KR20100010137A

KR20100010137A - 프로젝션 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR20100010137A
Application number: KR1020080070996A
Authority: KR
Inventors: 유로프 빅토르; 아나톨리 렙척
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2008-07-22
Filing date: 2008-07-22
Publication date: 2010-02-01
Also published as: US20100020288A1

Abstract

서로 편광방향이 다른, 각각의 광을 출력하는 N(N은 2 이상의 자연수)개의 광원, 입사되는 광의 휘도를 변조하는 광변조기, 각각의 광을 광변조기의 동일 위치에 서로 다른 입사각으로 입사시키는 조명계 렌즈군, 광변조기로부터 변조되어 각각 출력되는 N개의 변조광을 집광하는 프로젝션 렌즈, N개의 변조광의 일부를 통과시키는 N슬릿 조리개 및 N개구를 통과하는 변조광을 각각 서로 다른 편광방향으로 필터링 하는 N개의 편광필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 장치가 제공된다. 본 발명에 의하면 본 발명에 따르면, 본 발명에 따르면, 스크린에 주사된 영상에 생기는 스페클 노이즈를 감소시킬 수 있다.

편광필터, 스페클 노이즈, 편광회전판, 조리개

Description

프로젝션 디스플레이 장치{Projection Display Apparatus}

본 발명은 프로젝션 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 스페클 노이즈를 감소시킨 프로젝션 디스플레이 장치에 관한 것이다.

레이저를 광원으로 사용하는 프로젝션 디스플레이 장치가 많이 보급되고 있다. 프로젝션 디스플레이 장치는 일반적인 LCD, PDP 등의 디스플레이로는 구현하기가 매우 어려운 초대형 영상으로부터 초소형 영상까지 구현할 수 있다는 장점이 있다.

그러나 이러한 프로젝션 디스플레이 장치는 레이저 광원을 픽셀별로 변조한 광을 스크린에 주사하여 영상을 구현하고 있기 때문에 스크린에서 직접 발광하는 다른 디스플레이 장치에 비하여 영상품질이 떨어진다는 단점을 가지고 있다.

이 중 하나가 레이저 프로젝션 디스플레이 장치 사용시 영상에 생기는 스페클 노이즈(Speckle noise) 또는 스페클 패턴(Speckle Pattern)이다.

인간의 눈은 분해능(resolution)에 있어서 유한한 한계를 가지고 있다. 눈을 통해 물체를 보는 경우, 눈은 분해능에 따라 물체를 다수의 점들로 양자화한다. 예를 들어, 특정 물체의 표면이 인간으로부터 3미터 정도의 간격을 가지고 앞에 있는 경우 인간의 눈은 표면을 각각 1mm의 직경을 가지는 점들로 분해하여 인지한다.

따라서 3미터 정도의 간격에서 스크린을 주시할 경우 스크린에서의 일 픽셀은1mm를 넘어서는 경우 많다. 따라서 일 픽셀내에 동일한 화소의 값이 아닌 스페클 패턴이 생기게 되면 이는 인간의 눈에 감지된다. 즉, 영상에는 노이즈가 되는 것이며 영상의 품질은 심각하게 저하된다.

특히 레이저 광은 간섭성(Coherence)을 가지고 있기 때문에 스크린에는 다수의 간섭(Interfernet) 무늬가 발생하고 부늬의 간격이 1mm를 넘어서게 되면 사용자는 이를 노이즈로 인식하게 된다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 하나의 컬러 당 복수의 레이저를 사용하고 각각의 레이저로부터 출력되는 광을 서로 수직으로 편광 시켜 스페클 노이즈를 저감시키는 프로젝션 디스플레이 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이외의 본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 보다 명확해질 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 프로젝션 디스플레이 장치가 제공된다.

프로젝션 디스플레이 장치에 있어서, 서로 편광방향이 다른, 각각의 광을 출력하는 N(N은 2 이상의 자연수)개의 광원; 입사되는 광의 휘도를 변조하는 광변조기; 상기 각각의 광을 상기 광변조기의 동일 위치에 서로 다른 입사각으로 입사시키는 조명계 렌즈군; 상기 광변조기로부터 변조되어 각각 출력되는 N개의 변조광을 집광하는 프로젝션 렌즈; 상기 N개의 변조광의 일부를 통과시키는 N슬릿 조리개; 및 상기 N개구를 통과하는 변조광을 각각 서로 다른 편광방향으로 필터링 하는 N개의 편광필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 장치가 제공된다.

상기 각각의 광의 편광방향은 서로 수직일 수 있다.

