KR100499473B1 - Ｐ파를 활용한 이판식 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 P파를 활용한 이판식 표시장치를 제공하기 위한 것으로서, 광원에서 방출되는 서로 직교하는 한 쌍의 편파 중 S 편광된 빛으로 단일 편광시키는 편광 빔 스프리터(PBS); 상기 편광 빔 스프리터로부터 S 편광된 빛을 순차적으로 색분리하고 투과 및 반사하여 원하는 그레이 레벨로 변조하여 출력하는 제1 패널; 상기 PBS로부터 P-파에서 S-파로 변환되는 편광원 중 S-파로 변환되지 않고 그대로 P-파로 나온 P 편광형 빛을 이용하여 원하는 그레이 레벨로 변조하여 출력하는 제2 패널; 상기 제1 및 제2 패널로부터 나온 빛을 투사하여 디스플레이 하는 스크린을 포함하여 구성되며, P파 빛을 이용하여 특정한 색을 구동하는 제2 패널을 추가하여 P파를 이용할 수 있고, 제2 패널을 광량효율이 낮은 색을 변조하여 화이트 밸런스를 맞추어 주기 위해 일정부분 잘라 냈던 다른색의 이용효율을 증가시켜 낮은 용량의 램프를 사용하거나, 또는 동일용량의 램프로도 더 밝은 시스템을 구성할 수 있다.

Description

Ｐ파를 활용한 이판식 표시장치{ Two Plate Type Display Device Using P-Wave}

본 발명은 단판식 표시장치에 관한 것으로, 특히 2개의 반사형 LCD 디스플레이 패널을 이용한 표시장치에 관한 것이다.

최근 고해상도의 프로젝터 및 프로젝션의 사용이 증가하고 있다. 특히 디지털 TV의 실용화가 임박하면서 고해상도로 대형 화면을 가지는 프로젝션용 TV의 사용이 증가되고 있다. 그러나 종래의 제품을 보면 거의 모두가 삼판식을 사용하고 있어 가격 상승의 가장 큰 원인이 되므로 단판식을 이용하려는 시도를 하고 있다.

삼판식에서는 R, G, B용의 3매의 액정 패널이 필요하므로, 장치 코스트가 비싸지고, 또 각 색에 대응하는 액정 패널 외에, 이들에 의해 형성된 각색 화상을 합성하기 위한 비교적 큰 사이즈의 프리즘이나 미러 등이 필요하게 되므로, 장치 내에 쓸데없는 공간이 생겨, 콤팩트화가 곤란하게 된다. 또, 3장의 액정 패널을 배치할 때의 위치나 각도의 조정이 용이하지 않고, 또한 3장의 액정 패널 중 1장이라도 갭(gap) 불균일(액정층 두께의 불균일성)이 있으면, 합성 후의 표시 화상에 휘도(輝度) 불균일이 생겨 이것이 색 불균일로서 나타나게 되기 때문에, 모든 액정 패널에 대하여 갭의 균일성을 엄격히 유지할 필요가 있어, 제조상의 곤란을 수반한다.

이와 같은 이유 때문에, 최근에는 단판식 프로젝션 시스템이 주목되고 있다. 이 단판식 프로젝션 시스템은 백색 광원으로부터 방사(放射)되는 광을 액정 패널 앞에 구비된 색분리수단에 의해 R, G, B 3원색의 색광으로 분광하여, 이들 각 색광을 규칙적으로 배열된 각색용 화소(액정 셀)에 순차적으로 입사시키는 동시에, 이들 각 입사 색광을 각각 화상 신호에 따라 공간적으로 변조하여 투과 출력하도록 한 것이다.

이 경우의 색분리수단으로서는 종래부터 컬러 필터 등이 사용되고 있다.

도1은 종래기술에 따른 단판식 표시장치 구성도이다.

투과형 고온 폴리나 반사형 LCOS(Liquid Crystal on Silicon) LCD 마이크로 디스플레이를 사용하는 시스템에서는 편광된 빛만을 사용하여 그레이 레벨을 표현하고 있다.

광원(10)인 램프에서 나오는 빛은 50% P파와 50% S파로 구성되어 있는데 FEL(Fly Eye Lens : 20)을 통해 균질화시킨다.

반사형 LCD로 구성된 시스템에서는 P파나 S파만을 이용하는데 보통은 S파의 광특성이 우수하므로 이것을 많이 사용하게 된다.

