KR100429213B1

KR100429213B1 - 프로젝터의 광학계

Info

Publication number: KR100429213B1
Application number: KR10-2001-0056996A
Authority: KR
Inventors: 김남식; 윤종근; 이성은
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-09-15
Filing date: 2001-09-15
Publication date: 2004-04-29
Also published as: KR20030024043A

Abstract

고휘도 영상 구현을 위한 프로젝터의 광학계에 관한 것으로서, 특히 2판식 반사형 프로젝션 시스템에 두 개의 광원과 기존의 보편적인 광학 부품을 사용해서 광학계를 구성할 수 있고 두 개의 광원과 색분리를 하게 되는 이색성 필름 코팅면과 편광 분리를 하게 되는 편광 프리즘 필름 코팅면을 갖는 PBS를 사용함으로써, 각각의 광원로부터 손실될 수 있는 빛을 피드백시켜 빛의 손실을 최소로 하여 최대의 광 효율을 얻도록 하여 고휘도의 영상을 만들어내는 효과를 볼 수 있다. 또한, 최종 출력단에 이색성 미러와 편광 프리즘을 배치함으로써, 기존의 2판식 반사형 액정 소자에 비해 더욱 밝고 선명한 화상을 구현할 수 있다.

Description

프로젝터의 광학계{optics system of projector}

본 발명은 고휘도 영상 구현을 위해 2개의 광원(light source)을 사용한 프로젝터의 광학계 구성에 관한 것이다.

최근 고해상도를 갖는 대형화면 디스플레이에 대한 수요와 관심이 증가함에 따라 프로젝션 및 프로젝터에 대한 기대와 역할이 매우 증가되고 있다.

프로젝션 방식은 크게 투과형과 반사형으로 나눌 수가 있지만 최근 들어 고해상도를 추구하면서 개구율 문제, 가격 경쟁력 확보를 위하여 점차 반사형에 관한 기술적인 개발들이 많이 진행되고 있다.

이때, 상기 반사형 액정 디스플레이는 반도체 기판과 커버 유리 사이에 액정 물질을 배치하여 이루어진 LCOS(Liquid Crystal On silicon)가 바람직하다.

즉, 상기 LCOS는 통상의 액정 표시장치와 달리 반도체 기판 위에 셀을 형성하게 되므로, 이에 액정 물질은 물론, 매트릭스 방식에 따른 구동 회로 및 각 픽셀의 구성 요소들을 용이하게 배치할 수 있어, 다른 장치와는 달리 소형화가 가능한 장점이 있기 때문이다.

이러한 LCOS를 이용하여 프로젝션 시스템을 구성할 때에는, 통상 도 1과 같이 1개의 광원과 3개의 액정 패널을 사용하는 경우가 대부분인데, 이는 3개의 액정 패널을 사용함으로써, 가격 상승이라는 문제점을 초래한다. 또한, 1개의 광원으로부터 레드, 그린, 블루(red, green, blue) 세가지 색을 분리, 재합성 과정을 거쳐 풀 컬러(full color)를 만들어 내야 함으로써, 스크린 상에서 밝고 선명한 화상 구현에 한계를 갖고 있다.

즉, 도 1은 기존의 1개의 광원(Light source)과 3개의 반사형 액정 패널을 사용한 프로젝션시스템의 기본 광학계이다.

도 1을 보면, 램프와 같은 광원(101)으로부터 나온 광은 미러(mirror)(102,103,104)에 의해 분리되어 R,G,B 파장별로 구분된 후, R,G,B에 해당하는 각 편광 빔 스플리터(PBS)(105,106,107)로 입사되어 S-편광과 P-편광된 빛으로 나누어진다. 그리고, 이들 빛 중 S-편광된 빛이 액정 패널(108,109,110)로 투과되어 반사되어 나온 빛으로 영상을 구현할 수 있는 구조를 갖는다.

즉, 1개의 광원(101)으로부터 나온 비편광 백색광은 이색성 미러(dichroic mirror)(102)로 입사되고, 상기 제 1 이색성 미러(102)는 레드 빛은 반사하며, 시안(cyan)빛은 투과시킨다. 상기 제 1 이색성 미러(102)에서 반사된 레드 빛은 다시 미러(104)에 의해 반사되어 PBS(107)로 입사된다. 상기 PBS(107)는 입사된 레드 빛을 S 편광된 빛과 P 편광된 빛으로 분리한다. 이때, S 편광된 레드 빛은 다시 PBS(107)에 의해 반사되어 제 1 반사형 액정 패널(110)에 입사하게 된다.

