KR100349027B1

KR100349027B1 - 단판식 액정 프로젝터용 칼라 분리 장치

Info

Publication number: KR100349027B1
Application number: KR1020000038982A
Authority: KR
Inventors: 엄기태
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2002-08-14
Also published as: KR20020004766A

Abstract

본 발명은 광효율 및 색 재현능력을 향상시킬 수 있는 단판식 액정 프로젝터의 칼라 분리 장치에 관한 것이다.

본 발명의 단판식 액정 프로젝터의 칼라 분리 장치는 광경로상에 광축과 수직한 방향으로 직선운동 가능하게 설치되며 입사되는 백색광을 칼러별로 분리하여 출사시키는 칼러분리수단과, 칼러분리수단과 대향되게 고정적으로 설치되며 상기 칼러분리수단로부터의 반사광을 되반사시키기 위한 전반사미러를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 광손실없이 시간순차적으로 색광이 투과되게 함으로써 종래의 칼러휠을 사용하는 경우보다 광효율을 약 2∼3배 가량 향상시킬 수 있음과 아울러 종래의 회전프리즘을 이용하는 경우보다 화상구현의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제조원가를 줄일 수 있게 된다.

Description

단판식 액정 프로젝터용 칼라 분리 장치{Color Division Device For Liquid Crystal Display Projector of Single Panel Type}

본 발명은 1매의 액정표시소자에 구현된 소형의 화상을 스크린에 확대 투사시키는 단판식 액정 프로젝터에 관한 것으로, 특히 광효율 및 색 재현능력을 향상시킬 수 있는 단판식 액정 프로젝터의 칼라 분리 장치에 관한 것이다.

프로젝터는 내부의 소형 디스플레이에 구현된 소화상을 투사렌즈를 이용하여 대화면의 스크린에 확대투사함으로써 대화면의 화상을 표시하게 된다. 이 프로젝터는 스크린의 전면에 화상이 투사되는 전면 투사방식과 스크린의 후면에 화상이 투사되는 후면 투사방식으로 대별된다. 이 중에서 후자의 대표적인 예로서 프로젝션 텔레비젼을 들 수 있다. 그리고, 프로젝터에서 소형의 영상을 제공하는 디스플레이로는 음극선관(CRT)과 액정표시장치(LCD)가 이용되고 있다. 최근에는 프로젝터의 박형화에 유리한 액정표시소자를 이용한 액정 프로젝터가 대두되고 있다.

통상 액정프로젝터는 소화상을 제공하는 액정표시소자와, 구현된 소화상을 스크린에 확대투사시키는 투사렌즈계와, 상기 액정표시소자에 광을 제공하는 광원과, 광원과 액정표시소자 사이의 광경로를 조절하기위한 조명계와, 신호처리를 하는 구동회로부를 구비한다. 이러한 액정프로젝터는 효율좋은 광학계의 구성 및 램프변경 등을 통한 고휘도를 구현하려는 추세와, 밝기는 다소 떨어지더라도 소형화, 경량화를 통해 휴대 및 설치의 간편성 등을 강조하려는 추세가 병행되고 있다. 이러한 액정 프로젝터는 칼러 구현을 위하여 3매 또는 1매의 액정표시소자를 이용한다. 고휘도 구현을 목적으로 하는 경우 3매의 액정표시소자를 채용하지만 소형화 및 경량화를 목적으로 하는 경우 1매의 액정표시소자를 채용하는 것이 일반적이다.

1매의 액정표시소자를 채용하는 단판식 액정프로젝터는 칼러구현을 위하여 칼라필터를 이용하는 방법, 삼원색을 분리하여 특정한 각도로 입사시키는 방법, 삼원색을 순차적으로 액정표시소자에 보내주는 방법 등을 이용하고 있다. 이들 중에서 삼원색을 순차적으로 액정표시소자에 보내주는 화상투사 장치에는 도 1에 도시된 바와 같이 칼라 휠(Color Wheel)을 사용하는 방식이 대표적이다.

