KR20040045434A - 액체 광학 필터를 구비한 이미지 프로젝션 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 조명 빔을 제공하는 광원 및 광학 시스템을 포함하는 조명 시스템(illumination system)을 구비한 프로젝션 디스플레이 디바이스(projection display device)에 관한 것이다. 상기 프로젝션 디스플레이 디바이스에는 이미지 정보를 가진 상기 조명 빔을 변조하고 스크린상에 이미지를 투사하는 이미지 디스플레이 시스템(image display system)이 추가로 제공된다. 상기 광원으로부터 자외선 및 적외선을 여과하기 위해, 가시광을 투과시키는 필터 수단(filter means)이 제공된다. 냉각 액체를 포함하는 냉각 수단(cooling means)은 상기 필터 수단을 냉각시키기 위해 제공된다. 상기 프로젝션 디스플레이 디바이스에서, 상기 필터 수단은 상기 자외선 및 적외선을 흡수하기 위한 방사선 흡수성 첨가제(radiation-absorbent additive)를 포함하는 냉각 액체를 포함한다.
Description
프로젝션 디스플레이 디바이스는 프론트 및 리어 이미지 프로젝션 시스템 모두에서 사용될 수 있다. 리어 프로젝션 시스템에서는, 상기 프로젝션 디스플레이 디바이스는 프론트 사이드가 시청자를 향해 배향되는 발산 투과 스크린의 리어 사이드상에 텔레비전 또는 데이터그래픽 정보를 나타내는 이미지를 투사한다. 프론트 프로젝션 시스템에서는, 상기 프로젝션 디스플레이 디바이스는 프론트 사이드가 시청자를 향해 배향되는 반사 스크린의 상기 프론트 사이드상에 텔레비전 또는 데이터그래픽 정보를 나타내는 이미지를 투사한다.
상기 프로젝션 디스플레이 디바이스는 일본 특허공개 평09-005734호 공보에 공지되어 있다. 상기 공지된 프로젝션 디스플레이 디바이스는 조명 빔을 제공하는 조명 시스템과 상기 조명 시스템에 의해 공급되는 이미지 정보를 가진 조명 빔을 변조하고 스크린상에 이미지를 투사하는 이미지 디스플레이 시스템을 포함한다. 상기 조명 시스템은 상기 조명 빔을 형성하는 광원 및 광학 시스템을 포함한다. 상기 광원은 초고압 방전 램프(ultra-high pressure discharge lamp)일 수 있다. 이러한 종류의 램프는 가시 광선 외에도, 주로 250㎚ 내지 425㎚ 범위의 파장을 갖는 자외선 및 주로 800㎚ 내지 950㎚ 범위의 파장을 갖는 적외선을 발생시킨다. 상기 광원으로부터의 방사선의 불필요한 부분들, 즉 자외선 및 적외선을 여과하기 위해, 상기 광원과 상기 광학 시스템 사이의 광로에는 자외선 흡수성 필터 및 적외선 흡수성 필터가 위치될 수 있다. 상기 자외선 및 적외선 흡수성 필터를 그들의 최대 사용 온도 이하로 유지하기 위해서는, 냉각 액체를 내포하는 두개의 평행 플레이트를 포함하는 냉각 컨테이너가 제공되고, 상기 컨테이너는 상기 조명 빔을 통과시키기 위해 가시 영역의 파장 범위에 대한 투명 부위를 포함한다. 이러한 냉각 수단은 상기 자외선 흡수성 필터 또는 적외선 흡수성 필터에서 발생된 열을 상기 프로젝션 디스플레이 디바이스의 주위로 전달하기 위해 상기 조명 빔에 위치되며 상기 자외선 흡수성 필터 또는 상기 적외선 흡수성 필터에 부착된다.
상기 프로젝션 디스플레이 디바이스의 단점은 상기 자외선 흡수성 필터와 상기 컨테이너 사이의 열 전도성이 제한되며 상기 필터들의 수명 및 차단 파장(cut-off wavelength)에 영향을 미치는 상기 필터들의 사용 온도가 초과될 수 있다는 점이다.
본 발명은 조명 빔을 제공하는 광원 및 광학 시스템을 구비한 조명 시스템(illumination system)과, 이미지 정보를 가진 상기 조명 빔을 변조하고 스크린상에 이미지를 투사하는 이미지 디스플레이 시스템(image display system)과, 가시 영역의 제 1 파장 범위를 갖는 상기 광원으로부터의 방사선의 제 1 부분을 상기 광학 시스템으로 투과시키고 상기 가시 영역 이외의 제 2 파장 범위를 갖는 상기 광원으로부터의 상기 방사선의 제 2 부분을 흡수하는 필터 수단(filter means)과, 상기 필터 수단을 냉각시키는 액체를 포함하는 냉각 수단(cooling means)을 포함하는 프로젝션 디스플레이 디바이스(projection display device)에 관한 것이다.
