KR20040079810A - 칼라 분리유닛 및 이를 적용한 프로젝션 타입 화상 표시장치 - Google Patents

칼라 분리유닛 및 이를 적용한 프로젝션 타입 화상 표시장치 Download PDF

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KR20040079810A
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Abstract

칼라 분리유닛 및 이를 적용한 프로젝션 타입의 화상 표시장치가 개시되어 있다. 칼라 분리유닛에서 광원으로부터 입사되는 광을 복수의 색광으로 분리하고, 분리된 복수의 색광 중 적어도 하나의 색광과 나머지 색광이 서로 다른 편광으로 되도록 하며, 복수의 색광을 그 회전 운동이 렌즈 어레이의 직선운동으로 전환되도록 렌즈셀이 형성된 스크롤링 유닛을 이용하여 스크롤링한다.
이러한, 색분리 구조가 개선된 칼라 분리유닛 및 스크롤링 유닛을 이용하면, 유효 광량을 증대시킬 수 있어 고 효율의 칼라광을 조명할 수 있으며, 이러한 칼라 조명장치를 사용하는 프로젝션 타입의 화상 표시장치의 광학적 구성을 단순화할 수 있고, 그 전체 구성을 소형화 할 수 있다.

Description

칼라 분리유닛 및 이를 적용한 프로젝션 타입 화상 표시장치{Color separating unit and projection type image display apparatus employing the same}
본 발명은 색분리 구조가 개서된 칼라 분리유닛 및 이를 적용하여 구비하여 광효율로 칼라 광을 조명함과 아울러 광학계를 소형화할 수 있도록 된 프로젝션 타입 화상 표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 프로젝션 타입의 화상 표시장치는, 액정표시소자(Liquid Crystal Display)나 마이크로미러 디스플레이장치(Digital Micromirror Display)와 같은 마이크로 디스플레이 즉, 라이트 밸브(light valve)에서 생성된 화상을 투사광학계를 사용하여 스크린에 확대 투사하여 대화면을 제공하는 시스템이다.
이 화상 표시장치는 채용된 마이크로 디스플레이의 매수에 따라 1 패널방식과, 3 패널방식으로 구분된다. 3 패널방식의 화상 표시장치는 분리된 적, 청, 녹색의 광경로 각각에 배치되는 3매의 라이트 밸브를 이용하는 방식으로 1 패널방식에 비하여 광효율이 좋으나 광학적 구성이 복잡하고 제작비용이 높다는 단점이 있다.
한편, 통상적인 1 패널방식의 화상 표시장치는 칼라휠을 채용하여 입사된 백색광을 주기적으로 적, 청, 녹색으로 바꾸어 주는 구조로, 그 구성이 간단하다는이점은 있으나, 칼라휠을 채용함으로써 3 패널방식에 비하여 2/3의 광량 손실이 발생하여 광효율이 낮다는 단점이 있다. 이러한 1 패널방식을 이용하면서도 상기한 광효율 저하 문제를 고려하여, 종래에는 도 1에 보여진 바와 같은 화상 표시장치가 제안된 바 있다.
도 1를 참조하면, 종래의 1 패널방식의 화상 표시장치는 광원(11)에서 무편광의 백색광을 생성/조사한다. 이 조사된 백색광은 입사광을 혼합하여 균일광이 되도록 하는 파리눈렌즈 어레이(fly eye lens array)(13)를 통과하면서 균일한 광이 되어 편광정렬기(15)로 향한다. 상기 편광정렬기(15)는 상기 광원(11)에서 조사된 무편광의 백색광을 일 편광방향의 광을 가지는 백색광이 되도록 편광 방향을 바꾸어준다. 이 편광정렬기(15)를 투과한 백색광은 제1 및 제2이색미러(17)(19)에서 적색, 청색, 녹색의 광으로 분기된다. 즉, 제1이색미러(17)는 입사된 백색광 중 청색파장의 광은 반사시키고 나머지 광은 투과시킨다. 그리고, 투과된 광은 제2이색미러(19)에서 녹색광과 적색광으로 분기된다.
이와 같이 분기된 각 칼라의 광경로에는 입사광을 주기적으로 스크롤링(scrolling)시키는 제1 내지 제3스캐닝 프리즘(21)(23)(25)이 배치된다. 이 제1 내지 제3스캐닝 프리즘(21)(23)(25) 각각은 사각기둥 형상의 프리즘을 가지는 것으로, 구동원(미도시)에 의하여 회전 구동된다. 회전 구동에 의하여 광경로 상에서의 광축과 프리즘의 측벽이 이루는 각도가 바뀌면서, 이 프리즘을 투과한 광의 진행경로가 주기적으로 바뀌게 된다.
여기서, 상기 제1 내지 제3스캐닝 프리즘(21)(23)(25)의 광경로 상에서의 회전 구동시, 상기 제1 내지 제3스캐닝 프리즘(21)(23)(25) 각각을 투과한 광이 디스플레이소자(33)의 유효화상영역을 삼분하여 조사되도록 각 프리즘의 초기 각도가 설정되어 있다. 따라서, 상기 제1 내지 제3스캐닝 프리즘(21)(23)(25)의 구동상태에 따라서 도 2에 도시된 바와 같이, 디스플레이소자(33)의 유효화상영역에 분기된 칼라의 광이 (B, R, G) -> (G, B, R) -> (R, G, B) 순서를 반복하면서 맺히게 된다.
상기 제1 내지 제3스캐닝 프리즘(21)(23)(25)을 경유한 광은 제3 및 제4이색미러(27)(29)에서 합성된다. 여기서, 상기 제1이색미러(17)와 제3이색미러(27) 사이 및, 상기 제2이색미러(19)와 제4이색미러(29) 사이 각각에는 반사미러(18)(19)가 배치되어 광의 진행경로를 바꾸어준다.
상기 제4이색미러(29)를 경유한 스크롤링 된 광은 입사광을 그 편광에 따라 투과 또는 반사시키는 편광빔스프리터(31)에 입사된다. 이 편광빔스프리터(31)에서 반사된 광은 도 2에 도시된 바와 같이 주기적으로 스크롤링 되면서 상기 라이트 밸브(33)에 입사된다. 상기 라이트 밸브(33)는 입사된 광을 화소단위로 제어하여 화상을 형성한다. 여기서, 화상은 화소 단위로 출사광의 편광을 변화시킴으로써 생성되는 것으로, 입사광의 편광과 다른 편광의 광만이 상기 편광빔스프리터(31)를 투과하여 투사렌즈유니트(35)로 향한다. 투사렌즈유니트(35)는 입사된 화상을 스크린(50)에 확대 투사시킨다.
한편, 상기한 화상 표시장치는 광원(11)에서 조사된 광이 상기 라이트 밸브(33)까지 전달되도록 광경로 상에 복수의 릴레이렌즈(41, ... ,48)를 포함한다.
이와 같이 구성된 종래의 화상 표시장치는 칼라 화상을 구현하기 위하여 1매의 라이트 밸브를 채용함에도 불구하고, 광학적 구성이 매우 복잡하다는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 색분리 구조를 개선한 칼라 분리유닛 및 이 칼라 분리유닛에 의해 분리된 색광들을 스크롤시키는 구조를 개선하여 광학계를 소형화하면서도 고효율의 칼라 광을 조명할 수 있도록 된 프로젝션 타입 화상 표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 칼라 조명장치를 채용한 1 패널방식의 프로젝션 타입 화상 표시장치의 광학적 구성을 보인 개략적인 도면.
도 2는 도 1의 스캐닝 프리즘의 구동에 따른 분기된 칼라바의 변동을 보인 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 칼라 조명장치의 광학적 구성을 보인 개략적인 도면.
도 4는 도 3의 광원 및 칼라 분리유닛을 발췌하여 보인 개략적인 사시도.
도 5는 도 4의 칼라 분리유닛을 보인 정면도.
도 6은 칼라 분리유닛의 다른 실시예를 보인 개략적인 사시도.
도 7은 도 3의 스크롤링 유닛을 보인 개략적인 평면도.
도 8은 도 3의 스크롤링 유닛을 보인 개략적인 사시도.
도 9는 도 3의 실린드리컬 렌즈 쌍에 의한 수평축 레이 트레이싱(Ray Tracing)을 보인 도면.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 칼라 조명장치의 광학적 구성을 보인개략적인 도면.
도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 프로젝션 타입 화상 표시장치의 광학적 구성을 보인 개략적인 도면.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 프로젝션 타입 화상 표시장치의 광학적 구성을 보인 개략적인 도면.
도 13은 도 12의 스크롤 변환 프리즘를 개략적으로 보인 사시도.
도 14는 본 발명의 제3실시예에 따른 프로젝션 타입 화상 표시장치의 광학적 구성을 보인 개략적인 도면.
도 15는 도 14의 스크롤링 유닛을 개략적으로 보인 평면도.
도 16은 본 발명의 제4실시예에 따른 프로젝션 타입 화상 표시장치의 광학적 구성을 보인 개략적인 도면,
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칼라 조명장치의 광학적 구성을 개략적으로 보인 도면,
도 18은 본 발명의 제5실시예에 따른 프로젝션 타입 화상 표시장치의 광학적 구성을 보인 개략적인 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
60...광원 70,170,600...칼라 분리유닛
95a,95b,97a,97b,131,132...실린드리컬렌즈
100,700...스크롤링 유닛 101,103...스파이럴 렌즈 디스크
111...글래스로드 121,123...파리눈렌즈어레이
140,240...광학유니트 150...화상결합기
151...편광빔스프리터 153,155...파장판
157,159...라이트 밸브 270...투사렌즈 유니트
280...스크린
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화상 표시장치는, 광을 생성 출사하는 적어도 하나의 광원과; 상기 광원쪽에서 입사되는 광을 복수의 색광으로 분리하며, 상기 분리된 복수의 색광 중 적어도 하나의 색광과 나머지 색광이 서로 다른 편광으로 되도록 하는 칼라 분리유닛과; 상기 칼라 분리유닛에 의해 분리된 복수의 색광 중 적어도 하나 이상의 색광을 각각 입력된 화상신호에 따라 화소 단위로 제어하여 화상을 형성하는 복수의 라이트 밸브와; 상기 복수의 라이트 밸브에 의해 생성된 화상을 통합하기 위한 화상결합기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 칼라 분리유닛은, 서로 다른 색광을 반사시키며 상기 광원쪽에서 입사되는 광의 진행 방향에 대해 경사지고 서로 이격된 복수의 이색 미러면과; 상기 적어도 하나의 색광과 나머지 색광이 서로 다른 편광으로 되도록 하는 적어도하나의 편광 변환기;를 구비할 수 있다.
이때, 상기 칼라 분리유닛은 로드형의 단일체 구조로 된 것이 바람직하다.
상기 칼라 분리유닛은, 각각 서로 다른 색광을 반사시키는 상기 이색 미러면을 갖는 복수의 이색 프리즘을 포함할 수 있다.
상기 편광 변환기는, 이색 미러면 사이, 분리된 복수의 색광들이 출사되는 출사면의 일부 영역 및 분리된 복수의 색광들 중 적어도 어느 한 색광의 진행 경로 중 어느 한 곳에 위치되는 것이 바람직하다.
상기 복수의 라이트 밸브는, 일 편광으로 된 상기 적어도 하나의 색광을 이용하여 화상을 형성하는 제1라이트 밸브와; 다른 편광으로 된 상기 나머지 색광을 이용하여 화상을 형성하는 제2라이트 밸브;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 화상결합기는, 입사되는 색광들을 편광에 따라 선택적으로 투과 또는 반사시켜 상기 제1 및 제2라이트 밸브로 조사되도록 하는 편광빔스프리터;를 포함하여, 색광들이 편광에 따라 분리되어 제1 및 제2라이트 밸브에 조사되며, 상기 제1 및 제2라이브 밸브에서 생성된 화상을 통합하도록 된 것이 바람직하다.
상기 화상결합기는, 상기 편광빔스프리터와 제1라이트 밸브, 상기 편광빔스프리터와 제2라이트 밸브 사이에 각각 배치되어 입사광의 편광을 바꾸어주는 한쌍의 파장판;을 더 포함할 수 있다.
상기 칼라 분리유닛은, 상기 광원쪽에서 입사되는 광을 3개 이상의 색광으로 분리하고, 분리된 3개 이상의 색광 중 적어도 하나의 색광과 나머지 색광이 서로 다른 편광으로 되도록 마련된 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화상 표시장치는, 광을 생성 출사하는 적어도 하나의 광원과; 상기 광원쪽에서 입사되는 광을 4개 이상의 색광으로 분리하도록, 서로 다른 색광을 반사시키며 상기 광원쪽에서 입사되는 광의 진행 방향에 대해 경사지고 서로 이격된 4개 이상의 이색 미러면을 구비하며, 로드형 구조로 된 칼라 분리유닛과; 조사되는 색광들을 입력된 화상신호에 따라 화소 단위로 제어하여 화상을 형성하는 적어도 하나의 라이트 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 칼라 분리유닛은, 각각 서로 다른 색광을 반사시키는 상기 이색 미러면을 갖는 4개 이상의 이색 프리즘을 포함할 수 있다.
이때, 상기 칼라 분리유닛은, 상기 이색 미러면에 의해 분리된 4개 이상의 색광 중 적어도 어느 한 색광과 나머지 색광이 서로 다른 편광으로 되도록 하는 적어도 하나의 편광 변환기;를 더 구비할 수 있다.
여기서, 상기 적어도 하나의 라이트 밸브는, 일 편광으로 된 상기 적어도 하나의 색광을 이용하여 화상을 형성하는 제1라이트 밸브와; 다른 편광으로 된 상기 나머지 색광을 이용하여 화상을 형성하는 제2라이트 밸브;를 포함하며, 상기 제1 및 제2라이트 밸브에 의해 생성된 화상을 통합하기 위한 화상결합기;를 더 포함할 수 있다.
이상에서, 상기 칼라 분리유닛은 광원쪽에서 입사되는 광을 시안광(C), 청색광(B), 적색광(R), 녹색광(G)으로 분리하거나, 광원쪽에서 입사되는 광을 청색광(B), 시안광(C), 마젠타광(M), 적색광(R), 녹색광(G) 및 노란색광(Y)으로 분리하도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 칼라 분리유닛의 입력단에 상기 광원에서 조사된 광을 일 편광으로 정렬시켜 상기 칼라 분리유닛내로 입사시키는 편광 정렬기;를 더 구비할 수 있다.
