KR100339921B1 - 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계 - Google Patents

반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계에 관한 것으로서, 광원으로부터 나온 무편광 빛을 선편광 빛으로 변환하는 PBS(Polarizing Beam Splitter) 컨버터; 상기 PBS 컨버터를 통해 변환된 빛을 선택적으로 투과 또는 반사하는 제 1 다이크로익 미러; 상기 제 1 다이크로익 미러를 통과한 빛의 성질을 선택적으로 변환하는 제 1 1/2 파장판; 상기 제 1 1/2 파장판을 통과한 빛을 선택적으로 투과 또는 반사하는 제 1 PBS; 상기 제 1 PBS를 통과한 빛의 성질을 변환시키는 제 2 1/2 파장판; 상기 제 1 PBS에서 반사된 빛의 성질을 변환하여 반사하는 제 1 LCD 판넬; 상기 제 2 1/2 파장판을 통과한 빛의 성질을 변환하여 반사하는 제 2 LCD 판넬; 상기 제 1 다이크로익 미러를 통해 반사된 빛을 반사하는 제 2 PBS; 상기 제 2 PBS를 통해 반사된 빛의 성질을 변환하여 반사하는 제 3 LCD 판넬; 및 상기 제 3 LCD 판넬에서 반사되어 상기 제 2 PBS를 통과한 빛을 반사하고, 상기 제 1 PBS에서 입사된 빛을 통과시켜 프로젝션 렌즈로 입사시키는 제 2 다이크로익 미러를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기와 같은 본 발명에 의하면, 다이크로익 프리즘을 적게 사용하여 제조비용을 크게 낮출 수 있으며, 이에 따라 시스템의 사이즈도 작게 할 수 있는 효과가 있다.

Description

반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계 {Illumination optical system for reflection type LCD projector}
본 발명은 반사형 액정 프로젝터용 조명광학계에 관한 것으로서, 특히, 다이크로익 프리즘(Dichronic Prism)을 사용하지 않고 다이크로익 미러 및 PBS를 사용하여 3판식의 반사형 LCD 조명 광학계를 구성한 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계에 관한 것이다.
최근 들어 투사형 LCD 판넬은 고 개구율과 고 해상도를 기본 축으로 발전하고 있다.
그리고 LCD 프로젝터는 소형 경량화 및 고 휘도화를 기본 축으로 발전하고 있다. LCD 사이즈와 프로젝터의 사이즈는 일반적으로 반비례 관계가 있으므로 프로젝터를 소형화하기 위하여 작은 LCD 판넬을 사용해야 한다.
일반적으로 투과형 LCD 판넬은 0.7'' ~ 0.9''가 주류를 이루고 있고 반사형은 0.5'' ~ 0.9''가 주류를 이루고 있다.
종래의 LCD 프로젝터는 투과형과 반사형 시스템으로 나눌 수 있다. 또한 투과형 LCD 프로젝터는 3판식과 단판식 프로젝터로 나눌 수 있다. 여기서 단판식 LCD 프로젝터는 1장의 LCD 판넬을 사용하여 구성된 것을 말하고, 3판식 LCD 프로젝터는 3장의 LCD를 사용하여 구성한 시스템을 말한다.
이하 종래의 단판식 및 3판식 LCD 프로젝터의 동작 원리를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 단판식 LCD 프로젝터의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 단판식 LCD 프로젝터의 구조는 램프(101), 반사경(102)으로 구성된 광원과, 콘덴싱 렌즈(103), 복수개의 편광판(104,106), LCD 판넬(105) 및 투사렌즈(106)로 구성되어 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 종래의 단판식 LCD 프로젝터에서는 광원에서 나온 무편광 빛은 콘덴싱 렌즈(103)에 의하여 LCD 판넬(105)로 집속되고, 앞 편광판(104)에 의하여 선편광 빛으로 변하게 된다.]
일반적으로 무편광 빛의 구성은 50%의 P파와 50%의 S파로 되는데, 상기와 같이 선 편광된 빛의 세기는 편광판(104)에 의하여 P파 또는 S파가 흡수되어 광원의 빛의 세기가 50%이하로 된다.
