KR20050090012A - 투과 ｌｃｄ 기반의 프로젝터들을 위한 분광기들 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분광기들(1, 10)을 포함하는 투과 LCD 프로젝션형 비디오 이미지 디스플레이 디바이스들에 대한 이미지 광 시스템뿐만 아니라 그러한 이미징 광 시스템에서 그러한 분광기들(1, 10)를 배열하는 방법에 관한 것이다. 이미징 광 시스템은 조명광을 방출하는 광원, 투과 액정 광 밸브(8), 이미징 경로 내의 제 1 편광 모드의 광(6)을 전달하고 상기 이미징 경로에 대한 제 2 편광 모드의 광(7)의 각도편차를 야기시키도록 배열된 굴절 분광기 디바이스(1)를 포함한다. 이미징 시스템은 상기 이미징 경로를 따라, 제 1 편광 모드의 광(1)을 상기 이미징 경로 내로 전달하고, 상기 이미징 경로 밖으로 제 2 편광 모드의 편향된 광(7)을 반사시키도록 배열된 반사 분광기 디바이스(10)를 더 포함한다.

Description

투과 ＬＣＤ 기반의 프로젝터들을 위한 분광기들{Analyzers for transmissive LCD-based projectors}

본 발명은 투과형 LCD 프로젝션형 비디오 이미지 디스플레이 디바이스들을 위한 분광기들의 분야에 관한 것이며, 특히 그러한 분광기들을 포함하는 프로젝션형 비디오 이미지 디스플레이 디바이스에 대한 이미징 광 시스템뿐만 아니라 프로젝션형 비디오 이미지 디스플레이 디바이스의 이미징 광 시스템에서 그러한 분광기들을 배열하는 방법에 관한 것이다.

오늘날, 많은 투과 LCD 프로젝션형 비디오 이미지 디스플레이 디바이스들은 제한된 밝기를 생성하고 제한된 수명을 갖는다. 하나의 제한적인 요소는, 원하지 않은 편광을 필터링할 때, 많은 광량의 흡수를 필요로 하는 흡수성 분광기들의 사용이다. 다른 것들 중, 이는 바람직하지 않은 열 효과들을 야기했고, 디바이스들의 수명에 부정적인 영향을 끼친다.

하나의 종래의 기술 접근법은 JP11 295 660호에 공개되었고, 이는 편광된 광을 이용하는 광 밸브에 의해 구성되는 투과 프로젝션 화상 디스플레이 내 광 밸브 주변에 생성된 열에 대항하여 안정성을 향상하는 것을 제안한다. 이 프로젝션 화상 디스플레이는 화상이 입사측 편광판에 의해 광원으로부터 단방향 편광된 광으로 방출된 랜덤 광을 규제하고, 각각의 픽셀에 대하여 편광 방향을 제어하고, 방출측 편광판에 의해 단지 하나의 편광 방향으로 편광된 광을 전송함으로써 디스플레이되고, 프로젝션 렌즈에 의해 확대되고, 프로젝팅되는 방식으로 구성된다. 방출측 편광판은 반사 편광판이고, 광 밸브의 표면에 대하여 기울어져 있고, 열이 광 밸브 및 방출측 편광판 부근에서 생성되는 것이 억제된다. 따라서, 안정성의 악화가 억제된다.

그러나, 이 종래의 기술 접근법은 컴팩트한 디자인 및 프로젝션 렌즈의 숏 백 초점 길이(short back focal length)를 제공하는 능력에 있어서 제한들을 갖고, 이는 이 접근법을 이용하는 프로젝터를 상당히 크고 비용이 많이 들게 할 것이다.

도 1은 굴절 분광기의 개략도.

도 2는 도 1에 따라 적층된(stacked) 굴절 분광기의 개념도.

도 3은 프로젝션형 비디오 이미지 디스플레이 디바이스에 대한 분광기 구성의 제 1 실시예의 개략도.

도 4는 프로젝션형 비디오 이미지 디스플레이 디바이스에 대한 분광기 구성의 제 2 실시예의 개략도.

따라서, 본 발명의 목적은 프로젝션형 비디오 이미지 디스플레이 디바이스에 대한 개선된 이미징 광 시스템을 제공하는 것이다.

이 목적은 제 1 편광 모드의 광을 이미징 경로 내로 전달하고 상기 이미징 경로에 관하여 제 2 편광 모드의 광의 각도편차를 야기하도록 배열되는 굴절 분광기 디바이스(refractive analyzer device) 및 상기 이미징 경로를 따라 상기 굴절 분광기 디바이스로부터 분리 거리에 배열되고, 제 1 분광 모드의 광을 상기 이미징 경로 내로 전달하고 상기 이미징 경로의 밖에 제 2 분광 모드의 편향된 광을 반사시키도록 배열된 반사 분광기 디바이스(reflective analyzer device)를 포함하는 이미징 광 시스템을 제공함으로써 달성된다.

