KR100442253B1 - 고효율 단판식 반사형 광학 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학 시스템에 관한 것으로, 특히 단판식 반사형 광학 장치에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 단판식 반사형 광학 장치는 광원인 램프와, 상기 램프로부터 비편광 된 빛이 집속 되어 입사되고 출력단의 사이즈가 컬러드럼의 R, G, B 밴드 폭과 일치하는 로드 렌즈와, 상기 로드 렌즈로 입사된 광이 90도 반사되는 내부 전반사 미러와, 상기 반사된 광의 색을 순차적으로 분리하는 컬러 드럼과, 상기 분리된 색이 조사되는 패널을 포함하여 구성된다.

Description

고효율 단판식 반사형 광학 장치{Reflective single panel optic system}

본 발명은 광학 시스템에 관한 것으로, 특히 고효율 단판식 반사형 광학 장치에 관한 것이다.

최근 위성 및 디지털 방송이 본격적으로 추진되면서 고해상도를 갖는 대형 화면 디스플레이에 대한 수요와 관심이 증가함으로서 프로젝션 및 프로젝터에 대한 기대와 역할이 매우 중요시되고 있다.

이와 아룰러 고해상도를 가지면서 고휘도, 고선명 화상정보에 대한 요구가 더욱 강해지고 있으며, 높은 광 이용 효율을 가지는 새로운 광학 시스템에 대한 연구도 다양하게 진행되고 있다.

일반적으로 1개의 액정 패널을 사용하는 단판식의 경우 하나의 패널로 레드(Red), 그린(green), 블루(blue)의 풀 칼라(full color)를 구현해야 하므로, 칼라의 연속성(sequential)이 가능한 광학계 구성이 요구된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 단판식 광학 장치를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 칼라 휠 또는 칼라 스위치를 이용한 반사형 단판식 광학 장치를 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 반사형 단판식 광학 시스템은 칼라 휠(color wheel)이나 칼라 스위치(color switch)를 이용한 것으로 광원(1)에서 나온 백색광은 칼라 휠 이나 칼라 스위치(3)를 통해 레드(R), 그린(G), 블루(B)가 순차적으로 LCD 패널(5)로 향하게 된다.

여기서, 상기 LCD 패널(5)로 향하는 빛은 이전에 PBS(4)에서 편광 분리되어, S 편광상태의 빛은 LCD 패널(5)로 향하게 되지만, P 편광 상태의 빛은 버려지게 된다. 이 과정에서 광이용 효율이 전체의 1/5이하로 떨어지게 된다.

이어서, 패널(5)의 인가전압에 따라 변조된 광들은 PBS(4)를 통과하게 되고 프로젝션 렌즈(6)를 통해서 스크린(7)상에 투사하게 된다.

이와 같은 광학계는 광이용 효율이 전체의 1/3정도에 지나지 않는 단점이 있으며, 칼라 연속성이기 때문에 고속응답에 부응하는 매우 빠른 액정의 응답속도가 요구되는 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 컬러 드럼을 이용한 고효율 단판식 반사형 광학 장치를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 단판식 반사형 광학 장치를 보여주는 도면

도 2는 본 발명에 따른 고효율 단판식 반사형 광학 장치를 보여주는 제 1 실시예

도 3은 본 발명에 따른 고효율 단판식 반사형 광착 장치를 보여주는 제 2 실시예

도 4는 본 발명에 따른 컬러 드럼을 보여주는 도면

도 5는 도 4에 따른 컬러 드럼과 광 리커버리(recovery)를 보여주는 도면

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 램프 11 : 렌즈

12 : 콜리메이팅 렌즈 13 : 컬러드럼

13a : 전반사 미러 13b : 로드 렌즈

13c : 내부 전반사 미러 14 : 미러

15 : TIR 프리즘 16 : DLP 패널

17 : 투사렌즈

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따르면, 광원인 램프와, 상기 램프로부터 비편광 된 빛이 집속 되어 입사되고 출력단의 사이즈가 컬러드럼의 R, G, B 밴드 폭과 일치하는 로드 렌즈와, 상기 로드 렌즈로 입사된 광이 90도 반사되는 내부 전반사 미러와, 상기 반사된 광의 색을 순차적으로 분리하는 컬러 드럼과, 상기 분리된 색이 조사되는 패널을 포함하여 구성된다.

