KR20060080623A - 선형 광 모듈레이터의 조명효율을 증가시키는 투사 표시장치 및 상기 장치의 선형 광 조명계 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 투사 표시 장치는 광원; 상기 광원에서 방사된 광을 얇은 선 형태의 광으로 변환시키는 선형 광조명계; 상기 선형 광조명계에서 방사된 광의 방향과 광량을 변환시켜 영상을 표시하는 선형 광모듈레이터; 상기 선형 광모듈레이터에서 방사된 선형 영상을 특정 방향으로 스캔하는 스캐너; 상기 스캐너에 의해 스캔된 영상을 확대 투사하는 투사렌즈; 및 상기 투사렌즈를 통해 출력된 영상을 결상시켜 화면을 감상하는 스크린을 포함하여 이루어지고,

상기 선형 광조명계는 광원에서 나온 광을 선형 광의 형상으로 변환시키는 광 형상변환렌즈; 상기 광 형상변환렌즈에서 방사된 광량의 분포를 균일하게 하고, 그 형상을 얇은 판형으로 형성시켜 상기 판형의 형상대로 선형의 광 형상을 유지시키는 로드 렌즈; 및 상기 로드 렌즈에서 방사되는 선형 광을 선형 광모듈레이터의 크기와 형상대로 집속시켜 조명시키는 조명렌즈를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

선형 광조명계, 광 형상 변환렌즈, 로드 렌즈

Description

선형 광 모듈레이터의 조명효율을 증가시키는 투사 표시 장치 및 상기 장치의 선형 광 조명계{A Projection Display Apparatus Improved Illumination efficiency of Linear Light Modulator And Linear Light Illumination Device of Above a Projection Display Apparatus}

도 1은 일반적인 LCD 투사 표시 장치의 구성도를 나타내는 도면이다.

도 2는 일반적인 GLV의 구성도이다.

도 3은 종래의 기술에 따른 투사 표시 장치를 나타내는 구성도이다.

도 4는 종래의 기술에 따른 선형 광조명계를 나타내는 구성도이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 투사 표시 장치를 나타내는 구성도이다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 선형 광조명계를 나타내는 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

210 : 광원 220 : 선형 광 조명계

221 : 광 형상 변환렌즈 222 : 얇은 로드 렌즈

223 : 조명렌즈 230 : 선형 광 모듈레이터

240 : 스캐너 250 : 투사렌즈

260 : 스크린 X : 로드 렌즈의 가로(길이방향) 길이

Y : 로드 렌즈의 세로 길이 H : 로드 렌즈의 높이(두께)

본 발명은 선형 광 모듈레이터 표시소자를 적용시킨 투사 표시 장치에 관한 것으로, 특히 선형 광 모듈레이터에 광을 조명하는 조명효율을 증가시켜 화면의 밝기를 증가시키는 투사 표시 장치에 관한 것이다.

대형 화면을 구현하는 디스플레이 시스템으로써 작은 화면을 확대 투사하여 대형 화면을 표시하는 투사 표시 장치가 있다.

상기 투사 표시 장치의 대표적인 예로, 램프와 액정디스플레이(Liquid Crystal Display : LCD) 표시소자를 사용하는 LCD 투사 표시 장치가 있다.

도 1을 참조하여 상기 LCD 투사 표시 장치에 대해 살펴보면,

램프(11)에서 발광된 빛이 반사경에 의해 한쪽 방향으로 모아져 진행되고 적색 필터(12)에 의해 적색 광은 투과되고 녹색, 청색 광은 반사된다. 상기 적색 광은 적색 미러(13)에 의해 반사되어 적색 LCD(17)에 조사된다. 상기 적색 필터(12)에서 반사된 녹색, 청색 광은 청색 필터(14)에 의해 녹색 광은 반사되어 녹색 LCD(18)에 조사되고, 청색광은 투과된다. 상기 투과된 청색 광은 제 1 청색 미러(15)와 제 2 청색 미러(16)에 의해 반사되어 청색 LCD(19)에 조사된다.

