KR100474904B1

KR100474904B1 - optical system using Polarization Converting and Color Recapturing Integrator

Info

Publication number: KR100474904B1
Application number: KR10-2002-0029099A
Authority: KR
Inventors: 강호중
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-05-25
Filing date: 2002-05-25
Publication date: 2005-03-08
Also published as: KR20030091223A

Abstract

본 발명은 단판식 혹은 2판식 광학계에서 편광 변환과 동시에 컬러 리캡쳐링을 동시에 수행하는 적분기를 제공하기 위한 것으로서, 광원램프와 포물면 반사경으로 구성된 광원부와, 상기 광원부로부터 출사되는 불규칙한 편광 광속을 P/S 분리하고 특정 편광 광속은 투과하고 나머지 편광 광속은 반사를 통해 위상을 변화시킨 후 재 투과시켜 하나의 편광 방향으로 유지하는 PCCR 적분기와, 상기 PCCR 적분기에서 출사되는 광속의 컬러를 분리 투과 및 반사하는 컬러 스크롤부를 포함하여 구성되어, 기존의 P/S 변환 장치보다 간단한 구조를 가지고 있어서 광학계의 경박 단순화는 물론 비용을 절감할 수 있으며, 광량의 증가를 통해 색순도를 높일 수 있다. An object of the present invention is to provide an integrator that simultaneously performs color recapturing simultaneously with polarization conversion in a single-plate or two-plate optical system, and includes a light source unit comprising a light source lamp and a parabolic reflector, and an irregular polarized light beam emitted from the light source unit. S-separation, which transmits a specific polarized light flux and the other polarized light flux changes its phase through reflection and then retransmits to maintain one polarization direction, and separately transmits and reflects the color of the light beam emitted from the PCCR integrator. It is configured to include a color scroll, and has a simpler structure than the conventional P / S conversion device can simplify the light and thin of the optical system as well as reduce the cost, it is possible to increase the color purity by increasing the amount of light.

Description

Optical system using Polarization Converting and Color Recapturing Integrator

본 발명은 프로젝션 TV 또는 모니터에 적용되는 광학계에 관한 것으로, 특히 편광변환과 동시에 컬러 리캡쳐링(recapturing)을 동시에 할 수 있는 PCCR(Polarization Converting and Color Recapturing) 적분기(integrator)를 갖는 광학계에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical system applied to a projection TV or monitor, and more particularly, to an optical system having a PCCR (Polarization Converting and Color Recapturing) integrator capable of simultaneous color recapturing with polarization conversion. .

기존의 프로젝션(projection) TV 혹은 모니터(monitor)에 적용되는 광학계는 크게 광원램프에서 방사되는 편광 방향이 불규칙한 광원(이하, 불규칙한 편광 광속이라 함)을 하나의 일치하는 한 종류의 편광 방향을 갖는 편광 광속으로 변환시키는 편광 변환부와, 상기 편광 조명장치에서 한 종류의 편광 방향을 갖고 방사되는 편광 광속을 반사형 또는 투과형 LCD를 통해 컬러 리캡쳐링을 수행하는 컬러 리캡쳐부로 구성된다.An optical system applied to a conventional projection TV or monitor is a polarized light having one kind of polarization direction in which a polarized light emitted from a light source lamp has a large polarization direction (hereinafter referred to as an irregular polarized light beam) in one match. And a color recapturing unit for performing color recapturing through a reflective or transmissive LCD with a polarized light beam radiated with one kind of polarization direction in the polarization illuminator.

도 1 은 일반적인 광학계에서 편광 변환부의 상세 구성도를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a detailed configuration of a polarization converting unit in a general optical system.

도 1과 같이, 편광 변환부는 광원램프(11)와 포물면 반사경(12)으로 구성된 광원부(10)와, 제 1 광학요소(30)와, 제 2 광학요소(40)로 구성된 편광 발생부(40)로 구성된다. As shown in FIG. 1, the polarization converting unit 40 includes a light source unit 10 including a light source lamp 11 and a parabolic reflector 12, a first optical element 30, and a second optical element 40. It is composed of

그리고 상기 제 1 광학요소(30)는 직사각형 형상의 외형을 갖는 복수개의 광속 분할렌즈(31)가 매트릭스 형상으로 배열하여 구성되어 있고, 상기 제 2 광학요소(40)는 집광 렌즈 어레이(41), 차광판(44), 편광 분리 유니트 어레이(43), 선택 위상차판(45), 그리고 결합 렌즈(46)가 하나로 이루어진 복합체로 구성된다. The first optical element 30 is formed by arranging a plurality of beam splitting lenses 31 having a rectangular shape in a matrix shape, and the second optical element 40 includes a condenser lens array 41, The light shielding plate 44, the polarization separation unit array 43, the selective retardation plate 45, and the coupling lens 46 are composed of a composite composed of one.