도 1을 참조하면, 종래의 칼라 휠을 이용한 액정프로젝터의 광학계가 개략적으로 도시되어 있다. 도 1의 광학계는 백색광을 발생하는 광원(2)와, 광원으로부터의 백색광 중 특정색광만을 투과시키는 칼라 휠(4)과, 광을 집광시키는 컨덴싱 렌즈(6)와, 입사광을 편광방향에 따라 반사 및 투과시키는 편광 프리즘(8)과, 반사형 액정표시소자(10)와, 액정표시소자(10)로부터의 화상광을 확대투사하는 투사렌즈(12)를 구비한다. 칼라휠(4)은 모터(14)에 의해 회전되어 그의 위치에 따라 광원(2)에서 출사된 백색광 중 특정색광만이 투과되게 한다. 이를 위하여, 칼라휠(4)은 도 2에 도시된 바와 같이 제1 내지 제4 필터(4A, 4B, 4C, 4D)로 구분된다. 제1 내지 제4 필터(4A, 4B, 4C, 4D) 각각은 서로 다른 색투과 특성을 가지게끔 코팅되거나 착색되어 적, 녹, 청색 및 백색광 각각을 투과시키게 된다. 이러한 칼라 휠(4)은 회전되어 상기 제1 내지 제4 필터(4A, 4B, 4C, 4D)가 시간순차적으로 광경로에 위치함으로써 적, 녹, 청색 및 백색광이 시간순차적으로 투과되게 한다. 컨덴싱 렌즈(6)는 칼라 휠(4)에서 출사된 색광을 편광프리즘(8)에 집광시킨다. 편광프리즘(8)은 집광렌즈(6)로부터 입사되는 특정방향의 선편광 즉, S파를 액정표시소자(10)로 반사시킴과 아울러 액정표시소자(10)로부터 입사되는 P파를 투사렌즈(12)로 출사시킨다. 액정표시소자(10)는 반사형으로서 편광프리즘(8)에서 반사되어 입사되는 색광에 대응하여 적, 녹, 청색의 화상을 연속적으로 구현하게 된다. 이렇게 액정표시소자(10)에 의해 연속되는 색화상은 편광프리즘(8)을 경유하여 투사렌즈(12)를 통해 도시하지 않은 스크린에 확대투사된다. 이 경우, 시청자는 스크린에 투사된 특정색의 화상이 시간적으로 평균되어 합성된 칼러화상을 인식하게 된다.

그러나, 도 1에 도시된 칼라휠을 사용하는 경우 입사광 중 제1 내지 제4 필터를 투과하는 색광을 제외한 광들은 모두 반사되기 때문에 광효율이 1/3로 떨어지는 문제점이 있다. 이를 보완하기 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이 색분리를 위한 다이크로익미러(Dichroic Mirror)와 분리된 색광의 진행방향을 변환시키는 회전프리즘을 이용한 광학계가 제안되어졌다.