상기 칼라 분리유닛에 의해 분리된 색광들이 스크롤링되도록 하는 적어도 하나의 스크롤링 유닛;을 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 스크롤링 유닛은, 그 회전 운동이 렌즈어레이의 직선운동으로 전환될 수 있도록 형성된 적어도 하나의 렌즈셀을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 칼라 분리유닛에 의해 분리된 색광들 중 적어도 하나의 색광을 제1색광그룹, 나머지의 적어도 하나 이상의 색광을 제2색광그룹이라 할 때, 상기 칼라 분리유닛은, 상기 제1색광그룹의 광과 상기 제2색광그룹의 광이 상기 스크롤링 유닛에 서로 이격된 상태로 입사될 수 있도록 제1 및 제2색광그룹 사이를 이격시키도록 마련될 수 있다.
이때, 상기 칼라 분리유닛은 상기 제1색광그룹의 광과 상기 제2색광그룹의 광이 서로 다른 편광이 되도록 마련된 것이 바람직하다.
상기 스크롤링 유닛은, 단일 스크롤링 유닛 또는 한쌍의 스크롤링 유닛을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 스크롤링 유닛을 통과한 제1색광그룹의 광과 제2색광그룹의 광의 진행 경로를 합치기 위한 광학유니트;를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 광학유니트는 제1 및 제2색광그룹의 광 중 어느 한 색광그룹의 광을 반사시키는 제1반사면과, 상기 제1반사면에서 반사된 일 색광그룹의 광과 나머지 색광그룹의 광을 선택적으로 투과 및 반사시켜 진행 경로를 합치도록 된 제2반사면;을 포함할 수 있다.
상기 광학유니트는 상기 스크롤링 유닛의 일 유효영역을 투과한 적어도 하나의 색광에 대한 칼라바를 반사과정을 통해 반전시켜 스크롤 방향을 바꾸어주며, 반사과정을 통해 스크롤 방향이 바뀌어 입사되는 적어도 하나의 색광과 상기 스크롤링 유닛의 다른 유효 영역을 투과한 나머지 색광을 선택적으로 투과 및 반사시켜, 제1 및 제2색광그룹의 광의 진행 경로를 합치도록 된 스크롤 방향 변환 프리즘인일 수 있다.
여기서, 상기 스크롤 방향 변환 프리즘은, 아미치(Amichi) 프리즘형상을 가지는 것이 바람직하다.
상기 광학유니트는 반사과정을 통해, 스크롤 방향이 바뀌어 입사되는 적어도 하나의 색광과 상기 스크롤링 유닛의 다른 유효 영역을 투과한 나머지 색광을 편광에 따라 선택적으로 투과 및 반사시켜, 제1 및 제2색광그룹의 광의 진행 경로를 합치도록 될 수도 있다.
상기 칼라 분리유닛에 의해 분리된 복수의 색광이 상기 스크롤링 유닛의 동일 유효 영역에 입사되도록 마련될 수도 있다.
여기서, 상기 스크롤링 유닛의 적어도 하나의 렌즈셀은 나선형으로 형성된 것이 바람직하다.
상기 스크롤링 유닛의 렌즈셀은 실린더형 렌즈셀인 것이 바람직하다.
상기 스크롤링 유닛은 광의 진행방향으로 서로 이격되며, 각각에 상기 렌즈셀이 형성된 제1 및 제2스파이럴 렌즈 디스크를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제1 및 제2스파이럴 렌즈 디스크 사이의 광로 상에, 글래스 로드;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 스크롤링 유닛에 입사되는 광빔의 폭을 제어하기 위해 상기 광원과 스크롤링 유닛 사이의 광로 상에 위치된 적어도 하나의 제1실린드리컬 렌즈와; 상기 스크롤링 유닛을 통과한 광을 평행광으로 바꿔주도록 상기 스크롤링 유닛을 통과한 광의 진행 경로 상에 위치된 적어도 하나의 제2실린드리컬 렌즈;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 스크롤링 유닛에서 출사된 광의 진행 경로 상에 배치되어, 상기 스크롤링 유닛에서 스크롤된 색광들이 서로 다른 영역에 칼라바를 이루도록 하는 파리눈 렌즈 어레이;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 파리눈 렌즈 어레이를 통과한 광의 경로 상에 배치되어, 상기 파리눈 렌즈 어레이에 의해 형성되는 칼라바가 소정 위치에 맺히도록 하는 릴레이렌즈;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 광원과 칼라 분리유닛 사이에, 상기 광원쪽에서 진행하는 광의 발산각을 조절하기 위한 공간필터를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 칼라 분리유닛으로부터 출사되는 각 색광의 경로 상에 배치되어, 출사되는 각 색광이 소정 발산각을 가지도록 하는 다수의 릴레이 렌즈;를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 칼라 분리유닛은, 입사되는 광을 복수의 색광으로 분리하며, 상기 분리된 복수의 색광 중 적어도 하나의 색광과 나머지 색광이 서로 다른 편광으로 되도록 마련된 것을 특징으로 한다.
여기서, 본 발명의 칼라 분리유닛은 각각 서로 다른 색광을 반사시키며 입사되는 광의 진행 방향에 대해 경사지고 서로 이격된 복수의 이색 미러면과, 상기 적어도 하나의 색광과 나머지 색광이 서로 다른 편광으로 되도록 하는 적어도 하나의 편광변환기;를 구비하는 것이 바람직하다.
이때, 칼라 분리유닛은 로드형의 단일체 구조로 된 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 칼라 분리유닛은, 서로 다른 색광을 반사시키며 상기 광원쪽에서 입사되는 광의 진행 방향에 대해 경사지고 서로 이격된 4개 이상의 이색 미러면을 구비하여, 입사되는 광을 4개 이상의 색광으로 분리하며, 로드형 구조를 이루도록 된 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 칼라 분리유닛 및 이를 구비한 프로젝션 타입 화상 표시장치의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 프로젝션 타입 화상 표시장치에 적용되는 칼라 조명장치의 일 실시예를 보여준다. 본 발명에 따른 칼라 조명장치는, 백색광을 출사하는 광원(60)과, 이 광원(60)쪽에서 입사된 광을 복수의 색광 예컨대, 3개 이상의 색광으로 분리하는 칼라 분리유닛(70)을 포함한다. 또한, 칼라 조명장치는, 회전 운동에 의하여 상기 칼라필터(70)에서 분리된 색광들을 주기적으로 스크롤하는 스크롤링 유닛(100)을 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 광원(60)은 백색광을 생성 조사하는 것으로, 광을 생성하는 램프(61)와, 이 램프(61)에서 출사된 광을 반사시켜 그 진행경로를 안내하는 반사경(63)을 포함한다. 상기 반사경(63)은 타원경 또는 포물경을 구성된다. 즉, 타원경은 상기 램프(61)의 위치를 일 초점으로 하고, 광이 집속되는 지점을 다른 초점으로 한다. 그리고, 포물경은 상기 램프(61)에서 출사되고 상기 반사경(63)에서 반사된 광이 평행광이 되도록 한다. 도 3은 상기 반사경(63)으로 타원경을 채용한 것을 예로 나타낸 것이다.
도 3에 보여진 바와 같이, 상기 광원(60)이 반사경(63)으로 타원경을 구비하는 경우에는, 광원(60)으로부터 출사되는 수렴광이 초점에 모아진 후 타원경의 초점을 지나 다시 발산한다. 따라서, 상기 칼라 분리유닛(70)의 입력단에는 광원(60)쪽에서 입사되는 광을 집속시켜 평행광이 되도록 하는 콜리메이팅렌즈(71)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 콜리메이팅렌즈(71)는 광원(60)에서 출사된 광을 작은 빔경을 갖는 평행광이 되도록 하기 위한 것으로, 빔경을 광원(200)에서 출사될 때에 비해 대략 5:1 정도로 축소할 수 있도록 배치된다.
광원(60)에서의 빔 발산각을 ±2도로 가정하면 콜리메이팅렌즈(71)에 의해 축소된 빔의 발산각은 에텐듀(Etendue) 보존에 의하여 ±10도로 증가하게 된다. 콜리메이팅렌즈(71)에 의해 빔경이 5:1 정도로 축소된 평행광은 칼라 분리유닛(70)으로 입사된다. 이렇게 콜리메이팅렌즈(206)를 배치하여 축소된 평행광이 칼라 분리유닛(70)내로 입사되도록 하면, 광학계를 소형화할 수 있는 이점이 있다.
여기서, 상기 광원(60)이 반사경(203)으로 포물경을 구비하는 경우에는, 광원(60)으로부터 출사되는 대략적인 평행광을 집속광으로 바꾸어주는 집속렌즈(미도시)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 경우, 콜리메이팅렌즈(71)는 집속렌즈에 의해 초점에 모아진 후 초점을 지나 다시 발산하는 광을 평행광으로 바꾸어주며, 빔경을 광원(60)에서 출사될 때에 비해 대략 5:1 정도로 축소할 수 있도록 배치된다.
한편, 광원(60)과 콜리메이팅 렌즈(71) 사이에는 슬릿을 가지는 공간필터(65)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 공간 필터(65)는 광원(60)쪽에서 진행하는 광의 발산각 또는 에텐듀(Etendue)를 조절하기 위한 것으로, 반사경(63)으로 타원경을 구비하는 경우, 상기 공간 필터(204)는 타원경의 초점에 위치된다. 여기서, 반사경(63)으로 포물경을 구비하며, 집속렌즈를 더 구비하는 경우에는, 공간 필터(65)는 집속렌즈의 초점에 위치되는 것이 바람직하다.
상기 공간 필터(65)는 상기 칼라 분리유닛(70)에 의해 색광들이 분리되는 칼라 분리 방향 또는 상기 스크롤링 유닛(100)에 의한 칼라 스크롤링 방향으로 슬릿의 폭을 조절할 수 있도록 마련된 것이 바람직하다.
상기와 같이 공간 필터(204)를 이용하여 본 발명에 따른 프로젝션 타입 화상 표시장치의 광학시스템의 에텐듀 또는 입사광의 발산각을 조절하면, 상면 즉, 라이트 밸브 상에 형성되는 복수의 칼라바가 서로 명확하게 분리될 수 있어 화질 향상을 이룰 수 있다. 즉, 광원(60)으로부터 조사된 광이 광학계의 수용각 이상으로 발산하면, 라이트 밸브 상에 형성되는 칼라바 사이에 중첩되는 부분이 생길 수 있는데, 광학계의 수용각 이상의 광을 공간 필터(65)를 이용하여 제거함으로써 칼라바가 명확하게 분리되도록 할 수 있다.
또한, 슬릿의 폭을 조절하여, 필요에 따라 칼라바의 면적을 줄여 블랙바를 형성하면, 라이트 밸브로 액정표시소자를 사용하는 경우에 화상신호처리가 원활하게 수행될 수 있다. 즉, 라이트 밸브로 액정표시소자를 사용하는 경우에는, 칼라바가 연속적으로 스크롤링될 때, 칼라바가 바뀔 때마다 화상신호가 바뀌게 되는데, 바뀐 화상신호를 연속적으로 처리하는 것이 어려울 수 있다. 이러한 경우에, 각 칼라바 사이에 화상신호 처리를 위한 시간이 필요하게 되고, 이 시간을 얻기 위해 각 칼라바 사이에 블랙바가 요구되는데, 이는 상기 공간 필터(65)의 슬릿의 폭을 적절히 조절함으로써 해결될 수 있다.
여기서, 에텐듀는 광학계의 광학적 보존 물리량을 나타낸다. 광학계의 출발점을 광원으로 보고, 대상체를 라이트 밸브라 할 때, 광원의 에텐듀가 전체 시스템의 에텐듀보다 더 클 경우, 칼라바의 면적은 커지므로 각 칼라바의 경계면에서 칼라가 섞이는 현상이 발생한다. 또는, 광원의 에텐듀가 시스템의 에텐듀보가 작은 경우에는 칼라바의 면적이 작아져 각 칼라바 사이에 블랙바가 생긴다.
따라서, 상기 공간 필터(65)를 구비하면, 에텐듀를 조절할 수 있으므로, 칼라바의 경계면에서 칼라가 섞이는 것을 방지할 수 있으며, 필요에 따라 각 칼라바 사이에 블랙바를 형성시킬 수 있다.
여기서, 상기 공간 필터(65)는 그 목적에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 각 칼라바의 면적을 독립적으로 조절할 수 있도록 공간 필터(65)를 구성하면, 칼라 게멋(gamut)을 개선시킬 수 있으며, 칼라 밸런스를 조절할 수 있다.
상기 칼라 분리유닛(70)은 광원(60)쪽에서 입사되는 광을 복수의 색광 예컨대, 3개 이상의 색광으로 분리한다. 상기 칼라 분리유닛(70)은 분리된 복수의 색광 예컨대, 3개 이상의 색광 중 적어도 하나의 색광과 나머지 색광이 서로 다른 편광으로 되도록 된 구성을 가지는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 칼라 분리유닛(70)은 광원(60)쪽에서 입사되는 광을 3개의 색광 내지 8개의 색광 중 어느 하나로 분리하도록 마련될 수 있다. 상기 칼라 분리유닛(70)은 입사되는 광을 4개 이상의 색광으로 분리하도록 마련되는 것이 보다 바람직하다. 도 3에서는 칼라 분리유닛(70)이 광원(60)쪽에서 입사되는 백색광을 4개의 색광으로 분리하도록 마련된 예를 보여준다.
