KR20040106803A - 고휘도 빔 프로젝터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 빔 프로젝터에 관한 것으로서, 특히 영상 신호원으로부터 프로젝터에 공급되는 영상신호의 이득(gain)을 마이컴(MICOM)을 이용해서 조절함으로써 고휘도의 영상을 디스플레이 할 수 있도록 한 고휘도 빔 프로젝터에 관한 것이다.

본 발명의 고휘도 빔 프로젝터는, 투사를 위한 영상신호를 공급하는 영상 신호원(201), 상기 영상 신호원(201)으로부터 출력된 영상신호의 이득을 조절하여 고휘도 영상신호로 변환하는 고휘도 처리부(202), 상기 고휘도 처리부(202)의 이득을 조절하기 위한 마이컴(203), 상기 마이컴(203)에 의해서 이득 조절된 상기 고휘도 처리부(202)의 출력 영상신호를 입력으로 하여 투사처리하는 프로젝터(204), 상기 프로젝터(204)에서 출력된 영상이 디스플레이되는 스크린(205)을 포함하여 이루어진다.

Description

고휘도 빔 프로젝터{HIGH LIGHT BEAM PROJECTOR}

본 발명은 빔 프로젝터(Beam Projector)에 관한 것으로서, 특히 영상 신호원(Video Source)으로부터 프로젝터에 공급되는 영상신호의 이득(gain)을 마이컴(MICOM)을 이용해서 조절함으로써 고휘도의 영상을 스크린에 디스플레이할 수 있도록 한 고휘도 빔 프로젝터에 관한 것이다.

최근 위성 및 디지털 방송이 본격적으로 실행되면서 고해상도를 갖는 대형 화면 디스플레이에 대한 수요와 관심이 증가함에 따라 프로젝션 및 프로젝터에 대한 기대와 역할이 매우 증가되고 있다.

이와 아울러 고해상도를 가지면서 고휘도, 고선명한 화상 정보에 대한 요구가 더욱 강해지고 있고, 높은 광 이용 효율을 가지는 새로운 광학 시스템에 대한 연구도 다양하게 진행되고 있다.

빔 프로젝터는 퍼스널 컴퓨터(PC)를 비롯하여 각종 영상 재생기기(DVD플레이어, VCR 등)와 연결되어 대화면을 구사할 수 있는 투사형 영상 표시기기이다.

일반적으로 프로젝션(projection) 방식의 디스플레이 시스템은 영상신호가 담긴 광선을 주사하는 프로젝터와, 상기 프로젝터로부터 주사되는 광선을 반영하여 영상을 나타내는 스크린으로 이루어져 있는데, 상기 프로젝터는 투사광 공급을 위하여 발광 기능을 수행하는 램프와, 상기 램프에서 발생된 광선(백색광)을 선택적으로 반사 또는 투과시키는 다수개의 다이크로익 미러(Dichroic Mirror)와, 상기 다이크로익 미러에 의해 분리된 화소의 투과량을 제어하여 영상을 형성하는 액정패널과, 액정패널에 맺힌 영상을 확대하여 스크린에 투사하는 투사렌즈를 주요 구성요소로 하고 있다.

상기 램프는 스크린에 맺히는 영상의 밝기, 색상 등, 프로젝터의 기본성능을 좌우하는 주요 구성요이며, 프로젝터에 의해 만들어지는 영상의 밝기, 색상 등은 램프에서 주사되는 빛의 방향에 따라 크게 달라지므로, 램프는 그 고정상태가 견고하게 유지되어 좌우, 상하, 전후 방향의 광축 센터가 어긋나지 않도록 램프 홀더에 의해 고정되는 구조로 장착되어 있다.

도1은 이와 같은 빔 프로젝터의 개략적인 구성을 보여준다. 도1에 나타낸 바와 같이 프로젝션 방식의 영상 디스플레이 시스템은 PC, DVD 플레이어, VCR 등의영상 신호원(101), 프로젝터(102), 스크린(103)으로 이루어지고 있음을 보여주고 있다. 이와 같이 이루어지는 빔 프로젝터에서 영상을 디스플레이하는 동작은 다음과 같이 이루어진다.