따라서 광효율을 증가시키기 위해 PBS 어레이(30)를 통과시켜 75%의 S파와 25%의 P파로 바꾸어 주게 된다. 물론 100% S파로 만들어 주면 광효율이 증가하지만 현재의 부품기술로는 약 75% 정도 바꾸어 줄 수 있다. 이러한 P파 및 S파는 렌즈(40)를 거쳐 PBS(50)면에서 S파만 반사되어 색분리수단(60)을 거쳐 R, G, B 용 반사형 LCD 패널(70)로 들어가고 P파는 통과하여 버려지게 된다.

상기 색분리수단(60)으로는 컬러 휠(color wheel)이나 컬러 스위치(color switch)가 이용되며, 상기 컬러 휠이나 컬러 스위치는 회전이 가능하게 설치되어 선택적으로 광을 투과/차단한다.

LCD 패널(70)로 들어가는 S파는 액정에 의해 변조됨으로서 그레이 레벨이 표현되어 반사되어 나오는데 PBS(50)를 통과해 투사 렌즈(80)를 통과하여 스크린(90)에 영상이 맺힘으로써 프로젝션 시스템을 구성하게 된다.

이러한 단판식 시스템에서는 패널을 한 개만을 사용하므로 비용면에서 삼판식에 비해 유리하지만 컬러 휠(wheel)또는 컬러 스위치를 통해 순차적으로 R, G, B를 보내야 하므로 광이용효율이 기껏해야 삼판식의 1/3에 불과하여 밝기가 떨어지며, 삼판식과 같은 동일한 밝기를 구현하기 위해서는 대용량의 램프(광원)를 사용해야 하고 램프 용량이 증가함에 따라 수명이 급격히 감소하는 문제를 가지고 있다.

더구나 백색을 내기 위해서는 R, G, B의 비율을 맞추어야 하는데 램프의 특성상 특정한 빛의 강도가 모자라므로 모자라는 색을 기준으로 다른 색의 과잉량을 잘라내므로 램프의 광이용효율이 더욱 감소한다.

예를들면 초고압 수은램프의 경우 R빛의 양이 많이 부족하여 광학계의 구성에 따라 G는 30~40%, B는 50% 이상을 버리게 된다. 더구나 PBS 어레이를 사용하여 바꾼 75%의 S파를 사용하므로 단판식의 광이용효율은 기껏해야 램프광량의 1/5을 넘을 수 없다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, S 편광된 빛을 이용하여 단판식으로 구동하는 표시장치에서 버려지는 P 편광된 빛을 이용할 수 있도록 패널을 한 개 더 사용하여 광이용효율을 증가시켜 동일용량의 램프로도 밝기를 제공할 수 있는 P파를 활용한 2판식 프로젝터 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 P파를 활용한 2판식 프로젝터 시스템의 특징은 광원에서 방출되는 서로 직교하는 한 쌍의 편파 중 S 편광된 빛으로 단일 편광시키는 편광 빔 스프리터(PBS); 상기 편광 빔 스프리터로부터 S 편광된 빛을 순차적으로 색분리하고 투과 및 반사하여 원하는 그레이 레벨로 변조하여 출력하는 제1 패널; 상기 PBS로부터 P-파에서 S-파로 변환되는 편광원 중 S-파로 변환되지 않고 그대로 P-파로 나온 P 편광형 빛을 이용하여 원하는 그레이 레벨로 변조하여 출력하는 제2 패널; 상기 제1 및 제2 패널로부터 나온 빛을 투사하여 디스플레이 하는 스크린을 포함하여 구성되는데 있다.

그리고 상기 제2 패널이 특정한 색만을 구동하도록 하되, 그 색은 광원의 R, G, B 광량비율에 따라 광량의 비율이 다른 색에 비해 상대적으로 낮은 색을 구동하는 특징이 있다.

즉, 상기 제2 패널은 상기 광원의 R, G, B 휘도 특성에 따라 휘도가 낮은 컬러 전용으로 하여 상기 컬러의 변조된 그레이 레벨을 출력하며, 이때 상기 편광 빔 스프리터 및 상기 제2 패널 사이에 컬러 필터를 배치하여 상기 편광 빔 스프리터로부터 나온 P 편광된 빛 중 휘도가 낮은 컬러만을 제2 패널로 입력 및 구동하여 컬러 변조된 그레이 레벨을 출력한다.

또는 상기 제2 패널은 상기 광원의 R, G, B 휘도 특성 중 광효율이 나쁜 두 컬러를 시간적으로 분할하여 사용하여 상기 두 컬러의 변조된 그레이 레벨을 교대로 출력하며, 이때 상기 편광 빔 스프리터 및 상기 제2 패널 사이에 색분니수단을 배치하여 상기 편광 빔 스프리터로부터 나온 P 편광된 빛 중 휘도가 낮은 두 컬러를 교대로 제2 패널로 입력하여 컬러 변조된 그레이 레벨을 교대로 출력한다.

