KR20040062584A - 스위칭 컬러 필터 - Google Patents

스위칭 컬러 필터 Download PDF

Info

Publication number
KR20040062584A
KR20040062584A KR10-2004-7006073A KR20047006073A KR20040062584A KR 20040062584 A KR20040062584 A KR 20040062584A KR 20047006073 A KR20047006073 A KR 20047006073A KR 20040062584 A KR20040062584 A KR 20040062584A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
liquid crystal
color
switching
cholesteric
filter
Prior art date
Application number
KR10-2004-7006073A
Other languages
English (en)
Inventor
퓐프쉴링위르크
Original Assignee
롤리크 아게
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 롤리크 아게 filed Critical 롤리크 아게
Publication of KR20040062584A publication Critical patent/KR20040062584A/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1347—Arrangement of liquid crystal layers or cells in which the final condition of one light beam is achieved by the addition of the effects of two or more layers or cells
    • G02F1/13471—Arrangement of liquid crystal layers or cells in which the final condition of one light beam is achieved by the addition of the effects of two or more layers or cells in which all the liquid crystal cells or layers remain transparent, e.g. FLC, ECB, DAP, HAN, TN, STN, SBE-LC cells
    • G02F1/13473—Arrangement of liquid crystal layers or cells in which the final condition of one light beam is achieved by the addition of the effects of two or more layers or cells in which all the liquid crystal cells or layers remain transparent, e.g. FLC, ECB, DAP, HAN, TN, STN, SBE-LC cells for wavelength filtering or for colour display without the use of colour mosaic filters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/13363—Birefringent elements, e.g. for optical compensation
    • G02F1/133638—Waveplates, i.e. plates with a retardation value of lambda/n
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/34—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 reflector
    • G02F2201/343—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 reflector cholesteric liquid crystal reflector

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Polarising Elements (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Blocking Light For Cameras (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 액정 스위칭 컬러 필터는 3개의 컬러 밴드들 사이에서 스위치되며, 적합하게는 예를 들면 투사 장치, 직시 디스플레이 및 비데오 카메라와 같은 시간-순차식 컬러 장치에 사용된다. 상기 컬러 필터는 3개의 액정 스위치(81,83,85) 및 그와 관련된 감속기층과 함께 적어도 4개의 콜레스테릭 필터(89,91,93,95)로 이루어진 원형 편광 선택 반사 밴드를 채용한다. 제 1 및 제 2 콜레스테릭 필터 사이 뿐만 아니라 제 3 및 제 4 클레스테릭 필터 사이에는 추가의 1/2-파장 플레이트(111,113)가 제공되며, 상기 모든 콜레스테릭 필터들은 동일한 핸디드니스를 갖도록 한다. 또한, 개별 컬러 밴드의 차단 상태를 위해, 대응하는 스위칭 액정 셀의 광축은 광의 편광 방향과 대체로 평행하거나 또는 수직을 이룬다. 이와 같은 구상은 생산을 단순화 하고, 컬러 스위치에 대한 우수한 특성을 나타낸다. 또한, 컬러 전송 밴드들의 오버래핑을 허용하며, 따라서 광의 효율을 개선한다는 장점을 갖는다.

Description

스위칭 컬러 필터{Switchable color filter}
고속 영사기로 동기된 1차 컬러 RGB(레드-그린-블루)를 제공하는 고속 스위칭 컬러 필터들은 시간 순차식 신호 패널 비데오 투사기의 중앙 유닛을 나타낸다. 이와 같은 투사기 타입은 특히 소형화, 저비용, 및 낮은 중량으로 인해 주목을 받는다. 컬러 필터들이 풀-컬러 화상의 3개의 컬러 성분을 발생시키므로, 상기 영사기는 상기 성분들의 그레이 레벨을 결정한다. 만약 스위칭 주파수가 충분히 높다면, 인간의 눈은 단순히 3개의 컬러 성분 위로 집중되고, 의도된 혼합 컬러를 발생시키다. 유사하게, 시간 순차식 직시 디스플레이가 가능하며, 또한 시간 순차식 기술에 기초한 컬러 비데오 카메라도 존재한다. 상기 컬러 비데오 카메라는 혼합된 컬러 성분을 산출하거나 또는 시간 순차적 투사에 의해 상기 컬러 영상으로 역 전달될 수 있는 3개의 컬러 성분에 대한 3개의 그레이 스케일(gray scale) 영상을 발생한다.
컬러 스위치에 대한 다양한 설계가 제안되고 있다. RGB 컬러 발생을 위한 하나의 공지된 해결책으로서는 기계적 컬러 휠이 있다. 그의 중요한 결함은 사용되는 컬러 필터들의 열화를 유발하는 광과 자치의 대형화, 및 기계적 불안정으로 인한 불안감을 들 수 있다.
또 다른 공지된 해결책으로는 액정 스위치들로 적층된 감속기/편광자를 조합하는 방법을 들 수 있으며, 여기서 불필요한 컬러 성분은 상기 편광자에 의해 제거(흡수)된다. 그러나, 이와 같은 필터들은 생산하기가 어렵다. 특히, 얇은 적층 감속기들로 채도 컬러들을 발생시키는 것은 어려우며, 또한 편광자의 흡수는 높은 광 레벨하에서는 저하되는 경향을 갖는다.
3번째 공지된 해결책은 액정 스위치들로 결합된 적층 콜레스테릭 필터들을 사용한다. 흡수되는 대신에, 불필요한 컬러 성분은 콜레스테릭 필터들에 의해 반사된다. 이와 같은 대안은, 투사기에 나타나는 높은 광 레벨이 어떠한 흡수 소자들도 손상을 입히는 경향을 가지므로, 특히 매력적이다. 또한, 콜레스테릭 필터들은 우수한 컬러 채도를 초래하는 급경사 선택 반사 밴드를 타나낸다. 또한, 그들은 휘도를 손상시키지 않고 선형 편광으로 용이하게 변형될 수 있는 콜레스테릭 헬리컬 구조에 따라 상기 필터의 반사 밴드 내에 원형 편광을 발생시킨다.
콜레스테릭 필터들은 광의 파장과 비교할 수 있는 피치를 갖는 헬리컬 구조의 네마틱 액정이다. 만약 교차결합 가능한 네마틱 액정이이 사용된다면, 상기 필터들은 복잡한 적층 구조를 형성하도록 넌치럴 감속기(nonchiral retarder)들과 용이하게 결합될 수 있는 박막으로서 생산될 수 있다.
콜레스테릭 필터들과 액정 스위치들에 기초한 감색 스위치들 및 변조기는 예를 들어 다음의 공보들에 공지되어 있다: 미국 특허 제 5,686,931호(퓌프쉴링 등); 요트. 퓌프실링과 엠. 샤트, SID 국제 심포지움, 테크니컬 페이퍼 다이제스트, XXVI, 597-600 (1995), 콜레스테릭 필터들에 기초한 신규 LVD 컬러 투사기; 및 케이. 슈미트, 요트 퓌프실링, 엠. 체트. 체카오우 및 엠. 샤트, 유로디스플레이 '99: 19회 국제 디스플레이 연구 회의, 의사록, 437-440 (1999), 콜레스테릭 필터들과 DHF-LCDs에 기초한, 고속 시간-순차식 컬러 스위치.
비교를 위해, 공지된 컬러 스위치의 일반적인 구조에 대하여는 또한 도 1에 도시하고 있으며, 그의 소자의 조직 표시는 도 3에 설명되어 있다. 상기 컬러 스위치는 3개의 적층 밴드 변조 필터들(BMF)(1,3,5)로 구성되어 있으며, 각각의 밴드 변조 필터의 부품인 액정 스위치들의 전극에 적절한 전압을 가함으로써 1차 컬러(R, G, B) 중 하나를 차단할 수 있다. 상기 필터들은 각각의 필터가 잘 세정된 파장 밴드를 제어하는 의미에서 서로로부터 독립된다. 시간 순차식 컬러 스위치의 각각의 스취칭 상태에서는, 2개의 컬러 밴드가 차단되며, 하나가 통과한다.
