KR20060042944A - 두개의 반사형 액정표시패널을 구비한 고성능 프로젝션 시스템 - Google Patents
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Abstract
2-파트 프로젝션 시스템이 개시된다.
본 발명의 프로젝션 시스템은 이색성 필터링 장치(204), 광원(201)에서 나온 광을 원하는 편광의 광빔으로 분할하기 위한 편광 빔 스플리터(203), 및 상기 이색성 필터링 장치(204)로부터 각각의 광빔을 수광하고 이 광빔을 다시 역지향시켜 상기 편광 빔 스플리터(203)로 재입사되는 결합 광빔을 제공하여 투사중인 불필요한 편광광을 제거하기 위한 다수의 반사형 표시장치(205,206)를 포함한다. 광대역 광원은 다중 색성분, 즉 삼원색 성분인 적색, 녹색 및 청색으로 분할가능한 스펙트럼을 갖는 광을 제공한다.
프로젝션 시스템, 광원, 다중 색선택장치, 편광 빔 스플리터, 이색성 필터링 장치, 반사형 액정표시패널, 투사렌즈, 편광변조
Description
도 1은 두개의 반사형 표시패널을 구비한 종래의 프로젝션 디스플레이 시스템의 개략도이다.
도 1A는 두개의 반사형 표시패널을 구비한 종래의 또 다른 프로젝션 디스플레이 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 두개의 반사형 표시패널을 구비한 프로젝션 디스플레이 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 두개의 반사형 표시패널을 구비한 프로젝션 디스플레이 시스템의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 두개의 반사형 표시패널을 구비한 프로젝션 디스플레이 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 두개의 반사형 표시패널을 구비한 프로젝션 디스플레이 시스템의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 두개의 반사형 표시패널을 구비한 프로젝션 디스플레이 시스템의 개략도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
201,302: 광원, 202: 2색 선택장치
203: 편광 빔 스플리터, 204: 이색성 필터링 장치
205: 제 1 반사형 표시패널, 206: 제 2 반사형 표시패널
207: 투사렌즈, 221: 클린업 편광기
본 발명은 프로젝션 시스템에 사용하기 위한 두개의 반사형 액정표시패널을 구비한 영상 투사 엔진(image projection engine)에 관한 것이다.
가격면에서 가장 효과적인 대형 화면의 플랫 패널 디스플레이(flat panel display) 장치는 전면 투사 프로젝터(front projector) 및 후면 투사 프로젝션 텔레비젼(RPTV:rear projection television)을 구비한 투사형 디스플레이 장치인 고선명 텔레비젼(HDTV)이다. 그러한 투사형 디스플레이 장치를 위한 여러 가지 기술들이 개발중에 있다. 그 예로는 투과형 고온 폴리실리콘(HTPS:transmissive High Temperature Polysilicon) 기술, 텍사스 인스트루먼트사의 DLP 기술, 및 액정-온-실리콘(liquid crystal on silicon)기술이 있다. 이들 3가지 기술중에서, 액정-온-실리콘 기술은 가장 저렴하고 최상의 화질을 달성할 수 있을 것으로 기대된다. 그러나, 액정-온-실리콘 디스플레이 장치는 반사형 장치이면서 편광변조 (polarization modulation)를 필요로 하기 때문에, 광학 엔진의 설계는 전술한 세 가지 기술중 가장 복잡한 기술이다. 몇몇 개발된 엔진 설계에는 3중-패널(three- panel)과 단일-패널(single-panel) 타입이 있다. 상기 3중-패널 엔진은 가장 많은 수의 패널과, 기타 다른 광학 부품들을 구비하고 있는데, 이것은 가장 높은 부품가격 및 엔진 조립비용이 지출됨을 의미한다. 단일 패널 엔진 설계를 통해 이러한 부품가격 및 엔진 조립비용을 줄일수 있지만 그리 크게 줄일 수 있는 것은 아니다. 그 이유는 풀 칼라 영상(full color image)을 재생하기 위해서는 단일 패널 엔진이 순차-칼라 방식(sequential-color scheme) 또는 스크롤링-칼라-방식(scrolling-color scheme)을 채택해야 하기 때문이다. 단일 표시패널은 3중-패널 엔진의 최소 3배인 프레임 속도로 각각의 기본색의 영상을 표시해야 한다. 