KR100277505B1 - LCD Projector Illumination System - Google Patents

LCD Projector Illumination System Download PDF

Info

Publication number
KR100277505B1
KR100277505B1 KR1019980054542A KR19980054542A KR100277505B1 KR 100277505 B1 KR100277505 B1 KR 100277505B1 KR 1019980054542 A KR1019980054542 A KR 1019980054542A KR 19980054542 A KR19980054542 A KR 19980054542A KR 100277505 B1 KR100277505 B1 KR 100277505B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
liquid crystal
light beam
illumination system
lens
Prior art date
Application number
KR1019980054542A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20000039262A (en
Inventor
권순형
Original Assignee
구자홍
엘지전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 구자홍, 엘지전자주식회사 filed Critical 구자홍
Priority to KR1019980054542A priority Critical patent/KR100277505B1/en
Publication of KR20000039262A publication Critical patent/KR20000039262A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100277505B1 publication Critical patent/KR100277505B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00Details of colour television systems
    • H04N9/12Picture reproducers
    • H04N9/31Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3141Constructional details thereof
    • H04N9/315Modulator illumination systems
    • H04N9/3155Modulator illumination systems for controlling the light source
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/0006Arrays
    • G02B3/0037Arrays characterized by the distribution or form of lenses
    • G02B3/0056Arrays characterized by the distribution or form of lenses arranged along two different directions in a plane, e.g. honeycomb arrangement of lenses
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14Details
    • G03B21/20Lamp housings
    • G03B21/206Control of light source other than position or intensity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)

Abstract

본 발명은 광효율을 높이도록 구성된 액정프로젝터 조명계에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid crystal projector illumination system configured to increase light efficiency.

본 발명에 따른 액정프로젝터 조명계는 제2 렌즈어레이와 액정패널 사이에 배치된 제1 내지 제3 집광렌즈를 구비한다.The liquid crystal projector illumination system according to the present invention includes first to third condensing lenses disposed between the second lens array and the liquid crystal panel.

이에따라, 본 발명에 따른 액정프로젝터 조명계는 광효율을 향상시키게 된다.Accordingly, the liquid crystal projector illumination system according to the present invention improves the light efficiency.

Description

액정프로젝터 조명계 (Illumination System for Liquid Crystal Projector)Illumination System for Liquid Crystal Projector

본 발명은 광원을 사용하는 조명계에 관한 것으로, 특히 광효율을 높이도록 구성된 액정프로젝터 조명계에 관한 것이다.The present invention relates to an illumination system using a light source, and more particularly, to a liquid crystal projector illumination system configured to increase light efficiency.

통상적으로 광원과 조명계로 구성되어 필름,화상 등을 확대하여 스크린에 투사하는 프로젝터(Projector)에는 음극선관을 채용한 프로젝터들이 일반화 되어 있으며, 최근에는 액정을 장착한 프로젝터들이 보급되고 있다. 이러한 프로젝터들은 사용자의 요구에 대응하도록 대형화, 고휘도화 되어지고 있는 실정이다. 특히, 주변의 밝은 환경하에서도 선명한 화질을 구현하기 위해서는 휘도레벨을 높여야 하는 필연성이 따르게된다. 이러한 추세에 따라 액정프로젝터에서는 광효율을 향상시키는 것이 필연적인 과제로 인식되어지고 있다.In general, projectors employing a cathode ray tube are generally used as projectors that are composed of a light source and an illumination system to enlarge a film, an image, and the like on a screen, and recently, projectors equipped with liquid crystals have been widely used. These projectors are being enlarged and high brightness to meet the needs of users. In particular, the necessity to increase the luminance level is required in order to realize a clear picture quality even in a bright surrounding environment. According to this trend, it is recognized that improving the light efficiency is a necessary problem in the liquid crystal projector.