상기 칼라 분리유닛(70)은, 입사광을 색광별로 분리하기 위해, 광원(60)쪽에서 입사되는 광의 진행 방향에 대해 경사지고 서로 이격되어 있으며, 서로 다른 색광을 반사시키는 복수의 이색 미러면(80)(82)(84)(86)을 구비한다. 이때, 이색 미러면(80)(82)(84)(86)의 개수는 분리하고자 하는 색광의 수와 동일하게 구비된다. 상기 칼라 분리유닛(70)은, 분리된 복수의 색광 중 적어도 하나 이상의 색광과 나머지 적어도 하나 이상의 색광이 서로 다른 편광으로 되도록 적어도 하나의 편광 변환기(88)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 칼라 분리유닛(70)은 도 3 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 서로 이격된 4개의 이색 미러면(80)(82)(84)(86)을 구비하여 광원(60)쪽에서 입사되는 백색광을 4개의 색광으로 분리하고, 두 이색 미러면(82)(84) 사이에 하나의 편광 변환기(88)를 구비하여, 광원(60)으로부터 광이 입사되는 쪽에서 두 이색 미러면(80)(82)에 의해 반사된 두 색광들과, 나머지 두 이색 미러면(84)(86)에 의해 반사된 두 색광들이 서로 다른 편광을 가지도록 마련될 수 있다. 여기서, 상기 4개의 색광은 시안광(C), 청색광(B), 적색광(R), 녹색광(G)이 될 수 있다.
도 4는 도 3의 칼라 분리유닛(70) 부분을 확대하여 보인 사시도, 도 5는 도 4의 정면도이다.
상기 칼라 분리유닛(70)은 도 3 내지 도 5에 보여진 바와 같이, 로드형 구조의 단일체로 형성될 수 있다. 즉, 칼라 분리유닛(70)은 각각 특정 색광만을 반사시키는 이색 미러면(80)(82)(84)(86)을 구비하여, 입사광(L)을 제1 내지 제4색광(L1, L2, L3,L4)으로 분기시키는 제1 내지 제4이색프리즘(79, 81, 83, 85)이 일체로 결합된 로드형 구조로 형성될 수 있다.
이와 같이, 다수의 이색프리즘(79, 81, 83, 85)을 이용하여 로드형 구조의 단일체로 칼라 분리유닛(70)을 구성하면, 이 칼라 분리유닛(70)은 그 외형을 이루는 면에서 내부 전반사조건을 만족하는 임계 각도보다 큰 각도로 입사되는 광을 전반사시킨다. 따라서, 칼라 분리유닛(70)은 입사광(L)의 광 이용 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
상기 제1이색프리즘(79)은 입사광(L)의 진행 방향 즉, 광축에 대해 경사지게 배치된 제1이색 미러면(80)을 구비한다. 이 제1이색 미러면(80)은 칼라 분리유닛(70)로 입사광(L) 중 제1색광(L1)은 반사시키고, 나머지 광은 반사시킨다.예컨대, 상기 제1이색 미러면(80)은 시안광(C)은 반사시키고 다른 파장의 광은 투과시킨다.
상기 제2이색프리즘(81)은 상기 제1이색프리즘(79)에 인접 배치되는 것으로, 입사광(L)의 광축에 대해 경사지게 마련된 제2이색 미러면(82)을 구비한다. 이 제2이색 미러면(82)은 입사광 중 제2색광(L2) 예컨대, 청색광(B)은 반사시키고, 나머지는 투과시킨다.
상기 제3이색프리즘(83)은 상기 제2이색프리즘(83)에 인접 배치되는 것으로 입사광축에 대해 경사지게 마련된 제3이색 미러면(84)을 구비한다. 이 제3이색 미러면(84)은 입사광 중 제3색광(L3) 예컨대, 적색광(R)을 반사시킨다.
상기 제4이색프리즘(85)은 상기 제3이색프리즘(83)에 인접 배치되는 것으로, 입사광축에 대해 경사지게 마련된 제4이색 미러면(86)을 구비한다. 이 제4이색 미러면(86)은 입사광 중 제4색광(L4) 예컨대, 녹색광(R)을 반사시킨다. 여기서, 상기 제4이색 미러면(86)은 입사광을 모두 반사시킬 수 있도록 된 전반사미러로 대체되는 것도 가능하다.
이때, 상기 제1 내지 제4이색프리즘(79)(81)(83)(85)은 그 외형을 이루는 면에 이색프리즘과 그 외부의 공기 사이의 굴절률 차이에 의하여 내부전반사 조건을 만족하는 임계각 보다 큰 각도로 입사된 광을 전반사시킨다.
상기한 바와 같이 로드형 구조로 칼라 분리유닛(70)이 구성되는 경우, 상기 제1 내지 제4이색 미러면(80, 82, 84, 86)에서 반사된 제1 내지 제4색광 중 도 3에도시된 바와 같은 범위의 제1 내지 제4색광(L1, L2, L3, L4)을 유효광으로 이용하고, 그 이외의 광은 사용하지 않게 된다.
도 3 내지 도 5 및 이후의 실시예에서는 본 발명에 따른 칼라 분리유닛(70)이 복수의 이색 프리즘이 결합된 로드형 구조로 된 경우를 보여주는데, 이는 예시일 뿐이다. 즉, 본 발명에 따른 칼라 분리유닛(70)은 각각 서로 다른 색광을 반사시키는 복수의 이색 미러면 예컨대, 제1 내지 제4이색 미러면(80, 82, 84, 86)이 서로 이격된 상태로, 하우징(미도시)에 의해 결합되어 로드형의 단일체 구조로 형성될 수도 있다. 또한, 본 발명에 따른 칼라 분리유닛(70)은 단일체 구조로 형성되지 않고, 복수의 이색 미러면 및 적어도 하나의 편광 변환기를 구비하는 구성을 가질 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 칼라 분리유닛(70)은, 예를 들어, 상기 제1 내지 제4색광(L1, L2, L3, L4) 중 적어도 하나 이상의 색광을 제1색광그룹(LA), 나머지의 적어도 하나 이상의 색광을 제2색광그룹(LB)이라 할 때, 제1색광그룹(LA)의 광과 제2색광그룹(LB)의 광이 스크롤링 유닛(100)에 서로 이격된 상태로 입사될 수 있도록 , 상기 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB) 사이를 이격시키도록 마련될 수 있다. 이때, 스크롤링 유닛(100)에 의한 스크롤링 작용 및 2개의 라이트 밸브의 사용을 고려할 때, 편광 변환기(88)는 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광의 편광을 서로 다르게 할 수 있도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)을 이격시키기 위해, 칼라 분리유닛(70)은, 도 3 내지 도 5에 보여진 바와 같이, 광학 블록(87)을 더 구비할 수 있다.
도 3 내지 도 5에서는, 제1색광그룹이 제1 및 제2이색 미러면(80)(82)에 의해 반사된 제1 및 제2색광(L1, L2) 예컨대, 시안색광(C) 및 청색광(B)을 포함하고, 제2색광그룹이 제3 및 제4미러면(84)(86)에 의해 반사된 제3 및 제4색광(L3, L4) 예컨대, 적색광(R) 및 녹색광(B)을 포함하고, 제2 및 제3이색 미러면(82)(84) 사이에 광학 블록(87)이 마련된 예를 보여준다.
이와 같이, 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)에 각각 2개의 색광이 포함되고, 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광의 편광이 서로 다르며, 이러한 칼라 조명장치를 구비하는 화상 표시장치에 2개의 라이트 밸브를 구비하는 경우, 후술하는 본 발명에 따른 프로젝션 타입 화상 표시장치의 실시예들(도 11, 도 12, 도 13 및 도 14)에서와 같이, 각 라이트 밸브는 2개의 색광에 대한 화상을 표시하게 되고, 각 라이트 밸브에 의해 형성된 화상을 스크린상에서 믹싱하면 칼라 화상이 표시된다.
상기 칼라 필터(70)에는 제1색광그룹(LA)에 제1색광(L1)이 포함되고, 제2색광그룹(LA)에 제2 내지 제4색광(L2, L3, L4)이 포함되도록 형성되거나, 제1색광그룹(LA)에 제1 내지 제3색광(L1, L2, L3)이 포함되고, 제2색광그룹(LB)에제4색광(L4)만이 포함되도록 광학 블록(87)이 위치될 수도 있다. 물론, 이 경우에도 2개의 라이트 밸브에 의해 화상을 표시할 때에는, 각 라이트 밸브는 1개의 색광 및 3개의 색광에 대한 화상을 생성하게 되고, 각 라이트 밸브에 의해 형성된 화상을 스크린상에서 믹싱하면 칼라 화상이 표시된다.
상기와 같이, 광학 블록(87) 등을 사용하여, 칼라 필터(70)에 제1색광그룹(LA)의 광과 제2색광그룹(LB)의 광 사이의 이격 거리를 확장하면, 후술하는 바에서 알 수 있는 바와 같이, 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광이 스크롤링 유닛의 구동원(도 8의 105)의 위치를 피하여 단일 스크롤링 유닛(100)의 적어도 두 유효영역(도 7의 A, B)으로 향하도록 하거나, 서로 다른 스크롤링 유닛(100)의 유효 영역(도 15의 C, D)으로 향하도록 할 수 있다.
따라서, 상기와 같이, 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광을 반사시키는 이색 미러면 사이에 광학 블록(87)을 위치시켜 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광 사이의 이격 거리를 적당히 맞춰주면, 스크롤링 유닛(100)의 유효 영역으로 입사되는 광량을 극대화할 수 있어 광 이용효율이 좋다.
한편, 도 3 내지 도 5에서는 제1색광그룹(LA)의 광과 제2색광그룹(LB)의 광이 서로 다른 편광으로 되도록, 제1색광그룹(LA)에 포함되는 색광을 반사시키는 이색 미러면 예컨대, 제2이색 미러면(82)과 제2색광그룹(LB)에 포함되는 색광을 반사시키는 이색 미러면 예컨대, 제3이색 미러면(84) 사이에 하나의 편광 변환기(88)가 배치된 예를 보여준다.
상기 편광변환기(88)는 광학 블록(87)과 인접되어 위치될 수 있다. 상기 편광변환기(88)로는 제1색광그룹(LA)에 포함되는 색광들이 예컨대, S 편광인 경우, 제2색광그룹(LB)에 포함되는 색광들이 예컨대, P 편광으로 되도록 하는 대략적인 1/2 파장판을 구비할 수 있다.
상기와 같이, 광학 블록(87) 및 편광변환기(88)를 구비하는 경우, 칼라 필터(70)에서는 일 편광의 제1색광그룹(LA)의 광과 다른 편광의 제2색광그룹(LB)의 광이 서로 이격된 채로 출사된다.
도 3 내지 도 5에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 칼라 분리유닛(70)이 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광이 서로 다른 편광으로 되도록 하나의 편광변환기를 구비하는 예를 보여주는데, 편광변환기의 배치 위치 및 개수는 달라질 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제2이색 미러면(80, 82) 사이, 제2 및 제3이색 미러면(82, 84) 사이, 제3 및 제4이색 미러면(84, 86) 사이에 각각 1/2 파장판으로서 기능을 하는 편광 변환기를 구비하면, 제1이색 미러면(80)에 의해 반사된 제1색광(L1) S 편광이라면, 제2이색 미러면(82)에 의해 반사된 제2색광(L2)은 P 편광, 제3이색 미러면(84)에 의해 반사된 제3색광(L3)은 S 편광, 제4이색 미러면(86)에 의해 반사된 제4색광(L4)은 P 편광으로 된다.
이와 같이, 칼라 필터(70)에 3개의 편광 변환기를 구비되어 있으며, 제1 및제2색광그룹(LA)(LB)에 각각 2개의 색광이 포함된다면, 제1색광그룹(LA)에 포함되는 두 색광은 서로 다른 편광을 가지며, 마찬가지로 제2색광그룹(LB)에 포함되는 두 색광은 서로 다른 편광을 가진다.
또 다른 실시예로서, 편광 변환기(88)는 이색 미러면에 의해 분리된 색광들 중 적어도 어느 한 색광의 진행 경로 상에 위치될 수도 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 칼라 조명장치는, 편광 변환기(88)를 이색 미러면들 사이에 배치한 칼라 분리유닛(70) 대신에, 도 6에 보여진 바와 같이, 그 출사면의 일부 영역에 편광 변환기(88a)(88b)를 배치한 칼라 분리유닛(70')을 구비할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 칼라 분리유닛(70')을 보여준다. 도 6을 참조하면, 칼라 분리유닛(70')은 제3 및 제4이색 미러면(84)(86)에 의해 반사된 제3 및 제4색광(L3)(L4) 즉, 제2색광그룹(LB)의 광의 출사면에 편광 변환기(88a)(88b)를 구비할 수 있다. 편광 변환기(88a)로는 제3색광(L3)에 대한 1/2파장판을 구비하고, 편광 변환기(88b)로는 제4색광(L4)에 대한 1/2파장판을 구비할 수 있다.
여기서, 도 6에서는 편광 변환기(88a)(88b)가 별도로 마련된 것으로 도시하였는데, 편광 변환기(88a)(88b)를 별도로 마련하는 대신에, 제2색광그룹(LB)의 광의 출사면에 단일의 편광 변환기를 구비할 수도 있다.
도 6에서는 편광 변환기(88a)(88b)가 칼라 분리유닛(70')과 일체로 결합된 예를 보여주는데, 편광 변환기(88a)(88b)는 칼라 분리유닛(70')의 로드형 구조로부터 이격되게 소정 색광 예컨대, 제3 및 제4색광(L3)(L4)의 진행 경로 상에 배치될 수도 있다.
상기와 같이 본 발명에 따른 칼라 분리유닛에서 편광 변환기는 이색 미러면 사이, 분리된 색광들이 출사되는 출사되는 출사면의 일부 영역 및 분리된 복수의 색광들 중 적어도 어느 한 색광의 진행 경로 중 어느 한 곳에 될 수 있다.
여기서는, 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광을 서로 이격시키기 위해, 칼라 분리 유닛(70 또는 70')의 이색 미러면 사이에 광학 블록(87)을 위치시킨 경우를 예를 들어 설명하는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 이러한 광학 블록(87) 대신에 칼라 분리 유닛(70 또는 70')의 출력측에 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광 사이를 이격시키기 위한 광 이격용 광학소자(미도시)를 구비할 수도 있다.
또한, 여기서는 색광들은 두 개의 색광그룹 즉, 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)으로 분리하는 경우를 예를 들어 설명하는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 색광 그룹의 수는 3개 이상으로 나뉘어, 스크롤링 유닛(100)의 서로 다른 3개 이상의 유효 영역으로 입사되도록 할 수도 있다. 물론, 이 경우 적어도 두 색광그룹은 서로 동일한 편광을 가진다.
이하에서는, 편의상, 본 발명에 따른 칼라 조명장치가, 도 3 내지 도 5에 보여진 바와 같은 칼라 분리유닛(70)을 구비하는 것으로 표현한다.