상기 조명계 렌즈군에는 콘덴서 렌즈군이 포함되고, 상기 두 개의 광원은 상기 콘덴서 렌상기 콘덴서 렌즈의 곡면 중 서로 다른 부분을 통과하도록 배치될 수 있다.

상기 N슬릿 조리개는 이중 슬릿 조리개이며, 상기 편광필터는 상기 이중 슬릿 각각에 형성되어 일 편광방향의 변조광만을 통과시키되, 상기 편광필터가 통과시키는 상기 변조광의 일 편광방향은 서로 수직일 수 있다.

상기 N개의 광원은 각각 동일한 컬러의 광을 동일한 출력으로 출력할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 프로젝션 디스플레이 장치에 있어서, 동일한 광을 각각 출력하는 N(N은 2 이상의 자연수)개의 광원; 상기 N개의 광원으로부터 출력되는 N개의 광 중 일부를 편광시켜 상기 N개의광이 서로 다른 편광방향을 갖도록 하는 편광회전판; 입사되는 광의 휘도를 변조하는 광변조기; 상기 N개의 광을 상기 광변조기의 동일 위치에 서로 다른 입사각으로 입사시키는 조명계 렌즈; 상기 광변조기로부터 변조되어 각각 출력되는 N개의 변조광을 집광하는 프로젝션 렌즈; 상기 N개의 변조광의 일부를 통과시키는 N슬릿 조리개; 및 상기 N개구를 통과하는 변조광을 각각 서로 다른 편광방향으로 필터링 하는 N개의 편광필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 장치가 제공된다.

상기 N은 2인 경우, 상기 2개의 광원은 동일한 일 편광방향을 갖는 광을 각각 출력하고, 상기 편광회전판은 2개의 광 중 하나를 수직으로 편광시킬 수 있다.

상기 편광회전판은 HWP(Half Wave Plate)일 수 있다.

상기 조명계 렌즈는 콘덴서 렌즈를 포함하되, 상기 편광회전판은 상기 2개의 광원 중 어느 하나와 상기 조명계 렌즈 사이에 배치될 수 있다.

상기 조명계 렌즈는 콘덴서 렌즈를 포함하고, 상기 두 개의 광원은 상기 콘덴서 렌상기 콘덴서 렌즈의 곡면 중 서로 다른 부분을 통과하도록 배치되되, 상기 편광회전판은 상기 서로 다른 부분 중 일 부분이 통화하는 광의 진행경로상에 배치될 수 있다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 스크린에 주사된 영상에 생기 는 스페클 노이즈를 감소시킬 수 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.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 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 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이 해되어야 할 것이다.

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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝션 디스플레이 장치를 나타낸 도 면이다.

도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝션 디스플레이 장치는 레이저 광원(150), 조명계 렌즈(160), 광변조기(Optical Modulator)(170), 프로젝트 렌즈(180), 스캐너(190)를 포함한다.

레이저 광원(150)은 레이저 다이오드(Laser Diode)나 고체 레이저 또는 기체 레이저, 액체 레이저일 수 있으며 레이저의 종류에 한정되는 것은 아니다.

조명계 렌즈(160)는 콘덴서 렌즈(Condenser Lens), 시준렌즈(Collimating Lens), 실린더 렌즈(Cylinder Lens) 등을 포함할 수 있다. 콘덴서 렌즈는 광원으로부터 방사되는 광을 집광하는 기능을 수행하며, 시준렌즈는 집광된 광을 평행광으로 시준하는 기능을 수행한다. 평행광은 진행광의 광속(Light Stream)이 모두 평행하게 진행하는 광을 의미한다.

실린더 렌즈는 본 발명의 프로젝션 디스플레이 장치에 포함되는 광변조기(170)가 1차원 광변조기인 경우 1차원의 선형광을 광변조기로 입사시켜야 하기 때문에 시준된 광을 선형광으로 변형시키는 광학소자이다.

1차원 광변조기(170)는 복수개의 마이크로 미러가 일 차원으로 배열된 선 모양의 형태를 이룰 수 있다. 즉, 각각의 마이크로 미러는 스크린(195)에 디스플레이 되는 화상에서 의 각 픽셀에 해당하며, 복수개의 마이크로 미러가 선 모양으로 배열되어 광변조기(170)를 구성한다. 각각의 마이크로 미러는 광변조기의 종류에 따라서 다양하게 구성 및 배치될 수 있으며 이에 따라 본 발명의 냉각부를 가지는 광변조기가 한정되는 것은 아니다.