도 3에 도시된 액정 프로젝터의 광학계는 광을 발생하는 광원(16)과 색분리를 위한 제1 다이크로익미러(24) 사이의 광경로 상에 배치된 플라이아이렌즈(Fly Eye Lens)(18) 및 편광빔스프리터(Polarizing Beam Splitter :이하, PBS라고 한다)어레이(20)와, 특정 파장대역의 광을 투과 및 반사시키는 제1 내지 제6 다이크로익미러(24, 28, 32, 46, 48, 54)와, 회전각에 따라 광경로를 변화시키는 제1 내지 제3 회전 프리즘(34, 38, 42)과, 편광 프리즘(60), 액정표시소자(62)를 구비한다. 플라이아이렌즈(18)는 광원(16)에서 출사된 백색광을 셀 단위로 분할하여 PBS 어레이(20)의 특정부분에 집광되게 한다. PBS 어레이(20)는 입사광을 어느 하나의 광축을 가지는 선편광, 즉 P파와 S파로 분리시켜 S파는 그대로 출사되게 하고, P파는 PBS 어레이(10)의 배면에 부분적으로 부착된 1/2파장판(도시하지 않음)에 의해 S파로 변환되어 출사되게 한다. 제1 집광렌즈(22)는 PBS 어레이(20)에서 출사되어제1 다이크로익미러(24)로 입사되는 광의 퍼짐을 방지하게 된다. 제1 다이크로익 미러(24)는 입사광을 파장대역에 따라 반사 및 투과시켜 분리한다. 예를 들면, 제1 다이크로익미러(24)는 입사광 중 적색광을 반사시키고 녹색 및 청색광을 투과시킨다. 제2 다이크로익미러(28)는 제1 다이크로익미러(24)에서 반사되어 제2 집광렌즈(26)를 통해 입사되는 적색광을 제1 회전프리즘(34)으로 반사시키게 된다. 제3 다이크로익미러(32)는 제1 다이크로익미러(24)를 투과하여 제3 집광렌즈(30)를 통해 입사되는 광 중 녹색광을 반사시켜 제2 회전프리즘(38)으로 진행되게 하고, 청색광을 투과시켜 제3 회전프리즘(42)으로 진행되게 한다. 제1 내지 제3 회전프리즘(34, 38, 42) 각각은 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 그의 회전각도에 따라 적, 녹, 청색광의 진행방향을 달라지게 한다. 다시 말하여, 제1 내지 제3 회전프리즘(34, 38, 42) 각각은 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 그의 회전각도에 따라 액정표시소자(62)에 결상되는 적, 녹, 청색광의 결상위치가 달라지게 한다. 제1 회전프리즘(34)을 투과한 적색광은 제4 집광렌즈(36), 제4 다이크로익미러(46), 제5 집광렌즈(50)를 경유하여 제6 다이크로익미러(54)에 입사된다. 제2 회전프리즘(38)을 투과한 녹색광은 제6 집광렌즈(40), 제4 다이크로익미러(46), 제5 집광렌즈(50)를 경유하여 제6 다이크로익미러(54)로 입사된다. 제3 회전프리즘(42)를 투과한 청색광은 제7 집광렌즈(44), 제5 다이크로익미러(48), 제8 집광렌즈(52)를 경유하여 제6 다이크로익미러(54)로 입사된다. 제6 다이크로익미러(54)는 입사되는 적색광 및 녹색광을 반사시킴과 아울러 청색광을 투과시킨다. 이러한 적, 녹, 청색광 각각은 제9 집광렌즈(56), 편광판(58)을 경유하여 편광프리즘(60)으로 입사되고 편광프리즘(60)에 의해 반사되어 액정표시소자(62)로 입사되게 된다. 이 경우, 제1 내지 제3 회전프리즘(34, 38, 42)의 회전각도가 서로 다름에 따라 적, 녹, 청색광은 도 5에 도시된 바와 같이 반사형 액정표시소자(62)의 서로 다른 부분에 결상되게 된다. 그리고, 제1 내지 제3 회전프리즘(34, 38, 42)이 빠른 속도로 회전하면서 그의 회전각도에 따라 액정표시소자(62)에 결상되는 적, 녹, 청색광의 위치(62A, 62B, 62C)는 도 5에 도시된 바와 같이 일정한 방향으로 계속적으로 진행하면서 달라지게 된다. 이렇게 빠른 속도로 결상위치가 변화되면서 입사되는 적, 녹, 청색광에 맞추어 액정표시소자(62)는 적, 녹, 청색의 신호를 표현해 주며 그 색신호들을 액정표시소자(62)에 결상되는 광의 흐름과 동일한 속도로 계속적으로 변경하게 된다. 이에 따라, 액정표시소자(62)의 한 위치에서 적, 녹, 청색 영상신호가 순차적으로 구현되고 시청자는 시간적으로 적분된 신호를 인식하게 된다.

이와 같이 회전프리즘을 이용한 단판식 액정 프로젝터에서는 전술한 칼라휠과 같이 칼라구현에 의한 광의 손실이 없기 때문에 광효율이 향상된다. 그러나, 회전프리즘간의 시간맞춤(Synchronization)문제가 어려운 문제점이 있다. 특히, 처음에는 회전프리즘들간의 회전타이밍이 맞았다하더라도 시스템 구성후 시간이 경과하게 되면 회전프리즘의 구동장치별 편차에 의하여 점점 그 차이가 발생하게 된다. 이렇게, 회전프리즘간의 시간맞춤이 틀려지는 경우 화면상에는 원하는 색의 구현이 불가능해지게 된다. 그리고, 회전프리즘을 이용하는 경우 많은 수의 광학부품이 들어갈 뿐만 아니라 정확한 색상별 조정이 요구되므로 가격적으로 고가이다.