도 1을 참조하면, 종래의 고효율 액정 프로젝터 조명계는 광빔을 발생하는 광원(2)과, 광빔을 평행하게 진행 시키는 포물반사경(4)과, 포물반사경(4)을 경유하여 평행하게 진행하는 광빔을 균일하게 분할하는 제1 렌즈 어레이(6)와, 제1 렌즈어레이(6)에서 분할된 광빔을 집속하는 제2 렌즈어레이(8)와, 광빔을 광빔의 편광특성을 변환시키는 편광변환소자와, 편광변환소자를 경유한 광빔을 액정패널(12)쪽으로 진행시키는 제1 내지 제6 콘덴서 렌즈(CL1 내지 CL6)와, 콘덴서 렌즈를 경유하는 광빔의 투과량을 조절하는 액정패널(12R, 12G, 12B)과, 액정패널(12)에서 진행된 3원색 광빔을 합성하는 다이크로익 프리즘(14)과, 상기 합성된 광빔을 확대 투사하는 투사렌즈(Project Lens;16)를 구비한다. 광원(2)에서 발생된 광빔은 포물반사경(4)에 의해 준평행광으로 진행하게 된다. 상기 포물반사경(4)에서 준평행광으로 진행하는 광빔은 제1 렌즈어레이(6)에 형성된 제1 내지 제n 렌즈(도시되지 않음)에 의해 균일하게 분할된다. 제1 렌즈어레이(6)에서 분할된 광빔은 제1 내지 제m 렌즈(도시되지 않음)에 의해 집속되어진다. 이때, 제2 렌즈어레이 제1 내지 제m 렌즈는 상기 편광변환소자의 단위단면이 갖는 크기의 2배 크기로 형성되어 있다. 한편, 편광변환소자는 편광빔스프리터(Polarzing Beam Spliter; 이하 "PBS"라 한다) 어레이(10)와 광빔의 편광특성을 변환시키는 λ/2판(18)으로 구성되어 있다. 제2 렌즈어레이(8)에 의해 집속된 광빔은 편광변환소자에 의해 수직 선편광(P파)과 수평 선편광(S파)으로 분리됨과 아울러, 분리된 광빔의 편광특성이 변환되어 동일한 편광특성을 갖는 광빔이 형성되어 진다. 이를 상세히 설명하면, 제2 렌즈어레이(8)에 의해 집속된 광빔은 편광변환소자에 의해 수직선편광(P파)과 수평선편광(S파)으로 분리된다. 이어서, PBS어레이(10)의 배면에 부착된 λ/2판(18)에 의해 수평선편광(또는, 수직선편광)의 편광특성을 변환시키게 된다. 이에따라, 편광변환소자는 광빔이 동일한 편광특성을 갖도록하여 화면의 균일성을 확보할수있게 된다. 또한, 편광변환소자를 경유한 광빔은 제1 폴딩미러(Folding Mirror; FM1)에 의해 전반사되어 제1 콘덴서렌즈(Condense lens; CL1)에 집속되어 진다. 제1 콘덴서렌즈(CL1)에 집속된 광빔은 제1 다이크로익 미러(Dichroic Mirror; DM1)로 진행하게 된다. 제1 다이크로익 미러는 적색(R) 광빔은 제2 폴딩미러(FM2)로 진행시키는 반면에 녹색(G) 및 청색(B) 광빔은 제2 다이크로익 미러(DM2)로 반사시키게 된다. 제2 폴딩미러(FM2)에서는 적색(R) 광빔을 제2 콘덴서렌즈(CL2)쪽으로 전반사시킨다. 제2 콘덴서렌즈(CL2)를 경유한 적색(R) 광빔은 제1 LCD(12R)에 집속된다. 한편, 제2 다이크로익 미러(DM2)에서는 청색(B) 광빔은 제3 폴딩미러(FM3)로 진행시키는 반면에 녹색(G) 광빔은 제3 콘덴서렌즈(CL3) 쪽으로 반사시킨다. 제3 콘덴서렌즈(CL3)를 경유한 녹색 광빔은 제2 LCD(12G)에 집속된다. 또한, 제3 폴딩미러(FM3)는 청색(B) 광빔을 제5 콘덴서렌즈(CL5)로 반사시키게된다. 제5 콘덴서 렌즈(CL5)에 의해 집속된 청색(B) 광빔은 제4 폴딩미러(FM4)로 진행하게 된다. 제4 폴딩미러(FM4)는 청색광빔을 제6 콘덴서렌즈(CL6)로 전반사시키게 된다. 제6 콘덴서렌즈(CL6)를 경유한 청색(B) 광빔은 제3 LCD(12B)에 집속된다. 제1 내지 제3 LCD(12R, 12G, 12B)는 영상신호에 대응하여 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 광빔의 투과율을 조정하여 다이크로익 프리즘(14)으로 진행시킨다. 다이크로익 프리즘(14)은 3원색의 빔을 합성하여 투사렌즈(16)쪽으로 진행시킨다. 투사렌즈(16)는 합성된 광빔을 확대 투사하여 스크린(도시되지 않음)에 결상시켜 영상신호에 대응하는 화상을 표시하게 된다. 종래의 액정프로젝터는 편광변환소자를 사용하여 광빔의 편광특성이 향상됨에 따라 주변의 밝은 환경하에서도 휘도레벨을 높이도록 구성되어 있었다. 그러나, 100" 이상의 대화면에서는 상기와같은 구성을 가지더라도 주변의 밝은 환경하에서는 휘도레벨이 더 높여야만 화질을 유지할수 있게 되었다. 이에따라, 대형화에 대응하도록 광효율을 향상시키기 위한 방안이 요구되고 있다. 이하, 도 2 내지 도 7을 결부하여 종래의 조명계에 대하여 살펴보기로 한다.Referring to FIG. 1, a conventional high efficiency liquid crystal projector illumination system includes a light source 2 for generating a light beam, a parabolic reflector 4 for advancing the light beam in parallel, and a light beam traveling in parallel via the parabolic reflector 4. A first lens array 6 for uniformly dividing, a second lens array 8 for focusing the light beams divided by the first lens array 6, a polarization conversion element for converting the light beams to polarization characteristics of the light beams, First to sixth condenser lenses CL1 to CL6 for advancing the light beam via the polarization conversion element toward the liquid crystal panel 12, and liquid crystal panels 12R, 12G, and 12B for controlling the amount of transmission of the light beam through the condenser lens. And a dichroic prism 14 for synthesizing the three primary color light beams propagated from the liquid crystal panel 12, and a projection lens 16 for enlarging and projecting the synthesized light beams. The light beam generated by the light source 2 is advanced to quasi-parallel light by the parabolic reflector 4. The light beam traveling from the parabolic reflector 4 to quasi-parallel light is uniformly divided by the first to nth lenses (not shown) formed in the first lens array 6. The light beam split in the first lens array 6 is focused by the first to mth lenses (not shown). In this case, the second lens array first to m-th lens is formed twice the size of the unit cross-section of the polarization conversion element. On the other hand, the polarization conversion element is composed of a polarizing beam splitter (hereinafter referred to as "PBS") array 10 and a λ / 2 plate 18 for converting the polarization characteristics of the light beam. The light beam focused by the second lens array 8 is separated into vertical linearly polarized light (P wave) and horizontal linearly polarized light (S wave) by the polarization conversion element, and the polarization characteristics of the separated light beam are converted to have the same polarization characteristics. A light beam is formed. In detail, the light beam focused by the second lens array 8 is separated into vertical linearly polarized light (P wave) and horizontally polarized light (S wave) by the polarization conversion element. Subsequently, the polarization characteristic of the horizontally polarized light (or the vertical linearly polarized light) is converted by the λ / 2 plate 18 attached to the rear surface of the PBS array 10. Accordingly, the polarization conversion element can ensure the uniformity of the screen by having the light beam has the same polarization characteristics. In addition, the light beam passing through the polarization conversion element is totally reflected by the first folding mirror FM1 to be focused on the first condenser lens CL1. The light beam focused on the first condenser lens CL1 proceeds to the first dichroic mirror DM1. The first dichroic mirror directs the red (R) light beam to the second folding mirror FM2, while the green (G) and blue (B) light beams reflect the second dichroic mirror DM2. In the second folding mirror FM2, the red (R) light beam is totally reflected toward the second condenser lens CL2. The red (R) light beam via the second condenser lens CL2 is focused on the first LCD 12R. Meanwhile, in the second dichroic mirror DM2, the blue (B) light beam is directed to the third folding mirror FM3, while the green (G) light beam is reflected toward the third condenser lens CL3. The green light beam via the third condenser lens CL3 is focused on the second LCD 12G. In addition, the third folding mirror FM3 reflects the blue (B) light beam to the fifth condenser lens CL5. The blue (B) light beam focused by the fifth condenser lens CL5 proceeds to the fourth folding mirror FM4. The fourth folding mirror FM4 totally reflects the blue light beam to the sixth condenser lens CL6. The blue (B) light beam via the sixth condenser lens CL6 is focused on the third LCD 12B. The first to third LCDs 12R, 12G, and 12B adjust the transmittances of the red (R), green (G), and blue (B) light beams in response to the image signal to advance to the dichroic prism 14. The dichroic prism 14 combines the beams of the three primary colors and advances them toward the projection lens 16. The projection lens 16 enlarges and projects the synthesized light beam to form an image on a screen (not shown) to display an image corresponding to an image signal. In the conventional liquid crystal projector, the polarization characteristics of the light beam are improved by using a polarization conversion element, and thus, the luminance level of the liquid crystal projector is increased even under bright surroundings. However, even in the large screen of 100 "or larger, the image quality can be maintained only when the brightness level is higher in the surrounding bright environment. Accordingly, there is a need for a method for improving the light efficiency to cope with the enlargement. 2 to 7 will be described with respect to the conventional illumination system.