광변조기 중에서 하나의 실시예에 해당하는 광을 변조하는 상하부 반사층을 포함하는 광변조기의 구조에 대해서는 도 2를 참조하여 후술하도록 한다.

광변조기(170)를 구성하는 픽셀단위의 마이크로 미러에 점형의 광을 각각 입력하는 것이 아니라 선 모양의 광변조기(170)에 선형광을 시분할적으로 입력하면 각각의 마이크로 미러가 광을 변조하고 복수개의 마이크로 미러로 구성된 광변조기(170)는 변조된 일 차원의 선형광을 출력할 수 있게 된다.

광변조기(170) 전체에서 출력되는 변조광은 프로젝션 렌즈(180)을 통과하고, 스캐너에 포함되는 거울에 반사되어 최종적으로 스크린(195) 상에서 하나의 선형 주사선을 나타낸다. 이 선형 주사선이 스크린(195) 상에서 순차적으로 주사(스캐닝)되게 되면 완성된 2차원 평면화상을 구성할 수 있다.

즉, 광변조기(170)에서 변조된 광은 광 투사부(180)를 거쳐서 스캐너(190)에 입력되고 스캐너(190)는 스크린(195)에 선형광을 일정 방향으로 투사하여 평면화상을 이루도록 한다.

즉, 스캐너(190)는 광변조기(170)로부터 변조되어 출력된 변조광을 소정 각도로 반사시켜 스크린(195)에 투사한다. 예를 들어, 수직방향의 광변조기(170)에서 출력된 선형광을 스크린(195)의 수평방향으로 스캐닝 하게 되면 2차원의 평면 화상이 완성된다. 이는 도 4를 통하여 상세히 후술하도록 한다.

이때 소정 각도는 영상 제어부(미도시)로부터 입력되는 스캐너 제어 신호에 의해 정해진다. 스캐너 제어 신호는 영상 제어 신호와 동기하여 영상 제어 신호에 상응하는 스크린(195)상의 수직 주사선(또는 수평 주사선) 위치에 변조된 선형광이 투사될 수 있는 각도로 스캐너(190)를 회전시킨다. 즉, 스캐너 제어 신호는 구동각 및 구동속도에 대한 정보를 포함하고 있으며, 구동각 및 구동속도에 따라 스캐너(190)는 특정 시점에 특정 위치에 위치하게 된다. 스캐너(190)는 폴리곤 미러(Polygon Mirror), 회전바(Rotating bar) 또는 갈바노 미러(Galvano Mirror) 등일 수 있다.

도 1에는 도시하지 아니하였으나 위에서 설명한 레이저 광원(150), 광변조기(170) 및 스캐너(190) 등은 영상 제어부에 의하여 제어될 수 있다. 즉 영상 제어부는 마이크로 프로세서를 포함할 수 있으며 디스플레이 내부의 소자들과 전기적으로 연결되어 이들을 제어하는 신호를 출력할 수 있다.

또한 영상제어부는 스캐너 제어신호를 스캐너로 전달하여 스캐너가 광변조기(170)로부터 출력된 일차원 영상을 좌측에서 우측으로 스캐닝 하는 것을 제어할 수 있는데 이는 위에서 설명한 바와 같다.

또한 영상제어부는 광변조기(170)를 구성하는 각각의 마이크로 미러의 위치를 영상신호에 대응되도록 변화시켜 원하는 명도를 가지는 일차원 영상을 생성하도록 제어할 수 있다.

본 발명의 프로젝션 디스플레이 장치는 레이저 광원을 이용하기 때문에 스크린의 영상에 스페클 노이즈가 생길 수 있다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이 레이저는 코히런트 광(Coherent Light)으로써 영상에 스페클 노이즈(Speckle noise)가 생기게 하며 인간의 시각이 이를 인지할 수 있을 정도가 되면 영상의 품질은 급격히 하강한다.

따라서 본 발명의 프로젝션 디스플레이 장치는 레이저 광원을 컬러 별로 하나가 아니라 여러 개를 사용한다. 예를 들어 레이저 다이오드 어레이(LD Array)를 사용한다. 복수의 레이저 다이오드 어레이를 사용하되, 스크린 상에서는 중첩되도록 한다.

이 경우 중첩되는 광은 편광방향만이 다른 동일한 색상의 광이며 N개의 광이 스크린 상에서 겹쳐지면서 스페클 노이즈는

배 감소한다. 즉, 스페클 노이즈는 N개의 무상관(Uncorrelated) 스페클 노이즈가 중첩되면 영상의 스페클 노이즈는

을 감소인자로 하여 감소되는 것으로 알려져 있다.