그러기 위해서는 표시패널이 위와 같은 고속의 프레임 속도를 지원할 수 있어야 한다. 액정 모드의 반응시간은 매우 작아야 한다. 또한, 구동 회로상의 별도의 외부 저장 메모리가 필요하다. 더욱이, 표시패널의 능동영역(active area) 역시 충분한 휘도를 위해 3중-패널 엔진의 능동영역보다 커야 한다. 이들 모든 인자들로 인해 엔진의 가격이 증가하게 된다. 단일 패널 엔진은 통상 색분리(color breakup)와 같은 시각 아티팩트(visual artefacts)의 문제점을 노정시키게 되는데, 이러한 문제점은 프레임 속도를 한층 증가시킴으로써 줄일 수 있지만, 패널의 후면설계 및 엔진 설계시 어려움을 가중시키게 되어 가격상승의 요인으로 작용하게 된다. 가격과 성능대비 해결안은 2중 패널 엔진설계라고 할 수 있다. 2중 패널 엔진의 단순성(simplicity)은 단일 패널 엔진과 매우 유사한데, 이것은 2중 패널 엔진 가격이 단일 패널 엔진 가격과 유사하지만 시각 아티팩트는 상당한 양이 감소될 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 3원색(적색, 녹색 및 청색) 광을 포함한 백색광원(101), 예비 편광기(pre-polarizer)(102), 전기제어방식의 선택 편광회전 필터(electrically controlled selective polarization rotation filter)(103), 입방체의 편광 빔 스플리터(PBS:polarizing beam splitter)(104), 제 1 반사형 표시패널(105), 제 2 반사형 표시패널(106) 및 투사렌즈(107)를 포함하는 종래의 장치의 단순화된 2중-패널 엔진 설계를 나타낸 것이다. 상기 예비 편광기(102)는 상기 백색광원(101)에서 나온 백색광을 소정의 편광방식으로, 본 실시예에서는 녹색 및 청색의 삼원색광이 S-편광으로 편광회전되면서 상기 편광 빔 스플리터(PBS)(104)에 시간 순차적으로 투과되는 동시에 나머지 스펙트럼인 적색 삼원색광이 연속하여 편광 변화없이 상기 편광 빔 스플리터(PBS)(104)에 투과되는, P-편광으로 편광시킨다. 편광 빔 분할 및 결합면(polarizing beam splitting and combining surface)(108)을 구비하고 있는 MacNeille 타입의 상기 편광 빔 스플리터(PBS)(104)는 P-편광된 적색광을 상기 제 1 반사형 표시패널(105)에 투과시키고 S-편광된 녹색 및 청색광을 상기 제 2 반사형 표시패널(106)에 반사시킴으로써 입사광을 두개의 광빔으로 분리시킨다. 여기서, 상기 두개의 반사형 표시패널(105,106)은 상기 편광 빔 스플리터(PBS)(104)의 양 출사면(two exit surfaces)에 인접 배치되어 있다. 상기 표시패널(105,106)로 두개 광빔의 편광을 변조시킨후, 반사된 두개의 광빔은 영상 데이터에 의해 결정되는 서로 다른 편광상태에서 편광된 다음, 상기 편광 빔 스플리터(PBS)(104)에 의해 분석처리된다.
누광손실(light leakage)로 간주되는 표면(108)별 S-편광광의 투과율(transmission) Ts(%) 및 P-편광광의 반사율(reflection) Rp(%)은 항상 존재하기 때문에, Rp가 약 5~10%정도로 커지는 한편 Ts가 약 1~2%가 됨에 따라 콘트라스트(contrast)는 감소한다. 암영상(dark image)을 디스플레이하는 경우를 고려해보면, 상기 전기제어방식의 선택 편광회전 필터(103)에서 나온 대부분의 적색 P-편광광은 상기 편광빔 분할 및 결합면(108)을 투과하여 상기 제 1 표시패널(105)에 도달한다음, 편광 변화없이 상기 편광 빔 스플리터(PBS)(104)로 반사된다. 이 때, 편광광(Rp)은 상기 표면(108)에 의해 투사렌즈(107)로 반사된다. 상기 선택 편광회전 필터(103)에서 나와 상기 표면(108)에 의해 제 2 반사형 표시패널로 반사되는 적색 P-편광광의 나머지 부분광은 편광 변화없이 상기 PBS(104)로 역반사되어 상기 표면(108)을 통해 상기 투사렌즈(107)로 투과된다. 상당히 큰 P-편광광 반사율 Rp로 인해 상기 투사렌즈(107)에 도달한 상기 두가지 적색 P-편광광은 누출광(leakage light)을 포함하는데, 이 누출광은 암 레벨(dark level)을 증가시키고 그결과 콘트라스트비(contrast ratio)가 감소하게 된다. 이것은 상기 PBS(104)를 두개의 직교편광을 갖는 광빔으로 비추어 상기 두개의 표시패널(105,106)에서 나온 두개의 광빔을 단일 PBS(104)로 결합한 결과로서 나타난 것이다.
