KR20090016368A - Color separating apparatus and color display apparatus using it - Google Patents

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KR20090016368A
KR20090016368A KR1020070080950A KR20070080950A KR20090016368A KR 20090016368 A KR20090016368 A KR 20090016368A KR 1020070080950 A KR1020070080950 A KR 1020070080950A KR 20070080950 A KR20070080950 A KR 20070080950A KR 20090016368 A KR20090016368 A KR 20090016368A
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이연호
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

A color division apparatus and a color display apparatus are provided to achieve high efficiency and high performance by minimizing light loss when receiving white light emitted form a light source and dividing the white light into plural color lights. In a color wheel(120), N color division surfaces for separately outputting different and specific color light so that white light can be divided into N different color lights are sequentially disposed on the same plane to be adjacent to each other. A reflection plane(130) receives remained light except for the specific color light separated by the color separation surface among light applied to the color wheel. The reflection plane performs reflection so that the inputted remained light can be reapplied to the color wheels.

Description

색 분리 장치 및 이를 이용한 컬러 표시 장치{Color separating apparatus and color display apparatus using it}Color separating apparatus and color display apparatus using the same

본 발명은 컬러 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 백색광을 입력받아 복수의 색광으로 분리 출력하는 색 분리 장치를 이용한 투사 방식의 컬러 표시 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a color display device, and more particularly, to a projection type color display device using a color separation device that receives white light and outputs the light into a plurality of color lights.

최근 디스플레이 기술이 발달함에 따라 TV, 모니터 등의 대형 디스플레이 장치는 물론 휴대 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player) 등의 소형 디스플레이 장치에 대한 수요가 날로 증가하고 있다. 특히, 투사 방식을 이용한 컬러 표시 장치는 예를 들어 CRT TV, LCD TV, PDP TV 등의 다른 대형 컬러 표시 장치에 비해 대형 화상의 구현에 보다 적합할 뿐만 아니라 가격 경쟁력 면에서도 장점이 있어 수요자들에게 각광을 받고 있다.With the recent development of display technology, the demand for small display devices such as portable terminals, personal digital assistants (PDAs), portable multimedia players (PMPs), as well as large display devices such as TVs and monitors is increasing day by day. In particular, the color display device using the projection method is more suitable for realizing a large image than other large color display devices such as CRT TVs, LCD TVs, PDP TVs, etc., and also has advantages in price competitiveness. I am in the limelight.

투사 방식의 컬러 표시 장치에서 컬러 영상을 구현하는 방식으로는 다음과 같은 2가지 방식이 주로 이용된다. 첫번째는 적색, 녹색, 청색의 3색 광원을 별도 로 하나씩 두고 이로부터 동시에 또는 순차적으로 조사된 색광을 사용하는 방식이다. 두번째는 백색 광원으로부터 조사된 백색광을 컬러 필터 등을 이용하여 적색, 녹색, 청색으로 분리하여 사용하는 방식이다.The following two methods are mainly used as a method of implementing a color image in a color display device of a projection method. The first method is to use three colors of red, green, and blue light sources separately and use color light irradiated simultaneously or sequentially from them. Second, the white light emitted from the white light source is separated into red, green, and blue colors using a color filter or the like.

두번째 방식을 이용하는 종래 기술에 따른 투사 방식의 컬러 표시 장치의 일 예가 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 광원(10)으로부터 생성되어 출사된 백색광은 컬러 휠(20)의 회전에 따라 컬러 휠(20)에 반복적으로 순환 배치된 적색 필터(21), 녹색 필터(22) 및 청색 필터(23)에 의해 순차적으로 필터링됨으로써 적색광, 녹색광, 청색광으로 분리 출력된다. 이와 같이 순차적으로 분리 출력된 적색광, 녹색광, 청색광은 콜리메이션 렌즈(30)를 거쳐 광변조기(40)로 순차 입력되며, 광변조기(40)는 순차 입력된 적색광, 녹색광, 청색광을 소정의 광강도 정보에 따라 광변조시킨 변조광을 출력한다. 광변조기(40)로부터 출력된 변조광은 다시 광투사 장치(50)를 거쳐 스크린(60) 상의 전면(全面)으로 확대 투사된다.An example of a color display apparatus of a projection method according to the related art using the second method is shown in FIG. 1. Referring to FIG. 1, the white light generated and emitted from the light source 10 is repeatedly circulated on the color wheel 20 according to the rotation of the color wheel 20, the green filter 22, and the blue filter 22. By sequentially filtering by the filter 23, the light is separated into red light, green light, and blue light. The red light, green light, and blue light sequentially separated as described above are sequentially input to the optical modulator 40 through the collimation lens 30, and the optical modulator 40 sequentially inputs the red light, green light, and blue light. Outputs modulated light that is light modulated according to the information. The modulated light output from the optical modulator 40 is projected to the entire surface on the screen 60 again via the light projecting device 50.

그러나 상술한 도 1의 종래 기술에 따른 투사 방식의 컬러 표시 장치에 의하면, 광원(10)으로부터 출사된 백색광이 컬러 휠(20)에 구비된 어느 하나의 컬러 필터를 통과함에 있어서 해당 컬러 필터의 특성에 따른 특정 색광(즉, 적색광, 녹색광, 청색광 중 어느 하나)만을 분리 통과시키는 이유로 나머지 색광은 필연적으로 손실될 수 밖에 없는 문제점이 있었다. 즉, 백색광이 적색 필터(21)에 입력되는 경우를 가정하면, 입력된 백색광의 전체 광량의 1/3에 해당하는 적색광만이 적색 필터(21)에 의해 분리 통과되고 나머지 2/3에 해당하는 다른 색광은 손실(반사되거나 흡수됨)될 수 밖에 없어 광효율이 좋지 않은 문제점이 있었다.However, according to the above-described projection type color display device of FIG. 1, the white light emitted from the light source 10 passes through any one of the color filters provided in the color wheel 20. There is a problem in that the remaining color light is inevitably lost because of only passing through a specific color light (that is, any one of red light, green light, blue light). That is, assuming that white light is input to the red filter 21, only red light corresponding to 1/3 of the total light amount of the input white light is separated and passed by the red filter 21 and corresponding to the remaining 2/3. Other color light is lost (reflected or absorbed) has a problem that the light efficiency is not good.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 다른 종래 기술에서는 도 2와 같이 제작된 컬러 휠을 투사 방식의 컬러 표시 장치에 이용하는 방법을 제시하였다. 즉, 컬러 필터를 컬러 휠(20)의 전면(前面)에 배치시키는 것이 아니라, 컬러 휠(20)의 원주 측면에 그 회전 방향을 고려하여 소정 각도만큼 비틀어지게(기울어지게) 배치시키고 있는 것이다. 이와 같이 제작된 컬러 휠(20)을 이용한 색 분리 과정이 도 3을 통해 도시되고 있다. 도 3을 참조하면, 백색광 중 적색 필터(21)에 의해 분리 통과된 적색광을 제외한 잔여광은 반사되어 녹색 필터(22)로 재입력되고, 녹색 필터(22)에 의해 분리 통과된 녹색광을 제외한 잔여광(즉, 청색광)은 재반사되어 청색 필터(23)로 재입력됨으로써 최종적으로 청색광도 분리 통과되도록 구현함으로써 광손실 문제를 해결하고 있다.In order to solve the above problem, another conventional technology has proposed a method of using a color wheel manufactured as shown in FIG. 2 in a projection color display device. In other words, the color filter is not disposed on the front surface of the color wheel 20, but is disposed on the circumferential side of the color wheel 20 by being twisted (declined) by a predetermined angle in consideration of the rotational direction thereof. The color separation process using the color wheel 20 manufactured as described above is illustrated in FIG. 3. Referring to FIG. 3, the remaining light of the white light except for the red light separated by the red filter 21 is reflected and re-entered into the green filter 22, and the remaining light except the green light separated and passed by the green filter 22 is passed. Light (that is, blue light) is re-reflected and re-entered into the blue filter 23 to finally solve the light loss problem by implementing blue light separately.