한편, 도 2를 참조하면, 도 1의 임의의 한 칼러에 해당하는 조명계가 도시되어 있다. 도 2에 도시된바와같이 제1 렌즈어레이 셀(6'), 제2 렌즈어레이 셀(8') , 2매의 집광렌즈들 및 LCD(12)을 사용하는 조명계가 도시되어 있다. 제1 및 제2 렌즈 어레이셀(6',8')은 제1 및 제2 렌즈어레이의 단위셀을 의미한다. 각각의 셀의 형태는 LCD(12)의 형태와 근사하도록 사각형으로 구성되어 있다. 집광렌즈는 광빔을 집속하는 콘덴서렌즈(CL1, CL2)를 사용하게 된다. 종래의 액정프로젝터 조명계에서는 광빔의 균일성을 유지함과 아울러, 밝기를 향상시키도록 2가지 전제조건을 만족하게 된다. 첫째, 제1 렌즈어레이 각 셀(6')의 조명분포가 LCD(12)의 전면에 결상되는 구조를 갖도록 구성되어 있다. 둘째, 제2 렌즈어레이의 각 셀(8') 및 집광렌즈를 경유한 빛은 LCD(12)에 중첩되어야 한다. 상기의 전제조건을 갖는 액정 프로젝터의 결상조건에 대하여 살펴보기로 한다. 제1 렌즈어레이 셀(6')의 중앙으로 입사되는 광빔은 LCD(12)의 중앙에 결상된다. 또한, 제1 렌즈어레이 셀(6')의 상부로 입사되는 광빔은 LCD(12)의 하부에 결상된다. 또한, 제1 렌즈어레이 셀(6')의 하부로 입사되는 광빔은 LCD(12)의 상부에 결상된다. 예를들어 설명하면, 제1 렌즈어레이 셀(6')의 중앙으로 입사되는 광빔은 이에 대향하도록 배치된 제2 렌즈어레이 셀(8')의 상부로 진행하게 된다. 제2 렌즈어레이 셀(8')은 자신의 상부로 유입된 광빔을 평행하게 진행시킨다. 제1 내지 제2 콘덴서렌즈(CL1,CL2)는 제2 렌즈어레이 셀(8')을 경유한 광빔을 LCD(12)의 중앙으로 집속시키게 된다. 반면에, 제1 렌즈어레이 셀(6')의 상부(또는 하부)로 입사되는 광빔은 이에 대향하도록 배치된 제2 렌즈어레이 셀(8')의 하부(또는 상부)로 진행하게 된다. 제2 렌즈어레이 셀(8')은 자신의 상부(또는, 하부)로 유입된 광빔을 평행하게 진행시킨다. 제1 내지 제2 콘덴서렌즈(CL1,CL2)는 제2 렌즈어레이 셀(8')을 경유한 광빔을 평행하게 진행시켜 LCD(12)의 상부(또는, 하부)로 집속시키게 된다.2, an illumination system corresponding to any one color of FIG. 1 is shown. As shown in FIG. 2, an illumination system using a first lens array cell 6 ′, a second lens array cell 8 ′, two condensing lenses, and an LCD 12 is shown. The first and second lens array cells 6 ′ and 8 ′ represent unit cells of the first and second lens arrays. The shape of each cell is composed of squares to approximate the shape of LCD 12. The condenser lens uses condenser lenses CL1 and CL2 that focus the light beam. The conventional liquid crystal projector illumination system satisfies two preconditions to maintain the uniformity of the light beam and to improve the brightness. First, the illumination distribution of each cell 6 ′ of the first lens array is configured to have an image formed on the front surface of the LCD 12. Second, the light passing through each cell 8 'and the condenser lens of the second lens array should overlap the LCD 12. An imaging condition of a liquid crystal projector having the above prerequisites will be described. The light beam incident on the center of the first lens array cell 6 'is imaged at the center of the LCD 12. In addition, the light beam incident on the upper portion of the first lens array cell 6 'is formed on the lower portion of the LCD 12. In addition, the light beam incident on the lower portion of the first lens array cell 6 'is formed on the upper portion of the LCD 12. For example, the light beam incident to the center of the first lens array cell 6 'travels to the upper portion of the second lens array cell 8' disposed to face the lens beam. The second lens array cell 8 'advances the light beam introduced to the upper portion thereof in parallel. The first to second condenser lenses CL1 and CL2 focus light beams passing through the second lens array cell 8 'to the center of the LCD 12. On the other hand, the light beam incident on the upper portion (or lower portion) of the first lens array cell 6 'travels to the lower portion (or upper portion) of the second lens array cell 8' disposed opposite thereto. The second lens array cell 8 'advances the light beam introduced to its upper portion (or lower portion) in parallel. The first to second condenser lenses CL1 and CL2 focus light beams passing through the second lens array cell 8 'in parallel to the upper (or lower) portion of the LCD 12.

