KR100644584B1 - 반사형 프로젝트장치 - Google Patents

Abstract

반사형 디스플레이소자의 안정적인 구동을 위한 시간 동안 광원에서 조사된 광을 차단하기 위한 셔터부재의 구조 및 배치가 개선된 반사형 프로젝트장치가 개시되어 있다.

이 개시된 장치는 광원과; 조명된 광을 파장영역에 따라 서로 다른 경로로 분기시키는 분기수단과; 분기수단에 의해 분기되어 입사된 각 광의 진행 경로 상에 배치되어 편광방향에 따라 입사광의 진행경로를 변환하는 복수의 편광빔스프리터와; 복수의 편광빔스프리터 각각의 조명광 입사면에 인접되게 배치되는 것으로, 일 편광성분의 광만이 투과되도록 하는 제1폴라라이저와, 이 제1폴라라이저를 투과한 일 편광방향의 광을 선택적으로 바꾸어주는 액정소자와, 이 액정소자를 통과하여 입사된 광 중 편광방향에 따라 선택적으로 투과시켜 일 편광방향의 광이 편광빔스프리터에 입사되도록 하는 제2폴라라이저를 구비하여 액정소자의 구동여부에 따라 조명광을 투과 또는 차단시키는 복수의 셔터부재와; 편광빔스프리터를 경유하는 일 편광의 입사광으로부터 화상을 생성하는 복수의 반사형 디스플레이소자와; 반사형 디스플레이소자에서 생성되고 편광빔스프리터를 경유하여 입사된 광이 일 방향으로 출사되도록 하는 칼라프리즘과; 칼라프리즘 쪽에서 입사되는 광이 스크린으로 향하도록 확대 투과시키는 투사렌즈유니트를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

반사형 프로젝트장치{Reflection type projector}

도 1의 종래의 반사형 프로젝트장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

도 2 및 도 3은 일반적인 셔터부재의 구조 및 동작 상태를 보인 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반사형 프로젝트장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110...광원 120...균일광 조명유니트

150, 150', 151"...셔터부재 151...제1폴라라이저

153...액정소자 155...제2폴라라이저

161,163,165...편광빔스프리터 171,173,175...디스플레이소자

180...칼라프리즘 190...투사렌즈유니트

DM1...제1이색미러 DM2...제2이색미러

본 발명은 강유전체 액정표시소자(FLCD)를 채용한 반사형 프로젝트장치에 관한 것으로서, 상세하게는 FLCD의 안정적인 구동을 위한 시간 동안 광원에서 조사된 광을 차단하기 위한 셔터부재의 구조 및 배치가 개선된 반사형 프로젝트장치에 관한 것이다.

일반적으로 FLCD를 이용한 반사형 프로젝트장치는 FLCD에서 생성된 화상을 별도의 광원을 이용하여 스크린에 투영함으로써 화상을 제공하는 장치이다.

도 1을 참조하여 종래의 반사형 프로젝트장치를 설명하면 다음과 같다. 광원(10)에서 조사된 광은 균일광 조명유니트(20)를 경유하면서 균일 조명광이 된다. 이 균일광은 제1콘덴서렌즈(41)에 의해 일차로 집속된 채로 제1이색미러(DM1)에 입사된다. 이 제1이색미러(DM1) 및 제2이색미러(DM2)는 입사광을 파장영역에 따라 분기시켜, 서로 다른 경로로 진행하도록 한다. 즉, 제1이색미러(DM1)는 입사광 중 청색 파장 영역의 광은 반사시켜 일 경로로 진행하도록 하고, 적색과 녹색 파장 영역의 광은 투과시켜 다른 경로로 진행하도록 한다. 상기 제1이색미러(DM1)에서 분기된 광은 제2콘덴서렌즈(43, 43'), 제3콘덴서렌즈(45, 45') 및 제4콘덴서렌즈(47, 47', 47")를 경유하면서 집속 발산되어 소정 단면폭을 유지한 채로 진행한다.