도 3에도 또한 3개의 적층 밴드 변조 필터들(BMF)(1,3,5)이 도시되어 있다. 각각의 밴드 변조 필터는 강유전성 액정 스위치(21,23,25); 2개의 1/4-파장 감속기(27,29,31,33,35,37); 입력 콜레스테릭 필터(39,41,43); 및 출력 콜레스테릭필터(45,47,49)를 포함한다. 각각의 콜레스테릭 필터의 핸디드니스(handedness)는 각각 "+" 또는 "-"로 나타낸다. 램프로부터의 미편광 광(51)은 왼쪽으로부터 부딪친다. 편광자 및 감속기와 같은 광학 소자들은 참고번호 53 및 55로 나타내며, 예를 들면 편광 회복 체계와 결합하여 입력측에서 필요로 한다. 출력측에는, 원형으로 편광된 광이 선형으로 편광된 광(61)으로 변형시키기 위한 하나 이상의 감속기(57,59)가 제공된다.
연속 독립 BMF들은 높은 채도 컬러들을 초래하는 광학 개념이다. 그것은 강유전성 LCD들과 같은 고속 액정 디스플레이(LCD)들로 제공될 수 있다. 이는 화소-대-화소 기준으로 사용되며, 또한 참 컬러 투사 시스템을 생성하기 위해 사용될 수 있다.
그와 같은 장점에도 불구하고, 상기 공지된 연속 독립 BMF들의 개념을 갖는 콜레스테릭 컬러 스위치들은 여전히 결점을 갖고 있다. 그 중 하나는 상기 LCD 상에 심각한 생성 공차를 발생시킨다는 점에 있다.
다른 개념적 결함은 화이트 광을 채화된 1차 컬러들로 분할하기 위한 최상의 효율적 방법을 갖지 못한다는 점이다. 그 이유는 인간의 컬러 지각의 특수성에 기인한다: 만약 주어진 컬러 채도(color saturation)를 생성하는 가장 밝은 대역 필터들을 결정하면, 컬러 채도가 극단적으로 높지 않을 경우 오버랩되는 필터 밴드들을 얻는다. 예로써, 화이트 광 소스로부터 NTSC 컬러 좌표를 생성하기 위한 이상적인 대역 필터들은 각각 400..509 nm (B), 497..566 nm (G), 588..700 nm (R)의 전송 밴드(transmission band)를 갖는다. 블루와 그린 필터의 현격한오버랩(497..509 nm)이 존재한다.
그러나, 각각의 스위칭 상태에서 2개의 컬러 밴드가 차단되고 하나가 통과하는 독립 BMF들에 대한 요구는 인접한 2개의 컬러들의 차단 밴드가 오버랩돠야 한다는 사실을 수반한다. 레드 주기 동안, 예를 들면, 상기 그린과 블루 필터 사이에 어떠한 "갭(gap)"도 허용되지 않으며, 또는, 다시 말해서, 상기 개별 필터 전송 밴드들은 오버랩되지 않는다. 따라서, 이상적인 경우와 비교할 때, 그와 같은 파장 영역에 있어서 광의 반은 비-오버래핑 필터 전송 밴드들의 요구에 의해 손실된다. 그와 같은 필터 특성의 유한 경사도를 갖는 참 필터들에 대해, 상기 광 손실은 훨씬 크게 된다.
공지된 콜레스테릭 컬러 스위치들의 또 다른 결점은 도 3을 참고로 설명할 수 있다. 밴드 변조 필터들(1,3,5) 각각은 콜레스테릭 헬릭스의 역 핸디드니스를 갖는 2개의 콜레스테릭 필터를 포함하나, 그렇지 않을 경우 동일하다. 1/4-파장 플레이트 및 액정 스위치는 상기 콜레스테릭 필터들 사이에서 스위칭된다. 상기 액정 스위치는 회전 가능한 1/2-파장 플레이트로서 작용한다. 이와 같은 광학 장치의 중요한 특징은 '1/4-파장 플레이트/액정 스위치/1/4-파장 플레이트' 결합의 효과적인 복굴절성이 밴드 변조 필터의 차단 상태에서 제로(0)로 된다는 점에 있다. 이 상태에서, 2개의 다른 컬러들이 변경되지 않은 채 통과하며, 만약 전체 복굴절성이 제로일 경우 실제로 실현된다. 최종 복굴절성의 변화는 감소된 필터 전송을 초래하게 됨에 주의한다. 제로 복굴절성으로의 정확한 보상 정도는 이와 같은 관점에서 매우 임계적이지 않다. 그러나, 어떠한 잔여 복굴절성도 상기 필터의차단력을 변화시켜, 감소된 컬러 채도를 발생시킨다. 이것은 상기 액정 스위치 셀의 광학 지연(△nd)에 대한 심각한 공차를 제공한다(△n은 액정 재료의 복굴절성이고, d는 셀 갭이다). 또한, 일부 강유전성 액정 스위치 셀들(예를 들면, DHF LC 셀들)은 그의 차단 상태에서 BMF의 현격한 (3..5%) 잔여 전송을 초래하는 △n의 고유 편차를 갖는다.
또한, 역 핸디드니스를 갖는 콜레스테릭 필터들의 요구는 생산 비용을 크게 증가시킨다. 이것은 콜레스테릭 필터들이 일반적으로 생산되는 특별한 방식에 관한 것이다. 생산을 위해, 먼저 도펀트 세트와 넌치럴 네마틱 분자 세트 사이의 콜레스테릭 단량체 혼합물이 구비된다. 도펀트 농도는 최종 필터가 선택 반사 밴드의 소정 위치를 갖도록 선택된다. 다음에, 이와 같은 혼합물은 필터 생산시에 추가로 처리된다. 만약, 핸디드니스대의 양쪽 신호들이 요구될 경우, 생산 비용은 다음과 같은 몇가지 이유로 인해 증가한다: 1) 치럴 도펀트(chiral dopant)의 2가지 다른 타입의 보존 스톡(keeping stock)이 필요하다. 2) 치럴 도펀트가 일반적으로 (오직 하나의 핸디드니스를 갖는) 천연 원료 제품에서 파생되므로, 하나의 핸디드니스는 그의 역의 경우보다 훨씬 값이 싸다. 3) 최종 필터 용액의 실제 특성은 도펀트/매트릭스 상호 작용의 항목에 의존한다; 이것은 2가지 경우에 대해 완전히 다른 혼합물 설계를 유발한다. 따라서, 만약, 헬릭스 핸디드니스의 양쪽 신호가 컬러 스위치에서 요구될 경우, 재료 비용, 스토킹 비용 및 노동 비용이 높아진다.
본 발명은 액정 스위칭 컬러 필터, 특히, 콜레스테릭 필터들(cholesteric filters)의 원형 편광 선택 반사 밴드들을 채용하는 컬러 필터에 관한 것이다; 또한, 예를 들면 그와 같은 커러 필터를 포함하는 투사 장치, 직시 디스플레이(direct view display) 및 비데오 카메라와 같은 시간-순차식 컬러 장치에 관한 것이다.
도 1은 공지된 컬러 스위치의 일반적인 구조를 설명하는 겨냥도.
도 2는 도 1의 독립 BMF들과 비교한 '용융된' BMF들의 개념을 설명하는 겨냥도.
도 3은 3개의 밴드 변조 필터들을 포함하는 공지된 컬러 스위치를 나타내는 개략도.