도 1은 필터 수단을 갖는 프로젝션 디스플레이 디바이스의 일예를 도시하는도면.
도 2는 UHP 램프의 전자기 방사선 스펙트럼의 다이어그램.
도 3은 필터 액체를 내포하는 컨테이너의 일예를 도시하는 도면.
도 4는 유기 솔벤트 내의 Eusolex 9020 용액의 자외선 흡수율-대-파장의 다이어그램.
도 5는 물 내의 인도시아닌 그린(Indocyanine green) 용액의 적외선 흡수성-대-파장의 다이어그램.
본 발명의 목적은 수명이 연장된 프로젝션 디스플레이 디바이스를 제공하는 것이다. 이러한 목적은 상기 필터 수단이 제 2 범위의 파장을 흡수하는 방사선 흡수성 첨가제를 내포하는 액체를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 프로젝션 디스플레이 디바이스에 의해 달성될 수 있다. 본 발명은 상기 방사선의 흡수에 의해 발생된 열이 액체의 대류에 의해 주위로 직접적으로 전달될 수 있다는 인식에 기반을 두고 있지만, 종래의 시스템에서는 상기 열 전달은 상기 자외선 또는 적외선 흡수성 물질의 전도 작용에 의해 제한된다. 상기 신규한 프로젝션 디스플레이 디바이스에 있어서, 대류에 의한 열 전달은 보다 효과적이기 때문에 상기 필터 수단은 그 수명을 연장시키는 보다 낮은 사용 온도에서 작동될 수 있다.
추가의 장점은 상기 차단 파장이 온도에 의존하기 때문에 상기 필터 수단의 차단 파장의 안정성이 개선된다는 점이다. 보다 일정한 온도는 상기 필터 수단의 보다 안정적인 차단 파장을 제공한다. 또한, 냉각이 개선되기 때문에 상기 프로젝션 디스플레이 디바이스를 보다 컴팩트하게 설계할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 프로젝션 디스플레이의 특히 유리한 실시예는, 상기 액체가 솔벤트를 포함하고, 상기 방사선 흡수성 첨가제가 상기 제 2 범위의 파장을 갖는 방사선을 흡수하기 위해 상기 솔벤트에서 용해될 수 있는 물질인 것을 특징으로 한다. 상기 제 2 범위의 파장은 250㎚ 내지 425㎚의 자외선 범위 및 800㎚ 내지 950㎚의 적외선 범위로 이루어질 수 있다.
상기 프로젝션 디스플레이 디바이스의 다른 실시예는, 상기 솔벤트가 물이고, 상기 방사선 흡수성 물질이 벤조페논포스페이트(benzophenonephosphates) 및 벤조트리아졸포스페이트(benzotriazolephosphates)의 그룹 중 하나인 것을 특징으로 한다. 또한, 벤조페논설페이트(benzophenonesulphates) 또는 벤조트리아졸설페이트(benzotriazolesulphates)가 방사선 흡수성 물질로서 사용될 수 있으며, 양자 모두 물에서 용해될 수 있다. 이러한 방사선 흡수성 물질은 주로 350㎚ 내지 425㎚ 범위의 자외선을 흡수한다.
상기 프로젝션 디스플레이 디바이스의 다른 실시예는, 상기 솔벤트가 유기 액체이고, 상기 방사선 흡수성 첨가제가 벤조페논 및 벤조트리아졸의 그룹 중 하나인 것을 특징으로 한다. 이러한 방사선 흡수성 물질 역시 250㎚ 내지 425㎚ 범위의 자외선을 흡수한다.
상기 프로젝션 디스플레이 디바이스의 다른 실시예는, 상기 솔벤트가 물이고, 상기 방사선 흡수성 물질이 카보시아닌(carbocyanines)의 그룹 중 하나인 것을 특징으로 한다. 이러한 방사선 흡수성 물질은 주로 800㎚ 내지 950㎚ 파장 범위의 적외선을 흡수한다.
본 발명의 상기 및 다른 양태들은 후술하는 실시예들을 참조로 명확해질 것이다.