바람직하게, 상기 패널은 편광이 필요없는 DLP 시스템에서는 비편광을 이용하고, 편광이 요구되는 LCoS 시스템에서는 원편광을 각각 이용한다.

그리고, 상기 패널에서는 상기 컬러 드럼이 회전함에 따라 R, G, B 밴드가 순차적으로 스크롤 된다.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 제 1 실시예로 고효율 반사형 단판식 광학 장치에 관한 구성도이다.

도 2를 참조하면, 광원(10)인 램프에서 나온 비편광 상태의 빛이 렌즈(11)를 통해 콜리메이팅(collimating) 렌즈(12)에 의해 작은 범위 내로 모아진 후 칼라 드럼(13)의 로드 렌즈(13b)로 입사하게 된다.

상기 로드 렌즈(13b)로 입사된 광은, 이 로드 렌즈(13b)내에 존재하는 내부 전반사 미러(13a)를 통해 90도 반사되어 회전하는 컬러 드럼(13)을 통과하게 된다.

이때, 로드 렌즈(13b) 출력단의 사이즈는 컬러 드럼(13)의 R, G, B, 3 밴드 의 폭과 일치하게 된다.

각 R, G, B 밴드를 통과한 R, G, B 띠는 렌즈(14)와 TIR 프리즘(15)을 순차적으로 통과한 후, DLP 패널(16)에 동일하게 R, G, B 밴드로 조사하게 된다.

따라서, DLP 패널(16)에서는 컬러드럼(13)이 회전함에 따라 R, G, B 밴드가 순차적으로 스크롤(scroll)이 가능하게 된다.

그리고, 상기 미러(13c)에서 변조된 광들은 다시 TIR 프리즘(15)을 거쳐 투사 렌즈(17)를 통하여 최종 스크린상에 화상을 표현하게 된다.

한편, 컬러 드럼(13)의 R, G, B 밴드에서 반사된 빛들은 상기 로드 렌즈(13b) 입구 내면에 존재하는 전반사 미러(13a)에서 다시 반사되어 출구쪽으로 향하게 함으로써 버려지는 광을 다시 이용하게 된다. 다수의 반사를 반복함으로써 전체 R, G, B 칼라 광이용 효율을 40% 이상 개선할 수 있다.

편광을 이용할 필요가 없는 DLP 패널(16)은 비편광 빛을 그대로 이용하는 것이 특징이다.

도 3은 본 발명에 따른 제 2 실시예로 고효율 반사형 단판식 광학 장치에 관한 것이다.

도 3을 참조하면, 광원(20)인 램프에서 나온 비편광 상태의 빛은 PBS 어레이(21)를 통하여 하나의 S편광(또는 P편광)으로 전환된 후, 1/4웨이브 플레이트(22)를 거치면서 원편광으로 전환되어 렌즈(23)을 통해 콜리메이팅 렌즈(24)에 의해 작은 범위 내로 모아진 후, 컬러 드럼(25)의 로드 렌즈(25b)로 입사하게 된다.

상기 입사된 광은 로드 렌즈(25b) 내에 존재하는 재부 전반사 미러(25c)를 통해 90도 반사되는 컬러드럼(25)을 통과하게 된다.

이때, 로드 렌즈(25b)의 출력단의 사이즈는 컬러 드럼(25)의 R, G, B 3 밴드 의 폭과 일치하게 한다.

상기 각 R, G, B 밴드를 통과한 R, G, B 띠는 PBS(28)를 지나 반사형 LCD 패널(29)에 동일하게 R, G, B 밴드로 조사되게 된다.

