KR100384570B1

KR100384570B1 - 고해상도감색투사시스템

Info

Publication number: KR100384570B1
Application number: KR1019960706655A
Authority: KR
Inventors: 디. 라슨 브렌트
Original assignee: 하니웰 인코포레이티드
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1995-05-31
Publication date: 2003-08-21
Also published as: EP0763306A1; JPH10501388A; EP0763306B1; DE69503375D1; JP3810792B2; US5594563A; WO1995033343A1; DE69503375T2; AU2606495A; CA2190132A1; KR970703681A

Abstract

다수의 적층된 디스플레이 패널들을 통해 고해상도 영상을 형성하기 위한 컬러 프로젝터. 컬러 프로젝터는 컬러 실상 또는 컬러 허상을 투사하기 위해 감색 기술을 사용한다. 패럴랙스 영향이 없는 고도로 포커싱 조정된 영상을 제공하기 위해, 다이크로닉 미러 어셈블리가 제공되어, 고해상도 포커싱 능력을 유지하면서 디스플레이 패널을 통과한 광을 반사하고 디스플레이 패널들 사이의 광로차를 보상한다. 광출력 평탄화 수단이 제공되어 추가되는 패럴랙스 영향을 제거한다. 영상에 적합한 포커싱을 제공하기 위해 고해상도 광학계가 다이크로닉 미러 어셈블리와 투사 스크린 사이에 제공된다.

Description

고해상도 감색 투사 시스템{HIGH RESOLUTION SUBTRACTIVE COLOR PROJECTION SYSTEM}

컴퓨터의 사용이 증가함에 따라, 액정 기술을 사용한 영상 프로젝터가 대형 스크린에 정보를 표시하기 위한 보다 일반적인 방법이 되고 있다. 또한, 여러 가지 새로운 기능을 실행하기 위한 옵션으로 헤드 장착식 디스플레이도 많이 사용되고 있다. 이러한 프로젝터는 일반적으로 조명원과, 영상을 형성하기 위한 다수의 픽셀을 지니는 하나 또는 복수의 액정 패널과, 영상을 스크린 상에 실상으로 포커싱하거나, 허상 디스플레이로 관측하기 위하여 영상을 콜리메이트(collimate)하는 광학계를 포함한다. 이와 같은 컬러 디스플레이의 해상도와 화상의 품질 요건은 계속 증가하고 있다.

대응하는 해상도의 손실없이 컬러를 표시하기 위하여, 프로젝터에는 감색 영상법이 사용된다. 감색 영상법은, 다른 영상 기술, 특히 컬러 사진 및 컬러 인쇄에서 정착된 방법이다. 감색 디스플레이는, 개별적인 LCD 패널 또는 다른 영상 소스들이 서로 적층되어 있고, 그 층 위에 백색광 스펙트럼이 입사된다. 가시 스펙트럼부분은, 바람직한 컬러를 생성하기 위해 각 LCD 패널에서 선택적으로 제거된다. 제거된 스펙트럼 부분은 흡수되거나 조명원쪽으로 반사된다. 적층 LCD 패널은, 투사된 영상이 3개의 패널에 의해 형성된 영상으로 합성되고, 대응하는 컬러 화소가 투사 영상 내에서 정렬되게 하기 위하여, 광 빔과 일치하도록 배치된다.

감색 영상의 화질은 많은 파라미터들의 함수이다. 컬러 화질은 우수할 수 있으나, 어떤 컬러 생성 기구를 사용했느냐에 따라 전체적인 영상 화질이 떨어질 수 있다. 그것은 영상 화질이 컬러 생성 기구에 대한 의존성이 높기 때문이다. 달성 가능한 픽셀 카운트는, 일반적으로 적당한 컨트라스트(contrast)와 그레이 스케일(gray scale) 성능이 달성할 수 있는 다중화율(multiplexing ratio)에 의해 결정된다. 예를 들면 단위당 인치(lpi)에서의 픽셀 밀도는, LCD 방법의 형태, 주어진 사이즈의 디스플레이에 대한 다중화비 및 디스플레이 패널에 확실하게 드라이브 접속하는 능력에 의해 제한된다.

감색 프로젝터의 적층 성질에는, 특별한 광학적 및 기하학적 고려 사항이 있다. 현대의 대부분의 디스플레이 기술로는, 사진 및 인쇄 컬러층과 같이, 각각의 층을 무시할 수 있을 정도로 얇게 만들 수 없다. 또한, 3개의 개별적인 컬러면을 동시에 포커싱하고, 패럴랙스 문제(parallax problem)를 제거하야 되는 등 특별한 시스템 요건도 고려해야 한다. 투사 시스템에서 적당한 해상도를 유지하는 것은 감색법의 경쟁력에 있어서 중요하다. 또한, 컴팩트 및 시스템 안정도는, 특히 헤드 장착식 디스플레이와 같이 폼 팩터(form factor) 용도가 중요한 장치에 있어서, 감색법이 다른 컬러 표시 방법을 능가하는 특성이라고 할 수 있으므로 그것들은 매우중요하다. 그 외에도, 디스플레이의 제조 비용을 최소화하는 것이 중요하다. 하나의 패널 대신에 3개의 패널을 사용하더라도 큰 비용이 들어가지 않도록, 그 제조비를 최소한으로 할 필요가 있다.

감색 영상을 관측 또는 투사하는 종래의 광학적 방법은, 비교적 지향성이 높은 광 또는 콜리메이트 광을 사용하는 것이다. 지향성 광이란, 조명에 의해 각도가 한정되는 것으로서, 주어진 전체 컬러(full color) 화소 또는 픽셀에 대하여 대응하는 각 컬러 요소를 통과할 수 있도록 한 세트의 광선이 어느 정도의 각도로 벌어지면서 진행하는 광을 의미한다. 사진 또는 컬러 열전사 영상 등, 하드 카피 픽셀의 경우, 층분리가 픽셀 사이즈보다 훨씬 작기 때문에 확산광이 사용될 수 있다. 프레즈넬 렌즈와 세 개의 큰 라이트 밸브를 이용하는 오버헤드 프로젝터 상에서 실시되는 대표적인 감색 디스플레이(예컨대, 미국 특허 제4,917,465호)에서 시야의 깊이가 모든 층을 이상적인 포커싱 내에 유지시키는데 충분하다면, 광은 충분히 지향성이 높게 된다. 이 경우, 텔레센트릭(telecentric) 구성에 의해 모든 층에 대한 배율이 같게 되거나, 사이즈별로 개별적인 라이트 밸브가 사용될 수 있다. 그러나, 작은 라이트 밸브를 사용하고, 높은 성능이 요구된다면, 상황은 더 복잡해진다.

액정 패널들이 비교적 얇지만, 각각의 LCD 패널들은 영상이 투사되는 스크린으로부터 각각 다른 거리의 위치에 배치된다. 이러한 거리의 차이 때문에, 3개의 영상을 동시에 단일한 표면에 포커싱할 때는 어려움이 있다. 해상도가 높으면, 픽셀 피치가 층분리보다 현저하게 작아지기 때문에 지향성 또는 콜리메이트 방법을 사용하는 것은 어렵다. 광선이 대응하는 모든 컬러 요소들은 통과하는 것을 제한함으로써 개구수가 작아지게 되면, 개구 효과를 제한하는 회절 때문에, 실제의 광원에 대한 광 스루풋과 달성 가능한 해상도가 제한된다. 따라서, 지향성 또는 콜리메이트 방법을 사용하여 단일한 시야 깊이 범위에 걸쳐 충분한 성능을 달성하는 것은 불가능하게 되고, 결과적으로 그것은 투사 영상의 품질에 악영양을 미친다.

