KR20040069333A - 단일 패널 프로젝션 디스플레이 시스템에 사용되는 컬러전처리 필터 - Google Patents

단일 패널 프로젝션 디스플레이 시스템에 사용되는 컬러전처리 필터 Download PDF

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KR20040069333A
KR20040069333A KR10-2004-7009475A KR20047009475A KR20040069333A KR 20040069333 A KR20040069333 A KR 20040069333A KR 20047009475 A KR20047009475 A KR 20047009475A KR 20040069333 A KR20040069333 A KR 20040069333A
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그레이 비이. 킹슬리
알리 알. 코너
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

단일 패널 LCD 프로젝션 시스템(50)은 조명 시스템(54)과 다중 컬러 LCD(56) 사이에 위치되는 컬러 전처리 필터(52)를 포함한다. 컬러 전처리 필터(52)는 상대 패널 투과을 증가시키고 LCD 내에 결합된 컬러 성분 필터(58R, 58G, 58B)들에 의한 열흡수를 감소시키기 위하여 조명 시스템(54)에 의해 제공되는 조명 스펙트럼을 형성하는 기능을 한다. 컬러 전처리 필터(52)는 조명 광에서 순수 3원색 컬러 생성에 실질적으로 기여하지 않는 소정의 주파대의 세기를 제거하거나 감소시키도록 선택된다.

Description

단일 패널 프로젝션 디스플레이 시스템에 사용되는 컬러 전처리 필터{Color pre-filter for single-panel projection display system}
도 1은 컬러를 생성하기 위해 강제기법(brute force method)을 사용하는 종래기술의 저비용 단일 패널 LCD 프로젝션 시스템(10)을 나타낸다. 광원(14)를 구비하는 조명 시스템(12)은 붉은색, 녹색 및 푸른색의 3원색 성분들에 대응하는 컬러 필터(18R, 18G, 18B)들이 내장된 다중 컬러 LCD(16)에 사용되는 일정한 조명을 제공한다. 컬러 필터(18R, 18G, 18B)들은 LCD(16)의 개개의 서브 픽셀(미도시) 상에 정렬된다.
각 서브 픽셀은 광투과 세기의 변화 정도에 영향을 주기 위하여 종래기술에 공지된 바와 같이 LCD(16)의 액정분자가 소정의 틸트 각까지 구동되도록 독립적으로 어드레스될 수 있다. LCD(16)는 적절히 결합된 편광판들의 사용은 예컨데 이것은 일반적인 완전 컬러 영상을 제공하기 위해 상기 붉은색, 녹색 및 푸른색의 서브 픽셀 세기를 변화시킨다. 개략적으로 도시된 프로젝션 광학(20)은 디스플레이 화면(22)에 컬러 영상을 투영한다.
이 강제방식의 문제점은 양호한(즉, 순수한) 3원색 또는 불량 색농도(비순수 3원색을 발생함)을 발생함으로써 전송 속도를 증가시키기 위하여, 컬러 필터들이 거의 포화될 때 투과율이 낮아진다는 문제점을 갖는다. 게다가, 이 방식은 또한 컬러 필터들에 의한 흡수로 인하여 LCD 패널 내에 열 발생을 야기한다. 통상적으로, 붉은색 성분 필터(18R)에 의한 녹색 흡수는 불가피하다. 이와 마찬가지로, 푸른색 성분 필터(18B)는 주로 푸른색만을 통과시키고 녹색 필터(18G)는 주로 녹색만을 통과시킨다. 따라서, 대부분의 조명색(즉 전체 색의 2/3)은 컬로 성분 필터(18R, 18G, 18B)에 의해 흡수된다. 광 스펙트럼들의 개략도는 광원(14)에 의해 제공되는 다색(백색) 광에 대한 스펙트럼(30) 그리고 프로젝션 시스템(10)에 의해 생성된 붉은색, 녹색 및 푸른색 컬러 성분 각각에 대한 최종 스펙트럼(32, 34, 36)들을 개괄적으로 예시한다.
본 발명은 컬러 필터들을 내장한 LCD 내의 상대 패널 투과를 증가시키고 열흡수를 감소시키기 위해, 조명 스펙트럼을 형성하도록 광원과 LCD 패널 사이에 위치되는 컬러 전처리 필터를 제공함으로써, 이러한 세가지 문제점들을 모두 해결한다.
본 발명은 조명 시스템 그리고 결합된 편광판과 분광기를 갖는 다중 컬러 액정화면(LCD) 사이에 위치된 컬러 전처리 필터를 구비하는 단일 패널 LCD 프로젝션시스템을 포함한다. 컬러 전처리 필터는 상대 패널 투과를 증가시키고 LCD 내에 결합된 컬러 성분 필터들(예를 들어, 붉은색, 녹색 및 푸른색)에 의한 열흡수를 감소시키기 위하여 조명 시스템에 의해 제공되는 조명 스펙트럼을 형성시키는 기능을 한다.
컬러 전처리 필터는 조명 광에서 순수한 3원색의 생성에 실질적으로 기여하지 않는 소정의 주파대의 세기를 제거하거나 대폭 감소시키도록 선택된다. 컬러 전처리 필터를 추가한 결과는 LCD 컬러 성분 필터들이 불포화되고 프로젝션 시스템의 전체 투과가 개선될 수 있도록 한다. 일실시예로, 컬러 전처리 필터가, 가장 높은 흡수 주파대를 갖는 광이 LCD에 도달하기 전에, LCD 컬러 성분 필터들에 의한 가장 높은 흡수 주파대를 제거함으로써 LCD 내에 적은 열이 형성된다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 상세 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 컬러 전처리 필터에 관한 것으로서, 특히 컬러 필터들을 내장한 LCD 내의 상대 패널 투과를 증가시키고 열흡수를 감소시키기 위해 조명 스펙트럼을 형성하도록 광원과 LCD 패널 사이에 위치되는 컬러 전처리 필터에 관한 것이다.