상기 적색, 녹색, 청색 LCD(17)(18)(19)에는 전기적 신호에 의해 각각의 컬러에 대한 영상이 표시되고 각 컬러의 영상은 프리즘(20)에 의해 합성되어 진행된다. 상기 합성된 컬러 영상은 투사광학계(21)에 의해 확대되어 스크린(22)에 투사되고 사용자는 상기 투사된 영상을 감상한다.

그러나, 상기 LCD 표시소자는 응답속도가 비교적 느려 빠른 동영상을 표시할 때 잔상이 남는다는 문제점이 있다. 또한, 상기 LCD 표시소자는 오프(Off) 신호에서 LCD에 광이 투과할 때 액정층이 광을 완전히 막지 못하여 광이 새어 나가는 문제점이 있다. 이로 인해 화면의 콘트라스트가 저하된다.

뿐만 아니라, 광학계를 구성할 때 색 분리 및 합성계가 필요하므로 구성이 복잡하고 시스템 크기를 작게 하는데 제약이 있다.

한편, 상기 표시소자로서 LCD 이외에 반사형 표시소자인 디지털 미소 반사 표시기(Digital Micro-Mirror Device : DMD)나 그레이팅 라이트 밸브(Grating Light Valve : GLV)를 사용하는 경우가 있다.

상기 DMD는 LCD보다 응답 속도가 빠르고, 높은 콘트라스트 구현이 가능하며, 또한 반사율이 높아 더욱 밝고 자연스러운 영상을 구현할 수 있다.

또한, 상기 DMD는 반도체 공정을 적용하여 수십만~수백만개의 마이크로 미러를 가로, 세로 방향으로 규칙적으로 배열 형성한 장치로서, 각 미러(Mirror)에 인가되는 전압으로 미러의 각도를 제어하여 반사되는 광의 양을 조절하여 각 픽셀의 영상정보를 구현한다.

즉, 상기 DMD는 대각선 방향으로 까닥이는 마이크로 미러에 의해 온(On) 상 태의 광은 특정 각도로 반사되어 투사렌즈로 진행되고, 오프(Off) 상태의 광은 반대 각도로 반사되어 투사렌즈로 가지 않게 된다.

그러나, 상기 DMD는 구조가 복잡하고, 입체적인 구조를 가지므로 공정상의 수율이 작아 가격이 비싸다는 문제점이 있다.

상기 GLV는 마이크로리본을 적용한 표시소자로, 반도체 공정을 적용하여 수백~수천개의 마이크로리본을 일렬로 배열한 구조를 가진다.

상기 GLV(40)는 도 2에 도시된 바와 같이, 6개의 리본(41)(42)이 한 픽셀을 구성하고, 상기 리본은 전극에 의해 동작되는 동작리본(42)과 움직이지 않는 고정리본(41)이 교대로 배열된다.

상기 GLV(40)는 한 줄 형태의 표시소자로써 화면상의 한 줄의 픽셀들을 표시한다.

상기 GLV의 전극(43)에 전압이 인가되면 상기 고정리본(41)은 그대로 움직이지 않고, 상기 동작리본(42)은 전극의 정전기력에 의해 아래방향으로 휘어진다.

상기 리본의 높이가 주기적으로 계단 형태가 되어 광이 입사되면 주기적 격자에 의해 회절이 일어난다.

한 줄의 픽셀들을 표시하는 GLV에 의해 회절된 광은 스캐너에 의해 한 화면을 구성한다.

상기 선형의 GLV 표시소자를 이용하여 화면을 구현하기 위해서는 선형 표시소자에 대응하는 조명을 해야한다.

그러나, 일반적인 조명을 얇은 선형으로 변환하기 위해서는 특수한 광학계가 필요하고 변환효율이 저하되는 문제점이 있다.

