는 제 1 방향으로 지정된편광을 가지는 조명 빔 부분만을 PBS 프리즘(23)에 전달하며, 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 지정된 편광을 가지는 조명 빔 부분을 칼라 필터 휠(29)을 통해서 광학적으로 투명한 로드(13) 쪽으로 되돌아 반사시킨다. 광학적으로 투명한 로드(13) 내부의 다중 반사에 의해서, 조명 빔의 일부가 입사 면에서 반사 층(39)에 의해 반사되며 LCOS 패널(27)의 조명을 위해 다시 이용될 수 있다. 이러한 구성에서, 원하는 특성을 가지지 않는 조명 빔의 일부는 재순환되며 이후 LCOS 디스플레이 패널(27)의 조명을 위해 다시 이용될 수 있다. 재순환 효율을 향상시키기 위해서, 1/4 파 플레이트(32)는 칼라 필터 휠(29)과 반사형 편광기(28) 사이에 위치되어 조명 빔의 반사된 부분의 편광을 제 1 편광 방향으로 회전시킬 수 있다. 릴레이 렌즈(15,17,19)는 조명 빔의 원하는 부분을 PBS 프리즘(23)의 입사 면 쪽으로 인도한다. PBS 프리즘(23)의 빔-분할 층(25)은 LCOS 패널(27)을 향한 제 1 방향으로 편광을 가지는 조명 빔 부분을 반사한다. LCOS 패널(27)은 조명 빔을 PBS 프리즘(23)으로 되돌아 반사시키며 조명 빔의 순간 칼라에 관련된 이미지 정보에 따라 조명 빔의 편광 방향을 회전시킨다. 편광 빔-분할 층(25)은 반사된 변조 조명 빔의 제 1 부분을 투사 렌즈(33)를 향하여 전달하며 반사된 조명 빔의 제 2 부분을 광학적으로 투명한 로드(13)로 되돌아 반사시킨다. 이미지 패널(27)에 의해 변조된 광은, 간결함을 위해 단일 프로젝션 렌즈(33)에 의해 표현된 프로젝션 렌즈 시스템에 의해 (미도시된) 스크린 상에 투사된다.
칼라 필터 휠에서, 각 칼라 필터는 원형 필터 휠의 나선형 부분을 점유한다. 서로다른 칼라 필터 사이의 교차점은 다음의 수학식 1 에 의해 설명될 수 있다.
[수학식 1]
Rx= D0+ α(φ + φx)
여기서,
Rx는 두 개의 칼라 필터 사이의 교차점과 칼라 필터 휠의 허브(hub) 사이의 거리를 나타낸다.
Do는 허브에 가장 가까운 조명 윈도우의 측면과 칼라 필터 휠의 허브 사이의 거리를 나타낸다.
α 는 미리결정된 일정한 각도를 나타내며,
φ 는 칼라 필터 휠의 회전 각도를 나타내고,
φx는 교차점의 위상을 나타낸다.
도 4는, 적색, 녹색 및 청색 광을 전달하기 위한 다이크로익 칼라 필터(50,51,52)를 구비하는 칼라 필터 휠(29)의 제 1 예를 도시한다. 칼라 필터 휠의 세 개의 나선형 부분은 각 칼라에 대해 동일하다. 필터 부분(50,51,52)의 교차점(55,56,57)은 수학식 1을 적용하여 0°, 120° 및 240°에서의 각 교차점에 대해 위상을 설정하여 발견될 수 있다.
도 5는 직사각형 조명 윈도우(53)와 결합한 칼라 필터 휠(29)을 도시한다. 작동 중에, 회전하는 나선형 다이크로익 칼라 필터 및 직사각형 조명 윈도우(30)의 구성은, 모든 라인이 조명 빔의 적색, 녹색 및 청색 부분에 의해 연속적으로 조명되도록 디스플레이 패널(27)의 하나 이상의 라인을 동시에 스캐닝하는, 조명 빔의진행 방향으로 적색, 녹색 및 청색 부분을 가지는 조명 빔에 직사각형 횡단면을 제공한다.
