KR20030090021A - 반사형 평판 편광판을 이용한 프로젝션 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로젝션 시스템에 관한 것으로 특히, 무 편광된 백색광을 조사하는 램프와; 상기 램프에서 조사된 빛에서 불필요한 P파는 투과(transmit)시키고 S파는 상기 P파의 투과방향과 직교하는 일 측 방향으로 반사시키는 유리기판에 코팅된 알루미늄 박판을 에칭하여 만들어진 반사형 평판 편광판과; 상기 반사형 평판 편광판으로부터 반사되어 입사된 S파의 빛에서 빛의 R, G, B성분 각각에 대해 분리하여 투사하고, 투사방향으로 유입되는 P파의 빛은 합성하여 투사하는 색분리/합성계와; 상기 색분리/합성계에서 분리되어 투사되는 빛의 R, G, B성분 각각에 대응하는 이미지를 제공하는 LCD; 및 상기 LCD에 반사되어 이미지가 포함된 빛의 R, G, B성분 각각이 상기 색분리/합성계에서 합성된 P파의 빛을 스크린으로 투사하여 상이 형성되도록 하는 투사계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 평판 편광판을 이용한 프로젝션 시스템을 적용하면, 작은 F수의 프로젝션 디스플레이에서 화상얼룩이 저감됨으로서 고화질, 대형화면의 프로젝션 디스플레이가 가능하도록 하였으며, 장치의 추가 없이 광의 세기가 강한 램프를 이용할 수 있게 함으로써 소형, 경량화 및 저가의 대형화면의 프로젝션 디스플레이가 가능하도록 하였다.

Description

반사형 평판 편광판을 이용한 프로젝션 시스템{Projection system using plate polarizer of reflection type}

본 발명은 프로젝션 시스템에 관한 것으로 특히, LCOS를 이미저(Imager)로 하는 프로젝션 디스플레이로서 색분리 합성장치와 조명장치 사이에 반사형 평판 편광판(Polarizer)을 적용함으로써 고화질을 확보하는 동시에 프로젝션 디스플레이장치를 보다 소형, 경량화하고 저가격화하기 위한 반사형 평판 편광판을 이용한 프로젝션 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 프로젝션 시스템은 첨부한 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 투사형 표시 장치(1000)는 조명 광학계(100)와, 색광 분리 광학계(200)와, 릴레이 광학계(220)와, 3장의 액정라이트 밸브(300R, 300G, 300B)와, 크로스 다이클로익 프리즘(520)과, 투사 광학계(540)를 구비하고 있다.

상기 조명 광학계(100)는 편광 발생 광학계(160)를 포함하고 있으며, 광원 장치(20)로부터 사출된 광을 편광 방향이 갖추어진1종류의 직선 편광 광으로 변환하여 사출한다. 조명 광학계(100)로부터 사출된 광은 색광 분리 광학계(200)에 있어서 적(R), 녹(G), 청(B)의 3색 색광으로 분리된다. 분리된 각 색광은 액정 라이트 밸브(300R, 300G, 300B)에 있어서 화상 정보(화상 신호)에 따라서 변조된다. 액정 라이트 밸브(300R, 300G, 300B)에 있어서 변조된 3색의 변조 광 선속은 크로스다이클로익 프리즘(520)에서 합성되어, 투사 광학계(540)에 의해 스크린(SC) 상에 투사된다. 이에 의해, 스크린(SC) 상에 컬러 화상이 표시되게 된다.

도 2는 도 1의 투사형 표시 장치(1000)의 요부를 도시한 설명도이다. 도 2에서는, 도 1의 3개의 액정 라이트 밸브(300R,300G, 300B)와 크로스 다이클로익 프리즘(520)이 도시되어 있다.

제 1 내지 제 3 액정 라이트 밸브(300R, 300G, 300B)에는 각각 색광(R, G, B)이 입사한다. 제 1 액정 라이트 밸브(300R)로부터 사출된 색광(R)의 변조 광 선속은 크로스 다이클로익 프리즘(520)의 적색 광 반사막(521)에서 반사되고, 제 3액정 라이트 밸브(300B)로부터 사출된 색광(B)의 변조 광 선속은 청색 광 반사막(522)에서 반사된다. 한편, 제 2 액정 라이트 밸브(300G)로부터 사출된 색광(G)의 변조 광 선속은 크로스 다이클로익 프리즘(520)의 2개의 반사막(521, 522)을 투과한다. 이와 같이 하여, 3개의 변조 광 선속이 합성되어, 투사 광학계(540)에 의해 스크린(SC) 상에 컬러 화상이 표시된다. 또한, 도 2에서는, 도시의 편의 상, 적색 광과 청색 광이 반사되는 위치를 2개의 반사막(521, 522)으로부터 어긋난 위치에 도시하고 있다.