따라서, 본 발명의 목적은 광효율 및 색구현 능력을 향상시킬 수 있는 단판식 액정 프로젝터의 칼라분리장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 칼라 휠을 이용한 프로젝터의 광학계를 도시한 도면.

도 2는 도 1에 도시된 칼라 휠의 색필터를 도시한 도면.

도 3은 종래의 회전프리즘을 이용한 프로젝터의 광학계를 도시한 도면.

도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 회전프리즘의 동작원리를 설명하기 위한 도면.

도 5는 도 3에 도시된 회전프리즘에 의해 액정표시소자에 결상되는 결상화면을 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 칼러분리수단을 포함한 프로젝터의 광학계를 도시한 도면.

도 7은 도 6에 도시된 칼러분리수단의 제1 실시 예를 도시한 도면.

도 8은 도 6에 도시된 칼러분리수단의 제2 실시 예를 도시한 도면.

도 9a 내지 도 9h는 도 6에 도시된 칼러분리수단의 동작원리를 설명하기 위한 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

2, 16 : 광원 4 : 칼라휠

4A, 4B, 4C, 4D : 제1 내지 제4 필터

6, 22, 26, 30, 36, 40, 44, 50, 52, 56, 74 : 집광렌즈

8, 60, 76 : 편광프리즘 10, 62, 78 : 액정표시소자

12, 80 : 투사렌즈 18 : 플라이아이렌즈

20 : PBS 어레이

24, 28, 32, 46, 48, 54 : 다이크로익 미러

34, 38, 42 : 회전프리즘 58 : 편광필터

70 : 전반사미러 72 : 칼러분리수단

82 : 안내축 84 : 라인모터

86 : 칼러플레이트 88 : 캠모터

88A : 축 88B : 캠

90 : 결상화면 92 : 칼러로드어레이

92R, 92G, 92B : 칼라로드 94 : 모터

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 단판식 액정 프로젝터의 칼라 분리 장치는 광경로상에 광축과 수직한 방향으로 직선운동 가능하게 설치되며 입사되는 백색광을 칼러별로 분리하여 출사시키는 칼러분리수단과, 칼러분리수단과 대향되게 고정적으로 설치되며 상기 칼러분리수단로부터의 반사광을 되반사시키기 위한 전반사미러를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 칼러 분리 장치가 포함된 단판식 액정 프로젝터의 광학계를 도시한 것이다. 도 6에 도시된 광학계는 다수개의 칼러영역으로 분리된 칼러플레이트를 포함하며 직선운동을 하는 칼러분리수단(72)과, 칼러블럭(72)의 칼러플레이트와 대향되게 고정되는 전반사미러(70)와, 칼라블록(72)로부터의 광을 집광시키는 컨덴싱 렌즈(74)와, 입사되는 적색광, 녹색광 및 청색광들을 반사 및 투과시키는 편광 프리즘(76)과, 광을 영상신호에 따라 반사시켜 화상정보가 실린 화상광을 구현하는 반사형 액정표시소자(78)와, 구현된 화상광을 임의의 거리로 확대 투사하는 투사렌즈(80)를 구비한다. 칼러분리수단(72)은 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 다수개의 칼라영역이 평면을 이룬 칼러플레이터(86)와 칼러플레이트(86)의 직선운동을 안내하기 위한 안내축(82)과, 칼러플레이트(86)를 직선운동시키기기 위한 구동모터부를 구비한다. 구동모터부로는 고속 운동을 가능하게 하는 리니어 모터(Linear Motor)(84)를 사용하거나 축(88A)의 끝 부분에 캠(88B)을 부착한 캠모터(88)를 사용한다. 캠모터(88)를 이용하는 경우 캠모터(88)에 구동된 칼러플레이트(86)에 복원력을 인가하여 원위치시키기 위한 용수철을 캠포터(88)의 반대 또는 동일 측에 설치하게 된다. 이러한 칼러분리수단(72)에서 칼러플레이트(86)는 적색-녹색-청색-적색-녹색의 5개의 칼러영역을 포함한다. 5개의 칼러영역 각각은 해당되는 한가지 색영역은 투과시키는 반면에 다른 색영역은 반사시키게 된다. 이러한 칼러플레이트(86)의 제1 내지 제5 칼러영역 가운데 3개의 칼라영역의 크기와 동일한 영역이 "결상평면"이 되어 집광렌즈(74)에 의해 액정표시소자(78)에 조명광으로 결상되게 된다. 전반사미러(70)는 칼러플레이트(86)와 대향되게 고정되어 칼러플레이트(86)의 각 칼러영역에서 반사되어진 광을 재반사시켜 다른 칼러영역에 입사되게 함으로써 칼러분리시 광손실을 방지하게 된다. 그리고, 칼러플레이트(86)는 전반사미러(70)와 평행으로 3개 영역의 폭만큼 직선운동을 하게 된다. 이에 따라, 칼러분리수단(72)에 입사되는 백색광이 칼러플레이트(86)와 전반사미러(70)의 선택적인 파장대역 투과 및 반사에 의해 광손실 없이 적, 녹, 청색광으로 분리되어 출사되게 된다.

