KR20040016019A - 프로젝션 시스템 - Google Patents

Abstract

적ㆍ녹ㆍ청색의 광 경로를 일치시킴으로써, 광경로의 불일치로 인한 색수차 발생 및 균일성(uniformity) 저하를 방지한 프로젝션 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 시스템은, 광원에서 발생된 백색광 중에서 적ㆍ녹ㆍ청색광의 P파 성분을 S파 성분으로 변환하는 광 변환기와; 광 변환기를 통과한 청색광을 P파 성분으로 광 변환하는 제1 광 변환판과; 청색광을 반사하는 제1 반사면과, 녹색광 및 적색광을 반사하는 제2 반사면을 구비하는 색 합성 큐브와; 상기 제2 반사면에서 반사된 녹색광을 P파 성분으로 광 변환하는 제2 광 변환판과; 상기 제2 반사면에서 반사된 녹색광은 투과하고, 적색광은 반사하는 PBS와; 상기 적ㆍ녹ㆍ청색광을 다른 성분으로 광 변환 후 이를 반사하는 3개의 반사형 LCD;를 포함한다.

Description

프로젝션 시스템{A PROJECTION SYSTEM}

본 발명은 프로젝션 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적ㆍ녹ㆍ청색의 광 경로를 일치시킴으로써, 광경로의 불일치로 인한 색수차 발생 및 균일성(uniformity) 저하를 방지한 프로젝션 시스템에 관한 것이다.

프로젝션 시스템은 광원으로부터 발생된 광을 광학계를 통해 스크린으로 투사하여 화상을 구현하는 것으로, 이러한 프로젝션 시스템으로는 백색광을 적ㆍ녹ㆍ청색으로 분리한 후 편광 분리하는 방식의 시스템과, 백색광을 편광 분리후 이를 상기 3색으로 분리하는 방식의 시스템이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 프로젝션 시스템을 도시한 것으로, 프로젝션 시스템(100)은, 백색광을 발생시키는 아크 램프 등의 광원(102)과, 광원(102)에서 발생된 백색광의 P파(primary wave :종파)를 S파(secondary wave :횡파)로 변조하는 광 변환기(104)와, S파 성분의 백색광을 적ㆍ녹ㆍ청색의 3색 광으로 분리하는 제1 및 제2의 다이크로익 미러(106,108)와, 다이크로익 미러(106,108)에 의해 분리된 S파 성분의 각 색상을 반사형 액정 디스플레이에 입사시키는 제1 내지 제3의 편광 빔 스플리터(이하, PBS라 한다)(110,112,114)와, PBS(110,112,114)에서 반사된 S파를 입사받아 P파로 변조한 후 상기 PBS(110,112,114)로 반사하는 제1 내지 제3의 반사형 액정 디스플레이(이하, 반사형 LCD라 한다)(116,118,120)와, 각각의 LCD(116,118,120)에서 반사된 적ㆍ녹ㆍ청의 3색을 합성하여 프로젝션 렌즈(122)로 입사시키는 색 합성 큐브(color recombination cube :124)를 포함한다.

여기에서, 상기 광 변환기(104)는 광량의 50%씩에 해당하는 P파(종파)와 S파(횡파) 중에서 반사 특성이 좋지 못한 P파를 반사 특성이 우수한 S파로 변조하여, 종래에는 광량의 50%만 사용하던 것을 대략 70% 이상의 광량(기존의 S파 및 변조된 S파를 합한 양)을 색 분리에 사용할 수 있도록 함으로써 광 효율을 향상시키기 위한 것이며, 다이크로익 미러(106)는 고굴절률 물질과 저굴절률 물질을 복수회 반복 증착하여 특정 파장대의 광(예를 들면, 대략 450㎚ 정도의 파장대를 갖는 청색광)은 투과시키고 다른 파장대의 광(대략 550㎚ 정도의 파장대를 갖는 녹색광 및 이 녹색광에 비해 높은 파장대를 갖는 적색광)은 반사시키도록 한 것으로, 다이크로익 미러(108)의 구성은 미러(106)와 유사하며, 광 변환기(104)와 다이크로익 미러(106,108)의 세부 구성은 공지되어 있으므로, 이의 상세한 설명은 생략한다.