도 1은 컬러를 생성하기 위해 강제기법을 사용하는 종래기술의 저비용 단일 패널 LCD 프로젝션 시스템을 예시한다.
도 2는 조명 시스템 및 다중 컬러 액정화면(LCD) 사이에 위치된 전처리 필터를 갖는 본 발명의 단일 패널 LCD 프로젝션 시스템을 예시한다.
도 3은 종래의 컬러 성분 필터들의 투과율 및 본 발명의 전처리 필터와 결합하여 채용되는 불포화 컬러 성분 필터들의 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 4는 조명 광의 스펙트럼과 관련하여 트윈 노치 전처리 필터의 일실를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 전처리 필터를 구비하거나 구비하지 않는 프로젝션 디스플레이 시스템에 대한 흰(완전 온(ON), 다시말하면 최대 투과) 상태를 도시하는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 전처리 필터를 구비하거나 구비하지 않는 프로젝션 디스플레이 시스템에 대한 R, G, 그리고 B 값(함께 도시됨)을 도시하는 그래프이다.
도 7은 HDTV 컬러 표준에 관련된 본 발명의 전처리 필터를 구비하거나 구비하지 않는 프로젝션 디스플레이 시스템의 컬러 특성을 도시하는 CIE 색도도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예로서 반사형 3중대역 전처리 필터를 구비하는 단일 패널 LCD 프로젝터 시스템의 개략 예시도이다.
도 9는 본 발명의 또다른 실시예로서 오목 기판 상에 반사형 3중대역 전처리 필터를 구비하는 단일 패널 LCD 프로젝터 시스템의 개략 예시도이다.
도 10은 본 발명의 또다른 실시예로서 편광 변환 시스템(PCS)을 구비하는 단일 패널 LCD 프로젝터 시스템의 개략 예시도이다.
도 11은 투과 광학 지연부 스택인 이중 노치 전처리 필터를 구비하는 단일 패널 LCD 프로젝션 시스템의 또다른 실시예의 개략 예시도이다.
도 12는 다중 컬러 액정화면(LCD) 뒤에 배치되는 노치 컬러 필터를 구비하는 단일 패널 LCD 프로젝션 시스템의 개략 예시도이다.
본 발명은 컬러 필터들을 내장한 LCD 내의 상대 패널 투과를 증가시키고 열흡수를 감소시키기 위해, 조명 스펙트럼을 형성하도록 광원과 LCD 패널 사이에 위치되는 컬러 전처리 필터를 제공함으로써, 이러한 세가지 문제점들을 모두 해결한다.
본 발명은 조명 시스템 그리고 결합된 편광판과 분광기를 갖는 다중 컬러 액정화면(LCD) 사이에 위치된 컬러 전처리 필터를 구비하는 단일 패널 LCD 프로젝션시스템을 포함한다. 컬러 전처리 필터는 상대 패널 투과를 증가시키고 LCD 내에 결합된 컬러 성분 필터들(예를 들어, 붉은색, 녹색 및 푸른색)에 의한 열흡수를 감소시키기 위하여 조명 시스템에 의해 제공되는 조명 스펙트럼을 형성시키는 기능을 한다.
컬러 전처리 필터는 조명 광에서 순수한 3원색의 생성에 실질적으로 기여하지 않는 소정의 주파대의 세기를 제거하거나 대폭 감소시키도록 선택된다. 컬러 전처리 필터를 추가한 결과는 LCD 컬러 성분 필터들이 불포화되고 프로젝션 시스템의 전체 투과가 개선될 수 있도록 한다. 일실시예로, 컬러 전처리 필터가, 가장 높은 흡수 주파대를 갖는 광이 LCD에 도달하기 전에, LCD 컬러 성분 필터들에 의한 가장 높은 흡수 주파대를 제거함으로써 LCD 내에 적은 열이 형성된다.
도 2는 조명 시스템(54) 및 결합된 편광판과 분광기(미도시)를 구비하는 다중 컬러 액정화면(LCD)(56) 사이에 위치되는 전처리 필터(52)를 구비하는 단일 패널 LCD 프로젝션 시스템(50)의 개략 예시도이다. 조명 시스템(54)은 광원(55)을 구비하고, LCD(56)는 붉은색, 녹색 및 푸른색의 3원색 성분에 대응하는 내장된 컬러 필터(58R, 58G, 58B)들을 구비한다. 전처리 필터(52)는 상대 패널 투과를 증가시켜서 조명 시스템(54)에 의해 제공되는 조명 스펙트럼을 형성하는 기능을 하고, 그에 의해 LCD(56) 내에 일체화된 컬러 성분 필터(58)들에 의한 열흡수를 감소시킨다. 개략적으로 도시된 프로젝션 광학계(60)은 디스플레이 화면(62)에 컬러 영상을 투영한다.
전처리 필터(52)는 조명 광에서 순수한 3원색 생성에 실질적으로 기여하지 않는 소정의 주파대의 세기를 제거하거나 대폭 축소시키도록 선택된다. 전처리 필터(52)에 의해 수행되는 필터링에 의해 LCD 컬러 필터(58)들이 불포화되고 프로젝션 시스템(50)의 전체 투과가 개선된다. 일실시예로, 전처리 필터(52)가 가장 높은 흡수 주파대를 갖는 광이 LCD(56)에 도달하기 전에 LCD 컬러 성분 필터들에 의한 가장 높은 흡수 주파대를 제거함으로써, LCD(56) 내에 적은 열이 형성된다.
