KR20040097141A - 효율이 증가된 프로젝션 디바이스 - Google Patents

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KR20040097141A
KR20040097141A KR10-2004-7013632A KR20047013632A KR20040097141A KR 20040097141 A KR20040097141 A KR 20040097141A KR 20047013632 A KR20047013632 A KR 20047013632A KR 20040097141 A KR20040097141 A KR 20040097141A
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KR10-2004-7013632A
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헨리쿠스 엠. 예이. 힉스푸어스
빌렘 하. 스밋스
아드리아누스 예이. 에스. 엠. 드반
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 이미지를 투영하기 위한 프로젝션 디바이스에 관한 것으로, 광원(1), LCD 프로젝션 서브시스템(3), 및 상기 이미지를 투영하기 위한 프로젝션 수단(4, 5)을 포함한다. 작은 크기 및 낮은 비용의 프로젝션 디바이스가 제안되고, 상기 프로젝션 서브시스템은, 입구(31)로부터 출구(34)로 빛은 안내하는 도파관 인티그레이터(30), 반사성 물질로 코팅되고, 상기 광원(1)으로부터 상기 인티그레이터(30)로 방출된 빛을 결합하기 위한 구멍(32)을 가지는, 상기 인티그레이터(30)의 내부 입구 표면(33), 잘못된 편광을 가지는 빛을 상기 인티그레이터(30)로 다시 반사시키기 위해, 상기 인티그레이터(30)의 출구 표면(34)에 제공된 반사성 편광기(35), 상기 편광기(35)에 의해 투과된 빛을 조정하기 위해, 상기 반사성 편광기(35)의 출구에 제공된 투과성 LCD(36)를 포함하고, 상기 LCD(36)는 잘못된 컬러를 가지는 빛을 상기 인티그레이터(30)로 다시 반사하기 위한 통합된 반사성 컬러 필터 배열(37)을 가진다.

Description

효율이 증가된 프로젝션 디바이스{PROJECTION DEVICE HAVING AN INCREASED EFFICIENCY}
이러한 타입의 프로젝션 디바이스는 미국 특허 5,889,567호에 기재되어 있다. 일 실시예에 따르면, 디스플레이 시스템은 파라볼릭(parabolic) 광원과, 광 파이프 조립체의 개구를 통해 광원으로부터 나오는 빛의 초점을 맞추기 위한 집광 렌즈를 포함한다. 광 파이프는 인접한 위상 플레이트에서 끝난다. LCD 패널의 이미지 평면은 위상 플레이트의 이미지 평면과 일정한 거리만큼 떨어져 있다. 프로젝션 렌즈는 디스플레이 패널 상에 형성된 이미지를 뷰잉(viewing)면 상으로 투영한다. 광 파이프 조립체(330)는 빛이 위상 플레이트에 도달하기 전에 개구로부터 나오는 빛을 고르게 혼합하도록 크기가 정해진 광 가이드나 파이프를 생성하기 위해 협력하는 4개의 반사 표면을 포함한다. 그것은 직사각형 단면을 가지는 로드(rod)인 것이 바람직하고, 로드의 주위 표면상에 반사 표면을 가진 광 유리로 제조된다. 위상 플레이트는 충돌하는 빛을 적색, 녹색, 및 청색 파장 성분들로 분리하고, 이들 파장 성분들을 LCD 패널의 각 서브 픽셀들로 향하게 한다. 제어 회로로 LCD 패널을 구동시킴으로써, 서브픽셀들은 디스플레이 패널의 면에 걸쳐 컬러 이미지를 생성하도록 조절될 수 있다.
본 발명은 이미지를 투영하기 위한 프로젝션 디바이스에 관한 것으로, 광원, 투과성 LCD 프로젝션 서브시스템, 및 상기 이미지를 투영하기 위한 프로젝션 수단을 포함한다. 본 발명은 또한 이미지를 투영하는 대응하는 방법 및 투과성 LCD 프로젝션 디바이스에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 프로젝션 디바이스의 일 실시예를 도시하는 도면.
도 2는 도파관 인티그레이터의 입구 표면을 도시하는 도면.