따라서, 패널(29)에서는 컬러 드럼(25)이 회전함에 따라 R, G, B 밴드가 순차적으로 스크롤이 가능하게 되며, PBS(28)입사에 앞서 한 번 더 1/4 웨이브 플레이트(27)를 거치면서 선편광으로 전환하게 된다.

각 단위 셀에 인가된 전압 여부에 따라 변조된 광들은 PBS(28)에서 반사되어 프로젝션 렌즈(31)를 통하여 최종 스크린상에 화상을 표현하게 된다.

한편 컬러 드럼(25)의 R, G, B 밴드에서 반사된 빛들은 로드 렌즈(25b) 입구 내면에 존재하는 전반사 미러(25a)에서 다시 반사되어 출구쪽으로 향하게 함으로써 버려지는 광을 다시 이용하게 된다.

다수의 반사를 반복함으로써 전체 R, G, B 컬러 광이용 효율을 40% 이상 개선할 수 있다.

편광을 이용하는 반사형 LCD(29) 시스템에는 원편광 빛을 이용함으로써 로드 렌즈(25b)에서 편광이 깨어지는 현상을 방지할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 개량된 컬러 드럼 시스템을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, a는 R, G, B 블록으로 나눈 기본형과 전체 휘도(brightness)를 높이기 위하여 화이트 포션을 도입하여 4블록으로 나눈 것을 특징으로 한다.

도 5는 본 발명에 따른 컬러 드럼의 광 리커버리 시스템을 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 로드 렌즈 내에서 광 리커버리 원리를 묘사한 것으로, 각 컬러 블록에서 반사되는 빛들은 로드 렌즈 내면에 존재하는 총 반사 미러에서 재반사가 일어나게 되고 반사된 빛들은 다시 각 컬러 블록을 통해 패널로 향하게 된다.

연속적인 반사를 통하여 약 40% 이상의 광 이용 효율 향상을 기대할 수 있다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 반사형 DLP 및 LCOS 시스템에 모두 적용이 가능하고 R, G, B 컬러를 순차적으로 스크롤이 가능한 구성을 이루고 있음과 동시애 로드 렌즈를 이용하여 컬러 드럼에서 반사되는 빛들을 리커버리해서 재차 이용함으로써, 약 40% 이상의 광 이용 효율을 개선하는 효과를 볼 수 있다.

또한, 기존의 보편적인 광학 부품을 사용함으로써 비교적 간단하게 광학계를 구성할 수 있고 빛의 손실을 최소로 하여 고휘도의 영상을 만들어 내는 효과를 볼 수 있다.

그리고, 고가의 PBS를 거의 사용하지 않고 R, G, B 컬러 분리가 가능한 콤팩트한 구성으로 포터블 프로젝터에 응용이 가능하며 반사형 LCOS 시스템의 경우에는 최종 출력단에 폴라라이저(30)를 배치하여 소량의 섞여 있는 비편광 성분을 분리함으로서 고선명한 화상을 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 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims (6)

1. 광원인 램프와;

   상기 램프로부터 비편광 된 빛이 집속 되어 입사되고 출력단의 사이즈가 컬러드럼의 R, G, B 밴드 폭과 일치하는 로드 렌즈와;

   상기 로드 렌즈로 입사된 광이 90도 반사되는 내부 전반사 미러와;

   상기 반사된 광의 색을 순차적으로 분리하는 컬러 드럼과;

   상기 분리된 색이 조사되는 패널을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고효율 단판식 반사형 광학 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 패널은 편광이 필요없는 DLP 시스템에서는 비편광을 이용하고, 편광이 요구되는 LCoS 시스템에서는 원편광을 각각 이용하는 것을 특징으로 하는 고효율 단판식 반사형 광학 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 패널에서는 상기 컬러 드럼이 회전함에 따라 R, G,B 밴드가 순차적으로 스크롤되는 것을 특징으로 하는 고효율 단판식 반사형 광학 장치
6. 제 1 항에 있어서, 상기 로드렌즈 입구 내부에 버려지는 광의 회수를 위한 전반사 미리를 배치하는 것을 특징으로 하는 고효율 단판식 반사형 광학 장치.