따라서 본 발명의 프로젝션 디스플레이 장치는 레이저 다이오드를 이용하되, 동일한 복수의 광을 스크린의 동일한 위치에 주사하되, 서로 무상관한 광을 주사하기 위하여 편광회전판 및 편광필터를 프로젝션 디스플레이 장치에 포함시킨다. 편광회전판의 배치 및 특징에 대하여는 도 4 및 도 5에서 상세히 설명하도록 한다.

이하에서는 도 2 및 도 3을 통하여 본 발명의 프로젝션 디스플레이 장치에 포함되는 1차원 광변조기의 구성 및 구동원리에 대하여 먼저 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝션 디스플레이 장치에 포함되는 광변조기를 구성하는 마이크로 미러의 형상을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 광변조기(170)를 구성하는 일렬로 배열된 복수개의 마이크로 미러들 중 하나의 마이크로 미러를 나타내는 도면으로써 기판(210), 절연 층(220), 희생층(230), 리본 구조물(240) 및 압전체(250)를 포함하는 마이크로 미러가 도시되어 있다.

기판(210)은 일반적으로 사용되는 반도체 기판이며, 절연층(220)은 식각 정지층(etch stop layer)으로서 증착되며, 희생층으로 사용되는 물질을 식각하는 에천트(여기서 에천트는 식각 가스 또는 식각 용액임)에 대해서 선택비가 높은 물질로 형성된다. 여기서 절연층(220) 상에는 입사광을 반사하기 위해 반사층(220(a))이 형성될 수 있다.

희생층(230)은 리본 구조물(240)이 절연층(220)과 일정한 간격으로 이격될 수 있도록 양 사이드에서 리본 구조물(240)을 지지하고, 중심부에서 공간(Space)을 형성하는 역할을 한다.

리본 구조물(240)은 상술한 바와 같이 입사광에 대하여 회절 및 간섭을 일으켜서 신호를 광변조하는 역할을 한다. 리본 구조물(240)의 형태는 상술한 바와 같이 복수의 리본 형상으로 구성될 수도 있고, 리본의 중심부에 하나 이상의 오픈홀(240(b))을 구비할 수도 있다. 또한, 압전체(250)는 상부 및 하부 전극간의 전압차에 의해 발생하는 상하 또는 좌우의 수축 또는 팽창 정도에 따라 리본 구조물(240)을 상하로 움직이도록 제어한다. 여기서, 반사층(220(a))은 리본 구조물(240)에 형성된 홀(240(b))에 대응하여 형성된다.

예를 들면, 빛의 파장이 λ인 경우, 리본 구조물(240)에 형성된 상부 반사층(240(a))과 절연층(220)에 형성된 하부 반사층(220(a)) 간의 간격이(2ℓ)λ/4(ℓ은 자연수)가 되도록 하는 제1전압이 압전체(250)에 인가된다. 이 경우 0차 회절광 의 경우 상부 반사층(240(a))으로부터 반사된 광과 하부 반사층(220(a))으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 ℓλ와 같아서 보강 간섭을 하여 변조광은 최대 휘도를 가진다. 여기서, +1차 및 -1차 회절광의 경우 광의 밝기는 상쇄 간섭에 의해 최소값을 가진다.

또한, 리본 구조물(240)에 형성된 상부 반사층(240(a))과 절연층(220)에 형성된 하부 반사층(220(a)) 간의 간격이 (2ℓ+1)λ/4(ℓ은 자연수)가 되도록 하는 제2 전압이 압전체(250)에 인가된다. 이 경우 0차 회절광의 경우 상부 반사층(240(a))으로부터 반사된 광과 하부 반사층(220(a))으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 (2ℓ+1)λ/2와 같아서 상쇄 간섭을 하여 변조광은 최소 휘도를 가진다. 여기서, +1차 및 -1차 회절광의 경우 보강 간섭에 의해 광의 휘도는 최대값을 가진다.

이러한 간섭의 결과, 마이크로 미러는 회절광의 광량을 조절하여 하나의 픽셀에 대한 신호를 빛에 실을 수 있다. 이상에서는, 리본 구조물(240)과 절연층(220) 간의 간격이 (2ℓ)λ/4 또는 (2ℓ+1)λ/4인 경우를 설명하였다. 하지만, 리본 구조물(240)과 절연층(220) 간의 간격을 조절하여 입사광의 회절, 반사에 의해 간섭되는 광의 휘도를 조절할 수 있는 다양한 실시예가 본 발명에 적용될 수 있음은 당연하다.