도 3을 참조하면, 도 2 조명계를 확장한 광로가 도시되어 있다. 도 3에 도시된바와같이 제1 및 제2 렌즈 어레이(6,8), 2개의 집광렌즈 및 LCD(12)를 사용하는 조명계가 도시되어 있다. 도 3은 도 2의 제1 및 제2 렌즈어레이 셀(6',8')을 갖는 조명계를 제1 및 제2 렌즈어레이(6,8)를 갖는 조명계로 확장한 광로를 나타내고 있다. 이 경우, 제1 렌즈어레이(6)의 각 지점에서의 위치정보가 제2 렌즈어레이(8) 출력면에서의 각의 정보로 나타나게 됨을 알 수 있다. 종래의 조명계에서 광효율을 향상시키도록 LCD의 각위치에서 입사되는 광빔의 중심광선(즉, Chief Ray)은 LCD(12)면에 수직으로 입사되어야 하는 전제조건을 만족해야 한다. 각점으로 입사되는 광빔의 중심광선(Chief Ray)이 LCD에 수직으로 입사될 경우 화질의 중요요소인 콘트라스트가 전체적으로 최대가 된다. 한편, 광빔의 효율에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. 마이크로 렌즈(도시되지 않음)가 부착된 LCD(12)를 사용하는 경우에 있어서 LCD를 투과하는 광효율을 향상 시키기 위해서는 각셀의 중심광선(Chief Ray)이 LCD면에 수직입사되는 각각의 빔의 최대각(θ4)을 제한하는 것이 바람직하다. 이 경우, LCD에 입사되는 광빔의 최대각(θ4)은 LCD에 채용된 마이크로렌즈의 투과율, 콘트라스트 및 조명계의 부품사이즈를 고려하여 설계자가 설정하게 된다. 또한, LCD에 입사되는 광빔의 최대각(θ4)은 램프 반사경으로부터 반사되어 제2 렌즈 어레이와 만나는 광축으로부터의 높이(Rm)와 수학식 1에 나타난 관계를 가지게 된다.Referring to FIG. 3, there is shown an optical path extending the FIG. 2 illumination system. As shown in FIG. 3, an illumination system using first and second lens arrays 6, 8, two condensing lenses and LCD 12 is shown. 3 shows an optical path in which an illumination system having the first and second lens array cells 6 'and 8' of FIG. 2 is extended to an illumination system having the first and second lens arrays 6 and 8. In this case, it can be seen that the positional information at each point of the first lens array 6 is represented by the information of the angle on the output surface of the second lens array 8. In order to improve the light efficiency in the conventional illumination system, the central ray (ie, chief ray) of the light beam incident at each position of the LCD must satisfy the precondition that it should be incident perpendicularly to the LCD 12 surface. When the chief ray of the light beam incident at each point is incident perpendicularly to the LCD, the contrast, which is an important factor of image quality, is maximized as a whole. On the other hand, the efficiency of the light beam will be described in detail. In the case of using the LCD 12 with a micro lens (not shown), in order to improve the light efficiency of penetrating the LCD, the maximum angle of each beam in which the chief ray of each cell is vertically incident on the LCD surface It is preferable to limit (θ4). In this case, the maximum angle θ4 of the light beam incident on the LCD is set by the designer in consideration of the transmittance of the microlens employed in the LCD, the contrast, and the component size of the illumination system. In addition, the maximum angle θ4 of the light beam incident on the LCD has a relationship represented by Equation 1 with the height Rm from the optical axis reflected from the lamp reflector to meet the second lens array.

여기에서, θ2는 제2 렌즈어레이에 집속되는 광빔의 각, Hl은 LCD의 수평길이를 의미한다.Here, θ2 represents the angle of the light beam focused on the second lens array, and H1 represents the horizontal length of the LCD.

한편, 제2 렌즈어레이 셀의 집속각(θ2)은 다른 셀로 진행하거나, 외부로 진행하는 광빔의 각도의 기준을 나타내게 된다. 즉, 제2 렌즈어레이 셀의 집속각(θ2)보다 큰 각으로 진행되는 광빔은 LCD에 집속되지 않으므로 광량의 손실이 일어나게 된다. 이 경우, 광효율을 높이기위해 광량의 손실을 최소화해야 하므로 제2 렌즈어레이에 입사되는 광빔의 최대허용각(θt)을 조절하게 된다. 즉, 광원 및 반사경으로부터 방사되는 빛중 광빔의 최대허용각(θt)보다 큰 빛은 렌즈어레이 또는 PBS어레이의 다른 셀로 입사됨으로써 무효한 빛이된다. 이에따라, 광빔의 최대허용각(θt)을 조절하여 광손실을 줄이도록 포물반사경의 최대반경 각(θm)을 제한하는 것이 바람직하다. 이 경우, 제2 렌즈어레이에 입사되는 광빔의 최대허용각(θt)은 제2 렌즈어레이 셀의 집속각(θ2)과 동일하게 설정 하게된다.On the other hand, the focusing angle θ2 of the second lens array cell represents a reference of the angle of the light beam proceeding to another cell or proceeding to the outside. That is, since the light beam traveling at an angle larger than the focusing angle θ2 of the second lens array cell is not focused on the LCD, light loss occurs. In this case, the loss of the amount of light should be minimized in order to increase the light efficiency, so that the maximum allowable angle θ t of the light beam incident on the second lens array is adjusted. That is, light larger than the maximum allowable angle θt of the light beam of the light emitted from the light source and the reflector is incident on other cells of the lens array or PBS array, thereby making it invalid. Accordingly, it is desirable to limit the maximum radius angle θm of the parabolic reflector to reduce the light loss by adjusting the maximum allowable angle θt of the light beam. In this case, the maximum allowable angle θ t of the light beam incident on the second lens array is set to be the same as the focusing angle θ 2 of the second lens array cell.

