KR20050007399A - 공간적 광 변조기에 기초한 텔레비젼 후면 투사기에 대한피크 휘도 개선 - Google Patents

Abstract

전체 광 출력의 실제적인 증가 없이, RPTV 엔진에 있어서 디스플레이 휘도를 명백히 증가시키기 위한 방법 광 장치가 개시된다. 광은 조명 소스로 발생되고, 장방형의 광 빔(100 또는 200)을 생성하도록 광학적으로 처리된다. 광 빔은 빔 중심(102 또는 202)에서의 피크 조명부터 빔 주변(104)에서의 최소 조명까지 변화하는 비균일한 조명을 갖도록 의도적으로 형성된다. 광학 처리 단계는 피크 조명부터 최소 조명까지 적어도 약 30% 내지 70%만큼 감소하는 조명 프로파일을 선택적으로 생성하도록 조명을 변화시키는 단계를 포함할 수 있다. 광학 처리 단계는 통합기의 길이에 의해 적어도 부분적으로 제어되는 조명 프로파일을 생성하도록 구성되는 통합기(308)를 통해 광 빔을 투사하는 단계를 더 포함한다. 길이의 감소가 감소된 균일성을 이루도록 통합기가 구성될 수 있다.

Description

공간적 광 변조기에 기초한 텔레비젼 후면 투사기에 대한 피크 휘도 개선{Peak brightness improvement for spatial light modulator based television rear projector}

LCD, LCOS, 또는 DLP 이미저들(imagers)에 기초한 RPTV(rear projection television) 엔진들은 적절한 광 처리율(throughput)을 보장하도록 일부 매우 중요한 단계들을 수행하는 조명 시스템을 갖는다. 제1 단계는 형식 변환에 있다. 반사기(reflector)에 의해 수집된 원형 광 빔은 너무 많은 광들이 손실되기 때문에 정방형 이미저를 조명하는데 적합하지 않다. 이런 이유로, 플라이-아이 렌즈들(fly-eye lenses)과 장방형 광 파이프들이 일반적으로 사용된다. 이 렌즈들은 광 빔 풋프린트(footprint) 형태를 원형에서 장방형으로 변환한다. 그런 RPTV 조명 시스템들에 의해 수행된 제2 단계는 이미저의 매우 균일한 조명을 달성한다. 이것은 사실, 광 파이프와 플라이-아이 렌즈의 고유 능력이다. 이 요소들은 원칙적으로 매우 균일한 조명을 제공할 수 있다. 대부분 슬라이드들이 큰 균일한 영역들을 갖기 때문에, 표시를 위해서 균일한 필드들이 필요한 데이터 투사들에 대해 이것은 정상적이고 바람직하다. 매우 양호한 백색 균형(white balance)을 달성하기 위해서 광 스펙트럼의 황색 피크를 컷오프해야 할 필요가 적기 때문에, 데이터 투사기들은 또한 상당한 루멘들을 스크린상에 배치할 수 있다.

한편, 비디오 애플리케이션들을 위해 사용되도록 의도된 조명은 우수한 백색을 가져야 하고, 보다 저렴할 필요가 있기 때문에, 사용된 이미저들은 데이터 투사기들에서보다 더 작은 경향이 있다. 따라서, 이 모든 제약들 때문에, 광 출력이 보다 제한된다. 그러나, 비디오 컨텐츠는 데이터 투사처럼 90% 내지 100%의 스크린 휘도 균일성을 가져야 할 필요가 없고, 따라서 광 전력의 손실없이, 균일성을 희생하여 TV 세트의 중심 피크 휘도가 현저하게 개선될 수 있다면, 이것은 TV 애플리케이션에 대해 이로울 것이다. 제한된 광 출력 때문에 작은 스크린 사이즈들(40" 내지 46")의 RPTV들에서 사용되도록 현재 제한되고 있는 광 엔진들은, 피크 휘도를 개선함으로써 보다 큰 스크린 사이즈의 캐비넷들(50" 내지 52")에서 사용될 수 있다.