종래기술에 따른 또 다른 실시예에 의해 제안된 방법이 도 1A에 도시되어 있고, 도 1A에서는 별도의 수동선택 편광회전 필터(passive selective polarizing rotation filter)(111) 및 클린업 편광기(clean-up polarizer)(112)가 PBS(104)와 투사렌즈(107)사이에 배치되어 있다. 이 수동선택 편광회전 필터(111)는 상기 적 색 P-편광 누출광을 90도만큼 선택적으로 회전시킴으로써 S-편광시키고 상기 수동선택 편광회전 필터(111)와 투사렌즈(107)사이에 배치된 클린업 편광기(112)에 의해 여과출력된다. 이러한 배치구조로 인해 대부분의 전술한 노출광이 제거될 수 있다 하더라도, 여전히 문제점이 남게 된다. 첫째, 상기 수동선택 편광회전 필터(111)의 스펙트럼 특성은 해당 스펙트럼 범위의 광만이 정확히 지연(retardation)되도록 매우 정확히 설계되어야 함은 물론, 상기 투사렌즈(107)에 의한 영상 투사용으로 의도된 상보 스펙트럼(complementary spectrum)의 P-편광광의 회전으로 인한 휘도손실(brightness loss)을 야기해서는 안 된다. 둘째, 상기 수동선택 편광회전 필터(111)가 설계된 대로 재생되거나 제조되는 경우에 한해 효과적인 해결방안이 될 것이다. 세째, 상기 수동선택 편광회전 필터(111)에 미치는 열적, 정렬 또는 기타 다른 환경효과가 균일성(uniformity)과 같은 화질(image quality)을 저하시킬 수도 있다.
전술한 종래 기술에 있어서, 상기 PBS(104)의 편광빔 분할 및 결합면(108)에 의해 분리되는 광빔의 두개 광학경로가 동일해야 하기 때문에 상기 PBS는 MacNeille 타입과 같은 특정한 타입에 한정된다. Moxtek사의 ProFluxTM 및 3M사의 VikuitiTM PBS와 같은 몇몇 새로운 타입의 하이 콘트라스트(high contrast) PBS는 반사 또는 투과중 어느 한 광경로가 영상왜곡을 야기시킬 수도 있다는 이유로 인해 영상형성(image formation)을 위해 둘중 어느 하나의 광경로만을 제공하기 때문에 종래기술에 적용되지 않을 것이다.
투사된 영상의 색품질(color quality)고려하면, 프로젝션 시스템(projection system)이 제공할 수 있는 색대역(color gamut)은 각각의 삼원색광의 스펙트럼에 좌우된다. 3중 패널 시스템, 일부 단일 패널 시스템 및 2중 패널 시스템을 포함하는 대부분의 종래 프로젝션 시스템은 광원에서 나온 광대역 백색광의 스펙트럼을 3개의 상보성분(complementary components)으로 간단히 분할함으로써 광원의 전체 스펙트럼이 고 휘도(higher brightness)용으로 이용될 수 있지만, 색순도(color purity)는 질이 저하된다. 예컨대, 녹색광은 황녹색이고 적색광은 오렌지색으로 나타난다. 삼원색이 NTSC와 같은 색 표준(color standard)에 근접하도록 향상된 색대역을 얻기 위해서는, 전술한 패널 시스템용으로 남색광 및 황색광과 같은 일정한 스펙트럼 영역의 광대역 백색광을 여과출력하기 위한 별도의 색 필터가 필요하다. 색과 관련한 또 다른 문제점은 UHPTM과 같은 투사광원의 스펙트럼이 통상적으로 적색영역에서 불충분함으로써, 결과적으로 투사된 영상이 종래의 엔진설계에서의 다른 색에 비해 적색영역에서 어두워진다는 점이다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점들을 해소하고자 하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 이색성 필터링 장치, 광원에서 나온 광을 원하는 편광의 광빔으로 분할하기위한 편광 빔 스플리터, 및 상기 이색성 필터링 장치로부터 각각의 광빔을 수광하고 이 광빔을 다시 역지향시켜 상기 편광 빔 스플리터로 재입사되는 결합 광빔을 제공하여 투사중인 불필요한 편광 광을 제거하기 위한 다수의 반사형 표시장치를 포함하는 프로젝션 시스템이 제공된다.