반사 분광기 디바이스 앞에 굴절 분광기를 준비하는 덕에, 상기 이미징 경로의 밖에 원하지 않은 광을 편향시키는 데 필요로 되는 분리 거리가 낮게 유지될 수 있고, 따라서, 관련된 프로젝션 렌즈의 백 초점 길이가 짧게 유지될 수 있는 컴팩트한 디자인이 가능하고, 프로젝션형 비디오 이미지 디스플레이 디바이스들의 생산 비용들은 감소될 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 프로젝션형 비디오 이미지 디스플레이 디바이스들 내의 그러한 분석기들을 구성하는 개선된 방법을 제공하는 것이다.

이 목적은 제 1 편광 모드의 광을 이미징 경로 내로 전달하고 상기 이미징 경로에 대하여 제 2 편광 모드의 광의 각도편차를 야기시키도록 배열된 굴절 분광기 디바이스를 제공하는 단계; 상기 이미징 경로를 따라 상기 굴절 분광기 디바이스로부터 분리 거리에 반사 분광기 디바이스를 제공하는 단계로서, 상기 반사 분광기는 상기 제 1 편광 모드의 광을 상기 이미징 경로 내로 전달하고, 상기 이미징 경로 밖으로 상기 제 2 편광 모드의 편향된 광을 반사시키도록 배열되는, 상기 반사 분광기 제공 단계를 포함하는 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 또 다른 목적들 및 특징들은 첨부된 도면들과 연계하여 고려된 다음의 세부화된 기술로부터 명백하게 될 것이다. 그러나, 도면들은 설명의 목적들을 위해 단지 디자인되었고 본 발명의 제한들의 정의로서 디자인된 것이 아니며, 참조는 첨부된 청구범위에 대하여 만들어져야한다는 것이 이해될 것이다. 도면들은 스케일대로 그려져야 할 필요는 없고, 지시되지 않으면, 도면들은 단순히 여기에 기술된 구조들 및 과정들을 개념적으로 설명하도록 의도된다는 것이 또한 이해되어야 한다.

도면들에서, 여러 도면들에 걸쳐 유사한 참조 문자들은 유사한 요소들을 나타낸다.

도 1은 굴절 분광기(1)의 기본 구성을 도시한 개략도이다. 단축 지향 복굴절 층(2)는 2개의 투명한 캐리어 기판(3) 간에 샌드위치된다. 각각의 기판(3)은 개별적으로 내부 표면들 상에 증착된 미세-피치 "톱니(sawtooth)" 구조(4)를 갖는다. 미세-피치 "톱니" 구조(4)는 바람직하게 폴리이미드 플라스틱(PI)의 층들로 만들어진다. p 및 s-편광된 광을 포함하는 굴절 분광기(1) 상에 떨어지는 입사 광 빔(5)은 도시된다. 재료 특성들은 제 1 편광 모드, 예를 들어, p-편광된 광 빔(6)는 굴절률들의 큰 변화를 관찰하지 않고, 평평한 평행한 판으로서 굴절 분광기를 관찰하며, 따라서, 이미징 패스를 따라 전달되는 방식에 있어서 선택된다. 그러나, 제 2 편광 방향, 예를 들어, s-편광된 광(7)은 재료들 간의 굴절율에서의 큰 차이를 관찰하고, 인터페이스에서 굴절되어서, 전파 방향은 빔이 굴절 분광기(1)를 투과함에 따라 변하고, 이미징 경로에 대한 각도편차를 야기한다. 이 굴절 분광기(1)가 프로젝션형 비디오 이미지 디스플레이 디바이스의 이미징 광 시스템에서 배열되도록 의도되기 때문에, 이미징 특성들 상에 부과된 광학적 요구들은 매우 설득력 있다. 그러나, 굴절률들에서의 차이들은 일반적으로 한정되어서, 전파 방향으로부터 편향은 일반적으로 한정되고, 따라서, 프로젝션형 비디오 이미지 디스플레이 디바이스의 광 경로에서 하나의 그러한 굴절 분광기의 사용은 일반적으로 제 2 편광 방향의 방향 변화을 제공하기에 불충분하고, 이는 제 2 편광 방향을 이미징 경로 외부로 우회되도록 야기하는 데 충분하다.