먼저, 상기 영상 신호원(101)으로부터 RGB 영상신호가 프로젝터(102)에 입력된다. 프로젝터(102)는 내부의 램프를 광원으로 하여 출력된 백색광이 다이크로익 미러 광학계를 거쳐 액정패널에 조사되고, 액정패널에는 소정의 신호처리를 거친 상기 영상신호가 인가됨으로써 액정패널의 각 화소를 투과하는 광을 조절하여 영상을 출력하게 된다. 상기 출력된 영상은 투사 광학계를 거쳐서 스크린(103)에 투사됨으로써 대형 화면상에 상기 영상 신호원(101)으로부터의 영상이 표시된다.

이와 같이 빔 프로젝터는 대화면을 구사하기 위하여 종단의 투사 광학계(투사렌즈)를 통해서 영상을 확대하여 스크린에 투사하는 방식을 사용하기 때문에 고화질의 선명한 영상 구현을 위한 다양한 기술과 기법들이 요구된다.

특히 영상을 확대하여 스크린에 투사하기 때문에 휘도가 큰 문제가 된다. 즉, 대화면의 영상을 충분한 수준의 휘도를 갖도록 투사해야 영상의 열화없이 높은 선명도와 고화질의 영상 구현이 가능한 것이다.

따라서, 고휘도 구현을 위해서는 램프의 광원으로부터 광학계와 액정패널을 거쳐 투사렌즈를 통해 출력되는 영상의 휘도를 높여줘야 하며, 이를 위하여 램프의 광량을 손실없이 전달하는 광학 시스템 개선이 이루어져야 하던가, 혹은 액정패널과 액정패널에 인가되는 영상신호 처리계에 대한 개선이 이루어져야 한다.

다음에는 고휘도, 고선명 영상 구현을 위한 몇가지 노력들에 대해서 살펴본다. 앞서 기술한 바와 같이 최근 고해상도를 갖는 대형화면 디스플레이에 대한 수요와 관심이 증가함에 따라 프로젝션 및 프로젝터에 대한 기대와 역할이 매우 증가되고 있다. 프로젝션 방식은 크게 투과형과 반사형으로 나눌 수가 있지만 최근 들어 고해상도를 추구하면서 개구율 문제, 가격 경쟁력 확보를 위하여 점차 반사형에 관한 기술적인 개발들이 많이 진행되고 있다. 이때, 상기 반사형 액정 디스플레이는 반도체 기판과 커버 유리 사이에 액정 물질을 배치하여 이루어진 LCOS(Liquid Crystal On Silicon)가 이용되기도 한다.

즉, 상기 LCOS는 통상의 액정 표시장치와 달리 반도체 기판 위에 셀(cell)을 형성하게 되므로, 이에 액정 물질은 물론, 매트릭스 방식에 따른 구동 회로 및 각 픽셀의 구성 요소들을 용이하게 배치할 수 있어 다른 장치와는 달리 소형화가 가능한 장점이 있기 때문이다.

이러한 LCOS를 이용하여 프로젝션 시스템을 구성할 때에는, 통상 1개의 광원과 3개의 액정 패널을 사용하는 경우가 대부분인데, 이는 3개의 액정 패널을 사용함으로써, 가격 상승이라는 문제점을 초래한다. 또한, 1개의 광원으로부터 레드, 그린, 블루(red, green, blue) 세가지 색을 분리, 재합성 과정을 거쳐 풀 컬러(full color)를 만들어 내야 함으로써, 스크린 상에서 밝고 선명한 화상 구현에 한계를 갖고 있다.

기존의 1개의 광원(Light Source)과 3개의 반사형 액정 패널을 사용한 프로젝션 시스템의 기본 광학계를 살펴보면, 램프와 같은 광원으로부터 나온 광은 미러(mirror)에 의해 분리되어 R,G,B 파장별로 구분된 후, R,G,B에 해당하는 각 편광 빔 스플리터(PBS)로 입사되어 S-편광과 P-편광된 빛으로 나누어진다. 그리고, 이들 빛 중에서 S-편광된 빛이 액정 패널로 투과되어 반사되어 나온 빛으로 영상을 구현할 수 있는 구조를 갖는다.