본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 다중 색성분, 즉 삼원색 성분인 적색, 녹색 및 청색으로 분할가능한 스펙트럼을 구비한 광을 제공하는 광대역 광원;
서로 다른 스펙트럼이 동일한 광학 경로로 전달되면서 다수개의 광부분으로 시간 순차 분리되거나 다수개의 스크롤링 칼라광 부분으로 분리되는 편광광을 제공하기 위한 다중 색선택 장치;
상기 다중 색선택 장치로부터 특정 편광광을 수광하기 위해, 상기 다중 색선택 장치에 인접 배치된 편광 빔 스플리터(PBS);
상기 편광 빔 스플리터(PBS)에서 나온 광을, 상기 다중 색선택 장치에서 나온 상기 각각의 광부분의 스펙트럼 일부를 포함하는 광을 구비한 제 1 광빔과, 상기 제 1 광빔의 스펙트럼과 상이한 상기 각각의 광부분의 스펙트럼 일부를 포함하는 광을구비한 제 2 광빔으로 분리하되, 상기 제 1 광빔과 상기 제 2 광빔이 서로 다른 방향으로 전파되도록 하는 이색성 필터링 장치;
편광변조를 위해 상기 이색성 필터링 장치로부터 상기 제 1 광빔을 수광하고 이 광빔을 상기 이색성 필터링 장치로 역지향시키기 위한 제 1 반사형 액정 표시패널;
편광변조를 위해 상기 이색성 필터링 장치로부터 상기 제 2 광빔을 수광하고 이 광빔을 상기 이색성 필터링 장치로 역지향시키기 위한 제 2 반사형 액정 표시패널;
영상 투사를 위해 상기 편광 빔 스플리터로부터 광을 수광하기 위해 상기 편광 빔 스플리터(PBS)에 인접배치되는 투사렌즈; 및
상기 광 빔 스플리터(PBS)와 상기 투사렌즈사이에 배치되는 선택 클린업 편광기를 포함하는 프로젝션 시스템이 제공될 수도 있다.
본 발명을 이용하면 다음과 같은 이점을 얻을 수 있다. 첫째, 광 조사 단계에서 소정의 한 가지 편광광만이 PBS에 입사되고 반송 광빔은 이색성 필터링 장치에 의해 패널의 형태로 표시장치에서 반사된 두개의 광빔으로부터 결합된 단일 광빔이다. MacNeille 타입의 PBS의 경우, S-편광광의 투과 및 P-편광광의 반사로 인한 전술한 누출광이 투사렌즈에 입사되는 것이 방지됨으로써, 높은 콘트라스트비를 달성할 수 있는 동시에 전체 프로젝션 시스템을 단순하게 유지할수 있다. 둘째, 삼원색광의 스펙트럼은 스펙트럼 트리밍을 위한 별도의 색필터없이 맞춰조정할 수 있고, 하나이상의 기본색광은 다른 기본색광에 비해 표시패널들중 하나의 표시패널에 광을 두배로 조사함으로써 증진될 수 있다. 세째, 별도의 광학성분없이 다중 기본색 투사를 달성할 수도 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명을 구현하기 위한 풀 칼라 2중 패널 프로젝션 시스템의 제 1 실시예가 예시되어 있다. 상기 프로젝션 시스템은 광원(201), 2색 선택 장치(202), 편광 빔 스플리터(PBS)(203), 이색성 필터링 장치(dichroic filtering device)(204), 두개의 반사형 액정 표시패널(205,206) 및 투사렌즈(107)를 포함한 다.
상기 광원(201)인 투사램프는 백색광(208)을 발광하고, 이 백색광은 삼원색 성분인 적색, 녹색 및 청색광으로 분할가능하다. 상기 백색광(208)은 상기 2색 선택장치(202)로 입사되는데, 이 2색 선택장치는 상업적으로 입수가능한 ColorLink사의 ColorSwitchTM과 같은 전기제어방식의 셔터형 색 스위칭 필터(electrically controlled shutter type color switching filter) 혹은 회전가능한 칼라 휠(rotatable color wheel)과 같은 순차 칼라방식 시스템이거나, 회전 프리즘, 회전가능한 칼라 드럼 또는 회전가능한 나선형 칼라 휠(spiral color wheel)과 같은 스크롤링 칼라 방식 시스템일 수 있다. 특히, 순차 칼라 방식은 프레임 재생형 표시패널(frame refresh type display panels)에 더 적합한 반면, 스크롤링 칼라방식은 프로그래시브 스캔형 표시패널(progressive scan type display panels)에 더 적합하다. 여기서, 상기 2색 선택장치(202)는 일반적으로 도면에 도시되지 않은 통합 광학장치(integration optics)로 구현되고, 상기 표시패널로 입사하는 균일한 장방형 단면을 갖는 광빔을 제공한다. 상기 광원과, 2색 선택장치 즉 통합 광학장치사이의 광경로 내에는 예비 편광기(도시생략됨)가 배치됨으로써, 상기 2색 선택장치(202)에서 나온 출력광이 소정 편광방식으로, 본 실시예에서는 S-편광방식으로 편광처리된다.
