KR100590336B1 - 프로젝션 시스템의 편광 변환 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로젝션 시스템의 편광 변환 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 편광 변환 장치는 액정소자가 이미지소자로 사용되는 프로젝션 시스템에 있어서, 램프에서 방출된 빛을 균일하게 하는 인테그레이터와, 상기 인테그레이터의 출사측에 위치하며 편광성분에 따라 빛의 진행각도가 변경되도록 하는 편광분리 프리즘과, 상기 편광분리 프리즘을 지난 빛이 공간 좌표계에서 분리되도록 하는 렌즈와, 빛의 편광성분이 일치되도록 하는 1/2위상지연판이 포함되는 것을 특징으로 한다.

편광 변환, 인테그레이터, 프로젝션

Description

프로젝션 시스템의 편광 변환 장치{POLARIZATION CONVERSION APPARATUS FOR PROJECTION SYSTEM}

도 1은 종래의 프로젝션 시스템에서 편광 변환 장치를 설명하는 도면.

도 2는 라이트 로드를 설명하는 도면.

도 3은 라이트 로드의 동작 원리를 설명하는 도면.

도 4는 라이트 로드를 지난 빛의 각도 분포를 설명하는 도면.

도 5는 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 편광 변환 장치를 설명하는 도면.

도 6은 본 발명에서 각도수정 렌즈를 사용한 경우 출사측의 빛의 각도 분포를 설명하는 도면.

도 7은 본 발명에서 편광분리 프리즘의 작동을 설명하는 도면.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 ; 플라이 아이 렌즈 11 ; 편광빔스플리터 어레이

12 ; 릴레이 렌즈 13 ; 엘씨디 패널

14 ; 램프 20 ; 라이트 로드

30 ; 각도수정 렌즈 40 ; 편광분리 프리즘

50 ; 렌즈 60 ; 1/2 위상지연판

70 ; 인테그레이터

본 발명은 프로젝션 시스템의 편광 변환 장치에 관한 것이다.

최근 TV의 대형화에 따라 프로젝션 시스템이 많이 연구되고 있다. 프로젝션 시스템의 이미지 소자로는 폴리-실리콘(Poly-silicon)과 실리콘 크리스탈(Silicon crystal)에 액정을 올린 것과, 나노(nano) 기술을 이용한 DMD(Digital Micromirror Display)등이 있다.

이 중 액정소자를 이용하는 시스템은 빛의 편광을 변환하여 화면에 표시하고 있으며, 이때 액정에 빛을 쬐여 줄 때 편광된 빛을 쬐어 줘야 한다.

따라서, 램프에서 방출된 빛을 편광된 빛으로 변환시키기 위한 많은 소자들이 연구되고 있다.

그 대표적인 예로서, 도 1에 도시된 바와 같은 편광 빔 스플리터 어레이를 들 수 있다.

도 1에 도시된 편광 빔 스플리터(PBS:polarizer beam splitter) 어레이(Array)(11)는 램프에서 나온 비편광된 빛을 한쪽 편광으로 변환시켜 주는 소자로서, 편광 빔 스플리터(PBS)란 두 글라스(glass) 사이에 특수 코팅을 해서 P파는 투과시키고 S파는 반사시키는 작용을 한다. 이 편광 빔 스플리터를 여러 장 겹쳐 놓은 것이 편광 빔 스플리터 어레이(PBS Array)(11)이다.

이때, 상기 편광 빔 스플리터 어레이(11)는 항상 플라이 아이 렌즈(Fly-Eye Lens)(10)와 함께 사용되어 빛이 입사되는 곳과 입사되지 않는 곳을 만들어 준다.

그리고, 각 빛을 편광 빔 스플리터(PBS)가 편광에 따라 나누어 P파 또는 S파의 한쪽 파장의 빛에 1/2파장판을 놓아 편광을 어느 한쪽으로 일치되도록 한다.

따라서, 비편광의 빛을 P파 또는 S파로 변환이 가능하다.

도 1에서 부호 12는 릴레이 렌즈(Relay lens)를 나타내고, 13을 엘씨디(LCD) 패널을 나타낸다.

한편, 인테그레이터(Integrator)로서 라이트 로드(Light rod) 또는 라이트 터널(Light tunnel)의 경우 앞서 설명한 플라이 아이 렌즈(Fly-Eye Lens)를 이용하는 것보다 광학 시스템이 간단해 지는 장점이 있다.

라이트 로드는 6각 블록 형상으로 내부 전반사를 이용하는 반면에, 라이트 터널(Light tunnel)은 거울 4장의 반사를 이용한다.

라이트 로드는 도 2에 도시된 바와 같은 형상을 갖는다.

도 2에 도시된 라이트 로드를 이용하여 빛이 균일하도록 하는데, 도 3에 보는 바와 같이 램프(14)에서 방출된 빛이 라이트 로드 안에서 반사되면서 라이트 로드의 경계면을 기준으로 접히는 것처럼 되어 라이트 로드의 출사면에서 빛이 균일해진다.

따라서, 라이트 로드의 길이가 길수록 빛의 반사가 많이 일어나 출사면에서 빛은 더욱 균일해 진다.

이때, 출사면에서의 빛의 각도는 램프(14)에서 라이트 로드(20)로 들어오는 빛의 각도로서 결정되며, 라이트 로드의 안에서는 라이트 로드의 경계면이 광축에 평행하기 때문에 빛의 각도는 바뀌지 않는다.

도면에서 보는 바와 같이 램프(14)에서 나온 빛은 라이트 로드(20)의 입사면에 모여야 하기 때문에 램프(14)는 타원경이 사용되어야 한다.