도 1은 조명 빔을 공급하는 조명 시스템(3)과 상기 조명 빔을 변조하는 종래의 이미지 디스플레이 시스템(5)을 포함하는 제 1 이미지 프로젝션 디바이스(1)의 일예를 도시한다. 상기 조명 시스템(3)은 광원(7), 반사경(9), 자외선 흡수성 필터(11), 집광 렌즈(13) 및 편광 변환기(15)를 포함한다. 상기 반사경(9)은 상기 광원(7)에 의해 방출된 대부분의 광을 상기 조명 시스템으로부터 상기 이미지 디스플레이 시스템(5)에 도달하는 방향으로 배향시킨다. 상기 조명 시스템(3)에 의해 발생된 조명 빔은 상기 이미지 디스플레이 시스템(5)에 입사한다. 상기 이미지 디스플레이 시스템(5)은 다이크로익 미러(17, 21; dichroic mirrors), 미러(19, 23, 25), 다이크로익 크로스(33), 투과성 액정 디스플레이 패널과 같은 투과성 디스플레이 패널(27, 29, 31), 분광기(35) 및 프로젝션 렌즈(37)를 포함한다.
작동시에, 상기 광원(7) 및 반사경(9)으로부터의 백색광은 자외선 흡수성 필터(11), 집광 플레이트(13) 및 편광 변환 시스템(15)을 통해 상기 디스플레이 시스템(5)에 연결된다. 상기 집광 플레이트(13)는 균질의 조명 빔을 제공한다. 상기 편광 변환 시스템(15)은 편광되지 않은 진입 조명 빔으로부터 단일의 선형 편광 방향을 갖는 조명 빔을 제공한다. 상기 자외선 흡수성 필터는 상기 조명 빔의 250㎚ 내지 425㎚ 범위의 방사선을 흡수한다.
또한, 적외선 흡수성 필터(12)는 상기 광원으로부터 800㎚ 내지 950㎚ 범위의 방사선을 흡수하기 위해 상기 광원(7)과 상기 집광 플레이트(13) 사이에 배치될 수 있다. 상기 디스플레이 시스템(5)에서, 상기 제 1 다이크로익 미러(17)는 상기 백색 조명 빔으로부터 적색 서브-빔(sub-beam)을 분리시킨다. 상기 미러(19)는 상기 적색 서브-빔을 제 1 액정 디스플레이 패널(27)을 향해 배향시킨다. 제 1 다이크로익 미러(17)는 청색 및 녹색 서브-빔을 제 2 다이크로익 미러(21)를 향해 배향시킨다. 상기 제 2 다이크로익 미러(21)는 상기 녹색 빔을 제 2 액정 디스플레이 패널(29)을 향해 배향시키며, 상기 청색 빔은 상기 미러들(23, 25)에 의해 제 3 액정 디스플레이 패널(31)로 투과된다. 상기 액정 디스플레이 패널들(27, 29, 31)은 제공된 이미지 정보에 따라 상기 적색, 녹색 및 청색 빔을 변조시킨다. 상기 다이크로익 크로스(33)는 상기 적색, 녹색 및 청색 서브 빔들을 단일의 변조된 광 빔으로 결합하고, 상기 변조된 광 빔을 분광기(35)를 통해 상기 프로젝션 렌즈를 향해 배향시킨다. 상기 프로젝션 렌즈(37)는 상기 변조된 광 빔을 프로젝션 스크린(도시되지 않음)상에 결상한다.
상기 광원(7)은 Philips Electronics제의 UHP-100과 같은 초고압 방전 램프일 수 있다. 가시 파장 범위의 방사선 외에도, 상기 UHP 램프는 상기 전자기 스펙트럼의 자외선 부분 및 적외선 부분의 방사선도 발생시킨다.
도 2는 100 watt UHP 램프에 의해 방출된 스펙트럼의 다이어그램을 도시한다.
상기 다이어그램은 3개의 라인을 도시하며, o-o-o-o으로 표시된 제 1 라인은 실제 방전이 발생하는 램프의 버너 또는 중심부에 대한 램프 출력(Watts/㎚)을 지시한다. x-x-x-x로 표시된 제 2 라인은 반사경의 전방에서 측정된 상기 UHP 램프의 출력을 지시하고, ------으로 표시된 제 3 라인은 상기 반사경 뒤에서 측정된 상기 램프의 출력을 지시한다.