다음으로, 도 3을 참조하여 종래의 기술에 따른 투사 표시 장치를 설명하면,

광원(110); 상기 광원(110)에서 나온 광을 얇은 선 형태의 광으로 변환시키는 선형 광조명계(120); 상기 선형 광조명계(120)를 통해 조사된 광의 방향과 광량을 변환시켜 영상을 표시하는 선형 광모듈레이터(130); 상기 선형 광모듈레이터(130)를 통해 출력된 선형 영상을 특정 방향으로 스캔하는 스캐너(140); 상기 스캐너(140)에 의해 스캔된 영상을 확대 투사하는 투사렌즈(150); 및 상기 투사렌즈(150)를 통해 출력된 영상을 결상(結像)시켜 화면을 감상하는 스크린(160)을 포함하여 이루어진다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 선형 광조명계(120)는 광섬유 다발(121)과, 로드 렌즈(122)와, 실린더 렌즈(123)와, 조명렌즈(124)를 포함한다.

상기 광섬유 다발(121)은 상기 광원(LD 광원)(110)에서 길이 방향의 LD 어레이(Array)의 형상으로 한쪽 방향으로 긴 타원형의 광이 방출되는데, 상기 각 LD(110)에서 발광하는 광을 집속한다. 상기 광섬유 다발(121)의 출사(出射)부는 원형의 광섬유 집합체가 된다.

상기 로드 렌즈(122)에서는 광섬유 다발(121)에서 방사(출사)되는 광을 입사시키게되는 데, 로드 렌즈(122) 내에서는 전반사에 의해 불규칙한 반사가 일어나고 출사될 때 균일한 광분포를 가진다. 상기 로드 렌즈(122)에서 출사되는 광의 형태는 로즈 렌즈(122)의 형태와 같다.

상기 실린더 렌즈(123)에서는 상기 로드 렌즈(122)에서 출사되는 광의 한쪽 방향으로 굴절을 일으켜 선형 광을 만든다.

상기 조명렌즈(124)에서는 상기 실린더 렌즈(123)에서 방사(출사)되는 선형 광을 선형 광모듈레이터(130)의 크기와 형상대로 집속시켜 조명시킨다.

최종적으로, 상기 조명렌즈(124)를 통과한 광(125)은 선형을 가진다.

그러나, 상기와 같은 종래의 투사 표시 장치는 상기 광원의 선형성을 그대로 이용할 수 없고, 상기 로드 렌즈의 형태(원형, 사각형)대로 변환한 후 선형 광의 형상으로 변환해야 하므로 광 변환효율이 작으며, 변화 과정에서 광 손실이 많다. 뿐만 아니라 광섬유의 정밀 조정이 필요하여 복잡한 공정이 요구된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 선형 광모듈레이터 표시소자에 대응하는 선형 광조명계를 구성시켜 선형 조명광을 효과적으로 형성하고 광의 손실을 줄여 광효율을 높이고 스크린(화면)의 밝기를 향상시키는 투사 표시 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 이루기 위해 본 발명에 따른 투사 표시 장치는,

광원; 상기 광원에서 방사된 광을 얇은 선 형태의 광으로 변환시키는 선형 광조명계; 상기 선형 광조명계에서 방사된 광의 방향과 광량을 변환시켜 영상을 표시하는 선형 광모듈레이터; 상기 선형 광모듈레이터에서 방사된 선형 영상을 특정 방향으로 스캔하는 스캐너; 상기 스캐너에 의해 스캔된 영상을 확대 투사하는 투사렌즈; 및 상기 투사렌즈를 통해 출력된 영상을 결상시켜 화면을 감상하는 스크린을 포함하여 이루어지고,

상기 선형 광조명계는 광원에서 나온 광을 선형 광의 형상으로 변환시키는 광 형상변환렌즈; 상기 광 형상변환렌즈에서 방사된 광량의 분포를 균일하게 하고, 그 형상을 얇은 판형으로 형성시켜 상기 판형의 형상대로 선형의 광 형상을 유지시키는 로드 렌즈; 및 상기 로드 렌즈에서 방사되는 선형 광을 선형 광모듈레이터의 크기와 형상대로 집속시켜 조명시키는 조명렌즈를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 로드 렌즈의 두께(높이)를 H, 선형 광모듈레이터의 픽셀 크기를 B, 조명렌즈의 배율을 M이라고 했을 때. 관계식 H×M = B를 만족하는 것을 특징으로 한다.