그러나 상술한 도 2 및 도 3의 종래 기술에 따른 컬러 휠에 의하면, 컬러 필터가 컬러 휠(20)의 전면(前面)에 배치되는 것이 아니라 컬러 휠(20)의 원주 측면에 비틀어지게 세워져 배치되고 있기 때문에 고속 동작에 적합하지 않은 문제점이 있다. 즉, 도 2에 제시된 컬러 휠(20)의 경우에는 고속 회전시킬 때 공기 저항에 의한 영향을 크게 받기 때문에 컬러 휠(20)의 동작의 안정성을 위하여 회전 속도를 일정 수준 이상 증가시키기 어려우며, 동일한 이유(공기 저항의 영향)로 고속 회전시 소음 발생이 심함은 물론 장수명을 갖지 못하는 문제점이 있다. 또한, 도 2의 컬러 휠에 의하면 백색광이 컬러 필터에 의해 전혀 필터링이 이루어지지 않은채 그대로 통과되는 경우를 방지하기 위해, 컬러 필터를 컬러 휠(20)의 원주 측면에 매우 촘촘히 배치시켜야만 하므로 제작 비용이 상승하고 복잡한 제작 과정을 거쳐야 하는 문제점이 있다. 또한, 컬러 휠(20)의 회전에 따라 컬러 필터를 통해 통과되거나 반사되는 광포인트가 일정하게 형성되지 못하고 움직이게 되므로, 이를 일정하게 유지시켜 주기 위한 추가적인 광학 부품(렌즈 등)을 두어야 하여 이를 이용한 전체 광학 시스템, 컬러 표시 장치의 구성이 복잡해지고 그 크기, 부피 등이 증가하게 되는 문제점이 있다.However, according to the color wheel according to the prior art of FIG. 2 and FIG. 3 described above, the color filter is not disposed on the front surface of the color wheel 20 but is placed upright on the circumferential side of the color wheel 20. There is a problem that is not suitable for high speed operation. That is, in the case of the color wheel 20 shown in Figure 2 is greatly affected by the air resistance when rotating at high speed, it is difficult to increase the rotation speed more than a certain level for the stability of the operation of the color wheel 20, the same reason (Influence of air resistance), there is a problem that does not have a long life as well as the noise generated at high speed rotation. In addition, according to the color wheel of FIG. 2, in order to prevent the white light from being passed through without being filtered by the color filter at all, the color filter must be very closely arranged on the circumferential side of the color wheel 20, so that the production cost There is a problem that must go through this ascending and complicated fabrication process. In addition, since the optical point passed or reflected through the color filter is not formed uniformly as the color wheel 20 rotates, the optical point 20 is moved. Therefore, an additional optical component (lens, etc.) must be provided to maintain the same. There is a problem that the configuration of the optical system, the color display device is complicated and its size, volume and the like increase.

따라서, 본 발명은 광원으로부터 출사된 백색광을 입력받아 복수의 색광으로 분리함에 있어서 광손실을 최소화함으로써 고효율, 고성능을 갖는 색 분리 장치 및 이를 이용한 컬러 표시 장치를 제공한다.Accordingly, the present invention provides a color separation device having high efficiency and high performance by minimizing light loss in receiving white light emitted from a light source and separating the light into a plurality of color lights, and a color display device using the same.

또한, 본 발명은 컬러 휠과 하나의 반사 평면만을 이용하여 색 분리를 위한 고효율의 색 분리 장치를 간단히 구현할 수 있어 전체 광학 시스템, 컬러 표시 장치의 구성을 보다 단순화시킬 수 있고, 그 크기, 부피를 줄일 수 있는 색 분리 장치 및 이를 이용한 컬러 표시 장치를 제공한다.In addition, the present invention can easily implement a high-efficiency color separation device for color separation using only the color wheel and one reflection plane, thereby simplifying the configuration of the entire optical system and the color display device, Provided are a color separation apparatus that can be reduced and a color display device using the same.

또한, 본 발명은 컬러 휠의 고속 회전이 가능하며 이러한 고속 회전에 의해서도 소음을 획기적으로 감소시킬 수 있는 색 분리 장치 및 이를 이용한 컬러 표시 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides a color separation apparatus capable of high-speed rotation of the color wheel and can dramatically reduce noise even by such a high-speed rotation, and a color display device using the same.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention will be readily understood through the following description.

본 발명의 일 측면에 따르면, 백색광을 입력받아 복수의 색광으로 분리 출력하는 색 분리 장치에 있어서, 상기 백색광이 N(N은 3 이상의 자연수)개의 다른 색광으로 분리될 수 있도록 각각 다른 특정 색광만을 분리 출력하는 N개의 색 분리면이 동일 평면 상에 인접하여 순차 배치된 컬러 휠; 및 상기 컬러 휠로 입사된 광 중 상기 색 분리면에 의해 분리된 특정 색광을 제외한 잔여광을 입력받고, 상기 입력된 잔여광이 상기 컬러 휠로 재입사될 수 있도록 반사시키는 반사 평면을 포함하는 것을 특징으로 하는 색 분리 장치가 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, in a color separation device that receives white light and outputs the light into a plurality of color lights, the white light is separated into only specific color light so that each of the white light can be separated into N (N is a natural number of 3 or more) different color light. A color wheel in which N color separation surfaces to be output are sequentially arranged adjacent to the same plane; And a reflection plane which receives residual light excluding a specific color light separated by the color separation surface among the light incident on the color wheel, and reflects the input residual light to be re-entered into the color wheel. A color separation device can be provided.

여기서, 상기 컬러 휠에는 상기 순차 배치된 N개의 색 분리면이 반복되어 순환 배열될 수 있다.In this case, the color wheels arranged sequentially may be repeatedly arranged in the color wheel.

여기서, 상기 색 분리면은 입사광 중 미리 설정된 파장 대역을 갖는 색광과 이외의 파장 대역을 갖는 색광을 분리하여 투과 및 반사시키는 광학 필터로 구현될 수 있다. 이때, 상기 광학 필터는 다이크로익 필터가 이용될 수 있다.Here, the color separation surface may be implemented as an optical filter that separates and transmits and reflects color light having a predetermined wavelength band among incident light and color light having a wavelength band other than that. In this case, a dichroic filter may be used as the optical filter.

여기서, 상기 N개의 색 분리면은 각각 동일 면적을 갖도록 설계될 수 있다. 또한, 상기 반사 평면은 평면 거울로 구현될 수 있다.Here, the N color separation surfaces may be designed to have the same area. In addition, the reflective plane may be implemented as a planar mirror.

여기서, 상기 반사 평면은 상기 색 분리면에 평행 배치될 수 있다.Here, the reflection plane may be disposed parallel to the color separation surface.

여기서, 상기 컬러 휠을 통해 분리 출력된 N개의 다른 색광은 하나의 결상면에 영역을 달리하여 결상되되, 모두 동일 광로 길이를 갖고 상기 결상면에 결상될 수 있도록 상기 컬러 휠은 상기 결상면과 평행 배치될 수 있다.Here, the N different color lights separately output through the color wheel are imaged by different areas on one image plane, and the color wheel is parallel to the image plane so that all of them have the same optical path length and are formed on the image plane. Can be arranged.

여기서, 상기 컬러 휠에는 3개의 색 분리면이 순차 배치되되, 상기 3개의 색 분리면은, 제1 색광만을 투과시키고, 이외의 색광은 반사시키는 제1 분리면; 제2 색광만을 투과시키고, 이외의 색광은 반사시키는 제2 분리면; 및 제3 색광만을 투과시키고, 이외의 색광은 반사시키는 제3 분리면으로 형성되고, 상기 제1 색광, 제2 색광 및 제3 색광은 각각 적색광, 녹색광 및 청색광 중 어느 하나와 일대일 대응될 수 있다.Here, three color separation surfaces are sequentially disposed on the color wheel, wherein the three color separation surfaces include: a first separation surface configured to transmit only first color light and reflect other color light; A second separation surface that transmits only the second color light and reflects the other color light; And a third separation surface that transmits only the third color light and reflects other color light, and the first color light, the second color light, and the third color light may correspond to one of red light, green light, and blue light, respectively. .