또한 선편광된 빛은 LCD 판넬의 전기적 신호에 의해 그레이(Gray)가 구현되고 LCD 판넬에 붙어 있는 컬러 필터(미도시)에 의하여 컬러(Color)가 구현된다.
그리고 LCD에 형성된 화상 신호는 투사렌즈에 의하여 화대 투영되어 스크린에서 화상을 볼 수 있게 된다. 따라서 상기의 종래의 단판식 시스템에서는 편광판에 의해 광원의 빛이 50%이상 손실되게 되어 고휘도 프로젝터를 만드는데 있어서 많은 제약이 따르게 된다.
도 2는 종래의 3판식 LCD 프로젝터의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 종래의 3판식 LCD 프로젝터는 램프(201) 및 반사경(202)으로 구성된 광원, 콘덴싱 렌즈(미도시),다수개의 편광판(203,204,205,206,207,208),복수개의 LCD 판넬(209,210,211), 복수개의 다이크로익 미러(212,213), 복수개의 전반사 거울(214,215) 및 프로젝션 렌즈(217)로 구성되어있다.
광원에서 나온 무편광 빛은 콘덴싱 렌즈에 의하여 LCD로 집속되고 다이크로익 미러(212,213)에 의하여 Red, Green, Blue로 분리되고 편광판들(203,204,205, 206,207,208)에 의하여 선편광 빛으로 변하게 된다.
선편광된 빛은 LCD 판넬의 전기적 신호에 의하여 Gray가 구현되고 다이크로익 프리즘(216)에 의하여 컬러(Color)가 합성된다. 그리고 LCD에 형성된 화상 신호는 프로젝션 렌즈(217)에 의하여 확대 투영되어 스크린에서 화상을 볼 수 있게 된다.
따라서 상기 3판식 LCD 프로젝터 시스템에서도 편광판에 의하여 광원의 빛의 50% 이상이 손실되게 되어 고휘도 프로젝터를 구현하는데 있는 많은 제약이 따르게 된다. 또한 상기와 같은 LCD 프로젝터용 조명 광학계는 프로젝션 렌즈와 램프가 반대 방향으로 배치되어 있어서 조명 광학계의 사이즈가 커지는(Bulky)해지는 단점이 있어, 소형 시스템을 구성할 때는 사이즈적인 측면에서 단점이 있다.
상기에서 설명한 바와 같은 투과형 시스템은 LCD의 해상도를 증가시킬수록 개구율이 떨어지는 관계로 시스템의 효율을 증가시킨다 하더라도 밝기가 떨어지는 문제가 발생한다. 또한 투과형 시스템에 있어서 개구율을 유지하면서 해상도를 증가시키기 위해서는 LCD 사이즈가 커지는 단점이 있으며, LCD의 사이즈가 커지면 커질수록 제품 단가가 기하급수적으로 증가하는 단점이 있다.
이하 종래의 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계의 동작 원리를 설명하기로 한다.
도 3은 종래의 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 종래의 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계는 광원인 램프(301), P파는 투과하고 S파는 반사시키는 PBS(Polarizing Beam Splitter)(302), 복수개의 다이크로익 프리즘(303,304), R, G, B LCD 판넬(305,306,307) 및 프로젝션 렌즈(308)로 구성된다.
이하 도 3을 참조하여 종래의 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계의 동작을 상세히 설명하기로 한다.
먼저 광원인 램프(301)에서 나온 빛은 PBS(302)에 의하여 P파는 투과하고, S파는 반사되어 제 1다이크로익 프리즘(303)으로 향한다.
제 1다이크로익 프리즘(303)으로 입사된 S파는 다이크로익 프리즘의 특성으로 입사되어 다이크로익 프리즘의 특성에 따라서 RS, GS, BS로 분리된다.
즉, 제 1다이크로익 프리즘(303)에 의하여 R은 반사되고, GS, BS는 투과된다. 이후 제 2 다이크로익 프리즘(304)에 의해 B는 반사되고, G는 투과하게 된다. 이렇게 각 파장으로 분리된 빛은 각각 R, G, B LCD 판넬(305,306,307)로 입사되고 LCD 판넬(305,306,307)에 입사된 빛은 LCD 판넬(305,306,307)의 메카니즘으로 인해 각각 P파(RP,GP,BP)로 변경되어 나오게 된다.