도 6은 세 개의 투과형 디스플레이 패널 및 광-재순환 시스템을 구비하는 제 2 프로젝션 디스플레이 디바이스의 예를 도시한다. 제 2 이미지 프로젝션 시스템(101)은, 적색, 녹색 및 청색 칼라를 각각 가지는 세 개의 조명 빔을 공급하기 위한 조명 시스템(103), 및 세 개의 조명 빔을 변조하며 (미도시된) 스크린 상에 이미지를 투사하기 위한 이미지 디스플레이 시스템(105)을 포함한다. 조명 시스템(103)은 광원(107), 반사체(109), 집광 렌즈(111) 및 예컨대 광학적으로 투명한 물질로 이루어진 로드인, 광-가이드 수단(113)을 포함한다. 조명 시스템(103)에 의해 생성된 세 개의 조명 빔은 이미지 디스플레이 시스템(105) 상에 입사한다. 이미지 디스플레이 시스템(105)은 세 개의 투과형 디스플레이 패널(130,132,134), 다이크로익 크로스(dichroic cross)(136), 분광기(138) 및 프로젝션 렌즈(140)를 포함한다.
반사체(109)는, 시스템으로부터 멀어지는 방향으로 광원(107)에 의해 방출된 광의 대부분이 여전히 시스템에 도달되는 것을 보장한다. 광학적으로 투명한 로드(113)는 입사 면과 출사 면을 구비하고 있다. 출사 면에는 세 개의 출사 개구부를 제외하고 반사 층이 제공되어 있다. 더 나아가, 프로젝션 디스플레이 디바이스(101)는, 추가 광-가이드 수단, 예컨대, 두 개의 조명 빔을 광학적으로 투명한 로드(113)로부터 투과형 디스플레이 패널(130,132)로 인도하는 폴딩 프리즘(folding prism)(114,116)을 추가로 포함한다. 두 개의 폴딩프리즘(114,116)은 광학적으로 투명한 로드(113)의 출사 면과 투과형 디스플레이 패널 사이에 위치하며, 상기 제 1 폴딩 프리즘(114)은 조명 빔이 청색 광 채널을 형성하는 투과형 디스플레이 패널(130,132) 중 하나로 방향이 설정되도록 광학적으로 투명한 로드(113)의 출사 면 중 일 단부에서 제 1 개구부에 위치되며, 상기 제 2 폴딩 프리즘(116)은 적색 채널을 형성하는 광학적으로 투명한 로드(113)의 출사 면의 타 단부에서 제 2 개구부에 위치된다. 투과형 디스플레이 패널(130,132)과 마주보는 폴딩 프리즘(114,116)의 면에는 적색 및 청색 다이크로익 필터(118,120)가 각각 제공되어 있다. 더 나아가, 반사형 편광기(124,126)는 다이크로익 필터(118,120)와 투과형 디스플레이 패널(130,132) 사이에 제공된다. 반사형 편광기(124,126)는 원하는 방향의 편광을 가지는 조명 빔 부분을 전달한다.
더 나아가, 광학적으로 투명한 로드(113)에는 녹색 조명 빔을 제공하기 위해서 출사 면에 제 3 출사 개구부가 제공되어 있다. 이 출사 개구부에는 녹색 칼라를 가지는 조명 빔의 원하는 부분을 전달하고 청색 및 적색 칼라를 가지는 조명 빔의 원하지 않는 부분을 광학적으로 투명한 로드(113)를 향하여 되돌아 반사시키는 녹색 다이크로익 필터(122)가 제공되어 있다. 더 나아가, 반사형 편광기(128)는 녹색 다이크로익 필터(122)와 원하는 방향의 편광을 가지는 조명 빔 부분을 전달하기 위한 투과형 디스플레이 패널(134) 사이에 존재한다. 반사형 편광기(124, 126 및 128)는 제 1 프로젝션 디스플레이 디바이스에서 이용되는 것과 유사한 유형일 수 있다.