여기서, 상기 컬러 휠에는 3개의 색 분리면이 순차 배치되고, 상기 컬러 휠은 일 방향으로 회전하되, 상기 컬러 휠로 입력된 상기 백색광은 상기 컬러 휠의 회전 방향에 상응하여 상기 3개의 색 분리면 중 어느 하나의 색 분리면, 상기 반사 평면, 인접한 다른 하나의 색 분리면, 상기 반사 평면, 나머지 하나의 색 분리면 순서의 광경로를 따라 진행하면서 3개의 다른 색광으로 순차 분리될 수 있다.Here, three color separation surfaces are sequentially disposed on the color wheel, and the color wheel rotates in one direction, and the white light input to the color wheel corresponds to the rotation direction of the color wheel. One color separation plane, the reflection plane, another adjacent color separation plane, the reflection plane, and the other one may be sequentially separated into three different color light while traveling along the optical path in the order of the color separation plane.

여기서, 상기 컬러 휠로 입력되는 상기 백색광의 광축은 상기 색 분리면의 법선을 기준으로 소정 각도만큼 경사지도록 설정될 수 있다.Here, the optical axis of the white light input to the color wheel may be set to be inclined by a predetermined angle with respect to the normal of the color separation surface.

본 발명의 색 분리 장치는 입사광을 평행 시준(視準)하는 콜리메이션 렌즈를 더 포함하되, 상기 백색광은 상기 콜리메이션 렌즈를 거쳐 상기 컬러 휠로 평행 입사될 수 있다.The color separation apparatus of the present invention further includes a collimation lens collimating incident light, wherein the white light may be incident in parallel to the color wheel via the collimation lens.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 컬러 표시 장치에 있어서, 백색광을 생성 출력하는 광원; 상기 백색광을 입력받고, 상기 백색광이 N(N은 3 이상의 자연수)개의 다른 색광으로 분리될 수 있도록 각각 다른 특정 색광만을 분리 출력하는 N개의 색 분리면이 동일 평면 상에 인접하여 순차 배치된 컬러 휠; 상기 컬러 휠로 입사된 광 중 상기 색 분리면에 의해 분리된 특정 색광을 제외한 잔여광을 입력받고, 상기 입력된 잔여광이 상기 컬러 휠로 재입사될 수 있도록 반사시키는 반사 평면; 상기 컬러 휠을 통해 분리 출력된 상기 N개의 다른 색광을 입력받아 소정의 광강도 정보에 상응하여 광변조시킨 변조광을 생성 출력하는 광변조기; 및 상기 광변조기로부터 출력된 변조광을 화면 상에 투사하는 광투사 장치를 포함하는 컬러 표시 장치가 제공될 수 있다.According to another aspect of the invention, a color display device comprising: a light source for generating and outputting white light; A color wheel in which N color separation surfaces sequentially separating and outputting only different specific color lights are sequentially disposed on the same plane so that the white light is input and the white light is separated into N (N is a natural number of 3 or more) different color lights. ; A reflection plane that receives residual light except for a specific color light separated by the color separation surface among the light incident on the color wheel, and reflects the input residual light to be re-entered into the color wheel; An optical modulator that receives the N different color lights separately output through the color wheel and generates and outputs modulated light that is light modulated according to predetermined light intensity information; And a light projecting device projecting the modulated light output from the light modulator on the screen.

여기서, 상기 컬러 휠에는 상기 순차 배치된 N개의 색 분리면이 반복되어 순환 배열될 수 있다.In this case, the color wheels arranged sequentially may be repeatedly arranged in the color wheel.

여기서, 상기 색 분리면은 입사광 중 미리 설정된 파장 대역을 갖는 색광과 이외의 파장 대역을 갖는 색광을 분리하여 투과 및 반사시키는 광학 필터로 구현될 수 있다. 또한, 상기 반사 평면은 상기 색 분리면에 평행 배치될수 있다.Here, the color separation surface may be implemented as an optical filter that separates and transmits and reflects color light having a predetermined wavelength band among incident light and color light having a wavelength band other than that. In addition, the reflection plane may be disposed parallel to the color separation surface.

여기서, 상기 컬러 휠을 통해 분리 출력된 N개의 다른 색광은 상기 광변조기에 영역을 달리하여 결상되되, 모두 동일 광로 길이를 갖고 상기 광변조기에 결상될 수 있도록 상기 컬러 휠은 상기 광변조기에 평행 배치될 수 있다.Here, the N different color lights separately output through the color wheel are imaged by different areas of the optical modulator, and the color wheels are arranged in parallel to the optical modulator so that all of them have the same optical path length and are formed in the optical modulator. Can be.

여기서, 상기 컬러 휠에는 3개의 색 분리면이 순차 배치되되, 상기 3개의 색 분리면은, 제1 색광만을 투과시키고, 이외의 색광은 반사시키는 제1 분리면; 제2 색광만을 투과시키고, 이외의 색광은 반사시키는 제2 분리면; 및 제3 색광만을 투과시키고, 이외의 색광은 반사시키는 제3 분리면으로 형성되고, 상기 제1 색광, 제2 색광 및 제3 색광은 각각 적색광, 녹색광 및 청색광 중 어느 하나와 일대일 대응될 수 있다.Here, three color separation surfaces are sequentially disposed on the color wheel, wherein the three color separation surfaces include: a first separation surface configured to transmit only first color light and reflect other color light; A second separation surface that transmits only the second color light and reflects the other color light; And a third separation surface that transmits only the third color light and reflects other color light, and the first color light, the second color light, and the third color light may correspond to one of red light, green light, and blue light, respectively. .

여기서, 상기 컬러 휠에는 3개의 색 분리면이 순차 배치되고, 상기 컬러 휠은 일 방향으로 회전하되, 상기 컬러 휠로 입력된 상기 백색광은 상기 컬러 휠의 회전 방향에 상응하여 상기 3개의 색 분리면 중 어느 하나의 색 분리면, 상기 반사 평면, 인접한 다른 하나의 색 분리면, 상기 반사 평면, 나머지 하나의 색 분리면 순서의 광경로를 따라 진행하면서 3개의 다른 색광으로 순차 분리될 수 있다.Here, three color separation surfaces are sequentially disposed on the color wheel, and the color wheel rotates in one direction, and the white light input to the color wheel corresponds to the rotation direction of the color wheel. One color separation plane, the reflection plane, another adjacent color separation plane, the reflection plane, and the other one may be sequentially separated into three different color light while traveling along the optical path in the order of the color separation plane.

본 발명의 컬러 표시 장치는 입사광을 평행 시준(視準)하는 콜리메이션 렌즈를 더 포함하되, 상기 광원으로부터 출력된 상기 백색광은 상기 콜리메이션 렌즈를 거쳐 상기 컬러 휠로 평행 입사될 수 있다.The color display device of the present invention may further include a collimation lens collimating incident light, wherein the white light output from the light source may be incident in parallel to the color wheel via the collimation lens.

본 발명에 의하면, 광원으로부터 출사된 백색광을 입력받아 복수의 색광으로 분리함에 있어서 광손실을 최소화함으로써 고효율, 고성능의 색 분리 장치 및 이를 이용한 컬러 표시 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect of providing a high-efficiency, high-performance color separation device and a color display device using the same by minimizing light loss when receiving white light emitted from a light source and separating the light into a plurality of color lights.

또한, 본 발명은 컬러 휠과 하나의 반사 평면만을 이용하여 색 분리를 위한 고효율의 색 분리 장치를 간단히 구현할 수 있어 전체 광학 시스템, 컬러 표시 장치의 구성을 보다 단순화시킬 수 있고, 그 크기, 부피를 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention can easily implement a high-efficiency color separation device for color separation using only the color wheel and one reflection plane, thereby simplifying the configuration of the entire optical system and the color display device, There is an effect that can be reduced.

또한, 본 발명은 컬러 휠의 고속 회전이 가능하며 이러한 고속 회전에 의해서도 소음을 획기적으로 감소시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention is capable of high-speed rotation of the color wheel and there is an effect that can significantly reduce the noise even by such a high-speed rotation.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The term and / or includes a combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related items.