그리고, PBS(110,112,114)는 빛의 성분중 S파는 반사하고 P파는 투과시키도록 구성한 것으로, 다이크로익 미러와 유사한 다층 박막 구조를 갖는다.

즉, PBS(110,112,114)는 S파는 파장대에 따라 반사하고 P파는 파장대에 관계없이 모두 투과시키도록 구성한 것으로, 굴절률이 서로 다른 2종류 이상의 물질을 삼각 프리즘의 접착면에 반복적으로 증착하여 복수층의 코팅막을 형성하여 이루어진다.

이에 따라, 광원(102)에서 발생된 백색광의 P파가 광 변환기(104)에서 S파로 변조된 후 기존의 S파 및 변조된 S파가 제1 다이크로익 미러(106)에 입사되면, 청색광(B)이 제1 다이크로익 미러(106)를 투과하여 반사 미러(126)에서 반사된 후 제1 PBS(110)로 입사되고, 녹색광(G) 및 적색광(R)은 제1 다이크로익 미러(106)에서 반사되어 제2 다이크로익 미러(108)로 입사되며, 상기 녹색광(G)은 제2 다이크로익 미러(108)에서 반사되어 제2 PBS(112)로 입사되고, 적색광(R)은 제2 다이크로익 미러(108)를 투과하여 제3 PBS(114)에 입사된다.

이와 같이, 해당 PBS(110,112,114)에 입사된 각각의 광은 각 PBS의 프리즘 접착면에 증착된 코팅막에서 반사되어 해당 반사형 LCD(116,118,120)로 각각 입사되고, 반사형 LCD(116,118,120)에 입사된 각각의 광은 LCD에서 P파로 변조된 후 해당 PBS로 반사되며, 반사된 P파는 각각의 PBS를 통과하여 색 합성 큐브(124)로 입사되고, 이후 투사 렌즈(122)로 입사되어 도시하지 않은 스크린으로 투사됨으로써, 소정의 영상이 디스플레이 된다.

그런데, 상기와 같이 구성된 종래의 프로젝션 시스템에 의하면, 제1 다이크로익 미러에서 반사되는 녹색광 및 적색광은 광 경로가 서로 일치하지만, 제1 다이크로익 미러를 투과하는 청색광은 상기한 녹색광 및 적색광과 광 경로가 일치하지 않게 된다. 즉, 청색광은 녹색광 및 적색광에 비해 제1 다이크로익 미러로부터 반사 미러까지의 거리만큼 광 경로가 증가하게 된다.

따라서, 종래의 프로젝션 시스템은 상기한 광 경로의 불일치로 인해 색수차가 발생하거나 균일성(uniformity)이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 프로젝션 시스템은 3개의 PBS를 사용하므로 시스템의 구성이 복잡해지며, 원가, 조립성 및 크기 등 여러가지 측면에서 불리하다.

이에, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 적ㆍ녹ㆍ청색의 광 경로를 일치시킴으로써, 광경로의 불일치로 인한 색수차 발생 및 균일성(uniformity) 저하를 방지한 프로젝션 시스템을 제공함에 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 프로젝션 시스템의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 구성도.

도 3은 본 발명의 프로젝션 시스템에 적용된 반사형 LCD의 일실시예를 나타내는 도면.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

백색광을 발생하는 광원과;

상기 백색광 중에서 적색광, 녹색광 및 청색광의 P파 또는 S파 성분을 S파 또는 P파 성분으로 변환하는 광 변환 수단과;

상기 광 변환 수단에서 변환된 적색광, 녹색광 및 청색광 중에서 어느 한 색상의 광을 다른 성분으로 광 변환하는 제1 광 변환판과;

상기 제1 광 변환판에서 변환된 광을 반사하는 제1 반사면과, 상기 제1 광 변환판에서 변환되지 않은 나머지 두 색상의 광을 반사하는 제2 반사면을 구비하는색 합성 큐브와;

상기 제2 반사면에서 반사된 나머지 두 색상의 광 중에서 어느 한 색상의 광을 다른 성분으로 광 변환하는 제2 광 변환판과;

상기 제2 반사면에서 반사된 나머지 두 색상의 광 중에서 어느 한 색상의 광은 투과하고, 나머지 다른 한 색상의 광은 반사하는 색 분리 수단과;

상기 제1 반사면에서 반사된 어느 한 색상의 광 및 상기 색 분리 수단에서 반사 또는 투과된 나머지 두 색상의 광을 다른 성분으로 광 변환 후 이를 반사하는 3개의 반사형 LCD;

를 포함하는 프로젝션 시스템에 의해 달성된다.