본 발명의 특징에 따른 작용은 버려지는 P파만을 이용하는 패널을 제2 패널을 추가하고, 상기 추가한 패널이 특정한 색만을 구동하도록 하되, 그 색은 광원인 램프의 R, G, B 광량비율에 따라 광량의 비율이 다른 색에 비해 상대적으로 낮은 색을 구동하기 때문에 광이용효율을 증가시켜 동일용량의 램프로도 더 밝은 프로젝션 시스템을 구현할 수 있다.

광학계의 R, G, B 이용효율에 따라 P파를 이용하는 패널 앞에 컬러 셔터또는 컬러 스위치 등을 사용함으로써 그 패널이 두 가지 색을 사용할 수 있도록 하되 광학계의 특성에 따라 2가지 색의 사용시간 비율을 조정한다. 이렇게 하여 화이트를 맞추어 주기 위해 기존에는 일정비율 잘라냈던 단판식 구동 제1 패널(S파 이용)의 특정 빛의 이용효율을 증가시킴으로써 추가적으로 전체 시스템의 밝기를 증가시킴을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 P파를 활용한 이판식 표시장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도2는 본발명에 따른 제1실시예로, P파를 활용한 제2 패널에 있는 이판식 표시장치의 구성도로, 광원(10)에서 방출되는 서로 직교하는 한 쌍의 편파 중 S 편광된 빛으로 단일 편광시키는 편광 빔 스프리터(이하 PBS, 50)와, 상기 PBS(50)로부터 S 편광된 빛을 순차적으로 색분리하고 투과 및 반사하여 원하는 그레이 레벨로 변조하여 출력하는 제1 패널(70)과, 상기 PBS(50)로부터 P-파에서 S-파로 변환되는 편광원 중 S-파로 변환되지 않고 그대로 P-파로 나온 P 편광형 빛을 이용하여 원하는 그레이 레벨로 변조하여 출력하는 제2 패널(110)과, 상기 제1 및 제2 패널(70, 110)로부터 나온 빛을 투사하여 디스플레이 하는 스크린(90)을 포함하여 구성되는데 있다.

그리고 상기 광원(10)인 램프에서 나오는 빛은 50% P파와 50% S파로 구성되어 있는데 이 빛은 균질화시키는 FEL(Fly Eye Lens : 20)와, S파의 비율을 증가시켜 광효율을 증가시키는 PBS 어레이(30)와, 렌즈(40)와, 상기 PBS(50)면에서 반사된 S파를 하나의 제1 패널(70)이 R, G, B 색변조된 그레이 레벨을 출력하기 위해 상기 제1 패널(70)에 순차적으로 R, G, B 컬러로 분리하여 입력하는 휠(wheel)또는 컬러 스위치 등의 색분리수단(60)과, 제1 패널(70)로 들어간 S파가 색변조되어 그레이 레벨이 표현되어 반사되어 나온 빛을 PBS(50)를 투사 렌즈(80)를 통과하여 디스플레이 하는 스크린(90)을 더 포함하여 구성된다.

상기 색분리수단(60)으로는 컬러 휠(color wheel)이나 컬러 스위치(color switch)가 이용되며, 상기 컬러 휠이나 컬러 스위치는 회전이 가능하게 설치되어 선택적으로 광을 투과/차단한다.

상기 PBS(50)와 상기 제2 패널(110) 사이에 컬러 필터(100)를 배치하여 상기 PBS(50)로부터 나온 P 편광된 빛 중 휘도가 낮은 컬러만을 제2 패널(110)로 입력하여 컬러 변조된 그레이 레벨을 출력한다.

즉 버려지는 P파를 이용하기 위해 별도 상기 제2 패널(110)을 두어 상기 광원의 R, G, B 휘도 특성에 따라 휘도가 낮은 컬러 전용으로 하여 상기 컬러의 변조된 그레이 레벨을 출력한다.

이때 제2 패널(110)은 R, G, B 빛 중 특정한 빛만을 변조하는데 사용하며, 사용되는 빛의 종류는 램프의 특성에 의존한다.