전처리 필터(52)는 구별되는 붉은색, 녹색 및 푸른색의 하위 대역 내에서 조명 시스템(54)의 광원으로부터 나오는 광 스펙트럼을 형성한다. 그러므로, 전처리 필터(52)는 두 개의 노치들 주위에 급경사진 투과 에지를 갖도록 형성되며, 상기 두 개의 노치들은 가시 스펙트럼 영역(통상적으로 400 내지 700nm로 특정됨)의 500 내지 590nm 주위에 위치된다. 붉은색, 녹색 및 푸른색의 3원색에 대한 색순도는 전치리 필터 노치 대역폭을 증가시킴으로써, 임의로 개선될 수 있다. LCD(56)에 제공되며 색채 노치(66, 68)들을 갖는 다색 광스펙트럼(64)의 개략도는 전처리 필터(52)에 의한 청록색 및 노란색 성분 각각의 필터링 또는 블록킹을 나타낸다.
도 3은 종래의 컬러 성분 필터(58R, 58G, 58B)들의 투과율을 실선(70R, 70G 및 70B)로 나타내는 그래프이다. 점선(72R, 72G 및 72B)은 전처리 필터(52)와 결합하여 사용될 수 있는 불포화 컬러 성분 필터(58R, 58G, 58B)들의 투과율을 나타낸다. 종래의 투과율(70R, 70G 및 70B)에 비하여 불포화 컬러 성분 필터(58R, 58G, 58B)의 투과율(72R, 72G 및 72B)이 더 높음이 주목된다. 그러나, 전처리 필터(52)가 사용되지 않으면, 본 발명에 의해 제공되는 불포화 필터들은 통상적으로 훨씬 더 나쁜 컬러 포화값을 갖게 될 것이다.
도 4는 조명 광의 일실시예의 스펙트럼(82)에 관련하여 트윈 노치 전처리 필터(52)의 일실시예의 투과율(80)을 나타내는 그래프이다. 스펙트럼(84)은 전송율(80)과 스펙트럼(82) 사이의 결과를 나타내고 트윈 노치 전처리 필터(52)를 통과하는 조명광의 결과에 해당한다. 스펙트럼(84)은 전처리 필터(52)의 투과율 내의 노치(88A, 88B)들 각각에 대응하는 외부 주파대에서 상당히 감소된 광세기(86A, 86B)를 예시한다.
도 5는 종래의 프로젝션 시스템(10)(실선으로 표시됨) 및 본 발명에 따른 프로젝션 시스템(50)(점선들 사이에 있는 "+"기호로 표시됨)에 대한 백색(완전 온(ON), 다시말하면 최대 투과) 상태를 나타내는 그래프이다. 도 6은 종래의 프로젝션 시스템(10)(실선 이외의 전체적인 소구획(90)에 의해 표시됨) 및 본 발명에 다른 프로젝션 시스템(50)(연속된 라인 소구획(92)에 의해 표시됨)에서 붉은색, 녹색 및 푸른색 투과율을 나타내는 그래프이다. 도 5 및 도 6의 그래프는 프로젝션 시스템(50)에 대한 노치 필터 투과를 포함하는 개별 붉은색, 녹색 및 푸른색 필터링을 통한 조명(광원) 스펙트럼의 곱셈 결과이다. 곱셈들은 예컨데 2nm 샘플 포인트를 사용하는 모델을 사용하여 각 스펙트럼 위치에 대해 포인트 단위로 수행된다.
종래의 컬러 필터링 LCD(16)는 프로젝션을 위해 사용되고, 대부분의 조명 광은 컬퍼 필터 매트릭스(18)에 의해 흡수된다. 고투과형 컬러 필터(18)를 사용할 지라도, LCD 패널(16)은 입사 편광 필터를 통과하는 광의 약 16% 만이 통과한다. 이 투과율은 TN(Twisted Negmatic) 모드와 입사 편광판 및 출사 분광기 사이에 샌드위치되는 액정셀에서 작동하는 LCD 패널(16)의 특징이다.
도 1의 종래기술의 프로젝션 시스템(10)을 참조하면, 조명 스펙트럼은 붉은색, 녹색 및 푸른색 필터들을 개별적으로 통과한 후 스크린에 결합되어(또는 직접 디스플레이에서 관측자의 눈에 의해) 완전 컬러 영상을 형성한다. 수학적인 표현은 다음과 같이 간단히 표현된다.
광원(Illuminant)*(R+G+B)=스크린 스펙트럼
텔레비전 신호를 표현하기 위하여, 3원색은 다음과 같이 표현되는 서브 채널 스펙트럼들을 분석함으로써 관측될 수 있다.
광원(Illuminant)*R
광원(Illuminant)*G, 그리고
광원(Illuminant)*B
컬러 필터(18R, 18G, 18B)들 각각은 HDTV에 대한 SMPTE(Society of Motion Picture and Television Engineers)에 의해 규정되어 있는 특정한 3원색 붉은색, 녹색 및 푸른색이 디스플레이 스크린(22) 상에 투영될 수 있도록 충분한 색순도를 나타낼때까지 이론상 어두어질 수 있다. 예를 들면, 컬러 필터(18)들에 사용되는 염료나 색소는 과포화 3원색을 참작하여 제조 동안에 더 진하게 농축되거나 적층될 수 있지만, 그러한 색순도는 투과율의 큰 손실을 수반할 것이다. 그렇게 색순도를 높인 필터들에 대한 동일한 문제점은 조명 전력의 현저한 흡수이며, 컬러 필터 레이어(18) 및 전체 LCD(16)의 열발생을 야기할 것이다.