도 4 및 도 5를 결부하여 이에 대하여 살펴보기로 한다. 도 4에 도시된바와같이 광원으로부터 방사되는 방사각도별 광세기를 원형의 분포로 단순화 한다. 이 경우, 광세기는 θ에 대한 사인함수(Sinθ)의 형태로 나타나게 된다. 한편, 도 5에 도시된바와같이 반사경은 소정의 초점거리(f)를 갖는 포물경의 형태를 가지며 길이가 2La인 광원의 중심이 포물경의 초점에 위치한다고 설정하였다. 이때, 포물반사경의 최대반경(θm)이 작을수록 광효율이 증가하게 된다. 이 경우, 광효율은 포물반사경에 반사되는 반사광량과 대응되는 렌즈 셀의 유효 투과율의 곱에 비례하게 된다.This will be described with reference to FIGS. 4 and 5. As shown in FIG. 4, the light intensity for each radiation angle emitted from the light source is simplified to a circular distribution. In this case, the light intensity is expressed in the form of a sinusoidal function Sinθ with respect to θ. Meanwhile, as shown in FIG. 5, the reflector has a form of a parabolic mirror having a predetermined focal length f and a center of a light source having a length of 2La is set at the focal point of the parabolic mirror. At this time, the smaller the maximum radius (θm) of the parabolic reflector increases the light efficiency. In this case, the light efficiency is proportional to the product of the effective transmittance of the lens cell corresponding to the amount of reflected light reflected by the parabolic reflector.

한편, 도 6에 도시된바와같이 편광변환소자인 PBS어레이가 채용되는 경우 제2 렌즈어레이에 입사되는 광빔의 최대 허용각(θt)에 대하여 살펴보기로 한다. PBS어레이는 수직으로 스트라이프 구조를 가짐과 아울러, 수평으로 수평크기의 반 크기간격의 구조를 갖게된다. 이 경우, 광효율은 램프, LCD의 동일조건하에서 램프로부터 방사되어 반사되는 유효한 방사각 및 렌즈어레이의 각 셀의 대응관계에 있기 때문에 θt ≤ θ2의 빛이 유효한 반면, PBS어레이가 채용되는 경우에 있어서는 θt≤θ2/2의 빛 만이 유효한 빛이 된다. 반면에, 유효한 수평성분각(θt)이 θ2/2보다 큰 경우 일부의 광빔은 다른 셀 또는 외부로 진행하게 되어 광효율이 저하되게 된다. 이때, 도 7에서 빗금친 영역은 유효광빔이 투과하는영역에 해당한다. 여기에서, 반사경 초점에 따른 반사경의 출사광빔의 각(θmp)은 도 5에 도시된바와같이 θa로 대표화하였으며 비례상수는 1을 사용하였다. θa는 수학식 2에 나타나 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 6, when the PBS array, which is a polarization conversion element, is employed, the maximum allowable angle θ t of the light beam incident on the second lens array will be described. The PBS array has a vertically striped structure and a horizontally sized half-size interval. In this case, since the light efficiency is in the correspondence relationship between each cell of the lens array and the effective radiation angle emitted and reflected from the lamp under the same conditions of the lamp and the LCD, the light of θ t ≤ θ 2 is effective, whereas in the case of employing a PBS array, Only light of θt ≦ θ2 / 2 becomes effective light. On the other hand, when the effective horizontal component angle θ t is greater than θ 2/2, some light beams may travel to other cells or to the outside, thereby reducing light efficiency. In this case, the hatched area corresponds to the area through which the effective light beam passes. Here, the angle θmp of the outgoing light beam of the reflector according to the focus of the reflector is represented by θa as shown in FIG. 5, and the proportional constant is used. θa is shown in equation (2).

여기에서, Y는 X2/4f를 의미하고 X는 (f-La)/3을 의미한다.Here, Y means X 2 / 4f and X means (f-La) / 3.

한편, 상기의 광학부품의 위치는 광학계 크기 및 광학계 구성의 기구적 제한성 및 유효 빛의 손실을 최소화하도록 관리되어지는 것이 일반적으로 고정화된 설계변수로 보아도 무방하다. 따라서 렌즈의 위치를 고정하는 경우 주요설계변수로는 θ2,θ4(또는 Rm), 두 개의 집광렌즈파워 f1, f3으로 표현할수 있다. 한편, 마이크로 렌즈가 부착된 LCD를 채용하거나 LCD로 입사되는 빛의 각도(θ4)를 제한하는 경우 주요설계 변수는 3개가 된다. 한편, 전술한 결상관계 및 셀의 중심광선(Chief Ray)관리시 관련 설계 방정식은 독립된 4개의 방정식을 갖는다. 이것은 임의로 고정하였던 광학부품의 위치(특히, 집광렌즈) d0,d3,d4는 수학식 3에 나타나바와같이 종속관계를 갖는 것으로 해석되어진다.On the other hand, the position of the optical component may be generally regarded as a fixed design variable that is managed to minimize the mechanical limitations of the optical system size and the optical system configuration and the effective light loss. Therefore, when fixing the position of the lens, the main design variables can be expressed as θ2, θ4 (or Rm), two condensing lens power f1, f3. On the other hand, in the case of employing an LCD with a microlens or limiting the angle θ4 of the light incident on the LCD, there are three main design variables. On the other hand, the above-described imaging relationship and the related design equations for managing the chief ray of the cell has four independent equations. This is interpreted as the position of the optical component that is fixed arbitrarily (particularly, the condenser lens) d0, d3, d4 has a subordinate relationship as shown in equation (3).