한편, 상기 제 1 이색성 미러(102)를 투과한 시안 빛은 제 2 이색성 미러(103)를 거쳐 그린과 블루로 분리되어지고, 상기 레드 빛과 같은 과정으로 각각의 제 2 및 제 3 액정 패널(108,109)로 들어가게 된다. 그리고, 각각의 액정 패널(107,108,109)을 거쳐 나온 빛들은 최종적으로 재결합기(recombiner)(111)에 의해 세가지 색이 결합된 후 프로젝션 렌즈를 거쳐 스크린에 투사된다.

그러나, 상기된 도 1에서와 같은 프로젝션 시스템에서는 1개의 광원으로부터세가지 색이 분리, 재결합되어야 하므로 최종 스크린에서 밝고 선명한 화상을 표현하는데 한계가 있게 되고 이런 문제점은 해결되어야 한다.

따라서, 이러한 고휘도 구현에 대한 문제점을 해결하기 위한 방법 중 한 가지는 도 1에서와 같이 일반적인 광학계에서 주로 사용되어지는 100W급 광원보다 밝은 광원(예, 150∼200W급)을 사용함으로써, 고휘도 구현이 가능하도록 하는 것이다.

그러나, 이러한 광원(예, 150∼200W)의 수명이 약 2000∼3000시간 정도로 기존의 100W급의 광원(8000∼10000시간)보다 상대적으로 짧기 때문에 좋은 해결책이라고 할 수 없다.

또 다른 한가지 방법은 미국 특허 6,108,132에 나타낸 바와 같이 3개의 액정 패널을 사용한 프로젝션 및 프로젝터용 시스템에 2개의 광원을 사용하는 방법이 제안되어졌으나, 이 방법은 원리적으로 매우 복잡한 광학계 구성이 필요하며 고가의 광학 부품을 사용함으로써, 소자 가격이 매우 비싸게 되는 단점이 있다.

또한, 최근에는 광 이용 효율 증가, 컬러 브레이크-업(break-up) 현상 완화, 소형, 경량화를 위해서 LCD 패널을 두 개 이용한 2판식 반사형 액정 소자가 제안되기도 한다.

이 방법에 따르면, 종래의 단판식 필드 시퀄셜(field sequential) 방식과 비교해서 약 1.5배의 밝기 향상을 얻을 수가 있다. 그러나, 이러한 2판식 반사형 액정 소자에서도 단판식에 비해서는 휘도가 향상되지만 3판식에 비해서 광 이용효율은 낮게 된다. 따라서, 2판식 반사형 소자에서도 더욱 휘도를 향상시키기 위하여 칼라 휠(color wheel)에 투명 영역을 첨가하는 등 고선명, 고휘도 화상에 대한 요구가 계속되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 두 개의 반사형 액정 패널을 사용한 프로젝션 및 프로젝터용 시스템에 두 개의 광원을 적용하고 손실될 수 있는 광을 피드백시킴으로써, 기존에 주로 사용하던 광학 부품을 이용하면서 고휘도 구현이 가능한 프로젝터의 광학계를 제공함에 있다.