유리가 좋은 열전도체는 아니기 때문에, LCD(16)의 유리기판으로부터 발생되는 그러한 열을 제거하는 것은 어렵다. 따라서, 몇 개의 잔여 문제점들이 존재할 수 있다. 미국 특허번호 제5,682,216호는 영상 가공물로서 나타나는 것으로부터 발생되는 열을 감소시키거나 제거하기 위하여 TAC(Tri-Acetyl Cellulose)로 만들어진 플라스틱 필름의 사용을 기술하고 있다.
본원에서, LCD(56) 앞에 전치리 필터(52)의 배치 및 약한 컬러 필터(58)들은 LCD(56)의 열발생 감소를 도울 것이다. 하기 [표 1]은 전처리 필터(52) 및 약한 컬러 필터(58)들을 구비하는 본 발명의 프로젝션 시스템(50)과 종래기술의 프로젝션 시스템(10)(종래의 컬러 필터를 구비하고 전처리 필터를 구비하지 않음)를 비교한것이다. 도 7은 HDTV 표준 컬러 파라미터("데이터 포인트 x"에 의해 표시됨)에 관련된 본 발명의 프로젝션 시스템(50)과 종래의 프로젝션 시스템(10)(데이터 포인트 사각형에 의해 표시됨)의 컬러 특성을 도시하는 CIE 색도도이다.
선행기술 2개 노치를사용하는 전처리 필터를 갖는 본 발명
붉은색 x=0.65y=0.34 x=0.65y=0.33
녹 색 x=0.31y=0.65 x=0.30y=0.63
푸른색 x=0.15y=0.07 x=0.16y=0.07
백 색 x=0.29y=0.34 x=0.29y=0.34
투 과 15.6% 16.5%
흡 수 84.4% 78.1%
표 1은 거의 이상적 3원색이 각 프로젝션 시스템으로 얻어질 수 있는지를 예시한다. 두 프로젝션 시스템들은 통상적으로 얻을 수 있는 컬러 필터 및 필립스(Philips) UHP 100W 램프에 의거하고 있다. 마찬가지로 좋은 3원색은 전처리 필터링된(이중 노치 필터링된) UHP 광원 및 약한 컬러 필터 세트로 얻어진다. 약 5%의 전처리 필터링된 시스템에 대한 전체 투과가 개선된다.
전처리 필터링된 패널은 전처리 필터링된 조명 에너지의 78%을 흡수하고, 이에 반하여 비필터링된 광원을 사용하는 종래의 프로젝션 시스템은 조명의 48%을 흡수하는 LCD를 갖는다. 더욱이, 전처리 필터는 LCD에 약 25%가 입사되는 광을 감소시키므로, 약한 컬러 필터 세트를 사용하는 LCD에 의해 흡수되는 광전력 양이 최초램프 전력의 58.5%(78*75)까지 감소된다. 전처리 필터링된 프로젝션 시스템이 더 밝아질 뿐만 아니라, LCD에 흡수된 에너지는 비필터링된 프로젝션 시스템에 대한 그것의 약 75%까지만이 감소된다.
노치 필터(52A, 52B)들은 대량 생산의 경우 보다 용이한 각도 튜닝을 위해 두 개의 독립적인 레이어들 또는 소자들처럼 만들어질 수 있으며, 또는 충분한 반복성을 갖을 수 있다면, 표면 제거에 기인하는 보다 낮은 부분 카운트 및 약간 더 높은 투과를 위해 단일 전처리 필터 유닛(52)으로 결합될 수 있다. 각 튜닝은 입사 각을 이용하여 간섭 필터들이 갖는 감광도에 관계된다. 우리는 노치 대역(각 증가를 갖는 푸른색을 향하여)을 맞추기 위하여 필터를 간단히 5 내지 15도 틸팅할 수 있다. 일실시에서, 필터(52A, 52B)들은 약 10도의 입사각(96)(도 2)에서 방향이 정해지도록 형성될 수 있으며, 그로 인하여 각각의 필터를 독립적으로 각 튜닝하여 각각의 필터의 각이 +/-10로 조정되어 독립적으로 각각의 필터를 각 튜닝한다.
또한, 다른 자유 각이 전처리 필터링된 프로젝션 시스템(50)을 이용하여 3원색을 완성시키기 위해 얻어질 수 있다. 비록 전처리 필터(52)의 노치(66, 68)(도 2)들의 에지가 붉은색, 녹색 및 푸른색 색순도로 뒤엉킬지라도, 노란색 노치(68)(590nm)는 실질적으로 푸른 원색값에 영향을 주지 않으며, 청록색 노치(66)(500nm)는 실질적으로 붉은 색순도에 영향을 주지 않는다. 청록색 노치(66)의 490nm 내지 495nm 에지는 푸른색 순도에 강한 영향주고 녹색 순도에 매우 약한 영향을 주고, 이에 반하여 청록색 노치(66)의 505nm 내지 510nm 에지는 푸른색에 조금 영향을 주고 녹색 원색값에 강한 영향을 준다. 이와 마찬가지로, 노란색 노치(68)의 570nm 내지 575nm 에지는 녹색 원색에 강한 영향을 주고 붉은색 순도에 결코 영향을 주어서는 않되며, 반면에 노란색 노치(68)의 585nm 내지 590nm 에지는 붉은색 원색에 강한 영향을 주고 녹색 순도에 매우 조금 영향을 준다.