상기 선형 광 모듈레이터는 그레이팅 라이트 밸브(GLV) 형태의 선형 표시 소자인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 투사 표시 장치의 선형 광조명계는,

광원에서 나온 광을 선형 광의 형상으로 변환시키는 광 형상변환렌즈; 상기 광 형상변환렌즈에서 방사된 광량의 분포를 균일하게 하고, 그 형상을 얇은 판형으로 형성시켜 상기 판형의 형상대로 선형의 광 형상을 유지시키는 로드 렌즈; 및 상 기 로드 렌즈에서 방사되는 선형 광을 집속시켜 조명시키는 조명렌즈를 포함한다.

상기 광원은 레이저 다이오드(LD)인 것이 바람직하다.

상기 광 형상변환렌즈는 한 개 이상의 실린더 렌즈를 사용하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 투사 표시 장치를 나타내는 구성도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 투사 표시 장치는 광원(210)과, 선형 광조명계(220)와, 선형 광모듈레이터(230)와, 스캐너(240)와, 투사렌즈(250) 및 스크린(260)을 포함하여 이루어진다.

상기 광원(210)으로는 램프, 레이저, 레이저 다이오드(LD), 발광다이오드(Light Emitting Diode : LED)를 사용할 수 있으며, 선형 광모듈레이터(230)를 사용하므로 선형 광으로 변환하기 쉬운 레이저 다이오드(LD)를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 광원(210)은 R, G, B 광원을 사용하여 선형 광모듈레이터(230)를 해당 색에 대응되도록 3개를 사용하고, 컬러를 합성하여 투사 표시 장치를 구성할 수 있다.

상기 선형 광조명계(220)는 상기 광원(210)에서 방사된 광을 얇은 선 형태의 광으로 변환시킨다.

상기 선형 광조명계(220)에 대한 보다 상세한 설명은 도 6과 함께 하기로 한다.

상기 선형 광모듈레이터(230)는 상기 선형 광조명계에서 방사된 광의 방향과 광량을 변환시켜 영상을 표시한다. 즉, 상기 선형 광모듈레이터(230)는 영상신호에 의해 전체 화면 중의 한 라인의 화상을 구현하고 순차적으로 이웃한 라인의 화상을 구현하며, 스캐너(240)가 이에 대응하여 라인 화상을 스캔하여 스크린 상에서 한 화면을 이루게 된다.

상기 선형 광 모듈레이터(230)는, 바람직하게는 디지털 미소 반사 표시기(Digital Micro-Mirror Device : DMD) 액정디스플레이(Liquid Crystal Display : LCD), 그레이팅 라이트 밸브(GLV) 등을 사용할 수 있으나, 보다 바람직하게는 그레이팅 라이트 밸브(GLV)를 사용한다.

상기 스캐너(240)는 상기 선형 광모듈레이터에서 방사된 선형 영상을 특정 방향으로 스캔한다.

상기 투사렌즈(250)는 상기 스캐너(240)에 의해 스캔된 영상을 확대 투사한다.

상기 스크린(260)은 상기 투사렌즈(250)를 통해 출력된 영상을 결상시켜 사용자에게 시각적으로 제공하는 화면을 가리킨다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 선형 광조명계를 나타내는 구성도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 선형 광조명계(220)는 광 형상변환렌즈 (221)와, 로드 렌즈(222) 및 조명렌즈(223)를 포함하여 이루어진다.

상기 광 형상변환렌즈(221)는 광원(210)에서 나온 광을 특정 방향의 각도로 변환하여 선형 광의 형상으로 변환시킨다.

상기 광 형상변환렌즈(221)으로는, 한 개 이상의 실린더 렌즈를 사용하거나 그레이팅(Grating)을 사용할 수 있다.