즉, 1개의 광원으로부터 나온 비편광 백색광은 다이크로익 미러(dichroic mirror)로 입사되고, 제 1 다이크로익 미러는 레드 빛은 반사하며, 시안(cyan) 빛은 투과시킨다. 상기 제 1 다이크로익 미러에서 반사된 레드 빛은 다시 미러에 의해 반사되어 PBS로 입사된다. 상기 PBS는 입사된 레드 빛을 S 편광된 빛과 P 편광된 빛으로 분리한다. 이때, S 편광된 레드 빛은 다시 PBS에 의해 반사되어 제 1 반사형 액정 패널에 입사하게 된다.

한편, 상기 제 1 다이크로익 미러를 투과한 시안 빛은 제 2 다이크로익 미러를 거쳐 그린과 블루로 분리되어지고, 상기 레드 빛과 같은 과정으로 각각의 제 2 및 제 3 액정 패널로 들어가게 된다. 그리고, 각각의 액정 패널을 거쳐 나온 빛들은 최종적으로 재결합기(recombiner)에 의해 세가지 색이 결합된 후 투사 렌즈를 거쳐 스크린에 투사된다.

그러나, 상기 3판식 프로젝션 시스템에서는 1개의 광원으로부터 세가지 색이 분리, 재결합되어야 하므로 최종 스크린에서 밝고 선명한 화상을 표현하는데 한계가 있게 되고 이런 문제점은 해결되어야 한다.

이와 같이 LCOS를 이용하여 프로젝션 시스템을 구성할 때에는, 통상 1개의 광원과 3개의 액정 패널을 사용하는 경우가 대부분인데, 이는 3개의 액정 패널을 사용함으로써, 가격 상승이라는 문제점을 초래한다. 또한, 1개의 광원과 3개의 LCD패널로부터 레드, 그린, 블루(red, green, blue) 세가지 색을 분리, 재합성 과정을 거쳐 풀 컬러(full color)를 만들어 내야 하므로, 광 이용 효율 측면에서 보면 최종 스크린 상에서 밝고 선명한 화상을 표현하는데 한계를 갖게 된다. 또한, 광학계 구성이 복잡하고 장치의 소형화를 이루기가 어렵게 된다. 즉, 최종 스크린에서 보여지는 영상의 휘도와 선명도가 떨어지고, 소자의 구성이 복잡하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 최근 하나의 LCD 패널을 이용하여 풀 컬러를 구현하는 반사형 단판식 프로젝션에 대한 관심이 높아지고 있다.

그러나, 하나의 LCD 패널로 R,G,B 풀 컬러를 구현해야 하므로 컬러 시퀀설(color sequential)이 가능한 광학계 구성이 요구된다.

이러한 단판식 광학 시스템의 하나로서, 컬러 휠(color wheel)을 이용하여 풀 컬러를 구현하는 종래의 방법이 있는데, 이 방법은 플리커(flicker)나 컬러 브레이크-업(color break-up)과 같은 문제를 개선하기 위하여 빠른 프레임 주파수에는 대응할 수 없는 문제점이 있다. 다른 종래의 단판식 광학 시스템으로서 회전 프리즘(rotating prism)을 이용하여 풀 컬러를 구현하는 방법이 있는데, 이 방법은 이론적인 광 효율은 좋지만 3개의 회전 프리즘을 이용해야 하고 또한, 실제 집광 효율적인 측면에서 광 손실이 크다는 단점이 있다. 또 다른 종래의 단판식 광학 시스템으로서 홀로그램 컬러 필터(hologram color filter)를 이용하여 풀 컬러를 구현하는 방법이 있는데, 이 방법은 제조 공정이 복잡하고 높은 정밀도가 요구될 뿐만 아니라 고가인 문제점이 있다.