본 발명은 투사 디스플레이들의 피크 휘도에 있어서의 개선들에 관한 것이고, 특히, 스크린 조명(illumination)의 균일성을 선택적으로 제어함으로써 피크 휘도를 제어하는 것에 관한 것이다.

도 1은 종래의 광 엔진에 의해 생성된 장방형 광 빔의 상대 강도를 도시하는데 유용한 도면.

도 2는 본 발명의 배열들을 사용하여 생성된 장방형 광 빔의 상대 강도를 도시하는데 유용한 도면.

도 3은 광 소스로부터의 광들이 RPTV에서 광 빔을 형성하도록 처리될 수 있는 방법을 도시하는데 유용한 도면.

도 4는 종래의 RPTV 광 엔진에 의해 생성된 전체 조명을 도시하는데 유용한 플립 및 폴드 구조(flip and fold construction)의 그래픽적 표현을 도시하는 도면.

도 5는 본 발명의 배열들에 따라 RPTV 광 엔진에 의해 생성된 전체 조명을도시하는데 유용한 플립 및 폴드 구조의 그래픽적 표현을 도시하는 도면.

본 발명은 전체 광 출력의 실제적인 증가 없이, RPTV 엔진에 있어서 디스플레이 피크 휘도를 증가시키기 위한 방법 광 장치에 관한 것이다. 광은 백색 광 조명 소스로 발생되고, 장방형의 광 빔을 생성하도록 광학적으로 처리된다. 광 빔은 빔 중심에서의 피크 조명으로부터 빔 주변에서의 최소 조명으로 변화하는 비균일한 조명을 갖도록 의도적으로 형성된다. 광학 처리 단계는 피크 조명부터 최소 조명까지 적어도 약 30% 내지 70%만큼 감소하는 조명 프로파일을 선택적으로 생성하도록 조명을 변화시키는 단계를 포함할 수 있다. 광 통합기(integrator)는 통합기의 길이에 의해 적어도 부분적으로 제어되는 조명 프로파일을 그것의 단부에서 생성하도록 구성된다. 길이의 감소가 균일성의 감소를 유발하도록 통합기가 구성될 수 있다. 또한, 광학 처리 단계는 통합기의 출력으로부터 비균일 조명을 적어도 하나의 이미저에 이미징하는 광학 중계 시스템을 포함한다. 이미저는 광을 변조하고, 이미저에 의해 변조된 광을 스크린에 이미징하는 투사 렌즈가 있다. 이미지는 프레스넬(Fresnel) 렌즈 및 렌티큘러(lenticular) 렌즈에 의해 형성된 확산(diffusing) 스크린상에서 시청자에게 제공되고, 스크린의 조명 분포는 휘도가 중심에서 피크이고, 에지들을 향해 감소하는 동일한 종류의 휘도 변화로 정형된다.

본 발명은 또한 전체 광 출력의 실제적인 증가 없이, 디스플레이 피크 휘도를 증가시키기 위해 RPTV 엔진 장치의 형태로 구현될 수 있다. 장치는 광을 발생하는 조명 소스와 광학 처리기를 포함한다. 광학 처리기는 조명 소스에 의해 발생된 광을 장방형의 광 빔으로 변환하기 위해 배열될 수 있다. 또한, 광학 처리기는 통합기를 포함한다. 통합기는 비균일 조명을 갖는 광 빔을 생성하기 위해서 중심에서부터 에지까지 조명의 변화 및 장방형을 생성한다. 특히, 광 통합기는 빔 중심에서의 피크 조명부터 빔 주변에서의 최소 조명으로 조명이 변화하는 광 빔을 생성하도록 구성될 수 있다. 광 통합기는 피크 조명부터 최소 조명까지 적어도 약 30% 내지 70%만큼 감소하는 조명 프로파일을 선택적으로 생성하도록 조명을 변화시킬 수 있다. 통합기 성분은 고체 유리 로드(solid glass rod)이거나, 길이의 4개 측면들에 거울을 갖는 중공 장방형 가이드(hollow rectangular guide)일 수 있다. 그러나, 다른 유형의 통합기들도 또한 본 목적을 위해 사용될 수 있고, 본 발명은 그렇게 제한되도록 의도되지 않는다. 렌즈는 통합기를 통해 광 빔을 주입하기 위해 제공될 수 있다. 통합기의 길이는 조명 프로파일을 제어하도록 선택될 수 있다. 예를 들어 통합기는 감소된 균일성을 위해 길이가 감소될 수 있다.