도 4는 본 발명에 의해 사용된 '콜레스테릭 필터/1/4-파장 플레이트/액정 스위치/1/4-파장 플레이트/콜레스테릭 필터' 형태를 설명하는 도면.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 컬러 스위치를 나타내는 개략도.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제 1 실시예의 기본 배열과 작동을 도시하는 예시도.
도 7은 본 발명의 실시예의 3개의 컬러 밴드를 위한 투과율을 도시하는 그래프.
도 8은 도 4의 투과율 스펙트럼들에 따른 전체 시간 평균 출력을 도시하는도면.
도 9는, NTSC TV 시스템과 비교한, 도 7의 상부열의 투과율 스펙트럼들에 따른 컬러 좌표를 도시하는 색도 다이아그램.
도 10은, 도 5와 비교하여 변경된, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 컬러 스위치를 나타내는 개략도.
도 11은 도 10에 도시된 실시예에 따른 3개의 컬러 밴드에 대한 투과율을 도시하는 그래프.
도 12는 도 11의 투과율 스펙트럼들에 따른 전체 시간 평균 출력을 도시하는 도면.
도 13은 도 11에 도시된 투과율에 따른 색도 다이아그램.
컬러 스위치의 소정의 특징 및 종래 기술의 상술된 다른 결함들의 관점에서, 본 발명의 일반적인 목적은 동일한 핸디드니스의 콜레스테릭 필터들만을 사용하면서도 우수한 특성을 나타낼 수 있는 컬러 스위치를 수행하는 것이다.
본 발명은 제 1, 제2 및 제 3 컬러 밴드 사이를 스위칭하기 위한 액정 스위칭 컬러 필터를 제공하며, 스위칭 컬러 필터는, 제 1 스위칭 액정 셀과, 상기 제 1 컬러 밴드용 1/4-파장 플레이트인 제 1 감속기층과, 상기 제 1 컬러 밴드용 선택 반사 밴드를 갖는 제 1 콜레스테릭 필터와, 상기 제 2 컬러 밴드용 선택 반사 밴드를 갖는 제 2 콜레스테릭 필터와, 상기 제 2 컬러 밴드용 1/4-파장 플레이트인 제 2 감속기층과, 제 2 스위칭 액정 셀과, 상기 제 2 컬러 밴드용 1/4-파장 플레이트인 제 3 감속기층과, 상기 제 2 컬러 밴드용 선택 반사 밴드를 갖는 제 3 콜레스테릭 필터와, 상기 제 3 컬러 밴드용 선택 반사 밴드를 갖는 제 4 콜레스테릭 필터와, 상기 제 3 컬러 밴드용 1/4-파장 플레이트인 제 4 감속기층과, 제 3 스위칭 액정 셀, 및 편광 차단 소자를 포함하며, 상기 스위칭 액정 셀들은 적어도 2개의 스위칭 상태가 가능하며, 모든 콜레스테릭 필터들의 핸디드니스는 동일하며, 1/2-파장 플레이트인 제 5 감속기층은 상기 제 1 및 제 2 콜레스테릭 필터 사이에 제공되며, 1/2-파장 플레이트인 제 6 감속기층은 상기 제 3 및 제 4 콜레스테릭 필터 사이에 제공되며, 개별 컬러 밴드의 차단 상태를 위해, 대응하는 스위칭 액정 셀의 광축은 광의 편광 방향과 대체로 평행하거나 수직을 이룬다.
편광 차단 소자에 대하여, 2개의 적합한 실시예가 제공된다. 한 실시예에 있어서, 상기 편광 차단 소자는 선형 편광자에 의해 형성된다. 다른 실시예에 있어서, 그것은 제 3 컬러 밴드에 대해 1/4-파장 플레이트로서 작용하고, 제 3 컬러 밴드에 대해 선택 반사 밴드를 갖는 (제 5) 콜레스테릭 필터로서 작용하는 (제 7) 감속기층에 의해 형성된다.
적합한 실시예에 있어서, 상기 제 1 컬러 밴드용 선택 반사 밴드를 갖는 보조 콜레스테릭 필터와 상기 제 1 컬러 밴드용 1/4-파장 플레이트인 보조 감속기층이 광 입력측상에 추가된다. 본 실시예는 바로 미편광된 입력광에 적합하다. 다른 한편으로, 보조 콜레스테릭 필터 및 감속기층 없이, 이미 선형 편광된입력광이 사용될 수 있다; 이것은 예를 들어 편광 회복 체계가 상기 스위칭 컬러 필터를 설명하기 위해 사용될 경우이다. 편광 회복 체계는 미편광된 광을 다르게 편광된 광의 2개의 빔으로 분할하고, 다음에, 하나의 빔의 편광을 다른 빔의 편광으로 전송하고 그들을 단일 빔으로 결합하는 미-흡수 편광자들을 사용하여 공지되어 있다(미국 특허 제 5,235,443호 참조).
추가의 실시예는 본 발명의 특징을 사용하여 오버래핑된 파장 밴드를 갖는 콜레스테릭 필터를 허용한다. 적합하게도, 제 2 콜레스테릭 필터의 단파 컷오프는 제 3 콜레스테릭 필터의 단파 컷오프와 다르다. 유리하게도, 상기 제 1 콜레스테릭 필터의 장파 컷오프와 상기 제 3 콜레스테릭 필터의 단파 컷오프는 실제로 동일한 파장을 가지며, 상기 제 2 콜레스테릭 필터의 단파 컷오프보다 짧다. 적합하게도 상기 제 2 콜레스테릭 필터의 장파 컷오프는 제 3 콜레스테릭 필터의 장파 컷오프와 다른다. 유리하게도, 상기 제 3 콜레스테릭 필터의 장파 컷오프는 제 4 콜레스테릭 필터의 단파 컷오프보다 짧은 파장을 갖는다.
상기 액정 스위칭 셀들은 회전 가능한 1/2-파장 플레이트로서 작용한다. 많은 액정 장치들은 그와 같은 광학 기능, 특히 DHF-, SSF-, 항-강유전성, 무한 항-강유전성 또는 전기임상적 LC 셀을 수행할 수 있다.
본 발명은 특히 시간-순차적 컬러 장치용으로 적합하다; 그러나 그것은 또한 다른 응용을 위한 스위칭 컬러 필터로서 사용될 수도 있다.
본 발명에 따른 액정 스위칭 컬러 필터는 투사 광학 및 직시 광학에서 사용될 수 있다. 시간 순차적 기술에 기초한 컬러 비데오 카메라에서도 추가적으로 적용될 수 있다.
본 발명은 서론에서 설명한 종래 기술에 따른 장치들의 문제점을 해결하며, 또한 높은 휘도와 같은 다른 중요한 인자들에 불필요한 영향을 미치지 않는다.
하나의 핸디드니스-모든 오른손 방향 또는 모든 왼손 방향-의 콜레스테릭 필터들만이 필요하므로, 본 발명에 따라, 컬러 스위치의 생산은 단순해 지며, 비용은 감소되고, 양호한 성능을 성취할 수 있다.