전처리 필터링된 프로젝션 시스템(50)은 고안자가 내장된 컬러 필터(58)들의 채도를 고안자가 개별적으로 컬러 성분 필터(58R, 58G, 58B)들의 채도를 짙게 하거나 엷게 할 수 있는 변수로 취급하는 것을 가능케한다. 동시에, 고안자는 또한 두 개의 노치 영역(66, 68)을 좁히거나 넓히고 노치 에지들의 4곳의 배치를 맞추기 위하여 전처리 필터(52)를 디자인할 수 있다. 반복 과정에 의해, 고안자는 전체 프로젝션 시스템에 대한 최적의 투과, 컬러 필터(58)들에서 감소된 흡수, 그리고 디스플레이 또는 텔레비전 표준(예컨대, SMPTE HDTV)에 의해 규정된 정밀한 RGB 컬러 포인트들을 발견할 수 있다.
프로젝션 TV에 대한 통상적인 광원은 고압 수은 방전 램프이며, 그것은 붉은색 파장에서 공지의 결점을 갖고 중간 녹색 영역 546nm에서 강한 피크를 갖는다. 도 2의 실시예는 이 램프 전면에 배치되는 두 개의 전처리 필터(52A, 52B)들과 예컨데 포물선 반사기를 사용한다. 두 개의 필터(52A, 52B)들은 대량 생산의 경우 변화를 도모하기 위하여 파장 범위를 맞추도록 약간 틸트될 수 있다.
일실시에서, 전처리 필터(52A, 52B)들은 탁월한 에지 특성 및 저비용으로 인하여 홀로그래픽 매질인 중크롬산염 젤라틴(DCG)으로 만들어진다. 게다가, 상기 DCG 매질은 강한 광투사를 통해 우수한 신뢰성 및 성능을 갖는다. 바람직하게 손해 입히는 자외선 광을 실제로 제거하기 위하여 전처리 필터(52) 전면에 인접하여 위치된 자외선 배제 필터가 있다.
도 8은 본 발명의 또다른 실시예로서 단일 패널 LCD 프로젝터 시스템(100)의 개략 예시도이다. 반사형 3중 대역 전처리 필터(102)는 평형광 렌즈(106)를 통해 조명 시스템(104)으로부터 조명 광을 수신한다. 반사형 3중 대역 전처리 필터(102)는 평형광 렌즈(106)를 통해 반사되는 경사각에서 특정한 또는 튜닝한 3원색 대역(예컨대, 붉은색, 녹색 및 푸른색)을 결합된 편광판 및 분광기(미도시) 그리고 컬러 성분 필터(112R, 112G, 112B)들을 구비하는 다중 컬러 액정화면(LCD)(110)에 반사시키기 위하여 입사각(108)에서 틸트된다. 조명 시스템(104)과 LCD(110)는 조명 시스템(54) 및 LCD(56)와 실질적으로 같을 수 있다. 개략적으로 도시된 프로젝션 광학(114)은 디스플레이 스크린(116)에 디스플레이 영상을 투영한다.
전처리 필터(102)는 방법에 있어 전처리 필터(52)(도 2)이 그것과 유사한 기능을 한다. 특히, 반사형 3중 대역 전처리 필터(102) 및 투과형 노치 필터(52)는 조명 시스템과 LCD를 향하는 직접 컬러 튜닝한 조명 광에 의해 제공되는 조명 스펙트럼을 형성하고 컬러 튜닝한 조명 광을 LCD에 향하게 한다.
투과형 노치 필터(52)는 불필요한 노란색 및 청록색 광 성분들을 LCD(56)로부터 멀리 반사시킴으로써 생략한다. LCD(110)를 향하는 튜닝한 붉은색, 녹색 및 푸른색 광 성분들을 선택적으로 반사시킴으로써, 반사형 3중 대역 전처리 필터(102)는 불필요한 노란색 및 청록색 광 성분들을 흡수하거나 LCD(110)로부터 비켜가도록 전송한다. 따라서, 반사형 3중 대역 전처리 필터(102)는 투과형 노치 필터(52)에 대해 상기한 바와 같이 상대 패널 투과를 증가시키고 LCD(110) 내에 결합된 컬러 성분 필터(112)에 의한 열 흡수를 감소시킨다. 단일 패널 LCD 프로젝션 시스템(100)의 일양상은 반사형 3중 대역 전처리 필터(102)와 같은 컬러 튜닝한 반사형 필터가 투과형 노치 필터(52)와 같은 컬러 튜닝한 투과형 노치 필터보다 더 쉽게 제조할 수 있다는 것이다.
도 9는 본 발명의 또다른 실시예로서 단일 패널 LCD 프로젝터 시스템의 개략 예시도이다. 오목한 기판 상에 반사형 3중 대역 전처리 필터(122)는 조명 시스템(124)으로부터 조명 광을 받는다. 반사형 3중 대역 전처리 필터(122)는 입사각(128)에 상대적으로 틸트되어, 결합된 편광판 및 분광기(미도시) 그리고 컬러 성분 필터(132R, 132G, 132B)들을 구비하는 다중 컬러 액정화면(LCD)(130)에 반사되는 경사각에서, 특정한 또는 튜닝한 3원색 대역(예컨대, 붉은색, 녹색 및 푸른색)을 반사시킨다.
프로젝션 시스템(120)은, LCD(130)에 유도된 컬러 튜닝된 조명 광의 컨버젼스를 제공하기 위한 평형광 렌즈(106) 대신 오목한 기판을 사용하는 것 이외에는 프로젝션 시스템(100)과 실질적으로 동일하다. 개략적으로 표시된 프로젝션 광학(134)은 디스플레이 스크린(136)에 디스플레이 영상을 투영한다.