본 발명에 따른 칼라 조명장치는, 상기 칼라 분리유닛(70)에서 분리되어 출사되는 제1 내지 제4색광들(L1, L2, L3, L4)의 광로 상에 각각 릴레이 렌즈(89)를 더 포함할 수 있다. 이 릴레이 렌즈(89)는 제1 내지 제4색광(L1, L2, L3, L4) 각각을 집속시켜 소정 발산각을 가지도록 하는 것으로, 제1 내지 제4이색프리즘(79, 81, 83, 85)의 출사면 각각에 대향되게 배치되는 것이 바람직하다.
이때, 칼라 분리유닛(70)에 의해 분리된 제1 내지 제4색광들(L1, L2, L3, L4)은 각각 릴레이 렌즈(89)에 의하며 광원(60)에서 출사되는 빔경과 같은 크기 및 발산각으로 복귀될 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 칼라 조명장치는, 광이용 효율을 보다 높이기 위해, 상기 칼라 분리유닛(70)의 입력단에 상기 광원(60)쪽에서 조사된 광을 일 편광으로 정렬시켜 칼라 분리유닛(70)내로 입력시키는 편광 정렬기(Polarization Conversion System:PCS, 72)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
도 5를 참조하면, 상기 편광 정렬기(72)는 광원(60)쪽에서 입사되는 광 중 제1편광 예컨대, P편광의 광은 대부분 투과시키고, 이에 직교하는 제2편광 에컨대, S 편광의 광은 대부분 반사시키는 편광분리부재(73)와, 편광분리부재(73)에서 반사된 제2편광의 광을 전반사시켜 제1편광의 광과 나란하게 진행하도록 반사시키는 반사부재(75)와, 제1 및 제2편광의 광 중 어느 한 편광의 광의 진행 경로 예컨대, 제2편광의 광의 진행 경로 상에 배치되어, 제2편광의 광이 제1편광의 광과 동일한편광 예컨대, P 편광의 광으로 되도록 하는 1/2 파장판(77)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 반사부재(75) 대신에 제2편광 예컨대, S 편광을 반사시키도록 된 편광분리부재를 구비할 수도 있다. 상기 1/2 파장판(77)은 제1편광의 광의 진행 경로 상에 위치시켜, 제1 및 제2편광의 광이 모두 예컨대, S 편광의 광으로 될 수도 있다.
도 5에 보여진 바와 같은 구성은 갖는 편광 정렬기(72)에 의하면, 입사된 광이 수직축으로 분리되므로, 수직축 빔경은 2배로 되고, 수직축의 하단부의 광은 1/2 파장판(77)에 의해 편광 변환되므로, 칼라 분리유닛(70)에 입사되는 광은 모두 같은 편광성분을 가지게 된다. 여기서, 사용목적에 따라 상,하단 광의 편광성분을 다르게 할 수도 있다.
상기와 같이, 편광 정렬기(72)를 구비하면, 광원(60)에서 출사된 무편광의 백색광을 모두 동일 편광의 백색광으로 바꾸어 칼라 분리유닛(70)으로 입사시킬 수 있으므로, 라이트 밸브로 액정표시소자를 사용하는 경우에도, 광 이용 효율을 높일 수 있다.
상기한 편광 정렬기(72), 릴레이 렌즈(89)는 칼라 분리유닛(70)에 일체로 결합될 수 있다. 또한, 콜리메이팅렌즈(71)도 편광 정렬기(72)를 사이에 두고 칼라 분리유닛(70)에 일체로 결합될 수 있다.
도 3, 도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 스크롤링 유닛(100)은 그 회전 운동이 렌즈어레이의 직선운동으로 전환될 수 있도록 낼 수 있도록 형성된 적어도 하나의렌즈셀(101a)을 구비한다. 상기 스크롤링 유닛(100)은 디스크형 구조로 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 상기 스크롤링 유닛(100)은 상기 렌즈셀(101a)이 적어도 1개 이상 제1스파이럴 렌즈 디스크(101)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 스크롤링 유닛(100)은 광의 진행 방향으로 제1스파이럴 렌즈 디스크(101)에 대해 소정 간격 이격 배치되어 제1스파이럴 렌즈 디스크(101)를 경유한 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 색광들 각각의 발산각을 보정하도록 상기 제1스파이럴 렌즈 디스크(101)와 동일 구조의 제2스파이럴 렌즈 디스크(103)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 스크롤링 유닛(100)은 제1스파이럴 렌즈 디스크(101)와 제2스파이럴 렌즈 디스크(103) 사이의 광로 상에 제1스파이럴 렌즈 디스크(101)에서 출사된 광의 발산각을 조절할 수 있도록 된 글래스 로드(111)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 글래스 로드(111)를 마련함으로써 제1스파이럴 렌즈 디스크(101)에서 각 셀 별로 집속된 광이 발산없이 제2스파이럴 렌즈 디스크(103)에 전달되도록 할 수 있다.
스크롤링 유닛(100)의 제1 및 제2스파이럴 렌즈 디스크(101)(103)는 브라켓(107)에 의해 지지되어 광로 상에 배치되며, 제1스파이럴 렌즈 디스크(101)의 중앙부에 마련된 구동부(105)에 의해 회전 구동된다.
도 3, 도 8 및 도 9에서는 상기 스크롤링 유닛(100)이 2개의 스파이럴 렌즈 디스크(101)(103)와 그 사이에 배치된 글래스 로드(111)로 이루어진 예를 보여주는데, 스크롤링 유닛(100)은 단일 스파이럴 렌즈 디스크 구조일 수도 있다.
또한, 여기서는 스크롤링 유닛(100)이 디스크형으로 형성된 예를 보여주는데, 스크롤링 유닛(100)의 형상은 그 회전운동을 렌즈 어레이의 직선운동으로 전환할 수 있도록 형성된 렌즈셀을 구비하는 다양한 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, 스크롤링 유닛은 그 외주면에 그 회전운동을 렌즈 어레이의 직선운동으로 전환할 수 있도록 렌즈셀이 형성된 원통형 구조로 형성될 수도 있다.
상기 렌즈셀(101a)은 나선형으로 형성된 것이 바람직하다. 도 7 및 도 8에서는 스크롤링 유닛(100)이 복수의 렌즈셀(101a)을 구비하는 예를 보여준다. 이때, 상기 렌즈셀(101a)은 등간격으로 형성되고, 렌즈셀(101a)의 단면 형상은 서로 동일한 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 렌즈셀(101a)은 그 단면이 원호 형상인 실린더형 렌즈셀인 것이 바람직하다. 대안으로, 상기 렌즈셀(101a)은 회절광학소자 또는 홀로그램 광학소자 타입으로 형성될 수도 있다. 상기 스크롤링 유닛(100)의 각 렌즈셀(101a)은 집속렌즈로서 기능을 한다.
한편, 본 발명에 따른 칼라 조명장치는, 스크롤링 유닛(100) 전, 후에, 실린드리컬 렌즈(95a,95b)(97a,97b)(131)(132)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
실린드리컬 렌즈(95a,95b)는 스크롤링 유닛(100)의 제1스파이럴 렌즈 디스크(101)에 입사되는 제1색광그룹(LA)의 광빔의 폭을 제어하기 위한 것으로, 제1색광그룹(LA)의 광의 진행 경로 상에 위치된다. 상기 실린드리컬 렌즈(95a,95b)는입사되는 제1색광그룹(LA)의 광을 일 방향으로는 집속시키고 다른 방향으로는 직진 투과시킴으로써 빔을 정형하여, 도 7에 점선으로 도시된 유효영역(A)에 해당하는 형상의 광이 스크롤링 유닛(100)으로 입사되도록 한다.
실린드리컬 렌즈(97a,97b)는 스크롤링 유닛(100)의 제1스파이럴 렌즈 디스크(101)에 입사되는 제2색광그룹(LB)의 광빔의 폭을 제어하기 위한 것으로, 제2색광그룹(LB)의 광의 진행 경로 상에 위치된다. 상기 실린드리컬 렌즈(97a,97b)는 입사되는 제2색광그룹(LB)의 광을 일 방향으로는 집속시키고 다른 방향으로는 직진 투과시킴으로써 빔을 정형하여, 도 7에 점선으로 도시된 유효영역(B)에 해당하는 형상의 광이 스크롤링 유닛(100)으로 입사되도록 한다.
또한, 실린드리컬 렌즈(131)는 스크롤링 유닛(100)의 유효영역(A)을 통과한 광을 평행광으로 바꾸어주어, 후술하는 파리눈렌즈(123)에서 분리된 제1색광그룹(LA)의 광의 형상을 정형한다. 실린드리컬 렌즈(132)는 스크롤링 유닛(100)의 유효영역(B)을 통과한 광을 평행광으로 바꾸어주어, 후술하는 파리눈렌즈(124)에서 분리된 제2색광그룹(LB)의 광의 형상을 정형한다.
도 9에서는 실린드리컬 렌즈(95a, 131 또는 97a, 132) 쌍에 의한 수평축 레이 트레이싱(Ray Tracing)을 보여준다.
상기 실린드리컬 렌즈(95a,95b)(97a,97b)를 통과한 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광은 각각 도 7에 도시된 바와 같이, 스크롤링 유닛(100)의제1스파이럴 렌즈 디스크(101)에 서로 이격되어 조사되는데 이때, 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광이 조사되는 유효영역(A,B)은 각각 직사각형 형상으로 된다.
상기 스크롤링 유닛(100)은 회전 운동에 의하여 칼라 분리유닛(70)에서 분리된 색광들을 주기적으로 스크롤 시킨다. 이와 같은 스크롤 동작을 디스크형의 상기 스크롤링 유닛(100)이 소정 속도로 시계방향으로 회전하는 경우를 예로 들어 설명하면 다음과 같다.
상기 칼라 분리유닛(70)에서 분리된 제1색광그룹(LA)의 광은 상기 실린드리컬 렌즈(95a,95b)를 경유하여 빔정형이 된 채로, 스크롤링 유닛(100)의 유효영역(A)을 통과하게 된다. 또한, 칼라 분리유닛(70)에서 분리된 제2색광그룹(LB)의 광은 실린드리컬 렌즈(97a,97b)를 경유하여 빔정형이 된 채로, 스크롤링 유닛(100)의 유효영역(B)을 통과하게 된다.
이때, 상기 렌즈셀(101a) 어레이 각각은 유효영역(A) 위치에서 볼 때, 직선형으로 서로 이웃되게 배치된 복수의 실린드리컬 렌즈와 같이 보인다. 그리고, 상기 렌즈셀(101a) 어레이가 나선형으로 형성되어 있기 때문에, 스크롤링 유닛(100)의 회전에 대해 복수의 실린드리컬 렌즈가 내주에서 외주방향으로 연속하여 이동하는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 유효영역(A)에 입사된 제1색광그룹(LA)의 색광들이 스크롤링 유닛(100)의 내주에서 외주 쪽으로 스크롤 된다.
또한, 유효영역(B)에서도 마찬가지 원리로 제2색광그룹(LB)의 색광들이 스크롤 된다. 다만, 유효영역(A, B) 각각에서의 제1색광그룹(LA)의 색광 및 제2색광그룹(LB)의 색광의 스크롤 방향은 서로 반대 방향이 된다.
본 발명에 따른 칼라 조명장치는 제1색광그룹(LA)의 광에 의한 칼라바의 형상 및 초점 위치를 고려하여, 스크롤링 유닛(100)을 통과한 제1색광그룹(LA)의 광의 진행 경로 상에 파리눈렌즈어레이(121), 앞서 언급한 실린드리컬렌즈(131) 및 릴레이렌즈(133)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 제2색광그룹(LB)의 광에 의한 칼라바의 형상 및 초점 위치를 고려하여, 스크롤링 유닛(100)을 통과한 제2색광그룹(LB)의 광의 진행 경로 상에 파리눈렌즈어레이(123), 앞서 언급한 실린드리컬렌즈(132) 및 릴레이렌즈(135)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 파리눈렌즈 어레이(121)는 상기 스크롤링 유닛(100)에서 출사된 제1색광그룹(LA)의 광의 진행 경로 상에 배치되어, 상기 스크롤링 유닛(100)에서 스크롤된 제1색광그룹(LA)의 색광들이 서로 다른 영역에 칼라바를 이루도록 한다. 이를 위하여 상기 파리눈렌즈 어레이(121)는 입사면 및/또는 출사면에 2차원 배열을 가지는 다수의 볼록부가 형성된 제1 및 제2파리눈렌즈 어레이(121a,121b)를 포함한다. 상기 제1 및 제2파리눈렌즈 어레이(121a,121b)는 서로 이웃하여 배치된다.
여기서, 상기 제1파리눈렌즈 어레이(121a)는 상기 스크롤링 유닛(100)의 제2스파이럴 렌즈 디스크(103)의 초점면에 위치되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 및 제2파리눈렌즈 어레이(121a)(121b) 각각의 볼록부는 상기 유효영역(A)에서 상기제1 및 제2스파이럴 렌즈 디스크(101)(103)의 렌즈셀(101a) 어레이에 1:1 매칭되도록 형성된 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 스크롤링 유닛(100)에 의해 스크롤 되는 제1색광그룹(LA)에 속하는 색광들은 상기 제1 및 제2파리눈렌즈(121a)(121b)를 투과하면서, 각 색광별로 서로 다른 위치에 집속되어 각 칼라가 구분된 칼라바 예컨대, 시안 및 청색의 칼라바를 형성하게 된다.
상기 파리눈렌즈 어레이(123)는 상기 스크롤링 유닛(100)에서 출사된 제2색광그룹(LB)의 광의 진행 경로 상에 배치되어, 상기 스크롤링 유닛(100)에서 스크롤된 제2색광그룹(LB)의 색광들이 서로 다른 영역에 칼라바를 이루도록 한다. 이를 위하여 상기 파리눈렌즈 어레이(123)는 입사면 및/또는 출사면에 2차원 배열을 가지는 다수의 볼록부가 형성된 제1 및 제2파리눈렌즈 어레이(123a,123b)를 포함한다. 상기 제1 및 제2파리눈렌즈 어레이(123a,123b)는 서로 이웃하여 배치된다.