상기 2색 선택장치(202)의 설치목적은 서로 다른 스펙트럼을 갖는 시간 순차 처리되거나 칼라 스크롤링 처리된 두개의 광으로 분리되는 광빔을 제공하기 위한 것이다. 각각의 처리된 광은 두가지 삼원색 성분을 포함하고 있다. 순차 칼라방식의 경우, 칼라 휠은 하나는 황색광(적색과 녹색의 혼합)을 투과시키고 다른 하나는 마젠타색 광(적색과 청색의 혼합)을 투과시키는 두가지 타입의 칼라 필터링 세크먼트(color filtering segments)를 구비한다. 이와 마찬가지로, 스크롤링 칼라 방식의 경우, 상기 2색 선택장치(202)의 설치목적은 하나는 황색광(적색과 녹색의 혼합)이고 다른 하나는 마젠타색(적색과 청색의 혼합)이며, 상기 두개의 반사형 액정 표시패널(205,206)의 표시영역이 위치하는 평면에서 상이 형성되는 두 가지 연속된 래스터 주사 줄무늬 색광(two continually raster scanning stripes of color light)을 제공하기 위한 것이다.
본 실시예에서 전형적으로 MacNeille 타입의 PBS과 같은 광대역 PBS인, 상기 편광 빔 스플리터(203)는 S-편광광의 대부분을 반사시키고 P-편광광의 대부분을 투과시키는 편광면(209)을 구비하고 있다. 상기 PBS(203)는 상기 2색 선택장치(202)로부터 S-편광광(210)을 수용하고 그 대부분을 PBS에 인접한 상기 이색성 필터링 장치(204)로 반사시킨다. 나머지 S-편광광(211)은 상기 편광면(209)를 통해 PBS(203)의 출사면(212)에 투과시키는데, 이것은 상기 반사형 액정표시패널들(205,206)중 어느 한 곳과 투사렌즈에도 도달할 수 없어 결과적으로 투사 영상에 있어 어떤 누광손실도 야기되지 않을 것이다.
상기 이색성 필터링 장치(204)는 색분리를 위한 적어도 하나의 광학표면을 가지고 있어야 한다. 본 실시예에서는, 이색성 거울판의 광학경로보다 짧은 광학경로를 위해 입방체의 이색성 빔 스플리터(cubic dichroic beam splitter)가 바람 직하다. 상기 이색성 빔 스플리터(204)는 적색광(213)을 제 1 반사형 액정표시패널(205)에 선택적으로 투과 또는 반사시키고, 시안색광(214)(녹색과 청색의 혼합)을 제 2 반사형 액정표시패널(206)에 선택적으로 반사 또는 투과시킨다.
상기 제 1 반사형 액정표시패널(205)은 수신된 적색 영상 정보에 따라 편광변조된 적색광(215)를 반사시키고, 상기 제 2 반사형 액정표시패널(206)은 수신된 해당 삼원색의 영상 정보에 따라 편광변조된 녹색/청색광(216)을 반사시킨다. 그 결과, 상기 반사형 액정표시패널(205,206)에 의해 반사된 두 가지 광빔(215,216)은 복수의 편광상태를 갖고 있게 된다.
반사된 적색광(215) 및 녹색/청색광(216)은 역 경로(reverse path)를 따라 상기 이색성 빔 스플리터(204)로 입사된다. 상기 적색광(215)은 이색표면(dichroic surface)(217)에 의해 투과되거나 반사되고 상기 녹색/청색광(216)은 이색표면(217)에 의해 반사 또는 투과됨으로써, 이들 광이 단일 광빔(218)으로 결합되어 상기 PBS(203)로 입사된다. 상기 이색성 필터링 장치(204)에 필요한 한가지 요건으로서, 이 필터링 장치는 S-편광 및 P-편광광을 위한 스펙트럼 요건에 부합하도록 설계되어야 한다.
이러한 역경로에 있어서, 상기 PBS(203)는 이색성 빔 스플리터(204)에서 나오는 대부분의 S-편광광(219)은 광원 방향으로 반사되는 반면, 대부분의 P-편광광(220)은 영상 투사를 위해 상기 PBS(203)을 통해 투사렌즈(207)로 투과되기 때문에 분석기의 기능을 수행한다고 볼수 있다. 편광면(209)을 통해 투과되는 소량의 반사되지 않은 S-편광광은, 상기 PBS(203)와 투사렌즈(207)사이에 클린업 편광기 (221)가 배치되는 경우에 여과 출력됨으로써 투사렌즈(207)에 입사할 수 없어 누광손실이 야기되지 않게 될 것이다. 특정 타입의 PBS의 경우, Ts는 너무 작아서 사기 클린업 편광기(221)가 필요없게 된다. 투과되지 않은 P-편광광은 편광면(209)에 의해 광원 방향으로 반사되어, 마찬가지로 어떠한 누광 손실도 야기되지 않는다.