어떤 구성요소로부터 다른 구성요소로 "입력된다"거나 "투사된다"라고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소로 직접 입력되거나 투사될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소를 거쳐 입력되거나 투사될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소로부터 다른 구성요소로 "직접 입력된다"거나 "직접 투사된다"라고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소를 거치지 않는 것으로 이해되어야 할 것이 다.When referred to as "input" or "projected" from one component to another, it is to be understood that it may be directly input or projected to that other component, but may also be input or projected through another component in the middle. something to do. On the other hand, when it is referred to as "directly input" or "directly projected" from one component to another, it should be understood that it does not go through other components in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

이하, 도 5를 중심으로 도 1, 도 4, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 색 분리 장치(및 이를 이용한 컬러 표시 장치)를 상세히 설명한다.Hereinafter, a color separation device (and a color display device using the same) according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1, 4, 6, and 7 with reference to FIG. 5.

여기서, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 색 분리 장치에 이용 가능한 컬러 휠의 일 예를 나타낸 도면이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 색 분리 장치를 이용한 색 분리 과정을 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 색 분리 장치에 의해 분리된 색광이 스크린 상에 결상되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view showing an example of a color wheel that can be used in the color separation apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 5 and Figure 6 is a color separation using a color separation apparatus according to an embodiment of the present invention 7 is a view for explaining a process, and FIG. 7 is a view for explaining a process in which color light separated by a color separation apparatus according to an embodiment of the present invention forms an image on a screen.

다만, 설명의 편의를 위하여 본 명세서에서는 컬러 휠(120)로 입력된 백색광이 컬러 휠(120)에 구비된 3개의 색 분리면(121, 122, 123)에 의해 빛의 3원색인 적색광, 녹색광 및 청색광의 3개의 다른 색광으로 순차적으로 분리 출력되는 경우를 중심으로 설명하기로 한다. 따라서 별도의 다른 설명이 없더라도 본 명세서를 통해 기재된 발명의 핵심 원리 및 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 색 분리 장치에 의하여 백색광이 4개 이상의 색광으로 분리 출력되거나 3개의 색광으로 분리 출력되는 경우에도 빛의 3원색인 적색, 녹색, 청색 이외의 다른 조합에 의한 3개의 색광으로 분리 출력될 수 있음을 명확히 이해하여야 할 것이다. 이러한 점은 본 명세서를 통해 이하 상세히 기재하게 될 발명의 상세한 설명으로부터 당업자가 쉽게 이해할 수 있을 것이다.For convenience of description, in the present specification, the white light input to the color wheel 120 is the three primary colors of the light by the three color separation surfaces 121, 122, and 123 provided in the color wheel 120. And a case in which the output is sequentially separated into three different color lights of blue light. Therefore, the white light is separated into four or more color lights or separated into three color light by the color separation apparatus of the present invention without departing from the core principles and spirit of the invention described through this specification even if no separate description. It should be clearly understood that the three primary colors of light can be separated and output into three color lights by combinations other than red, green, and blue. This point will be readily understood by those skilled in the art from the detailed description of the invention which will be described in detail below throughout this specification.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 색 분리 장치는 입력된 백색광으로부터 복수의 색광으로 분리 출력하기 위한 구성부로서 컬러 휠(120)과 반사 평면(130)을 포함한다.Referring to FIG. 5, a color separation apparatus according to an embodiment of the present invention includes a color wheel 120 and a reflection plane 130 as components for separating and outputting a plurality of color lights from input white light.

컬러 휠(120)은 광원(미도시, 도 1의 식별번호 10 참조)으로부터 백색광을 입력받고, 입력된 백색광을 N개의 다른 색광으로 분리 출력한다. 이를 위해 컬러 휠(120)의 일면에는 각각 다른 특정 색광만을 분리 출력하는 N개의 색 분리면(예를 들어, 도 4 내지 도 6에서와 같은 적색 분리면(121), 녹색 분리면(122), 청색 분리 면(123))이 형성된다.The color wheel 120 receives white light from a light source (not shown in reference number 10 of FIG. 1) and separates the input white light into N different color lights. To this end, one surface of the color wheel 120 has N color separation surfaces (eg, a red separation surface 121, a green separation surface 122, as shown in FIGS. Blue separation surface 123 is formed.

본 발명의 색 분리 장치에 이용되는 컬러 휠(120)의 일 형태가 도 4를 통해 도시되어 있다. 도 4를 통해 쉽게 확인할 수 있는 것 처럼, 컬러 휠(120)의 일 평면 상에는 회전 방향을 따라 적색 분리면(121), 녹색 분리면(122) 및 청색 분리면(124)이 순서대로(순차적으로) 인접 배치되고 있다. 또한, 도 4의 경우 순차 배치된 3개의 색 분리면은 하나의 그룹을 형성하며 컬러 휠(120)에 반복하여 순환 배열되고 있다.One form of the color wheel 120 used in the color separation apparatus of the present invention is shown through FIG. As can be easily seen through FIG. 4, on one plane of the color wheel 120, the red separating surface 121, the green separating surface 122, and the blue separating surface 124 are arranged in order (sequentially) along the rotation direction. ) Are adjacent to each other. In addition, in the case of FIG. 4, three color separation surfaces sequentially arranged form a group and are repeatedly arranged in a color wheel 120.

이때, 도 4에서는 인접한 2개의 분리면 간이 일정한 간격을 두고 배치되는 것으로 도시되고 있지만, 인접한 2개의 분리면 간에 간격 없이 접하도록 배치될 수도 있음은 물론이다. 또한, 컬러 휠(120)의 일 면에 순환 배열되는 그룹의 개수에는 특별한 제한이 없음은 물론이며, 단 1개의 그룹(즉, 단 3개의 색 분리면)만이 컬러 휠(120)의 일 면에 균등 면적으로 형성되어 있을 수도 있음은 자명하다. 또한, 도 4의 경우 컬러 휠(120)의 일 면 테두리 영역에만 색 분리면이 형성되는 것으로 도시되고 있지만, 색 분리면은 회전축을 제외한 어느 영역에라도 형성될 수 있음도 자명하다.At this time, in Figure 4 is shown as being disposed at a predetermined interval between two adjacent separating planes, of course, may be disposed so as to contact without a gap between two adjacent separating planes. In addition, the number of groups circulated on one surface of the color wheel 120 is not particularly limited, and only one group (that is, only three color separation surfaces) is disposed on one surface of the color wheel 120. Obviously, it may be formed in an equal area. In addition, in FIG. 4, the color separation surface is formed only in one edge region of the color wheel 120, but the color separation surface may be formed in any region except the rotation axis.

이러한 각각의 색 분리면으로는 입사광 중 미리 설정된 파장 대역을 갖는 색광과 이외의 파장 대역을 갖는 색광을 분리하여 투과 및 반사시키는 광학 필터(컬러 필터, 예를 들어, 다이크로익 필터(dichroic filter), 다이크로익 미러(dichroic mirror) 등)가 이용될 수 있다.Each of the color separation surfaces includes an optical filter (a color filter, for example, a dichroic filter) that separates and transmits and reflects color light having a predetermined wavelength band among incident light and color light having a wavelength band other than that. Dichroic mirrors, etc.) may be used.

반사 평면(130)은 컬러 휠(120)(보다 정확히는 컬러 휠(120)의 일면 상에 배 치된 각각의 색 분리면)로 입사된 광 중 각각의 색 분리면의 특성에 상응하여 분리되는 특정 색광을 제외한 잔여광을 입력받아, 이러한 잔여광이 컬러 휠(120)로 다시 입사될 수 있도록 반사시킨다. 이러한 반사 평면(130)으로는 입사된 광을 반사시킬 수 있는 다양한 광학 부품(예를 들어, 평면 거울 등)이 특별한 제한없이 이용될 수 있다.Reflective plane 130 is a particular color light that is separated in accordance with the characteristics of each color separation surface of the light incident on the color wheel 120 (more precisely each color separation surface disposed on one surface of the color wheel 120) Receives the residual light except for, and reflects the residual light to be incident back to the color wheel 120. As the reflective plane 130, various optical components (eg, planar mirrors, etc.) capable of reflecting incident light may be used without particular limitation.

이하, 본 발명의 색 분리 장치를 이용한 색광의 분리 과정을 도 5 및 도 6을 참조하여 그 시간적 순서에 따라 보다 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the separation process of the color light using the color separation apparatus of the present invention will be described in more detail according to the temporal order with reference to FIGS. 5 and 6.

