KR20050080605A - 투사형 영상 표시 기기의 광학계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크린에 투사되는 영상의 콘트라스트를 향상시키기 위한 투사형 영상 표시 기기의 광학계에 관한 것이다. 본 발명에 따른 투사형 영상 표시 기기의 광학계는 광원으로부터 입사되는 빛을 DMD 소자 내의 마이크로미러 방향으로 전반사시키는 제1 전반사면을 구비하는 제1 프리즘과, 상기 제1 전반사면의 하부에 접하여 배치되는 제2 프리즘과, 상기 제1 전반사면의 상부와, 상기 제2 프리즘의 일면에 접하여 배치되는 제3 프리즘을 포함하고, 상기 제3 프리즘과 접하는 상기 제2 프리즘의 일면은 DMD 소자의 FLAT 상태에서 마이크로미러로부터 반사되어 투사 렌즈 방향으로 입사되는 빛을 전반사시키는 제2 전반사면이다. 본 발명에 따르면, DMD 소자가 FLAT 상태인 경우 마이크로미러에서 반사되는 빛 중 일부가 투사 렌즈로 출사되는 것을 방지할 수 있게 되어 영상의 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.

Description

투사형 영상 표시 기기의 광학계 {OPTICAL SYSTEM FOR AN PROJECTION IMAGE DISPLAY DEVICE}

본 발명의 투사형 영상 표시 기기의 광학계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스크린에 투사되는 영상의 콘트라스트를 향상시키기 위하여 투사형 영상 표시 기기의 광학계에서 채용되는 개선된 프리즘에 관한 것이다

근래, 정보 산업의 발달과 더불어 대화면의 영상을 표시할 수 있는 영상 표시 기기의 수요가 높아지고 있다. 이와 같이, 대형 크기의 영상을 표시할 수 있는 영상 표시 기기로는 투사형(projection) 영상 표시 기기가 있으며, 그 중에서도 DMD(Digital Micromirror Device) 소자를 이용한 DLP (Digital Light Processing) 프로젝터가 최근 각광을 받고 있다.

상기 DMD 소자는 미국 텍사스 인스투루먼트사가 독점 개발한 것으로서, 그 내부에는 약 130만개의 마이크로미러가 집적되어 있고, 상기 마이크로미러는 개별적인 디지털 제어 신호에 응답하여 외부에서 입사되는 빛을 반사시켜 화면에 영상을 구현한다.

도 1은 종래의 DLP 프로젝터의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 램프(10)로부터 출사되는 백색광은 소정의 회전 주파수로 회전하는 칼라 휠(color wheel)에 의하여 시간적으로 R,G,B 광으로 분리되어 프리즘(14)으로 입사된다. 이 때, 입사된 빛은 상기 프리즘(14) 내에서 전반사되어 상기 DMD 소자(16) 내에 구비된 다수의 마이크로미러(15)로 입사된다. 또한, 입사되는 빛은 상기 마이크로 미터의 경사 각도에 따라 투사 렌즈(20)로 반사되어 스크린(22)에 디스플레이되거나, 광흡수체(미도시) 또는 공기 중으로 투사된다.

상기 다수의 마이크로미러(15)의 각도는 DMD 구동부(18)로부터 입력되는 ON, OFF, FLAT 신호에 따라 제어되며, 이는 반사되는 빛의 진행 각도를 결정하게 된다. 예컨대, 상기 마이크로미러(15)는 ON 신호시 좌측으로 12°(+12°) 기울게 되고, OFF 신호시 우측으로 12°(-12°) 기울게 되며, FLAT 신호시 수평 상태(0°)를 유지하게 된다. 여기서, FLAT 신호가 필요한 이유는 상기 DMD 소자(16)가 정상 동작을 유지하기 위하여 소정의 주기마다 리프레쉬(refresh)되어야 하는데, 이 리프레쉬 동작시 DMD 소자(16) 내의 모든 마이크로미러(15)는 수평 상태(0°)를 유지하게 된다.

마이크로미러(15)가 ON 상태일 때, 반사된 빛은 투사 렌즈(20)를 통하여 스크린에 투영되며, OFF 상태 및 FLAT 상태에서 반사된 빛은 광흡수체 또는 공기 중으로 투사되어 스크린에는 투영되지 않는다.

그러나, 종래의 DLP 프로젝터에서는 DMD 소자의 FLAT 상태에서 일부 빛이 투사 렌즈로 투사되어 영상의 콘트라스트(contrast)를 떨어뜨리는 원인이 되고 있다.