한편, 유효방사각에 대한 효율은 축에 대해서 원형 대칭성을 갖기 때문에 방사각도별 광세기는 입체각 곱을 π에서 θm까지 적분한 값에 비례한다. 이에따라, 전체광량이 수학식 4에 나타나 있다.On the other hand, since the efficiency for the effective radiation angle has circular symmetry with respect to the axis, the light intensity for each radiation angle is proportional to the integral of the solid angle product from π to θm. Accordingly, the total amount of light is shown in equation (4).

여기에서, C는 상수를 의미하고, X는 Sin-1(θt/θmp)을 의미한다.Here, C means a constant, and X means Sin -1 (θt / θmp).

이 경우, 1.3" LCD를 3매 채용하는 액정 프로젝터의 일반적인 구성에 대한 근사치로 Hl은 14㎜, d0은 80㎜, d3은 150㎜, d4는 12㎜, La는 0.7㎜로 설정하고 θ4는 8°로 설정할 경우 광세기를 포물반사경의 초점거리별로 나타낸 자료가 표 1에 나타나 있다.In this case, Hl is 14mm, d0 is 80mm, d3 is 150mm, d4 is 12mm, La is 0.7mm and θ4 is 8 as an approximation to the general configuration of a liquid crystal projector employing three 1.3 "LCDs. Table 1 shows the light intensity for each focal length of the parabolic reflector when set to °.

포물반사경의 초점거리에 따른 LCD에 입사되는 광강도Light intensity incident on the LCD according to the focal length of the parabolic reflector 포물경초점Parabolic focus 광 량Light quantity 포물경초점Parabolic focus 광 량Light quantity 포물경초점Parabolic focus 광 량Light quantity 55 0.0230130.023013 6.76.7 0.0143630.014363 8.48.4 0.00913840.0091384 5.15.1 0.0223540.022354 6.86.8 0.0139830.013983 8.58.5 0.00889830.0088983 5.25.2 0.021720.02172 6.96.9 0.0136140.013614 8.68.6 0.00866410.0086641 5.35.3 0.0211080.021108 77 0.0132550.013255 8.78.7 0.00843580.0084358 5.45.4 0.0205170.020517 7.17.1 0.0129060.012906 8.88.8 0.00821310.0082131 5.55.5 0.0199460.019946 7.27.2 0.0125670.012567 8.98.9 0.00799580.0079958 5.65.6 0.0193950.019395 7.37.3 0.0122370.012237 99 0.00778370.0077837 5.75.7 0.0188620.018862 7.47.4 0.0119170.011917 9.19.1 0.00757670.0075767 5.85.8 0.0183460.018346 7.57.5 0.01160040.0116004 9.29.2 0.00737460.0073746 5.95.9 0.0178460.017846 7.67.6 0.011300.01130 9.39.3 0.00717730.0071773 66 0.0173620.017362 7.77.7 0.0110050.011005 9.49.4 0.00698450.0069845 6.16.1 0.0168940.016894 7.87.8 0.0107170.010717 9.59.5 0.00679620.0067962 6.26.2 0.0164390.016439 7.97.9 0.0104360.010436 9.69.6 0.0066120.006612 6.36.3 0.0159990.015999 88 0.0101630.010163 9.79.7 0.00643190.0064319 6.46.4 0.0155710.015571 8.18.1 0.0098970.009897 9.89.8 0.00625560.0062556 6.56.5 0.0151560.015156 8.28.2 0.0096370.009637 9.99.9 0.0060830.006083 6.66.6 0.0147540.014754 8.38.3 0.0093850.009385 1010 0.00591370.0059137

상술한바와같이 종래의 액정프로젝터는 사용자의 대화면 요구에 대응하도록 주변의 밝은 환경하에서는 휘도레벨이 충분히 높을수 있도록 광효율을 향상시켜야하는 과제를 가지게 되었다. 이러한 상황에서 조명계의 설계시에 광학부품의 위치를 종속적인 변수로 함에따른 설계의 자유도가 낮아져 광효율이 향상시키기 위한 조명계를 설계하는데 어려운점이 도출되고 있다.As described above, the conventional liquid crystal projector has a problem to improve the light efficiency so that the luminance level is sufficiently high under the surrounding bright environment to meet the large screen demand of the user. In such a situation, the degree of freedom of design is reduced due to the position of the optical component as a dependent variable in the design of the illumination system, which leads to a difficulty in designing an illumination system for improving the light efficiency.

따라서, 본 발명의 목적은 광효율을 높이도록 구성된 액정프로젝터 조명계를 제공 하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention to provide a liquid crystal projector illumination system configured to increase the light efficiency.

도 1은 종래의 고효율 액정 프로젝터의 조명계 구성을 도시한 도면.1 is a diagram showing a configuration of an illumination system of a conventional high efficiency liquid crystal projector.

도 2는 도 1의 임의의 한 칼러에 해당하는 조명계를 도시한 도면.FIG. 2 shows an illumination system corresponding to any one color of FIG. 1. FIG.

도 3은 도 2 조명계의 광로를 도시한 광로도.3 is an optical path diagram showing an optical path of the illumination system of FIG.

도 4는 원의 배광분포를 갖는 광원의 각도별 광량을 도시한 도면.4 is a diagram showing the amount of light for each angle of a light source having a circular light distribution.