상기 제 1 액정 라이트 밸브(300R)는 액정 패널(301R)과, 그 광 입사면 측 및 광 사출면 측에 설치된 2개의 편광판(302Ri,302Ro)을 구비하고 있다. 제 1 편광판(302Ri)은 액정 패널(301R)에 점착되어 있다.

한편, 제 2 편광판(302Ro)은 액정 패널(301R)로부터 떨어진 위치에 있어서, 단결정 사파이어 유리로 형성된 사파이어 유리판(308) 상에 점착되어 있다.

상기 제 1 액정 라이트 밸브(300R)에 입사하는 색광(R)은 상기한 바와 같이, 편광 발생 광학계(160)를 구비하는 조명 광학계(100)(도 1)로부터 사출되어 있기 때문에, 직선 편광 광이 되어 있다. 액정 라이트(300R)의 광 입사면 측에 설치된 제 1편광판(302Ri)의 편광 축은 입사하는 직선 편광 광의 편광 방향과 동일해지도록 설정되어 있다.

따라서, 제 1 편광판(302Ri)에 입사한 색광(R)의 대부분이 제 1 편광판(302Ri)을 그대로 투과한다. 제 1 편광판(302Ri)으로부터 사출된 편광광은 액정 패널(301R)에 의해 변조된다. 제 2 편광판(302Ro)은 액정 패널(301R)에 있어서 변조된 광 중, 편광 축과 동일한 편광 방향의 광만을 사출한다. 제 2 편광판(302Ro)으로부터 사출된 변조 광 선속은 사파이어 유리판(308)을 통과하여 크로스 다이클로익 프리즘(520)에 입사한다.

상술한 바와 같이 구성 및 동작하는 종래 기술은 투과형 LCD를 이미저(Imager)로 하고 투과형 LCD를 전후로 하여 편광판이 위치하는 구조를 갖는다.

이때, 상기 편광판은 열전도성이 좋은 사파이어 유리판에 부착되어 편광판의 열화로 인해 나타나는 화질의 저하를 방지하게 되며, 램프에서 발생한 빛은 편광발생장치를 통하여 선편광으로 변환된다.

상기 램프에서 발생한 빛이 색분리 장치에 의해 R, G, B의 삼원색으로 분리되고 분리된 빛은 각각 편광도를 높이기 위해 편광판을 지난 LCD를 투과한다. 이때 LCD에 적용된 이미지 신호에 따라 편광상태가 달라지게 된다.

상기 LCD를 투과한 빛은 사파이어 유리판에 부착된 편광판을 지나며 이미지를 구성한다. 이때 사파이어 유리판은 편광판에 빛이 흡수되어 편광판에서 발생한 열을 냉각시켜주는 역할을 한다. 사파이어 유리판에 부착된 편광판을 지난 빛은 색합성장치를 향하고 색합성장치에 의해 R, G, B의 삼원색이 합성되어 투사렌즈로 향하며 투사렌즈에 의해 스크린에 투사되게 된다.

그러나, 일반적으로 프로젝션 디스플레이의 F수를 작게하는 것은 디스플레이의 밝기를 증가시켜 대화면화를 이루는데 용이함에도 불구하고, F수가 작을 경우 종래 기술에서 사용하였던 단결정 사파이어 유리판에서는 사각광선의 각이 커지면사파이어 유리판의 복굴절에 의한 화질의 변화 효과를 무시할 수 없게 된다.

또한, 종래 발명의 변형에서 LCD에 광이 입사되기 전의 편광판에 사파이어 유리판이 적용되는 경우 일반적으로 램프의 빛의 세기가 강할 경우 사파이어유리판 만으로는 플라스틱 재질의 편광판의 변형을 막기 힘들다.

그러므로 첨부한 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 보조적인 장치가 필요하게 된다. 이러한 장치의 추가는 프로젝션 디스플레이의 크기와 무게를 증가시키고 가격을 상승시키는 요인으로 작용한다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 LCOS를 이미저(Imager)로 하는 프로젝션 디스플레이로서 색분리 합성장치와 조명장치 사이에 반사형 평판 편광판(Polarizer)을 적용함으로써 고화질을 확보하는 동시에 프로젝션 디스플레이 장치를 보다 소형, 경량화하고 저가격화하기 위한 반사형 평판 편광판을 이용한 프로젝션 시스템을 제공하는 데 있다.

도 1은 일반적인 프로젝션 시스템의 구성 예시도.

도 2는 도 1의 요부 구성 예시도.