본 발명에 따라 제안된 컬러 스위치 설계는 △n-편차상의 대조의 의존도를 크게 감소시킨다. 이것은 예를 들면 본 발명에 의해 사용되는 '콜레스테릭 필터/1/4-파장 플레이트/액정 스위치/1/4-파장 플레이트/콜레스테릭 필터' 형상을 나타내는 도 4로부터 이해할 수 있다. 상기 형상을 관통함에 따라 선택 파장 범위 내의 광의 편광을 관측함으로써, 미편광 입력 광이 콜레스테릭 필터(63)에 의해 원형 편광되며, 오직 오른쪽(R-) 원형 편광만이 상기 필터를 통과한다는 사실을 알 수 있다. 1/4-파장 플레이트(65)는 상기 광을 선형(P-) 편광으로 전송한다. 액정스위치(67)의 스위칭 상태에 의존하여, 선형 편광의 평면은 90° 만큼 회전하거나 (상부), 도는 불변 상태로 남는다 (저부). 추가의 1/4-파장 플레이트(69)는 상기 광을 R- (상부) 또는 L- (저부) 원형 편광으로 전송하며, 추가의 콜레스테릭 필터(71)가 스위칭 상태들 중 하나의 원형 편광을 차단하기 위해 사용된다. 만약, 2개의 콜레스테릭 필터에 대하여 다른 핸디드니스(L 또는 R)가 사용된다면, 일반적으로 종래 기술의 경우에 따라, 출구 콜레스테릭 필트는 R-편광일 수 있으며, 에를 들어, 상기 차단 상태는 R-편광상에 작용할 수 있다. 대조적으로, 본 발명에 의해 사용된 설명에 있어서, 2개의 콜레스테릭 필트가 동일한 핸디드니스를 가지며, 출구 콜레스테릭 필터(71)가 L-편광을 차단하며(도 4의 하부의 경우), R-편광을 관통한다(상부의 경우). 상기 액정 스위치에서의 편광 상태를 관측함으로써, 차단 상태에서 선형 편광은 LC 스위치의 광축과 평행하며, 결과적으로 △nd에 있어서의 편차는 오른쪽 편광 상태에 매우 작은 영향을 미친다는 사실을 알 수 있다. 반대로, 종래 기술에 있어서 형상 △nd는 1/4-파장 플레이트들의 복굴절성을 정확하게 매칭시켜야 하며, 셀 갭(d)상에 심각한 생성 공차를 제공할 뿐만 아니라, 1/4-파장 플레이트와 액정 재료의 매칭된 분산을 요하게 된다. 물론, △nd-편차는 본 발명에 따른 스위칭 컬러 필터에도 나타나지만, (어둡지 않고) 광휘 상태 전송의 3..5% 변화의 상사(analogy)가 초래되며, 대응하는 차단 상태의 증가보다 훨씬 덜 손상을 입는다.
유리하게도, 본 발명에 따른 액정 스위칭 컬러 필터에서는 3개의 독립 변조 필터(BMF)로 존재하는 것이 아니고, 독립 BMF들의 적층으로 설명될 수 없는 방식으로 감속기와 액정 스위치들을 포함하는 단일 존재물로 형성되며, 최상의 "용융된" BMF로서 간주된다. 도 2는 그와 같은 개념을 설명하고 있으며, 도 1의 독립 BMF들(1,3,5)과 비교한 "용융된" BMF들의 블록(7)을 도시한다. 이와 같은 개념은 각각의 컬러의 밴드폭을 자유 선택할 수 있게 하며, 그렇지 않을 경우 그의 차단 상태에서 BMF의 임계적 복굴절성을 처리할 수 있게 한다(도 4의 저부). 이과 같은 관점에서, 주요 포인트는 비록 상기 필터의 선택 반사 범위 내부의 광이 차단될지라도, 상기 범위 외의 광이 편광의 변화없이 전송될 수 있다는 점에 있다. 도 4의 연속 3개의 독립 BMF는 단순 감속기들에 의해 보상될 수 없는 완전히 다른 타원을 같는 타원 편광을 초래할 수 있다. 그러나, 본 발명은 적어도 양호한 접근에 있어서 상기 BMF의 복굴절성이 차단 상태의 원형 편광의 신호를 바꾸고, 불변된 편광을 전송 상태로 잔류시키는 형상을 제공한다. 후자의 경우, 전체 복굴절성은 제로가 되거나 도는 전 파장(λ)으로 된다. 도 4에는 제로 복굴절성의 경우가 도시되었으며, 차단 상태에 대하여, 상기 LC 셀의 광축은 광의 편광 방향과 평행하다. 90° 만큼 LC 셀을 회전시킴으로써, λ의 감속이 초래될 수 있다. 상기 차단 상태에 대해 LC 셀의 광축이 광의 편광 방향과 수직인 형상도 또한 실현될 수 있다.
본원에서 사용된 "1/2-파장' 및 '1/4-파장'이란 용어는 본 장치의 물리학적 성질에 대한 이해를 돕기 위해 사용된다. 실제 값은 상기 용어가 제시하는 값과 실제로 다를 수 있다. 액정 스위칭 컬러 필터의 최종 성능은 복굴절성 플레이트와 콜레스테릭 필터들 사이의 상호작용이며, 포함된 소자들의 인자들을 (예를 들면, 수치적으로) 최적화함으로써 찾아내야 한다.
정확한 적용에 기초하여, 편광자/감속기 결합이 광 입력 및/또는 광 출력측에 추가될 수 있다. 이들에 대하여는 소자(9,11)로서 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 비록 콜레스테릭 컬러 스위치들이 본질적으로 편광자로서 작용한다 할지라도, 선형 예비-편광자를 사용하는 것이 적합할 수 있으며, 따라서, 감속기들은 상기 선형 편광과 매칭되도록 요구될 수 있다. 그와 같은 선형 예비-편광자는 예를 들면 편광 재순환 체계가 램프의 광 출력을 증가시키기 위해 사용되는 경우 바람직하다. 마찬가지로, 출력 편광을 다음의 영사기에 매칭시키기 위해, 감속기 및 선택적 '클리닝 편광자들'이 양질의 투사기를 위해 필요하 하는 고 편광비를 성취하기 위해 추가될 수 있다.
콜레스테릭 필터의 특징들을 본 발명에 따른 액정 스위칭 컬러 필터의 요구에 적응시키기 위해, 콜레스테릭 필터는 콜레스테릭 액정의 바로 한층보다 더 복잡한 타입으로 될 수 있다. 예를 들어, 그것은 하나 이상의 콜레스테릭층으로 구성될 수 있고, 적절한 반사 밴드를 갖는 원형 편광 필터로서 함께 작용하거나, 또는 상기 콜레스테릭층의 피치는 층 두께 이상으로 변할 수 있다.
콜레스테릭 필터들을 위해, 적합한 액정 중합체와 교차결합 네트워크가 각각 사용된다.
유리하게도, 상기 컬러 필터의 액정 소자들, 즉, 콜레스테릭 필터들, 감속기들 및 스위치들은 포토-정위 기술에 의해 정렬된다. 다른 공지된 방법들 가운데, 특히, 포토 정위 중합체 네트워크(PPN)로서 알려진, 선형 광중합(LLP)을 사용하여 적절히 수행될 수 있다. 그와 같은 소자들의 배경과 제조에 대하여는, 예를 들면,US-A-5389698, US-A-5838407, US-A-5602661, EP-A-689084, EP-A-0756193, WO-A-99/49360, WO-A-99/64924, 및 WO-A-00/36463에 공개되어 있다.
상술된 또는 기타 실시예들 및 본 발명의 장점은 청구항들 및 이하의 설명에서 명백해질 것이다.
본 발명은 첨부 도면을 참고로 하여 예시적으로 설명된다.
도 5에는 본 발명의 제 1 실시예를 형성하는 액정 스위칭 컬러 필터가 개략적으로 설명되어 있다. 그것은 3개의 강유전성 액정 스위치(81,83,85)와, 6개의 콜레스테릭 필터(87,89,91,93,95,97)를 포함한다. 각각의 액정 스위치와 그에 인접한 2개의 콜레스테릭 필터 사이에는, 1/4-파장 플레이트(99,101,103,105,107,109)가 삽입되며, 상기 콜레스테릭 필터의 2개의 내부 쌍들 사이에는, 2개의 1/2-파장 플레이트(111,113)가 제공된다.