도 10은 본 발명의 또다른 실시예로서 단일 패널 LCD 프로젝션 시스템(150)의 개략 예시도이다. 반사형 3중 대역 전처리 필터(152)는 광 파이프 적분기(156)(속이 빈 또는 속이 찬), 릴레이 광학계(158) 및 편광 변환 시스템(PCS)(160)을 거쳐 조명 시스템(154)으로부터 조명 광을 수신한다. PCS(160)는 임의의 편광의 균일한 조명을 받고 최소 감쇠를 갖는 선택된 편광(예컨데, S 편광된)으로 광을 전송한다.
예컨대, PCS(160)는 편광이 선택적이고 전체적으로 무색인 지지된 유전체 필름(162)을 포함한다. S 및 P 편광 중에 하나는 유전체 필름(162)(예컨대, S 편광)을 통해 전달되며, 그리고 S 및 P 편광 중에 다른 하나(예컨대, P 편광)는 반파장 지연부(168)를 통해 외부로 반사되도록 하는 인접한 프리즘(166)의 경사면 상에서 유전체 필름(164)으로 반사된다. 반파장 지연부(168)가 반사된 S 편광을 P 편광으로 변환시켜서, PCS(160)를 통과하는 모든 광은 단일 편광(예컨대, S 편광)이 된다.
반사형 3중 대역 전처리 필터(152)는, 예컨대 입사각으로부터 45도 각(170)에서 3원색 성분, 붉은색, 녹색 및 푸른색을 우선적으로 반사하는 경사 필름들로 형성될 수 있다. 일실시예에서, 자홍색(magenta) 필터는 이중 노치 필터와 동등한 것을 형성하기 위해 붉은색 및 푸른색 경사 필터들로 대체될 수 있다. 다른 실시예로, 경사 필터들은 분리 기판 또는 공유 기판 상에 형성될 수 있다. 전처리 필터(152)는 컬러 성분 필터(174R, 174G, 174B)를 사용하여 컬러 필터링된 광을 LCD(172)에 반사하고, 프로젝션 광학(176)은 디스플레이 스크린(178)에 디스플레이 영상을 투영한다.
도 11은 단일 패널 LCD 프로젝션 시스템(180)의 또다른 실시예의 개략 예시도이다. 투과적 광학 지연 이중 노치 전처리 필터(182)는 광 파이프 적분기(186)(속이 빈 또는 속이 찬), 릴레이 광학계(188), 그리고 편광된 조명(예컨대, 한 축을 따라)을 전체적으로 편광시키는 편광 변환 시스템(PCS)(190)을 거쳐 조명시스템(184)으로부터 조명 광을 수신한다. 조명 적분기(186)는 조명 시스템(184)에 의해 제공되는 광의 밝기 균일을 증가시키고, 릴레이 광학(188)은 투과 이중 노치 전처리 필터(182)를 통과하는 균일 조명 광을 별도의 편광판(194)을 구비하는 LCD(192)에 투영한다.
예컨대, PCS(190)는 편광이 선택적이고 전체적으로 무색인 지지된 유전체 필름(202)을 포함한다. S 및 P 편광 중에 하나는 유전체 필름(202)(예컨대, S 편광)을 통해 전달되며, 그리고 S 및 P 편광 중에 다른 하나(예컨대, P 편광)는 반파장 지연부(208)를 통해 외부로 반사되도록 하는 인접한 프리즘(206)의 경사면 상에서 유전체 필름(204)으로 반사된다. 반파장 지연부(208)가 반사된 S 편광을 P 편광으로 변환시킴으로써, PCS(190)를 통과하는 모든 광은 단일 편광(예컨대, S 편광)이 된다.
일실시에서, 이중 노치 전처리 필터(182)는 특정 각에서 특정 지연 값을 각각 갖는 스트레치 플라스틱 필름들의 스택으로 형성되며, 이것에 의해 일부 파장(이상적으로 90도 정도)을 간단히 회전시키고 비회전된(또는 다른 대역에 효과적으로 직교되는) 다른 파장을 그대로 유지하는 필터를 형성한다. 투과 광학 지연부 스택인 이중 노치 전처리 필터(182)는 통상적으로 콜로라도주, 보울더의 컬러링크사로 얻을 수 있다. 지연부 스택인 이중 노치 전처리 필터(182)의 이점은 비교적 큰 시계각(viewing angle)을 갖는 것이며, 이를 통하여 필터 대역의 에지에 대한 실질적 편이가 없게 되는 것이다.
LCD 프로젝션 시스템(180)의 구성은, 즉 편광 변환 시스템(190) 및편광판(194) 사이에 지연부 스택인 이중 노치 전처리 필터(182)가 위치되고, 지연부 스텍인 이중 노치 전처리 필터(182)가 노치된 주파대를 제거하거나 감소시키게 한다. 실질적으로 LCD(192)에 인접하여 위치된 편광판(194)은 프로젝션 시스템(180)의 영상대비를 높인다. 프로젝션 시스템(180)의 일부 실시예에서, 고정 및 컬러 필터(210R, 210G, 210B)들을 구비하는 LCD(192)는 단지 하나(예컨대, 노란색)의 노치대역만을 갖는 지연부 스택 노치 전처리 필터를 지연부 스택 이중 노치 전처리 필터(182)로 대체할 수 있다.