도 3은 실제적으로 프로젝션 시스템에 사파이어 유리판이 적용되는 경우 전체 시스템의 효율을 안정화시키기 위해 부가되어지는 구성을 보인 예시도.

도 4는 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 예시도.

도 5는 본 발명에 적용되는 기술을 설명하기 위한 예시도.

도 6과 도 7은 본 발명에 따라 첨부한 도 5에 도시되어 있는 구조물이 프로젝션 시스템에 적용될 경우의 실험 데이터 예시도.

도 8은 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 구성 예시도.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반사형 평판 편광판을 이용한 프로젝션 시스템의 특징은, 무 편광된 백색광을 조사하는 램프와; 상기 램프에서 조사된 빛에서 불필요한 P파는 투과(transmit)시키고 S파는 상기 P파의 투과방향과 직교하는 일 측 방향으로 반사시키는 유리기판에 코팅된 알루미늄 박판을 에칭하여 만들어진 반사형 평판 편광판과; 상기 반사형 평판 편광판으로부터 반사되어 입사된 S파의 빛에서 빛의 R, G, B성분 각각에 대해 분리하여 투사하고, 투사방향으로유입되는 P파의 빛은 합성하여 투사하는 색분리/합성계와; 상기 색분리/합성계에서 분리되어 투사되는 빛의 R, G, B성분 각각에 대응하는 이미지를 제공하는 LCD; 및 상기 LCD에 반사되어 이미지가 포함된 빛의 R, G, B성분 각각이 상기 색분리/합성계에서 합성된 P파의 빛을 스크린으로 투사하여 상이 형성되도록 하는 투사계를 포함하는 데 있다.

본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

우선, 본 발명에서 적용되는 기술적 사상을 간략히 살펴보면, 일반적으로 프로젝션 디스플레이의 F수를 작게하는 것은 디스플레이의 밝기를 증가시켜 대화면화를 이루는데 용이하게 한다.

즉, 첨부한 도 4에는 광선 각에 따른 복굴절물질에서의 굴절률을 돗;l하고 있는데, 중심광선과 사각광선의 굴절률 차이는 사각광선의 각이 충분히 작을 때 무시 가능하다는 것이 일반적이다.

이때, 종래 기술에서는 F수가 작을 경우 단결정 사파이어 유리판에서는 사각광선의 각이 커지면 사파이어 유리판의 복굴절에 의한 화질의 변화 효과를 무시할 수 없게 된다는데 그 근본적인 문제점이 있는 것이므로, 본 발명에서는 단결정 사파이어 유리판을 사용하지 않고 미국 특허번호 2,403,731에서 제안되어진 구조에 따라 첨부한 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 유리기판에 코팅된 알루미늄 박판을 에칭하여 만들어진 반사형 평판 편광판을 사용하고자 하는 것이다.

즉, 본 발명은 상기 반사형 평판 편광판은 LCOS를 이미저(Imager)로 하는 프로젝션 디스플레이로서 색분리 합성장치와 조명장치 사이에 적용시키도록 함으로써, 고화질을 확보하는 동시에 프로젝션 디스플레이 장치를 보다 소형, 경량화하고 저가격화시키도록 하는 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 설명한다.

첨부한 도 6과 도 7은 첨부한 도 5에 도시되어 있는 바와 같은 구조의 반사형 평판 편광판을 적용하는 경우 입사광의 각도에 따른 내역성 및 F수의 적용가능성을 살펴본 실험 그래프이다.

즉, 도 5에 도시되어 있는 바와 같은 구조의 반사형 평판 편광판은 입사되는 광에너지를 흡수하지 않고, 반사 또는 투과하기 때문에 강한 내열성을 지니며, 첨부한 도 6과 도 7에 도시되어 있는 그래프와 같이 입사광의 각도에 대해 둔감하기 때문에 작은 F수의 시스템에 사용되어도 성능의 저하가 작다.