도 3은 통합된 반사 컬러 필터 배열을 가진 LCD를 도시하는 도면.
본 발명의 목적은 빛의 이용 효율이 더 높고, 더 작고 값싸게 제작될 수 있는, 개선된 프로젝션 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 프로젝션 디바이스에 프로젝션 서브시스템을 제공함으로써 달성되고, 이러한 프로젝션 서브시스템은
- 입구로부터 출구까지 빛을 안내하기 위한 도파관 인티그레이터로서, 상기 인티그레이터의 내부 입구 표면은 반사성 물질로 코팅되고, 상기 광원으로부터 상기 인티그레이터로 방출되는 빛을 결합하기 위한 구멍을 가지는, 도파관 인티그레이터,
- 잘못된 편광을 가지는 빛을 다시 상기 인티그레이터로 반사하기 위한, 상기 인티그레이터의 출구 표면에 제공된 반사성 편광기,
- 상기 편광기에 의해 투과된 빛을 조정하기 위해 상기 반사성 편광기의 출구에 제공된 투과성 LCD로서, 상기 LCD는 잘못된 컬러를 가지는 빛을 상기 인티그레이터로 반사하기 위해, 통합된 반사성 컬러 필터 배열을 가지는, 투과성 LCD를 포함한다.
본 발명은 빛의 이용을 개선시키도록, 효율적으로 사용될 수 없는 가능한 많은 양의 빛을 도파관 인티그레이터나 도파관 인티그레이터 자체의 내부로 반사한다는 생각에 기초하고 있다. 또한, 프로젝션 서브시스템의 특정 요소들을 통합함으로써, 매우 작고 낮은 비용의 프로젝션 디바이스가 제작될 수 있다. 본 발명에 따른 프로젝션 서브시스템은, 미국 특허 5,146,248호나 5,889,567호에 기술된 바와 같은, 특히 도 19에 참조된 타입의 도파관 인티그레이터를 사용하고, 이들 문서의 상세한 설명은 본 명세서에 참조로 병합되어 있다. 본 발명에 따른 도파관 인티그레이터는 통합된 반사 컬러 필터 배열을 가진 투과성 LCD에 결합된 출구 창을 가진다. 반사성 편광기는 출구 창과 LCD 사이에 놓여져 있다. 편광기는 잘못된 편광을 가지는 빛을 다시 인티그레이터로 반사시키고, 반사성 컬러 필터 배열은 잘못된 컬러를 가지는 빛을 인티그레이터로 다시 반사시킨다. 프로젝션 램프로부터 나오는 빛이 인티그레이터로 들어가게 하는 오직 하나의 작은 구멍만을 가지는 인티그레이터의 입구 표면에 거울이 위치하고 있으므로, 인티그레이터에서 되튀어 나가는 빛의 대부분은 거울에 닿아서 재 순환되고, 디스플레이를 통과하고 스크린에 도달하는 새로운 기회를 얻는다. 그러므로, 높은 효율의 빛의 사용이 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 종속항들에 한정되어 있다. 본 발명에 따른 이미지를 투영하는 대응하는 방법이 청구항 10에 한정되어 있다. 청구항 1에 주장된 바와 같은 프로젝션 디바이스에서 사용하기 위한 투과성 LCD 프로젝션 디바이스가 청구항 9에 한정되어 있다. 그 다음, 도파관 인티그레이터로 반사된 빛의 대부분은 도파관의 반사성 입구 표면에서 LCD 쪽으로 다시 향하게 된다.
반사성 컬러 필터 배열은 이색성(dichroic) 거울이나 폴리머 층을 포함하는것이 바람직하다. 하지만, 임의의 다른 반사성 컬러 필터 수단이 사용될 수도 있다. 보통, 그러한 타입의 컬러 LCD들은 흡수형 필터 요소들을 사용하는 컬러 필터 패턴을 가진다. 이들 흡수형 필터 요소들은 잘못된 스펙트럼 특징들을 가진 빛을 흡수한다. 빛이 흡수되므로, 빛은 소실되어 재 사용될 수 없다. 그 후, 이러한 흡수 작용은 열을 생성시켜 패널 상에 허용된 빛의 밀도를 제한하고(시스템의 수명 제한으로 인해), 최대 밝기를 제한한다. 반사성 컬러 필터를 사용하면 빛이 재 순환되도록 하여 패널을 통한 더 높은 광속을 허용한다.
