KR100285618B1 - Illumination system of liquid crystal display - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An illumination system of a liquid crystal display device is provided to reduce an incident angle of light beams emitted to a polarizing beam splitter(PBS) array for increasing the whole illumination system and control the width of the incident light beams according to a distance between a first lens array and a parabolic reflection mirror array. CONSTITUTION: An illumination system of a liquid crystal display device includes a light source(22) for generating light beams, a first lens array(26) for uniformly dividing incident light beams and condensing the divided light beams, a PBS array(30) for converting the light beams to light beams having a predetermined linear polarization beam components, a parabolic reflection mirror array(24) for changing an optical path for advancing the light beams condensed by the first lens array perpendicularly to an incident surface of the PBS array, and a second lens array(34) for uniformly radiating the light beams from the PBS array.

Description

액정프로젝터 조명계LCD Projector Illumination System

본 발명은 광원을 사용하는 조명계에 관한 것으로, 특히 광빔의 효율을 높이도록 한 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 to improve the efficiency of a light beam.

통상적으로 광원과 조명계로 구성되어 필름, 화상 등을 확대하여 스크린에 투사하는 프로젝터(Projector)에는 음극선관을 채용한 프로젝터들이 일반화 되어 있으며, 최근에는 액정을 장착한 프로젝터들이 보급되고 있는 추세이다. 상기 액정프로젝터들은 광원으로부터의 광빔을 효율적으로 액정판넬에 입사시키기 위한 조명계를 구비한다. 한편, 상기 조명계에서 액정판넬로 입사되는 광빔은 편광이어야 하고 이를 위해 편광판을 사용하게 되는데, 편광판 자체의 특성으로 인해 광효율이 40% 이하로 떨어지게된다. 이로 인해, 대부분의 조명계에서는 편광판 대신 편광 빔스프리터(Polarizing Beam Splitter; 이하 “PBS”라 함)를 주로 사용하고 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. The liquid crystal projectors have an illumination system for efficiently injecting a light beam from a light source into the liquid crystal panel. On the other hand, the light beam incident on the liquid crystal panel in the illumination system should be polarized and for this purpose, a polarizing plate is used, and the light efficiency drops to 40% or less due to the characteristics of the polarizing plate itself. For this reason, in most lighting systems, a polarizing beam splitter (hereinafter, referred to as “PBS”) is mainly used instead of a polarizing plate.

실제로, 제1도에 도시된 바와 같이 광빔을 발생하는 광원(2)과, 광빔을 평행하게 진행시키는 포물반사경(4)과, 액정판넬에 입사되는 광빔의 조도를 균일하게 하는 제1 및 제2 렌즈 어레이(6, 8)와, 광빔을 수직 선편광(P파)과 수평 선편광(S파)으로 분리하는 PBS 어레이(10)와, 광빔의 편광특성을 변환시키는 λ/2판(12)과, 상기 PBS 어레이(10)를 경유한 광빔의 방향을 액정판넬(16)로 진행시키는 콘덴서렌즈(14)를 구비한다. 상기 제1 렌즈 어레이(6)는 포물반사경(4)에서 평행하게 진행하는 광빔을 입사면에 형성된 각각의 제1 렌즈(6a 내지 6d)로 균일하게 분할함과 아울러 각각의 제1 렌즈(6a 내지 6d)는 광빔을 집속시키는 기능을 갖는다. 제2 렌즈 어레이(8)는 상기 제1 렌즈 어레이(6)를 경유한 광빔을 PBS 어레이(10)에 집속시키는 기능을 가지며 이로 인하여, 액정판넬(18)에 입사되는 광빔의 조도를 균일하게 할 수 있다.In fact, as shown in FIG. 1, a light source 2 for generating a light beam, a parabolic reflector 4 for advancing the light beam in parallel, and first and second uniform illuminance of the light beam incident on the liquid crystal panel A lens array 6, 8, a PBS array 10 for separating the light beam into vertical linearly polarized light (P wave) and a horizontal linearly polarized light (S wave), a λ / 2 plate 12 for converting polarization characteristics of the light beam, And a condenser lens 14 for advancing the direction of the light beam via the PBS array 10 to the liquid crystal panel 16. The first lens array 6 uniformly divides the light beam traveling in parallel in the parabolic reflector 4 into the respective first lenses 6a to 6d formed on the incident surface and at the respective first lenses 6a to 6d) has a function of focusing the light beam. The second lens array 8 has a function of focusing the light beams passing through the first lens array 6 to the PBS array 10, thereby making it possible to make the illuminance of the light beams incident on the liquid crystal panel 18 uniform. Can be.