또한, 도 2에서는 회절형 광변조기(170)를 중심으로 설명하였으나 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝션 디스플레이 장치에 포함되는 광변조기에 불과하며 투과형, 반사형의 광변조기로 대체될 수 있음은 자명하다.

또한, 도 2에서는 압전 방식의 광변조기를 중심으로 설명하였으나, 이는 본 발명에 사용되는 광변조기의 일 예에 불과하며, 정전 방식의 광변조기로 대체될 수 있음은 자명하다.

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝션 디스플레이 장치에 포함되는 광변조기를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 광변조기(170)는 각각 제1픽셀(pixel #1), 제2 픽셀(pixel #2), …, 제m 픽셀(pixel #m)을 담당하는 m개의 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-m)로 구성된다. 광변조기(170)는 수직 주사선 또는 수평 주사선(여기서, 수직 주사선 또는 수평 주사선은 m개의 픽셀로 구성되는 것으로 가정함)의 1차원 영상에 대한 영상 정보를 담당하며, 각 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-m)는 수직 주사선 또는 수평 주사선을 구성하는 m개의 픽셀 중 하나씩의 픽셀을 담당한다.

이러한 수직 주사선 또는 수평 주사선은 도 3에 도시된 바와 같이 마이크로 미러를 일렬로 배치한 길이방향의 선형광(Line Beam)이 조명계 렌즈(160)로부터 출사되어 광변조기에 입사되면서 변조된 광이다.

따라서, 광변조기의 경우 조명계(160)로부터 조사되는 선형광의 크기가 정확히 제어되어야만 영상정보에 상응하는 변조광을 정확히 출력할 수 잇다.

각각의 마이크로 미러에서 반사 및/또는 회절된 광은 이후 스캐너(190)에 의해 스크린(195)에 2차원 영상으로 투사된다. 예를 들면, VGA 640ㅧ480 해상도의 경우 480개의 수직 픽셀에 대해 스캐너(190)의 한 면에서 640번 모듈레이션을 하여 광 스캔 장치의 한 면당 스크린(195) 1 프레임이 생성된다.

본 실시예에서 리본 구조물(240)에 형성된 홀(240(b)-1)은 2개인 것으로 가정한다. 2개의 홀(240(b)-1)로 인하여 리본 구조물(240) 상부에는 3개의 상부 반사층(240(a)-1)이 형성된다. 절연층(220)에는 2개의 홀(240(b)-1)에 상응하여 2개의 하부 반사층이 형성된다. 그리고 제1픽셀(pixel #1)과 제2 픽셀(pixel #2) 사이의 간격에 의한 부분에 상응하여 절연층(220)에는 또 하나의 하부 반사층이 형성된다. 따라서, 각 픽셀당 상부 반사층(240(a)-1)과 하부 반사층의 개수는 3개로 동일하게 되며, 변조광(0차 회절광 또는 ㅁ1차 회절광)을 이용하여 변조광의 밝기를 조절하는 것이 가능하다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 프로젝션 디스플레이 장치의 구성을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 프로젝션 디스플레이 장치는 광원(400, 405), 조명계 렌즈(420), 광변조기(430), 프로젝션 렌즈(440), 조리개(Diaphragm, 450)를 포함한다.

광변조기(430)가 도 2 및 도 3에서 설명한 1차원 광변조기인 경우 스크린 상에서 2차원 영상을 표시하기 위해서 프로젝션 디스플레이 장치에 갈바노 미러와 같은 스캐닝 장치가 더 포함될 수 있음은 도 1에서 설명한 바와 같다. 다만 이하에서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있으므로 스캐닝 장치의 구성에 대하여는 그 설명을 생략하도록 한다.

본 발명의 디스플레이장치에 포함되는 광원(400, 405)은 레이저 다이오드(LD : Laser Diode)일 수 있으나 도 1에서 설명한 바와 같이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 4에는 프로젝션 디스플레이 장치가 광원을 두 개(LD 1, LD2) 포함하는 것으로 도시되어 있으나 광원의 수는 이에 한정되지 않으며 이하에서는 설명의 편의를 위하여 LD 1(400), LD2(405) 두 개의 광원이 포함된 경우를 가정하여 설명하도록 한다.

LD1(400) 과 LD 2(405)는 광원의 위치만이 상이할 뿐 컬러, 파워 등의 광특성이 모두 동일한 광을 출력한다. 다만, LD 1(400)과 LD 2(405)에서 출력되는 광은 동일한 편광방향을 가진 광이다.