여기서, 상기 제1파리눈렌즈 어레이(123a)는 스크롤링 유닛(100)의 제2스파이럴 렌즈 디스크(103)의 초점면에 위치되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 및 제2파리눈렌즈 어레이(123a)(123b) 각각의 볼록부는 상기 유효영역(B)에서 상기 제1 및 제2스파이럴 렌즈 디스크(101)(103)의 렌즈셀(101a) 어레이에 1:1 매칭되도록 형성된 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 스크롤링 유닛(100)에 의해 스크롤 되는 제2색광그룹(LB)에 속하는 색광들은 상기 제1 및 제2파리눈렌즈(123a)(123b)를 투과하면서, 각 색광별로 서로 다른 위치에 집속되어 각 칼라가 구분된 칼라바 예컨대, 적색 및 녹색의 칼라바를 형성하게 된다.
상기 실린드리컬렌즈(131)는 상기 스크롤링 유닛(100)의 유효영역(A)을 통과하고, 상기 파리눈렌즈(121)에 의해 색광별로 집속되는 제1색광그룹(LA)에 속하는 색광들의 형상을 정형한다.
상기 실린드리컬렌즈(132)는 상기 스크롤링 유닛(100)의 유효영역(B)을 통과하고, 상기 파리눈렌즈(123)에 의해 색광별로 집속되는 제2색광그룹(LB)에 속하는 색광들의 형상을 정형한다.
상기 릴레이렌즈(133,135) 각각은 파리눈렌즈 어레이(121,123)를 경유한 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광을 소정 위치 예컨대, 라이트 밸브 위치까지 전달하는 기능을 한다. 상기 릴레이렌즈(133)(135)는 파리눈 렌즈 어레이(121)(123)에 의해 형성되는 칼라바가 소정 위치 즉, 라이트 밸브에 맺히도록 한다.
여기서, 파리눈 렌즈 어레이(121)(123), 실린드리컬렌즈(131)(132) 및 릴레이렌즈(133)(135) 각각은 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광의 진행 경로 상에 각각 별개로 배치되는 구조 대신에, 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광에 대해 공통으로 적용되도록 단일 소자 구조로 형성될 수도 있다.
이하에서는, 상기한 바와 같은 칼라 조명장치의 동작을 도 3 내지 도 5, 도 7 내지 도 9의 광학적 구성을 예를 들어 설명한다.
상기 광원(60)에서 출사되고 공간 필터(65)의 슬릿을 통과한 광은 제1콜리메이팅렌즈(71)로 입사된다. 입사된 광은 제1콜리메이팅렌즈(71)에서 집속되어 평행광 또는 평행에 가까운 발산광이 되며 그 빔경이 축소되고, 편광 정렬기(72)에 의해 일편광으로 광으로 되어 로드형 구조의 단일체로 된 칼라 분리유닛(70)내로 입사된다.
칼라 분리유닛(70)에 입사된 백색광은 제1 내지 제4색광(L1, L2, L3, L4)으로 분리된다. 이때, 제1 및 제2색광(L1, L2)을 포함하는 제1색광그룹(LA)과 제3 및 제4색광(L3, L4)을 포함하는 제2색광그룹(LB) 사이는 칼라 분리유닛(70)의 광학 블록(87)에 의해 구동원(105)이 배치되는 영역을 피하여 스크롤링 유닛(100)의 두 유효영역(A,B) 조사될 수 있도록 이격된다. 또한, 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광은 제2이색 미러면(82)과 제3이색 미러면(84) 사이에 위치된 편광변환기(88)에 의해 서로 다른 편광으로 된다.
칼라 분리유닛(70)에서 출사되고 릴레이렌즈(89a,89b,89c,89d)에 의해 광원(60)에서 출사될 때의 발산각 및 빔경으로 대략 복원된 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광은 실린드리컬렌즈(95a,95b)(97a,97b)에 의해 소정 형상으로 정형되어, 상기 스크롤링 유닛(100)의 제1스파이럴 렌즈 디스크(101)의 유효영역(A, B)에 입사된다.
스크롤링 유닛(100)을 구동부(105)에 의해 회전시키면, 그 회전에 의하여 유효영역(A, B)에 입사된 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광이 스크롤 된다. 여기서, 스크롤되는 광은 렌즈셀(101a) 어레이에 의해 집속되어, 색광별로 여러 갈래의 광로로 나뉘어진다. 이 나뉘어진 광은 파리눈렌즈 어레이(121,123), 실린드리컬렌즈(131,132) 및 릴레이렌즈(133,135)를 경유하여 분리된 소정 위치에 칼라바를 형성한다.
이때, 유효영역(A)을 통과한 제1색광그룹(LA)의 광에 대해 형성되는 시안 및 청색 칼라바는 예컨대, 위에서 아래 방향으로 스크롤된다. 또한, 유효영역(B)을 통과한 제2색광그룹(LB)의 광에 대해 형성되는 적색 및 녹색 칼라바는 아래에서 위 방향으로 스크롤된다. 즉, 유효영역(A)을 통과한 제1색광그룹(LA)의 광과 유효영역(B)을 통과한 제2색광그룹(LB)의 광은 서로 반대 방향으로 스크롤 된다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 칼라 조명장치를 개략적으로 보인 것으로, 칼라 분리유닛(170)을 제외한 나머지 광학적 구성은 도 3 내지 도 9를 참조로 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 칼라 조명장치에서와 실질적으로 동일 또는 유사하다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서와 동일 또는 유사한 기능을 하는 광학소자는 앞에서와 동일 참조로 나타내고 반복적인 설명은 생략한다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 칼라 조명장치에 있어서, 칼라 분리유닛(170)은 광원(60)쪽에서 입사되는 백색광을 두 색광그룹으로 된 6개의 색광으로 분리하도록 된 점에 특징이 있다.
상기 칼라 분리유닛(170)은 특정 색광만을 반사시키는 6개의 이색 미러면(172,174,176,178,180,182)을 구비한다. 상기 칼라 분리유닛(170)은 이색 미러면(172,174,176,178,180,182)을 가지는 제1 내지 제6이색 프리즘(171,173,175,177,179,181)을 포함하여, 로드형 구조의 단일체로 형성될 수 있다. 이때, 제1 내지 제6이색 프리즘(171,173,175,177,179,181)의 출력단에는 각각 릴레이렌즈(189)가 배치된다. 이 릴레이렌즈(189)는 도 3에서의 릴레이렌즈(89)의 실질적으로 동일한 것이다.
제1 내지 제6이색 프리즘(171,173,175,177,179,181)의 이색 미러면(172,174,176,178,180,182)은, 예를 들어, 광원(60)쪽에서 입사되는 백색광을 청색광(B), 시안광(C), 마젠타광(M), 적색광(R), 녹색광(G) 및 노란색광(Y)으로 분리하도록 마련될 수 있다.
도 10에서는 제1색광그룹(LA)에 청색광(B), 시안광(C) 및 마젠타광(M)이 포함되고, 제2색광그룹(LB)에 적색광(R), 녹색광(G) 및 노란색광(Y)이 포함되도록 이색 미러면(176)과 이색 미러면(178) 사이에 광학 블록(87)이 위치된 예를 보여준다. 또한, 도 10에서는 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)에 포함되는 색광이 서로 다른 편광으로 되도록 칼라 분리유닛(170)에 편광변환기(88)가 마련된 예를 보여준다.
도 10에 도시한 바와 같이, 칼라 분리유닛(170)에 편광변환기(88)가 마련된 경우에는, 상기 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광들은 서로 다른 편광을 가진다.
여기서, 편광변환기(88)의 개수 및 배치 위치는 앞서 언급한 바와 같이, 다양하게 변형될 수 있다.
또한, 상기 제1색광그룹(LA)에 포함되는 색광수 및 제2색광그룹(LA)에 포함되는 색광수는 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB) 중 어느 한 색광그룹에 적어도 하나 이상의 색광이 포함되고, 다른 색광그룹에 적어도 하나 이상의 색광이 포함되는 범위내에서 다양하게 변형될 수 있다.
도 10에 예시한 바와 같이, 제1색광그룹(LA)에 청색광(B), 시안광(C) 및 마젠타광(M)이 포함되고, 제2색광그룹(LB)에 적색광(R), 녹색광(G) 및 노란색광(Y)이 포함되며, 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB) 사이가 적절히 이격되어, 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광이 스크롤링 유닛(100)의 서로 다른 유효영역(도 5의 A,B)에 조사되면, 스크롤링 유닛(100)의 스크롤 작용에 의해, 제1색광그룹(LA)에 포함된 색광들에 대해 형성된 칼라바와 제2색광그룹(LB)에 포함된 색광들에 대해 형성된 칼라바가 서로 반대 방향으로 스크롤된다.
상기한 실시예들 이외에도, 본 발명에 따른 칼라 분리유닛 및 이를 구비한 칼라 조명장치는 두 색광그룹으로 이루어진 5개의 색광(예를 들어, 각 색광그룹에 2개의 색광과 3개의 색광이 포함되는 구조) 스크롤링, 7개의 색광 스크롤링, 8개의 색광 스크롤링 등 광학계의 에텐듀가 허용하는 한 다채널 구동이 가능하도록 다양하게 변형될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 칼라 분리유닛 및 이를 구비한 칼라 조명장치는 입사되는 백색광을 3개의 색광으로 분리하고, 일 색광그룹에 2개의 색광, 다른 색광그룹에 1개의 색광이 포함되고, 일부 색광과 나머지 색광이 서로 다른 편광을 가지도록, 칼라 분리유닛을 3개의 이색 미러면, 하나의 광학 블록 및 적어도 하나의 편광변환기를 포함하도록 구성하여, 백색광을 두 색광그룹으로 된 3개의 색광으로 분리하고, 이 두 색광그룹의 광을 스크롤링하는 구조를 가질 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명에 따른 칼라 조명장치가 하나의 스크롤링 유닛을 구비하여, 두 색광그룹의 광을 서로 반대 방향으로 스크롤하는 것으로 설명 및 도시하였는데, 본 발명에 따른 칼라 조명장치는, 본 발명에 따른 칼라 조명장치를 적용한 프로젝션 타입의 화상 표시장치의 실시예(도 14)를 통하여 후술하는 바와 같이, 두 색광그룹의 광을 각각 스크롤하도록 병렬로 배치된 한쌍의 스크롤링 유닛을 구비하여, 두 색광그룹의 광이 동일 방향으로 스크롤되도록 할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 칼라 조명장치는, 본 발명에 따른 칼라 조명장치를 적용한 프로젝션 타입의 화상 표시장치의 실시예(도 16)를 통하여 후술하는 바와 같이, 각각 독립된 두 개의 광원으로부터의 광을 하나의 칼라 분리유닛을 사용하여 두 색광그룹으로 분리하고 편광빔스프리터에서 합하여 각 라이트 밸브에서 광을 모듈레이션 시키도록 마련된, 광량의 세기를 배가하는 구조로 형성될 수도 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 칼라 조명장치를 적용한 프로젝션타입의 화상 표시장치의 실시예들을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 프로젝션 타입의 화상 표시장치는, 도 11, 도 12, 도 14 및 도 16에 예시한 바와 같이, 본 발명에 따른 칼라 분리유닛을 사용하여 입사되는 백색광을 복수의 색광 보다 바람직하게는 4개 이상의 색광을 분리하여 조사하도록 된 앞서 설명한 바와 같은 다양한 구조의 칼라 조명장치와, 조사되는 색광들을 입력된 화상신호에 따라 화소 단위로 제어하여 화상을 형성하는 적어도 하나의 라이트 밸브(157,159)를 포함하며, 라이트 밸브(157,159)에서 생성된 화상을 투사렌즈유니트(270)에 의해 스크린(280)에 확대 투사시킨다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 화상 표시장치는 복수의 색광 보다 바람직하게는, 4개 이상의 색광을 분리하여 조사하는 칼라 조명장치와, 조사되는 복수의 색광들 중 적어도 하나 이상의 색광을 각각 입력된 화상신호에 따라 화소 단위로 제어하여 화상을 형성하는 제1 및 제2라이트 밸브(157,159)와, 상기 제1 및 제2라이트 밸브(157,159)에서 생성된 화상을 통합하여 투사렌즈유니트(270)쪽으로 진행하도록 하기 위한 화상결합기(150)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 화상 표시장치는, 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광의 진행 경로를 합치기 위한 광학유니트(140)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 칼라 조명장치는 앞서 설명한 본 발명의 다양한 실시예에 따른 칼라 조명장치를 적용할 수 있다. 도 11에서는 칼라 조명장치가 도 3 내지 도 10의 광학적 구성을 가지는 경우를 예를 들어 보여준다. 도 11에서 참조번호 300은 칼라 분리시스템을 나타낸다. 칼라 분리시스템(300)은 앞서 설명한 바와 같이 광원(60)으로부터 입사되는 백색광을 복수의 보다 바람직하게는, 4개 색광으로 분리하고, 각각이 분리된 색광들 중 적어도 하나 이상의 색광으로 이루어진 두 색광그룹(LA)(LB) 사이가 서로 이격되도록 된 본 발명의 실시예들에 따른 칼라 분리유닛(70)(170)과 릴레이 렌즈(89) 및/또는 편광 정렬기(72)를 포함한다.
이때, 본 발명에 따른 칼라 분리유닛을 이루는 이색 미러면의 개수, 두 색광그룹의 분할 구조, 이색 미러면의 개수에 대응되게 마련되는 릴레이 렌즈(89)의 개수 및/또는 분리된 색광들의 편광이 두 종류가 되도록 하는 적어도 하나 이상의 편광변환기의 배치는 다양하게 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 칼라 조명장치를 채용한 프로젝션 타입의 화상 표시장치에 대한 본 실시예 및 이하의 다른 실시예에서는 이러한 다양성을 모두 내포할 수 있도록, 이러한 칼라 분리유닛과 릴레이 렌즈 및/또는 편광 정렬기를 포함하는 구성을 간단히 칼라 분리시스템(300)으로 나타낸다.
상기 광학유니트(104)는 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광 중 어느 한 색광그룹의 광을 반사시키는 제1반사면(141)과, 상기 제1반사면(141)에서 반사된 일 색광그룹의 광과 나머지 색광그룹의 광을 선택적으로 투과 및 반사시켜 통합시키도록 된 제2반사면(143)을 포함한다.