매우 작은 크기의 프로젝션 디바이스를 얻기 위해, 반사성 컬러 필터 배열은 상기 LCD의 기판들 중 하나의 내부 표면, 즉 디스플레이가 제조되는 유리 운반 플레이트의 내부와 같은 LCD 패널에서의 픽셀 구조에 가깝게 위치하고, 편광기와 LCD 사이에 위치하는 것이 바람직하다. LCD 패널은 2개의 유리 기판들 사이에 끼워진 LC 층을 포함한다. 각 기판은 약 0.5㎜ 이상의 두께를 가진다. 디스플레이의 외부 표면에 필터 패턴을 가진다는 것은 필터 패턴과 픽셀 구조 사이에 0.5㎜를 넘는 거리가 있다는 것을 의미한다. 이는 시차(parallax) 문제들을 야기해 시스템의 개구 수치를 제한하여 거의 어떠한 빛도 시스템을 통과할 수 없게 된다. 통상적인 픽셀 크기들은 5 내지 20미크론의 범위 내에 있음을 주목하라.
4:3 또는 16:9의 종횡 비를 유지하기 위해, 반사성 컬러 필터 배열은 3:1의 종횡비를 가지는 다수의 컬러 줄무늬를 포함하는 것이 바람직하다.
인티그레이터로 다시 반사된 빛의 편광을 변경하기 위해, 지연 막들이 인티그레이터의 출구 쪽에 제공되는 것이 바람직하다.
빛의 이용 효율을 더 증가시키기 위해서, 가시 창 외부의 LCD의 출구 표면은 빛이 또한 LCD의 이들 부분들로부터 도파관 인티그레이터로 다시 반사되도록 반사적이 되도록 만들어진다.
응용 유형에 따라, 컬러 필터 배열은 직교 또는 대각선 구성을 가지는 것이 바람직하고, 직교 구성은 데이터 프로젝션용으로 바람직하며, 대각선 구성은 비디오 프로젝션용으로 바람직하다.
입구 표면으로부터 출구 표면으로 횡단하는 동안 측벽들에 도달하는 빛이 임계 각 반사에 의해 인티그레이터로 되튀어 가도록, 인티그레이터가 더 높은 굴절률의 물질로 만들어지는 것이 바람직하다.
이제, 본 발명은 도면을 참조하여 좀더 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 프로젝션 디바이스가 도 1에 도시되어 있다. 이 프로젝션 디바이스는 광빔(2)을 방출하기 위한 타원형 반사체를 가지는 프로젝션 램프와 같은 광원(1), 프로젝션 서브시스템(3), 분석기(4), 및 스크린이나 벽 위로 이미지를 투영하기 위한 프로젝션 렌즈(5)를 포함한다. 프로젝션 서브시스템(3)은 거울과 같은 반사 물질(33)로 코팅된 입구 표면(31)을 가지는 로드 인티그레이터(rodintegrator)로서 웨이브플레이트(waveplate)를 사용하는 도파관 인티그레이터를 포함한다. 프로젝션 램프(1)로부터의 빛(2)은 입구 표면(31)에서 거울(33)의 작은 구멍(32)을 통해 도파관 인티그레이터(30)에 결합된다. 도파관 인티그레이터(30)의 출구 표면(34)은 반사 편광기(35)를 통해 투과성 액정 디스플레이(LCD)(36)에 결합된다. LCD(36)는 또한 통합된 반사 컬러 필터 배열(37)을 포함한다.
반사 편광기(35)는 도파관 인티그레이터(30)로의 잘못된 편광을 가진 빛을 되반사한다. 잘못된 컬러의 빛은 컬러 필터 배열(37)에 의해 반사되고 도파관 인티그레이터(30) 내부에 다시 분포되게 될 것이다. 반사된 빛의 편광은 지연 막들이나 도파관 인티그레이터(30) 내부의 복굴절에 의해 변경될 수 있다. 그 다음, 반사 거울(33)에 의해 입구 표면(31)에서 LCD(36)로 다시 반사될 것이다. 따라서, 가능한 많은 빛을 사용하는 효율이 높은 시스템이 얻어진다. 또한, 오직 소수의 작은 크기를 가진 광학 성분만이 요구되고, 도파관 인티그레이터(30) 자체가 낮은 비용이 들 수 있으므로, 본 발명은 매우 작고 저 비용의 프로젝션 디바이스를 형성하는 것을 허용한다.