이와 같이 구성되는 편광 변환부는 광원부(10)에서 제 1 광학요소(30)로 입사한 불규칙한 편광 광속을 광속 분할 렌즈(31)에 의해 복수의 중간광속으로 분할된다. The polarization converting unit configured as described above is divided into a plurality of intermediate light beams by the light beam splitting lens 31. The irregularly polarized light beams incident from the light source unit 10 into the first optical element 30 are formed.

이어 상기 분할된 복수의 중간광속은 편광 분리 유니트 어레이(43)에 의해 각각을 P편광 광속과 S편광 광속에 공간적으로 분리한 후, 선택 위상차판(45)에 의해 공간적으로 분리된 편광방향을 하나로 일치시킨다. 그리고 이렇게 일치된 편광 광속을 결합 렌즈(46)를 통해 조명영역(50)으로 유도시킨다.Subsequently, the divided plurality of intermediate light beams are spatially separated from the P-polarized light beam and the S-polarized light beam by the polarization separation unit array 43, and then the polarization directions spatially separated by the selective retardation plate 45 are combined into one. Match. Then, the matched polarized light flux is guided to the illumination region 50 through the coupling lens 46.

그리고 상기 편광 변환부에서 유도된 일치된 편광 광속을 반사 또는 투과형 LCD를 통해 컬러 리캡쳐링을 수행한다.Then, color recapturing is performed through the reflective or transmissive LCD with the matched polarized light beam induced by the polarization converter.

도 2a, 2b 는 일반적인 컬러 리캡쳐링하는 컬러 리캡쳐부의 상세 구성도를 나타낸 도면이다.2A and 2B are detailed block diagrams of a color recapturing unit for general color recapturing.

도 2a는 투과형 LCD를 나타낸 도면으로, 상기 조명영역(50)을 통해 출사되는 광속은 먼저, 색광 분리수단인 적색광 반사미러(72)에서 청색 및 녹색광은 투과하고 적색광은 반사한다. 이어 반사된 적색광은 다음 단에 있는 반사미러(71)에서 반사되어 적색광용 액정부(61)에 도달한다. 2A is a view showing a transmissive LCD, and the light beam emitted through the illumination region 50 first transmits blue and green light and reflects red light in the red light reflecting mirror 72 which is a color light separating means. The reflected red light is then reflected by the reflection mirror 71 at the next stage to reach the liquid crystal part 61 for red light.

한편, 상기 적색광 반사미러(72)에서 투과된 청색광 및 녹색광은 다시 색광 분리 수단인 녹색광 반사미러(73)에 의해 녹색광은 반사되고, 청색광은 투과한다. On the other hand, the blue light and green light transmitted from the red light reflecting mirror 72 is again reflected by the green light reflecting mirror 73, which is a color light separating means, and the blue light is transmitted.

이어 반사된 녹색광은 녹색광용 액정부(62)에 도달하고, 상기 녹색광 반사미러(73)에 의해 투과된 청색광은 다음 단에 위치하는 반사미러(74)에서 반사되어 청색광용 액정부(63)에 도달한다.Subsequently, the reflected green light reaches the green light liquid crystal part 62, and the blue light transmitted by the green light reflecting mirror 73 is reflected by the reflecting mirror 74 positioned at the next stage and reflected on the blue light liquid crystal part 63. To reach.

그리고 상기 3개소 액정부(61)(62)(63)는 각각의 색광을 변조하여 각 색광에 대응한 화상 정보를 포함한 후에, 변조한 색광을 색광 합성 수단인 크로스 다이클로익 프리즘(60)에 입사되고, 상기 크로스 다이클로익 프리즘(60)은 각각의 변조광속을 합성하여 컬러화상을 형성한 후, 투사 광학계인 투사렌즈(70)에 의해 스크린(80)상에 확대 투영되어 투사화상을 형성한다.The three liquid crystal units 61, 62, and 63 modulate the respective color lights to include image information corresponding to each color light, and then apply the modulated color light to the cross dichroic prism 60 serving as color light synthesizing means. After being incident, the cross dichroic prism 60 combines the respective modulated light beams to form a color image, and is then enlarged and projected onto the screen 80 by the projection lens 70 which is a projection optical system to form a projection image. do.

도 2b는 반사형 LCD를 나타낸 도면으로, 상기 조명영역(50)을 통해 출사되는 광속은 먼저, 색광 분리수단인 청색광 반사미러(75)에 있어서 적색광 및 녹색광은 투과하고 청색광은 반사한다. 2B is a view showing a reflective LCD, in which the luminous flux emitted through the illumination region 50 first transmits red and green light and reflects blue light in the blue light reflecting mirror 75 which is a color light separating means.