이렇게 LCD 판넬(305,306,307)에서 반사되어 나온 빛은 제 1, 제 2다이크로익 프리즘(303,304)의 반사 및 투과 특성으로 반사 또는 투과되어 프로젝션 렌즈(308)로 입사되고 프로젝션 렌즈(308)는 LCD에 맺혀진 상을 확대 투과하게 된다.
그러나 상기와 같은 종래의 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계는 다수개의 다이크로익 프리즘을 사용하기 때문에 제조단가가 높아지며, 시스템의 구성이 복잡해지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 다이크로익 프리즘(Dichronic Prism)을 사용하지 않고 다이크로익 미러와 PBS를 사용하여 3판식의 반사형 LCD 조명 광학계를 구성한 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 단판식 LCD 프로젝터의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 종래의 3판식 LCD 프로젝터의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 종래의 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계의 구조를 개략적으로 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계의 구조를 개략적으로 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계의 제 2 실시예의 구조를 개략적으로 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계의 제 3 실시예의 구조를 개략적으로 보여주는 도면.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
101,201,301,401,501,601 ... 램프
102,202 ... 반사경 103 ... 콘덴싱 렌즈
104,106,203,204,205,206,207,208 ... 편광판
105,209,210,211,305,306,307,411~413,511~513,611~613 ... LCD 판넬
212,213,405,406,505,506,605,606 ... 다이크로익 미러
214,215 ... 전반사 거울 216,303,304 ... 다이크로익 프리즘
217,308,414,514,614 ... 프로젝션 렌즈
302,408,409,508,509,608,609 ... PBS
402,403,502,503,602,603 ... FEL(Fly-Eye-Lens)
404,504,604 ... PBS 컨버터 407,507,607 ... 선택적 1/2 파장판
410,510,610 ... 그린용 1/2 파장판 615,616 ... 트리밍 필터
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반사형 액정 프로젝터용 조명광학계는,
광원으로부터 나온 빛을 정제하는 PBS(Polarizing Beam Splitter)컨버터;
상기 PBS 컨버터를 통해 정제된 빛을 선택적으로 투과 또는 반사하는 제 1 다이크로익 미러;
상기 제 1 다이크로익 미러를 통과한 빛의 성질을 선택적으로 변환하는 제 1 1/2 파장판;
상기 제 1 1/2 파장판을 통과한 빛을 선택적으로 투과 또는 반사하는 제 1 PBS;
상기 제 1 PBS를 통과한 빛의 성질을 변환시키는 제 2 1/2 파장판;
상기 제 1 PBS에서 반사된 빛의 성질을 변환하여 반사하는 제 1 LCD 판넬;
상기 제 2 1/2 파장판을 통과한 빛의 성질을 변환하여 반사하는 제 2 LCD 판넬;
상기 제 1 다이크로익 미러를 통해 반사된 빛을 반사하는 제 2 PBS;
상기 제 2 PBS를 통해 반사된 빛의 성질을 변환하여 반사하는 제 3 LCD 판넬; 및
상기 제 3 LCD 판넬에서 반사되어 상기 제 2 PBS를 통과한 빛을 반사하고, 상기 제 1 PBS에서 입사된 빛을 통과시켜 프로젝션 렌즈로 입사시키는 제 2 다이크로익 미러를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 색상의 순도를 높이기 위해 상기 제 1, 제 2 LCD 판넬 앞에 트리밍 (Trimming) 필터를 더 구성하는 것을 특징으로 한다.
도 4는 본 발명의 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계는, 광원인 램프(401), 제 1, 제 2 FEL(Fly-Eye-Lens)(402,403), PBS 컨버터(404), 선택적 1/2파장판(407), 제 1, 제 2 다이크로익 미러(Mirror)(405,406), 제 1, 제 2 PBS (408,409), 그린용 1/2 파장판(410), R(Red), G(Green), B(Blue) LCD 판넬(411,412,413) 및 프로젝션 렌즈(414)로 구성되어 있다.