도 12는 다중 컬러 액정화면(LCD)(256) 후면에 위치된 노치 컬러 필터(252)(예컨대, 이중 노치 필터)를 포함하는 단일 패널 LCD 프로젝션 시스템(250)의 개략 예시도이다. 상술한 실시예를 사용하는 경우, 프로젝션 시스템(250)은 광원(255)을 구비하는 조명 시스템(254)을 구비한다. LCD(256)는 붉은색, 녹색 및 푸른색 3원색 성분에 대응하는 내장된 컬러 필터(258R, 258G, 259B)들 그리고 결합된 편광판 및 분광기(미도시)를 포함한다. 노치 컬러 필터(252)는 LCD(256) 및 프로젝션 광학(260) 사이에 위치되며, 그것들은 개략적으로 도시되고 디스플레이 스크린(262)에 컬러 영상을 투영한다.
노치 컬러 필터(252)는 조명 시스템(254)과 LCD(256)의 결합에 의해 제공되는 조명 스펙트럼을 형성하는 기능을 한다. 노치 컬러 필터(252)는 조명 광에서 실질적으로 순수한 3원색 생성에 기여하지 않는 소정 주파대의 세기를 제거하거나 감소시키도록 선택된다. 노치 컬러 필터(252)에 의해 수행되는 필터링의 결과는 LCD 컬러 필터(258)들이 불포화될 수 있는 것이고, 프로젝션 시스템(250)의 전체 투과가 개선될 수 있는 것이다. LCD(256)의 후면에 노치 컬러 필터(252)를 배치하는 불이익은 소정의 불필요한 주파대가 컬러 성분 필터(258)들에 의해 흡수될 수 있는 것이고, 그로 인하여 LCD(256)에 일정한 열이 발생하게 된다. 예를 들어, 노치 컬러 필터(252)는 상기한 바와 같이 홀로그래픽 매질인 중크롬산염 젤라틴(DCG)으로 형성될 수 있다.
통상적으로 LCD 리어 프로젝션 시스템은 약 6000 루멘을 발생하고 적어도 10,000 시간의 수명을 갖을 수 있는 100W 고압 수은 램프를 사용하고, 이것은 가정용 텔레비전 제품에 요구된다. 본 발명의 다양한 실시예는 컬러 텔레비전 리어 프로젝션 시스템과 다양한 다른 전면 및 후면 프로젝션 시스템을 구비하는 다양한 프로젝션 디스플레이 제품에 사용될 수 있다.
본 발명의 원리가 적용될 수 있는 많은 가능한 실시예를 고려하면, 상세 설명에 기재된 실시예들은 단순한 예시이고 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주되어서는 않된다. 오히려, 출원인은 다음 청구항의 범위 및 정신 내에 속할 수 있는 본발명의 모든 실시예들 그리고 그와 동등한 것들을 청구한다.

Claims (27)

  1. 다수의 3원색 디스플레이 컬러들에 대응하는 결합된 매트릭스 컬러 필터들을 갖는 투과 액정화면 셀;
    상기 액정화면 셀 방향으로 조명 광을 향하게 하는 광원; 및
    상기 3원색 디스플레이 컬러들 이외의 적어도 하나의 광 컬러를 상기 조명 광으로부터 실질적으로 제거하기 위하여 광원과 상기 액정화면 셀 사이에 위치되는 노치 컬러 전처리 필터
    를 포함하는 액정화면 프로젝션 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 3원색 디스플레이 컬러들 이외의 적어도 하나의 광 컬러는 575나노미터와 590나노미터 사이의 광 파장에 대응하는 것을 특징으로 하는 액정화면 프로젝션 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 3원색 디스플레이 컬러들 이외의 적어도 하나의 광 컬러는 495나노미터와 505나노미터 사이의 광 파장에 대응하는 것을 특징으로 하는 액정화면 프로젝션시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 노치 컬러 전처리 필터는 상기 3원색 디스플레이 컬러들 이외의 두 개의 광 컬러를 조명 광으로부터 실질적으로 제거하는 것을 특징으로 하는 액정화면 프로젝션 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 3원색 디스플레이 컬러들 이외의 두 개의 광 컬러 중에 하나는 575나노미터와 590나노미터 사이의 광파장에 대응하는 것을 특징으로 하는 액정화면 프로젝션 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 3원색 디스플레이 컬러들 이외의 두 개의 광 컬러 중에 하나는 495나노미터와 505나노미터 사이의 광파장에 대응하는 것을 특징으로 하는 액정화면 프로젝션 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 3원색 디스플레이 컬러들 이외의 두 개의 광 컬러들은 약 500나노미터와 약 585나노미터의 광파장에 대응하는 것을 특징으로 하는 액정화면 프로젝션 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원으로부터 발생되는 조명 광은 입사 경사각에서 상기 노치 컬러 전처리 필터 상에 입사되고,
    상기 노치 컬러 전처리 필터는 상기 액정화면 셀로부터 멀리 위치한 상기 3원색 디스플레이 컬러들 이외의 적어도 하나의 광 컬러를 반사하는 것을 특징으로 하는 액정화면 프로젝션 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 노치 컬러 전처리 필터는 상기 3원색 디스플레이 컬러들 이외의 두 개의 광 컬러를 상기 조명 광으로부터 실질적으로 제거하고 상기 3원색 디스플레이 컬러들 이외의 상기 두 개의 광 컬러 각각에 대한 두 개의 분리 광학 기판을 구비하며,
    상기 두 개의 분리 광학 기판 각각은 분리되는 입사 경사각을 갖는 것을 특징으로 하는 액정화면 프로젝션 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 노치 컬러 전처리 필터는 상기 액정화면 셀을 비켜가는 상기 3원색 디스플레이 컬러들 이외의 적어도 하나의 광 컬러를 흡수하는 것을 특징으로 하는 액정화면 프로젝션 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 3원색 디스플레이 컬러들은 상기 컬러들 붉은색, 녹색 및 푸른색에 대응하는 것을 특징으로 하는 액정화면 프로젝션 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정화면 프로젝션 시스템은 컬러 텔레비젼 후면 프로젝션 시스템에 포함되는 것을 특징으로 하는 액정화면 프로젝션 시스템.