도 2는 종래의 DLP 프로젝터의 광학계에서 빛의 경로를 보다 상세히 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, DLP 프로젝터에 적용되는 종래의 프리즘(14)은 칼라 휠을 통하여 입사되는 빛을 마이크로미러(15) 방향으로 전반사시키는 전반사면(14c)을 구비하는 제1 프리즘(14a)과, 상기 전반사면(14c)에 접하여 배치되는 제2 프리즘(14b)으로 구성된다.

여기서, 상기 제1 프리즘(14a) 및 제2 프리즘(41b) 사이에는 미세한 두께의 공극(d), 즉 에어 갭(air gap)이 형성된다. 상기 전반사는 상기 제1 프리즘과 공극의 굴절율 차이에 기인하여 발생하다.

이하, DMD 소자가 ON, OFF, FLAT 상태인 경우 빛의 경로를 보다 상세히 설명한다.

먼저, 도 2(a)는 DMD 소자 ON 상태인 경우 빛의 경로를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 마이크로미러(15)는 + 12°기울어져 있고, 제1 프리즘(14a)에서 전반사되어 입사되는 빛은 상기 마이크로미러(15)에서 다시 반사된 후 상기 제1 프리즘(14a) 및 제2 프리즘(14b)을 경유하여 투사 렌즈(20)로 출사된다.

도 2(b)는 DMD 소자가 OFF 상태인 경우 빛의 경로를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 마이크로미러(15)는 - 12°기울어져 있고, 제1 프리즘(14a)에서 전반사되어 입사되는 빛은 상기 마이크로미러(15)에서 다시 반사된 후 광흡수체(미도시) 또는 공기 중으로 출사된다. 이때, 투사 렌즈(20)를 통하여 출사되는 빛이 없기 때문에, 스크린에는 검정색(black) 영상이 디스플레이된다.

도 2(c)는 DMD 소자가 FLAT 상태인 경우 빛의 경로를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 마이크로미러(15)는 수평(0°) 상태로 되고, 제1 프리즘(14a)에서 전반사되어 입사되는 빛 중 일부(50)는 상기 마이크로미러(15)에서 다시 반사된 후 광흡수체(미도시) 또는 공기 중으로 출사되나, 다른 일부(51)는 투사 렌즈(20)로 출사되어 화면에 투영된다.

DMD 소자가 FLAT 상태인 경우, 화면에는 검정색 화면이 디스플레이되어야 하나, 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 마이크로미러(15)에서 반사된 빛 중 일부(51)가 투사 렌즈(20)를 통하여 화면으로 투영되어 검정색 화면을 밝게 한다. 이는 영상의 콘트라스트를 저해시키는 원인으로 작용한다.

이와 같이, DMD 소자의 FLAT 상태에서 투사 렌즈를 통하여 출사되는 빛을 제거할 수 있게 되면, 보다 어두운 검정색의 구현이 가능해서 영상의 콘트라스트를 향상시킬 수 있을 것이다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 DMD 소자의 FLAT 상태에서 투사 렌즈로 출사되는 빛을 제거할 수 있는 투사형 영상 표시 기기의 광학계를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 DMD 소자의 FLAT 상태에서 투사 렌즈로 출사되는 빛을 제거하여 보다 어두운 검정색을 구현함으로써 스크린에 디스플레이되는 영상의 콘트라스트를 높이는 것이다.

전술한 본 발명의 목적 및 장점 이외에 다른 목적 및 장점은 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면을 통하여 명백해 질 것이다.

본 발명의 특징에 따른 투사형 영상 표시 기기의 광학계는 광원으로부터 입사되는 빛을 상기 DMD 소자 내의 마이크로미러 방향으로 전반사시키는 제1 전반사면을 구비하는 제1 프리즘과, 상기 제1 전반사면의 하부에 접하여 배치되는 제2 프리즘과, 상기 제1 전반사면의 상부와, 상기 제2 프리즘의 일면에 접하여 배치되는 제3 프리즘을 포함하고, 상기 제3 프리즘과 접하는 상기 제2 프리즘의 일면은 DMD 소자의 FLAT 상태에서 마이크로미러로부터 반사되어 상기 투사 렌즈 방향으로 입사되는 빛을 전반사시키는 제2 전반사면이다.

상기 특징에 따른 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제2 전반사면은 상기 DMD 소자가 ON 상태인 경우, 상기 마이크로미러로부터 반사되어 상기 투사 렌즈 방향으로 입사되는 빛은 투과시킨다.

상기 특징에 따른 다른 바람직한 실시예에 있어서, 상기 광원과 상기 제1 프리즘 사이에는, 상기 광원으로부터 출사되는 백색광을 R,G,B 광으로 분리시키는 칼라 휠을 더 포함한다.