동작 중에, 광원(107) 및 반사체(109)으로부터의 광은 렌즈(111) 및 입사 면을 통해서 광학적으로 투명한 로드(113) 안으로 커플링되며 출사 면에서 세 개의 출사 개구부를 통해서 광학적으로 투명한 로드 밖으로 커플링된다. 광학적으로 투명한 로드의 입사 면의 정면도는 도 2에 도시되어 있다. 광학적으로 투명한 로드(113)의 입사 면은, 광학적으로 투명한 로드(113)의 종축에서 중심 개구부(41)를 제외하고 반사 층(39)으로 커버되어 있다. 광학적으로 투명한 로드(113)의 대안적인 입사 면의 정면도가 도 3에 주어져 있다. 반사 층에서 하나의 중심 개구부(39) 대신에, 반사 층은 종축을 통과해 입사 면의 중심에 중심을 둔 제 1 환상 부분(43)과 입사 면의 나머지를 커버하는 제 2 부분(45)으로 분할될 수 있다. 반사 층의 제 2 부분은 광원(107) 및 반사체(109)으로부터의 방사를 커플링하기 위한 입사 면에 개구부를 형성하는 커버되지 않은 부분(47)에 의해 제 1 부분으로부터 분리된다. 두 유형의 입사 면에 대해서, 반사 층의 개구부 면적과 반사 층의 면적 사이의 비는 5:1 보다 더 큰 것이 바람직하다. 이 비는, 예컨대 백열 광원의 호 길이에 따라 좌우되며 프로젝션 디바이스(101)의 광 출력을 최적화하여 당업자에 의해 실험적으로 발견될 수 있다.
폴딩 프리즘(114,116)의 출사 면에서, 각 다이크로익 필터(118,120)는 적색 및 청색 칼라를 가지는 조명 빔의 원하는 부분을 투과형 디스플레이 패널(130,132)을 향하여 전달하며 조명 빔의 원하지 않는 부분은 광학적으로 투명한 로드(113)로 되돌아 반사시킨다.
더 나아가, 녹색 다이크로익 필터(122)는 녹색 칼라를 가지는 조명 빔의 원하는 부분을 전달하며 청색 및 적색 칼라를 가지는 조명 빔의 원하지 않는 부분을광학적으로 투명한 로드(113)를 향하여 되돌아 반사시킨다. 반사형 편광기(128)는 원하는 방향의 편광을 가지는 조명 빔 부분을 전달하며 원하는 방향의 편광을 가지지 않는 조명 빔 부분을 광학적으로 투명한 로드(113)로 되돌아 반사시킨다. 투과형 디스플레이 패널(130,132,134)은 이미지 정보에 따라서 각 조명 빔의 편광을 전달하며 회전시킨다. 다이크로익 크로스(136)는 투과형 디스플레이 패널(130,132,134)로부터 오는 빔을 단일 변조 광으로 재결합시키며 결합된 광 빔을 분광기(138)를 통해서 프로젝션 렌즈(140)로 보낸다. 프로젝션 렌즈는 (미도시된) 스크린 상에 이미지를 형성한다.
제 2 프로젝션 디스플레이 디바이스(101)에서, 원하는 특성, 즉 원하는 칼라 또는 원하는 편광을 가지지 않는 조명 빔 부분은 재순환되며 투과형 디스플레이 패널(130,132,134)을 비추기 위해 다시 이용될 수 있다. 광 재순환 과정의 효율을 향상시키기 위해서, (미도시된) 1/4 파 플레이트는 조명 빔의 반사된 부분의 편광을 90°만큼 회전시키기 위하여 각 반사형 편광기(124,126,128)와 다이크로익 필터(118,120,122) 사이에 위치될 수 있다.