이하, 첨부도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 프로젝션 시스템을 도시한 것으로, 프로젝션 시스템(10)은, 백색광을 발생하는 아크 램프 등의 광원(12)과, 백색광의 P파(종파)를 S파(횡파)로 변조하거나, S파를 P파로 변조하는 광 변환기(14)를 포함한다.

본 실시예에 있어서, 상기 광원(12)은 수은이나 크세논(xenon) 기타 메탈할라이드 가스 혼합물을 보유한 아크 램프로 이루어지며, 상기 광 변환기(14)는 광량의 50%씩에 해당하는 P파(종파)와 S파(횡파) 중에서 반사 특성이 좋지 못한 P파를 반사 특성이 우수한 S파로 변조하여, 종래에는 광량의 50%만 사용하던 것을 대략 70% 이상의 광량(기존의 S파 및 변조된 S파를 합한 양)을 색 분리에 사용할 수 있도록 함으로써 광 효율을 향상시키기 위한 것이다.

이하에서는 상기 광 변환기(14)가 백색광의 P파 성분을 S파 성분으로 변조하는 경우에 한해서만 설명하는데, 본 발명은 상기와 반대의 경우, 즉 광 변환기(14)가 백색광의 S파 성분을 P파 성분으로 변조하는 경우에도 사용이 가능하다.

또한, 본 발명의 프로젝션 시스템(10)은 S파 성분의 백색광에서 대략 450㎚ 정도의 파장대를 갖는 청색광(B)을 P파 성분으로 변환하는 제1 광 변환판(16)을 구비한다. 이때, 상기 광 변환기(14)를 통과한 백색광이 P파인 경우에는 S파 성분으로 변환하는 작용을 한다.

그리고, 상기 시스템은 제1 광 변환판(16)의 전방에 색 합성 큐브(18)를 구비하는데, 이 큐브(18)는 P파를 반사하는 제1 반사면(18a)과, S파를 반사하는 제2 반사면(18b)을 구비한다. 이때, 상기 제1 반사면(18a) 및 제2 반사면(18b)은 X자 형태로 교차 배열된다.

따라서, 제1 광 변환판(16)에서 변환된 P파 성분의 청색광(B)은 색 합성 큐브(18)의 제1 반사면(18a)에서 좌측 방향으로 반사되며, S파 성분의 적색광(R) 및 녹색광(G)은 색 합성 큐브(18)의 제2 반사면(18b)에서 우측 방향으로 반사된다.

한편, 색 합성 큐브(18)의 우측에는 적색광(R)은 반사하고 녹색광(G)은 투과시키는 색 분리 수단이 설치되는데, 도 2에는 색 분리 수단으로서 PBS(20)가 설치된 상태가 도시되어 있다. 도시하지는 않았지만, 상기 색 분리 수단으로서는 다이크로익 미러 또는 다이크로익 프리즘을 사용할 수도 있는데, 이하에서는 PBS를 예로 들어 설명한다. 그리고, 색 합성 큐브(18)와 PBS(20) 사이에는 적색광 또는 녹색광 중에서 한 색상의 광 성분을 P파로 변환하는 제2 광 변환판(22)이 설치된다.물론, 상기의 PBS(20)는 굴절률이 서로 다른 2종류 이상의 물질을 삼각 프리즘의 접착면에 반복적으로 증착하여 복수층의 코팅막을 형성하여 이루어진다.

본 실시예에서는 상기한 제2 광 변환판(22)에 의해 녹색광(G)이 P파 성분으로 광 변환되는 경우를 예로 들어 설명하는바, 제2 광 변환판(22)은 적색광(R)을 P파 성분으로 광 변환하는 것도 가능하다.