도파관 인티그레이터(30) 내로 잘못된 컬러를 가지는 빛을 다시 반사하는 것과는 별개로, 컬러 필터 배열(37)은 충돌하는 빛을 적색, 녹색, 및 청색 파장 성분들로 분리시키고, 이들 파장 성분들을 LCD 패널(36)의 각 서브픽셀 위로 향하게 한다. LCD(36)를 제어 회로(미도시)로 구동시킴으로써, 서브픽셀들은 LCD(36)의 면에 걸쳐 컬러 이미지를 생성하도록 조절될 수 있다.
도파관 인티그레이터(30)는 광 가이드나 파이프를 생성하도록 협력하는 반사표면들을 포함한다. 광 파이프는 빛이 반사 편광기(35)에 도달하기 전에 입구 구멍(32)으로부터 나오는 빛을 고르게 혼합시키도록 크기가 정해진다. 도파관 인티그레이터(30)는 그 내부에서 편광 변환을 얻도록 충분히 복굴절된다.
출구측(34) 위에는, 편광 변환을 개선시키도록 추가 지연 막이 위치할 수 있다. 도파관 인티그레이터(30)의 길이는 최적의 통합화 기능을 보장하도록 디자인될 수 있다.
도파관 인티그레이터(30)의 입구 표면(31)은 도 2에 또다른 투시도로 도시되어 있다. 이 도면에서, 입구 플레이트(31)의 중앙에 있는 구멍(32)이 명백히 보여질 수 있다. 입구 플레이트(31)의 나머지 표면(33)은 도파관 인티그레이터(30) 내부의 빛을 반사하도록 반사 거울 층으로 코팅된다.
통합된 반사 컬러 필터 배열(37)과 함께 LCD(36)는 도 3에 좀더 상세히 도시되어 있다. 도 3a는 2개의 층을 포함하는 LCD 패널(36)의 단면도를 도시하는 것으로, 2개의 층들 사이에는 반사 컬러 필터 배열(37)이 위치하고 있다. 상기 배열(37)의 확대된 부분(38)이 도 3b에 도시되어 있다. 좀더 상세한 것은 확대된 부분(39)을 도시하는 도 3c에서 확인될 수 있다. 이 도면에서, 필터 배열은 4:3 또는 16:9 종횡 비를 유지하도록 3:1의 종횡 비를 가지는 3개의 상이한 컬러들의 컬러 줄무늬(391, 392, 393)를 포함하는 것을 알 수 있다. 또한, 필터 배열은 직교 또는 대각선 구성을 가질 수 있고, 대각선 구성은 비디오용으로 바람직하며, 직교 구성은 데이터용으로 바람직하다.
본 발명은 반사 컬러 필터 배열을 가지는 LCD를 요구한다. 하지만, 오직 하나의 LCD만이 필요하므로, LCD는 3개의 패널 시스템에서보다 클 수 있다. 요약하면, 작은 크기 및 낮은 비용의 프로젝션 디바이스가 만들어질 수 있고, 특히 단일 패널 LCD만을 가지는 투과형인 것이 바람직하다.
본 발명의 방법은 이미지를 투영하기 위한 프로젝션 디바이스와 투과성 LCD 프로젝션 디바이스에 적용 가능하다.