도 2는 제 2 편광 광(7)의 증가된 방향 변화를 제공하는 해결책을 도시한다. 이는 도 1에 따라서 하나 이상의 굴절 분광기들(1)을 적층함으로써 달성된다. 이 방식으로, 각의 증가된 분할 각도가 달성될 수 있다. p 및 s-편광된 광을 포함하는 입사 광빔(5)은 굴절 분광기들(1)의 적층 상에 들어오고, 원하지 않은 제 2 편광 방향 예를 들어, s-편광된 광빔(7)은 단계별로 각각의 층에 의해 편향된다. 원하는 제 1 편광 모드, 예를 들어, p-편광된 광빔(6)은 굴절 분광기(1)을 통하여 똑바로 전달한다.

도 3은 프로젝션형 비디오 이미지 디스플레이 디바이스의 간략화된 광 경로에서 도시된 가능한 분광기 구성의 제 1 실시예를 도시한다. 도시된 광 경로는 도 1에 따라서 액정(LCD) 광 밸브(8), 굴절 분광기(1), 다이크로익 프리즘(9), 반사 분광기(10) 및 프로젝션 렌즈(11)를 포함한다. 이 구성에 따라서, 굴절 분광기(1)는 반사 분광기(10) 예를 들어, 소위 목스텍 판(Moxtek plate)과 결합되어 사용된다. 굴절 분광기(1) 및 반사 분광기(10)은 다이크로익 재결합 프리즘(9)이 그들 사이에 들어맞는 서로로부터의 분리 거리에 위치된다. LCD 광 밸브(8)로부터 p 및 s-편광된 광을 포함하는 입사 광빔(5)은 굴절 분광기(1) 상에 들어온다. 이 구성에서, 원하지 않은 제 2 편광 모드, 예를 들어, 화살표(7)로 도시된 s-편광 방향은 원하는 제 1 편광 모드, 예를 들어, 화살표(6)으로 도시된 p-편광된 광빔으로부터 분리되기 위하여 더 큰 거리를 이동할 수 있다. 원하지 않은 제 2 편광 모드 (s-편광된) 광빔이 이미징 경로 밖으로 반사되는 동안, 원하는 제 1 편광 모드 (p-편광된) 광빔(6)은 스크린(미도시) 상에 입사하기 위하여 프로젝션 렌즈(11)를 투과한다. 이 구성을 통하여, 주된 광 경로 밖으로 원하지 않는 광을 우회시키는 굴절 분광기 (1)에 의해 도입되는 필요로 되는 각도편차는 감소되고, 굴절 분광기(1)의 층들의 수는 바람직하게 도 1에 따라 단일 층으로 감소될 수 있다. 그러나, 필요로 되면, 도 2에 따라, 그리고 도 3에 따른 제 1 실시예에서, 굴절 분광기들(1)의 적층을 채용하는 것이 가능하다.

도 4는 핵심적으로 도 3의 실시예에 대응하지만, 반사 분광기(10)가 이미지 경로에 관련되는 각으로 배열되는 차이를 갖는 제 2 실시예를 도시하고, 원하지 않는 빔(7)의 편향은 또한 증가될 수 있다.

프로젝션형 비디오 이미지 디스플레이 디바이스의 이미징 광 시스템에서 분광기들을 배열하는 방법은 이후에 기술될 것이다. 본 방법은 제 1 편광 모드의 광(예를 들어, p-편광된 광)을 이미징 경로 내로 전달하고 상기 이미징 경로에 관하여 제 2 편광 모드의 광(예를 들어, s-편광된 광)의 각도편차를 야기시키도록 배열된 굴절 분광기 디바이스를 제공하는 단계; 상기 이미징 경로를 따라 상기 굴절 분광기 디바이스로부터 분리 거리에 반사 분광기 디바이스를 제공하는 단계로서, 상기 반사 분광기는 상기 제 1 편광 모드의 광을 상기 이미징 경로 내로 전달하고, 상기 이미징 경로 밖으로 상기 제 2 편광 모드의 편향된 광을 반사시키도록 배열되는, 상기 반사 분광기 제공 단계를 포함한다.

다른 실시예에서, 본 방법은 상기 굴절 분광기와 상기 반사 분광기 간의 상기 이미징 경로에 다이크로익 프리즘을 제공하는 단계를 더 포함하여, 상기 분리 거리를 제공하는 단계를 더 포함한다.

다른 실시예에서, 본 방법은 적어도 하나의 단축 지향된 복굴절 층을 포함하는 굴절 분광기를 제공하는 단계를 더 포함하고, 각각의 개별적인 복굴절 층은 2개의 투명한 캐리어 기판들 간에 샌드위치되고, 각각의 기판들은 상기 복굴절 층들 중 하나에 마주보는 각각의 면들 상에 증착된 미세 톱니 구조를 갖는다.