예를 들어, LD1(400)과 LD2(405)는 광의 진행방향을 축으로 하여 3시-9시 방향(Horizontal, H)으로 편광된 광을 출력할 수 있다. 이는 LD1(400)과 LD2(405)의 전면에 편광필터를 부착하는 등의 방법을 이용하여 일 방향으로 편광된 광이 출력되도록 할 수 있다.

이 경우 LD1(400) 및 LD2(405)가 서로 인접하도록 구성하여 LD 1(400)과 LD 2(405)의 전면에 일체로 구성된 편광필터를 부착하면 일 방향으로 편광된 두 개의 광이 각각 LD 1(400)과 LD 2(405)로부터 출력되어 진행할 수 있다.

LD1(400) 과 LD 2(405)로부터 출력된 광은 조명계 렌즈(420)로 진행한다.

조명계 렌즈에는 콘덴서 렌즈, 시준렌즈, 실린더 렌즈를 포함할 수 있다. 콘덴서 렌즈는 LD 1(400)과 LD2(405)로부터 방사되는 광을 집광하는 기능을 수행한 다.

콘덴서 렌즈는 LD1(400) 과 LD 2(405)로부터 출력되는 광이 콘덴서 렌즈 면의 각각 다른 면을 통과하도록 배치될 수 있다. 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이 콘덴서 렌즈의 광축을 기준으로, 광축의 상면으로는 LD1으로부터 출력되는 광이 통과되고, 광축의 하면으로는 LD2로부터 출력되는 광이 통과된다.

콘덴서 렌즈는 광축을 기준으로 대칭형상을 가지며, 광축의 상면과 하면을 통과하는 광은 각각 진행하여 시준렌즈 및 실린더 렌즈를 통과하여 광변조기(430)로 입사된다.

본 발명의 일 실시예에 의한 프로젝션 디스플레이 장치 내에는 편광회전판(410)이 콘덴서 렌즈와 시준렌즈 사이에 위치할 수 있다. 편광회전판(410)은 콘덴서 렌즈의 통과하는 LD 1(400)으로부터 출력된 광(실선으로 표시됨) 및 LD 2(405)로부터의 출력된 광(점선으로 표시됨) 중 어느 하나의 광만을 편광 시키도록 배치된다. 도 4에서는 LD 1(400)에서 출력된 광만이 편광회전판(410)을 통과하도록 배치된다.

LD 1(400)과 LD 2(405)로부터 각각 출력된 광은 이미 모두 같은 방향으로 편광(위의 예에서는 Horizontal)된 광이므로 두 광 중에서 하나의 광만이 편광 되면, 두 광은 서로 다른 편광방향을 갖게 된다.

예를 들어 편광회전판(410)은 HWP(Half Wave Plate, 반파장판)일 수 있다. HWP는 겹굴절을 일으키는 광학적 비등방성 결정체로 만든 얇은 보정판의 일종이다. HWP에 일 방향으로 편광된 광이 통과하면 편광면(진동면)을 기준으로 광의 편광방 향이

만큼 회전한다. 즉, 90도 회전한다.

따라서, 도 4에서 LD 1으로부터 출력된 광은 HWP(410)를 통과하면서 본래의 편광방향이 수직으로 회전(12시-6시 방향, Vertical, V)하게 되고, 따라서 LD 1(400)으로부터 진행하는 광과 LD 2(405)로부터 진행하는 광은 서로 수직인 편광방향을 갖는다.

따라서, 광의 진행 경로상에서 HWP(410) 이후에는 LD 1(400)으로부터 진행하는 광과 LD 2(405)로부터 진행하는 광의 편광방향이 달라 서로 간섭(Interference)하지 않는다.

이 후 두 광은 광변조기(430)로 입사된다.

광변조기(430)가 도 2 및 도 3에서 설명한 바와 같이 일차원 광변조기(170)인 경우 광은 실린더 렌즈를 통과하여 선형광으로 변형된 후 광변조기(170)에 포함되는 복수의 마이크로 미러로 입사된다.

두 광은 서로 다른 위치의 LD 1(400) 및 LD 2(405)로부터 출사되어 조명계 렌즈(420)를 지나 광변조기(430)로 입사되므로 입사각은 각각 다르다. 따라서 두 광의 광의 진행방향은 도 4의 좌측에서 우측으로 진행하지만 구 진행경로는 동일하지 않다.