그리고, 상기 제2이색미러(DM2)는 상기 적색과 녹색 광의 진행 경로 상의 제3콘덴서렌즈(45)와 제4콘덴서렌즈(47, 47') 사이에 마련되어, 파장영역에서 따라 녹색과 적색의 진행경로를 분기한다. 상기 제1이색미러(DM1)에서 반사된 광 및, 제2이색미러(DM2)에서 분기된 광은 각 광로 상에 마련된 편광빔스프리터(61, 63, 65) 각각에 입사된다. 여기서, 편광빔스프리터(61, 63, 65)로 향하는 광로 상에는 폴라라이저(62, 64, 66)가 마련되어, 소정 편광의 광만이 상기 편광빔스프리터(61, 63, 65)에 입사되도록 한다. 상기 편광빔스프리터(61, 63, 65) 각각은 입사광을 편광방향에 따라 투과 또는 반사시키는 광학요소로 입사광의 진행경로를 변환한다. 상기 편광빔스프리터(61, 63, 65)를 경유하여 입사된 조명광은 각 칼라에 대응되게 마련된 FLCD(71, 73, 75)에서 반사된 후, 편광빔스프리터(61, 63, 65)를 경유하여 칼라프리즘(80) 쪽으로 향한다. 여기서, 상기 FLCD(71, 73, 75)에서 반사된 광은 입사된 조명광과는 달리 화상에 대응되는 구동신호에 따라 편광방향을 달리한다.

상기 FLCD(71, 73, 75)는 2차원 어레이 구조를 되어 있으며, 입력된 영상에 대응되도록 독립적으로 구동되어 선택적으로 편광방향을 변화시키는 화소를 가진다. 이 FLCD(71, 73, 75)는 FLCD 패널의 구동전압으로 동일 극성의 전압이 계속적으로 인가되면 패널의 콘트라스트비가 저하되는 현상이 나타난다. 이를 방지하기 위하여, FLCD 패널의 구동시 구동시간 중 80% 시간은 정상적인 구동을 행하고, 나머지 20%의 시간 동안에는 패널의 전압을 반대로 인가하든지 고 전압을 인가하여 패널의 신뢰성을 확보할 필요가 있다.

이를 위하여, 제1이색미러(DM1)와 제2콘덴서렌즈(43, 43') 사이의 광로 상에는 입사된 조명광을 상기한 20% 시간 동안 차단하기 위한 제1 및 제2셔터부재(31, 35)가 마련되어 있다. 상기 제1셔터부재(31)는 온/오프 제어에 따라 선택적으로 입사되는 광선의 편광방향을 바꾸어주는 제1액정소자(33)와, 이 제1액정소자(33)의 앞, 뒤에 각각 배치되어 입사광 중 일 편광성분의 광만이 투과되도록 하는 제1 및 제2폴라라이저(32, 34)를 포함한다. 상기 제2셔터부재(35)는 제3폴라라이저(36), 제2액정소자(37) 및, 제4폴라라이저(38)를 포함한다.

도 2 및 도 3을 참조하여, 상기 제1셔터부재(31)의 동작을 살펴보면 다음과 같다. 제1폴라라이저(32)에 입사되는 조명광 중 제1폴라라이저(32)의 편광 방향에 해당하는 일 편광의 광만이 상기 제1폴라라이저(32)를 통과한다. 이 통과한 일 편광의 광은 상기 제1액정소자(33)의 구동 여부에 따라 편광방향이 선택된 채로 상기 제1액정소자(33)를 통과한다. 도 2를 참조하면, 전원이 인가되지 않는 경우는 액정의 배향방향에 따라 입사광이 트위스트(twist)되면서 편광방향이 바뀌게 된다. 반면, 도 3에 도시된 바와 같이, 전원이 인가되는 경우는 액정이 일 방향으로 배열되어, 입사광이 직진 투과함으로써 편광방향이 바뀌지 않게 된다. 상기 제2폴라라이저(34)는 일 편광방향의 광만이 투과되도록 하는 것으로, 도시된 바와 같이 제1폴라라이저(32)의 편광방향과 다른 배열을 갖는 경우, 상기 제1액정소자(33)에서 편광방향이 바뀐 경우의 광은 투과시키고(ON), 그렇지 않은 경우는 차단한다(OFF). 이와 같은 제1셔터부재(31)의 구동에 의해, 조명광을 선택적으로 차단할 수 있다.

도 1을 참조하면, 상기 FLCD(71, 73, 75) 각각에서 반사된 광중 화상에 대응되는 광만이 상기 편광빔스프리터(61, 63, 65) 각각을 경유하여 상기 칼라프리즘(80) 쪽으로 향한다. 상기 칼라프리즘(80)은 파장에 따라 선택적으로 광을 투과 또는 반사키는 두 경면을 가지는 것으로, 그 경면에서 입사된 각 칼라의 화상을 선택적으로 투과 또는 반사시킴으로써, 입사광이 일 방향 즉, 투사렌즈유니트(90) 쪽으로 향하도록 한다. 상기 투사렌즈유니트(90)는 입사된 화상을 스크린 쪽으로 확대 투사시킨다.