본 발명에 의하면, DMD 소자가 FLAT 상태인 경우 마이크로미러에서 반사되는 빛 중 일부가 투사 렌즈로 출사되는 것을 방지할 수 있게 되어 영상의 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.

이제, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투사형 영상 표시 기기용 프리즘의 구조 및 빛의 경로를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 상기 프리즘(30)은 칼라 휠을 통하여 입사되는 빛을 전반사시키는 제1 전반사면(31a)을 구비하는 제1 프리즘(30a)과, 상기 제1 전반사면(31a)의 하부에 접하여 배치되는 제2 프리즘(30b)과, 상기 제1 전반사면(31a)의 상부와, 상기 제2 프리즘(30b)의 일면에 접하여 배치되는 제3 프리즘(30c)을 포함하고, 상기 제3 프리즘(30c)과 접하는 상기 제2 프리즘(30b)의 일면(31b)은 DMD 소자의 FLAT 상태에서 마이크로미러(15)로부터 반사되는 빛을 전반사시키는 제2 전반사면(31b)으로 작용한다.

여기서, 상기 제1 프리즘(30a)과 제2 프리즘(30b) 및 제3 프리즘(30c) 사이(d₁)와, 상기 제2 프리즘(30b)과 상기 제2 프리즘(30c) 사이(d₂)에는 공극, 즉 에어 갭이 형성되며, 제1 전반사면(31a) 및 제2 전반사면(31b)에서 일어나는 전반사는 상기 제1 프리즘 및 제2 프리즘과, 상기 공극의 굴절율 차이에 기인하여 발생하다

또한, 상기 제2 전반사면(31b)은 상기 DMD 소자의 ON 상태에서 마이크로미러(15)로부터 반사되는 빛은 모두 투사 렌즈(20) 방향으로 투과시키고, 상기 DMD 소자가 FLAT 상태인 경우 마이크로미러(15)로부터 반사되는 광은 전반사시킬 수 있는 경사각을 갖도록 설계된다.

또한, 상기 제2 프리즘(30b) 및 제3 프리즘(30c)이 합쳐진 형상은 삼각형이고, 상기 삼각형 중 상기 투사 렌즈와 마주 보는 면은 상기 제1 프리즘(30a)의 밑면과 평행한 것이 바람직하다.

먼저, 도 3(a)은 DMD 소자가 ON 상태인 경우 빛의 경로를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 제1 프리즘(30a)을 통하여 입사되는 빛은 제1 전반사면(31a)에서 전반사되어 마이크로미러(15)로 입사된다. DMD 소자가 ON 상태이므로, 상기 마이크로미러(15)는 + 12°기울어진 상태에서 입사되는 빛을 투사 렌즈(20) 방향으로 다시 반사시킨다. 상기 다시 반사된 빛은 상기 제1 프리즘(30a), 제2 프리즘(30b) 및 제3 프리즘(30c)을 경유하여 상기 투사 렌즈(20)로 출사된다. 이때, 상기 다시 반사된 빛은 제2 전반사면(31b)에서 전반사됨 없이 투과된다.

다음, 도 3(b)는 DMD 소자가 FLAT 상태인 경우 빛의 경로를 개략적으로 나타낸다. 도시된 바와 같이, 제1 프리즘(30a)을 통하여 입사되는 빛은 제1 전반사면(31a)에서 전반사되어 마이크로미러(15)로 입사된다. DMD 소자가 FLAT 상태이므로, 상기 마이크로미러(15)는 수평(0°) 상태에서 입사되는 빛을 다시 반사시킨다. 상기 다시 반사된 빛 중 일부(60)는 다시 상기 제1 프리즘(30a), 제2 프리즘(30b)을 경유하여 광흡수체(미도시) 또는 공기 중으로 진행되며, 상기 반사된 빛 중 투사 렌즈 방향으로 진행하는 일부(61)는 상기 제2 전반사면(31b)에서 전반사된 후 제2 프리즘(30b)의 우측면을 통하여 공기 중으로 진행된다.

이로써, DMD 소자가 FLAT 상태인 경우 일부 빛이 투사 렌즈(20) 방향으로 출사되는 것을 막을 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에서 DMD 소자가 OFF 상태인 경우(즉, 마이크로미러의 각도가 - 12°)는 종래의 경우와 마찬가지로 모두 투사 렌즈(20)로부터 상당량 벗어난 각도로 출사되므로, 그에 대한 설명은 생략한다.

한편, 본 실시예는 1개의 DMD 소자를 이용하는 단판식 DLP 프로젝터의 광학계에서 채용되는 프리즘을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명에서 제시되는 프리즘의 구조는 3개의 DMD 소자를 이용하는 3판식 DLP 프로젝터의 광학계에도 적용될 수 있다.