칼라 조명장치의 칼라 분리시스템(300)으로부터 출사되는 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광의 편광이 서로 다른 경우, 상기 제1반사면(141)은 제2색광그룹(LB)의 광을 전반사시키고, 제2반사면(143)은 제2색광그룹(LB)의 광을 반사시키고, 제1색광그룹(LA)의 광을 투과시키도록 편광에 따른 선택적 투과 및 반사 특성을 가지도록 편광빔스프리터면으로 이루어진 것이 바람직하다.
한편, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광이 광학유니트(140)를 경유하는 동안의 광로 길이에 차이가 있기 때문에, 릴레이 렌즈(133)(135)는 이러한 광로 길이차를 보정하도록 배치되는 것이 바람직하다.
즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 광학유니트(140)에서의 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광의 광로 길이 차는 릴레이 렌즈(133)(135)의 배치 위치를 조정하고 최적화하면 보상하는 것이 가능하다. 이와 같이 광로 길이 차를 릴레이 렌즈(133)(135)의 적절한 배치에 의해 보정하면, 릴레이 렌즈(133)(135)에 의해 집속되는 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광의 집속 위치는 서로 동일해질 수 있다.
상기와 같이 광학유니트(140)에 의해 경로가 합쳐진 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광은 화상결합기(150)를 경유하여 제1 및 제2라이트 밸브(157,159)에 조사된다.
상기 화상결합기(150)는 광학유니트(140)에 의해 경로가 합쳐진 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광이 제1 및 제2라이트 밸브(157,159)로 조사되고, 제1 및 제2라이트 밸브(157,159)에서 화상 신호에 따라 모듈레이션된 광이 합쳐져 투사렌즈유니트(270)쪽으로 향하여 스크린(280) 상에 투영되도록 하는 역할을 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 화상결합기(150)는, 입사되는 색광들을 편광에 따라 선택적으로 투과 또는 반사시켜 제1 및 제2라이트 밸브(157)(159)로 조사되도록 하는 편광빔스프리터(151)와, 편광빔스프리터(151)와 제1라이트 밸브(157), 편광빔스프리터(151)와 제2라이트 밸브(159) 사이에 각각 배치되어 입사광의 편광을 바꾸어주는 파장판(153,155), 바람직하게는 1/4 파장판을 포함하여 구성될 수 있다. 칼라 조명장치쪽에서 편광빔스프리터(151)로 입사되는 색광들은 편광에 따라 분리되어 제1 및 제2라이트 밸브(157)(159)로 조사되며, 제1 및 제2라이트 밸브(157)(159)에서 생성된 화상은 편광빔스프리터(151)에 의해 통합된다.
칼라 분리시스템(300)으로부터 출사되는 분리된 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광이 서로 다른 편광을 가지는 경우, 편광빔스프리터(151)에 입사되는 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광 중 일 색광그룹의 색광은 반사되어 제1라이트 밸브(157)로 조사되고 다른 색광그룹의 색광은 투과되어 제2라이트 밸브(159)로 조사된다.
예를 들어, 제1색광그룹(LA)의 광은 편광빔스프리터(151)에 의해 반사되어 제1라이트 밸브(157)로 조사되고, 제2색광그룹(LB)의 광은 편광빔스프리터(151)를 투과하여 제2라이트 밸브(159)로 조사된다.
이 경우, 제1라이트 밸브(157)는 제1색광그룹(LA)의 색광에 대한 칼라 화상을 형성하며, 제2라이트 밸브(159)는 제2색광그룹(LB)의 색광에 대한 칼라 화상을 형성하게 된다.
예를 들어, 제1색광그룹(LA)에 시안광(C)과 청색광(B)이 포함되고, 제2색광그룹(LB)에 적색광(R)과 녹색광(G)이 포함되는 경우, 제1라이트 밸브(157)는 청색 및 시안 화상 생성을 위한 신호 프로세싱(B, C Signal Processing)에 따라 시안 및청색 칼라 화상을 형성하며, 제2라이트 밸브(159)는 적색 및 녹색 화상 생성을 위한 화상 신호 프로세싱(R, G Signal Processing)에 따라 적색 및 녹색 칼라 화상을 형성한다.
이때, 제1라이트 밸브(157)에는 시안광(C)과 청색광(B)이 칼라바 형태로 조사되며, 스크롤링 유닛(100)의 회전에 따라 스크롤된다. 또한, 제2라이트 밸브(159)에는 적색광(R)과 녹색광(G)이 칼라바 형태로 조사되며, 스크롤링 유닛(100)의 회전에 따라 스크롤된다. 스크롤 작용에 의한 색광별 칼라바의 이동과 동기시켜 제1 및 제2라이트 밸브(157,159)의 각 화소에 대한 화상 정보를 처리하면, 색광별 칼라 화상이 생성된다.
한편, 상기 제1 및 제2라이트 밸브(157,159)는 스크롤되는 칼라바가 맺히는 곳에 위치된다. 상기 제1 및 제2라이트 밸브(157,159)로는, 반사형 라이트 밸브 예컨대, 반사형 액정표시소자를 구비하는 것이 바람직하다. 반사형 액정표시소자는 화소 단위로 화상 신호에 따라 입사된 광의 편광을 변환하여 반사시킨다.
제1 및 제2라이트 밸브(157,159)로 반사형 액정표시소자를 사용하는 경우에는, 화상 생성은 화소 단위로 광의 편광 변환으로 표현되므로, 상기와 같이, 편광빔스프리터(151)와 1/4 파장판으로서 기능을 하는 한쌍의 파장판(153,155)으로 이루어진 화상결합기(150)에 의해 제1 및 제2라이트 밸브(157,159)에서 생성된 화상을 결합하는 것이 가능하다.
광학유니트(140)쪽에서 화상결합기(150)로 입사되는 제1 및제2색광그룹(LA)(LB)의 광이 각각 S편광, P편광이고, 화상결합기(150)의 편광빔스프리터(151)가 S편광은 반사시키고 P편광을 투과시킨다고 하자.
이 경우, S편광의 제1색광그룹(LA)의 광은 편광빔스프리터(151)에서 반사되고, 파장판(153)에서 대략 일 원편광으로 바뀌어 제1라이트 밸브(157)에 집속된다. 제1라이트 밸브(157)에서 화소 단위로 화상 신호에 의해 모듈레이션(편광 변환)되고 반사된 광 중 상기 파장판(153)을 경유하면서 P편광으로 바뀐 광만이 편광빔스프리터(151)를 투과하여 투사렌즈유니트(270)쪽으로 진행한다.
또한, P편광의 제2색광그룹(LB)의 광은 편광빔스프리터(151)를 투과하고 파장판(155)에서 대략 일 원편광으로 바뀌어 제2라이트 밸브(159)에 집속된다. 제2라이트 밸브(159)에서 화소 단위로 화상 신호에 의해 모듈레이션(편광 변환)되고 반사된 광 중 상기 파장판(155)을 경유하면서 S편광으로 바뀐 광만이 편광빔스프리터(151)에서 반사되어 투사렌즈유니트(270)쪽으로 진행한다.
따라서, 제1 및 제2라이트 밸브(157,159)에서 화상신호로 모듈레이션된 광은 화상결합기(150)의 각 파장판(153,155) 및 편광빔스프리터(151)를 통과하면서 다시 합해지고 투사렌즈유니트(270)에 의해 스크린(280)에 투영된다.
도 13에서는 화상결합기(150)가 편광빔스프리터(151)와 파장판(153)(155)로 구성되는 예를 보여주는데, 화상결합기(150)의 구성은 본 발명에 따른 화상 표시장치에 제1 및 제2라이트 밸브(157)(159)로 사용되는 반사형 액정표시소자의 특성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, S편광의 제1색광그룹(LA)의 광을 P 편광의 광으로바꾸어주는 정도에 의해 화상을 생성하는 반사형 액정표시소자를 제1라이트 밸브(157)로 사용하는 경우에는 파장판(153)을 사용할 필요가 없다. 마찬가지로, P편광의 제2색광그룹(LB)의 광을 S 편광의 광으로 바꾸어주는 정도에 의해 화상을 생성하는 반사형 액정표시소자를 제2라이트 밸브(159)로 사용하는 경우에는 파장판(155)을 사용할 필요가 없다. 즉, 제1 및 제2라이트 밸브(157)(159)로 사용되는 반사형 액정표시소자의 특성에 따라 화상 결합기(150)는 파장판(153)(155)이 없는 구조로 될 수도 있다.
상기 투사렌즈유니트(270)는 화상결합기(150)와 스크린(280) 사이에 배치되어, 입사된 화상이 스크린(280)으로 향하도록 확대 투사시킨다.
한편, 도 11에 도시한 바와 같이, 스크롤링 유닛(100)의 두 유효 영역(A, B)에 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광이 조사되어 서로 반대 방향으로 스크롤되고, 광학유니트(140)가 스크롤 방향을 반전시키는 기능없이 단순히 광경로를 합치도록 광학계가 구성된 경우에는, 제1 및 제2라이트 밸브(157,159)에 조사되는 칼라바의 스크롤 방향은 서로 반대이므로, 이러한 스크롤 방향 차이를 고려하여, 칼라별 화상을 생성해주어야 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 칼라 조명장치를 적용하여, 예컨대, 4개의 색광을 P편광의 색광그룹과 S 편광의 색광그룹으로 나누어 2개의 반사형 라이트 밸브에 2개의 색광씩 나누어 보내어 구동하면, 색광 분리에 의한 에텐듀 부담을 줄일 수 있으며, 각 색광들을 스크롤링 유닛(100)의 회전에 의해 스크롤하여스크린(280) 상에서 이들을 믹싱하므로, 광효율이 배가된다. 또한, 하나의 스크롤링 유닛(100)의 두 유효 영역(A, B)에서 각각 2개의 색광 스크롤을 행하므로, 소형의 칼라 조명장치 및 소형의 화상 표시장치의 실현이 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝션 타입의 화상 표시장치는, 2개의 반사형 라이트 밸브(157,159)를 사용하기 때문에, 각 색광 성분을 원하는 편광성분으로 바꿀 수가 있으며, 각 편광 성분 및 평행광(입사각도 0도)에 대한 색광 분리를 행하므로, 칼라 분리유닛의 제작을 용이하게 하며, 이에 따른 색 순도를 높게 할 수 있는 이점이 있다.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 프로젝션 타입의 화상 표시장치를 보인 것으로, 스크롤링 유닛(100)의 두 유효 영역(A, B)에 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광이 조사되어 서로 반대 방향으로 스크롤되고, 광학유니트가 상기 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광의 스크롤 방향이 서로 같도록 예컨대, 제2색광그룹(LB)의 광에 대한 스크롤 방향을 변환함과 아울러 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광의 진행 경로를 합치도록 광학계가 마련된 예를 보여준다.
상기 광학유니트는, 스크롤링 유닛(100)의 제1 및 제2유효영역(A, B) 각각을 투과한 광의 스크롤 방향이 서로 같도록 스크롤 방향을 변환하는 스크롤 변환 프리즘(240)을 포함한다.
상기 스크롤 변환 프리즘(240)은 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광 중 어느 한 색광그룹의 광에 대한 칼라바는 반사과정을 통해 반전시켜 스크롤 방향을 바꾸어주며, 반사과정을 통해 스크롤 방향이 바뀐 색광그룹의 광과 나머지 색광그룹의 광을 편광에 따라 선택적으로 투과 및 반사시켜 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광의 진행 경로를 합치도록 된 것이 바람직하다.
상기 스크롤 변환 프리즘(240)은 아미치(Amichi) 프리즘을 형상을 가지는 것이 바람직하다.
도 13을 참조하면, 아미치 프리즘 형상의 스크롤 변환 프리즘(240)은 입사면(241) 및 출사면(247)과, 상호 직각으로 배치되며 상기 입사면(241) 쪽에서 출사면(247) 쪽으로 각 theta 만큼 경사지게 배치된 반사면(243a, 243b) 및, 상기 반사면(243a, 243b)에서 반사된 광을 재차 반사시켜 상기 출사면(247) 쪽으로 향하도록 하는 반사면(245)을 포함한다.
따라서, 일 방향 화살표로 나타낸 바와 같은 스크롤 방향을 가지는 광이 상기 입사면(241)을 통하여 입사되는 경우, 입사광의 상하 방향은 변하지 않고, 단지 상기 반사면(243a, 243b)의 경사각 theta 만큼 기울어지게 배치됨에 의하여 반사면(245) 쪽으로 향하게 된다.
한편, 좌우 방향은 상기 반사면(243a, 243b)에서 서로 바뀌게 된다. 즉, 도면부호 243a로 나타낸 반사면에 입사된 광은 반사되어 도면부호 243b로 나타낸 반사면으로 향한다. 그리고 그 면에서 반사되어 상기 반사면(245)으로 향한다. 마찬가지로, 도면부호 243b로 나타낸 반사면에 입사된 광은 도면부호 243a로 나타낸 반사면을 경유하여 반사면(245)으로 향한다. 따라서, 도면상에서 화살표 방향으로 나타낸 바와 같이 스크롤 방향이 바뀌게 된다.
상기 반사면(245)은 상기 스크롤 변환 프리즘(240)의 일면에 배치되는 것으로, 스크롤 방향이 전환되어 입사되는 일 색광그룹의 광은 반사시키고 나머지 색광그룹의 광은 투과시키도록 마련되어, 유효영역(A, B)을 투과한 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광의 광경로가 합쳐지도록 한다.
상기 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광이 서로 다른 편광을 가지는 경우, 상기 반사면(245)은 입사광을 편광 방향에 따라 선택적으로 투과 또는 반사시키는 편광빔스프리터면으로 된 것이 바람직하다.
이 경우, 예를 들어, P편광의 제2색광그룹(LB)의 광은 반사면(243a, 243b)에서 그 스크롤 방향이 변환된 후 상기 반사면(245)으로 향하고, 이 반사면(245)에서 반사된다. 한편, S 편광의 제1색광그룹(LA)의 광은 반사면(245)을 투과하여 상기 제2색광그룹(LB)의 광과 동일 방향으로 진행하게 된다.
여기서, 상기 스크롤 변환 프리즘(240)은 펜타(penta) 프리즘 형상을 가지는 것도 가능하다.