이어 반사된 청색광은 다음 단에 위치한 반사미러(77)로 반사되어 적색광용 PBS(94)에 반사되어 적색광용 액정부(95)에 도달한 후, 위상이 90도 반전된 후, 다시 적색광용 PBS(94)를 투과하여 크로스 다이클로익 프리즘(60)으로 입사된다.Subsequently, the reflected blue light is reflected by the reflecting mirror 77 located at the next stage, is reflected by the red light PBS 94 and reaches the red light liquid crystal part 95. After the phase is inverted by 90 degrees, the red light PBS is again inverted. It penetrates 94 and enters the cross dichroic prism 60.

한편, 상기 청색광 반사미러(75)에서 투과된 적색광 및 녹색광은 다시 색광 분리 수단인 녹색광 반사미러(76)에 의해 녹색광은 반사되고, 적색광은 투과한다. On the other hand, the red light and green light transmitted from the blue light reflecting mirror 75 is again reflected by the green light reflecting mirror 76, which is a color light separating means, the red light is transmitted.

이어 반사된 녹색광은 녹색광용 PBS(92)에 반사되어 녹색광용 액정부(93)에 도달한 후, 위상이 90도 반전된 후, 다시 녹색광용 PBS(92)를 투과하여 크로스 다이클로익 프리즘(60)으로 입사된다. Subsequently, the reflected green light is reflected by the green light PBS 92 to reach the green light liquid crystal part 93, and after the phase is inverted by 90 degrees, passes through the green light PBS 92 again to cross the dichroic prism Incident).

그리고 상기 녹색광 반사미러(76)에서 투과된 적색광은 적색광용 PBS(90)에 반사되어 적색광용 액정부(91)에 도달한 후, 위상이 90도 반전된 후, 다시 적색광용 PBS(90)를 투과하여 크로스 다이클로익 프리즘(60)으로 입사된다. The red light transmitted from the green light reflecting mirror 76 is reflected by the red light PBS 90 and reaches the red light liquid crystal part 91. After the phase is reversed by 90 degrees, the red light PBS 90 is again inverted. It penetrates and enters the cross dichroic prism 60.

그리고 상기 크로스 다이클로익 프리즘(60)은 입사되는 각각의 변조광속을 합성하여 컬러화상을 형성한 후, 투사 광학계인 투사렌즈(70)에 의해 스크린(80)상에 확대 투영되어 투사화상을 형성한다.The cross dichroic prism 60 combines each of the incident modulated light beams to form a color image, and is then enlarged and projected onto the screen 80 by the projection lens 70 as a projection optical system to form a projection image. do.

이와 같이 구성되는 광학계는 디스플레이 디바이스(Display Device)인 액정부를 몇 개 사용하느냐에 따라 단판식, 2판식, 3판식으로 분류할 수 있다. The optical system configured as described above can be classified into a single plate type, a two plate type, and a three plate type depending on how many liquid crystal units used as display devices are used.

도 2a 및 도 2b에서 나타내고 있는 광학계는 3판식 광학계를 실시예로 나타내고 있다. The optical system shown in FIG. 2A and FIG. 2B has shown the 3-plate optical system as an Example.

그러나, 이와 같은 3판식 광학계는 크게 다음 세 가지 문제점을 가지고 있다.However, such a three-plate optical system has three major problems.

첫 번째는 광학부품의 수가 너무 많고, 조명계 뿐만 아니라 광경로 차이를 보상하기 위한 릴레이(Relay)계까지 포함하고 있어서 복잡하며, 광학계의 크기 또한 커지는 문제점을 가지고 있다.The first is complicated because the number of optical components is too large and includes not only an illumination system but also a relay system to compensate for optical path differences, and the size of the optical system is also large.

두 번째는 램프(Lamp)에서 출력된 적색(Red)광의 부족으로 인해 적색(Red)의 색순도가 저하되는데, 이로 인하여 색을 표현할 수 있는 능력 즉, 컬러 계조(Color gamut)의 넓이가 좁아지는 문제점을 가지고 있다. Second, the color purity of red is reduced due to the lack of red light output from the lamp, which causes the ability to express color, that is, the width of the color gamut, becomes narrow. Have

마지막으로 세 번째는, 광학계의 주요 부품인 디스플레이 디바이스를 많이 사용함으로 인해 비용 상승 문제와 R, G, B 패널(Panel)의 얼라인먼트(Alignment) 문제 등이 발생하게 된다.Lastly, the third use of display devices, which are major components of the optical system, raises costs and alignment problems of R, G, and B panels.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 2판식 혹은 단판식의 광학계를 사용하고 있으나, 이런 2판식 혹은 단판식 광학계는 공간적으로 컬러를 분리/합성하는 3판식과는 달리 하나의 액정부에 다수개의 컬러를 갖는 광을 입사시켜 컬러 스크롤(scroll) 장치인 컬러 드럼(drum), 컬러 휠(wheel), 혹은 컬러 스위치를 통해 시간적으로 컬러를 분리/합성한다. In order to solve this problem, a two-plate or single-plate optical system has been recently used. However, the two-plate or single-plate optical system uses a plurality of colors in one liquid crystal unit, unlike a three-plate type that spatially separates and synthesizes colors. The light having the incident light is separated and synthesized in time through a color drum, a color wheel, or a color switch, which is a color scroll device.