미편광 광(51)은 좌측으로부터 부딪친다. 도 3에서와 같이, 편광자(53) 및 감속기(55)와 같은 광학 소자들은 입력측에 나타나며, 예를 들어, 편광 회복 체계와 결합하여 요구될 수 있다. 출력측에는, 하나 이상의 추가의 감속기들(57,59)이 원형으로 편광된 광을 선형으로 편광된 광(61)으로 변환시키기 위해 제공될 수 있다. 출력에서 광은 모든 컬러들에 대해 동일한 편광을 갖는다.
본 발명에 따른 컬러 스위치의 중요한 특징은 모든 콜레스테릭 필터들이 도 5의 (비틀림 방향에 관한 어떠한 의미도 갖지 않으며, 동일하게 모든 "-" 신호로 될 수 있는) "+" 신호가 가리키는 동일한 핸디드니스(handedness)를 갖는다는 사실에 있다. 2개의 1/2-파장 플레이트들(111,113)을 삽입함으로써, 오직 하나의 핸디드니스의 사용이 가능해진다. 그들은 상기 선행 밴드 변조 필터의 1/2-파장 플레이트 특성을 보상하기 위해 작용한다.
이미 상술된 바와 같이, '1/2-파장 플레이트' 및 '1/4-파장 플레이트'란 용어는 본 장치의 물리학적 성질에 대한 이해를 돕기 위해 사용된다. 실제 값은 반드시 특별히 한정된 파장의 정확한 1/4을 나타내는 것은 아니며, 전체적으로 컬러 스위치의 복굴절성 플레이트와 콜레스테릭 필터들의 인자들을 최적화함으로써 주어진다.
도 5의 액정 스위칭 컬러 필터의 광학적 개념은 도 6a, 도 6b, 및 도 6c에서 개략적으로 설명하고 있다. 상기 도면들 각각은, 레드 주기에 대한 도 6a, 그린 주기에 대한 도 6b, 및 블루 주기에 대한 도 6c인, 3개의 1차 컬러들(본 예에서는 RGB) 중 하나에 대한 작용 모드를 도시한다.
상기 도면들에 있어서, 미편광된 광은 화이트/블랙 화살표쌍으로 나타나며, L-원형 편광된 광은 단일 충전된 블랙 화살표로 나타나며, R-편광된 광은 단일 개방 화살표로 나타난다. 왼쪽에서 오른쪽으로의 화살표 위치는 그의 컬러를 나타내며, 블루(좌측)으로부터 레드(우측)의 범위를 갖는다.
도 5에서, 컬러 필터는 다음을 포함한다: 단순화를 위해 sw1, sw2, 및 sw3로 분류되고, '스위치'라 명명된 '1/4-파장 플레이트/액정 스위치/1/4-파장 플레이트'; cfb1, cfb2, cfg1, cfg2, cfr1, 및 cfr2로 분류된 6개의 콜레스테릭 필터; 및 ret1와 ret2로 분류된 2개의 1/2-파장 플레이트들의 조합. 상기 감속기/스위치-조합, 콜레스테릭 필터 및 1/2-파장 플레이트 가각은 좌측에서 우측으로 연장하는 장방형 박스로서 도시되어 있다. 각각의 콜레스테릭 필터에 대하여, 선택 반사의 파장 범위는 충전에 의해 대응하는 박스 내에 마크되고, 상기 핸디드니스는 "+" 신호로 나타난다.
각각의 도 6a, 도 6b, 및 도 6c에 있어서, 상기 스위치들 중 하나는 '온(on)' 상태로 있으며(해치 충전, 핸디드니스 변화 없음), 및 2개는 '차단(blocking)' 상태로 된다(크로스 해치 충전, 핸디드니스 변화). 상기 도면들은 스위칭 '온'인 컬러에서만 다르다.
먼저, (도 6a에 대응하는) 레드 주기에 대하여 살펴보면, 레드 스위치(sw3)은 '온'으로 되고, 블루 스위치(sw1) 및 그린 스위치(sw2)는 '오프(off)'가 된다.
미편광된 화이트 광은 상부로부터 (블루) 콜레스테릭 필터(cfb1) 위에 부딪친다.
블루 스펙트럼 범위에 있어서는, 오직 L-원형 편광된 광만이 필터를 통과하며; R-성분은 반사된다. 그린 및 레드 스펙트럼 범위에서의 광은 미변화(즉, 미편광) 상태로 남아 있는다. 스위치(sw1)는 차단 상태에 있으며, 즉, 광의 핸디드니스를 변화시킨다. 오직 스펙트럼의 블루 부위만이 편광되므로, 핸디드니스의 변화는 오직 스펙트럼의 불루 부위에만 영향을 미치며, 상기 L-편광을 R-편광으로 변화시킨다. cfb1과 대체로 동일한 다음의 콜레스테릭 필터(cfb2)는 상기 광을 차단한다. 그린과 레드는 미편광 상태로 남아 있는다.
그린 스펙트럼 범위에 있는 광의 경우는 매우 단순하다. 상기 광은 (그린) 콜레스테릭 필터(cfg1)를 타격할 때 까지 1/2-파장 플레이트(ret1)를 관통한 후 미편광 상태로 남게 되며, 여기서, 오직 R-편광된 광만 관통한다. 다음에 스위치(sw2)는 편광을 바꾸고, 다음에, 다음 콜레스테릭 필터(cfg2)가 상기 광을 차단한다.
레드 스펙트럼 범위의 광의 경우는 다르다. 미변화된 1/2-파장 플레이트들(ret1,ret2)을 포함하는 블루 및 그린 필터 단면을 관통한 후, 상기 레드 광은 (레드) 콜레스테릭 필터(cfr1)에 의해 편광된다. 상기 레드 광의 L-성분은 관통하고, R-성분은 반사된다. 스위치(sw3)는 '온' 상태로 되며, 그의 L-상태에서 편광을 남긴다. 다음에 상기 광은 클레스테릭 필터(cfr2)를 관통하고, 레드, L-편광된 출력광을 생산한다.
그린 스위치(sw2)가 '온'이고, 블루 스위치(sw1) 및 레드 스위치(sw3)가 '오프'인 그린 주기(도 6b 참고)는 약간 더 복잡하다.
블루 스펙트럼 범위에 대하여는, 레드 주기와 비교하여 어떠한 변화도 없다. 마찬가지로, 상기 레드 스펙트럼 범위는 콜레스테릭 필터(cfr1)에 도달할 때 까지미편광된 상태로 남게 되며, L-성분이 관통하고, 상기 스위치(sw3)에 의해 R-상태로 변환되고, 다음에, 콜레스테릭 필터(cfr2)에 의해 차단된다.
그린 스펙트럼 범위의 경우는 다르다. 미편광된 1/2-파장 플레이트(ret1)를 포함하는 블루 필터 단면이 관통한 후, 상기 그린 광은 콜레스테릭 필터(cfg1)에 의해 편광되며, 오직 L-성분만을 관통한다. 상기 '온' 상태의 그린 스위치는 상기 편광을 변화시키지 않으며, 상기 광은 L-편광된 광으로서 다음의 콜레스테릭 필터(cfg2)를 관통한다. 상기 1/2-파장 플레이트(ret2)는 상기 편광을 R-편광된 광으로 바꾼다. 다음에 레드 필터 단면의 스위치(sw3)는 (적어도 첫번째 근사치로) 그린 광의 편광 상태를 R에서 L로 변환시킨다. 따라서, 상기 출력은 L-편광된 그린 광이다.
상기 레드 필터 단면에 의해 그린 광상에 미치는 중대한 영향은 독립 밴드 변조 필터들을 사용하는 종래 기술의 컬러 스위치와 반대의 적층을 가지며, 여기서 상기 그린 광은 미변경된 마지막 밴드 변조 필터를 관통한다.
마지막으로, 도 6c는 가장 다른 경우, 즉, 제 1 필터 단면의 컬러의 주기를 도시한다. 본 예에 있어서는, 블루 스위치(sw1)가 '온'이고, 그린 스위치(sw2) 및 레드 스위치(sw3)가 '오프'인 블루 주기에 대해 설명한다.