백색광이 도 5에서와 같이 컬러 휠(120)에 구비된 제1 적색 분리면(121-1)으로 입사되는 경우를 가정하면, 백색광 중 적색광은 제1 적색 분리면(121-1)을 투과하여 소정의 결상면(본 실시예에서 결상면은 광변조기(140)인 것으로 가정함, 이하 이와 같음)으로 입력되고, 적색광 이외의 잔여광은 제1 적색 분리면(121-1)에 의해 반사되어 반사 평면(130)으로 입력된다. 이하, 이와 같은 적색광의 분리 과정을 제1 과정이라 한다.Assuming that white light is incident on the first red separation surface 121-1 provided in the color wheel 120 as shown in FIG. 5, red light of the white light passes through the first red separation surface 121-1. It is input to a predetermined imaging surface (in this embodiment, the imaging surface is assumed to be the optical modulator 140, as described below), and residual light other than red light is reflected by the first red separation surface 121-1. It is input to the reflection plane 130. Hereinafter, this red light separation process is referred to as a first process.

여기서, 컬러 휠(120)로 입사되는 백색광의 광축은 도 5에 도시된 바와 같이 색 분리면의 법선을 기준으로 소정 각도만큼의 경사를 형성하도록 설정되는 것이 바람직하다. 왜냐하면 컬러 휠(120)의 일 영역(예를 들어, 도 5의 경우 제1 적색 분리면(121-1))로 입사되는 백색광의 광축과 색 분리면의 법선 간에 소정의 반사 각도가 형성되어야만 이후 반사 평면(130)에 의해 반사된 잔여광이 컬러 휠(120)의 다른 영역(도 5의 경우 제1 녹색 분리면(121-2))으로 재입사될 수 있기 때문이다.Here, the optical axis of the white light incident on the color wheel 120 is preferably set to form a slope by a predetermined angle based on the normal of the color separation surface as shown in FIG. This is because a predetermined reflection angle must be formed between the optical axis of the white light incident on one area of the color wheel 120 (for example, the first red separation surface 121-1 in FIG. 5) and the normal of the color separation surface. This is because the residual light reflected by the reflection plane 130 may be reincident to another area of the color wheel 120 (first green separation surface 121-2 in FIG. 5).

또한 여기서, 컬러 휠(120)로 입사되는 백색광은 도 5에 도시된 바와 같이 평행광인 것이 바람직하다. 평행광이 아닌 경우에도 본 발명의 색 분리 장치에 의한 색광의 분리가 가능함은 물론이나, 평행광이 아닌 경우 컬러 휠(120)의 각 색분리면과 반사 평면(130) 간 광의 반사, 재입사 과정이 반복됨에 따라 그 광폭(즉, 광의 발산 각도)이 계속 변화하게 되어 전체 광학 시스템의 구현, 설계가 다소 복잡해질 가능성이 있기 때문이다. 이를 방지하기 위하여 본 발명의 색 분리 장치에 입사광을 평행 시준(視準)하는 콜리메이션 렌즈(collimation lens)(미도시, 도 1의 식별번호 30 참조)를 더 구비하고, 이를 광원과 컬러 휠(120) 사이에 배치시킴으로써 광원으로부터 출사된 백색광이 컬러 휠(120)로 평행 입사될 수 있도록 조정할 수 있을 것이다.In addition, the white light incident on the color wheel 120 is preferably parallel light, as shown in FIG. 5. In the case of non-parallel light, not only the color light can be separated by the color separating apparatus of the present invention, but in the case of non-parallel light, the light is reflected and re-entered between the color separation surface of the color wheel 120 and the reflection plane 130. As the process is repeated, the width (i.e. the divergence angle of the light) will continue to change, making the overall optical system implementation and design more complex. In order to prevent this, the color separation apparatus of the present invention further includes a collimation lens (collimation lens) (not shown, see reference number 30 in FIG. 1) for collimating incident light. By interposing between 120 may be adjusted so that the white light emitted from the light source can be incident in parallel to the color wheel (120).

위와 비슷한 이유(광폭의 변화로 인한 시스템 설계의 복잡 가능성)로 반사 평면(130)도 곡률이 없는 평면 거울과 같은 광학 부품을 이용하고 있는 것이며, 또한 이러한 반사 평면(130)의 배치 과정에 있어서도 색 분리면에 평행하도록 배치시키는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 컬러 휠(120)에 형성되는 각각의 색 분리면도 상술한 이유와 비슷한 이유로 전부 동일 면적을 갖도록 설계할 수 있다. 다만, 상술한 제한들은 시스템 설계, 구현의 편의를 위한 선택 사항에 불과할 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 색 분리 장치의 권리 범위가 제한적으로 해석될 수는 없는 것임을 당업자는 쉽게 이해할 수 있을 것이다.For the same reason as above (the possibility of complicated system design due to the change of the width), the reflecting plane 130 also uses optical components such as a planar mirror without curvature, and also the color of the reflecting plane 130 in the arrangement process. It may be desirable to arrange parallel to the separation plane. In addition, each of the color separation surfaces formed on the color wheel 120 may also be designed to have the same area for the same reasons as described above. However, those skilled in the art will readily understand that the above limitations are merely options for convenience of system design and implementation, and thus, the scope of rights of the color separation apparatus of the present invention may not be limitedly interpreted.

다시 도 5를 참조하면, 제1 과정을 거치면서 컬러 휠(120)의 제1 적색 분리면(121-1)을 투과하지 못하고 반사된 잔여광(즉, 녹색광 및 청색광)은 반사 평 면(130)으로 입력되며, 반사 평면(130)은 입력된 잔여광을 재반사시켜 다시 컬러 휠(120)(보다 정확하게는 제1 녹색 분리면(122-1))로 입사시킨다. 컬러 휠(120)로 재입사된 잔여광 중 녹색광은 제1 녹색 분리면(122-1)을 투과하여 광변조기(140)로 입력되고, 녹색광 이외의 잔여광(즉, 청색광)은 제1 녹색 분리면(122-1)에 의해 반사되어 다시 반사 평면(130)으로 입력된다. 이하, 이와 같은 녹색광의 분리 과정을 제2 과정이라 한다.Referring to FIG. 5 again, the remaining light that is not transmitted through the first red separation surface 121-1 of the color wheel 120 and reflected through the first process (ie, green light and blue light) is the reflection plane 130. ) And the reflection plane 130 reflects the input residual light back to enter the color wheel 120 (more precisely, the first green separation surface 122-1). Green light of the remaining light re-entered by the color wheel 120 passes through the first green separation surface 122-1 and is input to the optical modulator 140, and remaining light other than green light (ie, blue light) is first green. The light is reflected by the separation surface 122-1 and is input back to the reflection plane 130. Hereinafter, this separation of green light is referred to as a second process.

제2 과정을 거치면서 제1 녹색 분리면(122-1)을 투과하지 못하고 반사된 청색광은 반사 평면(130)에 의해 재반사되어 다시 컬러 휠(120)의 제1 청색 분리면(123-1)으로 입사됨으로써, 최종적으로 청색광까지 광변조기(140)로 입력되게 된다. 이하, 이와 같은 청색광의 분리 과정을 제3 과정이라 한다.The blue light reflected while not passing through the first green separation surface 122-1 through the second process is re-reflected by the reflection plane 130, and is again reflected by the first blue separation surface 123-1 of the color wheel 120. By being incident to the light source, the blue light is finally input to the optical modulator 140. Hereinafter, this separation of blue light is referred to as a third process.

즉, 본 발명의 색 분리 장치에 의한 색광의 분리 과정은 상술한 바와 같은 제1 과정으로부터 제3 과정까지의 일련의 과정이 시간적으로 분리되어 순차 진행되는 것이며, 상술한 제1 과정 내지 제3 과정을 통해 순차 분리된 적색광, 녹색광 및 청색광은 하나의 결상면(광변조기(140))에 각각 영역을 달리하여 결상되게 된다. 본 실시예에서는 상술한 제1 과정 내지 제3 과정을 거치면서 적색광 -> 녹색광 -> 청색광 순으로 분리 출력되는 경우를 예로 들었지만, 제1 과정 내지 제3 과정을 통하여 적색, 녹색, 청색이 각각 한번씩 출력되도록 순차 분리되는 경우라면 다른 다양한 순서에 의해도 가능함은 자명하다.That is, the color light separation process by the color separation apparatus of the present invention is a series of processes from the first process to the third process as described above are separated in time to proceed sequentially, the first to third processes described above The red light, green light, and blue light sequentially separated through the light are imaged by different areas on one imaging surface (light modulator 140). In the present embodiment, a case in which red light, green light, and blue light are separated and output through the first to third processes described above is illustrated as an example. However, each of the red, green, and blue colors is applied once through the first to third processes. Obviously, this can be done in a variety of different orders, provided they are separated in sequential order.