도 5는 포물반사경에서 광원의 크기에 의한 빔의 각을 도시한 도면.5 shows the angle of the beam by the size of the light source in the parabolic reflector.

도 6은 편광 변환소자에서의 유효최대 광빔 각을 도시한 도면.6 is a view showing an effective maximum light beam angle in a polarization conversion element.

도 7은 도 6의 A를 확대하여 도시한 도면.FIG. 7 is an enlarged view of A of FIG. 6; FIG.

도 8은 본 발명에 따른 액정프로젝터 조명계를 개략적으로 도시한 광로도.8 is an optical path diagram schematically showing a liquid crystal projector illumination system according to the present invention.

도 9는 액정 프로젝터 조명계의 밝기를 비교하여 도시한 특성도.9 is a characteristic diagram showing a comparison of the brightness of the liquid crystal projector illumination system.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

2 : 광원 4 : 포물반사경2: light source 4: parabolic reflector

6 : 제1 렌즈 어레이 8 : 제2 렌즈 어래이6: first lens array 8: second lens array

10 : 편광 빔스프리터 어레이 12 : 액정패널10 polarization beam splitter array 12 liquid crystal panel

14 : 다이크로익 프리즘 16 : 투사렌즈14 dichroic prism 16 projection lens

18 : λ/2판 22 : 렌즈 어레이18: lambda / 2 plate 22: lens array

24,34 : 편광변화소자 26,28,30 : 집광렌즈24,34: polarization changing element 26,28,30: condensing lens

36 : 색분리필터 38 : 마이크로렌즈 어레이36: color separation filter 38: microlens array

FM1 내지 FM4 : 제1 내지 제4 폴딩미러FM1 to FM4: first to fourth folding mirrors

CL1 내지 CL6 : 제1 내지 제6 콘덴서렌즈CL1 to CL6: first to sixth condenser lenses

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정프로젝터 조명계는 제2 렌즈어레이와 액정패널 사이에 배치된 제1 내지 제3 집광렌즈를 구비한다.In order to achieve the above object, the liquid crystal projector illumination system according to the present invention includes first to third condensing lenses disposed between the second lens array and the liquid crystal panel.

상기 목적외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.Other objects and features of the present invention other than the above object will become apparent from the description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

도 8 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명 하기로 한다.8 to 9, a preferred embodiment of the present invention will be described.

도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 액정프로젝터용 조명계는 제1 및 제2 렌즈 어레이(22,24), 제1 내지 제3 집광렌즈(26,28,30) 및 LCD(12)로 구성되어 있다. 제1 및 제2 렌즈어레이(22,24)의 기능 및 동작은 도 3과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이 경우, 광효율을 향상시키기 위해 LCD에 입사되는 광빔의 최대각(θ4), 제2 렌즈어레이 셀 집속각(θ2) 및 포물반사경의 최대반경(Rm) 등에 대해서는 종래와 동일하게 적용된다. 한편, 본 발명에따른 액정프로젝터용 조명계는 종래에 비해 1개의 집광렌즈를 추가하여 조명계를 설계하는 자유도를 증가시키게 된다. 여기에서 광학부품의 기구적조건을 동일하게하여 d1은 10㎜, d2는 70㎜로 설정하였다. 이때 광량은 포물경의 각 초점거리에 대하여 포물반사경의 최대반경(Rm)의 자유도에 따른 Rm의 변화에 대한 광량의 최대값을 취한 것으로 종래의 데이터와 비교한 특성도가 도9에 도시되어 있다. 도 9에 도시된바와같이 본 발명에 따른 액정프로젝터용 조명계는 1개의 집광렌즈를 추가함에의해 설계의 자유도를 높여줌과 아울러, 종래의 액정프로젝터 조명계에 비해 광효율이 증가하게 됨을 나타내고 있다.Referring to FIG. 8, the illumination system for a liquid crystal projector according to the present invention includes first and second lens arrays 22 and 24, first to third condensing lenses 26, 28, and 30, and an LCD 12. have. Since the functions and operations of the first and second lens arrays 22 and 24 are the same as those in FIG. 3, detailed descriptions thereof will be omitted. In this case, the maximum angle θ4 of the light beam incident on the LCD, the second lens array cell focusing angle θ2, the maximum radius Rm of the parabolic reflector, etc. are applied in the same manner as in the prior art to improve the light efficiency. On the other hand, the illumination system for a liquid crystal projector according to the present invention increases the degree of freedom to design the illumination system by adding one condenser lens as compared to the conventional. Here, the mechanical conditions of the optical component were the same, and d1 was set to 10 mm and d2 to 70 mm. In this case, the light quantity is a maximum value of the light quantity with respect to the change of Rm according to the degree of freedom of the maximum radius Rm of the parabolic reflector for each focal length of the parabolic mirror. As shown in FIG. 9, the illumination system for the liquid crystal projector according to the present invention increases the degree of freedom of design by adding one condenser lens and indicates that the light efficiency is increased as compared with the conventional liquid crystal projector illumination system.

한편, 본 발명에 따른 액정프로젝터 조명계는 설계자의 의도에 따라 제2 집광렌즈(28)와 제3 집광렌즈(30) 사이에 각각의 LCD에 대응하도록 색을 분리하는 색분리 필터(36)를 적어도 하나이상 배치할수도 있을 것이다. 색분리 필터(36)는 백색광빔으로부터 해당하는 칼라를 분리하여 각각의 LCD로 진행시키게 된다.Meanwhile, the liquid crystal projector illumination system according to the present invention includes at least a color separation filter 36 for separating colors between the second condenser lens 28 and the third condenser lens 30 so as to correspond to the respective LCDs according to a designer's intention. There may be more than one. The color separation filter 36 separates the corresponding color from the white light beam and advances to each LCD.