그리고, 색 합성 큐브(18)의 좌측에는 PBS(20)와 동일한 재질의 더미(dummy)(24)가 설치되며, 더미(24)의 좌측, PBS(20)의 우측 및 하측에는 청색광, 녹색광, 적색광을 광 변조하는 3개의 반사형 LCD(26,28,30)가 각각 설치된다. 여기에서, 상기 더미(24)는 청색광(B)의 광 경로를 녹색광(G) 및 적색광(R)의 광 경로와 동일하게 유지하도록 하는 작용을 한다. 물론, 상기 더미(24)를 사용하지 않는 경우에는 청색광을 반사하는 엘씨디(26)와 색 합성 큐브(18)의 거리를 조절함으로써 광 경로를 동일하게 유지할 수도 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 반사형 LCD(26,28,30)는 각각 LCOS(liquid crystal on silicon)로 이루어질 수 있다. 상기 LCOS는 통상의 액정 표시장치와는 달리 반도체 기판 위에 셀을 형성함으로써 매트릭스 방식에 따른 구동 회로 및 각 픽셀의 구성 요소들을 용이하게 배치할 수 있어 소형화가 가능하도록 한 반사형 LCD의 하나로서, 도 3에 도시한 바와 같이, 통상적으로 반도체 기판(32) 위에 반도체 집적 회로(34)를 형성하고, 반도체 기판(32)과 투명한 글라스 기판(36) 사이에 액정 물질(38)을 배치한 패널로 이루어진다.

글라스 기판(36)의 내면에는 ITO와 같은 투명 전극(40)이 형성되고, 반도체기판(32)의 내면에는 소정의 패턴을 유지한 복수의 반사 전극(42)이 형성되며, 이 반사 전극(42)은 반도체 집적 회로(34)와 전기적으로 연결된다.

반도체 집적 회로(34)에는 반도체 기판(32) 내에 형성되는 소스(34a), 드레인(34b) 및 이들을 사이에 두고 반도체 기판(32) 위로 형성되는 게이트 전극(34c)이 포함되고, 드레인(34b)은 반사 전극(42)과 연결된 연결 전극(44)과 전기적으로 연결되며, 게이트 전극(34c)과 이웃해서는 캐패시터(46)가 배치된다.

물론, 게이트 전극(34c)과 연결 전극(44) 및 캐패시터(46)는 절연층(48)에 의해 상호 접촉되지 않도록 분리되며, 절연층(48)의 위로는 페이베이션층(50)이 형성된다.

이에, 상기와 같이 이루어지는 LCOS는 투명 전극(40)을 공통 전극으로 하고 반사 전극(42)을 화소 전극으로 하면서 투명 기판(36)을 통해 입사되는 광을 반사 전극(42)에서 반사시켜 반사형 액정 디스플레이로서 작용하게 된다.

한편, 색 합성 큐브(18)의 전방에는 제1 광 변환판(16)이 더욱 설치되는데, 큐브(18)의 전방에 설치된 이 광 변환판(16)은 반사형 LCD(26)에서 반사된 S파 성분의 청색광(B)을 P파 성분으로 광 변환 함으로써 나머지 두 색상(R,G)의 광 성분과 동일한 성분이 투사 렌즈(52)로 입사되도록 한다.

이상에서는 청색광(B)을 먼저 색 분리하고 나중에 적색광(R) 및 녹색광(G)을 색 분리하는 것을 예로 들어 설명하였지만, 적색광(R) 또는 녹색광(G)을 먼저 색 분리할 수도 있다. 이 경우, 제1 광 변환판(16)은 적색광 또는 녹색광을 P파 성분으로 변환하는 것은 자명하다.

그리고, 제2 광 변환판(22)이 적색광(R)을 광 변환시키도록 시스템을 구성할 수도 있는데, 이 경우에는 적색광(R)이 PBS(20)를 투과하는 대신에 녹색광(G)이 PBS(20)에서 반사된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 작용에 대해 설명한다.

광원(12)에서 발생된 백색광의 P파가 광 변환기(14)에서 S파로 변조된 후 기존의 S파 및 변조된 S파가 제1 광 변환판(16)에 입사되면, 청색광(B)은 P파로 변조된 후 색 합성 큐브(18)로 입사되고, 녹색광(G) 및 적색광(R)은 S파 성분이 그대로 색 합성 큐브(18)로 입사된다.

