KR20090016368A

KR20090016368A - 색 분리 장치 및 이를 이용한 컬러 표시 장치

Info

Publication number: KR20090016368A
Application number: KR1020070080950A
Authority: KR
Inventors: 이연호
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2009-02-13

Abstract

색 분리 장치 및 이를 이용한 컬러 표시 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 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 제공된다. 본 발명에 의하면 색 분리시 광 손실을 최소화하여 고효율의 색 분리 장치 및 컬러 디스플레이 장치를 제공할 수 있음은 물론, 고속 동작에 보다 적합하며 전체 광학 시스템, 컬러 표시 장치의 구성을 보다 단순화시킬 수 있는 효과가 있다.

컬러 표시 장치, 색 분리 장치, 컬러 휠, 반사 평면.

Description

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

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.

여기서, 상기 컬러 휠에는 상기 순차 배치된 N개의 색 분리면이 반복되어 순환 배열될 수 있다.

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.

여기서, 상기 N개의 색 분리면은 각각 동일 면적을 갖도록 설계될 수 있다. 또한, 상기 반사 평면은 평면 거울로 구현될 수 있다.

여기서, 상기 반사 평면은 상기 색 분리면에 평행 배치될 수 있다.

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.

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.

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.

여기서, 상기 컬러 휠로 입력되는 상기 백색광의 광축은 상기 색 분리면의 법선을 기준으로 소정 각도만큼 경사지도록 설정될 수 있다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

또한, 본 발명은 컬러 휠의 고속 회전이 가능하며 이러한 고속 회전에 의해서도 소음을 획기적으로 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

이하, 본 발명의 색 분리 장치를 이용한 색광의 분리 과정을 도 5 및 도 6을 참조하여 그 시간적 순서에 따라 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

도 1은 종래 기술에 따른 컬러 휠을 이용한 컬러 표시 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면.

도 2는 종래 기술에 따른 컬러 휠의 형태를 나타낸 도면.

도 3은 도 2에 도시된 컬러 휠을 이용한 색 분리 과정을 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 색 분리 장치에 이용 가능한 컬러 휠의 일 예를 나타낸 도면.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 색 분리 장치를 이용한 색 분리 과정을 설명하기 위한 도면.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 색 분리 장치에 의해 분리된 색광이 스크린 상에 결상되는 과정을 설명하기 위한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 광원 20, 120 : 컬러 휠

30 : 콜리메이션 렌즈 130 : 반사 평면

40, 140 : 광변조기 50 : 광투사 장치

60 : 스크린

Claims

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 평면

을 포함하는 것을 특징으로 하는 색 분리 장치.
제1항에 있어서,

상기 컬러 휠에는 상기 순차 배치된 N개의 색 분리면이 반복되어 순환 배열되는 것을 특징으로 하는 색 분리 장치.
제1항에 있어서,

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.
제3항에 있어서,

상기 광학 필터는 다이크로익 필터인 것을 특징으로 하는 색 분리 장치.
제1항에 있어서,

상기 N개의 색 분리면은 각각 동일 면적을 갖도록 설계되는 것을 특징으로 하는 색 분리 장치.
제1항에 있어서,

상기 반사 평면은 평면 거울로 구현되는 것을 특징으로 하는 색 분리 장치.
제1항에 있어서,

상기 반사 평면은 상기 색 분리면에 평행 배치되는 것을 특징으로 하는 색 분리 장치.
제1항에 있어서,

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.
제1항에 있어서,

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 대응되는 것을 특징으로 하는 색 분리 장치.
제1항에 있어서,

상기 컬러 휠에는 3개의 색 분리면이 순차 배치되고, 상기 컬러 휠은 일 방 향으로 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 분리되는 것을 특징으로 하는 색 분리 장치.
제1항에 있어서,

상기 컬러 휠로 입력되는 상기 백색광의 광축은 상기 색 분리면의 법선을 기준으로 소정 각도만큼 경사지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 색 분리 장치.
제1항에 있어서,

입사광을 평행 시준(視準)하는 콜리메이션 렌즈를 더 포함하되,

상기 백색광은 상기 콜리메이션 렌즈를 거쳐 상기 컬러 휠로 평행 입사되는 것을 특징으로 하는 색 분리 장치.
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 광변조시켜 변조광을 생성 출력하는 광변조기; 및

상기 광변조기로부터 출력된 변조광을 화면 상에 투사하는 광투사 장치

를 포함하는 컬러 표시 장치.
제13항에 있어서,

상기 컬러 휠에는 상기 순차 배치된 N개의 색 분리면이 반복되어 순환 배열되는 것을 특징으로 하는 컬러 표시 장치.
제13항에 있어서,

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.
제13항에 있어서,

상기 반사 평면은 상기 색 분리면에 평행 배치되는 것을 특징으로 하는 컬러 표시 장치.
제13항에 있어서,

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.
제13항에 있어서,

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 대응되는 것을 특징으로 하는 컬러 표시 장치.
제13항에 있어서,

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 분리되는 것을 특징으로 하는 컬러 표시 장치.
제13항에 있어서,

입사광을 평행 시준(視準)하는 콜리메이션 렌즈를 더 포함하되,

상기 광원으로부터 출력된 상기 백색광은 상기 콜리메이션 렌즈를 거쳐 상기 컬러 휠로 평행 입사되는 것을 특징으로 하는 컬러 표시 장치.