또한, 제2도에 도시된 PBS(10)와 λ/2판(12)의 기능에 대해서 상세히 설명하면, 광원(2)에서 발생된 광빔에는 수직 선편광(P파)과 수평 선편광(S파)이 포함되어 있다. 상기 광빔이 PBS(10)에 입사될 경우, 수직 선편광(P파)은 투과되며, 수평 선편광(S파)은 반사되어 전반사 미러(10a)쪽으로 진행한 후, 전반사 미러(10a)에 의해 반사되어진다. λ/2판(12)은 전반사 미러(10a)에 대향되게 PBS(10)의 출사면 상에 부착되어 수평 선편광(S파)을 수직 선편광(P파)으로 변환시킨다. 이러한 PBS(10)에 의해, 수직 선편광(P파)과 수평 선편광(S파)을 모두 포함한 광빔은 수직 선편광(P파)만을 가지게 되어 편광판을 사용하는 경우에 비하여 광빔의 효율을 높일 수 있다.In addition, the functions of the PBS 10 and the λ / 2 plate 12 shown in FIG. 2 will be described in detail. In the light beam generated from the light source 2, the vertical linearly polarized light (P wave) and the horizontal linearly polarized light (S wave) This is included. When the light beam is incident on the PBS 10, the vertical linearly polarized light (P wave) is transmitted, the horizontal linearly polarized light (S wave) is reflected and proceeds toward the total reflection mirror 10a, and then is reflected by the total reflection mirror 10a. Lose. [lambda] / 2 plate 12 is attached on the exit surface of PBS 10 to face the total reflection mirror 10a to convert horizontal linearly polarized light (S wave) into vertical linearly polarized light (P wave). By the PBS 10, the light beam including both the vertical linearly polarized light (P wave) and the horizontal linearly polarized light (S wave) has only vertical linearly polarized light (P wave), so that the efficiency of the light beam can be improved as compared with the case of using a polarizing plate.

한편, 제2(b)도에 도시된 바와 같이 PBS(10)에 입사되는 광빔의 입사각에 따라 편광되어지는 광빔의 변환율이 달라짐을 알 수 있다. 예를 들어 설명하면, PBS(10)에 입사되는 광빔의 입사각(θ)이 “0°”즉, 광빔이 PBS(10)의 입사면에 대하여 수직으로 입사되는 경우에 편광되는 광빔의 변환율이 90%이상이 되지만, 광빔의 입사각(θ)이 “-10°” 인 경우에 편광되는 광빔의 변환율이 80%이하가 된다.On the other hand, as shown in Figure 2 (b) it can be seen that the conversion rate of the polarized light beam is changed according to the incident angle of the light beam incident on the PBS (10). For example, when the incident angle θ of the light beam incident on the PBS 10 is “0 °”, that is, when the light beam is incident perpendicularly to the incident surface of the PBS 10, the conversion rate of the polarized light beam is 90 degrees. When the incident angle? Of the light beam is " -10 ° ", the conversion rate of the polarized light beam is 80% or less.

그러나, 제1 및 제2 렌즈 어레이(6, 8)와 PBS 어레이(8)를 사용하는 3판식 액정 프로젝터는 제1 렌즈 어레이(6)로부터의 광빔이 제2 렌즈 어레이(8)에 대면된 PBS 어레이(10)로 집속되어야 하므로 PBS(10)로 입사되는 입사각이 커지게 된다. 그 결과, 편광되는 광빔의 변환율이 저하되어 광빔이 효율이 저하되는 문제점이 있다.However, a three-plate type liquid crystal projector using the first and second lens arrays 6 and 8 and the PBS array 8 has a PBS in which light beams from the first lens array 6 face the second lens array 8. Since the light must be focused on the array 10, the incident angle incident on the PBS 10 becomes large. As a result, the conversion rate of the light beam to be polarized is lowered, there is a problem that the light beam efficiency is lowered.