레드 스펙트럼 범위는 도 6b에서와 같이 차단되며, 그린 스펙트럼 범위는 도 6a에서와 같이 차단된다.
상기 블루 스펙트럼 범위는 콜레스테릭 필터(cfb1)에 의해 L-편광되며, 다음에, 어떠한 편광의 변화 없이 스위치(sw1) 및 콜레스테릭 필터(cfb2)를 관통한다.다음에, 1/2-파장 플레이트(ret1)는 편광을 R-편광으로 바꾸고, 콜레스테릭 필터(cfg1)에 의해 미변화 상태로 남게 된다. 다음에, 스위치(sw2)는 편광을 다시 L로 바꾸고, 1/2-파장 플레이트(ret2)는 R로 역전시킨다. 마지막으로, 스위치(sw3)는 편광을 L로 역전시키고, L-편광된 블루 광 출력을 제공한다.
다시, 독립 밴드 변조 필터의 개념은 , 레드 및 그린 필터 단면이 블루 스펙트럼 범위의 편광 상태를 변화시키므로, 제공되지 않는다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서는 유리하게도, 콜레스테릭 필터들에 대해 파장 밴드들이 오버래핑되도록 상기 필터 특성을 선택할 가능성이 사용될 수 있다. 상술된 바와 같이, 이것은 상기 램프의 광이 효과적으로 사용될 경우 중요하다.
상술된 제 1 실시예와 비교하여, 본 실시예에서는 2개의 관련된 변화가 있다: 레드 부위에 있어서, 그린 필터의 장파 컷오프가 레드 필터의 단파 컷오프보다 긴 파장을 가지며, 예를 들어, 상기 차단 범위는 한정된 파장 밴드가 완전히 차단될 수 있는 소정의 결과로 오버랩된다. 반면에 이것이 갖는 특징은 또한 독립 밴드 변조 필터의공지된 개념으로 가능하나, 그린/블루 경계는 다르다. 상기 2개의 그린 콜레스테릭 필터 뿐만 아니라 2개의 블루도 다른 선택 반사 밴드를 갖는다. 도 6a 내지 도 6c에서 설명된 바와 같은 이유로, 콜레스테릭 필터(cfg1)의 단파 컷오프와 함께 콜레스테릭 필터(cfb1)의 장파 컷오프는 전송된 블루 광의 장파 컷오프를 결정한다는 사실을 발견할 수 있다. 또한, 콜레스테릭 필터(cfg2)의 단파 컷오프와 함께 콜레스테릭 필터(cfb2)의 장파 컷오프는 전송된 블루 광의 단파 컷오프를 결정한다는 사실을 발견할 수 있다. 이와 같은 컷오프 파장이 자유롭게 선택될 수 있으므로, 어떠한 소정의 밴드-관통 특성이 제공될 수 있다는 장점을 갖는다.
상술된 설계의 개념들은 유용하며, 매우 양호한 질의 스위칭 컬러 필터를 초래한다. 그러나, 모든 스위치들이 모든 파장에 대해 1/2-파장 플레이트라는 함축된 가정은 사실에 근접할 뿐이다. 본 발명에 따른 액정 스위칭 컬러 필터의 추가의 개량에 따라, 상기 소자들의 상대적 배열을 최적화시킬 것이 제안되고 있다. 그와 같은 배열을 발견하기 위해, 예를 들면 최적화 알고리즘이 사용될 수 있다. 성공적인 예로서, 주어진 형태의 전송 스펙트럼들을 산출하고, 그의 데이터로부터 상기 형태의 품질 측정치인 비용 기능을 결정하는 루틴으로 구성되는 알고리즘이 사용된다. 상기 비용 기능은 만약 컬러 채도 및 휘도 모두가 최소화될 경우 최소화된다. 다음에 최적화 루틴은 상기 비용 기능이 최소에 도달할 때 까지 원래의 형태를 변형시킨다. 상기 알고리즘에 대하여는 다음에 더욱 상세히 설명된다.
도 7 및 도 8은 최적화 결과를 도시하며, 도 9는 대응하는 색도 다이아그램을 나타낸다. 도 7에는 미편광된 광에 대한 전송이 도시되어 있으며, 그의 상부열에는 분석기가 설계 방향으로 변위되어 있으며, 하부열에는 그에 대해 수직으로 변위되어 있다. 추가의 편광자를 갖지 않는 경우의 대조비(휘도의 비)는 레드, 그린 및 블로에 대하여는 각각 31, 88, 15이며, 화이트에 대하여는 45이다. 도 8은 도 7의 시간-평균 스펙트럼을 제공하며, 도 9는 NTSC 값(삼각 및 + 신호)과 비교하여 도 7의 상부열에서의 스펙트럼의 컬러 좌표를 나타낸다.
높은 편광비 뿐만 아니라 우수한 휘도 및 거의 완벽한 컬러 채도는 상기 데이터로부터 명백하다. 콜레스테릭 필터들의 컷오프 파장이 최적 처리의 일부이므로, 상기 데이터는 다시 블루 및 그린 스펙트럼 범위의 오버랩의 중요성을 설명한다.
본 발명의 변형에 있어서, 예를 들어, 만약 편광 재순환 체계가 스위칭 필터를 조사하기 위해 사용될 경우와 같이, 액정 스위칭 컬러 필터는 또한 이미 선형 편광된 입력 광에 대해 적응될 수 있다. 실제로, 상기 액정 스위칭 컬러 필터는 다음과 같은 경우 단순화 될 수 있다: 첫번째 1/4-파장 플레이트 뿐만 아니라 제 1 콜레스테릭 필터가 생략될 수 있다.
마찬가지로, 본 발명의 또 다른 변경에 있어서, 마지막 콜레스테릭 필터는 광 출력츨 상에서 편광자가 전체 광 변조(높은 변조의, 예를 들면 편광 빔 분할기에 대해)를 조절할 수 있도록 사용되는 경우 생략될 수 있다. 도 6a 내지 도 6c로부터, 마지막 콜레스테릭 필터(cfr2)가 하나의 레드 원형 편광을 차단하도록 작용하는 것을 알 수 있다. 또한, 필터 단면의 주요 소자들을 개략적으로 도시하는 도 4로부터, 필요한 차단 작용이 또한 액정 스위치 바로 다음의 선형 편광자에 의해 성취될 수 있다는 사실을 알 수 있다. 따라서, 레드 스펙트럼 범위의 처리는 1/4-파장 플레이트와 함께 콜레스테릭 필터(cfr2)가 선형 편광자에 의해 대체될 경우 변화되지 않는다. 이와 같은 실시예의 질을 개선하기 위해, 동시에 잔류 스텍트럼 범위(그린 및 블루)가 가능하면 작게 선형 편광자에 의해 흡수되도록 한다. 이와 같은 목표를 달성하기 위한 한가지 방법은 잔류 소자들의 인자들을 최적화하는 것이다.
도 10은 바로 설명된 본 발명의 변형에 따른 컬러 스위치에 대해 설명한다. 그것은 3개의 강유전성 액정 스위치(121,123,125)와, 4개의 콜레스테릭 필터(127,129,131,133)와, 4개의 1/4-파장 플레이트(135,137,139,141)와, 2개의 1/2-파장 플레이트(143,145), 및 2개의 선형 편광자(147,149)를 포함한다.
도 13의 개별 색도 다이아그램 뿐만 아니라 도 11(3개의 컬러 밴드) 및 도 12(전체 시간 평균 출력)에 도시된 대응하는 스펙트럼도 또한 실제로 만족할만한 컬러 스위치가 설계될 수 있는 경우를 도시하고 있다.