이런 문제점들을 극복하기 위한 하나의 장치는 투사 영상의 광경로에 배치된 적층 다이크로닉 평판 미러 어셈블리(미국 특허 5,184,234)를 구비하는 것이다. 다이크로닉 미러 어셈블리의 층들은 각각의 LCD 패널들에 의해 생성된 적색, 녹색 및 청색의 영상을 선택적으로 반사한다. 미러 어셈블리의 각각의 미러는 LCD 패널 사이의 간격에 대응하도록 이격 배치된다. 다이크로닉 미러 어셈블리는, 제1 다이크로닉 미러면이 미러 어셈블리로부터 가장 멀리 있는 액정 패널에 의해 변조된 광을 반사하고, 광 빔의 나머지를 실질적으로 그대로 통과시키도록 선택된다. 중앙의 다이크로닉 미러면은, 중앙 액정 디스플레이 패널에 의해 생성된 영상을 반사하고, 적어도 가장 가까운 LCD 패널에 대응하는 영상 광을 통과시키도록 선택된다. 마지막 반사면은 모든 스펙트럼 에너지를 반사하는 미러이다. 그러나, 마지막의 LCD 패널에 의해 형성된 영상만이 이 반사면에 도달한다. 이 장치는, 포커싱 렌즈 및 스크린과 관련하여, LCD와 포커싱면 사이로 광로 길이가 같고, 그에 따라 3개의 영상을 광학계에 의해 포커싱면 상에 동시에 포커싱할 수 있는 컬러 프로젝터를 제공한다.

이러한 장치에는, 컴팩트 소형 AMLCD 감색 라이트 밸브와 같은 디스플레이 응용 장치가 필요한 것 등 많은 단점을 가지고 있다. 이러한 라이트 밸브는, 점차높아지는 500 내지 2000 lpi 이상의 밀도에 맞추어서 확대되어야 하고, 일측면에 수천개의 화소를 지니고 있는 집적 행 및 열 구동 전자 부품에 조립되어야 한다. 완전히 콜리메이트된 백라이트 장치를 사용하지 않는 한, 종래 기술에 따른 다이크로닉 미러 어셈블리는 발산 디스플레이의 광로 내에서 경사진 슬라브(tilted slab)로서 동작하게 된다. 광이 어셈블리의 표면에 도달하면, 다른 매질 때문에 반사된다. 이 때 비점수차와 코마(coma)와 같은 광학 수차가 발생된다. 또한, 미러를 적층시킨 구조적인 특성 때문에, 위와 같이 파장 의존성이 높은 광학 수차의 심각성은 더 커진다. 이것은, 그렇지 않았으면 잘 보정되었을 시스템의 성능을 상당히 손상시킬 수 있고, 고해상도 디스플레이가 요구되는, 경우 또는 높은 집광 효율이 필요한 경우, 투사 광학계 내에 추가의 복잡한 구조가 필요하게 된다. 소정의 바람직한 구조에 있어서, 이 장치에 의해 발생된 새로운 수차가 보상하여야 할 광로차 만큼이나 고해상도 성능을 제한한다. 또한, 미러 어셈블리와 LCD 패널 사이를 적절하게 위치 정렬하고 그것을 유지할 필요가 있기 때문에, 장치의 복잡성이 추가된다.

위에서 기술한 종래 기술의 다른 단점은, LCD 패널들 간의 측면 오프셋을 요구한다는 것이다. 따라서, 비네팅(vignetting), 즉 관련된 비중복 영역의 영상 품질의 변화를 최소한으로 억제하기 위하여, 각 패널의 투명한 영역을 증가시킬 필요가 있다. 이러한 면적의 증가는, 영상 품질 및 디스플레이의 패널 크기에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 비용, 수율 기타 여러 사항을 고려해야 한다. 예컨대, 미국 특허 제5,184,234에 기술된 형상 및 인접하는 액티브층 사이에 1.5 mm의 이상적인 분리를 지니는 3개의 동일한 LCD 매트릭스 패널을 가정하면, 추가된 치수는 제1의패널과 마지막 패널 사이의 분리(두께)의 2배, 즉 6 mm가 될 것이다. 디바이스 면적을 물리적으로 크게 하는 것 대신, 보다 작은 유효 픽셀 크기를 가지는 어레이가 사용될 수 있으나, 충분히 컴팩트하고 고해상도인 라이트 밸브에 그것은 바람직하지 않다. 이것은 특히 표준 IC 프로세스 및 설계 규칙을 사용하여 제조되는 소형 액티브 매트릭스 기판의 경우에 그러하다. 버스 라인, 박막 트랜지스터(TFT) 및 집적행 및 열 구동 전자 부품 등의 액티브 요소를 기판 상에 조립한 경우, 그 추가의 크기는 상당한 사이즈 증가, 웨이퍼당 디바이스 수의 감소, 디바이스 수율의 감소, 비용의 증대, 패키지 사이즈 증대 또는 필요한 포토리소그래피 시스템의 비용 및 복잡성의 증대를 가져온다.

종래 기술에 따른 프로젝터의 다른 단점은, 에일리어싱(aliasing), 즉 개개의 적층된 영상 디바이스의 픽셀 그리드 구조 사이의 공간적 간섭으로 인한 모아레 생성물(Moire artifact)이 발생하기 쉽다는 것이다. 일반적으로 픽셀수, 밀도, 그레이 스케일, 컨트래스트 및 응답 시간에 대하여, 최대 성능이 필요한 경우에 바람직한 액티브 매트릭스 LCD의 경우, 그리드 구조는, 일반적으로 불투명하고 상당히 크다. 모아레 생성물은, 사실상 얻어진 영상층간의 패럴랙스와 동일한 패럴랙스 효과가 있다. 따라서 이 경우 비교될 수 있는 그리드 구조가 모든 층 내의 모든 파장의 광을 제거한다. 이것 때문에 종래 기술의 유효성이, 지향성이 높은 조명이, 또는 수퍼-트위스트 네마틱(super-twisted nematics)을 포함하여 약다중화 트위스트 네마틱(passively multiplexed twisted nematic) LCD와 같이 크고 불투명하고 그리드 구조가 없는 디바이스로 제한된다.

본 발명은 컬러 영상 프로젝터에 관한 것으로, 특히 고해상도 감색 액정 디스플레이(LCD) 기술을 사용하는 영상 프로젝터에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 컬러 프로젝터의 제1 실시예의 입체도이다.

도 2는 LCD 패널 어셈블리의 분해도이다.

도 3은 제 1실시예의 평면도이다.

도 4는 모아레 생성물의 발생원 및 그 생성물을 제거하기 위한 바람직한 실시예를 상세히 나타낸다.

도 5는 본 발명에 따른 제2 실시예의 평면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 제3 실시예의 평면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 제4 실시예의 평면도이다.

도 8은 본 발명에 따른 제5 실시예의 평면도이다.

도 9는 본 발명에 따른 제6 실시예의 평면도이다.

도 10은 본 발명에 따른 제7 실시예의 평면도이다.

도 11은 본 발명에 따른 제8 실시예의 평면도이다.

도 12는 본 발명에 따른 제9 실시예의 평면도이다.

도 13은 본 발명에 따른 컬러 프로젝터의 제10 실시예의 입체도이다.

도 14는 본 발명에 따른 제11 실시예의 평면도이다.