따라서, 본 발명의 목적은 광빔의 효율을 높이도록 한 액정프로젝터 조명계를 제공 하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a liquid crystal projector illumination system to increase the efficiency of the light beam.

제1도는 종래 기술에 따른 액정프로젝터 조명계를 나타낸 도면.1 is a view showing a liquid crystal projector illumination system according to the prior art.

제2(a)도는 제1도의 편광 빔스프리터와 λ/2판을 상세하게 나타낸 도면.FIG. 2 (a) shows the polarization beam splitter and lambda / 2 plate of FIG. 1 in detail.

제2(b)도는 광빔의 입사각에 따른 광빔의 편광 변환율을 나타낸 도면.2 (b) is a view showing the polarization conversion rate of the light beam according to the incident angle of the light beam.

제3도는 본 발명에 따른 액정프로젝터 조명계를 나타낸 도면.3 is a view showing a liquid crystal projector illumination system according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

2, 22 : 광원 4, 24 : 포물반사경2, 22: light source 4, 24: parabolic reflector

6, 26 : 제1 렌즈 어레이 8, 34 : 제2 렌즈 어레이6, 26: first lens array 8, 34: second lens array

10, 30 : 편광 빔스프리터 어레이 12, 32 : λ/2판10, 30: polarization beam splitter array 12, 32: λ / 2 plate

14 : 콘덴서 렌즈 16, 36 : 액정판넬14: condenser lens 16, 36: liquid crystal panel

28 : 포물반사경 어레이28: Parabolic reflector array

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액정프로젝터 조명계는 광빔을 발생하는 광원과, 광원으로부터 입사되는 광빔을 균일하게 분할함과 아울러 분할된 광빔을 집속하는 제1 렌즈 어레이와, 광빔을 특정 선편광 성분만을 가지는 광빔으로 변환시키기 위한 편광 빔스프리터 어레이와, 제1 렌즈 어레이로부터 집속된 광빔이 편광 빔스프리터 어레이의 입사면에 대하여 수직으로 진행하도록 광빔의 진행경로를 변경시키기 위한 포물반사경 어레이와, 편광 빔스프리터 어레이로부터 입사되는 광빔을 액정판넬에 균일하게 조사하는 제2 렌즈 어레이를 구비한다.In order to achieve the above object, the liquid crystal projector illumination system according to the present invention comprises a light source for generating a light beam, a first lens array for uniformly dividing the light beam incident from the light source, and focusing the divided light beam, and a specific linearly polarized light beam A polarization beam splitter array for converting into a light beam having only components, a parabolic reflector array for changing a path of the light beam so that the light beam focused from the first lens array proceeds perpendicular to the incidence plane of the polarization beam splitter array; And a second lens array which uniformly irradiates the liquid crystal panel with the light beam incident from the beam splitter array.

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

제3도를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.Referring to Figure 3 will be described a preferred embodiment of the present invention.