이하 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계의 동작을 상세히 설명하기로 한다.
램프(401)에서 나온 무편광 빛은 FLE(402,403) 및 PBS 컨버터(404)를 지나면서 선편광인 S파로 만들어진다. 이렇게 만들어진 빛은 제 1 다이크로익 미러(406)에 의하여 BS의 빛은 반사되고, GS와 RS의 빛은 투과된다.
투과된 GS, BS의 빛은 선택적 1/2 파장판에 의해 Green은 P파(GP)로 변환되고, Red는 그대로 S파(RS)를 유지하게 된다. 이렇게 변환된 빛은 제 1 PBS(408)에 의해 RS는 반사되고 GP는 투과된다. 반사된 RS는 Red LCD 판넬(411)에 입사되어 LCD 판넬(411)의 메카니즘에 의해 P파인 RP파로 변환된다.
P파로 변환된 RP빛은 제 2다이크로익 미러(407)를 투과하여 프로젝션 렌즈(414)로 들어가게 된다.
또한, 상기 선택적 1/2 파장판(407)에 의해 P파로 변형된 Green의 빛은 Green용 1/2 파장판(410)에 의하여 S파(GS)로 만들어져 Green LCD 판넬(412)에 입사되며, LCD 판넬(412)의 메카니즘에 의해 P파인 GP파로 바뀐 다음, 다시 Green용 1/2 파장판(410)에 의하여 S파로 만들어져 제 1 PBS(408)로 들어가고, 제 1 PBS(408)로 입사된 빛은 S파(GS)이기 때문에 반사된 후, 제 2다이크로익 미러(407)를 투과하여 프로젝션 렌즈(414)로 들어가게 된다.
아울러, 제 1다이크로익 미러(406)에 의해 반사된 Blue는 Blue용 PBS(409)로 들어가 반사되어 Blue LCD 판넬(413)로 들어가고, 입사된 RS파는 LCD 판넬(413)의 메카니즘에 의해 P파인 RP파로 변환되어 제 2 PBS(409)를 투과한 후 다시 제 2다이크로익 미러(407)로 들어가 반사되어 프로젝션 렌즈(414)로 입사되게 된다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명에서 사용되는 제 1다이크로익 미러(406)는 Red는 반사하고 Green과 Red는 투과하는 특징을 가지고 있으며, 제 2다이크로익 미러(407)는 Blue 영역은 반사하는 특징을 갖는 다이크로익 미러이다. 또한 본 발명에서 사용된 PBS는 P파는 투과하고 S파는 반사하는 특성을 갖는다.
도 5는 본 발명의 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계의 제 2 실시예의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 2실시예는 광원인 램프(501), 제 1, 제 2 FEL(Fly-Eye-Lens)(502,503), PBS 컨버터(504), 선택적 1/2파장판(507), 다이크로익 미러(Mirror)(505), 다이크로익 프리즘(506), 제 1, 제 2 PBS (508,509), 그린용 1/2 파장판(510), R(Red), G(Green), B(Blue) LCD 판넬(511,512,513) 및 프로젝션 렌즈(614)로 구성되어 있다.
즉, 본 발명의 제 2실시예는 제 1실시예의 제 2 다이크로익 미러 대신에 다이크로익 프리즘을 사용한 것에 차이가 있다.
이렇게 본 발명의 제 2실시예에서 제 1실시예의 다이크로익 미러를 다이크로익 프리즘으로 대체한 이유는 다이크로익 미러 사용시 Blue의 경로는 제 1실시예의 제 2다이크로익 미러에 의하여 반사가 되나 Green 및 Red는 투과가 되어 패널에 따라 광로차가 발생할 수 있는 문제점을 보완하기 위해서이다.
이하 동작은 제 1실시예와 동일하므로 설명을 생략하기로 한다.
도 6은 본 발명의 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계의 제 3 실시예의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 6의 본 발명의 제 3실시예는 상기 제 1, 제 2실시예의 구성인 선택적 1/2 파장판이 Red 및 Green으로 원하는 대로 분리가 되지 않기 때문에 Red 및 Green의 순도가 떨어질 수 있는 것을 방지하기 위해 Red 및 Green의 LCD 판넬 앞에 컬러 트리밍(Trimming) 필터(614,615)를 구성하여 원하는 컬러를 구현하였다.