따라서, 본 발명의 목적은, 고해상도의 실상 또는 콜리메이트 영상을 제공하는 액정 디스플레이(LCD) 컬러 프로젝터를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 액티브 매트릭스 액정 디스플레이(AMLCD), 또는 감색 배치 내의 매트릭스 또는 그리드 구조를 지니는 다른 투과 디바이스의 사용을 가능하게 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 적층된 스펙트럼 비중첩 영상 소스 층을 동시에 포커싱하고, 상기 층들 사이의 패럴랙스 효과를 제거하는 콤팩트하고 안정된 LCD 프로젝터를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 소정의 투사 광학계의 복잡성을 최소화하고, 감색층의 사이즈 및 그것에 수반하는 비용을 최소화하고, 프로젝터 어셈블리에 대한 공차를 완화하고, 저렴한 콜리메이트되지 않은 조명원을 효율적으로 사용할 수 있는 저비용 LCD 컬러 프로젝터를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 바람직하지 않은 모아레형 에일리어싱 생성물이 없는 감색 매트릭스 어드레스식 프로젝터를 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 목적은, 광원과, 복수의 적층된 액정 디스플레이 패널과, 컬러 영상을 실상으로 스크린 상에 포커싱하거나 허상을 관측하기 위하여 영상을 콜리메이트하는 광학계를 조합시킨 구성에 의해 달성된다. LCD 패널로부터 투사된 광은, 각각의 픽셀 부위를 통과하는 사이에 변조되어 컬러 영상을 형성한다. 패널을 통과한 변조된 광은, 하나 또는 복수의 적층 다이크로닉 미러에 의해 반사된다.영상은 컬러에 대응하여 반사되고, 미러 위치는 적층 LCD 패널의 두께를 보상할 수 있도록 조절된다. 광로는, 투사 광학계의 적층 미러의 보정되어야 할 광학 수차가 최소가 되도록 배치된다. 이것은, 발산하는 영상 광선의 앞에 있는 공기와 굴절 매질 사이의 격리 경사 경계(isolated tilted interface)를 제거하는 것에 의해 달성된다. 일실시예에서, 반사 미러는 대부분이 광학계의 축이 수직인 입사면 및 사출면을 지니는 소정의 굴절 매질 내에 내장된다. 다른 실시예에서, 하나 또는 복수의 수차 타입이 억제되도록, 미러 어셈블리를 상보쌍의 형태로 사용한다.

적층된 그리드 구조로부터 발생하는 에일리어싱, 또는 모아레 생성물은, 각도 가변 기학학적 간섭 무늬(fringe)의 주기성을 제어하고, 다수의 무늬를 평탄하게 함으로써 제거된다. 이것은, 투사 및 관측 광학계의 집광각을, 액티브 층분리와 라이트 밸브·피치의 비율과 관련시키고, 주어진 관계에 따라 감색층과 광학계를 구성함으로써 에일리어싱을 제거한다. 콜리메이트 구성의 경우, 관측자의 육안의 동공도 고려한다.

선택된 실시예들은 결합된 부품 및 서브시스템의 안정도, 기능성 및 비용을 개선하는 수단을 제공한다.

도 1은, 본 명세서에 개시된 컬러 프로젝터의 일실시예에 대한 입체도이다. 본 발명의 모든 실시예들은 도 1에 도시되어 있는 부품을 공통적으로 포함한다. 프로젝터 내에는 조명 빔을 생성하기 위해 반사기(도시되지 않음)를 포함하는 광원(10)이 있다. 광원(10)은 LCD 어셈블리(12)에 입사될 백색광을 방출한다. LCD 어셈블리(12)는, 세 개의 개별적인 액정 디스플레이 패널을 포함한다. 각각의 디스플레이 패널은, 광원(10)으로부터 방출된 백색광으로부터 특정의 스펙트럼 성분을 선택적으로 필터링하는 동작을 한다. 본 명세서에 개시된 실시예에서, LCD 패널은 적색, 녹색 및 청색을 필터링하는 동작을 한다. 그러나, 이것이 본 발명을 감색 프로세스로 한정한다는 것을 의미하지는 않는다. 도 1의 실시예에서, LCD 패널 어셈블리는 프리즘(14)과 접촉하고 있다. 프리즘은, 공지의 굴절률을 가지는 투명한 재료로 구성된다. LCD 패널 에셈블리를 통과한 광은, 더 이상 굴절하지 않고 프리즘 으로 입사한다. 프리즘(14)의 2개의 변을 따라서, LCD 패널을 투과한 광을 반사하는 다이크로닉 미러 어셈블리(16)가 위치한다. 반사된 광은, 프리즘(14)을 통과하여 투사 광학계(18)로 입사된다. 투사 광학계(18)는 원격 시야 스크린 상에 영상을 포커싱한다. 투사 광학계(18)의 집광각 및 LCD 패널층 내의 공간 관계는, 아래 상세하게 설명하는 바와 같이, 공간 및 각도 모아레 패턴을 평타화하기 위하여 조절된다. 도 1에 도시된 투사 광학계(18)는, 종래의 다중 소자 디스플레이 렌즈를 나타낸다. 이런 형태의 렌즈 장치는 당해 기술 분야에서 공지이다.

도 1은 또한 헤드 장착 디스플레이 응용 장치에 사용되는 것과 같이, 가상 영상 디스플레이의 바람직한 실시예를 기술한다. 렌즈가, 표시되는 영상을 거의 콜리메이트하도록 설계 및 배치되어 있는 경우, 영상의 콜리메이션은, 스크린을 무한히 먼 어느 위치 또는 그 전후의 어느 위치에 배치하는 것에 대응한다. (광선은 조금씩 벌어진다.) 이 경우 투사 디스플레이는 스크린의 도움없이 육안으로 직접 관측할 수 있다.

LCD 패널 어셈블리(12)의 보다 상세한 도면은 도 2에 도시된다. 이 어셈블리는 각 LCD 패널(24, 26 및 28)로 구성된다. 컬러 영상을 생성하기 위해서, 이런 형태의 LCD 패널 어셈블리는 당해 기술 분야에서 통상적으로 감색법이라고 알려진 방법을 사용한다. 각 패널은, 특정의 컬러를 필터링하는 컬러 필터이다. 본 명세서에기재된 실시예에서, 컬러는 적색, 녹색 및 청색이지만, 다른 조합도 생각할 수 있다. 패널 내에는 광의 투과를 제어하는 화소의 고밀도 매트릭스가 있다. 패널 내의 각 화소는, 특정의 컬러를 선택적으로 통과시키거나 필터링(흡수)한다. 본 발명의 위 실시예(제1 실시예)에서, 황색셀(24)은 청색광을 선택적으로 필터링하고, 시안셀(26)은 적색광을 선택적으로 필터링하고, 마젠타셀(28)은 녹색광을 선택적으로 필터링한다. 각 LCD 패널 내의 화소를 조작함으로써, 소정의 색의 조합이 표시된다. 컬러 필터 어레이를 조합하는 가색법을 사용하는 전자 컬러 필터와 비교해 볼때, 위와 같은 형태의 감색법의 주요한 이점은 상당히 높은 풀 컬러 영상이 달성될 수 있다는 것이다.

본 명세서에 기재된 실시예에서 다루는 주요 해결 과제는, 디스플레이 패널의 적층된 감색 배치에서 높은 영상 화질을 달성하기 위하여, 패럴랙스 효과를 극복하는 것이다. 다시말하면, LCD 패널의 공간 분리가, 표시 영상을 시선의 함수로 만든다는 것이다. 물론, 지향성이 높은 광 또는 콜리메이트된 광을 사용하는 종래의 투사 방법의 경우와 마찬가지로, 단일 시선을 선택하는 것에 의해 패럴랙스 효과를 회피할 수 있으나, 많은 경우, 특히 분리와 화소 사이즈의 비율이 큰 경우, 단일 시선을 선택하는 것은 실행되기 어렵다. 일반적으로 원추형의 광선이 바람직하다. 그 이점은, 실제 광원으로부터의 집광 효율을 높이고, 고해상도 디스플레이의 경우에 회절 제한 해상도를 증가시키고, 바람직한 영상면이 아닌 곳의 구조를 어둡게 만든다는 것이다. 따라서, 디스플레이를 통과하는 원추형의 광선은, 디스플레이 내의 위치 함수로서, 또는 일반적으로 가상 영상 디스플레이를 관측하는 경우에는 관측 위치의 함수로 변화한다. 이런 상황에서는 패럴랙스 효과를 제거하거나 보상할 필요가 있다.