상기 UHP 램프(7)로부터의 광의 자외선 부분은 상기 편광 변환 시스템(15) 및 액정 디스플레이 패널(27, 29, 31)와, 상기 분광기(35)에 존재할 수 있는 편광자 포일(polarizer foils)을 손상시킬 수 있다. 그러므로, 상기 자외선 필터(11)는 상기 UHP 램프(7)와 상기 편광 변환 시스템(15) 사이에 위치된다. 상기 자외선 흡수성 필터(11)는 상기 UHP 램프의 방사선으로부터 250㎚ 내지 425㎚ 범위의 방사선을 흡수한다.
상기 UHP 램프의 방사선의 적외선 부분은 상기 편광 변환 시스템(15) 및 액정 디스플레이 패널(27, 29, 31)을 가열하고, 그에 따라, 상기 편광 변환 시스템(15) 및 액정 디스플레이 패널(27, 29, 31)은 추가의 냉각을 필요로 할 수 있다. 상기 편광 변환 시스템(15) 또는 상기 액정 디스플레이 패널(27, 29, 31)의 불필요한 가열을 방지하기 위해, 상기 UHP 램프(7)와 집광 플레이트(13) 사이에 상기 적외선 흡수성 필터(12)가 위치된다. 상기 적외선 흡수성 필터(12)는 상기 UHP램프(7)로부터 800㎚ 내지 950㎚ 범위의 방사선을 흡수하고, 상기 편광 변환 시스템(15) 및 상기 액정 디스플레이 패널(27, 29, 31)의 가열을 감소시킨다. 보다 낮은 사용 온도로 인해 상기 구성요소들의 수명이 연장되므로, 프로젝션 디스플레이 디바이스의 수명이 연장된다. 상기 자외선 흡수성 필터(11) 및 상기 적외선 흡수성 필터(12)의 냉각을 개선하기 위해, 상기 필터들은 냉각 액체를 가진 컨테이너에 부착될 수 있다. 상기 냉각 액체를 가진 컨테이너의 일부분은 상기 UHP 램프(7)로부터 425㎚ 내지 800㎚ 범위의 방사선 부분을 투과시키기 위해 투명하다. 냉각 컨테이너(39)에는 상기 냉각 컨테이너(39)로부터 주위로 열을 전달하기 위한 냉각 핀(cooling fins)(도시되지 않음)이 제공될 수 있다.
상기 자외선 및 적외선 필터(11, 12)의 냉각을 더욱 개선하기 위해, 상기 양 필터는 상기 집광 플레이트(13)로 방사선을 투과시키며 425㎚ 내지 800㎚의 가시 범위의 방사선에 대한 액체 투명 부위를 포함하는 투명 부위를 갖는 컨테이너로서 제공되며, 상기 액체는 자외선 흡수성 물질을 포함한다. 상기 적외선 필터(12)도 425㎚ 내지 800㎚의 가시 범위의 방사선을 상기 집광 플레이트(13)로 투과시키는 투명 부위를 갖는 컨테이너를 포함하고, 상기 액체는 425㎚ 내지 800㎚의 가시 범위의 방사선에 대해 투명한 액체를 포함하며, 상기 액체는 적외선 흡수성 물질을 포함한다.
도 3은 자외선 흡수성 필터(11)의 단면도이다. 상기 자외선 흡수성 필터(11)는 2개의 투명한 표면(43, 45), 예를 들어 유리 또는 폴리메틸메타크릴레이트가 제공된 직사각형 프레임(41)을 갖는 컨테이너(39)를 포함한다. 상기 컨테이너(39)는솔벤트(47)와 상기 솔벤트에서 용해될 수 있는 자외선 흡수성 물질을 내포한다. 또한, 상기 프레임(41)에는 냉각 핀(49)들이 연결될 수 있다. 상기 솔벤트는 물 또는 유기 솔벤트일 수 있다. 예를 들어, 수용성(water-soluble) 물질로서는, 벤조페논포스페이트, 벤조트리아졸포스페이트, 벤조페논설페이트, 벤조트리아졸설페이트 등이 있다.
실질적으로 상용화된 물질로서는, 수용성 UV-B 필터인 Eusolex 232(페닐벤지미다졸 설폰산)가 있으며, Merck에서 시판중이다.
예를 들어, 지용성(oil-soluble) 물질로서는, 벤조페논 및 벤조트리아졸이 있다.
실질적으로 상용화된 물질로서는, 예를 들어 지용성 UV-A 필터인 Eusolex 9020(부틸 메톡시디벤조일메탄), Eusolex 6007(옥틸디메틸 PABA) 또는 지용성 UV-B 필터인 Eusolex 2292(옥틸 메톡시시나메이트)가 있다. 이들 물질 모두는 Merck에서 시판중이다.