도 2의 실시예에서, 삼원색광 중 하나인 적색광이 상기 제 2 액정표시패널(206) 표면에 비춰지는 다른 두 가지 삼원색광인 녹색 및 청색광의 두배로 상기 제 1 액정표시패널(205) 표면에 비춰진다. 통상 광원(201)에서 나온 적색광이 불충분하기 때문에, 이렇게 함으로써 최적의 색균형(color balance)을 위해 투사된 영상에 대한 적색을 증강시킬수 있다.
상기 2색 선택장치(202)에 의해 두 가지 광은 스펙트럼상으로 서로 무관하기 때문에, 이들 광의 스펙트럼은 색순도를 위해 최적화될 수 있다. 상기 2색 선택장치(202)의 스펙트럼 특성을 설계함으로써, 상기 광원에서 나온 특정 스펙트럼 영역의 광이 한편으로는 여과 출력되거나 다른 한편으로는 투사된 영상에서 증강될 것이다. 적색 및 녹색 삼원색광을 포함하고 있는 제 1광 부분의 스펙트럼은 대략 시안색의 파장에 가까운 차단 파장(cut-off wavelength) λ1을 갖는 한편, 적색 및 녹색 삼원색광을 포함하고 있는 제 2광 부분의 스펙트럼 역시 대략 시안색의 파장에 가까운 차단 파장(cut-off wavelength) λ2을 갖는다. 만약, λ1 >λ2이면, λ1 과 λ2간의 스펙트럼 영역이 여과출력됨으로써, 상기 PBS(203)로 투과될 수 없다. 반 면에, 만약 λ1 <λ2이면, 녹색 및 청색 삼원색광은 λ1 과 λ2간의 스펙트럼 영역을 포함함으로써 이 스펙트럼 영역이 투사된 영상에서 증강된다.
본 발명에서는 다양한 타입의 편광 빔 스플리터가 구현가능하다. 도 3은 상업적으로 입수가능한 Moxtek사의 ProFluxTM 편광기와 같은 하이 콘트라스트 마이크로 와이어 격자 PBS판(high contrast micro-wire grid PBS plate)(301)을 사용한 본 발명의 제 2 실시예를 예시하고 있다. 마이크로 와이어 격자 PBS를 통해 투과된 영상은 왜곡될 수도 있기 때문에, P-편광광의 투과보다는 S-편광광의 반사에 의해 영상이 형성된다. 광원(302)에서 나온 광은 2색 선택장치(302)을 통과하여 P-편광처리되고 상기 마이크로 와이어 격자 PBS(301)를 통해 이색성 빔 스플리터(304)에 투과된다. 그 역 경로에서는, 두개의 액정 표시패널(305,306)에서 나온 편광변조광이 상기 이색성 빔 스플리터(304)에 의해 단일 광빔으로 결합된 다음, 마이크로 와이어 격자 PBS(301)에 의해 분석됨으로써, S-편광광(307)이 영상 투사를 위해 투사렌즈(308)에 반사되는 반면, P-편광광(309)은 광원 방향으로 투과된다.
다양한 타입의 이색성 필터링 장치가 본 발명에 적용가능하다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 제 3 및 제 4 실시예를 각각 예시한 것이다. 상기 제 3 및 제 4 실시예는 모든 구성요소에 있어서 이색성 빔 스플리터가 제 3 실시예(도 4)에서 광학경로 보상을 위해 유리판(402)이 요구되는 저가의 이색성 거울판(dichroic mirror plate)(401)으로 대체되거나, 제 4 실시예(도 5)에서 내부 전반사(TIR) 프리즘 (501,502)으로 대체된 것을 제외하고 전술한 제 1 실시예와 유사하다.
도 6은 본 발명의 제 5 실시예를 예시한 도면으로서, 이색성 빔 스플리터는 PBS(604)에서 나온 입사광을 상보 스펙트럼을 갖는 세 개의 광빔으로 분리하고 이들 광빔을 서로 다른 세 가지 방향으로 배향하도록 하기 위한 두개의 이색 표면(dichroic surfaces)(602,603)을 구비하고 있는 X-큐브 프리즘(X-cube prism)(601)이다. 두개의 광빔(609,610)을 수광하기 위한 X-큐브 프리즘)(601)의 두개 출사면(607,608)에 인접한 위치에 제 1 표시패널(605) 및 제 2 표시패널(606)을 배치함으로써 추가의 스펙트럼 트리밍(spectral trimming)과정이 달성될 수 있고, 불필요한 스펙트럼을 갖는 나머지 광빔(611)은 투사 영상에 입사되지 않고 출사면(612)을 통해 프로젝션 시스템에서 출사될 수 있다.