이러한 패럴랙스 효과는 극복될 수 있다. 패럴랙스 효과의 제1 형태는, 감색 층의 개별적인 층이 각각 그 자체의 파장 대역에서 독립적으로 기능하는 경우에 발생하는 형태의 것을 말한다. 디스플레이가 소정의 동작을 할 때, 독립적으로 영상을 얻을 수 있으나, 그 영상은 위치가 변화한다. 바람직한 실시예에 따르면, 이런 형태의 패럴랙스 효과는, 주로 두 가지 방법으로 제거된다. 제1 방법은 디스플레이 패널과 다음의 투사 광학계 사이에 광로 길이 보상 수단을 결합시키는 것이다. 본 명세서에 기술된 제2 방법은, 적층 형상 내에 복수의 파장 선택 광학계를 사용하는 것이다. 본 명세서에 기재된 발명은 공간 오프셋, 스펙트럼 선택 미러를 사용하여 감색층의 분리를 보상함으로써, 위 2가지 방법 모두를 달성한다.

패럴랙스 효과의 제2 형태는, 디스플레이의 패널이 이상적이지 않고, 변조된 파장에 완전히 독립적이지 않은 경우에 발생한다. 이는 변조 기구 내의 스펙트럼 중복 또는 크로스토크 때문에, 예컨대 감색 LCD 시스템 내의 이상적이지 않은 편광자에 의하여 발생한다. 액티브 매트릭스 디바이스용 행 및 열 어드레스 부착 구조내에 스펙트럼 중복 구조가 사용되는 것과 같이, LCD 패널 내에 불투명한 구조가 존재하고, 그것 때문에 주기적인 에일리어싱 또는 모아레 생성물이 발생한다. 이러한 제2 형태의 패럴랙스 효과는 공간 및 각도 모아레 패턴이 없어지도록, 광학계(18)의 집광각 및 LCD 패널층 내의 공간 관계를 한정함으로써 제어될 수 있다.

본 명세서에 기재된 실시예들은 고해상도 능력과 콤팩트성과 같이 각 디스플레이 패널의 바람직한 특성을 유지하면서, 위와 같은 형태의 패럴랙스 효과 모두를 제거하는 방법을 제공한다.

도 3에는 제1 실시예의 대한 평면도가 도시되어 있다. 이 도면에 따르면, 컬러 프로젝터의 동작이 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 위에서 설명한 것과 같이, 광이 광원(10)에서 방출되어 LCD 어셈블리(12)를 투과하고, LCD 어셈블리(12)에서는 광을 필터링하여 청색, 적색 및 녹색 영상을 형성한다. 일반적으로, 제1 실시예 및 다른 각 실시예에서, 발생된 영상의 각 픽셀은, 도 3에 도시된 원추형의 광과 관련되어 있다. 영상은 모두, 광이 프리즘(14)으로 입사할 때 다른 광로 길이를 가진다. 프리즘(14) 내에서, 광은 다이크로닉 미러 어셈블리(16)에 의해 반사된다. 다이크로닉 미러 어셈블리(16)는 세 개의 다른 미러(19, 20 및 21)로 구성된다. 광로 길이를 일치시킴으로써, 패럴랙스 효과를 감소시키기 위하여, 컬러 영상 스펙트럼의 다른 부분이 각종 미러에 의해 반사된다. 이 실시예에서, 황색셀(24)에서 필터링된 광은 미러(19)에 의해 반사되고, 시안셀(26)에서 필터링된 광은 미러(20)에 의해 반사되고, 마지막으로 마젠타셀(28)에서 필터링된 광은 미러(21)에 의해 반사된다. 미러(19, 20 및 21)는 평행하고, 청색, 적색 및 녹색광에 대하여 광로 길이 보정을 행하도록 적당한 간격으로 떨어져 배치된다. 광이 프리즘(14)을 통과하여, 광학계(18)로 진행할 때까지, 3개의 컬러광은 모두 같은 광로 길이를 지니게 된다. 제1 실시예에서, 미러는 거리ｄ/2만큼 오프셋되어 있다. 여기서,ｄ는 인접하는 LCD 패널의 액티브층들 간의 거리이다.

위와 같은 프리즘을 사용하게 되면, 경사 굴절 미러층 때문에 발생하는 광학수차가 대폭 즐어들게 된다. 집속광선속 또는 발산광선속의 앞에 경사 굴절 미러층이 있는 경우, 그와 같은 경사가 있는 구성 요소는 비대칭성을 가져오고, 비점수차와 코마와 같은 광학 수차를 일으킨다. 경사가 있는 구성 요소가 적층되어 있고 그 구성 요소가 소정의 두께를 지닐 때 위와 같은 광학 수차는 이산적인 파장 의존성을 지니게 되는데, 이 때 광이 그 구성 요소를 통과한 후에 위와 같은 광학 수차를 제거하는 것을 곤란하다. 프리즘을 사용하면, 구면수차나 색수차와 같은 다른 광학 수차가 발생하지만, 굴절면 상에 경사가 없기 때문에, 그 광학 수차가 보다 대칭적으로 되고, 다음의 광학계(18)에 대한 제어가 용이하게 된다. 이 실시예에서는 셀(28)이 프리즘(14)에 직접 접촉하는 것으로 도시되어 있으나, 2개의 구성 요소간에 공기 간극을 둠으로써, 소정의 성능이 달성된다. 따라서, 표면이 평행하고, 포커싱층에 대하여 경사가 없는 것을 조건을 한다. 경사가 없다는 것은, 광이 반사면들 사이의 광로를 따라 반사된 후, 광이 통과하는 표면 또는 경계의 수직축 또는 대칭축에 대응하는 방향이, 디스플레이 패널에 수직인 것을 의미한다. 따라서, 광이 통과하는 프리즘(14)의 표면도, 디스플레이의 패널에 대해 경사가 없다.

미러 어셈블리(16)를 프리즘(14)에 결합시킴으로써 굴절 효과 및 그것에 수반되는 해상도 제한 수차를 제거하는 것 외에, 2개의 반사기를 그와 같이 사용하게 되면, LCD 패널 내의 측부 오프셋이 불필요하게 되고, 컬러 프로젝터의 콤팩트도가 높아진다. 이것은 또한, LCD 패널의 사이즈가 작게 되고, 그에 따라 제조 비용이 감소되기 때문에 바람직하다.

또한, 제1 실시예에서는, 흡수 컬러 필터 수단(119 및 120)이 도시되어 있다. 본 실시예에서 필터 수단(119)은 황색 필터로서, 청색광을 선택적으로 흡수하고 적색광과 녹색광은 통과시킨다. 필터 수단(120)은 적색광을 흡수하고, 적어도 녹색광을 선택적으로 통과시킨다. 이러한 흡수 필터들이 포함되어 있기 때문에, 파장 선택 미러(19, 20 및 21)에 대한 공차가 상당히 완화된다. 이와 같이 공차가 완화되기 때문에 오히려 완전한 스펙트럼 순도, 즉 반사 대역의 완전반사율 및 비반사 대역의 제로반사율을 달성하기 위한 구조를 사용하는 것보다, 낮은 비용으로 원하는 성능을 달성할 수 있다. 미러(19)는 적색과 녹색광에 대해서는 대단히 낮은 반사율을 지니고 있고, 청색광에 대한 반사율이 약간 낮을 수 있으나, 그것은 허용될 수 있다. 따라서, 이산적 또는 경사 다층 유전체 미러의 경우, 층을 오히려 적게 할 수 있다. 또한, 중크롬산 젤라틴과 같이 공형 체적 홀로그래픽 미러(conformal volume holographic mirror)를 사용한 경우, 회절 효율이 완전히 만족되지 않는 경우가 있다. 다른 다이크로닉(파장 선택) 미러는, 크로스링크된 콜레스테릭(cholesteric) 액정 실리콘과 같이, 복굴절 콜레스테릭 구조이며, 이것은 완화된 반사율 요건으로부터 혜택을 받을 수 있다. 흡수 필터가 포함된 미러층에 대해서 더 설명하면, 적색광을 반사하는 미러는 녹색광에 대한 굴절율이 낮을 필요가 있으나, 적색의 부분적 반사만이 필요하다. 미러(21)는 녹색 대역의 부분적 반사만이 필요하다. 물론, 시스템 스루풋은, 그와 같은 성능이 비용 효율이 높은 경우, 고반사율을 유지하는 것에 의존한다.