광변조기(430)로부터 픽셀단위로 변조된 변조광은 광의 휘도만이 변조됨으로 서로 다른 편광방향을 갖는 두 개의 변조광이 광변조기(430)로부터 출력되어 프로젝트 렌즈(440)로 향한다. 두 개의 변조광은 서로 다른 편광방향을 갖을 뿐 동일한 픽셀단위로 동일하게 휘도값이 변조된다.

프로젝트 렌즈(440)를 통과한 두 변조광은 조리개(450)를 통과한다. 조리개(450)는 두 개의 슬릿(Slit)을 가지는 이중 슬릿 조리개일 수 있다. 슬릿의 위치는 LD 1(400)으로부터 출력된 광(실선으로 표시됨)과 LD 2(405)로부터의 출력된 광(점선으로 표시됨)이 서로 다른 위치에서 통과될 수 있는 위치에 형성될 수 있다.

각 슬릿의 배면에는 편광필터가 배치될 수 있다. 각각의 편광필터는 서로 다른 방향으로 편광된 광을 통과시키도록 구성된다. 예를 들어, 도 4를 기준으로 상부의 편광필터(460)는 LD 1(400)으로부터 출력되어 진행하는 광(실선으로 표시됨)만을 통과시키는 수평차단 필터(Horizontal Block Filter)필터일 수 있다. 따라서 수평으로 편광(Horizontal)된 LD 2(405)로부터 진행되는 광(점선으로 표시됨)은 수평차단 필터(460)를 통과하지 못한다.

이와 반대로 하부의 편광필터(470)는 LD 2(405)로부터 진행되는 광(점선으로 표시됨)만을 통과시키는 수직차단 필터(Vertical Block Filter)일 수 있다. 즉, 편광회전판에 의하여 편광방향이 회전된 광(LD 1으로부터 진행된 광)은 수직차단 필터(470)에 의하여 통과되지 못한다.

조리개를 통과한 두 개의 광은 서로 다른 편광방향을 갖을 뿐, 픽셀단위의 휘도값 및 출력이 모두 동일한 광이다.

따라서 두 광은 스크린 상에서 겹쳐지게 된다. 두 광이 조리개의 슬릿을 통과하는 위치는 다르나 양 슬릿간의 차는 매우 작으므로 슬릿을 통과한 광은 스크린에 확대 조사되면서 겹쳐지게 된다.

서로 수직인 편광방향을 갖는 두 개의 동일한 광이 스크린에 조사되면서 상술한 스페클 노이즈가 저감된다. 즉, 간섭성이 있는 레이저 광을 이용한 프로젝션 디스플레이 장치에서 문제되어 왔던 스페클 노이즈를

배 만큼 감소 시킬 수 있다.

따라서 N 개의 광원을 이용하는 경우에는 스페클 노이즈가

배 만큼 감소될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 프로젝션 디스플레이 장치의 구성을 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 도 4의 프로젝션 디스플레이 장치와 비교하여, 편광회전판이 생략되어 있는 것을 뿐 나머지 구성은 동일하다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 프로젝션 디스플레이 장치에 포함된 LD 1(500)과 LD 2(505)는 동일 휘도, 동일 컬러의 광을 각각 출력하되, 서로 수직으로 편광된 광을 출력한다.

따라서 편광회전판이 생략되더라도 서로 수직편광 된 두 광이 조명계 렌즈(420), 광변조기(430) 및 프로젝션 렌즈(440)를 통과한다. 예를 들어 LD 1(500)으로부터는 수직편광(Vertical)된 광(실선으로 표시)이 출력되어 조명계 렌즈(420)를 통과하여 광변조기(430)에 입사되며, LD 2(505)로부터 수직편광(Vertical)된 광(점선으로 표시)된 광도 동일한 조명계 렌즈(420)를 거쳐 광변조기(430)에 입사된다. 두 광은 조명계에 의하여 광변조기(430)의 동일한 위치에 입사되므로 픽셀 별로 동일하게 변조된다.

다만, LD 1(500)과 LD 2(505)가 인접해 있더라도 광 출력 위치가 상이하므로 입사각에서 차이가 날 뿐이다.

상술한 바와 같이 동일하게 휘도값이 변조된 두 광은 조리개(450)의 슬릿을 통과하는데 슬릿에는 각각 편광방향이 수직인 광을 차단하는 수직차단 필터(470)와 수평차단 필터(460)가 위치하여 각각 일 편광방향의 광만을 통과시킨다.

따라서 도 4에서 설명한 바와 같이 스크린에서는 서로 다른 편광방향을 갖는 두 광이 겹쳐져 조사되며 스페클 노이즈는

배 만큼 감소된다.