또 다른 실시예에서, 본 방법은 2개 이상의 단축 지향 복굴절 층들을 포함하는 굴절 분광기를 제공하는 단계를 더 포함한다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 적용된 바와 같은 본 발명의 기본적인 신규 특징들이 도시되고 기술되고 지적되었지만, 설명된 디바이스들의 형태 및 세부 사항들, 그리고 동작들에 있어서 다양한 생략들 및 대안들 및 변경들이 본 발명의 의도를 벗어나지 않고 당업자들에 의해 만들어 질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 동일한 결과들을 달성하기 위하여 실질적으로 동일한 방식으로 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 이들 요소들 및/또는 방법 단계들의 모든 조합들이 본 발명의 범주 내에 있다는 것이 설명적으로 의도된다. 또한, 본 발명의 임의의 공개된 형태 또는 요소와 연계하여 도시 및/또는 기술된 구조들 및/또는 요소들 및/또는 방법 단계들이 일반적인 디자인 선택의 문제로서 임의의 다른 공개되거나 기술되거나 제안된 형태 또는 실시예에 포함될 수 있다는 것이 인지되어야 한다. 따라서, 여기에 첨부된 청구범위의 범주에 의해 지시된 바와 같이 제한되는 것이 본 의도이다.

Claims (9)

1. 프로젝션형 비디오 이미지 디스플레이 디바이스를 위한 이미징 광 시스템에 있어서,

   조명광을 방출하는 광원,

   투과 액정광 밸브(8),

   제 1 편광 모드의 광(6)을 이미징 경로 내로 전달하고 상기 이미징 경로에 대하여 제 2 편광 모드의 광(7)의 각도편차를 야기하도록 배열되는 굴절 분광기 디바이스(1),

   반사 분광기 디바이스(10)로서, 상기 이미징 경로를 따라 상기 굴절 분광기 디바이스(10)로부터 분리 거리에 배열되고, 상기 이미징 경로 내로 상기 제 1 편광 모드의 광(6)을 전달하고 상기 이미징 경로 밖으로 상기 제 2 편광 모드의 편향된 광(7)을 반사시키도록 배열되는, 상기 반사 분광기 디바이스(10)를 포함하는, 이미징 광 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 분리 거리를 제공하며 상기 굴절 분광기(1)와 상기 반사 분광기(10) 간의 상기 이미징 경로 내에 배열되는 다이크로익 프리즘(dichroic prizm: 9)을 더 포함하는, 이미징 광 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 굴절 분광기(1)는 적어도 하나의 단축 지향 복굴절 층들(uniaxilly oriented birefringent layers: 2)을 포함하고, 각각의 개별적인 복굴절 층(2)은 2개의 투명한 캐리어 기판들(3) 간에 샌드위치되고, 각각의 기판은 상기 복굴절 층들(2) 중 하나를 마주보는 각각의 면들 상에 증착된 미세한-피치 톱니 구조(fine pitch sawtooth structure: 4)를 갖는, 이미징 광 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 굴절 분광기(1)는 2개 이상의 단축 지향 복굴절 층들(2)을 포함하는, 이미징 광 시스템.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 상기 이미징 광 시스템을 포함하는 프로젝션형 비디오 이미지 디스플레이 디바이스.
6. 상기 프로젝션형 비디오 이미지 디스플레이 디바이스의 이미징 광 시스템 내에 분광기들을 배열하기 위한 방법에 있어서,

   제 1 편광 모드의 광을 이미징 경로 내로 전달하고 상기 이미징 경로에 대하여 제 2 편광 모드의 광의 각도편차를 야기시키도록 배열된 굴절 분광기 디바이스를 제공하는 단계;

   상기 이미징 경로를 따라 상기 굴절 분광기 디바이스로부터 분리 거리에 반사 분광기 디바이스를 제공하는 단계로서, 상기 반사 분광기는 상기 이미징 경로 내로 상기 제 1 편광 모드의 광을 전달하고, 상기 이미징 경로 밖으로 상기 제 2 편광 모드의 편향된 광을 반사시키도록 배열되는, 상기 반사 분광기 제공 단계를 포함하는, 분광기 배열 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 굴절 분광기와 상기 반사 분광기 간의 상기 이미징 경로에 다이크로익 프리즘을 제공하는 단계를 더 포함하여, 상기 분리 거리를 제공하는 단계를 더 포함하는, 분광기 배열 방법.
8. 제 6 항에 있어서,

   적어도 하나의 단축 지향된 복굴절 층을 포함하는 굴절 분광기를 제공하는 단계를 더 포함하고, 각각의 개별적인 복굴절 층은 2개의 투명한 캐리어 기판들 간에 샌드위치되고, 각각의 기판들은 상기 복굴절 층들 중 하나에 마주보는 각각의 면들 상에 증착된 미세 톱니 구조를 갖는, 분광기 배열 방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   2개 이상의 단축 지향 복굴절 층들을 포함하는 굴절 분광기를 제공하는 단계를 더 포함하는, 분광기 배열 방법.