종래의 RPTV 광 엔진들은 우수한 백색을 갖는 장방형 광 빔을 생성하도록 설계되고, 도 1A는 종래의 RPTV 광 엔진에 의해 생성된 장방형 광 빔(100)의 도면이다. 도 1B는 도 1에서 선 B-B을 따라 측정된 빔(100)의 상대 강도를 도시하는 도면이다. 도 1B는 빔 중심(102)에서의 100% 피크 값부터 빔 주변(104)에서 약 90%까지 변화하는 상대 강도를 도시한다. 그런 종래의 RPTV 시스템들에서, 광 엔진들은 통상적으로 최대 균일성의 빔을 생성하도록 설계된다.

그러나, 현저하게, 텔레비젼 시청자들의 시청 스크린의 휘도 감지는, 스크린의 주변 에지와 비교하여 스크린 중심에서의 강도에 의해 더 큰 영향을 받을 수 있다는 점이 발견되었다. 따라서, 더 큰 광 빔 강도가 스크린의 중심에서 나타나게 하고, 주변 에지에서 더 큰 휘도 저하를 갖게 함으로써, 시청자들은 더 밝은 스크린을 감지할 수 있다. 따라서, 도 2A는 본 발명의 배열들을 사용하여 생성된 장방형의 광 빔(200)을 도시한다. 선들 B-B을 따라 고려된 광 빔(200)의 강도가 도 2B에 도시된다. 도 2는 시청시 현저한 저하 없이도, 빔(200)의 주변 에지(204)에서의 강도가 중심(202)에서의 피크 강도보다 상당히 적을 수 있다는 점을 도시한다. 특히, 주변 스크린 에지(204)에서의 강도는 스크린 중심(202)에서의 피크 휘도보다 약 30% 내지 70% 작을 수 있다.

도 3은 광 소스(304)로부터의 광이 RPTV에서 광 빔을 형성하도록 처리될 수있는 방법을 도시하는데 유용한 광 엔진의 도면이다. 광 엔진은 반사기(302), 통합기(308), 및 반사기로부터 통합기로 광을 주입하는 렌즈(306)를 포함한다. 통합기(308)는 고체 유리 로드이거나, 길이의 4개 측면들에 거울을 갖는 중공 장방형 가이드일 수 있다. 그러나, 다른 유형의 통합기들도 또한 본 목적을 위해 사용될 수 있고, 본 발명은 그렇게 제한되도록 의도되지 않는다. 통합기는 일반적으로, 그것의 강도에 있어서 매우 균일한 장방형의 결과 광 빔을 충분히 오랫동안 생성하게 한다. 광이 통합기(308)를 통과한 후에, 그것은 일반적으로 렌즈(310)과 같은 또다른 광학 요소들을 통과한다. 마지막으로 광 빔은 적어도 하나의 이미저(312)에 투사된다. 다수의 예들에서, 하나 이상의 이미저가 사용될 수 있다. 예를 들어, 광 빔이 3개의 이미저들에 투사될 수 있다.

이제 도 4를 참조하여, 길이 L의 통합기(308) 출력과, 종래의 RPTV 광 엔진에 의해 생성된 전체 조명을 도시하는데 유용한 플립 및 폴드 구조의 그래픽적 표현을 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이, 길이 L의 통합기를 갖는 종래의 RPTV 광 엔진은 매우 균일한 출력에서 전체 조명 도면(400)을 생성한다. 비교해 보면, 도 5는 본 발명의 배열들에 따라 RPTV 광 엔진에 의해 생성된 전체 조명을 도시하는데 유용한 플립 및 폴드 구조의 그래픽적 표현이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 광 파이프 전체 길이는 약 3/5의 비율만큼 상당히 감소된다. 그에 따라 생성된 결과 전체 조명 도면(500)은 상당히 덜 균일한 조명 프로파일을 갖는다. 게다가, 전체 조명 도면(500)은 중심에서 피크를 갖는다. 따라서, 광 빔이 이미저(312)를 조명하도록 이용되는 경우, 증가된 조명이 시청자의 전체 스크린 휘도 감지에 가장큰 효과를 미치는 중심에서 결과 이미지가 가장 밝을 것이다.