  13. 다수의 3원색 디스플레이 컬러들에 대응하는 결합된 매트릭스 컬러 필터들을 갖는 투과 액정화면 셀;
    상기 액정화면 셀 방향으로 조명 광을 향하게 하는 광원; 및
    상기 3원색 디스플레이 컬러들 이외의 적어도 하나의 광 컬러를 상기 조명 광으로부터 실질적으로 제거하기 위하여 광원과 상기 액정화면 셀 사이에 위치되는 컬러 전처리 필터
    를 포함하는 액정화면 프로젝션 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 컬러 전처리 필터는 상기 액정화면 셀에 상기 3원색 디스플레이 컬러를 우선적으로 통과시킴으로써 상기 3원색 디스플레이 컬러들 이외의 적어도 하나의 광 컬러를 상기 조명 광으로부터 실질적으로 제거하는 것을 특징으로 하는 액정화면 프로젝션 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 컬러 전처리 필터는 상기 3원색 디스플레이 컬러들의 두 개의 파장들 사이의 파장을 갖는 광 컬러를 상기 조명 광으로부터 실질적으로 제거하는 노치 컬러 전처리 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정화면 프로젝션 시스템.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 컬러 전처리 필터는 상기 3원색 디스플레이 컬러들의 서로다른 쌍의 파장들 사이의 파장을 각각 갖는 두 개의 광 컬러들을 상기 조명 광으로부터 실질적으로 제거하는 노치 컬러 전처리 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정화면 프로젝션 시스템.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 광원으로부터 발생되는 상기 조명 광은 입사 경사각에서 상기 컬러 전처리 필터 상에 입사되고,
    상기 컬러 전처리 필터는 상기 액정화면 셀을 비켜가는 상기 3원색 디스플레이 컬러들 이외의 적어도 하나의 광 컬러를 반사하는 것을 특징으로 하는 액정화면 프로젝션 시스템.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 컬러 전처리 필터는 상기 액정화면 셀로부터 멀리 위치한 상기 3원색 디스플레이 컬러들 이외의 적어도 하나의 광 컬러를 흡수하는 것을 특징으로 하는액정화면 프로젝션 시스템.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 액정화면 프로젝션 시스템은 컬러 텔레비젼 후면 프로젝션 시스템에 포함되는 것을 특징으로 하는 액정화면 프로젝션 시스템.
  20. 다수의 3원색 디스플레이 컬러들에 대응하는 결합된 매트릭스 컬러 필터들을 구비하는 투과 액정화면 셀을 갖고 상기 액정화면 셀 방향으로 조명 광을 향하게 하는 광원을 갖는 액정화면 프로젝션 시스템에서, 디스플레이 밝기를 증가시키는 방법에 있어서,
    상기 3원색 디스플레이 컬러들 이외의 적어도 하나의 광 컬러를 상기 조명 광으로부터 실질적으로 제거하기 위하여 상기 조명 광을 상기 광원과 상기 액정화면 셀 사이를 통과시켜 컬러 전처리 필터링하는 단계
    를 포함하는 액정화면 프로젝션 시스템에서 디스플레이 밝기의 증가 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 컬러 전처리 필터링 단계는 상기 액정화면 셀에 상기 3원색 디스플레이컬러들을 우선적으로 통과시키는 것을 특징으로 하는 액정화면 프로젝션 시스템에서 디스플레이 밝기의 증가 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 컬러 전처리 필터링 단계는 상기 3원색 디스플레이 컬러들의 두 개의 파장들 사이의 파장들을 갖는 광 컬러를 상기 조명 광으로부터 실질적으로 제거하는 것을 특징으로 하는 액정화면 프로젝션 시스템에서 디스플레이 밝기의 증가 방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 컬러 전처리 필터링 단계는 다른 쌍의 상기 3원색 디스플레이 컬러들의 파장들 사이의 파장을 각각 갖는 두 개의 광 컬러들을 상기 조명 광으로부터 실질적으로 제거하는 것을 특징으로 하는 액정화면 프로젝션 시스템에서 디스플레이 밝기의 증가 방법.
  24. 다수의 3원색 디스플레이 컬러들에 대응하는 결합된 매트릭스 컬러 필터들을 갖는 투과 액정화면 셀;
    상기 액정화면 셀 방향으로 조명 광을 향하게 하는 광원;
    디스플레이 영상을 만들기 위하여 상기 액정화면 셀로부터 이미지 조명광을 받는 디스플레이 스크린; 및
    상기 3원색 디스플레이 컬러들 이외의 적어도 하나의 광 컬러를 실질적으로 상기 이미지 조명광으로부터 제거하기 위하여 배치되는 노치 컬러 필터
    를 포함하는 액정화면 프로젝션 시스템.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 노치 컬러 필터는 상기 광원과 상기 액정화면 셀 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 액정화면 프로젝션 시스템.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 노치 컬러 필터는 상기 액정화면 셀과 상기 디스플레이 스크린 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 액정화면 프로젝션 시스템.
  27. 제 4 항에 있어서,
    상기 노치 컬러 전처리 필터는 상기 3원색 디스플레이 컬러들 이외의 두 개의 광 컬러 각각에 대한 두 개의 분리 광학 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정화면 프로젝션 시스템.
KR10-2004-7009475A 2001-12-21 2002-12-06 단일 패널 프로젝션 디스플레이 시스템에 사용되는 컬러전처리 필터 KR20040069333A (ko)

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