이러한 칼러분리수단(72)의 구동에 의한 적, 녹, 청색광의 결상위치 변화를 상세히 살펴보면 도 9a 내지 도 9i에 도시된 바와 같다. 칼러분리수단(72)의 칼러플레이트(86)가 도 9a에 도시된 바와 같이 위치하는 경우 입사된 백색광은 적색, 녹색, 청색 영역에서 해당 색광이 동일한 크기로 방출되고 방출된 색광에 의한 결상평면(90)이 액정표시소자(78)에 결상되면 액정표시소자(78)에는 적, 녹, 청색광이 동일한 크기로 결상되게 된다. 이어서, 도 9b 내지 도 9i에 도시된 바와 같이 칼러플레이트(86)가 구동모터부에 의해 화살표 방향으로 이동되면 그와 동일한 방향으로 결상평면(90)에서의 칼러영역의 형태가 달라지게 되며 칼러플레이트(86)의 이동이 연속적으로 일어나는 경우 결상평면(90)의 칼러영역이 스크롤되게 된다. 다시 말하여, 칼러플레이트(86)의 이동에 따라 스크롤되는 결상평면(90)에서의 칼러영역을 액정표시소자(78)에 결상시켜 주면 액정표시소자(78)에서 칼러가 시간적으로 스크롤 형상으로 결상되게 된다. 이에 따라, 액정표시소자(78)가 칼러영역의 스크롤 시간과 맞추어 색신호를 구현하고 투사렌즈(80)를 통해 스크린에 확대투사하게 되면 시청자는 스크롤되는 적, 녹, 청색 신호를 시간적으로 적분하여 인식함으로써 실제로 구현하고자 하는 칼러영상을 구현할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 단판식 액정프로젝터용 칼러분리장치에 서는 다수개의 칼러영역을 가지고 직선운동을 하는 칼러플레이트를 광손실없이 시간순차적으로 색광이 투과되게 함으로써 종래의 칼러휠을 사용하는 경우보다 광효율을 약 2∼3배 가량 향상시킬 수 있음과 아울러 종래의 회전프리즘을 이용하는 경우보다 화상구현의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제조원가를 줄일 수 있게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 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.

Claims

광경로상에 광축과 수직한 방향으로 직선운동 가능하게 설치되며 입사되는 백색광을 칼러별로 분리하여 출사시키는 칼러분리수단과,

상기 칼러분리수단과 대향되게 고정적으로 설치되며 상기 칼러분리수단로부터의 반사광을 되반사시키기 위한 전반사미러를 구비하는 것을 특징으로 하는 단판식 액정프로젝터용 칼러분리장치.
제 1 항에 있어서,

상기 칼러분리수단은

다수개의 칼러영역을 구비하는 칼러플레이트와,

상기 칼러플레이트를 직선운동시키기 위한 구동모터부를 구비하는 것을 특징으로 하는 단판식 액정프로젝터용 칼러분리장치.
제 2 항에 있어서,

상기 구동모터부는 상기 칼러플레이트의 양측변에 설치된 라인모터인 것을 특징으로 하는 단판식 액정프로젝터용 칼러분리장치.
제 1 항에 있어서,

상기 구동모터부는 상기 칼러플레이트의 일측변에 설치된 캠모터와,

상기 칼러플레이트의 일측변에 설치되어 상기 캠모터에 의해 구동된 칼러플레이트에 복원력을 인가하기 위한 탄성부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 단판식 액정프로젝터용 칼러분리장치.