도 7은 제 3 프로젝션 디스플레이 디바이스의 예를 도시한다. 제 3 프로젝션 디스플레이 디바이스(401)는 도 6을 참조하여 설명된 제 2 프로젝션 디스플레이 디바이스에서 이용되는 것과 동일한 유형의 세 개의 투과형 디스플레이 패널을 또한 구비한다. 그러나, 추가 광-가이드 수단, 다이크로익 필터 및 반사형 편광기의 대안적인 구성이 적용된다. 도 7에 도시된 제 3 이미지 프로젝션 시스템(401)은 적색, 녹색 및 청색 칼라를 각각 가지는 세 개의 조명 빔을 공급하기 위한 조명 시스템(403), 및 세 개의 조명 빔을 변조하며 (미도시된) 스크린 상에 이미지를 투사하기 위한 이미지 디스플레이 시스템(405)을 포함한다. 조명 시스템(403)은 광원(407), 반사체(409), 집광 렌즈(411) 및, 예컨대 광학적으로 투명한 물질로 이루어진 로드인, 광-가이드 수단(413)을 포함한다. 반사체(409)는 광원(407)을 적어도 부분적으로 둘러싸며 이미지 디스플레이 시스템(405)으로부터 멀어지는 방향으로 광원에 의해 방출된 광의 대부분이 여전히 시스템에 도달하는 것을 보장한다. 광학적으로 투명한 로드(413)에는 입사 면과 출사 면이 제공되어 있다. 출사 면에는 세 개의 개구부가 제공되어 있다. 더 나아가, 이미지 프로젝션 디스플레이 디바이스(401)는 추가 광-가이드 수단, 예컨대, 광학적으로 투명한 로드(413)로부터 투과형 디스플레이 패널(430,432)로 조명 빔의 방향을 지정하는 폴딩 프리즘(414,416)을 포함한다. 두 개의 폴딩 프리즘(414,416)은 광학적으로 투명한 로드(413)의 출사 면과 투과형 디스플레이 패널(430, 432) 사이에 위치하며, 제 1 폴딩 프리즘(414)은 조명 빔이 청색 광 채널을 형성하는 투과형 디스플레이 패널(430,432) 중 하나로 향하도록 광학적으로 투명한 로드(413)의 출사 면의 일 단부에서 제 1 개구부에 위치하며, 제 2 폴딩 프리즘(416)은 적색 채널을 형성하는 광학적으로 투명한 로드(413)의 출사 면의 타 단부에서 제 2 개구부에 위치한다. 폴딩 프리즘(414,416)의 면과 마주보는 광학적으로 투명한 로드(413)의 출사 면의 개구부에는 적색 및 청색 다이크로익 필터(418,420)가 각각 제공되어 있다. 반사형 편광기(424,426)는 다이크로익 필터(418,420)와 폴딩 프리즘(414,416)의 입사 면 사이에 제공되어 있다. 더 나아가, 광학적으로 투명한 로드(413)는 제 3 투과형 디스플레이 패널(434)을 비추기 위해 출사 면에 있는 제 3 출사 개구부를 통해서 제 3 조명 빔을 제공한다. 이 출사 윈도우에는 녹색 칼라를 가진 조명 빔의 원하는 부분을 전달하며 청색 및 적색 칼라를 가진 조명 빔의 원하지 않는 부분을 광학적으로 투명한 로드(413)를 향하여 되돌아 반사시기키 위한 녹색 다이크로익 필터(422)가 제공되어 있다. 더 나아가, 반사형 편광기(428)는 녹색 다이크로익 필터(422)와 투과형 디스플레이 패널(434) 사이에 존재한다. 반사형 편광기(424,426,428)는 제 1 프로젝션 디스플레이 디바이스에 이용되는 것과 동일한 유형이다. 광 재순환 과정의 효율을 향상시키기 위해서, (미도시된) 1/4 파 플레이트는 조명 빔의 반사된 부분의 편광을 90°만큼 회전시키기 위하여 각 다이크로익 필터(418,420,422)와 각 편광기(424,426,428) 사이에 위치할 수 있다. 이미지 변조 시스템(405)은 세 개의 투과형 디스플레이 패널(430,432,434), 다이크로익 크로스(436), 분광기(438) 및 프로젝션 렌즈(440)를 포함한다.