도 1은 기존의 1개의 광원을 갖는 3판식 액정 패널 구조의 프로젝터의 광학계 구성을 보인 도면

도 2는 본 발명에 따른 2개의 광원을 갖는 2판식 액정 패널 구조의 프로젝터의 광학계 구성을 보인 도면

도 3은 도 2의 광학계에서 제 1 광 경로를 설명하기 위한 도면

도 4는 도 2의 광학계에서 제 2 광 경로를 설명하기 위한 도면

도 5는 도 2의 이색성 PBS의 구성 예를 보인 도면

도 6은 도 2의 이색성 PBS의 다른 구성 예를 보인 도면

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

201,211 : 제 1, 제 2 광원 202,212 : 콘덴싱 렌즈

203,207,213,217 : PBS 어레이 204,214 : 이색성 PBS

205, 215 : λ/4판 206,216 : 미러

208,219 : PBS 209,220 : 제 1, 제 2 액정 패널

210 : 미러 218 : 칼라 필터

221 : 재결합기 222 : 투사 렌즈

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프로젝터의 광학계는, 비편광 빛을 발광하는 제 1, 제 2 광원; 특정파로 편광된 레드 빛만 투과시키는 이색성 PBS와 비편광 빛을 P파와 S파로 분리하고 특정파만 투과시키는 다수의 PBS를 이용하여 상기 제 1 광원에서 발광된 비편광 빛으로부터 특정파로 편광된 레드 빛을 분리하는 제 1 광 출력부; 상기 제 1 광 출력부에서 분리된 특정파의 레드 빛을 입력받아 화상을 형성한 후 상기 제 1 광 출력부로 반사하는 제 1 액정패널; 특정파로 편광된 시안 빛만 투과시키는 이색성 PBS와 비편광 빛을 P파와 S파로 분리하고 특정파만 투과시키는 다수의 PBS를 이용하여 상기 제 2 광원에서 발광된 비편광 빛으로부터 특정파로 편광된 시안 빛을 분리하고, 상기 시안 빛을 다시 특정파로 편광된 그린 또는 블루 빛으로 분리하는 제 2 광 출력부; 상기 제 2 광 출력부에서 특정파로 편광된 그린 또는 블루 빛을 입력받아 화상을 형성한 후 상기 제 2 광 출력부로 반사하는 제 2 액정패널; 상기 제 1, 제 2 액정 패널에서 반사되는 빛을 제 1, 제 2 광 출력부를 통해 입력받아 결합하는 재결합기; 그리고 상기 재결합기에서 나온 빛을 받아 확산시키는 광학 렌즈를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.상기 제 1 광 출력부는 특정파의 시안 빛은 반사시키고, 제 2 광 출력부는 특정파의 레드 빛을 반사시키며, 상기 제 1, 제 2 광 출력부 사이에는 미러가 설치되어, 상기 제 1 광 출력부에서 반사되는 특정파의 시안 빛을 입력받아 상기 제 2 광 출력부로 반사하고, 상기 제 2 광 출력부에서 반사되는 특정파의 레드 빛을 입력받아 상기 제 1 광 출력부로 반사하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 광 출력부는 상기 제 1 광원에서 발광되는 비편광 빛을 P 편광 상태로 변환하는 제 1 편광 빔 스플리터(PBS) 어레이와, 상기 P 편광 상태의 빛 중에서 레드 빛을 투과시키고 시안 빛을 상기 미러로 반사시키는 제 1 이색성 PBS와, 상기 제 1 이색성 PBS에서 투과 또는 반사되는 P 또는 S 편광 상태의 레드 빛을 P 편광 상태로 변환하는 제 2 PBS 어레이와, 상기 P 편광 상태의 레드 빛을 제 1 액정 패널로 투과시키고, 상기 제 1 액정 패널에서 반사되는 S 편광 상태의 레드 빛을 상기 재결합기로 반사시키는 PBS로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 미러에서 반사된 P 편광 상태의 레드 빛이 제 1 이색성 PBS를 투과하면 이를 입력받아 위상차가 90°가 되도록 반전시키는 λ/4판과, 상기 λ/4판을 통과하는 빛을 상기 λ/4판으로 반사시키는 미러를 더 포함하며, 상기 제 1 이색성 PBS는 상기 λ/4판에서 피드백되는 S 편광 상태의 레드 빛을 입력받아 상기 제 2 PBS 어레이로 반사시키는 것을 특징으로 한다.

상기 제 2 광 출력부는 상기 제 2 광원에서 발광되는 비편광 빛을 P 편광 상태로 변환하는 제 3 PBS 어레이와, 상기 P 편광 상태의 빛 중에서 시안 빛을 투과시키고 레드 빛을 상기 미러로 반사시키는 제 2 이색성 PBS와, 상기 제 2 이색성 PBS에서 투과 또는 반사되는 P 또는 S 편광 상태의 시안 빛을 P 편광 상태로 변환하는 제 4 PBS 어레이와, 상기 P 편광 상태의 시안 빛을 그린 또는 블루 빛으로 분리하는 칼라 필터와, 상기 칼라 필터에서 분리된 P 편광 상태의 그린 또는 블루 빛을 제 2 액정 패널로 투과시키고, 상기 제 2 액정 패널에서 반사되는 S 편광 상태의 그린 또는 블루 빛을 상기 재결합기로 반사시키는 PBS로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 미러에서 반사된 P 편광 상태의 시안 빛이 제 2 이색성 PBS를 투과하면 이를 입력받아 위상차가 90°가 되도록 반전시키는 λ/4판과, 상기 λ/4판을 통과하는 빛을 다시 상기 λ/4판으로 반사시키는 미러를 더 포함하며, 상기 제 2 이색성 PBS는 상기 λ/4판에서 피드백되는 S 편광 상태의 시안 빛을 입력받아 상기 제 4 PBS 어레이로 반사시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 프로젝터의 광학계 구성을 보인 도면으로서, 콘덴싱 렌즈(condensing lens)(202)는 제 1 광원(201)에서 발광된 빛을 일정방향 즉, PBS 어레이(203) 방향으로 평행하게 진행시킨다. 상기 PBS 어레이(203)는 평행하게 진행되어 입사되는 빛을 P 편광된 빛으로 변환하여 제 1 이색성 PBS(204)로 입사시킨다.