Red 컬러 트리밍 필터(614)는 Red의 빛은 투과시키고 그 이외의 빛은 반사 또는 흡수시키는 역할을 하는 필터이고, 그린 컬러 트리밍 필터(615)는 그린 빛은 투과시키고 그 이외의 빛은 반사 또는 흡수하는 특징을 갖는 필터이다.
상기에서 설명한 본 발명의 반사형 액정 프로젝터용 조명계에 의하면, 다이크로익 프리즘을 적게 사용하여 제조비용을 크게 낮출 수 있으며, 이에 따라 시스템의 사이즈도 작게 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 광원으로부터 나온 빛을 정제하는 PBS(Polarizing Beam Splitter)컨버터;
    상기 PBS 컨버터를 통해 정제된 빛을 선택적으로 투과 또는 반사하는 제 1 다이크로익 미러;
    상기 제 1 다이크로익 미러를 통과한 빛의 성질을 선택적으로 변환하는 제 1 1/2 파장판;
    상기 제 1 1/2 파장판을 통과한 빛을 선택적으로 투과 또는 반사하는 제 1 PBS;
    상기 제 1 PBS를 통과한 빛의 성질을 변환시키는 제 2 1/2 파장판;
    상기 제 1 PBS에서 반사된 빛의 성질을 변환하여 반사하는 제 1 LCD 판넬;
    상기 제 2 1/2 파장판을 통과한 빛의 성질을 변환하여 반사하는 제 2 LCD 판넬;
    상기 제 1 다이크로익 미러를 통해 반사된 빛을 반사하는 제 2 PBS;
    상기 제 2 PBS를 통해 반사된 빛의 성질을 변환하여 반사하는 제 3 LCD 판넬; 및
    상기 제 3 LCD 판넬에서 반사되어 상기 제 2 PBS를 통과한 빛을 반사하고, 상기 제 1 PBS에서 입사된 빛을 통과시켜 프로젝션 렌즈로 입사시키는 제 2 다이크로익 미러를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광원으로부터 나온 빛을 평탄화하는 파리눈 렌즈(Fly eye lens)를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 PBS 컨버터는 입사된 빛에서 S파를 정제하여 투과시키는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 1/2 파장판은 상기 제 1 다이크로익 미러를 통과한 빛 중 Green에 대해서 S파를 P파로 변환하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계.
  5. 제 1항에 있어서,
    색상의 순도를 높이기 위해 상기 제 1, 제 2 LCD 판넬 앞에 트리밍 (Trimming) 필터를 더 구성하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계
  6. 광원으로부터 나온 빛을 정제하는 PBS(Polarizing Beam Splitter)컨버터;
    상기 PBS 컨버터를 통해 변환된 빛을 선택적으로 투과 또는 반사하는 다이크로익 미러;
    상기 다이크로익 미러를 통과한 빛의 성질을 선택적으로 변환하는 제 1 1/2 파장판;
    상기 제 1 1/2 파장판을 통과한 빛을 선택적으로 투과 또는 반사하는 제 1 PBS;
    상기 제 1 PBS를 통과한 빛의 성질을 변환시키는 제 2 1/2 파장판;
    상기 제 1 PBS에서 반사된 빛의 성질을 변환하여 반사하는 제 1 LCD 판넬;
    상기 제 2 1/2 파장판을 통과한 빛의 성질을 변환하여 반사하는 제 2 LCD 판넬;
    상기 다이크로익 미러를 통해 반사된 빛을 반사하는 제 2 PBS;
    상기 제 2 PBS를 통해 반사된 빛의 성질을 변환하여 반사하는 제 3 LCD 판넬; 및
    상기 제 3 LCD 판넬에서 반사되어 상기 제 2 PBS를 통과한 빛을 반사하고, 상기 제 1 PBS에서 입사된 빛을 통과시켜 프로젝션 렌즈로 입사시키는 다이크로익 프리즘을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정 프로젝터용 조명 광학계.
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