프리즘(14)은 글라스, 아크릴 기타 그와 유사한 광학 재료, LCD 패널 기판의굴절율 외에도 미러 기판의 굴절률에도 비교될 수 있는 굴절률을 가지는 매체를 지니는 것이 광학계의 단순성을 위한 위치 정렬 및 안정도의 관점에서 바람직하나, 도 3에 도시된 구조는, 개재하는 공간에 공기가 충전되어 있는 경우에도 종래 기술보다 뛰어난 이점을 제공한다. LCD 패널 내에 (도 6에 도시되어 있는 구성과 비교할 때) 측부 오프셋이 불필요하다는 이점이 남는다. 또한, 경사 필터를 사용하는 것에 의해서 생기는 광학 수차의 (전부는 아님) 몇 가지는, 프리즘(14) 없이 도 3에 도시되어 있는 상보 배치에 의해 감소된다.

보다 높은 레벨의 디스플레이 상세 및 영상 품질을 얻기 위하여 LCD 패널의 해상도 및 픽셀 수가 증가하기 때문에, 소정의 형태의 불투명 매트릭스 구조를 패널에 결합시키는 것이 보통이다. 이러한 매트릭스 구조는, 일반적으로 적층된 미러의 광로 보상 기구에 의해 제거되지 않은 추가의 그리드 패턴 영상 변조 기술을 부과한다. 이러한 적층 그리드는, 극적인 모아레 생성물 또는 에일리어싱 생성물을 형성한다. 이러한 무늬는, 일반적으로 각도 모아레 효과이나, 비교적 지향성이 높은 광은, 다수의 윈도우 스크린을 통하여 관측되는 에일리어싱과 같이, 종래의 공간 모아레 패턴과 같아 보인다. 도 4는 이런 기하학적 생성물의 발생원 및 그것을 제거하기 위한 바람직한 실시예를 도시한다.

도 4를 참조하면, 광원(10)은 적층된 LCD 패널을 조명한다. 도면을 보기 쉽게 하기 위해, 각 패널의 불투명 매트릭스 구조만이, 각각 매트릭스(130, 131 및 132)가 도시된다. 픽셀 피치, 픽셀 개구 및 층분리는, 본 실시예의 예를 보기 쉽게 하기 위해, 3개의 모든 패널이 균일하고 동등하게 보이나, 실제 시스템에는 그와같은 제약은 없다. 기하학적 각도 무늬는, 무늬(138 내지 144)로 도시되어 있다. 이러한 세 개의 적층된 매트릭스 구조에서, 주요한 무늬 피크(138, 140, 142 및 144)는 각각 133, 135, 137 및 139와 같은 광선에 대응한다. 이러한 무늬 피크는 3개의 층 모두에서 픽셀의 액티브 개구를 통과한다. 중간 피크(139, 141, 143)는, 각각 134, 136, 138의 광선에 대응한다. 따라서, 제1 및 제3 매트릭스 구조 내의 개구를 통과하는 이러한 광선속은, 매트릭스(131)에 의해 부분적으로 차단된다. 이 설명은 무늬의 발생원을 나타내는 것이나, 상세한 내용은 픽셀 피치, 개구 패턴, 분리, 측부 변위, 회전각 등과 같은 파라미터 및 그외 형상 팩터에 크게 의존한다. 이것들은 몇 개의 구성에 대하여 수직적으로 모델화되어 있다.

이러한 피크는 본래 지향성이기 때문에, 우리는 종래 기술에 사용된 콜리메이트 조명 방법을 쉽게 분석할 수 있다. 광을 콜리메이트하는 것에 의해, 디스플레이 영역 전체에 걸쳐 단일의 각도를 선택한다. 따라서, 모아레 무늬 진폭은 균일하고, 예컨대 텔레센트릭 관측의 경우, 피크(138)에 의해 표시된다. 전에 지적한 이 방법의 단점은, 투사 영상 해상도의 확산 제한을 포함하여 피크(139 내지 144) 및 도면에 도시되지 않은 다수의 피크를 포함하는, 다른 모든 무늬의 기여를 폐기함에 따른 저효율이다. 본 명세서에 기재된 실시예에서, 투사 광학계(18)의 집광 개구(145)는 다수의 무늬를 포함하도록 크게 되어 있다. 실제의 어셈블리에서, 광학계(18)는 일반적으로 도 4에 도시되어 있는 것 보다 멀리 떨어진 위치에 있고, 그 개구(145)가 소정의 집광각이 유지되도록 그 거리와 비례한다. 또한, 동일한 무늬가 디스플레이 상의 각 점으로부터 수집되도록, 집광각이 패널 사이에서 일정한텔레센트릭 형상 또는 그것의 다른 형상을 어떠한 방법으로 유지하는 것도 유리하다. 따라서, 이것은 충분한 무늬가 집적되고, 각도 개구 윈도우를 슬라이딩시키는 것에 의해 수집된 시각적으로 허용될 수 있는 광 에너지의 균일도가 얻어지는 경우에는 필요하지 않다. 도 4의 예에서, 매질 내의 모아레 무늬의 주기성은, 약 2p/D라디안이다. 여기서, p는 직선 픽셀 피치이고, D는 제1층과 최종층 사이의 거리이다. 라이트 밸브를 지난 후의 투과 매질이 공기인 경우, 그것은 라이트 밸브층 매질의 굴절률에 의해 2np/D로 확대된다. 최소 집광각을 이 각 거리의 2배로 하고, 그것의 수량을 개구 내의 4개의 무늬 정도로 하면, 소정의 최소 개구수(NA)는 약 2np/D로 계산될 수 있다. 투사의 배율이 크다고 가정하면, 이것은 1/(2*NA)의 f/수 또는 약 D/4nP에 대응한다. 특정 예의 경우, n=1.5, 200lpi 및 전체 거리 0.060"을 사용하면, f/2 또는 바람직하게는 보다 빠른 (보다 작은 f/수) 렌즈의 경우, 최선의 모아레 평탄화가 얻어진다. 1000lpi 및 전체 거리 0.030"을 사용하면, f/5 보다 빠른 렌즈가 필요하다.

이러한 형태의 모아레 평탄화는, 화정 집광각이 육안의 동공으로 되는 헤드 장착 형태의 디스플레이에 적용될 수 있다. 눈의 동공이 5mm이고, 예컨대 집광 광학계에 대한 포커싱 거리가 50mm라고 가정하면, 광학계는 f/10 관측 형상이 얻어진다. 따라서, 비율 D/p는, 4n*10=60 또는 그 이상이어야 한다. LCD 패널이 1000lpi의 경우, 식을 반전시켜서 0.060" 이상의 전체 층간 거리가 얻어지고, 본 발명의 모아레 평탄화 목적이 달성될 수 있다.