도 4에는 라이트 로드를 지난 빛의 각도 분포가 도시되어 있다. 앞서 설명한 바와 같이 램프(14)에는 타원경이 사용되어야 하고 라이트 로드 안에서는 빛의 각도는 바뀌지 않으므로 ±11도 정도를 중심으로 빛이 모여있는 것을 알 수 있다.

따라서, 상술한 라이트 로드나 라이트 터널과 같은 인테그레이터는 빛의 각도를 최소화되도록 할 필요성이 제기된다.

아울러, 상기와 같은 인테그레이터는 빛의 편광을 변환시켜 주는 기능이 없기 때문에, 액정 소자를 사용하는 경우 액정 앞에 편광판이 위치되도록 하여야 하고, 이로 인하여 50%의 광손실이 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 편광 빔 스플리터 어레이를 사용하지 않고 인테그레이터를 이용함으로써 프로젝션 시스템의 구조를 단순화하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 인테그레이터를 사용하는 프로젝션 시스템에서 광 효율의 저하없이 편광 변환을 할 수 있는 프로젝션 시스템의 편광 변환 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 인테그레이터에서 출사되는 빛의 균일성이 향상되도록 한 프로젝션 시스템의 편광 변환 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 편광 변환 장치는 액정소자가 이미지소자로 사용되는 프로젝션 시스템에 있어서, 램프에서 방출된 빛을 균일하게 하는 인테그레이터와, 상기 인테그레이터의 출사측에 위치하며 편광성분에 따라 빛의 진행각 도가 변경되도록 하는 편광분리 프리즘과, 상기 편광분리 프리즘을 지난 빛이 공간 좌표계에서 분리되도록 하는 렌즈와, 빛의 편광성분이 일치되도록 하는 1/2위상지연판이 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인테그레이터는 라이트 로드 또는 라이트 터널 인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인테그레이터의 입사측에는 빛의 입사각을 줄이기 위한 각도수정 렌즈가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 편광 변환 장치에 대해 상세히 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 편광 변환 장치를 설명하는 도면이다.

도 5를 참조하면, 빛이 방출되는 램프(14)와, 빛이 균일하게 되도록 하는 인테그레이터(70)가 구비되고, 상기 인테그레이터(70)의 입사측에는 각도수정 렌즈(30)가 형성되고 출사측에는 편광분리 프리즘(40)이 형성된다.

상기 인테그레이터(70)로서 라이트 로드 또는 라이트 터널이 사용될 수 있다.

그리고, 상기 각도수정 렌즈(30)는 상기 인테그레이터(70)에서 출사되는 빛의 각도를 줄이는 역할을 하는데, 도 6에 도시된 바와 같이 각도수정 렌즈(30)를 사용한 결과 출사측의 빛의 각도가 0도를 중심으로 분포되는 것을 알 수 있다.

그리고, 도 7에 도시된 바와 같이 편광분리 프리즘(40)은 복굴절 물질을 사용하여 빛의 굴절율이 편광에 따라 각각 다르도록 하여, 편광 방향에 따라 빛의 각 도가 바뀌게 된다. 즉, P파와 S파의 진행방향의 차이가 발생하게 된다.

그리고, 상기 편광분리 프리즘(40)을 지난 빛은 적어도 하나 이상의 렌즈(50)를 통과하는데, 상기 렌즈(50)는 편광분리 프리즘(40)에서 각도 분포가 분리된 빛을 공간 좌표계에서 분리되도록 한다.

상기 렌즈(50)에 의해 P파와 S파가 공간적으로 분리되는 거리가 짧아지게 되고, 빛이 1/2 위상지연판(60)에 포커싱된다.

공간적으로 분리된 P파는 1/2 위상지연판(60)에서 S파로 변환되고, 빛이 S파로 일치되어 액정 이미지 소자를 향하게 된다.

이와 같이 본 발명은 플라이 아이 렌즈와 편광 빔 스플리터 어레이없이 편광 변환 장치를 구현함으로써 가격 경쟁력이 향상될 수 있다.

또한, 각도수정 렌즈를 통해 인테그레이터에 입사되는 빛의 각도가 감소하여 패널에 입사되는 빛의 각도가 감소되기 때문에 콘트라스트가 향상될 수 있다.

본 발명은 편광 빔 스플리터 어레이를 사용하지 않고 인테그레이터를 이용함으로써 프로젝션 시스템의 구조를 단순화할 수 있다.

또한, 본 발명은 인테그레이터를 사용하는 프로젝션 시스템에서 광 효율의 저하없이 편광 변환을 할 수 있는 프로젝션 시스템의 편광 변환 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 인테그레이터에서 출사되는 빛의 균일성이 향상되도록 한 프로젝션 시스템의 편광 변환 장치를 제공할 수 있다.

Claims (4)

1. 액정소자가 이미지소자로 사용되는 프로젝션 시스템에 있어서,

   램프에서 방출된 빛을 균일하게 하는 인테그레이터와, 상기 인테그레이터의 출사측에 위치하며 편광성분에 따라 빛의 진행각도가 변경되도록 하는 편광분리 프리즘과, 상기 편광분리 프리즘을 지난 빛이 공간 좌표계에서 분리되도록 하는 렌즈와, 빛의 편광성분이 일치되도록 하는 1/2위상지연판이 포함되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템의 편광 변환 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 인테그레이터는 라이트 로드인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템의 편광 변환 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 인테그레이터는 라이트 터널인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템의 편광 변환 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 인테그레이터의 입사측에는 빛의 입사각을 줄이기 위한 각도수정 렌즈가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템의 편광 변환 장치.

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