이로써, 기존의 3판식 광학계와 비교해보면 광량이 부족해지는 문제를 가지게 된다. As a result, there is a problem that the amount of light is insufficient compared to the conventional three-plate optical system.

즉, 만약 적색광만을 투과시키는 컬러 스크롤 장치의 영역에 녹색광 혹은 청색광이 비춰진다면 적색광 이외의 광은 상기 컬러 스크롤 장치에 흡수 또는 반사되어 손실되게 되므로 상기 컬러 스크롤 장치를 거쳐 투과되는 광량이 그 만큼 적어지게 된다. That is, if green light or blue light is emitted to an area of the color scrolling device that transmits only red light, light other than red light is absorbed or reflected by the color scrolling device and is lost, so that the amount of light transmitted through the color scrolling device is reduced. do.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 단판식 혹은 2판식 광학계에서 편광 변환과 컬러 리캡쳐링을 동시에 수행하는 적분기를 구성하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an integrator that simultaneously performs polarization conversion and color recapturing in a single-plate or two-plate optical system.

본 발명의 다른 목적은 편광변환 및 컬러 리캡쳐링을 하는 과정에서 출력편광이 하나의 편광방향을 유지함으로써, 편광된 빛을 사용하는 LCoS 및 LCD를 사용하는 광학계에서 컬러 리캡쳐링이 가능하도록 하는데 있다.Another object of the present invention is to enable color recapturing in the optical system using LCoS and LCD using polarized light by maintaining the polarization direction of the output polarization in the process of polarization conversion and color recapturing. have.

본 발명의 또 다른 목적은 LCoS 및 LCD와 같이 편광된 빛을 사용하는 디스플레이 소자를 사용하여, 단판식 혹은 2판식 광학계에서 광량의 증가를 꾀하고, 아울러 증가된 광량을 이용하여 색순도를 높이는데 있다.Another object of the present invention is to increase the amount of light in a single-plate or two-plate optical system by using a display element using polarized light such as LCoS and LCD, and to increase color purity by using the increased amount of light. .

본 발명의 또 다른 목적은 간단한 구조를 구현함으로써, 크기가 작은 광학계를 구현하는데 있다.Still another object of the present invention is to implement a simple optical system by implementing a simple structure.

본 발명의 또 다른 목적은 편광변환 장치의 구조를 간단히 하여 저렴한 광학계를 구성하는데 있다.It is still another object of the present invention to simplify the structure of the polarization conversion device to construct an inexpensive optical system.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 PCCR 적분기를 갖는 광학계의 특징은 광원램프와 포물면 반사경으로 구성된 광원부와, 상기 광원부로부터 출사되는 불규칙한 편광 광속을 P/S 분리하고 특정 편광 광속은 투과하고 나머지 편광 광속은 반사를 통해 위상을 변화시킨 후 재 투과시켜 하나의 편광 방향으로 유지하는 PCCR 적분기와, 상기 PCCR 적분기에서 출사되는 광속의 컬러를 분리 투과 및 반사하는 컬러 스크롤부를 포함하여 구성되는데 있다.Features of the optical system having a PCCR integrator according to the present invention for achieving the above object is to separate the P / S light source unit consisting of a light source lamp and a parabolic reflector, the irregular polarized light beam emitted from the light source unit and transmit a specific polarized light beam The remaining polarized light flux includes a PCCR integrator that changes the phase through reflection and then retransmits it to maintain in one polarization direction, and a color scroll unit that separates and transmits and reflects the color of the light beam emitted from the PCCR integrator.

이때, 상기 PCCR 적분기는 편광 방향이 불규칙한 광이 입사되는 작은 개구부와, 상기 광이 반사되도록 하는 반사면으로 이루어진 소정의 경로와, 상기 입사된 광의 출사면에 형성되어 P편광 광속과 S편광 광속으로 분리하여 반사 또는 투과시키는 반사형 편광판과, 상기 반사형 편광판과 마주보는 상기 소정 경로 내에 형성되어 상기 반사형 편광판에서 반사되는 광의 위상을 90도 변환시켜 반사시키는 위상차판을 포함하여 구성되는데 다른 특징이 있다. In this case, the PCCR integrator is formed on a predetermined path consisting of a small opening through which light with irregular polarization direction is incident, a reflection surface for reflecting the light, and an exit surface of the incident light, so as to be a P-polarized light beam and an S-polarized light beam. And a reflection type polarizing plate which separates and reflects or transmits, and a phase difference plate which is formed in the predetermined path facing the reflective type polarizing plate and converts the phase of the light reflected by the reflective type polarizing plate by 90 degrees. have.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings.