이러한 시스템의 성능을 더욱 높일 수 있으나, 다른 시스템 분기는 무늬의진폭을 감소시킴으로써 행한다. 개구 사이즈와 픽셀 피치가 고정되었다고 가정하면, 일반적으로 패널을 상호 평행하거나 특정의 방향으로 엇갈려서 미스얼라인시킴으로써, 진폭을 작게 할 수 있다. 예컨대 3개 중첩된 층의 중앙 패널을 픽셀 피치 (약 25%) 이동시킬 수 있다. 그렇게 하면, 무늬 진폭을 작게 할 수 있고, 다른 점에서도 허용될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예를 개시한다. 이 실시예는 도 3이 실시예와 대칭성이 같고, 프리즘(15)은 추가의 변을 가지며, 접힘각(folding angle)은 나타난 영상을 별개의 변 밖으로 내보낼 수 있도록 변경된다. 다이크로닉 미러들(17)은 5개의 변 중 2개에 걸쳐 있다. 이것은 예컨대 영상 소스 어셈블리가 예컨대 상호 집속, 집속 드라이버 또는 백 라이트 구조 때문에, 도 3에 도시된 투사 광로를 어둡게 하는데 충분히 큰 경우, 특히 유리한 반사 방법이다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예를 개시한다. 이 실시예에서, LCD 어셈블리(32)는 도 3에 도시된 LCD 어셈블리(12)와 다르게 구성되어 있다. LCD 어셈블리(32)는, 각각의 패널이 미러 어셈블리(36)에 의해 반사된 후, 영상이 적절하게 정렬하도록, 서로 보충한다. LCD 어셈블리(32)는, 프리즘(34)의 표면과 평행하고, 예컨대 직접 접촉하고, 어셈블리(32) 내에서 필터링된 광은, 그것 이상의 굴절을 제거할 수 있는 각도로 프리즘(34)으로 입사한다. 다음의 광의 적색, 녹색 및 청색 성분이 미러 어셈블리(36)에 의해 반사된다. 미러들의 간격은ｄ/이다. 여기서,ｄ는 인접하는 감색층 사이의 간격이다. 미러들의 반사는 광로 길이차를 보상하고, 광은 경사경계에 의해 더 이상의 굴절없이 프리즘(34)을 통과하고, 광학계(18)를 통과하여표시된다. 본 발명의 이 실시예는 광학계(18)에 관하여 보다 간단하고 콤팩트한 형태가 가능하기 때문에, 이전의 컬러 프로젝터를 뛰어넘는 이점이 있다. 작은 양의 구면수차 또는 색수차가 발생하지만, 특히 해상도 및 집광 요건이 큰 경우, 발산 빔에 있는 경사 요소에 관련된 보다 까다로운 색 의존성 비점수차 및 코마가 회피된다. 또한, 미러들을 프리즘과 일체화시킴으로써, LCD 패널에 대해 미러 위치를 정확하게 정렬시키고, 유지하는 일이 간단하게 된다.

도 7은 본 발명의 제4 실시예를 개시한다. 이 실시예에서는, 영상을 조작하기 위하여, 빔분리기가 광로 내에 배치되어 있다. 이 실시예에서, 영상을 조작하기 위하여 빔 분리기가 광로 내에 배치되어 있다. 본 발명의 가장 기본적인 형태에서 광원(10)은 광을 필터링하여 영상을 형성하는 LCD 패널 어셈블리(12) 내에 백색광을 투과한다. 빔 분리기에서, 영상광의 일부가 미러 어셈블리(54)의 방향으로 반사된다. 이전의 미러 어셈블리의 경우와 마찬가지로, 각각 가시 스펙트럼의 특정 부분을 반사하는 3개의 다이크로닉 미러가 있다. 미러 어셈블리 내의 미러들 사이의 간격은, LCD 패널 어셈블리(12) 내의 패널의 두께에 의해 생기는 광로 길이차를 보상한다. 다음으로 미러 어셈블리(54)로부터 반사된 광은, 다시 빔분리기(50)를 통과하여 광학계(18)로 진행한다. 위 실시예에서는, LCD 패널 어셈블리(12) 내의 패널 사이에서 오프셋이 필요하지 않고, 오직 한 세트의 미러(54)가 매우 콤팩트한 컬러 프로젝터에 제공한다.

도 8의 제5 실시예에는 몇몇의 임의 선택적으로 추가되는 요소를 도시하고 있다. 이러한 요소들은 도시된 기본적인 실시예들의 성능을 향상시키기 위해 도 7에서 이미 설명된 것과 선택적으로 결합하여 사용될 수 있다. 빔분리기(50)가 펠리클(막) 빔분리기를 사용하여 획득될 수 있는 것과 같이 매우 얇게 도시되어 있으나, 두꺼운 빔분리기도 사용될 수 있다. 두꺼운 빔분리기에 관련된 수차를 피하기 위해, 그것을 도시하는 임의 선택의 큐브 프리즘(301) 내에 매입한다. 적층된 영상원이 적절한 편광 특성을 지니는 경우, 빔분리기(50)는 다층 유전체막 등 콜레스테릭막을 사용하여 제조될 수 있는 것과 같은 편광 빔분리기가 될 수 있다. 직선 편광 빔분리기의 경우, 실시예의 투과 효율을 개선하기 위하여, 4분의 1 파장판(52)이 조립되어 있다. 또한, LCD 패널을 통과하는 더욱 많은 광을 유지하기 위하여, 제2 미러층(58) 및 임의 선택의 4분의 1 파장판(56)을 조립함으로써 다른 변형이 얻어진다. 도시된 바와 같이, 임의 선택적 요소들을 모두 조립함으로써, 발생된 영상의 편광 상태가 정해져 있지 않은 경우에도, 그렇지 않으면 빔 분리기와 관련된 효율 손실이 없게 된다.

도 9에 도시된 바과 같이, 제4 실시에는 한 번 더 개선하여, 미러 어셈블리(45)와 같은, 광 파워를 지니는 미러를 포함하여 제6 실시예를 형성할 수 있다. LCD 패널 어셈블리(12)를 투과한 광의 일부가, 빔분리기(44)에 의해 미러(45)로 반사된다. 도시된 이 실시예에서, 미러(45)는 스펙트럼 선택성이고, 각 스펙트럼 성분마다 영상의 거의 콜리메이트 또는 포커싱한다. 다음으로, 반사광은 나중에 허상 또는 스크린 상에서 관측하기 위하여, 빔분리기(44)를 부분적으로 투과한다. 또한, 임의 선택의 보조 투사 렌즈(18)가 다른 투사 수단이 된다. 빔분리기(44) 상에서 선택한 빔분리면은 영상원에 가장 가까운 측면이다. 이러한 배치는,콤팩트, 경량 측부 LCD 변위가 필요하지 않고, 빔 분리기를 투과한 광이 크게 콜리메이트되고, 실질적으로 집속 또는 발산하지 않기 때문에, 매입 프리즘이 없는 경우에도 경사 빔 분리기에 관한 수차가 실질적으로 없다. 또한, 이 실시예는, 3개의 동일한 광경로 길이를 지니는 1개의 투사 시스템이 아니고, 3개의 개별적인 투사 시스템을 포함하고 있기 때문에, 종래 기술과 구별된다. 특별히 만곡된 다이크로닉 미러 반사기 어셈블리는, 다층 유전체, 공형 체적 홀로그램 또는 콜레스테릭 막과 같이 파장 선택성 반사기를 사용하고, 그 평탄한 대변부와 유사하게 구성되어 있다. 반사기는 비교될 수 있는 곡률을 지니는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 그것에 제한되지 않는다. 마찬가지로, 도시되어 있지 않은 추가의 광학 요소를 포함하는 변형, 또는 빔분리기를 포함하지 않거나, 적층된 다이크로닉 곡면 미러들을 유지하는 변형이 가능하다.

도 10에 도시된 것과 같이 본 발명의 제7 실시예는, 본 발명이 어떻게 해서 얇은 평판 미러 기판 또는 고가의 코팅 프리즘을 제조하지 않고 실시되는지를 도시한다. 도 5와 형태가 유사한 본 실시예에서, 광원(10)은 LCD 패널(432)을 조명하고, 광로(401, 402 및 403)를 형성한다. 이 실시예에서, 401, 402 및 403의 예가 각각 청색, 녹색 및 적색광의 광로를 나타내는 것으로 한다. 광선은, 프리즘(404)으로 입사하고, 도시된 바와 같이 프리즘(404)에 광학적으로 결합된 기판(405)을 투과한다. 405의 대향면에 있는 스펙트럼 선택성 미러(406)는, 녹색광과 적색광을 반사하지만, 청색광을 통과시킨다. 기판(407)은, 기판(405)에 광학적으로 결합되고, 거울면(408)은 미러(406)와 대향하지만, 스페이서(415)에 의해 소정 거리만큼제어가능하게 이격되어 있다. 갭(409)은 광학 시멘트 또는 다른 유사한 물질로 채워진다. 청색광은 미러(408)에 의해 반사되고, 미러(406)를 통해 복귀한다. 적색, 녹색 및 청색광은 계속하여 프리즘(404) 안으로 진행하고, 미러(411, 413)를 지니고 기판(405, 407)의 에셈블리와 마찬가지로 스페이서(416)에 의해 상호 결합된 기판(410, 412)에 입사한다. 스페이서(415 및 416)는, 일반적으로 다른 두께를 가진다. 이 실시예에서, 녹색 및 청색광은 미러(411)에 의해 반사되고, 적색광은 미러(411)에 의해 투과되지만, 미러(413)에 의해 반사된다. 다음으로, 결합된 광선은 프리즘(404)을 통과하고 광학계(18)에 의해 상이 형성된다.