본 발명의 제 6 실시예(도시생략됨)은 전술한 제 1 실시예와 유사하지만 다음과 같은 변경구조를 갖는다. 광원(201)은 4개의 기본색 성분광, 즉 C1, C2, C3 및 C4를 포함하는 것으로 간주된다. 상기 2색 선택장치(202)는 이 선택장치에 의해 선택된 색광의 일부분인 시간 순차 또는 칼라 스크롤링 부분이 C1 및 C3를 포함하고 있는 반면, 상기 선택된 색광의 다른부분은 C2 및 C4를 포함하는 방식으로 설계된다. 상기 이색성 필터링 장치(204)는 이 필터링 장치에 의해 분리된 제 1 광빔(213)이 시간 순차 또는 칼라 스크롤링 C1/C2광을 포함하는 반면, 분리된 제 2 광빔(214)는 시간 순차 또는 칼라 스크롤링 C3/C4광을 포함하도록 설계된다. 상기 두개의 표시패널(205,206)은 해당 기본색의 영상들을 표시할수 있도록 설계된다. 이들 변경구조로 인해, 본 양호한 실시예에서는 4 기본색 프로젝션 시스템(four primary color projection system)에 대해 설명한다. 동일한 원리에 의해, 색대역을 극대화시키기 위해 3색 선택장치를 이용하여 5 또는 6 기본색 프로젝션 시스템을 달성할 수도 있다.
지금까지 본 발명이 양호한 실시예에 대해 설명되었지만, 그러한 상세한 설명 및 개시내용은 예시에 불과하며 특허청구범위를 한정하기 위해 의도된 것이 아니라는 사실은 당업자에게 명백해질 것이다. 본 발명은 다양한 대체실시예 및 변형예를 제시할 것이다.
본 발명에서는 어떤 타입의 편광 빔 스플리터 또는 이색성 필터링 장치가 사용되든지 간에 편광 빔 스플리터에 의해 S-편광광의 투과 및 P-편광광의 반사로 인한 불필요한 전술한 광들이 투사렌즈에 입사되는 것을 방지함으로써 2개의 반사형 표시패널을 구비한 프로젝션 시스템의 영상 콘트라스트(image contrast)의 감소를 막을 수 있다.
프로젝션 시스템의 콘트라스트비(contrast ratio) 및 투사영상의 색대역이 최적이 되도록 두개의 반사형 액정표시패널을 구비한 프로젝션 시스템이 제공될 수 있다.
Claims (24)
- 이색성 필터링 장치, 광원에서 나온 광을 원하는 편광의 광빔으로 분할하기위한 편광 빔 스플리터, 및 상기 이색성 필터링 장치로부터 각각의 광빔을 수광하고 이 광빔을 다시 역지향시켜 상기 편광 빔 스플리터로 재입사되는 결합 광빔을 제공하여 투사중인 불필요한 편광광을 제거하기 위한 다수의 반사형 표시장치를 포함하는 프로젝션 시스템.