예를 들면, 광원(10)으로 UHP 램프를 사용하는 경우 백색광의 구성상 R 빛의 상대량이 G, B에 비해 적으므로 도2와 같이 제2 패널(110) 앞에 컬러필터(100)로 R필터를 둠으로써 버려지는 P파를 R전용으로 사용하여 제2 패널(110)을 통해 투과 및 반사하여 R의 변조된 그레이 레벨을 출력한다.

그리고 광원(10)으로 메탈 할리드(metal halide)를 사용하는 경우는 B 빛의 상대량이 적으므로 컬러필터(100)로 B 필터를 둠으로써 버려지는 P파를 B 전용으로 사용하여 제2 패널(110)을 통해 투과 및 반사하여 B의 변조된 그레이 레벨을 출력한다.

따라서 광원(10) 중 상대적으로 특정 색의 광량이 적은 램프를 이용하여 버려지는 P파 중 광량이 적은 색 전용의 컬러 필터(100)를 이용하여 광효율이 증가된다.

예를 들어 상기 광원(10)으로 UHP 램프를 이용하고, PBS 어레이(30)를 통과한 빛 중 75%는 S파, 25%는 P파인 경우에 있어서, P파를 활용한 이판식 표시장치는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 25%의 P파를 사용하는 시간이 단판식과 같이 1/3이 아니라 R 전용으로 사용함으로써 모든 시간동안 R을 사용한다.

둘째, 75%의 S파를 단판식 제1 패널(70)에서 시간적으로 R, G, B 각각 1/3만큼 할당하여 사용하는 동안 제2 패널(110)에서 25%의 P파를 시간적으로 100% 사용함으로서 사용할 수 있는 R 빛의 절대량이 다음과 같이 2배로 늘어남을 알 수 있다.

기존 단판식 : 75%(S파)×1/3=25%

본 발명 : 75%(S파)×1/3 + 25%(P파)×1=50%

따라서 종래의 UHP를 사용한 단판식인 경우 백색(R, G, B의 비율이 각각 1)을 맞추기 위해서는 G는 30~40%, B는 50% 이상을 잘라내어 광량이 부족한 R의 비율과 같도록 맞추어야 한다.

그러나 본 발명은 버려지는 P파를 이용하여 R의 광량을 보상하여 R의 절대량이 2배(25%에서 50%로 두배 증가)로 늘어나므로 G 및 B를 잘라내지 않고 100% 사용할 수 있어 동일용량의 램프로도 1.5배 이상의 밝기가 증가된다.

메탈 할리드 램프를 사용하는 경우에는 마찬가지 방법으로 제2 패널(110)을 B 전용으로 사용함으로써 B의 이용효율을 2배로 증가시킬 수 있고, R, G를 100% 사용할 수 있어 동일용량의 램프로도 밝기가 증가된다.

이때 증가하는 광이용효율은 화이트 밸런스, 광학계의 구성 및 램프특성에 따라 약간씩 달라진다.

도3은 본 발명에 따른 제2실시예로, P파를 활용한 이판식 표시장치의 구성도로, 도2의 구성 및 동작원리와 비슷하다.

버려지는 P파를 이용하기 위해 별도 상기 제2 패널(110)을 두어 상기 광원의 R, G, B 휘도 특성에 따라 휘도가 낮은 두 컬러를 색분리수단(60)을 이용하여 상기 컬러의 변조된 그레이 레벨을 출력한다.

이 경우는 제2 패널(110)을 버려지는 P파를 광이용효율이 낮은 특정 색만을 변조하는 것이 아니라, R, G, B 중 어느 2가지색만을 변조하는데 사용하는 경우이다.

상기 편광 빔 스프리터(50) 및 상기 제2 패널(110) 사이에 색분리수단(120)을 배치하고, 색분리수단(120)을 이용하여 상기 광원의 R, G, B 휘도 특성 중 광효율이 나쁜 두 컬러를 시간적으로 분할하여 두 컬러를 교대로 제2 패널(110)로 입력하여 상기 두 컬러의 변조된 그레이 레벨을 교대로 출력한다.

상기 색분리수단(120)으로는 컬러 휠(color wheel)이나 컬러 스위치(color switch)가 이용되며, 상기 컬러 휠이나 컬러 스위치는 회전이 가능하게 설치되어 선택적으로 광을 투과/차단한다.

두가지 빛의 시간배분은 1/2씩일 필요는 없고, 램프의 특성, 광학계의 특성 등에 맞추어 전체 시스템의 광이용효율을 최대로 하는 방법으로 시간배분을 하면 된다.

이때 제2 패널(110)은 R, G, B 빛 중 특정한 빛 2가지만을 변조하는데 사용하며, 사용되는 빛의 종류는 램프의 특성에 의존한다.