이 실시예는, 미러 사이의 간격이 미러의 두께와는 무관하게 제어될 수 있음을 나타낸다. 이것은 특히 미러 간격이 작은 경우에 매우 유익하다. 도 3의 설명 부분에서 논의된 바와 같이, 미러의 요건은, 이격 결합 영역(409 및 411) 내에 흡수 수단을 포함함으로써 보다 완화될 수 있다. 이 실시예는, 프리즘 및 미러 어셈블리 내에 매우 간단하고 비교적 저렴한 광학 부품이 사용될 수 있는 것과 동시에, 패럴랙스 문제가 효과적으로 제거되고, 감색 LCD 프로젝터에 관한 고해상도 능력이 희생되지 않는다.

도 11에 도시된 제8 실시예는, 축외 투사 방법(off-axis projection approach)이 사용된다. 광원(10)은, LCD 패널 어셈블리(12)상으로 직접 방사하지 않고, 소정의 각도로 떨어져서 설치된다. LCD 어셈블리(12)에 의해 생성된 영상은 소정의 각도로 빠져 나오고, 미러 어셈블리(60)에 의해 반사된다. 미러 어셈블리(60)는, LCD 어셈블리(12)에 평행하게 광학계(18)의 축에 수직으로 위치정렬된다. 미러 어셈블리(60) 내의 미러 간격은, LCD 어셈블리(12)에서 생성된 광로 길이차를 보상하도록 하는 것이다. 광은, 미러 어셈블리(60)에 의해 반사되고, 다음에 광학계(18)를 통과해 나와서 표시된다. 이 실시예는, 콤팩트뿐만 아니라 중량 제어의 이점이 있다. 또 다른 옵션으로서, 광학계(18) 앞에 광로를 매입하는 것도 가능하다.

제9 실시예가 도 12에 도시되어 있다. 이는, 미러층(501)이 3개의 개별적인 스펙트럼적으로 순수하지만, 부분적으로만 반사성인 미러로 구성되는 매우 콤팩트한 프로젝터이다. 결성 미러(502)는, 모든 디스플레이 파장에 대해 일부가 반사성이고, 일부가 투과성이다. 광원(10)은, LCD 패널층(12)을 조명한다. LCD 패널층(12)으로부터 나온 광의 일부는 미러(502)를 통과하고, 미러 어셈블리(501)로 입사한다. 이 광선의 일부는, 비교될 수 있는 미러층의 동작에 대한 이전의 설명에 따라, 미러층 내의 적절한 층에 의해 반사된다. 미러의 위치는 반사된 광선이 미러(502)로 복귀하기 전에, 시스템 축을 따라 광로 길이가 동일하게 되도록 조절된다. 반사하자마자, 미러(502)는 각 색 성분마다 영상 광선을 콜리메이트 또는 포커싱한다. 이 콜리메이트된 광의 소정 부분이 미러 어셈블리(501)를 통과하고, 직접 관측되거나, 도시되지 않은 추가의 광학계에 의해 투사된다. 이 기술 분야의 당업자에게 자명한 수단으로, 제1 통과면을 모두 통과하는 광을 제거하기 위한 추가의 수단도 도시되어 있지 않다. 이런 예는 축외 배치 또는 편광 제어 요소를 포함한다.

도 11의 실시예의 변형은, 요소(501) 대신에 단일의 빔분리기를 사용하고,요소(502) 대신에 도 8에 도시된 미러층 형상과 동일한 만곡 미러층을 사용한 시스템이다.

적층 LCD 영상원의 출력을 원편광 형식으로 하는 경우, 도 11의 실시예에 대한 또 다른 변형이 가능하다. 이런 경우라면, 미러층에 세 개의 미러는, 소정의 파장 범위에 대하여 원편광의 한쪽 선회를 반사하고, 다른쪽 선회의 같이 지정된 스펙트럼 대역 외 광을 투과시키는 크로스링크된 콜레스테릭 액정 실리콘 재료로 구성하는 것이 바람직하다. 이런 변형에서 501로 입사하는 모든 광은 적절하게 반사되고, 요소(502)로부터 복귀한 광은, 502로부터의 반사시에 선회가 변화되기 때문에 통과한다. 이 실시예는, 개성된 투과를 달성하는 것과 동시에, 패럴랙스 효과를 효과적으로 제거한다.

본 발명의 제10 실시예가 도 13에 도시되어 있다. 제10 실시예에서, 형상은 동일하지만, 광로를 제1의 반사 방향에 대하여 대각적으로 반사시키는 상보형 미러층을 추가하는 것에 의해, 종래 기술의 경사 미러층의 수차 효과가 부분적으로 보상된다. 이런 방법으로, 제1층에 의해 도입된 비점수차의 대부분이 제2층에 의해 보상된다. 이러한 보상은, 필요한 보상의 정도가 색 대역에 의존하기 때문에, 매우 효과적이다. 도 13에서, 영상원(632)으로부터 나온 광원(10)으로부터의 광선은, 제 1 미러층(601)에 의해 선택적으로 반사된다. 그런 다음, 미러층(601)에 대한 입사축광선 및 반사축광선을 포함하는 평면이 미러층(602)에 대한 입사축광선 및 반사축광선을 포함하는 평면에 거의 수직이 되도록, 형상이 601과 같은 제2의 미러층(602)에 의해 반사된다. 이것은 프리즘이 없을 때 도 3에 관해 위에서 기술한 변형과 유사하다. 여기서, 다른 잠재적으로 보다 효과적인 레벨의 수차 보상이 달성된다.

도 14에는 본 발명의 제11 실시예가 도시되어 있다. 이전에 설명된 다른 실시예와 같이, 다이크로닉 미러들이 대부분 디스플레이 패널과 광학계의 축에 대해 경사가 없는 입사면과 사출면을 가지는 매질 내에 매입되어 있다. 도 14에서, 광원(10)으로부터 나온 광은 적층된 디스플레이 패널(32)을 통과하고, 다이크로닉 미러층(716)에 입사한다. 716 내의 각 파장 선택 미러는, 핀과 같은 펠리클 막과 같이 대단히 얇고, 바람직하게는 공기와 동일한 굴절율을 지닌다. 이렇게 해서, 미러 기판이 얇은 것은 발산하는 광선의 광경로에서의 굴절 비대칭성을 최소화한다. 이전에 설명된 것과 같이, 다이크로닉 펠리클 미러의 거리는 디스플레이 패널들의 간격을 보상하도록 조절된다. 이 경우, 미러 사이의 굴절률이 일반적으로 변화층 사이의 굴절률 n과 상당히 다르기 때문에, 도 13에 도시된 것과 같이 45도에서 미러층 내의 인접하는 미러 사이의 간격은 약ｄd/이다. 여기서ｄ는 인접하는 디스플레이 패널 변조층 사이의 간격이다. 최적의 성능을 위해, 펠리클은 각각의 양면에 색소하고 반사를 최소로 하는 특별한 코팅을 필요로 한다. 이 실시예는 가장 적은 비용이 드는 방법이 아닐 수는 있으나, 잠재적으로 대단히 경량이고 형상이 대단히 콤팩트한 것과 동시에 고해상도 능력을 유지하고 있다.

이상에서 신규하고 비자명한 고해상도 감색 투사 시스템에 대하여 설명하였다. 본 발명의 추가되는 변형 및 응용, 예를 들면 수의 변경, 스펙트럼 성분의 순서 또는 성질, 또 다른 감색 라이트 밸브 기술의 사용 또는 투명한 전극을 가지고 있는 적층 구조의 전자 발광 디스플레이와 같은 적층된 추가 컬러 방사 시스템에 본 방법을 적용하는 것도 가능하다. 상기 실시예는 단지 예시에 불과하고, 본 발명의 범위는 첨부하는 특허 청구의 범위에 의해서만 한정된다.