제3도는 본 발명에 따른 액정프로젝터 조명계를 나타내는 도면으로써, 제3도의 구성에서 본 발명에 따른 액정프로젝터 조명계는, 광빔을 발생하는 광원(22)과, 광빔을 평행하게 진행시키는 포물 반사경(24)과, 상기 포물반사경(24)을 경유하여 평행하게 진행하는 광빔을 균일하게 분할함과 아울러 분할된 광빔을 집속하는 제1 렌즈 어레이(26)와, 상기 제1 렌즈 어레이(26)로부터 집속된 광빔을 평행하게 진행시키는 포물반사경 어레이(28)와, 광빔을 수직 선편광(P파)과 수평 선편광(S파)으로 분리하는 PBS 어레이(30)와, 광빔의 편광특성을 변환시키는 λ/2판(32)과, 상기 PBS어레이(30)와 λ/2판(32)을 경유한 광빔을 액정판넬(36)에 균일하게 조사하는 제2 렌즈 어레이(34)를 구비한다. 상기 제1 및 제2 렌즈 어레이(26, 34)는 광빔을 균등하게 분할하고 액정판넬(36)에 균등하게 조사시킴으로 액정판넬에 입사되는 광빔의 조도를 균일하게 한다. 포물반사경 어레이(28)는 제1 렌즈 어레이(26)로부터 집속된 광빔을 PBS 어레이(30)로 평행하게 진행시키며, 포물반사경 어레이(28)에 배치된 포물반사경 각각에는 하반부에만 반사경이 형성되고, 위쪽은 개방된 구조로 제작된다. 이러한 포물반사경 어레이(28)에 의하여, PBS 어레이(30)에 입사되는 광빔의 입사각(θ)이 작아지게 된다. 따라서, PBS 어레이(30)의 입사면에 입사되는 광이 PBS 어레이(30)의 입사면에 대하여 거의 수직 또는 수직으로 입사되므로 광빔의 효율이 증대된다.3 is a view showing a liquid crystal projector illumination system according to the present invention. In the configuration of FIG. 3, the liquid crystal projector illumination system according to the present invention includes a light source 22 for generating a light beam and a parabolic reflector 24 for advancing the light beam in parallel. And a first lens array 26 for uniformly dividing the light beams traveling in parallel via the parabolic reflector 24 and condensing the divided light beams, and a light beam focused from the first lens array 26. The parabolic reflector array 28 for advancing the light in parallel, the PBS array 30 for separating the light beam into vertical linearly polarized light (P wave) and the horizontal linearly polarized light (S wave), and the λ / 2 plate for converting polarization characteristics of the light beam. 32 and a second lens array 34 for uniformly irradiating the liquid crystal panel 36 with a light beam passing through the PBS array 30 and the λ / 2 plate 32. The first and second lens arrays 26 and 34 divide the light beam evenly and irradiate the liquid crystal panel 36 uniformly to uniform the illuminance of the light beam incident on the liquid crystal panel. The parabolic reflector array 28 propagates the light beam focused from the first lens array 26 to the PBS array 30 in parallel, and each of the parabolic reflectors disposed in the parabolic reflector array 28 has a reflector formed only at the lower half thereof. The upper part is made of open structure. By the parabolic reflector array 28, the incident angle θ of the light beam incident on the PBS array 30 is reduced. Therefore, since light incident on the incident surface of the PBS array 30 is incident almost perpendicularly or perpendicularly to the incident surface of the PBS array 30, the efficiency of the light beam is increased.