주어진 실예의 산출을 위하여, 다음 상태가 사용된다: 상기 컬러 필터들은 편광자, 감속기, 콜레스테릭 필터 및 액정 스위치로 구성된다. 산출은 4x4 매트릭스 수식 체계를 사용한다. 감속기와 콜레스테릭 필터들은 복굴절성(n)에 대한 동일한 모델, 즉, n(λ) = n0+ n1λ2/ (λ2- λ0 2)를 사용하며, 표 Ⅰ에 제공된 인자들을 사용한다. 상기 액정 스위치들은 표면 안정화 강유전성(SSF) 셀이며, 또한 표 Ⅰ에 도시된 약간 다른 인자들을 갖는다.
표 Ⅰ
최적 루틴에 있어서, 다음의 비용 함수(G)가 최소화 된다: (nm 밴드폭 당 동일한 에너지의) 화이트 광 소스를 가정하여, 모든 3개의 컬러들(F = R,G,B)에 대해 삼자극 반응(XF, YF, ZF, xF, yF)을 산출한다. 실제 적용에 있어서는, 유리하게도 상기 투사 시스템의 실제 광원의 스펙트럼이 사용될 수 있다. 상기 데이터로,
가 산출되며, 상술된 인자들에 대해 G를 최소화한다. xF0및 yF0는 (본 예에서 NTSC 컬러 공통-좌표로서 취한) 컬러 좌표에 대한 타게트값(x,y)을 타나낸다. 휘도에 대한 타게트값(YF0)은 이상적인 컬러 필터의 휘도로부터 결정된다. 이와 같은 이상 필터는 주어진 파장 밴드에서 1의 전송값을 가지며, 각각의 측부상에서 0에서 10 nm으로 떨어진다. 상기 필터의 밴드폭은 가능한 한 소정이 컬러 채도를보유하고 있는 동안 넓게 선택된다. 특수 설계에 대하여 실제 램프 스펙트럼은 그와 같은 산출에 의해 채용될 수 있음을 알 수 있다. 그에 따른 이상 필터들의 3개의 컬러의 휘도는 컬러 스위치를 위한 타게트값들로서 사용된다. 본 발명의 경우, 상기 값들은 각각 F = R, G, B에 대해 0.12, 0.25 및 0.05이다. YF의 값은 각각의 컬러에 대해 도달할 수 있는 최대치보다 클 수 있으나, 그에 근접한다. 최대 전송은 상기 편광자로 인해 0.5가 됨을 주의한다. 중량 인자(g)는 상호 작동적으로 선택되며, 귀납적으로 조절되어, 최적화 이후 G에 대응하는 인자들의 크기는 유사해진다(10개, 적합하게는 3개의 인자).
본 발명의 제 1 실시예에 따른 실예에 포함된 소자들의 인자 세트는 표 Ⅱ에 제공된다.
표 Ⅱ: 도 7 내지 도 9에 도시된 데이터의 산출에 사용된 인자들
상기 표에서, 각도는 출력 (설계-) 편광 방향에 대해 주어진다.

Claims (19)

  1. 광 입력측과 광 출력측을 갖는 광로를 구비하고, 제 1, 제2 및 제 3 컬러 밴드 사이에서 스위칭하기 위한 액정 스위칭 컬러 필터에 있어서,
    적어도 2개의 스위칭 상태가 가능한 제 1 스위칭 액정 셀(81;121)과;
    1/4-파장 플레이트로서 제 1 컬러 밴드용으로 작용하는 제 1 감속기층(101;135)과;
    상기 제 1 컬러 밴드용 선택 반사 밴드를 갖는 제 1 콜레스테릭 필터(89;127)와;
    상기 제 2 컬러 밴드용 선택 반사 밴드를 갖는 제 2 콜레스테릭 필터(91;129와;
    1/4-파장 플레이트로서 상기 제 2 컬러 밴드용으로 작용하는 제 2 감속기층(103;137)과;
    적어도 2개의 스위칭 상태가 가능한 제 2 스위칭 액정 셀(83;123)과;
    1/4-파장 플레이트로서 제 2 컬러 밴드용으로 작용하는 제 3 감속기층(105;139)과;
    상기 제 2 컬러 밴드용 선택 반사 밴드를 갖는 제 3 콜레스테릭 필터(93;131)와;
    상기 제 3 컬러 밴드용 선택 반사 밴드를 갖는 제 4 콜레스테릭 필터(95;133)와;
    1/4-파장 플레이트로서 상기 제 3 컬러 밴드용으로 작용하는 제 4 감속기층(107;141)과;
    적어도 2개의 스위칭 상태가 가능한 제 3 스위칭 액정 셀(85;125), 및
    편광 차단 소자(149;109,97)를 포함하며,
    모든 콜레스테릭 필터들은 동일한 핸디드니스를 가지며;
    상기 1/2-파장 플레이트로서 작용하는 제 5 감속기층(111;143)은 상기 제 1 콜레스테릭 필터(89;127) 및 제 2 콜레스테릭 필터(91;129) 사이에 제공되며, 1/2-파장 플레이트로서 작용하는 제 6 감속기층(113;145)은 상기 제 3 콜레스테릭 필터(93;131) 및 제 4 콜레스테릭 필터(95;133) 사이에 제공되며;
    개별 컬러 밴드의 차단 상태를 위해, 대응하는 스위칭 액정 셀의 광축은 광의 편광 방향과 대체로 평행하거나 또는 수직을 이루는 것을 특징으로 하는 액정 스위칭 컬러 필터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 편광 차단 소자는 선형 편광자(149)에 의해 형성되는 액정 스위칭 컬러 필터.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 편광 차단 소자는 제 3 컬러 밴드에 대해 1/4-파장 플레이트로서 작용하고, 상기 제 3 컬러 밴드에 대해 선택 반사 밴드를 갖는 제 5 콜레스테릭 필터(97)로서 작용하는 제 7 감속기층(109)에 의해 형성되는 액정 스위칭 컬러 필터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 컬러 밴드용 선택 반사 밴드를 갖는 보조 콜레스테릭 필터(87)와 상기 제 1 컬러 밴드에 대해 1/4-파장 플레이트로서 작용하는 보조 감속기층(99)이 광 입력측상에 추가되는 액정 스위칭 컬러 필터.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콜레스테릭 필터들의 선택 반사 밴드의 컷오프 파장은 상기 제 1 , 제 2 및 제 3 컬러 밴드들 중 적어도 2개가 그의 전송 상태에서 오버랩되도록 선택되는 액정 스위칭 컬러 필터.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 콜레스테릭 필터(91;129)의 단파 컷오프는 제 3 콜레스테릭 필터(93;131)의 단파 컷오프와 다른 액정 스위칭 컬러 필터.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 콜레스테릭 필터(89;127)의 장파 컷오프와 상기 제 3 콜레스테릭 필터(93;131)의 단파 컷오프는 실제로 동일한 파장을 가지며, 상기 제 2 콜레스테릭 필터(91;129)의 단파 컷오프보다 짧은 액정 스위칭 컬러 필터.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 콜레스테릭필터(91;129)의 장파 컷오프는 제 3 콜레스테릭 필터(93;131)의 장파 컷오프와 다른 액정 스위칭 컬러 필터.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 3 콜레스테릭 필터(93;131)의 장파 컷오프는 제 4 콜레스테릭 필터(95;133)의 단파 컷오프보다 짧은 파장을 갖는 액정 스위칭 컬러 필터.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위칭 액정 셀들 중 적어도 하나는 표면 안정화 강유전성(SSF) 타입으로 구성되는 액정 스위칭 컬러 필터.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위칭 액정 셀들 중 적어도 하나는 변형된 헬릭스 강유전성(DHF) 타입으로 구성되는 액정 스위칭 컬러 필터.