이때에도 설계상의 편의를 위하여 또는 3가지 색광으로 순차 분리되는 그 시간적 간격을 맞추기 위하여 컬러 휠(120)과 광변조기(140)는 상호간 평행 배치되도 록 설계할 수 있다. 이와 같이 컬러 휠(120)과 광변조기(140)가 평행 배치되면, 컬러 휠(120)로부터 각각 분리 출력되는 색광마다가 모두 동일 광로 길이를 갖고 광변조기(140)로 입력되기 때문에 광변조기(140)가 하나의 색광에 대하여 광변조하는데 소요되는 시간적 간격, 주기가 일정하게 유지되는 이점이 또한 있을 수 있다.In this case, the color wheel 120 and the light modulator 140 may be designed to be parallel to each other for convenience of design or to match the time intervals sequentially separated into three color lights. When the color wheel 120 and the optical modulator 140 are arranged in parallel as described above, the color modulator 140 is input to the optical modulator 140 with the same optical path length for each color light output from the color wheel 120. There may also be an advantage that the time interval, period in which it takes for light modulation to one color light is kept constant.

본 발명의 색 분리 장치에서의 상술한 색광의 분리 과정은 컬러 휠(120)의 어느 일 방향으로의 회전에 따라 시간적으로 연속하여 진행되는 것이며, 이에 따라 결상면인 광변조기(140)(또는 최종 결상면인 스크린(미도시, 도 1의 식별번호 60 참조))에서의 색광의 결상 또한 컬러 휠(120)의 일 방향으로의 회전에 따라 공간적으로 연속하여 진행되는 것이다.The above-described separation process of the color light in the color separation apparatus of the present invention proceeds in succession in time according to the rotation in any one direction of the color wheel 120, and thus the optical modulator 140 (or the final image forming surface) The imaging of the color light on the screen, which is an imaging surface (not shown in reference numeral 60 of FIG. 1), is also performed in a spatial continuous manner as the color wheel 120 rotates in one direction.

다시 설명하면, 본 발명의 색 분리 장치에서의 색광의 분리 과정은 상술한 제1 과정 내지 제3 과정과 유사한 과정이 시간적으로 컬러 휠(120)의 회전에 따라 연속하여 진행된다. 즉, 컬러 휠(120)로 입력된 백색광은 그 회전 방향에 상응하여 대체적으로(도 6과 같이 입사광이 인접한 2개의 색 분리면을 통과하는 경우에도 회전 방향에 상응하는 순서대로의 어느 하나의 색 분리면만을 중심으로 판단하면) 3개의 색 분리면 중 어느 하나의 색 분리면 -> 반사 평면(130) -> 인접한 다른 하나의 색 분리면 -> 반사 평면(130) -> 나머지 하나의 색 분리면 순서의 광경로를 따라 진행함으로써 3개의 다른 색광으로 순차 분리되는 것이다.In other words, in the color separation apparatus of the present invention, a process similar to the above-described first to third processes is continuously performed in accordance with the rotation of the color wheel 120 in time. That is, the white light input to the color wheel 120 generally corresponds to its rotational direction (even when incident light passes through two adjacent color separation planes as shown in FIG. 6), and any one color in the order corresponding to the rotational direction. Judging from the separation plane alone), one of the three color separation planes is divided into one color separation plane-> reflection plane 130-> another adjacent color separation plane-> reflection plane 130-> one color separation plane. Proceeding along the light path in plane order, the light is sequentially separated into three different color lights.

또한, 컬러 휠(120)의 회전에 의해서도 순차 분리 출력된 3개의 색광이 각각 차지하는 결상 영역의 면적은 달라지지 않고 있으며, 다만 컬러 휠(120)의 회전 방향에 상응하여 공간적으로 각 색광이 결상되는 결상 영역이 평행 이동하고 있을 뿐 이다(도 5 및 도 6을 비교 참조). 결국, 컬러 표시 장치의 경우에 최종 결상면에 해당하는 스크린에서도 공간적으로 분할 결상된 적색광, 녹색광 및 청색광이 컬러 휠(120)의 회전에 따라 동일 영역에 대하여 각각 한번씩 결상되게 되면(도 7의 (a) 내지 (c) 참조), 스크린 상에는 풀컬러의 영상이 구현될 수 있게 된다(도 7의 (d) 참조).In addition, the area of the imaging area occupied by the three color lights sequentially separated and output by the rotation of the color wheel 120 is not changed, but each color light is spatially formed corresponding to the rotation direction of the color wheel 120. The imaging region is only moving in parallel (see comparison of FIGS. 5 and 6). As a result, in the case of the color display device, when the red light, the green light, and the blue light, which are spatially divided and formed on the screen corresponding to the final imaging surface, are imaged once for the same area as the color wheel 120 rotates (FIG. 7 ( a) to (c)), a full-color image can be implemented on the screen (see (d) of FIG. 7).

상술한 바와 같이 본 발명의 색 분리 장치는 컬러 휠(120)과 반사 평면(130)의 간단한 구성만으로도 광원으로부터 입력된 백색광을 광손실 없이 모두 컬러 영상 구현을 위해 사용할 수 있어 광효율을 극대화시킬 수 있으며, 종래 기술에서와 같이 광손실 문제를 해결하기 위하여 컬러 필터를 컬러 휠의 원주 측면에 배치시킬 필요가 없어 고속 회전에도 적합한 이점을 가지고 있다.As described above, the color separation apparatus of the present invention can maximize the light efficiency by using the white light input from the light source for realizing a color image without a light loss even with a simple configuration of the color wheel 120 and the reflection plane 130. In order to solve the light loss problem as in the prior art, it is not necessary to arrange the color filter on the circumferential side of the color wheel, which has an advantage suitable for high speed rotation.

또한, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 색 분리 장치는 그 일 응용례로서 컬러 표시 장치에 이용될 수 있다. 이하에서는 본 발명의 색 분리 장치의 일 응용례로서 컬러 표시 장치의 구현예를 간략히 설명하기로 한다.In addition, the color separation apparatus according to the embodiment of the present invention described above may be used in a color display device as an application example. Hereinafter, an embodiment of the color display device will be briefly described as an application example of the color separation device of the present invention.

본 발명의 색 분리 장치를 이용한 컬러 표시 장치는 도 1에 도시된 컬러 표시 장치와 유사한 구성을 가질 수 있다. 즉, 광원, 도 4 내지 도 6을 통해 설명한 본 발명의 색 분리 장치(즉, 컬러 휠(120)과 반사 평면(130)), 광변조기, 광투사 장치, 스크린을 포함할 수 있다. 물론 앞서 설명한 바와 같이 백색광을 컬러 휠(120)로 평행 입사시키기 위하여 광원과 컬러 휠(120) 사이에 콜리메이션 렌즈를 더 구비시킬 수 있다. 또한, 광변조기로서 도 1과 같은 2차원 광변조기(즉, 2차원 의 영상 전체를 광변조시킬 수 있는 광변조기, 이하 이와 같이 가정함)가 아닌 1차원 광변조기(수평 주사선 또는 수직 수사선에 해당하는 1차원 영상만을 광변조시킬 수 있는 광변조기)를 이용하는 경우에는 이를 스캔하여 스크린 상에 2차원의 영상으로 구현시키기 위한 광스캔 장치(예를 들어, 갈바노 미러 스캐너, 폴리곤 미러 스캐너, 회전바 등)를 더 구비시킬 수도 있다. 물론 이외에도 다양한 광학 부품, 렌즈, 미러 등이 설계자의 선택에 따라 더 포함될 수 있으며, 이는 당업자에게 자명한 내용이므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 컬러 영상의 구현을 위해 컬러 표시 장치의 구성부들(예를 들어, 동작의 제어가 필요한 광원, 컬러 휠, 광변조기, 광스캔 장치 등)을 전반적으로 제어하기 위한 영상 제어부(미도시)가 더 구비될 필요도 있다.The color display device using the color separation device of the present invention may have a configuration similar to that of the color display device shown in FIG. 1. That is, the light source may include a color separation device (ie, the color wheel 120 and the reflection plane 130), the light modulator, the light projection device, and the screen of the present invention described with reference to FIGS. 4 to 6. Of course, as described above, a collimation lens may be further provided between the light source and the color wheel 120 to inject white light into the color wheel 120 in parallel. Also, the optical modulator is not a two-dimensional optical modulator as shown in FIG. 1 (that is, an optical modulator capable of optically modulating the entire two-dimensional image, hereinafter assumed). In the case of using an optical modulator capable of optically modulating only a corresponding one-dimensional image, an optical scanning device (for example, a galvano mirror scanner, a polygon mirror scanner, and a rotation device) for scanning the image and implementing the two-dimensional image on a screen Bar) may be further provided. Of course, in addition to the various optical components, lenses, mirrors, etc. may be further included according to the designer's choice, which will be apparent to those skilled in the art, so the detailed description thereof will be omitted. In addition, an image controller (not shown) for controlling the components of the color display device (for example, a light source, a color wheel, an optical modulator, an optical scan device, etc., which require control of an operation) to implement a color image is provided. It also needs to be further provided.