Claims (10)

  1. 빛을 방출하기 위한 광원, 투과성 LCD 프로젝션 서브시스템, 및 상기 이미지를 투영하기 위한 프로젝션 수단을 포함하는, 이미지를 투영하기 위한 프로젝션 디바이스로서,
    - 입구로부터 출구까지 빛을 안내하기 위한 도파관 인티그레이터로서, 상기 인티그레이터의 내부 입구 표면은 반사성 물질로 코팅되고, 상기 광원으로부터 방출된 빛을 상기 인티그레이터로 결합하기 위한 구멍을 가지는, 도파관 인티그레이터,
    - 잘못된 편광을 가지는 빛을 다시 상기 인티그레이터로 반사하기 위하여, 상기 인티그레이터의 출구 표면에 제공된 반사성 편광기, 및
    - 상기 편광기에 의해 투과된 빛을 조정하기 위해 상기 반사성 편광기의 출구에 제공된 투과성 LCD로서, 상기 LCD는 잘못된 컬러를 가지는 빛을 상기 인티그레이터로 반사하기 위해, 통합된 반사성 컬러 필터 배열을 가지는, 투과성 LCD를 포함하는, 프로젝션 디바이스.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 반사성 컬러 필터 배열은 이색성(dichroic) 거울 또는 폴리머 층을 포함하는, 프로젝션 디바이스.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 반사성 컬러 필터 배열은 상기 LCD의 기판들 중 하나의 내부 표면 및 상기 편광기와 상기 LCD 사이에 위치하는, 프로젝션 디바이스.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 반사성 컬러 필터 배열은 3:1의 종횡 비를 가지는 다수의 컬러 줄무늬를 포함하는, 프로젝션 디바이스.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 도파관 인티그레이터는 인티그레이터로 다시 반사된 빛의 편광을 변경하기 위한 지연 막을 더 포함하는, 프로젝션 디바이스.
  6. 제 1항에 있어서, 가시 창 외부의 LCD 표면은 반사성이 되도록 만들어지는, 프로젝션 디바이스.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 반사성 컬러 필터 배열은 직교 또는 대각선 구성을 가지는, 프로젝션 디바이스.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 인티그레이터는 빛을 반사하기 위한 더 높은 굴절률의 물질로 만들어지는, 프로젝션 디바이스.
  9. 빛을 방출하기 위한 광원과 프로젝션 수단을 포함하고 제 1항에 기재된 바와 같은, 이미지를 투영하기 위한 프로젝션 디바이스에서 사용하기 위한 투과성 LCD 프로젝션 디바이스로서,
    - 입구로부터 출구까지 빛을 안내하기 위한 도파관 인티그레이터로서, 상기 인티그레이터의 내부 입구 표면은 반사성 물질로 코팅되고, 상기 광원으로부터 방출되는 빛을 상기 인티그레이터로 결합하기 위한 구멍을 가지는, 도파관 인티그레이터,
    - 잘못된 편광을 가지는 빛을 다시 상기 인티그레이터로 반사하기 위하여, 상기 인티그레이터의 출구 표면에 제공된 반사성 편광기,
    - 상기 편광기에 의해 투과된 빛을 조정하기 위해 상기 반사성 편광기의 출구에 제공된 투과성 LCD로서, 상기 LCD는 잘못된 컬러를 가지는 빛을 상기 인티그레이터로 다시 반사하기 위해, 통합된 반사성 컬러 필터 배열을 가지는, 투과성 LCD를 포함하는, 투과성 LCD 프로젝션 디바이스.
  10. 이미지를 투영하는 방법으로서,
    - 광원을 사용하여 빛을 방출하는 단계,
    - 도파관 인티그레이터를 사용하여, 상기 광원으로부터 수신된 빛을 입구에서 출구까지 안내하는 단계로서, 상기 인티그레이터의 내부 입구 표면은 반사성 물질로 코팅되고 상기 광원으로부터 방출된 빛을 상기 인티그레이터로 결합하기 위한 구멍을 가지는, 안내 단계,
    - 상기 인티그레이터의 출구 표면에 제공된 반사성 편광기를 사용하여, 잘못된 편광을 가지는 빛을 상기 인티그레이터로 다시 반사시키는 단계,
    - 상기 반사성 편광기의 출구에 제공된 투과성 LCD를 사용하여, 상기 편광기에 의해 투과된 빛을 조정하는 단계로서, 상기 LCD는 잘못된 컬러를 가지는 빛을 상기 인티그레이터로 다시 반사하기 위한 통합된 반사성 컬러 필터 배열을 가지는, 조정 단계를 포함하는, 이미지 투영 방법.
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