먼저, 상기 청색광(B)의 광 경로에 대해 설명하면, 색 합성 큐브(18)로 입사된 청색광(B)은 제1 반사면(18a)에서 반사된 후 더미(24)를 통해 반사형 LCD(26)로 입사되는데, 상기 반사형 LCD(26)는 온(on) 구동에 따라 S파 성분의 청색광을 색 합성 큐브(18)쪽으로 반사한다. 따라서, S파 성분의 청색광(B)은 색 합성 큐브(18)의 제2 반사면(18b)에서 반사된 후, 색 합성 큐브(18)의 전방에 설치된 또 하나의 제1 광 변환판(16)을 통과하면서 P파 성분으로 변환되어 투사 렌즈(52)로 입사된다.

다음으로, 적색광(R) 및 녹색광(G)의 광 경로에 대해 설명하면, 색 합성 큐브(18)로 입사된 S파 성분의 녹색광 및 정색광은 제2 반사면(18b)에서 반사된 후 PBS(20)로 입사되는데, 이때, 상기 녹색광(G)은 색 합성 큐브(18)와 PBS(20) 사이에 설치된 제2 광 변환판(22)을 통과하면서 P파 성분으로 변환된다. 따라서, P파 성분으로 변환된 녹색광은 PBS(20)를 투과하여 반사형 LCD(28)로 입사되며, 상기반사형 LCD(28)의 구동에 따라 S파 성분의 녹색광이 PBS(20)로 재입사되고, 이후 제2 광 변환판(22)을 통과하면서 P파 성분으로 재변환되어 색 합성 큐브(18)의 P파 반사면(18a)에서 반사된 후 투사 렌즈(52)로 입사된다.

그리고, PBS(20)로 입사된 적색광(R)은 상기 PBS(20)에서 반사된 후 반사형 LCD(30)로 입사되며, 반사형 LCD(30)의 구동에 따라 광 변환된 후 PBS(20), 색 합성 큐브(18)의 제1 반사면(18a)에서 반사되어 투사 렌즈(52)로 입사된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은, 적색광, 녹색광 및 청색광의 광 경로가 일치하므로, 광 경로의 불일치로 인한 색수차 발생 및 균일성 저하를 방지할 수 있고, 종래에 비해 광 경로를 단축시킬 수 있어 시스템의 외관 사이즈를 축소할 수 있으며, PBS의 개수가 감소되어 제조 원가가 저렴해 지는 등의 효과가 있다.

Claims (7)

1. 백색광을 발생하는 광원과;

   상기 백색광 중에서 적색광, 녹색광 및 청색광의 P파 또는 S파 성분을 S파 또는 P파 성분으로 변환하는 광 변환 수단과;

   상기 광 변환 수단에서 변환된 적색광, 녹색광 및 청색광 중에서 어느 한 색상의 광을 다른 성분으로 광 변환하는 제1 광 변환판과;

   상기 제1 광 변환판에서 변환된 광을 반사하는 제1 반사면과, 상기 제1 광 변환판에서 변환되지 않은 나머지 두 색상의 광을 반사하는 제2 반사면을 구비하는 색 합성 큐브와;

   상기 제2 반사면에서 반사된 나머지 두 색상의 광 중에서 어느 한 색상의 광을 다른 성분으로 광 변환하는 제2 광 변환판과;

   상기 제2 반사면에서 반사된 나머지 두 색상의 광 중에서 어느 한 색상의 광은 투과하고, 나머지 다른 한 색상의 광은 반사하는 색 분리 수단과;

   상기 제1 반사면에서 반사된 어느 한 색상의 광 및 상기 색 분리 수단에서 반사 또는 투과된 나머지 두 색상의 광을 다른 성분으로 광 변환 후 이를 반사하는 3개의 반사형 LCD;

   를 포함하는 프로젝션 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 색 합성 큐브의 전방에는 상기 제1 광 변환판이 더욱설치되는 프로젝션 시스템.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제1 광 변환판은 청색광을 광 변환하는 프로젝션 시스템.
4. 제 3항에 있어서, 상기 제1 반사면에서 반사된 청색광은 더미를 통해 반사형 LCD에 입사되는 프로젝션 시스템.
5. 제 4항에 있어서, 상기 색 분리 수단은 녹색광은 투과하는 반면에 적색광은 반사하는 PBS로 이루어지는 프로젝션 시스템.
6. 제 5항에 있어서, 상기 색 합성 큐브와 PBS 사이에 설치되는 제2 광 변환판은 녹색광을 광 변환하는 프로젝션 시스템.
7. 제 4항에 있어서, 상기 반사형 LCD는 LCOS로 이루어지는 프로젝션 시스템.