본 발명에 따른 PCCR 적분기를 갖는 광학계의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A preferred embodiment of an optical system having a PCCR integrator according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

도 3 은 본 발명에 따른 PCCR(Polarization Converting and Color Recapturing) 적분기를 갖는 편광 변환부를 나타낸 도면이다. 3 is a diagram illustrating a polarization converting unit having a polarization converting and color recapturing (PCCR) integrator according to the present invention.

도 3을 보면, 광원램프(110)와 포물면 반사경(120)으로 구성된 광원부(100)와, 상기 광원부(100)로부터 출사되는 불규칙한 편광 광속을 P/S 분리하고 특정 편광 광속은 투과하고 나머지 편광 광속은 반사를 통해 위상을 변화시킨 후 재 투과시켜 하나의 편광 방향으로 유지하는 PCCR 적분기(200)와, 상기 PCCR 적분기(200)에서 출사되는 광속의 컬러를 분리 투과 및 반사하는 컬러 스크롤부(300)로 구성된다.Referring to FIG. 3, the light source unit 100 including the light source lamp 110 and the parabolic reflector 120 and the irregular polarized light beams emitted from the light source unit 100 are separated by P / S, and the specific polarized light beams are transmitted and the remaining polarized light beams are transmitted. The PCCR integrator 200 maintains one polarization direction after changing the phase through the reflection, and the color scroll unit 300 separates and transmits and reflects the color of the light beam emitted from the PCCR integrator 200. It consists of.

이때, 상기 PCCR 적분기(200)는 편광 방향이 불규칙한 광이 입사되는 작은 개구부(211)와, 상기 광이 반사되도록 하는 반사면(230)으로 이루어진 소정의 경로와, 상기 입사된 광의 출사면에 형성되어 P편광 광속과 S편광 광속으로 분리하여 반사 또는 투과시키는 반사형 편광판(220)과, 상기 반사형 편광판(220)과 마주보는 상기 소정 경로 내에 형성되어 상기 반사형 편광판(220)에서 반사되는 광의 위상을 90도 변환시켜 반사시키는 위상차판(210)으로 구성된다. In this case, the PCCR integrator 200 is formed on a predetermined path including a small opening 211 through which light having an irregular polarization direction is incident, a reflection surface 230 through which the light is reflected, and an exit surface of the incident light. And a reflective polarizer 220 for reflecting or transmitting the P polarized light beam and the S polarized light beam and reflecting or transmitting the light, and formed in the predetermined path facing the reflective polarizer 220 to reflect the light reflected from the reflective polarizer 220. It is composed of a phase difference plate 210 for converting the phase by 90 degrees.

좀더 자세히 살펴보면, 상기 작은 개구부(211)를 통하여 편광 방향이 불규칙한 편광 광(240)이 입사되고, 그 광은 반사형 편광판(220)에 의해서 S편광 광속(250)은 통과시키고, P편광 광속(260)은 반사하게 된다. 이는 반사형 편광판의 특성에 따라 S편광 광속을 반사시키고, P편광 광속을 통과시킬 수도 있다.In more detail, polarized light 240 having an irregular polarization direction is incident through the small opening 211, and the light is passed through the S-polarized light beam 250 by the reflective polarizer 220, and the P-polarized light beam ( 260 is reflected. This may reflect the S-polarized light beam and pass the P-polarized light beam according to the characteristics of the reflective polarizing plate.

그리고 상기 반사되는 P편광 광속(260)은 소정 경로면에 위치하는 반사면(230)에 반사 또는 직접 앞단에 위치하는 위상차판(210)으로 입사되고, 상기 위상차판(210)은 입사되는 P편광 광속의 위상을 90도 변환하여 S편광 광속(270)으로 변환하여 반사시킨다. In addition, the reflected P-polarized light beam 260 is incident on the reflection surface 230 positioned on a predetermined path surface, or is incident on the phase difference plate 210 positioned directly at the front end, and the phase difference plate 210 is incident on P-polarized light. The phase of the light beam is converted by 90 degrees to the S-polarized light beam 270 and reflected.

이렇게 반사된 광속(270)은 다시 반사형 편광판(220)으로 입사되어 통과되게 된다. The reflected light beam 270 is incident to the reflective polarizer 220 and then passed through.

그래서 상기 반사형 편광판(220)은 최종적으로 PCCR 적분기(200)를 통하여 출사되는 빛을 S파로 만들어주는 P/S 변환기의 역할을 수행하여 기존 FEL과 PBS 어레이(Array)를 사용하여 편광변환을 하는 것보다 간단한 구조를 가지며, 광학계 가격을 낮추게 된다.Thus, the reflective polarizer 220 performs a role of a P / S converter that finally makes light emitted through the PCCR integrator 200 into an S wave, thereby converting polarization using an existing FEL and a PBS array. It has a simpler structure and lowers the price of the optical system.