따라서, 이러한 고휘도 구현에 대한 문제점을 해결하기 위한 방법 중 한 가지는 앞서 설명한 일반적인 광학계에서 주로 사용되어지는 100W급 광원보다 밝은 광원(예, 150∼200W급)을 사용함으로써, 고휘도 구현이 가능하도록 하는 것이다.

그러나, 이러한 광원(예, 150∼200W)의 수명이 약 2000∼3000시간 정도로 기존의 100W급의 광원(8000∼10000시간)보다 상대적으로 짧기 때문에 좋은 해결책이라고 할 수 없다.

또 다른 한가지 방법으로 3개의 액정 패널을 사용한 프로젝션 및 프로젝터용 시스템에 2개의 광원을 사용하는 방법이 제안되었으나, 이 방법은 원리적으로 매우 복잡한 광학계 구성이 필요하며 고가의 광학 부품을 사용함으로써, 소자 가격이 매우 비싸지게 되는 단점이 있다.

또한, 최근에는 광 이용 효율 증가, 컬러 브레이크-업(break-up) 현상 완화, 소형, 경량화를 위해서 LCD 패널을 두 개 이용한 2판식 반사형 액정 소자가 제안되기도 한다.

이 방법에 따르면, 종래의 단판식 필드 시퀀셜(field sequential) 방식과 비교해서 약 1.5배의 밝기 향상을 얻을 수가 있다. 그러나, 이러한 2판식 반사형 액정 소자에서도 단판식에 비해서는 휘도가 향상되지만 3판식에 비해서 광 이용효율은 낮게 된다. 따라서, 2판식 반사형 소자에서도 더욱 휘도를 향상시키기 위하여 칼라 휠(color wheel)에 투명 영역을 첨가하는 등 고선명, 고휘도 화상에 대한 요구가 계속되고 있다.

지금까지 설명한 바와같이 고휘도 영상 구현을 위해서 광원의 세기를 증가시키는 방법은 소비전력 증가의 문제점과 발열 등의 문제점이 따르고, 광학계를 개선하는 노력의 경우는 광학계가 매우 민감한 요소이기 때문에 설계 및 제작에 따른 한계가 있고, 액정패널이나 신호처리계의 개선을 통해 고휘도를 구현하는 경우는 하드웨어 및 소프트웨어적인 부담이 가중될 우려가 높아지는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 프로젝터에 입력되는 영상신호를 이득 조절을 기반으로 증폭하여 액정 패널을 통해 스크린에 고휘도 영상으로 투사되도록 한 고휘도 빔 프로젝터 및 고휘도 빔 프로젝션 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 영상신호원으로부터 프로젝터에 공급되는 영상신호를 마이컴의 제어를 받아 고휘도 처리부에서 처리하여 프로젝터를 통해 스크린에 투사되도록 제어함으로써 고휘도 영상 투사를 구현할 수 있도록 한 고휘도 빔 프로젝터 및 고휘도 빔 프로젝션 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

특히 본 발명은 영상신호원으로부터 프로젝터에 공급되는 영상신호의 이득을 마이컴을 이용해서 제어함으로써 사용자가 선택한 특정 부분에 대해서 고휘도 영상 투사를 구현할 수 있도록 한 고휘도 빔 프로젝터 및 고휘도 빔 프로젝션 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 종래의 빔 프로젝터의 구성을 나타낸 블럭도

도2는 본 발명의 빔 프로젝터 구성을 나타낸 블럭도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