상기와 같이 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광의 경로를 합치기 위한 광학유니트로 스크롤 변환 프리즘(240)을 구비하면, 제1 및 제2라이트 밸브(157,159)에 조사되는 칼라바의 스크롤 방향은 동일해진다. 따라서, 이 경우에는 스크롤 방향 차이를 고려할 필요가 없으므로, 화면 구동이 보다 용이해진다.
도 14는 본 발명의 제3실시예에 따른 프로젝션 타입의 화상 표시장치를 개략적으로 보인 것으로, 본 발명의 제1실시예에 따른 화상 표시장치와 비교할 때, 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광을 각각 스크롤하기 위한 한쌍의 스크롤링 유닛(100a)(100b)을 병렬로 구비한 점에 특징이 있다. 도 15는 상기 한쌍의 스크롤링 유닛(100a)(100b)의 각 제1스파이럴 렌즈 디스크(101)에 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광이 각각 입사되는 영역 및 스크롤 방향을 보여준다. 도 15에서 참조번호 C는 제1색광그룹(LA)의 광이 입사되는 유효영역, 참조번호 D는 제2색광그룹(LB)의 광이 입사되는 유효영역이다. 도 14 및 도 15에서는 앞선 실시예들과 실질적으로 동일 또는 유사한 기능을 하는 광학소자는 앞선 실시예에서와 동일 참조부호로 나타내고, 그 반복적인 설명은 생략한다.
상기 한쌍의 스크롤링 유닛(100a)(100b) 각각은 글래스 로드(111)를 제외하고는, 앞선 실시예에서의 스크롤링 유닛(100)과 실질적으로 동일한 구성을 가진다. 도 15에서와 같이 한쌍의 스크롤링 유닛(100a)(100b)을 사용하는 경우에는, 스크롤링 유닛(100a)(100b) 각각은 제1 및 색광그룹(LA)(LB)의 광의 진행 경로 상에만, 제1 및 제2스파이럴 렌즈디스크(101)(103) 사이에 글래스 로드(111)를 구비하면 된다. 따라서, 상기 한쌍의 스크롤링 유닛(100a)(100b) 각각은 스크롤링 유닛(100)이 2개의 글래스 로드(111)를 구비하는데 비해, 하나의 글래스 로드(111)만을 구비하는 것으로 충분하다.
도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 한쌍의 스크롤링 유닛(100)을 구비하면, 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광을 각각 독립적으로 구동하여 스크롤 할 수 있으며, 두 스크롤링 유닛(100)의 회전 방향을 서로 독립적으로 제어할 수 있으므로, 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광의 스크롤 방향을 동일하게 하는 것이 가능하다.
제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광의 입사되는 유효영역(C, D)이 도 15에 보여진 바와 같이, 서로 다른 스크롤링 유닛(100)의 제1스파이럴 렌즈 디스크(101)의 서로 근접된 영역이 되도록 하고, 스크롤링 유닛(100)을 서로 반대 방향으로 회전하도록 구동하면, 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광의 스크롤 방향을 동일하게 할 수 있다.
도 15에서는 유효 영역(C)에서의 복수의 실린드리컬렌즈가 스크롤링 유닛(100a)의 외주에서 내주쪽으로 연속하여 이동하는 효과를 얻도록 스크롤링 유닛(100a)을 반시계 방향으로 회전시키고, 유효 영역(D)에서의 복수의 실린드리컬렌즈가 스크롤링 유닛(100b)의 내주에서 외주쪽으로 연속하여 이동하는 효과를 얻도록 스크롤링 유닛(100b)을 시계 방향으로 회전시키는 경우를 보여준다. 두 스크롤링 유닛(100a)(100b)의 회전 방향을 각각 반대로 바꿔주면, 스크롤 방향을 반대로 할 수 있다.
상기와 같이, 제1 및 제2색광그룹(LA)(LB)의 광을 각각 서로 다른 스크롤링 유닛(100a)(100b)에 의해 스크롤하면, 스크롤 방향을 동일하게 하여,제1색광그룹(LA)의 광에 대한 칼라바와 제2색광그룹(LB)의 광에 대한 칼라바의 스크롤 방향이 동일하도록 할 수 있다.
이때, 두 개의 스크롤링 유닛(100a)(100b)을 사용하므로, 이 2개의 스크롤링 유닛(100a)(100b)의 구동과, 제1라이트 밸브(157)에서의 예컨대, 청색 및 시안 화상 생성을 위한 신호 프로세싱(B, C Signal Processing) 및 제2라이트 밸브(159)에서의 적색 및 녹색 화상 생성을 위한 신호 프로세싱(R, G Signal Processing)은 도 14에 나타낸 바와 같이, 서로 동기화되는 것이 바람직하다.
여기서, 도 14에는 본 발명의 제3실시예에 따른 화상 표시장치가 본 발명의 제1실시예에 따른 화상 표시장치에서와 동일한 광학유니트(140)를 구비하는 예를 보여주는데, 이 광학유니트(140) 대신에, 본 발명에 제2실시예에 따른 화상 표시장치에서의 광학유니트 즉, 스크롤 변환 프리즘(240)을 구비하는 것도 가능함은 물론이다.
한편, 이상에서는 본 발명에 따른 프로젝션 타입의 화상 표시장치가 단일 광원을 구비하는 것으로 설명 및 도시하였는데, 본 발명에 따른 화상 표시장치는, 도 16에 도시된 바와 같이 칼라 분리시스템(500)의 양쪽에서 광을 입력시킬 수 있도록, 칼라 분리시스템(500)의 양쪽의 입력단에 각각 광을 입사시키도록 한쌍의 광원(60), 한쌍의 콜리메이팅렌즈(71)를 구비할 수도 있다. 물론 이 경우, 칼라 분리시스템(500)은 칼라 분리유닛 뿐만 아니라, 이 칼라 분리유닛의 양쪽의 입력단에 배치된 편광 정렬기 및/또는 출력단에 배치된 다수의 릴레이 렌즈를 포함하는 것이바람직하다.
이때, 칼라 분리유닛은 일 광원(60)으로부터 입사되는 광을 복수의 색광으로 분리하도록 된 복수의 제1이색 미러면과 다른 광원(60)으로부터 입사되는 광을 복수의 색광으로 분리하도록 된 복수의 제2이색 미러면을 구비하며, 제1 및 제2이색 미러면의 배치 방향이 서로 반대이고, 제1 및 제2이색 미러면 사이에 광학 블록이 마련된 형태로 될 수 있다.
여기서, 본 실시예에서의 칼라 분리시스템(500)의 구조는 전술한 바로부터 충분히 유추할 수 있으므로, 이에 대한 보다 상세한 설명 및 도시는 생략한다.
본 발명의 제4실시예에 따른 프로젝션 타입의 화상 표시장치는, 한쌍의 광원, 한쌍의 콜리메이팅렌즈 및 칼라 분리시스템(500)을 제외한 나머지 광학적 구성은 본 발명의 제1 내지 제3실시예에 따른 화상 표시장치 중 어느 하나와 동일할 수 있다. 여기서, 도 16에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 화상 표시장치의 광학적 구성을 적용한 경우를 예를 들어 보여준다.
도 16에 도시된 바와 같이, 각각 독립된 2개의 광원(60)으로부터의 광을 하나의 칼라 분리유닛을 사용하여 2개의 색광그룹으로 분리하고, 화상결합기(150)에서 합하여 제1 및 제2라이트 밸브(157,159)에서 광을 모듈레이션 시키도록 마련되면, 광량의 세기를 배가할 수 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 칼라 분리유닛 및 이를 구비한 칼라 조명장치 및 이를 채용한 프로젝션 타입의 화상 표시장치를 도면에 도시된 광학적 구성을 근거로 하여 설명하였는데, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범위내에서 다양한 변형 및 타실시예가 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 칼라 조명장치 및 이를 적용한 프로젝션 타입의 화상 표시장치는 광원으로부터의 광을 두 색광그룹(LA)(LB)으로 분리하는 대신에, 도 17에서와 같이 분리된 복수의 색광들이 모두 스크롤링 유닛(100)의 동일 유효영역으로 입사되도록 칼라 분리 유닛을 구성하고, 이에 대응되게 나머지 광학계를 구성한 구조로 형성될 수도 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 칼라 조명장치를 개략적으로 보인 도면이고, 도 18은 도 17의 칼라 조명장치를 적용한 본 발명의 제5실시예에 따른 프로젝션 타입의 화상 표시장치를 개략적으로 보인 것으로, 칼라 조명장치는 광원(60)에서 출사된 광을 복수의 색광 예컨대, 3개의 색광 내지 8개의 색광으로 분리하는 칼라 분리유닛(600)과 칼라 스크롤링을 구현하기 위한 스크롤링 유닛(700)을 포함한다. 여기서, 앞선 실시예들에서와 동일 또는 유사한 기능을 하는 부재는 동일 참조부호로 표시하고, 그 반복적인 설명은 생략한다.
상기 칼라 분리유닛(600)은 광원(60)쪽에서 입사되는 백색광을 4개 이상의 색광으로 분리하도록 마련된 것이 바람직하다.
상기 칼라 분리유닛(600)은 앞선 실시예들에서의 칼라 분리유닛(70, 70' 또는 170))과 비교할 때, 색광들 사이를 이격시키기 위한 광학블록이 없으며, 나머지 부분은 앞선 실시예들에서의 칼라 분리유닛(70, 70' 또는 170)과 실질적으로 동일하게 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 칼라 분리유닛(600)은 도 17에 예시한 바와 같이, 로드형 구조의 단일체를 이루도록, 서로 다른 색광을 반사시키는 제1 내지 제4이색 미러면(80)(82)(84)(86)을 각각 구비하는 제1 내지 제4이색 프리즘(79)(81)(83)(85)과, 상기 제1 내지 제4이색 미러면(80)(82)(84)(86)에 의해 분리된 색광들 중 적어도 하나의 색광과 나머지 색광이 서로 다른 편광으로 되도록 적어도 하나의 편광 변환기(88)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 17 및 도 18에서는, 하나의 편광 변환기(88)가 제2 및 제3이색 미러면(82)(84) 사이에 위치된 예를 보여준다. 여기서, 도 6에 도시된 칼라 분리유닛(70)처럼, 편광 변환기(88)는 칼라 분리유닛(600)에서 분리된 색광들의 진행 경로 예컨대, 칼라 분리유닛(600)의 출사면 일부 영역에 위치될 수도 있다.
도 17 및 도 18에서는 상기 칼라 분리유닛(600)이 4개의 이색 미러면을 구비하는 예를 보여주는데, 전술한 바와 마찬가지로, 이색 미러면의 수는 분리하고자 하는 색광수에 따라 달라질 수 있다. 또한, 편광 변환기(88)의 수 및 배치도 달라질 수 있다.
상기 스크롤링 유닛(700)은 도 3, 도 7 및 도 8을 참조로 설명한 스크롤링 유닛(100)과 마찬가지로 제1 및 제2스파이럴 렌즈 디스크(101)(103)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 본 실시예에 따른 화상 표시장치에서는 앞선 실시예들과는 다르게, 색광들을 두 색광그룹으로 나누지 않고, 복수의 색광들이 단일 색광그룹을 이루어 진행하므로, 스크롤링 유닛(700)은 도 17 및 도 18에 보여진 바와 같이, 제1 및 제2스파이럴 렌즈 디스크(101)(103) 사이의 단일 색광그룹의 진행 경로 상에만 글래스 로드(111)를 구비하는 것이 가능하다.
상기 칼라 분리유닛(600)에 의해 분리된 복수의 색광들 예컨대, 4개의 색광들은 상기 스크롤링 유닛(700)의 동일 유효 영역에 입사된다. 여기서, 스크롤링 유닛(700)의 유효 영역은 실질적으로 도 7에서의 스크롤링 유닛(100)의 유효 영역(B)에 해당한다.
본 발명의 제5실시예에 따른 화상 표시장치에서는 도 3의 경우와 비교할 때, 복수의 색광들이 단일 색광그룹을 이루어 진행하므로, 이 단일 색광그룹의 광들이 도 3에서의 제2색광그룹(LB)과 동일 경로로 진행하도록 광학계를 배치한다고 할 때, 도 3에서의 제2색광그룹(LB)의 광의 진행 경로 상에 배치되는 실린더 렌즈들(97a)(97b)(132), 파리눈 렌즈 어레이(123) 및 릴레이 렌즈(135)만이 필요하며, 도 3에서의 제1색광그룹(LA)의 광의 진행 경로 상에 배치되는 실린더 렌즈들(95a)(95b)(131), 파리눈 렌즈 어레이(121) 및 릴레이 렌즈(133)는 불필요하다.
또한, 본 발명의 제5실시예에 따른 화상 표시장치에서는, 복수의 색광들이 단일 색광그룹을 이루어 진행하므로, 앞선 본 발명의 제1 내지 제4실시예에 따른 화상 표시장치에서와 같은 두 색광그룹의 광경로를 일치시키기 위한 광학유니트가 불필요하다.
이때, 상기 칼라 분리유닛(600)에 의해 분리된 복수의 색광들 중 적어도 하나의 색광과 나머지 색광이 서로 다른 편광을 가지므로, 제1 및 제2라이트 밸브(157)(159)로 각각 서로 다른 편광의 색광이 조사되며, 제1 및 제2라이트 밸브(157)(159)에 의해 생성된 칼라별 화상이 화상결합기(150)에 의해 결합되어 투사렌즈유니트(270)쪽으로 향하는 과정은 도 11을 참조로 앞서 설명한 바와 실질적으로 동일하다.
이상에서 설명한 바와 같은 광원으로부터의 광을 칼라 분리유닛을 사용하여 복수의 색광으로 분리하고, 복수의 색광 중 적어도 하나의 색광과 나머지 색광이 편광이 서로 다르도록 하는 칼라 조명장치를2개의 라이트 밸브를 사용하는 프로젝션 타입의 화상 표시장치에 적용하면, 넓은 색 범위 재현과 동시에 고효율 프로젝션 시스템을 구현할 수 있다.