폴딩 프리즘(414,416) 대신에, 렌즈와 미러로 구성되는 광학 구성(327)이 적용될 수 있다. 도 8은, 조명 빔을 광학적으로 투명한 로드(413)의 개구부로부터 투과형 디스플레이 패널(432)로 인도하기 위해 적용될 수 있는, 두 개의 릴레이 렌즈(329,331), 미러(335) 및 제 3 릴레이 렌즈(333)로 구성되는 광학 구성(327)을 도시한다. 이러한 구성은, 광학적으로 투명한 로드(413)의 출사 개구부를 떠나는 조명 빔의 크기(dimension)가 이 광학 구성(327)의 확대(magnification)를 조정하여 투과형 디스플레이 패널의 크기에 매칭될 수 있다는 이점을 가진다.
동작 중에, 제 3 프로젝션 디스플레이 디바이스(405)는 도 6을 참조하여 설명된 바와 같은 제 2 프로젝션 디스플레이 디바이스와 유사한 방식으로 작동한다.
상기 프로젝션 디스플레이 디바이스는 다수의 광원의 이용을 위해 용이하게 확장될 수 있다.
도 9는 광을 두 개의 광원(307,309)으로부터 광학적으로 투명한 로드(313) 안으로 커플링하기 위한 구성(300)을 도시한다. 이 구성은 설명된 프로젝션 디스플레이 디바이스에서 이용될 수 있다. 광원(307,309)으로부터의 광은 두 개의 프리즘(310,315) 및 입사 면(319)을 통해서 광학적으로 투명한 로드(313) 안으로 커플링된다. 도 10은 두 개의 광원(307,309)을 이용하기 위한 광학적으로 투명한 로드(313)의 입사 면을 도시한다. 입사 면(319)에는 각 프리즘(310,315)에 대한 각각의 개구부인, 두 개의 환상 개구부(321,323)를 제외하고 반사 층(325)으로 커버되어 있다. 이러한 구성을 구비하고 있는 프로젝션 디스플레이 디바이스는, 광 경로의 미리결정된 쓰루풋(throughput)에 의해, 프로젝션 디스플레이 디바이스의 더 높은 광 출력이 획득될 수 있는 이점을 가진다. 광 경로의 쓰루풋은, 재순환하는 광학적으로 투명한 로드의 형태가 변경되지 않으므로, 증가하지 않는다. 광학적으로 투명한 로드로 입사는 광의 양은 두 배가 되지만, 반사된 광이 광학적으로 투명한 로드(313)의 개구부(321,323)를 통과할 가능성이 증가하므로 재순환 메커니즘은 다소 늦추어 진다. 대안적으로, 프리즘(310,315) 대신에 폴딩 미러가 이용될 수 있다.
광학적으로 투명한 물질로 이루어진 로드 대신에, 또한 반사 벽을 가지는 공동(cavity)이 입사 면 및 출사 면에서 개구부(opening)를 제외하고, 이용될 수 있다. 투사된 이미지의 색 재현성(color reproduction)을 향상시키기 위해서, 디스플레이 패널에 제공된 데이터 신호는 광-재순환 수단에 기인해 일어날 수 있는 칼라 시프트를 위해 보정될 수 있다. 광 재순환으로 인해서, 각 원색(primary color)은 다음의 배율기(multiplier)에 의해 설명될 수 있는 바와 같이 이미지에서의 평균 칼라 콘텐트에 따라 좌우될 수 있다:
Mred= [Nred+ (1 - Nred) * Rave](2a)
Mgreen= [Ngreen+ (1 - Ngreen) * Gave](2a)
Mblue= [Nblue+ (1 - Nblue) * Bave](2a)
여기서,
Mred, Mgreen, Mblue은 광 재순환에 기인한, 적색, 녹색 및 청색 각각에 대해 획득된 칼라 이득을 나타낸다.