상기 제 1 이색성 PBS(204)는 색 분리를 위한 이색성 필름 코팅면과 편광 분리를 위한 편광 필름 코팅면을 갖고 있다. 이때, 상기 제 1 이색성 PBS(204)는 편광 필름 코팅면에 의해 입사되는 빛의 편광이 S파이면 반사시키고, P파이면 투과시킨다. 또한, 이색성 필름 코팅면에 의해 입사되는 빛 중 레드 빛은 투과시키고 시안빛은 반사시킨다.

λ/4판(205)은 상기 제 1 이색성 PBS(204)를 투과하는 P 편광 상태의 레드 빛을 위상차가 90°가 되도록 반전시키며, 상기 λ/4 판(205)을 통과한 빛은 미러(206)에서 반사되어 다시 λ/4판(205)을 통해 상기 제 1 이색성 PBS(204)로 입사된다. 이때, 상기 P 편광된 빛이 λ/4판(205)을 두 번 통과하게 되므로 상기 제 1 이색성 PBS(204)로 피드백되는 빛은 S 편광된 레드 빛이 된다.

상기 S 편광된 레드 빛은 제 1 이색성 미러(204)에서 반사되어 PBS 어레이(207)로 입사되고, PBS 어레이(207)에서 P 편광 상태로 변환된 레드 빛은 제 1 PBS(208)로 입사된다.

상기 제 1 PBS(208)는 편광 분리를 위한 편광 필름 코팅면을 갖고 있으며, 상기 입사되는 P 편광 상태의 레드 빛을 투과하여 제 1 액정 패널(209)로 입사시킨다. 즉, 상기 제 1 PBS(208)는 입사된 빛의 편광이 S파이면 반사시키고 P파이면 투과시킨다.

상기 제1 액정 패널(209)은 전원 온/오프에 의해 입사되는 레드 빛의 편광 방향을 P파 또는, S파로 변경시켜 상기 제 1 PBS(208)로 출력한다. 상기 제 1 PBS(208)는 상기 액정 패널(209)에서 입사되는 빛이 S파이면 재결합기(221)로 반사시키고, P파이면 PBS 어레이(207)로 투과시킨다.

한편, 제 2 콘덴싱 렌즈(212)는 제 1 광원(211)에서 발광된 빛을 일정방향즉, PBS 어레이(213) 방향으로 평행하게 진행시킨다. 상기 PBS 어레이(213)는 평행하게 진행되어 입사되는 빛을 P 편광된 빛으로 변환하여 제 2 이색성 PBS(214)로 입사시킨다.

상기 제 2 이색성 PBS(214)도 색 분리를 위한 이색성 필름 코팅면과 편광 분리를 위한 편광 필름 코팅면을 갖고 있다. 이때, 상기 제 2 이색성 PBS(214)는 입사되는 빛의 편광이 S파이면 반사시키고, P파이면 투과시킨다. 그리고, 이색성 필름 코팅면에 의해 입사되는 빛 중 레드 빛을 반사시키고 시안빛을 투과시킨다.

마찬가지로, λ/4 판(215)은 상기 제 1 이색성 PBS(214)를 투과하는 P 편광된 시안 빛을 위상차가 90°가 되도록 반전시키며, 상기 P 편광된 시안 빛이 λ/4 판(215)과 미러(216)를 통해 반사되어 다시 제 2 이색성 미러(214)로 피드백되면 S편광 상태의 시안빛으로 변환된다.

상기 S 편광된 시안빛은 제 2 이색성 미러(214)에서 반사되어 PBS 어레이(217)로 입사되고, PBS 어레이(207)에서 변환된 P 편광된 시안 빛은 B/G 칼라 필터(218)를 거치면서 블루 또는 그린빛으로 바뀐다.

상기 P 편광된 블루 또는 그린 빛은 제 2 PBS(219)로 입사되고, 상기 제 2 PBS(219)는 P 편광 상태의 블루 또는 그린 빛을 제 2 액정 패널(220)로 투과시킨다.

상기 제 2 액정 패널(220)은 전원 온/오프에 의해 입사되는 그린 또는 블루 빛의 편광 방향을 P파 또는, S파로 변경시켜 상기 제 2 PBS(219)로 다시 출력한다.

상기 제 2 PBS(219)는 상기 제 2 액정 패널(220)에서 입사되는 그린 또는 블루 빛이 S파이면 재결합기(221)로 반사시키고, P파이면 PBS 어레이(217)로 투과시킨다.

한편, 상기 제 1 이색성 PBS(204)에서 반사되는 P 편광 상태의 시안 빛은 미러(210)에서 다시 반사되어 제 2 이색성 PBS(214)로 입사되고, 상기 제 2 이색성 PBS(214)에서 반사되는 P 편광 상태의 레드 빛은 미러(210)에서 다시 반사되어 제 1 이색성 PBS(204)로 입사된다.

즉, 상기 제 1 이색성 PBS(204)는 PBS 어레이(203)에서 입사되는 P 편광 상태의 빛 중 레드 빛은 PBS 어레이(207)로 투과시키고, 시안 빛은 미러(210)로 반사시키며, 또한 상기 미러(210)에서 반사되어 입사되는 P 편광 상태의 레드 빛은 λ/4판(205)으로 투과시키고, 상기 λ/4판(205)과 미러(206)를 통해 S 편광 상태로 변환되어 입사되는 레드 빛은 상기 PBS 어레이(207)로 반사시키는 구조로 배치되어 있다.

그리고, 상기 제 2 이색성 PBS(214)는 PBS 어레이(213)에서 입사되는 P 편광 상태의 빛 중 시안 빛은 PBS 어레이(217)로 투과시키고, 레드 빛은 미러(210)로 반사시키며, 또한 상기 미러(210)에서 반사되어 입사되는 P 편광 상태의 시안 빛은 λ/4판(215)으로 투과시키고, 상기 λ/4판(215)과 미러(216)를 통해 S 편광 상태로 변환되어 입사되는 시안 빛은 상기 PBS 어레이(217)로 반사시키는 구조로 배치되어 있다.

상기 재결합기(221)는 이색성 필름이 코팅된 결합기로서, 상기 제 1, 제 2 PBS(208,219)에서 반사되는 S 편광 상태의 레드, 그린, 블루 빛을 재결합하여 투사렌즈(222)로 출력한다. 이때, 상기 투사 렌즈(222)의 전단에는 최종 출력되는 화상의 콘트라스트율을 높이기 위해 편광 프리즘이 배치되어 있으며, 상기 편광 프리즘을 통과한 빛은 투사 렌즈(222)에 의해 최종 스크린 상에 투사된다. 즉, 최종 출력단에 이색성 미러로 구성된 재결합기와 편광 프리즘을 배치함으로써, 기존의 2판식 반사형 액정 소자에 비해 더욱 밝고 선명한 화상을 구현할 수 있다.

본 발명에서는 상기 제 1, 제 2 액정 패널(209,220)로 반사형 LCOS를 사용할 수 있다.

이때, 상기된 도 2를 보면 본 발명은 2개의 광경로가 주어짐을 알 수 있다. 즉, 레드 빛을 출력시키기 위한 광 경로(이하, 제 1 경로라 칭함.)과 시안빛을 출력시키기 위한 광 경로(이하, 제 2 경로라 칭함)이다.

도 3은 본 발명에 따른 광학계 구조에서 제 1 경로를 설명하기 위한 도면이다.

즉, 제 1 광원(201)에서 발광된 비편광 상태의 빛은 콘덴싱 렌즈(202)와 PBS 어레이(203)를 통해 모두 P 편광 상태로 변환되어 레드 빛을 투과시키고 시안빛을 반사시키는 이색성 필름이 코팅된 제 1 이색성 PBS(204)로 입사된다. 상기 제 1 이색성 PBS(204)는 입사되는 P 편광 상태의 빛 중 레드 빛은 PBS 어레이(207)로 투과하고, 시안 빛은 미러(210)로 반사시킨다. 즉, 상기 시안빛은 미러(210)에 의해 다시 한번 반사되어 제 2 이색성 PBS(214)로 입사되어 제 2 경로로 진행된다.

한편, 제 2 이색성 PBS(214)에서 반사되는 P 편광 상태의 레드 빛은 미러(210)에서 다시 반사되어 제 1 이색성 PBS(204)로 입사된다. 이때, 상기 제 1이색성 PBS(204)는 입사되는 빛의 편광 상태가 P파이므로, 상기 P 편광 상태의 레드 빛은 제 1 이색성 PBS(204)를 투과하여 λ/4판(205)으로 입사된다. 상기 λ/4판(205)를 통과한 빛은 미러(206)에서 반사되어 다시 λ/4판(205)을 통해 제 1 이색성 PBS(204)로 입사된다. 이때, P 편광 상태의 빛이 상기판(205)을 두 번 지나가게 되므로 S 편광된 빛의 상태로 바뀌어 제 1 이색성 PBS(204)로 입사된다. 상기 제 1 이색성 PBS(204)로 입사되는 빛이 S 편광 상태의 레드 빛이므로, 상기 제 1 이색성 PBS(204)에서 반사되어 PBS 어레이(207)로 출력된다.

상기 PBS 어레이(207)는 입력되는 P 또는 S 편광 상태의 레드 빛을 P 편광 상태의 레드 빛으로 변환한 후 제 1 PBS(208)를 통해 제 1 액정 패널(209)로 입사한다.

도 4는 본 발명에 따른 광학계 구조에서 제 2 경로를 설명하기 위한 도면이다.

즉, 제 2 광원(211)에서 발광된 비편광 상태의 빛은 콘덴싱 렌즈(212)와 PBS 어레이(213)를 통해 모두 P 편광 상태로 변환되어 레드 빛을 반사시키고 시안빛을 투과시키는 이색성 필름이 코팅된 제 2 이색성 PBS(214)로 입사된다. 상기 제 2 이색성 PBS(214)는 입사되는 P 편광 상태의 빛 중 시안 빛은 PBS 어레이(217)로 투과하고, 레드 빛은 미러(210)로 반사시킨다. 즉, 상기 레드 빛은 미러(210)에 의해 다시 한번 반사되어 제 1 이색성 PBS(204)로 입사되어 제 1 경로로 진행된다.

한편, 제 1 이색성 PBS(204)에서 반사되는 P 편광 상태의 시안 빛은미러(210)에서 다시 반사되어 제 2 이색성 PBS(214)로 입사된다. 이때, 상기 제 2 이색성 PBS(214)는 입사되는 빛의 편광 상태가 P파이므로, 상기 P 편광 상태의 시안 빛은 제 2 이색성 PBS(214)를 투과하여 λ/4판(215)으로 입사된다. 상기 λ/4판(215)를 통과한 빛은 미러(216)에서 반사되어 다시 λ/4판(215)을 통해 제 2 이색성 PBS(214)로 입사되면서 S 편광 상태의 시안 빛으로 바뀐다. 상기 제 2 이색성 PBS(214)로 입사되는 빛이 S 편광 상태의 시안 빛은 제 2 이색성 PBS(214)에서 반사되어 PBS 어레이(217)로 출력된다.

상기 PBS 어레이(217)는 입력되는 P 또는 S 편광 상태의 시안 빛을 P 편광 상태의 시안 빛으로 변환한 후 B/G 컬러 필터(208)에서 원하는 칼라 즉, 그린이나 블루 빛으로 바꾸고나서 제 2 PBS(219)를 통해 제 2 액정 패널(220)로 입사한다.

상기 제 1, 제 2 액정 패널(209,220)에서 S 편광 상태로 변환된 레드, 그린, 블루 빛은 제 1, 제 2 PBS(208,219)에서 반사되어 재결합기(221)로 입력되고, 상기 재결합기(221)에서 재결합된 빛은 투사 렌즈(222)에 의해 최종 스크린 상에 투사된다.

도 5는 본 발명에 의한 광학계 중 색 분리를 위한 이색성 필름 코팅면과 편광 분리를 위한 편광 프리즘 필름 코팅면을 갖는 이색성 PBS의 상세 도면으로서, 상기 이색성 PBS(501)와판(502) 그리고, 미러(503)를 사용하여 피드백을 가능하게 하는 것을 보이고 있다.

즉, 제 1, 제 2 광 경로에서 각각 이색성 필름이 코팅된 PBS(501)에 의해 반사되어진 레드 빛 또는 시안 빛은 P 편광된 상태이므로 상기 이색성 PBS(501)를 투과하여 미러(503)에 반사되게 된다. 이때,판(502)을 두 번 지나가게 되므로 S 편광된 빛의 상태로 바뀌어 다시 이색성 PBS(501)로 입사되고, 상기 이색성 PBS(501)에 의해 다시 반사되어 각각의 액정 패널로 입사하게 된다.

도 6은 본 발명에 의한 광학계 중 상기 이색성 PBS의 다른 예로서, 편광 분리를 위한 편광 필름 코팅면만을 갖고 있는 PBS와, 상기 PBS 전단에 이색성 미러를 배치하는 것을 실시예로 하고 있다.

즉, 제 1, 제 2 광 경로에서 각각 이색성 필름이 코팅된 이색성 미러(601)에서 반사되어진 레드 빛 또는 시안 빛은 P 편광 상태이므로 PBS(602)를 투과하여 미러(604)에 반사되게 된다. 이때,판(602)을 두 번 지나가게 되므로 S 편광된 빛의 상태로 바뀌어 다시 PBS(602)로 입사되고, 상기 PBS(602)에 의해 다시 반사되어 각각의 액정 패널로 입사하게 된다.

이와 같이 본 발명은 기존의 100W급 광원과 보편적인 광학 부품을 사용해서 고휘도의 성능을 얻기 위하여, 두 개의 반사형 액정 패널을 사용한 프로젝션 및 프로젝터용 시스템에 두 개의 광원을 적용하고 손실될 수 있는 광을 피드백시켜 사용한다. 이렇게 함으로써, 기존에 주로 사용하던 광학 부품을 이용하여 고휘도 구현이 가능하며, 또한 최대(200%)의 광효율을 이용할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 프로젝터의 광학계에 의하면, 2판식 반사형프로젝션 시스템에 두 개의 광원과 기존의 보편적인 광학 부품을 사용해서 광학계를 구성할 수 있고 두 개의 광원과 색분리를 하게 되는 이색성 필름 코팅면과 편광 분리를 하게 되는 편광 프리즘 필름 코팅면을 갖는 PBS를 사용함으로써, 각각의 광원로부터 손실될 수 있는 빛을 피드백시켜 빛의 손실을 최소로 하여 최대의 광 효율을 얻도록 하여 고휘도의 영상을 만들어내는 효과를 볼 수 있다. 또한, 최종 출력단에 이색성 미러와 편광 프리즘을 배치함으로써, 기존의 2판식 반사형 액정 소자에 비해 더욱 밝고 선명한 화상을 구현할 수 있다.

본 발명은 반사형 LCOS 프로젝션 및 프로젝터 분야에 적용하여 고선명, 고휘도의 영상을 구현할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims

비편광 빛을 발광하는 제 1, 제 2 광원;

특정파로 편광된 레드 빛만 투과시키는 이색성 PBS와 비편광 빛을 P파와 S파로 분리하고 특정파만 투과시키는 다수의 PBS를 이용하여 상기 제 1 광원에서 발광된 비편광 빛으로부터 특정파로 편광된 레드 빛을 분리하는 제 1 광 출력부;

상기 제 1 광 출력부에서 분리된 특정파의 레드 빛을 입력받아 화상을 형성한 후 상기 제 1 광 출력부로 반사하는 제 1 액정패널;

특정파로 편광된 시안 빛만 투과시키는 이색성 PBS와 비편광 빛을 P파와 S파로 분리하고 특정파만 투과시키는 다수의 PBS를 이용하여 상기 제 2 광원에서 발광된 비편광 빛으로부터 특정파로 편광된 시안 빛을 분리하고, 상기 시안 빛을 다시 특정파로 편광된 그린 또는 블루 빛으로 분리하는 제 2 광 출력부;

상기 제 2 광 출력부에서 특정파로 편광된 그린 또는 블루 빛을 입력받아 화상을 형성한 후 상기 제 2 광 출력부로 반사하는 제 2 액정패널;

상기 제 1, 제 2 액정 패널에서 반사되는 빛을 제 1, 제 2 광 출력부를 통해 입력받아 결합하는 재결합기; 그리고

상기 재결합기에서 나온 빛을 받아 확산시키는 광학 렌즈를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로젝터의 광학계.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 광 출력부의 이색성 PBS는 특정파의 시안 빛은 반사시키고, 제 2 광 출력부의 이색성 PBS는 특정파의 레드 빛을 반사시키며,

상기 제 1, 제 2 광 출력부 사이에는 미러가 설치되어, 상기 제 1 광 출력부에서 반사되는 특정파의 시안 빛을 입력받아 상기 제 2 광 출력부로 반사하고, 상기 제 2 광 출력부에서 반사되는 특정파의 레드 빛을 입력받아 상기 제 1 광 출력부로 반사하는 것을 특징으로 하는 프로젝터의 광학계.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 광 출력부는