도 4는 오일에 용해된 Eusolex 9020의 흡수율-대-파장 특성의 다이어그램이다. 상기 특징은 300㎚ 내지 425㎚의 스펙트럼의 UV-B 부위에서 고효율을 도시한다.
상기 적외선 흡수성 필터(12)의 구조는 도 3에 도시된 바와 같은 상기 자외선 흡수성 필터(11)의 구조와 유사하다. 컨테이너(39)는 솔벤트와 상기 솔벤트에서 용해될 수 있는 적외선 흡수성 물질을 내포한다. 상기 솔벤트는 물 또는 유기 솔벤트일 수 있다. 물과, 메탄올, 에탄올, 글리콜 등의 솔벤트는 1,000㎚ 이상의 파장을 갖는 방사선을 흡수한다. 800㎚ 내지 1,000㎚ 범위의 파장을 갖는 방사선을 흡수하기 위해, 카보시아닌 등의 적외선 흡수성 첨가제가 첨가될 수 있다. 예를 들어, Sigma-Aldrich로부터 입수할 수 있는 IR1000 및 IR27과 인도시아닌 그린(ICG)이 있다.
도 5는 인도시아닌 그린의 흡수 특성을 도시한다. ICG는 800㎚의 최대 흡수율을 갖는 트리카보시아닌 염료이며 전자기 스펙트럼의 가시 범위에서도 약간의 흡수율을 갖는다.
작동시에, 열의 방산은 액체(47)에서 직접적으로 발생되며, 종래의 자외선 및 적외선 필터에서와 같은 방사선 흡수성 물질에서의 전도 대신에 주로 액체(47)에서의 전도에 의해 냉각 핀(49)에 전달된다. 이로 인해, 상기 자외선 및 적외선 흡수성 필터가 유효하게 냉각된다.
본 발명은 상술된 프로젝션 시스템에 제한되는 것이 아니며, 예를 들어 실리콘 상층 액정(LCOS; liquid crystal on silicon) 패널과 같은 반사형 디스플레이 패널을 갖는 스크롤 칼라 프로젝션 시스템(scrolling color projection system)에도 적용될 수 있다.
Claims (8)
- 조명 빔을 제공하는 광원 및 광학 시스템을 갖는 조명 시스템(illumination system)과,이미지 정보를 가진 상기 조명 빔을 변조하고 스크린상에 이미지를 투사하는 이미지 디스플레이 시스템(image display system)과,가시 영역의 제 1 파장 범위를 갖는 상기 광원으로부터의 방사선의 제 1 부분을 상기 광학 시스템으로 투과시키고 상기 가시 영역 이외의 제 2 파장 범위를 갖는 상기 광원으로부터의 상기 방사선의 제 2 부분을 흡수하는 필터 수단(filter means)과,상기 필터 수단을 냉각시키는 액체를 포함하는 냉각 수단(cooling means)을 포함하는 프로젝션 디스플레이 디바이스(projection display device)에 있어서,상기 필터 수단은 상기 제 2 파장 범위를 흡수하는 방사선 흡수성 첨가제(radiation-absorbent additive)를 내포하는 액체를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 디바이스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 액체는 솔벤트를 포함하고, 상기 방사선 흡수성 첨가제는 상기 솔벤트에서 용해될 수 있는 물질인 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 디바이스.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 파장 범위는 250㎚ 내지 425㎚인 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 디바이스.
- 제 3 항에 있어서, 상기 솔벤트는 물이고, 상기 방사선 흡수성 물질은 벤조페논포스페이트(benzophenonephosphates) 및 벤조트리아졸포스페이트(benzotriazolephosphates)의 그룹 중 하나인 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 디바이스.
- 제 3 항에 있어서, 상기 솔벤트는 물이고, 상기 방사선 흡수성 물질은 벤조페논설페이트(benzophenonesulphates) 및 벤조트리아졸설페이트(benzotriazolesulphates)의 그룹 중 하나인 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 디바이스.
- 제 3 항에 있어서, 상기 솔벤트는 유기 솔벤트이고, 상기 방사선 흡수성 첨가제는 벤조페논 및 벤조트리아졸의 그룹 중 하나인 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 디바이스.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 파장 범위는 800㎚ 내지 950㎚인 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 디바이스.
- 제 7 항에 있어서, 상기 솔벤트는 물이고, 상기 방사선 흡수성 물질은 카보시아닌(carbocyanines)의 그룹 중 하나인 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 디바이스.
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