Nred, Ngreen, Nblue는 각 칼라 적색, 녹색 및 청색에 대해 획득할 수 있는 최대 이득을 나타낸다.
Rave, Gave, Bave는 이미지에서의 각 적색, 녹색 및 청색 콘텐트의 평균 값을 나타낸다.
광 재순환으로 인해, 디스플레이된 칼라는 이미지 정보에 기초하여 예측된 칼라와 다르다. 예컨대, 채색된 배경 상에 있는 작은 화이트 박스 이미지의 디스플레이된 칼라는 배경의 칼라에 좌우되어 영향을 받을 것이다.
디스플레이 패널에 인가된 데이터 신호는 다음의 공식으로부터 결정될 수 있는 보정 인자 Rcor, Gcor, Bcor에 의해 각 적색, 녹색 및 청색 데이터 신호(504)를 곱함으로서 보정될 수 있다:
(3a)
(3b)
(3c)
여기서 보정 인자 Rcor, Gcor, Bcor의 최대 값은 1 을 초과하지 못한다.
도 11은 프로세싱 수단(500)을 포함하는 프로젝션 디스플레이 디바이스 일부의 블록도이다. 블록도는, 예컨대 퍼스널 컴퓨터인, 데이터 소스(501), 평균화 회로(averaging circuit)(502) 및 칼라 보정 회로(503)를 도시한다. 데이터 소스(501)는 평균화 회로(502)에 연결되어 있다. 칼라 보정 회로(503)는 평균화 회로(502)를 통해서 데이터 소스(501)에 연결되어 있다. 평균화 회로(502)는 데이터 신호(504)의 적색, 녹색 및 청색 콘텐트의 평균 값을 결정하기 위해 구성된다. 칼라 보정 회로(503)는 결정된 평균 값(505)에 따라 적색, 녹색 및 청색 데이터 신호(504)를 보정한다.
보정 인자를 곱한 후에, 칼라 보정 회로(503)는 보정된 적색, 녹색 및 청색 데이터 신호(506)를 LCOS 디스플레이 패널(432)로 전송한다. 이 칼라 보정 회로(503)는 앞서 설명된 프로젝션 디스플레이 디바이스와 결합하여 이용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 광원 및 광원으로부터의 광을 입사시키기 위한 입사 면 그리고 조명 빔을 제공하기 위한 출사 면을 가지는 광 가이드 수단을 구비하는 조명 시스템, 조명 빔을 이미지 정보로 변조하여 스크린 상에 이미지를 투사하기 위한 디스플레이 패널을 가지는 이미지 디스플레이 시스템, 및 선택적으로 원하는 특성을 가지는 조명 빔 부분을 이미지 디스플레이 시스템으로 전달하는 수단과 원하지 않는 특성을 가지는 조명 빔 부분을 이미지 디스플레이 시스템의 재-조명을 위해 조명 시스템으로 피드백시키기 위한 수단을 포함하는, 프로젝션 디스플레이 시스템에 이용가능하다.