상기 제 1 광원에서 발광되는 비편광 빛을 P 편광 상태로 변환하는 제 1 편광 빔 스플리터(PBS) 어레이와,

상기 P 편광 상태의 빛 중에서 레드 빛을 투과시키고 시안 빛을 상기 미러로 반사시키는 제 1 이색성 PBS와,

상기 제 1 이색성 PBS에서 투과 또는 반사되는 P 또는 S 편광 상태의 레드 빛을 P 편광 상태로 변환하는 제 2 PBS 어레이와,

상기 P 편광 상태의 레드 빛을 제 1 액정 패널로 투과시키고, 상기 제 1 액정 패널에서 반사되는 S 편광 상태의 레드 빛을 상기 재결합기로 반사시키는 PBS로 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝터의 광학계.
제 3 항에 있어서,

상기 미러에서 반사된 P 편광 상태의 레드 빛이 제 1 이색성 PBS를 투과하면 이를 입력받아 위상차가 90°가 되도록 반전시키는 λ/4판과,

상기 λ/4판을 통과하는 빛을 상기 λ/4판으로 반사시키는 미러를 더 포함하며,

상기 제 1 이색성 PBS는 상기 λ/4판에서 피드백되는 S 편광 상태의 레드 빛을 입력받아 상기 제 2 PBS 어레이로 반사시키는 것을 특징으로 하는 프로젝터의 광학계.
제 3 항에 있어서,

상기 제 1 이색성 PBS는 P 편광 상태의 빛은 투과시키고 S 편광 상태의 빛은 반사시키는 편광 필름 코팅면과, 레드 빛은 투과시키고 시안 빛은 반사시키는 이색성 필름 코팅면이 일정 각도로 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는 프로젝터의 광학계.
제 3 항에 있어서, 상기 제 1 이색성 PBS는

일정 각도로 배치되어 입력되는 빛 중 레드 빛은 투과시키고 시안 빛은 반사시키는 이색성 미러와,

상기 미러를 투과하는 P 편광 상태의 레드 빛은 투과시키고 S 편광 상태의 레드 빛은 반사시키는 편광 필름 코팅면이 일정 각도로 경사지게 설치되는 PBS로 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝터의 광학계.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 광 출력부는

상기 제 2 광원에서 발광되는 비편광 빛을 P 편광 상태로 변환하는 제 3 PBS 어레이와,

상기 P 편광 상태의 빛 중에서 시안 빛을 투과시키고 레드 빛을 상기 미러로 반사시키는 제 2 이색성 PBS와,

상기 제 2 이색성 PBS에서 투과 또는 반사되는 P 또는 S 편광 상태의 시안 빛을 P 편광 상태로 변환하는 제 4 PBS 어레이와,

상기 P 편광 상태의 시안 빛을 그린 또는 블루 빛으로 분리하는 칼라 필터와,

상기 칼라 필터에서 분리된 P 편광 상태의 그린 또는 블루 빛을 제 2 액정 패널로 투과시키고, 상기 제 2 액정 패널에서 반사되는 S 편광 상태의 그린 또는 블루 빛을 상기 재결합기로 반사시키는 PBS로 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝터의 광학계.
제 7 항에 있어서,

상기 미러에서 반사된 P 편광 상태의 시안 빛이 제 2 이색성 PBS를 투과하면 이를 입력받아 위상차가 90°가 되도록 반전시키는 λ/4판과,

상기 λ/4판을 통과하는 빛을 다시 상기 λ/4판으로 반사시키는 미러를 더 포함하며,

상기 제 2 이색성 PBS는 상기 λ/4판에서 피드백되는 S 편광 상태의 시안 빛을 입력받아 상기 제 4 PBS 어레이로 반사시키는 것을 특징으로 하는 프로젝터의광학계.
제 7 항에 있어서,

상기 제 2 이색성 PBS는 P 편광 상태의 빛은 투과시키고 S 편광 상태의 빛은 반사시키는 편광 필름 코팅면과, 레드 빛은 반사시키고 시안 빛은 투과시키는 이색성 필름 코팅면이 일정 각도로 경사지게 설치되는 것을 특징으로 하는 프로젝터의 광학계.
제 7 항에 있어서, 상기 제 2 이색성 PBS는

일정 각도로 배치되어 입사되는 빛 중 레드 빛은 반사시키고 시안 빛은 투과시키는 이색성 미러와,

상기 미러를 투과하는 P 편광 상태의 시안 빛은 투과시키고 S 편광 상태의 시안 빛은 반사시키는 편광 필름 코팅면이 일정 각도로 경사지게 설치되는 PBS로 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝터의 광학계.
제 1 항에 있어서,

상기 재결합기는 이색성 미러로 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝터의 광학계.