이상에서는 도면들을 참조로 구체적인 실시예들에 대해 설명하였는데, 본 발명에 따른 칼라 분리유닛, 이를 구비한 칼라 조명장치 및 프로젝션 타입의 화상 표시장치는 상기한 구조이외에도 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범위내에서 다양한 변형이 가능하다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 칼라 분리유닛에서 광원으로부터 입사되는 광을 적어도 복수의 색광으로 분리하고, 적어도 하나의 색광과 나머지 색광이 서로 다른 편광으로 되도록 하며, 복수의 색광들을 스크롤링 유닛에 의해 스크롤링한다.
따라서, 유효 광량을 증대시킬 수 있어 고 효율의 칼라광을 조명할 수 있다.또한, 스크롤을 위해 스크롤링 유닛을 이용함으로써, 프로젝션 타입의 화상 표시장치의 광학적 구성을 단순화할 수 있고, 그 전체 구성을 소형화 할 수 있다.
또한, 칼라 분리유닛에 의해 분리된 복수의 색광 보다 바람직하게는 4개 이상의 색광들 중 적어도 하나의 색광과 나머지 색광이 서로 다른 편광을 가지도록 함으로써, 2개의 라이트 밸브를 사용하고, 이 두 라이트 밸브에서 생성된 화상을 합쳐 칼라 화상을 투영하므로, 넓은 색범위 재현과 동시에 고효율 프로젝션 타입의 화상 표시장치를 구현할 수 있다.
또한, 두 라이트 밸브를 사용하여, 각각 일부 색광에 대한 화상을 생성한 다음, 두 라이트 밸브에서 생성된 화상을 믹싱하여 칼라 화상을 구현하므로, 색분리에 의한 에텐듀 부담을 줄일 수 있다.

Claims (49)

  1. 광을 생성 출사하는 적어도 하나의 광원과;
    상기 광원쪽에서 입사되는 광을 복수의 색광으로 분리하며, 상기 분리된 복수의 색광 중 적어도 하나의 색광과 나머지 색광이 서로 다른 편광으로 되도록 하는 칼라 분리유닛과;
    상기 칼라 분리유닛에 의해 분리된 복수의 색광 중 적어도 하나 이상의 색광을 각각 입력된 화상신호에 따라 화소 단위로 제어하여 화상을 형성하는 복수의 라이트 밸브와;
    상기 복수의 라이트 밸브에 의해 생성된 화상을 통합하기 위한 화상결합기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 칼라 분리유닛은,
    서로 다른 색광을 반사시키며 상기 광원쪽에서 입사되는 광의 진행 방향에 대해 경사지고 서로 이격된 복수의 이색 미러면과;
    상기 적어도 하나의 색광과 나머지 색광이 서로 다른 편광으로 되도록 하는 적어도 하나의 편광 변환기;를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 칼라 분리유닛은 로드형의 단일체 구조로 된 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 칼라 분리유닛은, 각각 서로 다른 색광을 반사시키는 상기 이색 미러면을 갖는 복수의 이색 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 편광 변환기는,
    이색 미러면 사이, 분리된 복수의 색광들이 출사되는 출사면의 일부 영역 및 분리된 복수의 색광들 중 적어도 어느 한 색광의 진행 경로 중 어느 한 곳에 위치되는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복수의 라이트 밸브는,
    일 편광으로 된 상기 적어도 하나의 색광을 이용하여 화상을 형성하는 제1라이트 밸브와;
    다른 편광으로 된 상기 나머지 색광을 이용하여 화상을 형성하는 제2라이트 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 화상결합기는,
    입사되는 색광들을 편광에 따라 선택적으로 투과 또는 반사시켜 상기 제1 및 제2라이트 밸브로 조사되도록 하는 편광빔스프리터;를 포함하여, 색광들이 편광에 따라 분리되어 제1 및 제2라이트 밸브에 조사되며, 상기 제1 및 제2라이브 밸브에서 생성된 화상을 통합하도록 된 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 화상결합기는, 상기 편광빔스프리터와 제1라이트 밸브, 상기 편광빔스프리터와 제2라이트 밸브 사이에 각각 배치되어 입사광의 편광을 바꾸어주는 한쌍의 파장판;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 칼라 분리유닛은, 상기 광원쪽에서 입사되는 광을 3개 이상의 색광으로 분리하고, 분리된 3개 이상의 색광 중 적어도 하나의 색광과 나머지 색광이 서로 다른 편광으로 되도록 하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  10. 광을 생성 출사하는 적어도 하나의 광원과;
    상기 광원쪽에서 입사되는 광을 4개 이상의 색광으로 분리하도록, 서로 다른 색광을 반사시키며 상기 광원쪽에서 입사되는 광의 진행 방향에 대해 경사지고 서로 이격된 4개 이상의 이색 미러면을 구비하며, 로드형 구조로 된 칼라 분리유닛과;
    조사되는 색광들을 입력된 화상신호에 따라 화소 단위로 제어하여 화상을 형성하는 적어도 하나의 라이트 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 칼라 분리유닛은,
    각각 서로 다른 색광을 반사시키는 상기 이색 미러면을 갖는 4개 이상의 이색 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 칼라 분리유닛은,
    상기 이색 미러면에 의해 분리된 4개 이상의 색광 중 적어도 어느 한 색광과 나머지 색광이 서로 다른 편광으로 되도록 하는 적어도 하나의 편광 변환기;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 편광 변환기는,
    이색 미러면 사이, 분리된 복수의 색광들이 출사되는 출사면의 일부영역 및 분리된 복수의 색광들 중 적어도 어느 한 색광의 진행 경로 중 적어도 어느 한 곳에 위치되는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 라이트 밸브는,
    일 편광으로 된 상기 적어도 하나의 색광을 이용하여 화상을 형성하는 제1라이트 밸브와; 다른 편광으로 된 상기 나머지 색광을 이용하여 화상을 형성하는 제2라이트 밸브;를 포함하며,
    상기 제1 및 제2라이트 밸브에 의해 생성된 화상을 통합하기 위한 화상결합기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  15. 제1항 내지 제8항, 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 칼라 분리유닛은 광원쪽에서 입사되는 광을 시안광(C), 청색광(B), 적색광(R), 녹색광(G)으로 분리하거나, 광원쪽에서 입사되는 광을 청색광(B), 시안광(C), 마젠타광(M), 적색광(R), 녹색광(G) 및 노란색광(Y)으로 분리하도록 마련된 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  16. 제1항 내지 제8항, 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 칼라 분리유닛의 입력단에 상기 광원에서 조사된 광을 일 편광으로 정렬시켜 상기 칼라 분리유닛내로 입사시키는 편광 정렬기;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  17. 제1항 내지 제8항, 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 칼라 분리유닛에 의해 분리된 색광들이 스크롤링되도록 하는 적어도 하나의 스크롤링 유닛;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 스크롤링 유닛은 그 회전 운동이 렌즈어레이의 직선운동으로 전환될 수 있도록 형성된 적어도 하나의 렌즈셀을 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 칼라 분리유닛에 의해 분리된 색광들 중 적어도 하나의 색광을 제1색광그룹, 나머지의 적어도 하나 이상의 색광을 제2색광그룹이라 할 때,
    상기 칼라 분리유닛은, 상기 제1색광그룹의 광과 상기 제2색광그룹의 광이 상기 스크롤링 유닛에 서로 이격된 상태로 입사될 수 있도록 제1 및 제2색광그룹 사이를 이격시키도록 마련된 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 칼라 분리유닛은 상기 제1색광그룹의 광과 상기 제2색광그룹의 광이 서로 다른 편광이 되도록 마련된 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 스크롤링 유닛은, 단일 스크롤링 유닛 또는 한쌍의 스크롤링 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  22. 제19항에 있어서, 상기 스크롤링 유닛을 통과한 제1색광그룹의 광과 제2색광그룹의 광의 진행 경로를 합치기 위한 광학유니트;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 광학유니트는
    제1 및 제2색광그룹의 광 중 어느 한 색광그룹의 광을 반사시키는 제1반사면과,
    상기 제1반사면에서 반사된 일 색광그룹의 광과 나머지 색광그룹의 광을 선택적으로 투과 및 반사시켜 진행 경로를 합치도록 된 제2반사면;을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  24. 제22항에 있어서, 상기 광학유니트는
    상기 스크롤링 유닛의 일 유효영역을 투과한 적어도 하나의 색광에 대한 칼라바를 반사과정을 통해 반전시켜 스크롤 방향을 바꾸어주며, 반사과정을 통해 스크롤 방향이 바뀌어 입사되는 적어도 하나의 색광과 상기 스크롤링 유닛의 다른 유효 영역을 투과한 나머지 색광을 선택적으로 투과 및 반사시켜, 제1 및 제2색광그룹의 광의 진행 경로를 합치도록 된 스크롤 방향 변환 프리즘인 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 스크롤 방향 변환 프리즘은, 아미치(Amichi) 프리즘형상을 가지는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  26. 제24항에 있어서, 상기 광학유니트는 반사과정을 통해, 스크롤 방향이 바뀌어 입사되는 적어도 하나의 색광과 상기 스크롤링 유닛의 다른 유효 영역을 투과한 나머지 색광을 편광에 따라 선택적으로 투과 및 반사시켜, 제1 및 제2색광그룹의 광의 진행 경로를 합치도록 된 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  27. 제18항에 있어서, 상기 칼라 분리유닛에 의해 분리된 복수의 색광은 상기 스크롤링 유닛의 동일 유효 영역에 입사되는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  28. 제18항에 있어서, 상기 스크롤링 유닛의 적어도 하나의 렌즈셀은 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 스크롤링 유닛의 렌즈셀은 실린더형 렌즈셀인 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  30. 제18항에 있어서, 상기 스크롤링 유닛은 디스크형인 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  31. 제30항에 있어서, 상기 스크롤링 유닛은 광의 진행방향으로 서로 이격되며, 각각에 상기 렌즈셀이 형성된 제1 및 제2스파이럴 렌즈 디스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  32. 제31항에 있어서, 상기 제1 및 제2스파이럴 렌즈 디스크 사이의 광로 상에, 글래스 로드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  33. 제18항에 있어서,
    상기 스크롤링 유닛에 입사되는 광빔의 폭을 제어하기 위해 상기 광원과 스크롤링 유닛 사이의 광로 상에 위치된 적어도 하나의 제1실린드리컬 렌즈와;
    상기 스크롤링 유닛을 통과한 광을 평행광으로 바꿔주도록 상기 스크롤링 유닛을 통과한 광의 진행 경로 상에 위치된 적어도 하나의 제2실린드리컬 렌즈;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  34. 제18항에 있어서,
    상기 스크롤링 유닛에서 출사된 광의 진행 경로 상에 배치되어, 상기 스크롤링 유닛에서 스크롤된 색광들이 서로 다른 영역에 칼라바를 이루도록 하는 파리눈렌즈 어레이;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 파리눈 렌즈 어레이를 통과한 광의 경로 상에 배치되어, 상기 파리눈 렌즈 어레이에 의해 형성되는 칼라바가 소정 위치에 맺히도록 하는 릴레이렌즈;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  36. 제18항에 있어서, 상기 광원과 칼라 분리유닛 사이에, 상기 광원쪽에서 진행하는 광의 발산각을 조절하기 위한 공간필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  37. 제1항 내지 제8항, 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼라 분리유닛으로부터 출사되는 각 색광의 경로 상에 배치되어, 출사되는 각 색광이 소정 발산각을 가지도록 하는 다수의 릴레이 렌즈;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  38. 제1항 내지 제8항, 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원과 칼라 분리유닛 사이에, 상기 광원쪽에서 진행하는 광의 발산각을 조절하기 위한 공간필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시장치.
  39. 입사되는 광을 복수의 색광으로 분리하며, 상기 분리된 복수의 색광 중 적어도 하나의 색광과 나머지 색광이 서로 다른 편광으로 되도록 마련된 것을 특징으로 하는 칼라 분리유닛.
  40. 제39항에 있어서, 각각 서로 다른 색광을 반사시키며 입사되는 광의 진행 방향에 대해 경사지고 서로 이격된 복수의 이색 미러면과, 상기 적어도 하나의 색광과 나머지 색광이 서로 다른 편광으로 되도록 하는 적어도 하나의 편광변환기;를 구비하는 것을 특징으로 하는 칼라 분리유닛.
  41. 제40항에 있어서, 로드형의 단일체 구조로 된 것을 특징으로 하는 칼라 분리유닛.
  42. 제41항에 있어서, 각각 서로 다른 색광을 반사시키는 상기 이색 미러면을 갖는 복수의 이색 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 분리유닛.
  43. 제40항에 있어서, 상기 편광 변환기는 이색 미러면 사이, 분리된 복수의 색광들이 출사되는 출사면의 일부 영역 및 분리된 복수의 색광들 중 적어도 어느 한 색광의 진행 경로 중 어느 한 곳에 위치되는 것을 특징으로 하는 칼라 분리유닛.
  44. 제39항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 입사되는 광을 3개의 색광 이상의 색광으로 분리하고, 분리된 3개 이상의 색광 중 적어도 하나의 색광과 나머지 색광이 서로 다른 편광으로 되도록 마련된 것을 특징으로 하는 칼라 분리유닛.
  45. 서로 다른 색광을 반사시키며 상기 광원쪽에서 입사되는 광의 진행 방향에 대해 경사지고 서로 이격된 4개 이상의 이색 미러면을 구비하여, 입사되는 광을 4개 이상의 색광으로 분리하며, 로드형 구조를 이루도록 된 것을 특징으로 하는 칼라 분리유닛.
  46. 제45항에 있어서, 각각 서로 다른 색광을 반사시키는 상기 이색 미러면을 갖는 4개 이상의 이색 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라 분리유닛.
  47. 제45항에 있어서, 상기 이색 미러면들에 의해 분리된 4개 이상의 색광 중 적어도 하나의 색광과 나머지 색광이 서로 다른 편광으로 되도록 하는 적어도 하나의 편광변환기;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 칼라 분리유닛.
  48. 제39항 내지 제43항, 제45항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, 분리된 색광들 중 적어도 하나의 색광을 제1색광그룹, 나머지의 적어도 하나 이상의 색광을 제2색광그룹이라 할 때,
    제1 및 제2색광그룹 사이를 이격시킬 수 있도록 마련된 것을 특징으로 하는 칼라 분리유닛.
  49. 제48항에 있어서, 상기 제1색광그룹의 광과 제2색광그룹의 광의 편광이 서로 다르도록 된 것을 특징으로 하는 칼라 분리유닛.
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