  12. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위칭 액정 셀들 중 적어도 하나는 항-강유전성 타입으로 구성되는 액정 스위칭 컬러 필터.
  13. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위칭 액정 셀들 중 적어도 하나는 무한 항-강유전성 타입으로 구성되는 액정 스위칭 컬러 필터.
  14. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위칭 액정 셀들 중 적어도 하나는 전기임상적(electroclinic) 타입으로 구성되는 액정 스위칭 컬러 필터.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 출력측상에는 추가의 세정 편광자를 포함되는 액정 스위칭 컬러 필터.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 액정 스위칭 컬러 필터를 포함하는 시간-순차식 컬러 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 액정 스위칭 컬러 필터를 포함하는 광학 투사 장치.
  18. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 액정 스위칭 컬러 필터를 포함하는 직시 디스플레이.
  19. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 액정 스위칭 컬러 필터를 포함하는 비데오 카메라.
KR10-2004-7006073A 2001-10-24 2002-10-23 스위칭 컬러 필터 KR20040062584A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP01811042.9 2001-10-24
EP01811042A EP1306717A1 (en) 2001-10-24 2001-10-24 Switchable color filter
PCT/CH2002/000577 WO2003036375A1 (en) 2001-10-24 2002-10-23 Switchable color filter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20040062584A true KR20040062584A (ko) 2004-07-07

Family

ID=8184211

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2004-7006073A KR20040062584A (ko) 2001-10-24 2002-10-23 스위칭 컬러 필터

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7110054B2 (ko)
EP (2) EP1306717A1 (ko)
JP (1) JP2005506576A (ko)
KR (1) KR20040062584A (ko)
CN (1) CN100350317C (ko)
TW (1) TWI245933B (ko)
WO (1) WO2003036375A1 (ko)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6983166B2 (en) 2001-08-20 2006-01-03 Qualcomm, Incorporated Power control for a channel with multiple formats in a communication system
CN100345047C (zh) * 2002-03-14 2007-10-24 日东电工株式会社 背光灯及使用它的液晶显示装置
CN1613027A (zh) * 2002-03-14 2005-05-04 日东电工株式会社 液晶显示装置
US7070300B2 (en) * 2004-06-04 2006-07-04 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Remote wavelength conversion in an illumination device
JP2006011088A (ja) * 2004-06-25 2006-01-12 Funai Electric Co Ltd プロジェクタ
JP5408964B2 (ja) * 2008-10-30 2014-02-05 シャープ株式会社 固体撮像素子および電子情報機器
WO2011075149A1 (en) * 2009-12-18 2011-06-23 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Cholesteric reflector
WO2012114164A1 (en) 2011-02-25 2012-08-30 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Light filter and method for using such filter
CN105093649B (zh) * 2015-08-14 2019-04-30 深圳市华星光电技术有限公司 防蓝光偏光板及液晶显示面板
CA3056900A1 (en) 2017-03-21 2018-09-27 Magic Leap, Inc. Methods, devices, and systems for illuminating spatial light modulators
JP6860772B2 (ja) * 2017-05-29 2021-04-21 国立大学法人東北大学 時分割分光イメージング分析システム及び時分割分光イメージング分析方法
CN108051090B (zh) * 2017-12-26 2019-07-23 上海理工大学 螺旋偏振光场的偏振参数检测系统
WO2019165641A1 (en) * 2018-03-02 2019-09-06 Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute Company Limited Beam-steering apparatus with fast response and enhanced steering resolution
US10972643B2 (en) * 2018-03-29 2021-04-06 Microsoft Technology Licensing, Llc Camera comprising an infrared illuminator and a liquid crystal optical filter switchable between a reflection state and a transmission state for infrared imaging and spectral imaging, and method thereof
US10924692B2 (en) 2018-05-08 2021-02-16 Microsoft Technology Licensing, Llc Depth and multi-spectral camera
CN110618483B (zh) * 2019-10-30 2022-04-26 京东方科技集团股份有限公司 偏光片及其制造方法、显示装置
JP2023513723A (ja) * 2020-02-12 2023-04-03 イマジンオプティクス・コーポレイション 統合ｉｒのための光学素子、深度感知のための可視カメラ、およびこれを組み込んだシステム
CN114241933B (zh) 2021-12-14 2023-02-07 Tcl华星光电技术有限公司 显示面板及其制造方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4635051A (en) 1983-09-26 1987-01-06 Tektronix, Inc. High-speed electro-optical light gate and field sequential full color display system incorporating same
US4726663A (en) * 1986-11-14 1988-02-23 Tektronix, Inc. Switchable color filter with enhanced transmissivity
US5548422A (en) * 1993-06-28 1996-08-20 In Focus Systems, Inc. Notch filters with cholesteric polarizers with birefringent film and linear polarizer
US5751385A (en) * 1994-06-07 1998-05-12 Honeywell, Inc. Subtractive color LCD utilizing circular notch polarizers and including a triband or broadband filter tuned light source or dichroic sheet color polarizers
SG47360A1 (en) * 1994-11-14 1998-04-17 Hoffmann La Roche Colour display with serially-connected lc filters
JP3561554B2 (ja) * 1995-05-31 2004-09-02 三洋電機株式会社 電池
US6208393B1 (en) * 1998-09-30 2001-03-27 Intel Corporation Liquid crystal color filter with integrated infrared blocking
AU4844900A (en) * 1999-05-14 2000-12-05 Colorlink, Inc. Optical system for producing a modulated color image
US6532052B1 (en) * 1999-08-23 2003-03-11 Kent Displays, Inc. Brightness enhancement for bistable cholesteric displays
JP3408491B2 (ja) * 2000-03-29 2003-05-19 株式会社東芝 液晶表示装置及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP1306717A1 (en) 2003-05-02
CN1575434A (zh) 2005-02-02
US20040263732A1 (en) 2004-12-30
TWI245933B (en) 2005-12-21
CN100350317C (zh) 2007-11-21
JP2005506576A (ja) 2005-03-03
US7110054B2 (en) 2006-09-19
WO2003036375A1 (en) 2003-05-01
EP1440345A1 (en) 2004-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20040062584A (ko) 스위칭 컬러 필터
US5990996A (en) Color selective light modulators employing birefringent stacks
US6273571B1 (en) Display architectures using an electronically controlled optical retarder stack
US5999240A (en) Optical retarder stack pair for transforming input light into polarization states having saturated color spectra
US5929946A (en) Retarder stack for preconditioning light for a modulator having modulation and isotropic states of polarization
US6049367A (en) Polarization manipulating device modulator with retarder stack which preconditions light for modulation and isotropic states
US7511787B2 (en) Color filters and sequencers using color-selective light modulators
KR100258048B1 (ko) 직렬 연결된 엘씨 필터를 구비한 칼라 표시 장치
US6417892B1 (en) Color filters, sequencers and displays using color selective light modulators
KR100797805B1 (ko) 스위칭 가능 컬러 필터
KR100536924B1 (ko) 광학표시시스템 및 광학시프트소자
US5231521A (en) Chiral smectic liquid crystal polarization interference filters
US20080198456A1 (en) Laminated retarder stack
KR20020079821A (ko) 색 스위치
WO2000007172A2 (en) Color filters, sequencers and displays using color selective light modulators
US6498632B1 (en) Color reflective ferroelectric liquid crystal light valve with three spatial light modulators and increased light throughput
Sharp et al. A new RGB tunable filter technology
WO2002099516A2 (en) Birefringent filter-based color generation scheme for a passive matrix display device
Fünfschilling et al. Video‐compatible subtractive color projection with cholesteric liquid‐crystal band‐modulation filters
Bachels et al. 40.3: Advanced Electronic Color Switch for Time‐Sequential Projection
Saeed et al. P‐73: A Method of Generating Full Color LCD Using Birefringent Filters in a Stacked Design

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application