201: 영상 신호원 202: 고휘도 처리부

203: 마이컴 204: 프로젝터

205: 스크린

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고휘도 빔 프로젝터는, 투사를 위해 입력되는 영상신호를 증폭하여 고휘도 영상신호로 변환하는 고휘도 처리수단, 상기고휘도 처리수단에서 출력된 영상신호가 인가되는 액정패널, 상기 영상 투사를 위한 광을 제공하기 위한 램프 및, 상기 램프에서 출력된 광을 처리하여 상기 액정패널에 조사하는 광학계, 상기 액정패널에서 출력된 고휘도 영상을 스크린에 투사하기 위한 투사 렌즈를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 본 발명의 고휘도 빔 프로젝터는 상기 고휘도 처리수단의 증폭 이득을 사용자 선택에 의해서 조절해 주기 위한 마이컴을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고휘도 빔 프로젝션 시스템은 투사를 위한 영상신호를 공급하는 영상 신호원, 상기 영상 신호원으로부터 출력된 영상신호의 이득을 조절하여 고휘도 영상신호로 변환하는 고휘도 처리부, 상기 고휘도 처리부의 이득을 조절하기 위한 마이컴, 상기 마이컴에 의해서 이득 조절된 상기 고휘도 처리부의 출력 영상신호를 입력으로 하여 투사처리하는 프로젝터, 상기 프로젝터에서 출력된 영상이 투사되는 스크린을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 본 발명의 고휘도 빔 프로젝션 시스템에서, 상기 고휘도 처리부는 영상 신호원으로부터 입력된 RGB 영상신호를 증폭하는 증폭기로 이루어지며, 상기 증폭기는 상기 마이컴에 의해서 그 증폭 이득이 조절됨을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 고휘도 빔 프로젝터의 구성과 동작을 실시예로써 설명하면 다음과 같다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고휘도 빔 프로젝션 시스템은 도2에나타낸 바와 같이, 투사를 위한 영상신호를 공급하는 영상 신호원(201), 상기 영상 신호원(201)으로부터 출력된 영상신호의 이득을 조절하여 고휘도 영상신호로 변환하는 고휘도 처리부(202), 상기 고휘도 처리부(202)의 이득을 조절하기 위한 마이컴(203), 상기 마이컴(203)에 의해서 이득 조절된 상기 고휘도 처리부(202)의 출력 영상신호를 입력으로 하여 투사처리하는 프로젝터(204), 상기 프로젝터(204)에서 출력된 영상이 투사되는 스크린(205)을 포함하여 이루어진다.

상기 고휘도 처리부(202)는 영상 신호원(201)으로부터 입력된 RGB 영상신호를 증폭하는 증폭기로 이루어지며, 상기 증폭기는 상기 마이컴(203)에 의해서 그 증폭 이득이 조절됨을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 고휘도 빔 프로젝터의 동작을 상기 도2를 참조하여 설명한다.

먼저, 상기 프로젝터(204)는 앞서 기술한 바와 같이 그 내부에 발광 기능을 수행하는 램프와, 상기 램프에서 발생된 광선(백색광)을 선택적으로 반사 또는 투과시키는 다수개의 다이크로익 미러(Dichroic Mirror)와, 상기 다이크로익 미러에 의해 분리된 화소의 투과량을 제어하여 영상을 형성하는 액정패널과, 액정패널에 맺힌 영상을 확대하여 스크린에 투사하는 투사렌즈를 주요 구성요소로 하여 구성되어 있다.

상기 램프는 스크린에 맺히는 영상의 밝기, 색상 등, 프로젝터의 기본성능을 좌우하는 주요 구성요이며, 프로젝터에 의해 만들어지는 영상의 밝기, 색상 등은 램프에서 주사되는 빛의 방향에 따라 크게 달라지므로, 램프는 그 고정상태가 견고하게 유지되어 좌우, 상하, 전후 방향의 광축 센터가 어긋나지 않도록 램프 홀더에 의해 고정되는 구조로 장착되어 있다.

프로젝션 방식의 영상 디스플레이 장치는 PC, DVD 플레이어, VCR 등의 영상 신호원, 프로젝터, 스크린으로 이루어지고 있는데, 본 발명에서는 특히 영상 신호원에서 출력되는 RGB 영상신호를 고휘도 처리부에서 그 증폭 이득 조절을 통해 과증폭 처리하고, 증폭되어 신호 레벨이 상승된 상태의 RGB 영상신호를 프로젝터에 인가해 줌으로써 고휘도를 구현하였다.

이와 같이 이루어지는 빔 프로젝터에서 영상을 디스플레이하는 동작은 다음과 같이 이루어진다.