이때, 광변조기는 영상 제어부로부터 광강도 정보(각 필셀별 색광의 변조 정보로서 이용되는 휘도 정보)를 전달받아 이에 상응하여 입력된 색광의 광변조를 수행한다. 이로서 광변조기로 입력된 색광으로부터 변조광이 생성되며, 변조광은 예를 들어 1픽셀을 8비트 데이터로 표현하는 경우 그 휘도 세기가 0 ~ 255 단계의 계조도(界調度)에 따라 구분된 색광일 수 있다. 이러한 변조광은 프로젝션 렌즈와 같은 광투사 장치를 거쳐 스크린 전면(全面)으로 확대 투사된다.In this case, the optical modulator receives light intensity information (luminance information used as modulation information of color light for each pixel) from the image controller and performs light modulation of the input color light accordingly. As a result, modulated light is generated from the color light input to the optical modulator. For example, when one pixel is expressed as 8-bit data, the modulated light is colored light whose luminance intensity is divided according to the gradation of 0 to 255 steps. Can be. Such modulated light is projected to the entire surface of the screen via a light projection device such as a projection lens.

여기서, 본 발명의 색 분리 장치가 이용된 컬러 표시 장치의 경우에는 광변조기에 그 결상 영역을 달리하여 적색광, 녹색광 및 청색광이 결상되므로, 스크린 상에도 광변조기를 거쳐 광변조된 각각의 적색광, 녹색광 및 청색광이 영역을 달리하여 결상되게 된다. 이와 같이 공간적으로 분할 결상된 적색광, 녹색광 및 청색광 이 컬러 휠(120)의 회전에 따라 동일 영역에 대하여 각각 한번씩 결상되게 되면 스크린 상에는 풀컬러 영상이 구현될 수 있다(도 7 참조). 이때, 도 7의 (a) 내지 도 7의 (c)까지에 걸리는 시간은 대략 1/60초(텔레비젼 방송 방식 중 NTSC 방식의 경우를 기준함)이내 이어야 한다. 이는 사람이 시각적으로 동영상 화면의 끊김을 감지할 수 없어야 하기 때문이며, 이는 공지의 사항인 바 그 상세한 설명은 생략한다.Here, in the case of the color display device using the color separation apparatus of the present invention, the red light, green light, and blue light are imaged by varying the imaging area of the optical modulator, so that each of the red light and the green light light modulated through the light modulator also on the screen. And blue light are formed in different regions. When the red light, green light, and blue light, which are spatially divided and imaged as described above, are imaged once in the same area according to the rotation of the color wheel 120, a full color image may be realized on the screen (see FIG. 7). In this case, the time taken from (a) to (c) of FIG. 7 should be approximately 1/60 second (based on the NTSC method among the television broadcasting methods). This is because a person should not be able to visually detect a break in the video screen, which is a well-known item, and a detailed description thereof will be omitted.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below It will be readily understood that modifications and variations are possible.

도 1은 종래 기술에 따른 컬러 휠을 이용한 컬러 표시 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면.1 is a view showing a schematic configuration of a color display device using a color wheel according to the prior art.

도 2는 종래 기술에 따른 컬러 휠의 형태를 나타낸 도면.Figure 2 shows the shape of a color wheel according to the prior art.

도 3은 도 2에 도시된 컬러 휠을 이용한 색 분리 과정을 설명하기 위한 도면.3 is a view for explaining a color separation process using the color wheel shown in FIG.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 색 분리 장치에 이용 가능한 컬러 휠의 일 예를 나타낸 도면.4 is a view showing an example of a color wheel available in the color separation apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 색 분리 장치를 이용한 색 분리 과정을 설명하기 위한 도면.5 and 6 are views for explaining a color separation process using a color separation apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 색 분리 장치에 의해 분리된 색광이 스크린 상에 결상되는 과정을 설명하기 위한 도면.FIG. 7 is a view for explaining a process in which color light separated by a color separation device according to an embodiment of the present invention forms an image on a screen; FIG.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 광원 20, 120 : 컬러 휠10: light source 20, 120: color wheel

30 : 콜리메이션 렌즈 130 : 반사 평면30: collimation lens 130: reflective plane

40, 140 : 광변조기 50 : 광투사 장치40, 140: light modulator 50: light projection device

60 : 스크린60: screen

Claims (20)