또한, 본 발명에 따른 액정프로젝터 조명계는 제2 렌즈어레이(24)와 제1 집광렌즈(26) 사이에 설계자의 의도에 따라 편광변환소자(34)를 배치시켜 편광특성을 이용하여 광효율을 향상시킬수 있을 것이다. 이 경우, 광효율은 램프, LCD의 동일조건하에서 램프로부터 방사되어 반사되는 유효한 방사각(θt) 및 렌즈어레이의 집속각(θ2)의 대응관계에 관계되므로 θt ≤ θ2의 빛이 유효한 반면, PBS어레이가 채용되는 경우에 있어서는 θt≤θ2/2의 빛 만이 유효한 빛이된다. 또한, 본 발명에 따른 액정프로젝터 조명계는 설계자의 의도에 따라 LCD(32)의 내부에는 마이크로렌즈 어레이(38)를 채용하여 광효율을 높이도록 구성할수도 있을 것이다.In addition, in the liquid crystal projector illumination system according to the present invention, the polarization conversion element 34 may be disposed between the second lens array 24 and the first condenser lens 26 according to a designer's intention to improve light efficiency by using polarization characteristics. There will be. In this case, since the light efficiency is related to the correspondence between the effective radiation angle θt and the focusing angle θ2 of the lens array, which are emitted and reflected from the lamp under the same conditions of the lamp and the LCD, light of θt ≦ θ2 is effective, whereas the PBS array is effective. Is employed, only light of θt ≦ θ2 / 2 becomes effective light. In addition, the liquid crystal projector illumination system according to the present invention may be configured to increase the light efficiency by employing a microlens array 38 inside the LCD 32 according to the intention of the designer.

상기와 같이, 본 발명에 따른 액정프로젝터 조명계는 3매의 집광렌즈를 사용함에 의해 조명계의 설계 자유도를 부과하여 광효율을 높일수 있는 최적의 광학계를 구현하도록 한다.As described above, the liquid crystal projector illumination system according to the present invention implements an optimal optical system that can increase the light efficiency by imposing design freedom of the illumination system by using three condenser lenses.

상술한 바와같이, 본 발명에 따른 액정프로젝터 조명계는 광효율을 향상시킬수 있는 장점이 있다.As described above, the liquid crystal projector illumination system according to the present invention has an advantage of improving light efficiency.

이상 설명한 내용을 통해 당업자 라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.

Claims (4)

광빔을 발생하는 광원과, 영상신호에 대응하여 상기 광빔의 투과량을 조절하는 액정패널과 , 광빔을 상기 액정패널에 집속하도록 다수개의 렌즈셀이 배치된 제1 및 제2 렌즈어레이를 구비하는 액정프로젝터 조명계에 있어서,A liquid crystal projector comprising a light source for generating a light beam, a liquid crystal panel for adjusting the transmission amount of the light beam in response to an image signal, and first and second lens arrays in which a plurality of lens cells are arranged to focus the light beam on the liquid crystal panel. In the illumination system, 상기 제2 렌즈어레이와 액정패널 사이에 배치된 제1 내지 제3 집광렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정프로젝터 조명계.And a first to a third condensing lens disposed between the second lens array and the liquid crystal panel. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 액정패널에 마이크로 렌즈가 형성된 것을 특징으로 하는 액정프로젝터 조명계Liquid crystal projector illumination system, characterized in that a micro lens is formed on the liquid crystal panel 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2 렌즈어레이와 제1 집광렌즈 사이에 편광변환소자가 배치된 것을 특징으로 하는 액정프로젝터 조명계.And a polarization converting element disposed between the second lens array and the first condensing lens. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2 집광렌즈와 제3 집광렌즈 사이에 색분리필터가 배치된 것을 특징으로 하는 액정프로젝터 조명계.And a color separation filter disposed between the second condensing lens and the third condensing lens.
KR1019980054542A 1998-12-11 1998-12-11 LCD Projector Illumination System KR100277505B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980054542A KR100277505B1 (en) 1998-12-11 1998-12-11 LCD Projector Illumination System

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019980054542A KR100277505B1 (en) 1998-12-11 1998-12-11 LCD Projector Illumination System

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20000039262A KR20000039262A (en) 2000-07-05
KR100277505B1 true KR100277505B1 (en) 2001-01-15

Family

ID=19562481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019980054542A KR100277505B1 (en) 1998-12-11 1998-12-11 LCD Projector Illumination System

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100277505B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
KR20000039262A (en) 2000-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100382953B1 (en) Picture display device
US6224217B1 (en) Optical illumination apparatus and image projection apparatus
US5973848A (en) Retrofocus projection lens system and multivision projection display apparatus
US6527396B2 (en) Optical device as well as projector unit and rear projector system using the same
JP3347676B2 (en) Illumination device and projection display device using the same
CN100529840C (en) Projector
US6461001B2 (en) Illumination apparatus and projection type display apparatus
US6439724B1 (en) Color projector
US6773111B2 (en) Projection type image display apparatus
US6943850B2 (en) Optical apparatus and projection type display apparatus for reducing a physical distance between a light source and a display
KR100685565B1 (en) Projector
KR100626343B1 (en) Projection display apparatus
KR100277505B1 (en) LCD Projector Illumination System
JP4165479B2 (en) projector
US5695266A (en) Projection-type display apparatus
KR960014292B1 (en) Single lcd type projector
KR100381265B1 (en) Illumination System in Liquid Crystal Projector
KR100208660B1 (en) Optical projection system of a liquid crystal display
KR100312498B1 (en) Polarization converter
JP2004341529A (en) Reflection type illumination optical system
KR100437060B1 (en) Lcd device for a high-brightness single plate-type liquid crystal projector, specifically in relation to improving contrast of a liquid crystal or increasing lightness of the liquid crystal
KR19980075346A (en) LCD Unit for High Brightness Single-Phase LCD Projectors
KR19990047452A (en) Projection type image display device
KR19990027933U (en) Fastening structure for image generation means of the projector
JP2002287096A (en) Polarized light illuminator and projection type display device

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20080926

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee