KR100352973B1

KR100352973B1 - 2 램프를 이용한 액정 프로젝터의 광학계

Info

Publication number: KR100352973B1
Application number: KR1019990055028A
Authority: KR
Inventors: 권순형
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 1999-12-04
Filing date: 1999-12-04
Publication date: 2002-09-18
Also published as: KR20010054283A

Abstract

본 발명은 2매의 램프를 이용하여 프로젝터의 밝기를 향상시킬 수 있는 액정 프로젝터의 광학 장치에 관한 것이다.

본 발명의 액정 프로젝터 광학계는 광빔을 발생하는 램프와 램프로부터의 광빔이 동일한 초점으로 집속되게 배치된 타원경 각각을 구성으로 하는 제1 및 제2 광원과, 동일한 초점으로 집속되는 제1 및 제2 광원으로부터의 광빔이 중첩되어 진행하도록 광경로를 변환하는 적어도 하나의 방향전환 미러부와, 방향전환 미러부에 의해 중첩되어 진행하는 광빔이 평행하게 중첩되어 진행되게 하는 시준렌즈와, 시준렌즈로부터의 광빔을 액정패널에 입사시키기 위한 조명계를 구비하고, 타원경의 동일한 초점이 액정패널의 중심축과 일치하도록 제1 및 제2 광원이 배치된 것을 특징으로 한다.

Description

2 램프를 이용한 액정 프로젝터의 광학계{Optical System Of Liquid Crystal Projector Using Two Lamps}

본 발명은 액정 프로젝터에 관한 것으로, 특히 2매의 램프를 이용하여 프로젝터의 밝기를 향상시킬 수 있는 액정 프로젝터의 광학 장치에 관한 것이다.

최근, 디스플레이 장치로서 대화면 및 고화질 영상의 요구가 증대됨에 따라 소형의 영상을 투사렌즈를 이용하여 확대투사하는 프로젝터의 보급이 급속히 확산되고 있다. 프로젝터로는 액정디스플레이(Liquid Crystal Display; LCD)에 표시된 소화면의 화상을 대형 스크린에 확대투사시키는 액정 프로젝터가 대표적이다. 액정프로젝터는 밝은 환경하에서 선명한 화면을 볼 수 없는 문제점을 많이 극복할 수 있도록 개선되어지고 있다. 이를 위하여, 광원으로 사용되는 램프가 작은 발광 크기를 갖도록 개선되고 있고, 광원으로부터 발생한 광을 하나의 선편광으로 변환하는 편광 변환계 도입됨과 아울러 액정패널이 고개구율을 갖게 함으로써 광효율이 향상되게 하고 있다. 또한, 액정패널의 내부에 화소단위의 마이크로렌즈를 부착하여 액정패널 화소의 기하학적 개구율보다 광로가 통과하는 유효 개구율을 향상시켜 광효율이 향상되게 하고 있다.

도 1을 참조하면, '97 SID Digest L1.1 pp.993∼996에 개시된 고효율 액정 프로젝터의 광학계 구성이 도시되어 있다. 도 1의 액정 프로젝터는 램프(2)와 전반사미러(14) 사이에 배열된 제1 및 제2 플라이아이렌즈(Fly eye lens; 6, 8), 편광 빔 스프리트 어레이(Polarizing Beam Sprite Array; 이하 'PBS'라 한다, 10)와, 전반사미러(14)와 적색용 액정패널(24) 사이에 배열된 집광렌즈(16), 적색투과미러(18), 적색반사미러(20) 및 적색집광렌즈(22)와, 적색투과미러(18)와 녹색용 액정패널(30) 사이에 배열된 청색투과미러(26) 및 녹색집광렌즈(28)와, 청색투과미러(26)와 청색용 액정패널(44) 사이에 배열된 제1 릴레이렌즈(32), 제1 청색반사미러(34), 제2 릴레이렌즈(36), 제2 청색반사미러(38), 청색집광렌즈(40)와, 적·녹·청색용 액정패널(24, 30, 44) 사이에 설치된 다이크로익 프리즘(46)과, 다이크로익 프리즘(46)의 광출사면에 대면되게 설치되는 투사렌즈(48)를 구비한다. 램프(2)에서 출사된 가시광영역의 광은 타원경(4)을 거쳐서 제1 플라이아이렌즈(6) 쪽으로 진행하게 된다. 제1 플라이아이렌즈(6)는 입사광을 셀(cell) 단위로 분할하여 제2 플라이아이렌즈(8)의 각 렌즈 셀에 포커싱(focusing)되게 한다. 제2 플라이아이렌즈(6)는 입사광을 특정한 부분의 평행광으로 변환하여 PBS 어레이(10)쪽으로 투과시키게 된다. PBS 어레이(10)는 입사광을 어느 하나의 광축을 가지는 선편광(P파 또는 S파)으로 분리하고, PBS 어레이(10)의 배면에 부착된 1/2파장판(10A)은 P파를 S파로 변환하게 된다. 이 PBS 어레이(10)에 의해 입사광은 어느 한 방향의 선편광(즉, S파)으로 변환됨으로써 램프(2)에서 출사된 거의 모든 광이 전반사미러(14)로 입사하게 되어 광효율이 높아지게 됨과 아울러 제1 및 제2 플라이아이렌즈(6, 8)의 각 렌즈 셀에서 출사된 광이 액정패널(24, 30, 44)의 전체에 조사되기 때문에 액정패널에 조사되는 광분포의 균일성을 확보할 수 있게 된다. 전반사미러(14) 및 집광렌즈(16)는 입사광을 적색투과미러(18)에 집속시키게 된다. 적색투과미러(18)는 입사광 중 적색광을 적색반사미러(20)로 투과시킴과 아울러 적색광 이외의 파장을 가지는 광을 청색투과미러(26)쪽으로 반사시키게 된다. 적색반사미러(20)는 입사되는 적색광을 적색집광렌즈(22)쪽으로 전반사시키게 된다. 적색집광렌즈(22)는 입사되는 적색광을 적색용 액정패널(24)에 집광시켜 적색용 액정패널(24)의 유효면적에 보다 좋은 입사여건을 만들어 줌과 아울러 적색투과 코팅되어 적색의 순도를 높여주게 된다. 청색투과미러(26)는 적색투과미러(18)로부터의 입사광 중 녹색광을 녹색집광렌즈(28)쪽으로 반사시키는 반면에 청색광을 제1 릴레이렌즈(32)쪽으로 투과시키게 된다. 녹색집광렌즈(28)는 입사되는 녹색광을 녹색용 액정패널(30)에 집광시켜 녹색용 액정패널(30)의 유효면적에 보다 좋은 입사여건을 만들어 줌과 아울러 녹색투과 코팅되어 녹색의 순도를 높여주게 된다. 청색투과미러(26)에서 투과된 청색광은 제1 릴레이렌즈(32)와 제1 청색반사미러(34), 제2 릴레이렌즈(36), 제2 청색반사미러(38)를 거쳐 청색집광렌즈(40)로 입사된다. 여기서, 청색광의 경로가 다른 적색 및 녹색 광에 비하여 길기 때문에 이를 보정하기 위하여 제1 및 제2 릴레이렌즈(32, 36)를 이용하게 된다. 다시 말하여, 청색투과미러(26)와 녹색집광렌즈(28)간의 거리와 동일한 거리에 필드렌즈 역할을 하는 제1 릴레이렌즈(32)를 삽입하여 청색광의 퍼짐을 방지하고, 제1 릴레이렌즈(36)와 동일한 거리에 결상을 맺도록 제2 릴레이렌즈(36)를 삽입하게 된다. 청색집광렌즈(40)는 입사되는 청색광을 색순도와는 상관없이 청색용 액정패널(44)의 유효면적에 집광시키게 된다. 적색, 녹색 및 청색용 액정패널(24, 30, 44)은 입력되는 화상정보에 따라 광투과율을 조절하여 투과시키게 된다. 다이크로익 프리즘(46)은 적색, 녹색 및 청색용 액정패널(24, 30, 44)을 각각 투과하여 화상의 정보를 얻어 입사되는 적색광, 녹색광 및 청색광을 합성하여 출사면을 통해 투사렌즈(48)로 쪽으로 출사시키게 된다. 투사렌즈(48)는 다이크로익 프리즘(46)으로부터 입사되는 화상을 스크린에 확대 투사하게 된다.

이러한 구성을 통하여 밝기가 증가함으로써 밝은 환경하에서도 볼 수 있도록할 수 있게 되었으나, 아직도 100"이상의 대화면에서는 밝은 조명하에 화면의 선명도가 떨어지는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제를 극복하기 위하여 고전력의 램프를 사용하고자 하는 방안이 대두되게 되었다. 그러나, 고전력의 램프는 램프의 발광크기(Arc Size)가 커져 전력 증가에 대한 광출력이 비례하지 못하여 광투과 효율이 떨어짐으로써 비효율적이고 냉각에 대한 어려움이 있을 뿐만 아니라 램프의 수명이 짧은 문제점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 2개의 램프를 이용함으로써 밝기를 증대시킬 수 있는 액정 프로젝터의 광학계를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 2개의 램프를 이용함에 있어 광효율을 증대시킬 수 있는 액정 프로젝터의 광학계를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 액정 프로젝터의 광학계 구성을 나타낸 도면.

도 2는 평행하게 설치된 2개의 램프를 이용한 광학계의 구성을 나타낸 도면.

도 3은 대향되게 설치된 2개의 램프를 이용한 광학계의 구성을 나타낸 도면.

도 4는 도 3에 도시된 시준렌즈의 광축과 프리즘의 반사면이 45도 각을 이루는 경우 광빔의 분산 특성도.

도 5는 도 3에 도시된 시준렌즈의 광축과 프리즘의 반사면이 45도 보다 작은 각을 이루는 경우 광빔의 분산 특성도.

도 6은 플라이아이렌즈와 PBS 어레이에서의 유효광을 설명하기 위한 도면.

도 7은 PBS 어레이에서 유효광을 향상시키기 위한 플라이아이렌즈 및 PBS 어레이 배치도.

도 8은 본 발명의 실시 예에 2 램프를 이용한 액정프로젝터의 광학계의 구성을 나타낸 도면.

도 9는 도 8에 도시된 광학계를 수직 인-라인 형태로 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : 램프 4 : 타원경

6, 54 : 제1 FEL 8, 56A : 제2 FEL

10 : PBS 어레이 14, 66, 68 : 전반사미러

16 : 집광렌즈 18 : 적색투과미러

20 : 적색반사미러 22 : 적색집광렌즈

24 : 적색용 액정패널 26 : 청색투과미러

28 : 녹색집광렌즈 30 : 녹색용 액정패널

32 : 제1 릴레이렌즈 34 : 제1 청색반사미러

36 : 제2 릴레이렌즈 38 : 제2 청색반사미러

40 : 청색집광렌즈 44 : 청색용 액정패널

46 : 다이크로익 프리즘 48 : 투사렌즈

50, 52 : 제1 및 제2 광원 56 : 제2 FEL 및 PBS 어레이

58 : 집광렌즈계 60 : 액정패널

62 : 프리즘 64 : 시준렌즈

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액정 프로젝터 광학계는 광빔을 발생하는 램프와 램프로부터의 광빔이 동일한 초점으로 집속되게 배치된 타원경 각각을 구성으로 하는 제1 및 제2 광원과, 동일한 초점으로 집속되는 제1 및 제2 광원으로부터의 광빔이 중첩되어 진행하도록 광경로를 변환하는 적어도 하나의 방향전환 미러부와, 방향전환 미러부에 의해 중첩되어 진행하는 광빔이 평행하게 중첩되어 진행되게 하는 시준렌즈와, 시준렌즈로부터의 광빔을 액정패널에 입사시키기 위한 조명계를 구비하고, 타원경의 동일한 초점이 액정패널의 중심축과 일치하도록 제1 및 제2 광원이 배치된 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

본 발명의 실시 예에 대한 설명에 앞서 본 발명이 나타나게 된 배경을 살펴보기로 한다. 본 발명에서는 프로젝터의 밝기를 향상시키기 위하여 광효율이 떨어져 비효율적인 고전력의 램프를 사용하는 대신 저전력 램프를 복수로 사용하고자 한다. 저전력의 램프를 복수로 사용하는 경우 기본적으로 2개의 램프로부터 출력되는 광빔이 광학적으로 나란히 놓이게 하는 방법과 2개의 램프로부터의 광빔이 중첩되도록 합성되게 하는 방법이 고려되어질 수 있다.

우선, 도 2에서와 같이 2개의 광원(50, 52)을 평행하게 위치시켜 램프로부터 출력되는 광빔이 타원경에 의해 반사되어 병행하여 진행되게 하는 경우 빛의 평행도가 좋아 제1 플라이아이렌즈(54)와 제2 플라이아이렌즈 및 PBS 어레이(56)를 투과하여 편광 변환되는 특성이 기존의 1개의 램프를 사용하는 것과 동일한 광투과율을 가질 수 있게 된다. 그러나, 광학 부품의 크기가 커지고 집광렌즈계(58)를 경유하여 액정패널(60)로 집속되는 빛의 각도가 2배 가량 커져 마이크로렌즈 어레이를 갖는 액정패널(60)의 투과율이 떨어져 광효율이 저하되는 단점을 가지게 된다.

이와는 달리, 2개의 램프로부터의 광빔이 중첩되도록 합성되게 하는 경우 도 3에 도시된 바와 같이 2개의 광원(50, 52)의 램프로부터 출력되는 빛을 타원 반사경에 의하여 포커싱시키고 이 포커싱되는 지점에 2개의 반사면을 가지는프리즘(62)을 위치시키게 된다. 이 프리즘(62)에 의하여 반사된 두 방향 빛이 공간적으로 중첩되게 한다. 시준렌즈(Collimating Lens; 64)는 프리즘(62)으로부터 퍼지는 빛을 평행광으로 만들어 제1 플라이아이렌즈(54)로 입사되게 한다. 이 경우, 광학 부품의 크기는 하나의 램프를 사용할 때와 동일하므로 도 2에서와 같이 액정패널(60)로 입사되는 광입사각이 커져 액정패널(60)의 광투과율이 떨어지는 문제점을 극복할 수는 있다. 따라서, 본 발명에서는 도 3에서와 같이 2개의 램프로부터의 광빔을 중첩되게 합성하는 방법을 이용하기로 한다.

그리고, 2개의 램프로부터의 광빔을 중첩되게 합성하여 이용함에 있어 광효율을 보다 향상시킬 수 있는 방법이 고려되어야만 한다. 2개의 램프를 사용함에 있어 광효율은 제1 플라이아이렌즈로 입사되는 광빔의 특성을 최대한 1개의 램프를 사용할 때와 동일하게 하는 방법과, 플라이아이렌즈의 렌즈셀 크기의 반의 어레이들로 구성되는 PBS 어레이에서 각 셀로의 조명 스폿 대응을 효율적으로 하는 방법에 의해 좌우될 수 있다.

여기서, 2개의 램프로부터의 제1 플라이아이렌즈(54)로 입사되는 광빔의 특성을 최대한 1개의 램프를 사용할 때와 동일하게 하는 방법은 2개의 램프로부터 플라이아이렌즈까지의 광학계 구성에 의해 좌우된다. 다시 말하여, 광효율을 높이기 위해서는 2개의 램프로부터 제1 플라이아이렌즈(54)로 입사되는 빛의 평행도를 최대화할 수 있어야만 한다. 이 경우, 기본적으로는 2개의 램프로부터 제1 플라이아이렌즈(54)로 입사되는 빛이 중첩되어지는 것이 필요하다. 이를 위하여, 타원형의 반사경을 사용하여 각각의 램프로부터 출력되는 빛을 작은 스폿의 형태로 집광시키고 이 집광되는 각각의 빛을 소형의 광학소자를 통하여 같은 방향으로 중첩시켜 합성하게 된다. 이때, 소형의 광학소자에서 반사되어 발산하는 빛을 최대한 평행광으로 변환시켜야만 광효율을 높일 수 있게 된다. 이는 도 4에 도시된 바와 같이 제1 플라이아이렌즈(54)에 입사되는 빛의 평행도가 클수록 유효광이 커져 편광변환된 빛의 투과효율이 커지기 때문이다.

상세히 하면, 도 4에서 PBS 어레이(56B) 및 λ/2판(56C)은 액정패널의 편광특성에 맞게 입사광빔을 하나의 선편광, 예를 들면 S편광으로 변환함으로써 광효율을 향상시키고 있다. 이를 위하여, PBS 어레이(56B)의 각 PBS들은 입사광빔을 P편광과 S편광으로 분리하고, 제2 플라이아이렌즈(56A)의 각 셀들의 중앙에 위치하는 PBS들의 배면에만 부착된 λ/2판(56C)은 PBS를 투과한 P편광을 S편광으로 변환함으로써 입사광이 모두 S편광으로 변환되게 한다. 이 경우, 제1 플라이아이렌즈(54)의 각 셀로 평행하게 입사되는 광은 도 4에서와 같이 제2 플라이아이렌즈(56A)의 각 셀을 경유하여 제2 플라이아이렌즈의 각 셀의 중앙부에 위치하는 PBS로 집광됨으로써 PBS 및 λ/2판(56C)에 의해 모두 유효광으로 변환될 수 있게 된다. 반면에, 제1 플라이아이렌즈(54)에 경사지게 입사되는 광은 도 4에서와 같이 제2 플라이아이렌즈(56A)의 각 셀을 경유하여 제2 플라이아이렌즈(56A) 각 셀의 주변부에 배치된 PBS로 집광됨으로써 P편광, 즉 무효광으로 출사되게 된다. 이에 따라, 광효율을 높이기 위해서는 제1 플라이아이렌즈(54)로 입사되는 빛의 평행도를 최대한 크게 하여야만 한다. 이 빛의 평행도는 2 램프로부터의 광빔을 반사시키기 위한 프리즘(62)의 반사면이 이루는 각에 의해 결정될 수 있다. 이하, 프리즘(62)의 반사면이 이루는 각과 빛의 평행도 관계를 도 5 및 도 6을 참조하면 살펴보면 다음과 같다.

도 5를 참조하면, 제1 및 제2 광원(50, 52) 각각의 광축과 시준렌즈(64)의 광축이 서로 직교하고 서로의 직교점 근처에 직각의 반사 프리즘(62)이 위치하게 된다. 프리즘(62) 반사면의 법선과 반사경의 광축이 이루는 각, 즉 시준렌즈(64)의 광축과 반사 프리즘(62)의 반사면이 이루는 각(θ)이 45도가 되는 경우 각각의 반사경의 광학적 제2 초점(f2)은 각 반사경의 광축과 프리즘(62)의 반사면이 맞나는 점의 높이에 광축과 평행한 선상에 존재하게 된다. 따라서, 시준렌즈(64)의 비축상에 2개의 소오스점을 갖게 됨으로써 프리즘(62)은 도 5에 나타낸 바와 같이 시준렌즈(64)에 의해 각을 갖는 빛을 출력하게 된다. 다시 말하여, 시준렌즈(64)의 광축과 반사 프리즘(62)의 반사면이 이루는 각(θ)이 45도가 되는 경우 시준렌즈(64)로부터 출사되는 빛의 평행도는 떨어지게 된다. 이러한 비축 소오스의 현상을 줄이기 위해서는 프리즘(62)의 반사면과 맞나는 점이 광축상에 있도록 하여야 한다. 이를 위하여, 프리즘(62)을 뒤로 이동시키는 경우 광원(50, 52)의 램프가 발광크기를 갖고 있기 때문에 제2 초점(f2)에서 포인트 집광이 형성되지 않고 스폿 크기를 갖게 됨으로써 프리즘(62)의 반사면에서 반사되지 않고 지나가 버리는 빛이 많아져 유효 광로로 입사되는 빛이 적어지게 되므로 광효율 떨어지게 된다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이 시준렌즈(64)의 광축과 반사 프리즘(62)의 반사면이 이루는 각(θ)이 45도 보다 작게 설정하여 반사경의 광학적 제2 초점(f2)이 시준렌즈(64)의 광축과 일치할 수 있도록 하는 것이 필요하다.

또한, 2 램프의 빛 중첩에 있어 하나의 램프의 경우와 달리 램프가 나란히 놓이는 방향에 대하여 램프 광축이 광학계 광축에 대하여 소정의 각도를 갖게 된다. 이로 인하여, 2개의 램프가 놓이는 방향의 빔의 특성과 이에 수직한 방향의 빔 특성이 다소 틀리게 되는데, 특히 램프가 놓인 방향의 빔 특성이 상대적으로 커지게 된다. 이를 보완하고자 본 발명에서는 램프의 병렬 설치의 방향이 PBS 어레이가 배열되는 방향에 대하여 수직이 되게 한다. 그리고, 도 4에 도시된 바와 같이 플라이아이렌즈 셀의 1/2 폭을 가지는 스트라이프 형태의 PBS이 배열된 형태를 가지는 PBS 어레이(56B)는 편광변환 투과효율을 고려하여 도 7에 도시된 바와 같이 액정패널(60)의 종횡비 중 큰 방향으로 배열하게 된다. 통상 사용되고 있는 디스플레이는 3:4 또는 9:16의 종횡비를 가지고 있다. 여기서, 액정패널(60)이 3:4의 종횡비를 가지는 경우 PBS 어레이(56B)에서 각 PBS의 폭은 수직 3에 대하여 2의 길이 비를 가지고, 9:16의 경우 수직 9에 대하여 8의 길이비를 갖게 한다. 결과적으로, 각 PBS는 PBS 어레이 방향(즉, 가로)의 길이 보다 그에 수직한 방향(즉, 세로)의 길이가 길게끔 설정한다. 이는 제1 플라이아이렌즈(54)의 각 셀에 대응되는 PBS 면에서의 조명 스폿에 대하여 PBS 어레이 방향의 수직 방향이 유효한 빛을 많이 투과할 수 있음을 의미하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 램프의 배열방향을 PBS 어레이의 배열방향에 수직하도록, 즉 액정패널의 유효면적의 작은 길이 방향으로 배치하게 된다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 액정 프로젝터의 광학계를 나타낸 것이고, 도 9는 도 8에 도시된 액정 프로젝터의 광학계를 인-라인(In-line) 형태로 나타낸것이다. 도 8의 광학계는 제1 및 제2 광원(50, 52)과, 제1 및 제2 광원(50, 52)과 프리즘(62) 사이에 각각 배치된 제1 및 제2 전반사미러(66, 68)와, 프리즘(62)과 제3 전반사미러(14) 사이에 배열된 시준렌즈(64), 제1 및 제2 플라이아이렌즈(Fly eye lens;6, 8), PBS(10)와, 제3 전반사미러(14)와 적색용 액정패널(24) 사이에 배열된 집광렌즈(16), 적색투과미러(18), 적색반사미러(20) 및 적색집광렌즈(22)와, 적색투과미러(18)와 녹색용 액정패널(30) 사이에 배열된 청색투과미러(26) 및 녹색집광렌즈(28)와, 청색투과미러(26)와 청색용 액정패널(44) 사이에 배열된 제1 릴레이렌즈(32), 제1 청색반사미러(34), 제2 릴레이렌즈(36), 제2 청색반사미러(38), 청색집광렌즈(40)와, 적·녹·청색용 액정패널(24, 30, 44) 사이에 설치된 다이크로익 프리즘(46)과, 다이크로익 프리즘(46)의 광출사면에 대면되게 설치되는 투사렌즈(48)를 구비한다.

도 8에서 제1 및 제2 광원(50, 52)은 광효율을 높이기 위하여 액정패널의 종횡비 중 작은 길이 방향으로 나란하게 배치하게 된다. 제1 및 제2 광원(50, 52)의 램프 각각에서 출사된 광은 타원경에 의해 전방으로 진행하게 되고, 도 9에 도시된 바와 같이 타원경의 전방에 각각 설치된 제1 및 제2 전반사미러(66, 68)에 의해 프리즘(62) 쪽으로 반사되게 된다. 도 8에서 제1 및 제2 광원(50, 52)이 지면의 전후면에 배치되는 경우 상기 제1 및 제2 전반사미러(66, 68)는 필요없게 된다. 프리즘(62)은 제1 및 제2 전반사미러(66, 68)로부터의 광빔을 반사시켜 시준렌즈(64) 쪽으로 진행시키게 된다. 시준렌즈(64)는 프리즘(62)으로부터의 발산형의 광빔이 평행하게 제1 플라이아이렌즈(6) 쪽으로 진행되게 한다. 제1 플라이아이렌즈(6)는 입사광을 셀(cell) 단위로 분할하여 제2 플라이아이렌즈(8)의 각 렌즈 셀에 포커싱(focusing)되게 한다. 제2 플라이아이렌즈(6)는 입사광을 특정한 부분의 평행광으로 변환하여 PBS 어레이(10) 쪽으로 투과시키게 된다. PBS 어레이(10)는 액정패널의 종횡비 중 큰 길이 방향으로 배열되어 입사광을 어느 하나의 광축을 가지는 선편광(P파와 S파)으로 분리하고, PBS 어레이(10)의 배면에 부착된 λ/2판(10A)은 P파를 S파로 변환하게 된다. 제3 전반사미러(14) 및 집광렌즈(16)는 입사광을 적색투과미러(18)에 집속시키게 된다. 적색투과미러(18)는 입사광 중 적색광을 적색반사미러(20)로 투과시킴과 아울러 적색광 이외의 파장을 가지는 광을 청색투과미러(26)쪽으로 반사시키게 된다. 적색반사미러(20)는 입사되는 적색광을 적색집광렌즈(22)쪽으로 전반사시키게 된다. 적색집광렌즈(22)는 입사되는 적색광을 적색용 액정패널(24)에 집광시켜 적색용 액정패널(24)의 유효면적에 보다 좋은 입사여건을 만들어 줌과 아울러 적색투과 코팅되어 적색의 순도를 높여주게 된다. 청색투과미러(26)는 적색투과미러(18)로부터의 입사광 중 녹색광을 녹색집광렌즈(28)쪽으로 반사시키는 반면에 청색광을 제1 릴레이렌즈(32)쪽으로 투과시키게 된다. 녹색집광렌즈(28)는 입사되는 녹색광을 녹색용 액정패널(30)에 집광시켜 녹색용 액정패널(30)의 유효면적에 보다 좋은 입사여건을 만들어 줌과 아울러 녹색투과 코팅되어 녹색의 순도를 높여주게 된다. 청색투과미러(26)에서 투과된 청색광은 제1 릴레이렌즈(32)와 제1 청색반사미러(34), 제2 릴레이렌즈(36), 제2 청색반사미러(38)를 거쳐 청색집광렌즈(40)로 입사된다. 여기서, 청색광의 경로가 다른 적색 및 녹색 광에 비하여 길기 때문에 이를 보정하기 위하여 제1 및 제2 릴레이렌즈(32, 36)를 이용하게 된다. 다시 말하여, 청색투과미러(26)와 녹색집광렌즈(28)간의 거리와 동일한 거리에 필드렌즈 역할을 하는 제1 릴레이렌즈(32)를 삽입하여 청색광의 퍼짐을 방지하고, 제1 릴레이렌즈(36)와 동일한 거리에 결상을 맺도록 제2 릴레이렌즈(36)를 삽입하게 된다. 청색집광렌즈(40)는 입사되는 청색광을 색순도와는 상관없이 청색용 액정패널(44)의 유효면적에 집광시키게 된다. 적색, 녹색 및 청색용 액정패널(24, 30, 44)은 입력되는 화상정보에 따라 광투과율을 조절하여 투과시키게 된다. 다이크로익 프리즘(46)은 적색, 녹색 및 청색용 액정패널(24, 30, 44)을 각각 투과하여 화상의 정보를 얻어 입사되는 적색광, 녹색광 및 청색광을 합성하여 출사면을 통해 투사렌즈(48)로 쪽으로 출사시키게 된다. 투사렌즈(48)는 다이크로익 프리즘(46)으로부터 입사되는 화상을 스크린에 확대 투사하게 된다.

이와 같이, 본 발명의 액정 프로젝터의 광학계는 2개의 램프를 사용함으로써 프로젝터의 밝기를 증대시킬 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 액정 프로젝터의 광학계는 2개의 램프를 사용함에 있어 제1 플라이아이렌즈로 입사되는 광빔의 평행도를 최대한 크게 함과 아울러 2개의 램프를 액정패널 종횡비의 작은 길이 방향으로 배치하고 PBS 어레이를 액정패널 종횡비의 큰 길이 방향으로 배열함으로써 광효율을 높일 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 프로젝터의 광학계에 의하면 2개의램프를 이용함으로써 밝기를 향상시킴과 아울러 1개의 고전력 램프를 사용하는 경우보다 램프의 수명을 증대시킬 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따른 액정 프로젝터의 광학계에 의하면 2개의 램프를 사용함에 있어 제1 플라이아이렌즈로 입사되는 광빔의 평행도를 최대한 크게 함과 아울러 2개의 램프를 액정패널 종횡비의 작은 길이 방향으로 배치하고 PBS 어레이를 액정패널 종횡비의 큰 길이 방향으로 배열함으로써 광효율을 높일 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

액정패널에 표시된 화상을 확대투사하기 위한 액정프로젝터의 광학계에 있어서,

광빔을 발생하는 램프와 램프로부터의 광빔이 동일한 초점으로 집속되게 배치된 타원경 각각을 구성으로 하는 제1 및 제2 광원과,

상기 동일한 초점으로 집속되는 상기 제1 및 제2 광원으로부터의 광빔이 중첩되어 진행하도록 광경로를 변환하는 적어도 하나의 방향전환 미러부와,

상기 방향전환 미러부에 의해 중첩되어 진행하는 광빔이 평행하게 중첩되어 진행되게 하는 시준렌즈와,

상기 시준렌즈로부터의 광빔을 상기 액정패널에 입사시키기 위한 조명계를 구비하고,

상기 타원경의 동일한 초점이 상기 액정패널의 중심축과 일치하도록 상기 제1 및 제2 광원이 배치된 것을 특징으로 하는 액정프로젝터의 광학계.
제 1 항에 있어서,

상기 방향전환 미러부는

상기 타원경의 동일한 초점에 위치하는 프리즘을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정프로젝터의 광학계
제 2 항에 있어서,

상기 방향전환 미러부는

상기 제1 및 제2 광원으로부터의 광빔을 상기 프리즘 쪽으로 전반사시키기 위한 전반사미러를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 액정프로젝터의 광학계.
제 2 항 및 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 프리즘에서 상기 제1 광원으로부터의 광빔을 반사시키는 반사면과 상기 제2 광원으로부터의 광빔을 반사시키는 반사면이 이루는 각은 90도 이하로 설정된 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 광학계.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 광원은 상기 액정패널의 작은 길이방향으로 나란하게 배치된 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 광학계.
제 1 항에 있어서,

상기 조명계는

상기 시준렌즈로부터의 광빔을 분산시켜 광분포를 균일하게 하기 위한 마이크로렌즈와,

상기 마이크로렌즈로부터의 광빔을 상기 액정패널의 편광특성에 맞는 선편광으로 변환하기 위한 편광 빔 스프리터 어레이와,

상기 편광 빔 스프리터 어레이로부터의 광빔을 상기 액정패널로 집광시키기 위한 집광렌즈부를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 광학계.
제 6 항에 있어서,

상기 편광 빔 스프리터 어레이는 그에 포함되는 편광 빔 스프리터가 상기 액정패널의 큰 길이방향으로 나란하게 배열된 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 광학계.