Claims

광 생성 수단과,

개별적인 화소가 상기 광 생성 수단에 의해 생성된 광을 변조시켜서 영상을 형성할 수 있도록 배치된 복수의 적층 고해상도 디스플레이 패널과,

상기 변조된 광을 수신하는 굴절면을 지니고, 변조된 광을 굴절시키는 굴절매질을 포함하고, 그 굴절면의 모두가 복수의 적층 디스플레이 패널에 대하여 실질적으로 경사가 없도록 배치되어서, 상기 복수의 적층 고해상도 디스플레이 패널에서 생성되는 패럴랙스 생성물을 보상하는 고해상도 보상 수단과,

상기 변조된 광을 포커싱하고, 복합 실상 또는 복합 허상을 형성하는 고해상도 광학 포커싱 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 고해상도 디스플레이 패널은 불투명한 매트릭스 어드레싱 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제1항에 있어서, 고해상도 디스플레이 패널은 액티브 매트릭스 액정 패널인것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 각 디스플레이 패널 사이에 측부 오프셋이 없는 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 고해상도 보상 수단은 각각 상기 변조된 광을 특정의 스펙트럼 대역에서 반사하는 복수의 적층 다이크로닉 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제5항에 있어서, 상기 복수의 다이크로닉 미러는 투명한 프리즘에 결합되는것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제6항에 있어서, 상기 복수의 다이크로닉 미러는 상기 프리즘의 2개의 면에 결합되는 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제6항에 있어서, 상기 프리즘은 삼각형이고, 상기 복수의 다이크로닉 미러는 상기 프리즘의 일측면에 결합되고, 상기 복수의 디스플레이 패널을 통과한 광을 약 90도로 반사하는 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제7항에 있어서, 상기 프리즘은 삼각형이고, 상기 복수의 디스플레이 패널을 통과한 광을 약 180도로 반사하는 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제7항에 있어서, 상기 각 적층 디스플레이 패널 사이에 측부 오프셋이 없는 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제5항에 있어서, 흡수 컬러 필터 수단이 상기 다이크로닉 미러 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 고해상도 보상 수단이,

제1 복수의 다이크로닉 미러와,

상기 복수의 적층 고해상도 디스플레이 패널들로부터 이격 배치되고, 상기 복수의 디스플레이 패널과 상기 제1 복수의 다이크로닉 미러 사이의 광로를 따라 상기 변조된 광의 광 경로에 위치하는 빔 분리 수단을 구비하고,

상기 제1 복수의 제1 다이크로닉 미러가 복수의 적층 디스플레이 패널에 대하여 실질적으로 경사가 없는 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제12항에 있어서, 상기 빔 분리 수단은 상기 변조된 광의 일부를, 디스플레이 패널에 대하여 90도의 각도를 이루는 제1 복수의 다이크로닉 미러에 대하여 90도의 각도로 반사하는 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제13항에 있어서, 상기 복수의 다이크로닉 미러는 만곡되어 있어서, 상기 변조된 광을 반사하는 동안 광 파워를 제공하는 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제12항에 있어서, 제1 사분의 1 파장판이 상기 빔 분리 수단과 상기 제1 복수의 다이크로닉 미러 사이에 배치되고, 상기 빔 분리 수단은 편광 빔 분리 수단인 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제13항에 있어서, 상기 고해상도 보상 수단은,

상기 빔 분리 수단과 상기 제1 복수의 다이크로닉 미러 사이에 배치되는 제1사분의 1 파장판과,

상기 빔 분리 수단을 위한 편광 수단과,

상기 복수의 디스플레이 패널과 평행하게 배치되고, 상기 빔 분리 수단 및 상기 제1 복수의 다이크로닉 미러로부터 동일한 거리만큼 떨어져서 배치되는 제2 복수의 다이크로닉 미러와,

상기 빔 분리 수단과 상기 제2 복수의 다이크로닉 미러 사이에 배치되는 제2 사분의 1 파장판을 더 구비함을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제12항에 있어서, 상기 빔 분리 수단은 펠리클 빔 분리 수단인 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제5항에 있어서, 상기 복수의 다이크로닉 미러는 상기 복수의 디스플레이 패널들에 대하여 실질적으로 평행하고,

상기 고해상도 광학 포커싱 수단은, 상기 복수의 디스플레이 패널가 실질적으로 수직인 대칭축을 지니고, 상기 포커싱 축에 평행하지 않은 상기 복수의 디스플레이 패널을 통과한 변조된 광의 일부만이 상기 고해상도 광학 포커싱 수단에 의해 집광되는 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 고해상도 보상 수단은, 콜리메이트되지 않은 광선이 복수의 디스플레이 패널을 통과함에 따라 생성되는 다수의 각도 간섭 무늬를 평탄화할 정도로 충분히 큰 집광각을 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제19항에 있어서, 상기 집광각에 대응하는 개구수는 약 2np/D 또는 그 이상이고, 여기에서 n은 상기 복수의 디스플레이 패널의 연속되는 한쌍 사이에 있는 매질의 굴절률이고, p는 상기 각 디스플레이 패널 내의 인접하는 픽셀 사이의 mm 단위의 거리이며, D는 상기 복수의 디스플레이 패널 중의 임의의 2개 사이의 최대 mm 단위의 거리인 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제19항에 있어서, 상기 고해상도 디스플레이 패널은 불투명한 매트릭스 어드레스 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제19항에 있어서, 상기 집광각은 상기 포커싱 수단의 포커싱 거리와 관측자의 육안의 동공 직경에 의해 결정되고, 상기 광학 포커싱 수단은 상기 관측자의 육안의 동공 직경에 의해 상기 집광각을 유지하는 동안 상기 관측자의 육안의 이동을가능하게 하는 추가의 집광각을 제공하는 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제19항에 있어서, 상기 복수의 디스플레이 패널 중 하나 또는 복수의 디스플레이 패널은 다른 디스플레이 패널로부터 횡방향 또는 소정의 방향으로 어긋나서 배치되는 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제19항에 있어서, 상기 집광각의 크기와 방향은 상기 각 디스플레이 패널 상의 모든 점에서 일정한 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 고해상도 보상 수단은,

제1 복수의 다이크로닉 미러와,

상기 복수의 제1 다이크로닉 미러에 의하여 생성되는 해상도 제한 효과를 보상할 수 있는 제2 복수의 다이크로닉 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제5항에 있어서, 상기 다이크로닉 미러 사이의 거리는 상기 미러의 두께와 무관하게 제어되는 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제5항에 있어서, 상기 복수의 다이크로닉 미러는 각각 특정의 스펙트럼 대역에서 투과성을 지니고, 상기 포커성 수단은 만곡된 반사 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제27항에 있어서, 상기 복수의 다이크로닉 미러는 콜레스테릭 원편광 빔 분리 수단인 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제1항에 있어서, 상기 고해상도 보상 수단은, 복수의 대단히 얇은 적층 다이크로닉 펠리클 미러로 구성되고, 인접하는 다이크로닉 미러 사이의 굴절률이 상기 복수의 다이크로닉 미러와 상기 복수의 디스플레이 패널 사이의 굴절률과 동일한 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
제29항에 있어서, 상기 인접하는 다이크로닉 미러 사이에 공기가 있는 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.
광 생성 수단과,

상기 광의 광 경로 상에서, 개별적인 화소가 상기 광 생성 수단에 의해 생성된 광의 강도를 변조시켜서 영상을 형성하도록 배치되는 복수의 적층 고해상도 디스플레이 패널과,

각각 상기 고해상도 디스플레이 패널 중 하나에 의해 변조된 광을 선택적으로 반사하여 포커싱하고, 상기 복수의 적층 고해상도 디스플레이 패널의 복합 실상 또는 복합 허상을 형성하기 위하여 복수의 적층된 만곡 다이크로닉 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 투사 시스템.