- 제1항에 있어서, 다수의 스펙트럼 성분광으로 분할가능한 스펙트럼을 구비한 광을 제공하는 광원;상기 광원으로부터 광을 수광하고, 동일한 광학 경로로 전파되는 서로 다른 스펙트럼을 갖는 다수개의 광부분으로 시간 순차 분리되는 편광광을 제공하되, 각각의 광부분이 상기 스펙트럼 성분광들중 적어도 하나를 구비하도록 하는 다중 색선택장치;상기 다중 색선택 장치로부터 특정 편광광을 수광하기 위해, 상기 다중 색선택 장치에 인접배치되는 편광 빔 스플리터;상기 편광 빔 스플리터에서 나온 광을 서로 다른 스펙트럼을 갖는 서로 다른 광학 경로로 전파되는 제 1 및 제 2 광빔을 포함하는 적어도 두개의 광빔으로 분리하기 위해, 상기 편광 빔 스플리터에 인접배치되는 이색성 필터링 장치;상기 이색성 필터링 장치로부터 상기 제 1 광빔을 수광하고 이 광빔을 상기 이색성 필터링 장치로 역지향시키기 위한 제 1 반사형 표시장치;상기 이색성 필터링 장치로부터 상기 제 2 광빔을 수광하고 이 광빔을 상기 이색성 필터링 장치로 역지향시키기 위한 제 2 반사형 표시장치; 및영상 투사를 위해 상기 편광 빔 스플리터로부터 광을 수광하기 위해 상기 편광 빔 스플리터에 인접배치되는 투사렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 반사형 표시장치는 표시패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제3항에 있어서, 상기 제 1 표시패널은 반사형 액정표시패널인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 제 2 표시패널은 반사형 액정표시패널인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 소정의 편광광을 제공하기 위해 상기 광원 또는 상기 다중 색선택 장치 내부에 배치되는 예비 편광기를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다중 색선택 장치는 다수의 시간순차 광부분을 제공하여 각각의 광부분이 상기 스펙트럼 성분광들중 적어도 하나를 포함하도록 하는 칼라 휠 또는 전기제어방식의 셔터형 순차색 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편광 빔 스플리터와 상기 투사렌즈사이에 배치되는 편광기를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편광 빔 스플리터는 상기 다중 색선택 장치로 부터 특정 편광광을 수광하고 이 편광광을 상기 이색성 필터링 장치로 지향하도록 하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이색성 필터링 장치는 상기 제 1 표시패널에서 나온 상기 제 1 광빔과 상기 제 2 표시패널에서 나온 상기 제 2 광빔을 결합하고 이 결합된 광빔을 상기 편광 빔 스플리터로 재지향하도록 하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편광 빔 스플리터는 두개의 광빔만을 수광하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제1항에 있어서, 다수의 스펙트럼 성분광으로 분할가능한 스펙트럼을 구비한 광을 제공하는 광원;동일한 방향으로 전파되는 서로 다른 스펙트럼을 갖는 다수개의 스크롤링 광부분으로 분리되는 편광광을 제공하되, 각각의 광부분이 상기 스펙트럼 성분광들중 적어도 하나를 구비하도록 하는 다중 색선택장치;상기 다중 색선택 장치로부터 특정 편광광을 수광하기 위해, 상기 다중 색선택 장치에 인접배치되는 편광 빔 스플리터;상기 편광 빔 스플리터에서 나온 광을 서로 다른 스펙트럼을 갖는 서로 다른 광학 경로로 전파되는 제 1 및 제 2 광빔을 포함하는 적어도 두개의 광빔으로 분리 하기 위해, 상기 편광 빔 스플리터에 인접배치되는 이색성 필터링 장치;상기 이색성 필터링 장치로부터 상기 제 1 광빔을 수광하고 이 광빔을 상기 이색성 필터링 장치로 역지향시키기 위한 제 1 반사형 표시장치;상기 이색성 필터링 장치로부터 상기 제 2 광빔을 수광하고 이 광빔을 상기 이색성 필터링 장치로 역지향시키기 위한 제 2 반사형 표시장치; 및영상 투사를 위해 상기 편광 빔 스플리터로부터 광을 수광하기 위해 상기 편광 빔 스플리터에 인접배치되는 투사렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제12항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 반사형 표시장치는 표시패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제13항에 있어서, 상기 제 1 표시패널은 반사형 액정표시패널인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 제 2 표시패널은 반사형 액정표시패널인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 소정의 편광광을 제공하기 위해 상기 광원 또는 상기 다중 색선택 장치 내부에 배치되는 예비 편광기를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다중 색선택 장치는 상기표시패널의 표시영역에서 상이 형성되는 다수의 스크롤링 광부분을 제공하여 각각의 광부분이 상기 스펙트럼 성분광들중 적어도 하나를 포함하도록 하는 스크롤링 칼라 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편광 빔 스플리터와 상기 투사렌즈사이에 배치되는 편광기를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편광 빔 스플리터는 상기 다중 색선택 장치로 부터 특정 편광광을 수광하고 이 편광광을 상기 이색성 필터링 장치로 지향하도록 하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제12항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이색성 필터링 장치는 상기 제 1 표시패널에서 나온 상기 제 1 광빔과 상기 제 2 표시패널에서 나온 상기 제 2 광빔을 결합하고 이 결합된 광빔을 상기 편광 빔 스플리터로 재지향하도록 하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제12항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 편광 빔 스플리터는 두개의 광빔만을 수광하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이색성 필터링 장치는 적어도 하나의 이색 표면을 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이색성 필터링 장치는 입사광을 서로 다른 스펙트럼의 세개 광빔으로 분리하기 위한 적어도 두개의 이색 표면을 구비하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 첨부도면의 도 2 내지 도 6을 참조하여 이하에서 설명되는 2중 패널 시스템.
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