상기 로드 렌즈(222)는 상기 광 형상변환렌즈(221)에서 방사된 광량의 분포를 균일하게 한다. 상기 로드 렌즈(222)는 그 형상이 얇은 판형으로 형성된다. 이에 따라, 상기 판형의 형상대로 선형의 광 형상으로 유지된다. 상기 로드 렌즈의 높이를 H, 조명 렌즈의 배율을 M, 선형 광 모듈레이터의 픽셀 크기를 B라고 했을 때, 본 발명은 관계식 H×M = B를 만족하는 것을 특징으로 한다. 상기 로드 렌즈의 가로길이(X)는 상기 광 형상 변환렌즈로부터 입사된 광이 균일한 광 분포를 가질 수 있는 전반사가 일어나는 길이를 말하며, 바람직하게는 3 ~ 10Cm이다. 상기 로드 렌즈의 세로 길이(Y)는 상기 광 형상 변환렌즈(221)의 세로 길이와 비슷하게 하는 것이 바람직하다.

상기 조명렌즈(223)는 상기 로드 렌즈(220)에서 출사(방사)되는 선형 광을 선형 광모듈레이터(230)의 크기와 형상대로 집속시켜 조명시킨다.

상기와 같이 구성된 선형 광조명계(220)를 통해 광형상의 변환을 최소화시킬 수 있고 광손실을 줄일 수 있으며, 또한 픽셀크기에 대응하는 선형 광을 쉽게 얻을 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 상기와 같이 투사조명장치를 구성하는 데 이어서, 광 형상변환렌즈와, 로드 렌즈 및 조명렌즈를 포함하여 이루어진 선형 광조명계를 사용함으로써 선형광의 조명 효율을 높일 수 있어 화면의 밝기를 증가시킬 수 있다.

Claims (8)

1. 광원; 상기 광원에서 방사된 광을 얇은 선 형태의 광으로 변환시키는 선형 광조명계; 상기 선형 광조명계에서 방사된 광의 방향과 광량을 변환시켜 영상을 표시하는 선형 광모듈레이터; 상기 선형 광모듈레이터에서 방사된 선형 영상을 특정 방향으로 스캔하는 스캐너; 상기 스캐너에 의해 스캔된 영상을 확대 투사하는 투사렌즈; 및 상기 투사렌즈를 통해 출력된 영상을 결상시켜 화면을 감상하는 스크린을 포함하여 이루어지고,

   상기 선형 광조명계는 광원에서 나온 광을 선형 광의 형상으로 변환시키는 광 형상변환렌즈; 상기 광 형상변환렌즈에서 방사된 광량의 분포를 균일하게 하고, 그 형상을 얇은 판형으로 형성시켜 상기 판형의 형상대로 선형의 광 형상을 유지시키는 로드 렌즈; 및 상기 로드 렌즈에서 방사되는 선형 광을 선형 광모듈레이터의 크기와 형상대로 집속시켜 조명시키는 조명렌즈를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 투사 표시 장치.
2. 제 1항에 있어서, 로드 렌즈의 두께(높이)를 H, 선형 광모듈레이터의 픽셀 크기를 B, 조명렌즈의 배율을 M이라고 했을 때.

   관계식 H×M = B를 만족하는 것을 특징으로 하는 투사 표시 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 선형 광 모듈레이터는 그레이팅 라이트 밸브 (GLV) 형태의 선형 표시 소자인 것을 특징으로 하는 투사 표시 장치.
4. 제 3항에 있어서, 광원은 레이저 다이오드(LD)인 것을 특징으로 하는 투사 표시 장치.
5. 제 4항에 있어서, 광 형상변환렌즈는 한 개 이상의 실린더 렌즈를 사용하는 것을 특징으로 하는 투사 표시 장치.
6. 광원에서 나온 광을 선형 광의 형상으로 변환시키는 광 형상변환렌즈; 상기 광 형상변환렌즈에서 방사된 광량의 분포를 균일하게 하고, 그 형상을 얇은 판형으로 형성시켜 상기 판형의 형상대로 선형의 광 형상을 유지시키는 로드 렌즈; 및 상기 로드 렌즈에서 방사되는 선형 광을 집속시켜 조명시키는 조명렌즈를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 투사 표시 장치의 선형 광조명계.
7. 제 6항에 있어서, 광원은 레이저 다이오드(LD)인 것을 특징으로 하는 투사 표시 장치의 선형 광조명계.
8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 광 형상변환렌즈는 한 개 이상의 실린더 렌즈를 사용하는 것을 특징으로 하는 투사 표시 장치의 선형 광조명계.

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