도 4 는 본 발명에 따른 PCCR 적분기에서 반사형 편광판의 구조를 상세히 나타낸 도면으로, 넓은 판 위에 막대형태의 편광자가 소정 간격을 두고 일 방향으로 형성되어 있다.4 is a view illustrating in detail the structure of the reflective polarizer in the PCCR integrator according to the present invention, wherein a rod-shaped polarizer is formed in one direction at a predetermined interval on a wide plate.

이와 같은 반사형 편광판(220)은 PBS(Polarizing Beam Splitter) 등 P/S 파의 분리기능을 가진 것이면 어떤 것이든 사용가능하다.The reflective polarizer 220 may be any type as long as it has a P / S wave separation function such as a polarizing beam splitter (PBS).

도 5 는 본 발명에 따른 PCCR 적분기에서 컬러 스크롤부의 구조를 상세히 나타낸 도면이다. 5 is a view showing in detail the structure of the color scroll unit in the PCCR integrator according to the present invention.

컬러 휠(wheel)(300)은 도 5와 같은 형태를 가지며, 회전을 통해 PCCR 적분기(200)에서 출사되는 광에서 시간적으로 컬러 휠의 영역에 따라 컬러를 분리/합성 및 반사시킨다.The color wheel 300 has a shape as shown in FIG. 5, and separates, synthesizes, and reflects colors according to the area of the color wheel in time from the light emitted from the PCCR integrator 200 through rotation.

그리고 상기 반사되는 광은 다시 PCCR 적분기(200)내로 되돌아간 후, 다시 PCCR 적분기(200)에서 반사되어 출사되는 광을 상기 컬러 휠(300)로 다시 입사되어 이용된다. The reflected light is returned back into the PCCR integrator 200, and then the light reflected from the PCCR integrator 200 and exited again is incident on the color wheel 300 and used.

이로써, 기존 컬러 스크롤부에서 투과되는 광 이외의 광을 소멸시켜 광량이 부족해지는 문제를 해결할 수 있게된다. As a result, it is possible to solve the problem of insufficient light amount by extinguishing the light other than the light transmitted through the existing color scroll unit.

즉, 적색광 만을 투과시키는 컬러 휠 영역에 녹색광 혹은 청색광이 비춰지면 적색광 이외의 광은 반사되어 상기 PCCR 적분기(200)로 입사된다.That is, when green light or blue light is reflected in a color wheel region that transmits only red light, light other than red light is reflected and incident to the PCCR integrator 200.

그리고, 다시 PCCR 적분기(200)에서는 반사되어 녹색광 혹은 청색광을 다시 출사시킨다.In addition, the PCCR integrator 200 reflects the green light or the blue light again.

이때, 회전중인 컬러 휠(300)의 영역중 녹색광 혹은 청색광만을 투과시키는 영역에 상기 PCCR 적분기(200)에서 다시 출사되는 광이 비춰지면, 해당 광은 투과되고 나머지 광은 다시 반사되어 위의 과정을 반복하게 될 것이다.At this time, when the light exiting from the PCCR integrator 200 is reflected again in the area of the rotating color wheel 300 that transmits only green light or blue light, the corresponding light is transmitted and the remaining light is reflected again to perform the above process. Will repeat.

이에 따라, PCCR 적분기(200)는 출력편광을 유지하며 컬러 휠에서 광의 손실을 최소화 할 수 있게 된다.Accordingly, the PCCR integrator 200 may maintain output polarization and minimize light loss in the color wheel.

상기 PCCR 적분기(200)의 P/S 편광 변환과 컬러 리캡쳐링 효율(efficiency)을 이론적으로 계산하면 다음과 같다.P / S polarization conversion and color recapturing efficiency of the PCCR integrator 200 are theoretically calculated as follows.

먼저, PCCR 적분기(200)로 입사되는 광은 모두 균일하게 분포(각도와 위치에 대하여)하며, 물질에 의해 흡수되는 빛은 없고, 반사형 편광판에 의해서 반사되는 광량이 50%, 투과되는 광량이 50%이고, PCCR 적분기(200) 내부를 지나는 동안 광은 S파 성분이 50%, P파 성분이 50%가 된다고 가정한다.First, all the light incident to the PCCR integrator 200 is uniformly distributed (relative to angle and position), there is no light absorbed by the material, the amount of light reflected by the reflective polarizer 50%, the amount of light transmitted It is assumed that the light is 50% and the S wave component is 50% and the P wave component is 50% while passing through the PCCR integrator 200.

이와 같을 때, PCCR 적분기(200)에 의해서 P/S변환이 되는 원리 및 P/S 변환량을 수식으로 표현하면 아래와 같다. In this case, the P / S conversion principle and the P / S conversion amount by the PCCR integrator 200 are expressed by the following equation.