도 2 및 도 3에서 설명한 바와 같이 광변조기(430)가 1차원 광변조기(170)인 경우 스크린에는 1차원의 영상이 표시되므로 이를 순차주사 할 수 있도록 하는 스캐닝 장치를 더 포함할 수 있다. 스캐닝 장치는 조리개(450)와 스크린(미도시) 사이에 위치할 수 있으며 스캐닝 장치를 제어하는 별도의 제어회로에 의하여 1차원 영상의 수직방향으로 두 변조광을 스캐닝 할 수 있다. 따라서 스크린에는 스페클 노이즈가 감소된 영상이 출력될 수 있다.

또한 동일한 화소값을 갖는 두 개의 광이 스크린 상에서 중첩됨으로써 영상의밝기도 밝아지는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝션 디스플레이 장치를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝션 디스플레이 장치에 포함되는 광변조기를 구성하는 마이크로 미러의 형상을 나타낸 도면.

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝션 디스플레이 장치에 포함되는 광변조기를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 프로젝션 디스플레이 장치의 구성을 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 프로젝션 디스플레이 장치의 구성을 나타낸 도면.

Claims

프로젝션 디스플레이 장치에 있어서,

광의 휘도를 변조하는 광변조기;

서로 편광방향이 다른, 각각의 광을 출력하는 N(N은 2 이상의 자연수)개의 광원;

상기 각각의 광을 상기 광변조기의 동일 위치에 서로 다른 입사각으로 입사시키는 조명계 렌즈군;

상기 광변조기로부터 변조되어 각각 출력되는 N개의 변조광을 집광하는 프로젝션 렌즈;

상기 N개의 변조광의 일부를 통과시키는 N슬릿 조리개; 및

상기 N개구를 통과하는 변조광을 각각 서로 다른 편광방향으로 필터링 하는 N개의 편광필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,

상기 N이 2인 경우,

상기 각각의 광의 편광방향은 서로 수직인 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 장치.
제2항에 있어서,

상기 조명계 렌즈군에는 콘덴서 렌즈군이 포함되고,

상기 두 개의 광원은 상기 콘덴서 렌즈의 곡면 중 서로 다른 부분을 통과하도록 배치된 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 장치.
제2항에 있어서,

상기 N슬릿 조리개는 이중 슬릿 조리개이며,

상기 편광필터는 상기 이중 슬릿 각각에 형성되어 일 편광방향의 변조광만을 통과시키되,

상기 편광필터가 통과시키는 상기 변조광의 일 편광방향은 서로 수직인 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 장치.
제1항에 있어서,

상기 N개의 광원은 각각 동일한 컬러의 광을 동일한 출력으로 출력하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 장치.
프로젝션 디스플레이 장치에 있어서,

동일한 광을 각각 출력하는 N(N은 2 이상의 자연수)개의 광원;

상기 N개의 광원으로부터 출력되는 N개의 광 중 일부를 편광시켜 상기 N개의광이 서로 다른 편광방향을 갖도록 하는 편광회전판;

입사되는 광의 휘도를 변조하는 광변조기;

상기 N개의 광을 상기 광변조기의 동일 위치에 서로 다른 입사각으로 입사시키는 조명계 렌즈;

상기 광변조기로부터 변조되어 각각 출력되는 N개의 변조광을 집광하는 프로젝션 렌즈;

상기 N개의 변조광의 일부를 통과시키는 N슬릿 조리개; 및

상기 N개구를 통과하는 변조광을 각각 서로 다른 편광방향으로 필터링 하는 N개의 편광필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 장치.
제6항에 있어서,

상기 N은 2인 경우,

상기 2개의 광원은 동일한 일 편광방향을 갖는 광을 각각 출력하고,

상기 편광회전판은 2개의 광 중 하나를 수직으로 편광시키는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 장치.
제7항에 있어서,

상기 편광회전판은 HWP(Half Wave Plate)인 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 장치.
제7항에 있어서,

상기 조명계 렌즈는 콘덴서 렌즈를 포함하되,

상기 편광회전판은 상기 2개의 광원 중 어느 하나와 상기 조명계 렌즈 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 장치.
제7항에 있어서,

상기 조명계 렌즈는 콘덴서 렌즈를 포함하고, 상기 두 개의 광원은 상기 콘덴서 렌즈의 곡면 중 서로 다른 부분을 통과하도록 배치되되,

상기 편광회전판은 상기 서로 다른 부분 중 일 부분이 통화하는 광의 진행경로상에 배치된 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이 장치.