따라서, 본 발명은 첨부한 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 칼라 코너가 적용되는 프로젝션 디스플레이의 구성을 간략히 살펴보면, 참조번호 11은 무편광된 백색광을 출사하는 램프를 나타내고, 12a는 상기 램프(11)에서 출사되는 빛에서 P파는 통과시키고 S파는 반사시켜 진행방향을 변경시키는 유리기판에 코팅된 알루미늄 박판을 에칭하여 만들어진 반사형 평판 편광판을 나타내고, 참조번호 16은 이미지가 포함된 빛을 스크린으로 반사하여 상이 형성되도록 하는 투사계를 나타내고, 참조번호 CS1은 상기 반사형 평판 편광판에서 반사되어 조사되는 S-편광 빛을 투과시키되 그린(green)성분의 빛만을 P파로 편광시키는 제 1컬러선택편광판이며, 참조번호 PBS는 상기 제 1컬러선택편광판(CS1)을 투과하여 입사되는 빛에서 P파로 편광되어진 그린(green)성분의 빛은 그대로 투과시키고 나머지 성분은 반사시켜 진행방향을 변경시키는 편광빔 스플리터를 나타내고, 참조번호 DIC는 상기 편광빔 스플리터(PBS)에서 반사된 빛에서 블루(blue)와 레드(red) 성분으로 분리하는 다이크로익 필터를 나타내며, 참조번호 15R, 15G, 15B는 상기 편광빔 스플리터(PBS)를 투과한 P파의 그린(green)성분과 상기 다이크로익 필터(DIC)에서 분리되는 블루(blue) 및 레드(Red)성분에 대응하는 이미지를 제공하는 반사형 LCD를 나타낸다.

마지막으로 참조번호 CS2는 분리되어진 각 RGB성분의 빛이 참조번호 15R, 15G, 15B로 지칭되는 반사형 LCD에서 이미지를 포함한 상태로 반사되는 경우 편광파의 성분이 변경됨에 따라 블루(blue)성분의 빛과 레드(Red)성분의 빛은 P파인 반면에 그린(green)성분의 빛은 S파이므로 투사계(16)로 진입하는 합성된 빛의 편광상태를 동일하게 유지시켜 주기 위하여 다른 성분의 빛은 그대로 투과시키고 그린(green)성분의 빛만을 P파로 편광시켜 투과시키는 제 2컬러선택편광판이다.

따라서, 첨부한 도 8에 도시되어 있는 본 발명에 따른 예에서 역시 램프(11)로부터 조사되는 빛에서 S파만을 추출하기 위한 수단으로써 종래의 사파이어 유리판을 사용하는 방식에서 참조번호 12a로 지칭되는 반사형 평판 편광판을 사용하였다는 것이다.

그러므로, 램프(11)에서 무편광된 백색광이 출사되는데, 이는 유리기판에 코팅된 알루미늄 박판을 에칭하여 만들어진 반사형 평판 편광판(12a)에 조사되어 진다.

이때, 상기 반사형 평판 편광판(12a)에 조사되는 빛의 입사각이 큰 빛과 작은 빛이 혼재하고 있는데, F수가 작을 경우 종래 기술에서 사용하였던 단결정 사파이어 유리판에서는 사각광선의 각이 커지면 사파이어 유리판의 복굴절에 의한 화질의 변화가 심화되지만 본 발명에 따른 반사형 평판 편광판(12a)에서는 복굴절율이 적으므로 인해 빛의 산란 등의 현상이 적게 일어난다.

따라서, 상기 반사형 평판 편광판(12a)에서는 P파는 통과시키고 S파는 반사시켜 후단의 색분리 합성계 측으로 전달하게 된다.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 구성 및 동작되는 본 발명에 따른 반사형 평판 편광판을 이용한 프로젝션 시스템을 적용하면, 작은 F수의 프로젝션 디스플레이에서 화상얼룩이 저감됨으로서 고화질, 대형화면의 프로젝션 디스플레이가 가능하도록 하였다.

또한, 장치의 추가 없이 광의 세기가 강한 램프를 이용할 수 있게 함으로써 소형, 경량화 및 저가의 대형화면의 프로젝션 디스플레이가 가능하도록 하였다.

Claims (2)

1. 무 편광된 백색광을 조사하는 램프와;

   상기 램프에서 조사된 빛에서 불필요한 P파는 투과(transmit)시키고 S파는 상기 P파의 투과방향과 직교하는 일 측 방향으로 반사시키는 유리기판에 코팅된 알루미늄 박판을 에칭하여 만들어진 반사형 평판 편광판과;

   상기 반사형 평판 편광판으로부터 반사되어 입사된 S파의 빛에서 빛의 R, G, B성분 각각에 대해 분리하여 투사하고, 투사방향으로 유입되는 P파의 빛은 합성하여 투사하는 색분리/합성계와;

   상기 색분리/합성계에서 분리되어 투사되는 빛의 R, G, B성분 각각에 대응하는 이미지를 제공하는 LCD; 및

   상기 LCD에 반사되어 이미지가 포함된 빛의 R, G, B성분 각각이 상기 색분리/합성계에서 합성된 P파의 빛을 스크린으로 투사하여 상이 형성되도록 하는 투사계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 평판 편광판을 이용한 프로젝션 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 색분리/합성계로 "칼라 코너(Color Corner)" 타입을 적용하는 것을 특징으로 하는 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템.