여기서 PCCR 적분기(200)로 입사하는 광량을 Ei라 하면, PCCR 적분기(200)의 작은 개구(211)를 통과한 광량, E_o는 다음 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.Herein, when the amount of light incident on the PCCR integrator 200 is Ei, the amount of light passing through the small opening 211 of the PCCR integrator 200, E _o , may be represented by Equation 1 below.

이때, 상기 a는 PCCR 적분기(200)의 개구 면적이고, a'는 PCCR 적분기(200)의 단면적이다.Where a is the opening area of the PCCR integrator 200 and a 'is the cross-sectional area of the PCCR integrator 200.

또한, PCCR 적분기(200)를 통과한 P/S 변환 광량, E_t는 다음 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.In addition, the amount of P / S conversion light, E _t , which has passed through the PCCR integrator 200 may be expressed by Equation 2 below.

그리고 컬러 휠(300)을 투과한 총 투과 광량, E_p는 다음 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.In addition, the total amount of transmitted light transmitted through the color wheel 300, E _p may be represented by Equation 3 below.

수학식 3에서 R은 컬러 휠(300)의 구조에 따른 캡쳐링 효율이다.In Equation 3, R is the capturing efficiency according to the structure of the color wheel 300.

위의 계산 결과를 이용하여 특정 디스플레이의 사이즈에 대하여 FEL & PBS 어레이와 PCCR 적분기를 설계한 결과, 위와 같이 수학식 1, 2, 3을 통해 PCCR 적분기(200)에 의해서 P/S 변환 효율을 시뮬레이션 해보면 아래와 같은 결과를 얻을 수 있다.As a result of designing the FEL & PBS array and the PCCR integrator for the specific display size using the above calculation result, the P / S conversion efficiency is simulated by the PCCR integrator 200 through Equations 1, 2, and 3 as shown above. If you try, you can get the following result.

기존의 FEL & PBS 어레이 시스템의 효율은 54.843%이고, 상기 PCCR 적분기(200)의 효율은 60.673%로 광량의 증가를 가져오며, 아울러 이 증가된 광량을 이용하여 색순도를 높일 수 있게 된다.The efficiency of the existing FEL & PBS array system is 54.843%, and the efficiency of the PCCR integrator 200 is 60.673%, resulting in an increase in the amount of light, and can also increase the color purity by using the increased amount of light.

이상에서와 같이 PCCR 적분기(200)는 P/S 변환 및 컬러 리캡쳐링을 동시에 가능하게 되며, 또한 컬러 캡쳐링 후에도 편광성분을 유지시킬 수 있으므로 편광된 광을 사용하여 디스플레이를 하는 소자인, LCoS와 LCD의 경우에도 사용이 가능하다는 장점을 가지게 된다.As described above, the PCCR integrator 200 is capable of P / S conversion and color recapturing at the same time, and also maintains polarization after color capturing. And LCD also has the advantage that it can be used.

또한, 기존의 P/S 변환장치보다 간단한 구조를 가지고 있어서 광학계의 구조를 단순화시킬 수 있다.In addition, the structure of the optical system can be simplified because it has a simpler structure than the conventional P / S converter.

도 6 은 본 발명에 따른 PCCR 적분기를 갖는 단판식 광학계의 구성도를 실시예로 나타낸 도면이다. 6 is a view showing an embodiment of a configuration of a single plate optical system having a PCCR integrator according to the present invention.

도 6과 같이, 광원램프와 포물면 반사경으로 구성된 광원부(100)와, 상기 광원부(100)로부터 출사되는 불규칙한 편광 광속을 P/S 분리하고 투과 및 반사를 통해 하나의 편광 방향으로 유지시키는 PCCR 적분기(200)와, 상기 PCCR 적분기(200)에서 출사되는 광속의 컬러를 분리 투과 및 반사하는 컬러 휠(300)과, 다음 단에 위치한 릴레이 렌즈(400)를 통해 입사되는 변조광속을 합성하여 컬러화상을 형성하는 크로스 다이클로익 프리즘(500)와, 그리고 LCD 또는 LCos 패널인 액정부(600)로 구성된다.As shown in FIG. 6, the PCCR integrator which separates the light source unit 100 including the light source lamp and the parabolic reflector and the irregular polarized light beam emitted from the light source unit 100 and maintains in one polarization direction through transmission and reflection ( 200), a color wheel 300 that separates and transmits and reflects the color of the light beam emitted from the PCCR integrator 200, and a modulated light beam that is incident through the relay lens 400 positioned at the next stage is synthesized. The cross dichroic prism 500 is formed, and the liquid crystal part 600 which is an LCD or LCos panel.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 PCCR 적분기를 갖는 광학계는 다음과 같은 효과가 있다.The optical system having the PCCR integrator according to the present invention as described above has the following effects.