광 빔 강도의 균일성이 중심에서 피크를 생성하도록 제어될 수 있는 다양한 방법이 있다는 점이 당업자에 의해 높이 평가될 것이다. 따라서, 도 3 내지 도 5와 관련하여 기술된 실시예들은 임의의 방법으로 본 발명을 제한하기 보다는 예시하고 있다는 점이 이해될 것이다. 이미저(312)를 조명하는 빔의 중심에서 광 강도를 증가시키고, 빔의 주변 에지쪽에서 휘도를 감소시키기 위해 임의의 적합한 광학 처리 체계가 이용될 수 있다.

Claims (9)

1. RPTV 엔진에 있어서, 전체 광 출력의 실제적인 증가 없이 디스플레이 휘도(brightness)를 증가시키기 위한 방법으로서,

   조명(illumination) 소스를 사용하여 광을 발생하는 단계;

   빔 중심(102 또는 202)에서의 피크 강도부터 상기 빔 주변(104)에서의 최소 강도까지 변화하는 비균일한 강도를 갖는 장방형의 광 빔(100 또는 200)을 생성하도록 상기 조명 소스에 의해 발생된 상기 광을 광학적으로 처리하는 단계; 및

   RPTV 엔진의 적어도 하나의 이미저(imager;312)에 상기 광을 투사(project)하는 단계를 포함하는, 디스플레이 휘도 증가 방법.
2. 제 2 항에 있어서,

   상기 광학 처리 단계는 상기 피크 강도부터 상기 최소 강도까지 적어도 약 30% 내지 70%만큼 감소하는 조명 프로파일을 선택적으로 생성하도록 상기 강도를 변화시키는 단계를 더 포함하는, 디스플레이 휘도 증가 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 광학 처리 단계는 통합기(308)를 통해 상기 광 빔을 투사하는 단계를 더 포함하고, 상기 조명 프로파일은 상기 통합기의 길이에 의해 적어도 부분적으로 제어되는, 디스플레이 휘도 증가 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 통합기는 감소된 균일성을 위해 길이가 선택적으로 감소되는, 디스플레이 휘도 증가 방법.
5. 전체 광 출력의 실제적인 증가 없이 디스플레이 휘도의 명백한 증가를 제공하기 위한 RPTV 엔진으로서,

   광을 발생하는 조명 소스;

   빔 중심(102 또는 202)에서의 피크 강도부터 상기 빔 주변(104)에서의 최소 강도까지 변화하는 비균일한 강도를 갖는 장방형의 광 빔(100 또는 200)으로 상기 조명 소스에 의해 발생된 상기 광을 변환시키는 광학 처리기; 및

   상기 광 빔이 투사되는 RPTV 엔진의 적어도 하나의 이미저(312)를 포함하는, RPTV 엔진.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 광학 처리기는 상기 피크 강도부터 상기 최소 강도까지 적어도 약 30% 내지 70%만큼 감소하는 조명 프로파일을 선택적으로 생성하도록 상기 강도를 변화시키는 광 통합기를 포함하는, RPTV 엔진.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 광 통합기는 통합기이고, 상기 광 처리기는 상기 통합기를 통해 상기 광 빔을 투사하기 위한 렌즈(306 또는 310)를 더 포함하는, RPTV 엔진.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 조명 프로파일은 상기 통합기 길이에 적어도 부분적으로 기초하여 선택적으로 결정되는, RPTV 엔진.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 통합기는 감소된 균일성을 위해 길이가 선택적으로 감소되는, RPTV 엔진.