백색광을 입력받아 복수의 색광으로 분리 출력하는 색 분리 장치에 있어서,In the color separation device that receives white light and outputs a plurality of color light, 상기 백색광이 N(N은 3 이상의 자연수)개의 다른 색광으로 분리될 수 있도록 각각 다른 특정 색광만을 분리 출력하는 N개의 색 분리면이 동일 평면 상에 인접하여 순차 배치된 컬러 휠; 및A color wheel in which N color separation planes each outputting only different specific color lights are sequentially disposed adjacent to the same plane so that the white light can be separated into N (N is a natural number of 3 or more) different color lights; And 상기 컬러 휠로 입사된 광 중 상기 색 분리면에 의해 분리된 특정 색광을 제외한 잔여광을 입력받고, 상기 입력된 잔여광이 상기 컬러 휠로 재입사될 수 있도록 반사시키는 반사 평면A reflection plane which receives residual light except for a specific color light separated by the color separation surface among the light incident on the color wheel, and reflects the input residual light to be re-entered into the color wheel. 을 포함하는 것을 특징으로 하는 색 분리 장치.Color separation apparatus comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 컬러 휠에는 상기 순차 배치된 N개의 색 분리면이 반복되어 순환 배열되는 것을 특징으로 하는 색 분리 장치.And the color wheels arranged in sequence are repeatedly arranged in the color wheel. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 색 분리면은 입사광 중 미리 설정된 파장 대역을 갖는 색광과 이외의 파장 대역을 갖는 색광을 분리하여 투과 및 반사시키는 광학 필터로 구현되는 것을 특징으로 하는 색 분리 장치.The color separation surface is a color separation device, characterized in that implemented as an optical filter for separating, transmitting and reflecting color light having a predetermined wavelength band of the incident light and other color light having a wavelength band. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 광학 필터는 다이크로익 필터인 것을 특징으로 하는 색 분리 장치.The optical filter is a dichroic filter, characterized in that the color separation device. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 N개의 색 분리면은 각각 동일 면적을 갖도록 설계되는 것을 특징으로 하는 색 분리 장치.And the N color separation surfaces are designed to have the same area. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반사 평면은 평면 거울로 구현되는 것을 특징으로 하는 색 분리 장치.And the reflecting plane is implemented as a planar mirror. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반사 평면은 상기 색 분리면에 평행 배치되는 것을 특징으로 하는 색 분리 장치.And the reflection plane is disposed parallel to the color separation surface. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 컬러 휠을 통해 분리 출력된 N개의 다른 색광은 하나의 결상면에 영역을 달리하여 결상되되, 모두 동일 광로 길이를 갖고 상기 결상면에 결상될 수 있도록 상기 컬러 휠은 상기 결상면과 평행 배치되는 것을 것을 특징으로 하는 색 분리 장치.N different color lights separately output through the color wheel are imaged by different areas on one image plane, and the color wheels are disposed in parallel with the image plane so that they all have the same optical path length and are formed on the image plane. Color separation device, characterized in that. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 컬러 휠에는 3개의 색 분리면이 순차 배치되되,Three color separation surfaces are sequentially arranged on the color wheel, 상기 3개의 색 분리면은,The three color separation planes, 제1 색광만을 투과시키고, 이외의 색광은 반사시키는 제1 분리면;A first separation surface for transmitting only the first color light and reflecting other color light; 제2 색광만을 투과시키고, 이외의 색광은 반사시키는 제2 분리면; 및A second separation surface that transmits only the second color light and reflects the other color light; And 제3 색광만을 투과시키고, 이외의 색광은 반사시키는 제3 분리면으로 형성되고, 상기 제1 색광, 제2 색광 및 제3 색광은 각각 적색광, 녹색광 및 청색광 중 어느 하나와 일대일 대응되는 것을 특징으로 하는 색 분리 장치.And a third separation surface for transmitting only the third color light and reflecting the other color light, wherein the first color light, the second color light, and the third color light correspond to any one of red light, green light, and blue light, respectively. Color separation device. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 컬러 휠에는 3개의 색 분리면이 순차 배치되고, 상기 컬러 휠은 일 방 향으로 회전하되,Three color separation surfaces are sequentially disposed on the color wheel, and the color wheel rotates in one direction. 상기 컬러 휠로 입력된 상기 백색광은 상기 컬러 휠의 회전 방향에 상응하여 상기 3개의 색 분리면 중 어느 하나의 색 분리면, 상기 반사 평면, 인접한 다른 하나의 색 분리면, 상기 반사 평면, 나머지 하나의 색 분리면 순서의 광경로를 따라 진행하면서 3개의 다른 색광으로 순차 분리되는 것을 특징으로 하는 색 분리 장치.The white light input to the color wheel corresponds to a color separation surface of any one of the three color separation surfaces, the reflection plane, another adjacent color separation surface, the reflection plane, and the other one corresponding to the rotation direction of the color wheel. A color separation device, characterized in that it is sequentially separated into three different color light while traveling along the optical path of the color separation surface order. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 컬러 휠로 입력되는 상기 백색광의 광축은 상기 색 분리면의 법선을 기준으로 소정 각도만큼 경사지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 색 분리 장치.The optical axis of the white light input to the color wheel is set to be inclined by a predetermined angle relative to the normal of the color separation surface. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 입사광을 평행 시준(視準)하는 콜리메이션 렌즈를 더 포함하되,Further comprising a collimation lens for collimating the incident light in parallel, 상기 백색광은 상기 콜리메이션 렌즈를 거쳐 상기 컬러 휠로 평행 입사되는 것을 특징으로 하는 색 분리 장치.And the white light is incident in parallel to the color wheel via the collimation lens. 컬러 표시 장치에 있어서,In a color display device, 백색광을 생성 출력하는 광원;A light source generating and outputting white light; 상기 백색광을 입력받고, 상기 백색광이 N(N은 3 이상의 자연수)개의 다른 색광으로 분리될 수 있도록 각각 다른 특정 색광만을 분리 출력하는 N개의 색 분리면이 동일 평면 상에 인접하여 순차 배치된 컬러 휠;A color wheel in which N color separation surfaces sequentially separating and outputting only different specific color lights are sequentially disposed on the same plane so that the white light is input and the white light is separated into N (N is a natural number of 3 or more) different color lights. ; 상기 컬러 휠로 입사된 광 중 상기 색 분리면에 의해 분리된 특정 색광을 제외한 잔여광을 입력받고, 상기 입력된 잔여광이 상기 컬러 휠로 재입사될 수 있도록 반사시키는 반사 평면;A reflection plane that receives residual light except for a specific color light separated by the color separation surface among the light incident on the color wheel, and reflects the input residual light to be re-entered into the color wheel; 상기 컬러 휠을 통해 분리 출력된 상기 N개의 다른 색광을 입력받아 광변조시켜 변조광을 생성 출력하는 광변조기; 및An optical modulator configured to receive modulated light by receiving the N different color lights separately output through the color wheel and to generate modulated light; And 상기 광변조기로부터 출력된 변조광을 화면 상에 투사하는 광투사 장치A light projection device for projecting the modulated light output from the light modulator on the screen 를 포함하는 컬러 표시 장치.Color display device comprising a. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 컬러 휠에는 상기 순차 배치된 N개의 색 분리면이 반복되어 순환 배열되는 것을 특징으로 하는 컬러 표시 장치.And the color separation planes arranged in sequence are repeatedly arranged on the color wheel. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 색 분리면은 입사광 중 미리 설정된 파장 대역을 갖는 색광과 이외의 파장 대역을 갖는 색광을 분리하여 투과 및 반사시키는 광학 필터로 구현되는 것을 특징으로 하는 컬러 표시 장치.The color separation surface may be implemented as an optical filter for separating, transmitting, and reflecting color light having a predetermined wavelength band among incident light and color light having a wavelength band other than that. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 반사 평면은 상기 색 분리면에 평행 배치되는 것을 특징으로 하는 컬러 표시 장치.And the reflection plane is disposed parallel to the color separation plane. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 컬러 휠을 통해 분리 출력된 N개의 다른 색광은 상기 광변조기에 영역을 달리하여 결상되되, 모두 동일 광로 길이를 갖고 상기 광변조기에 결상될 수 있도록 상기 컬러 휠은 상기 광변조기에 평행 배치되는 것을 것을 특징으로 하는 컬러 표시 장치.N different color lights separately output through the color wheel are imaged by different areas of the optical modulator, and the color wheels are disposed parallel to the optical modulator so that all of the same color light paths can be formed in the optical modulator. A color display device, characterized in that. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 컬러 휠에는 3개의 색 분리면이 순차 배치되되,Three color separation surfaces are sequentially arranged on the color wheel, 상기 3개의 색 분리면은,The three color separation planes, 제1 색광만을 투과시키고, 이외의 색광은 반사시키는 제1 분리면;A first separation surface for transmitting only the first color light and reflecting other color light; 제2 색광만을 투과시키고, 이외의 색광은 반사시키는 제2 분리면; 및A second separation surface that transmits only the second color light and reflects the other color light; And 제3 색광만을 투과시키고, 이외의 색광은 반사시키는 제3 분리면으로 형성되고, 상기 제1 색광, 제2 색광 및 제3 색광은 각각 적색광, 녹색광 및 청색광 중 어느 하나와 일대일 대응되는 것을 특징으로 하는 컬러 표시 장치.And a third separation surface for transmitting only the third color light and reflecting the other color light, wherein the first color light, the second color light, and the third color light correspond to any one of red light, green light, and blue light, respectively. Color display device. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 컬러 휠에는 3개의 색 분리면이 순차 배치되고, 상기 컬러 휠은 일 방향으로 회전하되,Three color separation surfaces are sequentially disposed on the color wheel, and the color wheel rotates in one direction. 상기 컬러 휠로 입력된 상기 백색광은 상기 컬러 휠의 회전 방향에 상응하여 상기 3개의 색 분리면 중 어느 하나의 색 분리면, 상기 반사 평면, 인접한 다른 하나의 색 분리면, 상기 반사 평면, 나머지 하나의 색 분리면 순서의 광경로를 따라 진행하면서 3개의 다른 색광으로 순차 분리되는 것을 특징으로 하는 컬러 표시 장치.The white light input to the color wheel corresponds to a color separation surface of any one of the three color separation surfaces, the reflection plane, another adjacent color separation surface, the reflection plane, and the other one corresponding to the rotation direction of the color wheel. A color display device characterized by being sequentially separated into three different color light while traveling along the optical path of the color separation surface order. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 입사광을 평행 시준(視準)하는 콜리메이션 렌즈를 더 포함하되,Further comprising a collimation lens for collimating the incident light in parallel, 상기 광원으로부터 출력된 상기 백색광은 상기 콜리메이션 렌즈를 거쳐 상기 컬러 휠로 평행 입사되는 것을 특징으로 하는 컬러 표시 장치.And the white light output from the light source enters the color wheel in parallel through the collimation lens.
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