첫째, 본 발명에서 제안한 PCCR(Polarization Converting and Color Recapturing) 적분기를 갖는 광학계는 P/S 변환 및 컬러 리캡쳐링(Color Recapturing)을 동시에 가능한 효과가 있다.First, the optical system having the PCCR (Polarization Converting and Color Recapturing) integrator proposed in the present invention has the effect of simultaneously performing P / S conversion and color recapturing.

둘째, 컬러 리캡쳐링 후에도 편광성분을 유지시킬 수 있음으로, 편광된 빛을 사용하여 디스플레이를 하는 소자인, LCoS 및 LCD의 경우에도 사용이 가능하다는 장점을 가지고 있다. Second, since the polarization component can be maintained even after color recapturing, LCoS and LCD, which are devices that display polarized light, can be used.

셋째, 기존의 P/S 변환 장치보다 간단한 구조를 가지고 있어서 광학계의 경박 단순화는 물론 비용을 절감할 수 있다는 장점을 가지고 있다.Third, it has a simple structure than the conventional P / S conversion device has the advantage that it is possible to reduce the cost and light simplification of the optical system.

넷째, 광량의 증가를 통해 색순도를 높일 수 있다. Fourth, the color purity can be increased by increasing the amount of light.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.

도 1 은 일반적인 광학계에서 편광 변환부의 상세 구성도1 is a detailed configuration diagram of a polarization conversion unit in a general optical system

도 2a, 2b 는 일반적인 컬러 리캡쳐링하는 컬러 리캡쳐부의 상세 구성도2A and 2B are detailed configuration diagrams of a color recapturing unit for general color recapturing;

도 3 은 본 발명에 따른 PCCR(Polarization Converting and Color Recapturing) 적분기를 갖는 편광 변환부를 나타낸 도면3 is a diagram illustrating a polarization converting unit having a polarization converting and color recapturing (PCCR) integrator according to the present invention;

도 4 는 본 발명에 따른 PCCR 적분기에서 반사형 편광판의 구조를 상세히 나타낸 도면4 is a view showing in detail the structure of the reflective polarizer in the PCCR integrator according to the present invention;

도 5 는 본 발명에 따른 PCCR 적분기에서 컬러 스크롤부의 구조를 상세히 나타낸 도면5 is a view showing in detail the structure of the color scroll unit in the PCCR integrator according to the present invention;

도 6 은 본 발명에 따른 PCCR 적분기를 사용한 단판식 광학계의 구성도를 나타낸 도면6 is a view showing the configuration of a single plate optical system using a PCCR integrator according to the present invention;

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

100 : 광원부 110 : 광원램프100: light source unit 110: light source lamp

120 : 포물면 반사경 200 : PCCR 적분기120: parabolic reflector 200: PCCR integrator

210 : 위상차판 211 : 개구부210: phase difference plate 211: opening

220 : 반사형 편광판 230 : 반사면220: reflective polarizer 230: reflective surface

300 : 컬러 스크롤부 400 : 릴레이 렌즈300: color scroll unit 400: relay lens

500 : 크로스 다이클로익 프리즘 600 : 액정부500: cross dichroic prism 600: liquid crystal part

Claims

A light source unit comprising a light source lamp and a parabolic reflector,

A predetermined path consisting of an opening through which an irregular polarized light beam emitted from the light source unit is incident, a reflection surface for reflecting the light, and an exit surface of the incident light, separated into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam to reflect or transmit the light A PCCR integrator comprising a reflective polarizer, a phase difference plate formed in the predetermined path facing the reflective polarizer and converting a phase of light reflected by the reflective polarizer by 90 degrees;

And a color scroll unit comprising a color wheel for separating / synthesizing and reflecting colors according to regions in time from light emitted from the PCCR integrator through rotation.

delete

The method of claim 1, wherein the reflective polarizing plate

An optical system having a PCCR integrator, characterized in that the rod-shaped polarizer is configured in one direction at predetermined intervals and includes the same.

The method of claim 3, wherein

The reflective polarizer is an optical system having a PCCR integrator, characterized in that the polarizing beam splitter (PBS).

delete

A light source unit emitting an irregular polarized light beam,

A P-polarized light beam formed on an exit surface of an irregular polarized light beam emitted from the light source unit, a predetermined path consisting of a reflective surface to reflect light incident through the opening, and an exit surface of incident light passing through the predetermined path; A reflective polarizer which is separated into the S-polarized light beam and reflects or transmits, and a phase difference plate which is formed in the predetermined path facing the reflective polarizer and converts the phase of the light reflected by the reflective polarizer by 90 degrees. PCCR integrator to keep in the polarization direction,

A color wheel positioned in line with the PCCR integrator to separate, transmit or reflect the color of the light beam emitted from the PCCR integrator, and then re-input to the PCCR integrator;

And a cross dichroic prism for synthesizing the light emitted from the color wheel to form a color image.