상기 제1 렌즈 어레이(26)를 구성하는 렌즈들 각각에 대응하는 포물반사경 어레이(28)의 반사면 상에 광빔을 집속하게 되므로, 제1 렌즈 어레이(26)는 포물반사경(28)에 대하여 소정의 각도(예를들면, 45°)로 기울어지게 배치된다. 또한 제1 렌즈 어레이(26)와 포물 반사경 어레이(28)의 거리를 조절하면 포물 반사경 어레이(28)의 반사면 상에 집속되는 광빔의 폭이 달라지게 되므로 PBS 어레이(30)에 입사되는 광빔의 폭을 조절할 수 있다. PBS 어레이(30)는 포물반사경 어레이(28)로부터 입사되는 광빔 중, 수직 선편광(P파)을 투과시키고, 수평 선편광(S파)을 전반사 미러(30a) 쪽으로 반사시킨 다음, λ/2판(32)을 이용하여 수직 선편광(P파)으로 변환시키게 된다. 이 PBS 어레이(30)에 의하여, 상기 광원(22)에서 발생된 광빔은 손실없이 모두 수직 선편광(P파)으로 변환된 후, 제2 렌즈 어레이(34)를 통해 액정판넬(36)에 균일하게 조사되어 진다.Since the light beam is focused on the reflecting surface of the parabolic reflector array 28 corresponding to each of the lenses constituting the first lens array 26, the first lens array 26 is predetermined with respect to the parabolic reflector 28. Are inclined at an angle of (eg, 45 °). In addition, if the distance between the first lens array 26 and the parabolic reflector array 28 is adjusted, the width of the light beam focused on the reflecting surface of the parabolic reflector array 28 is changed, so that the light beam incident on the PBS array 30 The width can be adjusted. The PBS array 30 transmits a vertical linearly polarized light (P wave) among the light beams incident from the parabolic reflector array 28 and reflects the horizontal linearly polarized light (S wave) toward the total reflection mirror 30a, and then the? / 2 plate ( 32) to convert it into vertical linearly polarized light (P wave). By the PBS array 30, the light beams generated by the light source 22 are all converted into vertical linearly polarized light (P waves) without loss, and then uniformly applied to the liquid crystal panel 36 through the second lens array 34. To be investigated.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정프로젝터 조명계는, 포물반사경 어레이를 사용하여 PBS 어레이에 입사되는 광빔의 입사각을 줄여 전체 조명계의 효율이 증대됨과 아울러, 제1 렌즈 어레이와 포물 반사경 어레이의 거리에 따라 PBS 어레이로 입사되는 광빔의 폭을 조절할수 있으므로 조명계 효율을 높일수 있는 장점이 있다.As described above, the liquid crystal projector illumination system according to the present invention reduces the angle of incidence of the light beam incident on the PBS array using the parabolic reflector array, thereby increasing the efficiency of the entire illumination system and at the distance between the first lens array and the parabolic reflector array. Therefore, since the width of the light beam incident on the PBS array can be adjusted, there is an advantage that can increase the efficiency of the illumination system.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기슬사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 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 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)

액정판넬에 광빔을 조사하기 위한 조명계에 있어서, 광빔을 발생하는 광원과, 상기 광원으로부터 입사되는 광빔을 균일하게 분할함과 아울러 분할된 광빔을 집속하는 제1 렌즈 어레이와, 상기 광빔을 특정 선편광 성분만을 가지는 광빔으로 변환시키기 위한 편광 빔스프리터 어레이와, 상기 제1 렌즈 어레이로부터 집속된 광빔이 상기 편광 빔스프리터 어레이의 입사면에 대하여 수직으로 진행하도록 상기 광빔의 진행경로를 변경시키기 위한 포물반사경 어레이와, 상기 편광 빔스프리터 어레이로부터 입사되는 광빔을 상기 액정판넬에 균일하게 조사하는 제2 렌즈 어레이를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정프로젝터 조명계.An illumination system for irradiating a light beam to a liquid crystal panel, comprising: a light source for generating a light beam, a first lens array for uniformly dividing the light beam incident from the light source, and condensing the split light beam; A polarization beam splitter array for converting into a light beam having only bays, and a parabolic reflector array for changing a propagation path of the light beam such that the light beam focused from the first lens array travels perpendicular to the incidence plane of the polarization beam splitter array; And a second lens array which uniformly irradiates the liquid crystal panel with a light beam incident from the polarization beam splitter array. 제1항에 있어서, 상기 포물반사경 어레이는 상기 제1 렌즈 어레이에 대하여 소정의 각도로 기울어지게 배치된 다수의 포물 반사경을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정프로젝터 조명계.The liquid crystal projector illumination system of claim 1, wherein the parabolic reflector array includes a plurality of parabolic reflectors arranged at an angle with respect to the first lens array. 제2항에 있어서, 상기 포물반사경 어레이에 배치된 포물 반사경 각각은 상기 광빔을 전반사시키는 반사면이 하반부에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정프로젝터 조명계.3. The liquid crystal projector illumination system of claim 2, wherein each of the parabolic reflectors disposed in the parabolic reflector array has a reflecting surface for total reflection of the light beam. 제1항에 있어서, 상기 편광 빔스프리터 어레이에 입사되는 광빔의 폭은 상기 제1 렌즈 어레이와 포물반사경 어레이 사이의 거리에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 액정프로젝터 조명계.The liquid crystal projector illumination system of claim 1, wherein the width of the light beam incident on the polarization beam splitter array is adjusted according to a distance between the first lens array and the parabolic reflector array.
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