Claims (19)

  1. 프로젝션 디스플레이 디바이스로서,
    광원, 및 상기 광원으로부터의 광을 입사시키기 위한 입사 면과 조명 빔을 제공하기 위한 출사 면을 가지는 광 가이드 수단을 구비하는 조명 시스템,
    조명 빔을 이미지 정보로 변조하여 스크린 상에 상기 이미지를 투사하기 위한 디스플레이 패널을 구비하는 이미지 디스플레이 시스템,
    원하는 특성을 가지는 상기 조명 빔 부분을 상기 이미지 디스플레이 시스템으로 선택적으로 전달하기 위한 수단, 및
    상기 이미지 디스플레이 시스템의 재-조명을 위해서 상기 조명 빔의 이용되지 않는 부분을 상기 조명 시스템으로 피드백시키기 위한 수단을
    포함하는 프로젝션 디스플레이 디바이스에 있어서,
    반사 수단은 상기 광-가이드 수단의 상기 입사 면 부분에 제공되며 상기 조명 빔의 상기 이용되지 않는 부분은 상기 광-가이드 수단으로 피드백되는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 디스플레이 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광-가이드 수단은 광학적으로 투명한 물질로 이루어진 로드(rod)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 디스플레이 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 광-가이드 수단은 반사 벽(reflective wall)을 구비한 공동(cavity)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 디스플레이 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 조명 빔의 상기 이용되지 않는 부분은 상기 광-가이드 수단의 출사 면을 통해서 상기 광-가이드 수단 안으로 피드백되는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 디스플레이 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 반사 수단은 상기 광-가이드 수단의 상기 입사 면 부분에 제공된 반사 층인 것을 특징으로 하는, 프로젝션 디스플레이 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 반사 수단은, 제 1 부분 및 상기 제 1 부분 주위에 배치되며 상기 입사 면의 커버되지 않은 부분에 의해 상기 제 1 부분으로부터 분리된 제 2 부분으로 분할된 반사 층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 디스플레이 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서, 원하는 특성을 가지는 상기 조명 빔의 상기 부분을 선택적으로 전달하기 위한 상기 수단은 반사형 편광기(reflective polarizer)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 디스플레이 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 원하는 특성을 가지는 상기 조명 빔 부분을 선택적으로 전달하기 위한 상기 수단은 다이크로익 칼라 필터(dichroic color filter)를포함하는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 디스플레이 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 원하는 특성을 가지는 상기 조명 빔 부분을 선택적으로 전달하기 위한 상기 수단은 상기 조명 빔의 적색, 녹색 및 청색 부분을 각각 전달하기 위한 세 개의 다이크로익 칼라 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 디스플레이 디바이스.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 세 개의 다이크로익 칼라 필터는 자신의 허브에서 회전가능하게 장착되는 휠(wheel) 상에 제공되는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 디스플레이 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 각 세 개의 다이크로익 칼라 필터는, 동작 중에, 상기 조명 빔의 상기 적색, 녹색 및 청색 부분이 상기 디스플레이 패널(27) 부분을 동시에 스캔하여 상기 모든 부분이 상기 조명 빔의 상기 적색, 녹색 및 청색 부분에 의해 각각 연속적으로 조명되도록, 상기 휠의 인접한 나선형 부분을 점유하는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 디스플레이 디바이스.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 각 다이크로익 칼라 필터에 의해 점유된 상기 나선형 부분이 동일한 형태를 가지는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 디스플레이 디바이스.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 이미지 디스플레이 시스템은 반사형 또는 투과형 디스플레이 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 디스플레이 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 프로젝션 디스플레이 디바이스는 상기 출사 면과 상기 디스플레이 패널 사이에 위치하면서, 상기 디스플레이 패널로 상기 조명 빔을 인도하기 위해, 추가 광-가이드 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 디스플레이 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 조명 빔의 원하는 부분을 전달하기 위한 상기 필터 수단은 상기 광-가이드 수단의 상기 출사 면과 상기 추가 광-가이드 수단 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 디스플레이 디바이스.
  16. 제 14 항에 있어서, 원하는 특성을 가지는 상기 조명 빔 부분을 전달하기 위한 상기 필터 수단은 상기 추가 광-가이드 수단과 상기 이미지 디스플레이 패널 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 디스플레이 디바이스.
  17. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추가 광-가이드 수단은 폴딩 프리즘(folding prism)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 디스플레이 디바이스.
  18. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추가 광-가이드 수단은 렌즈 및 미러로 이루어진 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 디스플레이 디바이스.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로젝션 디스플레이 디바이스는 상기 이미지 정보의 칼라 콘텐트에 따라 상기 투사된 이미지의 칼라를 보정하기 위한 프로세싱 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 프로젝션 디스플레이 디바이스.
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