제1 및 제2 실시예에서, 상기 제2 패널(110)은 제1 패널(70)과 같이 고속동작을 하지 않아도 되므로 본 발명과 같이 2개의 패널을 사용하여도 패널 가격이 2배로 상승하지 않아 원가에 미치는 영향은 그리 크지 않으면서도 밝기를 크게 증가시킬 수 있다.

제2 패널(110)이 제1 패널(70)과 똑같이 R, G，B의 3 가지색을 변조할 수 있게 동작하는 경우, 즉 동등한 단판식 패널을 두 개 사용하는 경우에는 패널 가격이 정확히 2배로 증가하지만, 제2 패널의 광량이 25%뿐인 P파만을 변조함으로서 가격에 비해, 기대할 수 있는 밝기의 증가가 적어 이득이 없다.

또한 이 경우에는 어떤 특정한 빛의 양만을 증가시키는게 아니고 R, G, B 모두를 증가시키므로 백색을 맞추기 위해 잘라내는 빛(UHP 램프의 경우 G 30~40%, B 50%)까지 사용하는 본 발명의 장점을 이용할 수 없어 시스템의 광이용효율 증가는 단순히 버려지는 P파에 해당하는 25%에 불과하다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 P파를 이용한 이판식 표시장치는 다음과 같은 효과가 있다.

버려지는 25%의 P파를 이용하여 전체 시스템의 광효율을 증가할 뿐만 아니라, 상기 추가한 패널이 특정한 색만을 구동하도록 하되, 그 색은 광원의 R, G, B 광량비율에 따라 광량의 비율이 다른 색에 비해 상대적으로 낮은 색을 구동하기 때문에 화이트 밸런스를 맞추기 위해 광량비율이 높은 색의 광량을 일정 비율 잘라낼 필요가 없으므로 광원의 광효율이 더욱 증가하여 표시장치의 휘도를 높이는 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

도1은 종래기술에 따른 단판식 표시장치 구성도.

도2는 본발명에 따른 제1실시예로, P파를 활용한 이판식 표시장치의 구성도.

도3은 본 발명에 따른 제2실시예로, P파를 활용한 이판식 표시장치의 구성도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 광원 20 : FEL(Fly Eye Lens)

30 : PBS 어레이 40, 80 : 렌즈

50 : 편광 빔 스프리터(PBS) 60, 120 : 색분리수단

70 : 제1 패널 90 : 스크린

100 : 컬러 필터 110 : 제2 패널

Claims (7)

1. 광원에서 방출되는 서로 직교하는 한 쌍의 편파 중 S 편광된 빛으로 단일 편광시키는 편광 빔 스프리터(PBS);

   상기 편광 빔 스프리터로부터 S 편광된 빛을 순차적으로 색분리하고 투과 및 반사하여 원하는 그레이 레벨로 변조하여 출력하는 제1 패널;

   상기 PBS로부터 P-파에서 S-파로 변환되는 편광원 중 광의 방향성으로 인해S-파로 변환되지 않고 그대로 P-파로 나온 P 편광형 빛을 이용하여 원하는 그레이 레벨로 변조하여 출력하는 제2 패널;

   상기 제1 및 제2 패널로부터 나온 빛을 투사하여 디스플레이 하는 스크린을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 P파를 활용한 이판식 표시장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 패널은 상기 광원의 R, G, B 휘도 특성에 따라 휘도가 낮은 한가지 특정 컬러 전용으로, 상기 컬러의 변조된 그레이 레벨을 출력하는 것을 특징으로 하는 P파를 활용한 이판식 표시장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2 패널은 상기 광원의 R, G, B 휘도 특성 중 광효율이 낮은 두 컬러 전용으로, 상기 두 컬러를 시간적으로 분할하여 상기 두 컬러의 변조된 그레이 레벨을 교대로 출력하는 것을 특징으로 하는 P파를 활용한 이판식 표시장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 편광 빔 스프리터 및 상기 제2 패널 사이에 컬러 필터를 배치하는 것을 특징으로 하는 P파를 활용한 이판식 표시장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 편광 빔 스프리터 및 상기 제2 패널 사이에 색분리수단을 배치하는 것을 특징으로 하는 P파를 활용한 이판식 표시장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 색분리수단은 컬러 휠 또는 컬러 스위치인 것을 특징으로 하는 P파를 활용한 이판식 표시장치.
7. 제1항에 있어서, P파를 이용하여 제2 패널에서 특정색을 변조하는 P파를 활용한 이판식 표시장치.