통상적으로, 3 판식 DLP 프로젝터의 광학계에는 광 입사/출사 프리즘 및 색 분리/합성용 프리즘과 3매의 DMD 소자가 채용되는데, 램프로부터 입사되는 백색광은 상기 광 입사/출사 프리즘에서 상기 색 분리/합성용 프리즘으로 반사된 후, 상기 색 분리/합성용 프리즘에서 R,G,B 광으로 분리되며, 그 다음 상기 3매의 DMD 소자에서 각각 디지털 처리된 후, 다시 상기 광 입사/출사 프리즘을 경유하여 투사 렌즈로 출사되어 스크린으로 투영된다.

여기서, 상기 광 입사/출사 프리즘으로서 본 발명에서 개시된 프리즘의 구조를 채용하는 경우, 상기 3 매의 DMD 소자의 FLAT 상태에서 일부 빛이 투사 렌즈로 출사되는 것을 막을 수 있게 된다.

이 분야의 당업자라면, 본 발명에 개시된 프리즘의 구조가 3 판식 DLP 프로젝터에 채용될 수 있음을 매우 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면, DMD 소자가 FLAT 상태인 경우 마이크로미러에서 반사되는 빛 중 일부가 투사 렌즈로 출사되는 것을 방지할 수 있게 된다. 따라서, DMD 소자가 FLAT 상태일 때 스크린에 투영되는 검정색을 보다 어둡게 디스플레이할 수 있어, 영상의 콘트라스트를 향상시킬 수 있게 된다.

이상으로, 본 발명을 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으나, 이 분야의 당업자라면 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한도에서 변경될 수 있음을 이해할 것이다. 즉, 본 발명은 첨부된 청구 범위 내에서 변경 가능하므로, 전술한 예시적인 실시예로 제한되는 것으로 간주되어서는 안 된다.

도 1은 종래의 DLP 프로젝터의 구성을 개략적으로 도시한 구성도.

도 2는 종래의 DLP 프로젝터의 광학계에서 빛의 경로를 보다 상세히 나타낸 도면.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투사형 영상 표시 기기용 프리즘의 구조 및 빛의 경로를 개략적으로 나타낸 도면.

< 도면 부호의 주요 부분에 대한 설명 >

15 : 마이크로미러

20 : 투사 렌즈

30 : 프리즘

30a : 제1 프리즘

30b : 제2 프리즘

30c : 제3 프리즘

31a : 제1 전반사면

31b : 제2 전반사면

Claims (4)

1. 광원, 프리즘, DMD 소자 및 투사 렌즈를 구비하는 투사형 영상 표시 기기의 광학계에 있어서,

   상기 광원으로부터 입사되는 빛을 상기 DMD 소자 내의 마이크로미러 방향으로 전반사시키는 제1 전반사면을 구비하는 제1 프리즘과,

   상기 제1 전반사면의 하부에 접하여 배치되는 제2 프리즘과,

   상기 제1 전반사면의 상부와, 상기 제2 프리즘의 일면에 접하여 배치되는 제3 프리즘을 포함하고,

   상기 제3 프리즘과 접하는 상기 제2 프리즘의 일면은 DMD 소자의 FLAT 상태에서 마이크로미러로부터 반사되어 상기 투사 렌즈 방향으로 입사되는 빛을 전반사시키는 제2 전반사면인 것을 특징으로 하는 투사형 영상 표시 기기용 광학계.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제2 전반사면은 상기 DMD 소자가 ON 상태인 경우, 상기 마이크로미러로부터 반사되어 상기 투사 렌즈 방향으로 입사되는 빛은 투과시키는 것을 특징으로 하는 투사형 영상 표시 기기용 광학계.
3. 제1항에 있어서,

   상기 광원과 상기 제1 프리즘 사이에는, 상기 광원으로부터 출사되는 백색광을 R,G,B 광으로 분리시키는 칼라 휠을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 영상 표시 기기용 광학계.
4. 광원으로부터 입사되는 빛을 상기 DMD 소자 내의 마이크로미러 방향으로 전반사시키는 제1 전반사면을 구비하는 제1 프리즘과,

   상기 제1 전반사면의 하부에 접하여 배치되는 제2 프리즘과,

   상기 제1 전반사면의 상부와, 상기 제2 프리즘의 일면에 접하여 배치되는 제3 프리즘을 포함하고,

   상기 제3 프리즘과 접하는 상기 제2 프리즘의 일면은 DMD 소자의 FLAT 상태에서 마이크로미러로부터 반사되어 상기 투사 렌즈 방향으로 입사되는 빛을 전반사시키는 제2 전반사면인 것을 특징으로 하는 프리즘.