먼저, 상기 영상 신호원(201)으로부터 RGB 영상신호가 프로젝터(204)에 입력되기 전에 고휘도 처리부(202)에서 증폭된다. 고휘도 처리부(202)는 마이컴(203)의 제어를 받아 그 증폭 이득이 제어되는 증폭기(고휘도 IC)로 이루어지는데, 예를 들면 영상 신호원(201)으로부터 0.7V 레벨의 RGB 영상신호가 입력될 때 이를 마이컴(203)의 제어를 받아 0.9V ~ 1.0V로 증폭시켜 프로젝터(204)에 공급한다.

이와 같이 증폭된 하이레벨의 RGB 영상신호가 프로젝터(204)에 입력되므로 프로젝터(204)는 기존의 0.7V 레벨의 RGB 영상신호에 비하여 신호 레벨이 증가된 영상신호를 처리하여 투사하게 된다.

즉, 프로젝터(204)는 내부의 램프를 광원으로 하여 출력된 백색광이 다이크로익 미러 광학계를 거쳐 액정패널에 조사되고, 액정패널에는 소정의 신호처리를 거친 상기 고휘도 처리된 RGB 영상신호가 인가되어, 액정패널의 각 화소를 투과하는 광을 조절함으로써 고휘도 영상을 출력하게 된다. 상기 출력된 고휘도 영상은 투사 광학계를 거쳐서 스크린(103)에 투사됨으로써 대형 화면상에 상기 영상 신호원(101)으로부터의 영상이 고휘도 처리된 상태로 표시된다.

본 발명은 별도의 고휘도 램프나 별도의 광학계 조정 등을 수행하지 않고, 영상신호의 증폭이득을 마이컴을 이용해서 조절함으로써 고휘도 영상 투사를 구현할 수 있는 효과가 있다.

특히 본 발명은 영상신호를 마이컴이 고휘도 처리하여 사용자가 선택한 특정 부분에 대해서 영상 신호 이득을 증폭시켜 주는 기법을 토대로 고휘도 빔 프로젝터를 구현할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 단판식 프로젝터나 2판식 프로젝터, 또는 3판식 프로젝터에서 경주되었던 고휘도 문제의 해결을 간단하게 이룰 수 있고, 고휘도 처리부를 집적회로(IC)를 이용해서 프로젝터에 내장함으로써 고휘도 빔 프로젝터를 구현할 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 투사를 위해 입력되는 영상신호를 증폭하여 고휘도 영상신호로 변환하는 고휘도 처리수단, 상기 고휘도 처리수단에서 출력된 영상신호가 인가되는 액정패널, 상기 영상 투사를 위한 광을 제공하기 위한 램프 및, 상기 램프에서 출력된 광을 처리하여 상기 액정패널에 조사하는 광학계, 상기 액정패널에서 출력된 고휘도 영상을 스크린에 투사하기 위한 투사 렌즈를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고휘도 빔 프로젝터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 고휘도 처리수단의 증폭 이득을 사용자 선택에 의해서 조절해 주기 위한 마이컴을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고휘도 빔 프로젝터.
3. 투사를 위한 영상신호를 공급하는 영상 신호원, 상기 영상 신호원으로부터 출력된 영상신호의 이득을 조절하여 고휘도 영상신호로 변환하는 고휘도 처리부, 상기 고휘도 처리부의 이득을 조절하기 위한 마이컴, 상기 마이컴에 의해서 이득 조절된 상기 고휘도 처리부의 출력 영상신호를 입력으로 하여 투사처리하는 프로젝터, 상기 프로젝터에서 출력된 영상이 투사되는 스크린을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고휘도 빔 프로젝션 시스템.
4. 제 3항에 있어서, 상기 고휘도 처리부는 영상 신호원으로부터 입력된 RGB 영상신호를 증폭하는 증폭기로 이루어지며, 상기 증폭기는 상기 마이컴에 의해서 그 증폭 이득이 조절됨을 특징으로 하는 고휘도 빔 프로젝션 시스템.