상기한 바와 같이, 구성된 제1 및 제2셔터부재(31, 35) 각각이 제1이색미러(DM1)와 제2콘덴서렌즈(43, 43') 사이의 광로 상에 마련되는 경우는 총 7매의 폴라라이저 즉, 상기 제1 및 제2셔터를 구성하기 위한 4매의 폴라라이저(32, 34, 36, 38)와, 상기 편광빔스프리터(61, 63, 65) 각각의 입사측에 마련된 3매의 폴라라이저(62, 64, 66)를 구비하여야 하므로 광학계의 구성이 복잡해지고, 부품비용이 많이 든다는 단점이 있다.

또한, 조명광의 단면폭을 살펴볼 때, 제1이색미러(DM1)와 제2콘덴서렌즈(43, 43') 사이에서의 조명광 단면폭이 다른 광로 예컨대, 폴라라이저(62, 64, 66)가 위치되는 경로에서의 조명광 단면폭보다 크므로, 크기가 큰 제1 및 제2셔터부재(31, 35)를 채용하여야 하므로, 제품 불량 가능성이 높아지고, 가격이 비싸진다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 셔터의 광학적 배치를 변경하여 상대적으로 크기를 적게 하고, 폴라라이저의 매수를 6매로 할 수 있도록 구조를 개선한 반사형 프로젝트장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반사형 프로젝트장치는, 광원과; 조명된 광을 파장영역에 따라 서로 다른 경로로 분기시키는 분기수단과; 상기 분기수단에 의해 분기되어 입사된 각 광의 진행 경로 상에 배치되어 편광방향에 따라 입사광의 진행경로를 변환하는 복수의 편광빔스프리터와; 상기 복수의 편광빔 스프리터 각각의 조명광 입사면에 인접되게 배치되는 것으로, 일 편광성분의 광만이 투과되도록 하는 제1폴라라이저와, 이 제1폴라라이저를 투과한 일 편광방향의 광을 선택적으로 바꾸어주는 액정소자와, 이 액정소자를 통과하여 입사된 광 중 편광방향에 따라 선택적으로 투과시켜 일 편광방향의 광이 상기 편광빔스프리터에 입사되도록 하는 제2폴라라이저를 구비하여 상기 액정소자의 구동여부에 따라 조명광을 투과 또는 차단시키는 복수의 셔터부재와; 상기 편광빔스프리터를 경유하는 일 편광의 입사광으로부터 화상을 생성하는 복수의 반사형 디스플레이소자와; 상기 반사형 디스플레이소자에서 생성되고 상기 편광빔스프리터를 경유하여 입사된 광이 일 방향으로 출사되도록 파장에 따라 선택적으로 광을 투과 또는 반사시키는 칼라프리즘과; 상기 칼라프리즘 쪽에서 입사되는 광이 스크린으로 향하도록 확대 투과시키는 투사렌즈유니트를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반사형 프로젝트장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 반사형 프로젝트장치는 광원(110), 조명된 광을 파장영역에 따라 서로 다른 경로로 분기시키는 분기수단, 조명광을 투과 또는 차단시키는 복수의 셔터부재(150, 150', 150"), 입사광을 편광에 따라 투과 또는 반사시키는 복수의 편광빔스프리터(161, 163, 165), 화상을 생성하고 이를 반사시키는 반사형 디스플레이소자(171, 173, 175), 입사된 화상을 합성하는 칼라프리즘(180) 및, 입사광을 스크린(미도시) 쪽으로 확대 투과시키는 투사렌즈유니트(190)를 포함하여 구성된다.

상기 광원(110)은 광을 생성하는 램프(111)와, 이 램프(111)에서 출사된 광을 반사시켜 그 진행경로를 안내하는 반사경(113)을 포함한다. 상기 반사경(113)은 상기 램프(111)의 위치를 일 초점으로 하고, 광이 집속되는 지점을 다른 초점으로 하는 타원경이거나, 상기 램프(111)의 위치를 일 초점으로 하고, 이 램프(111)에서 출사되고 상기 반사경(113)에서 반사된 광이 평행광이 되도록 된 포물경일 수 있다. 여기서, 상기 광원(110)과 상기 광분기수단 사이의 광로 상에는 균일한 광이 조사되도록 하기 이한 균일광 조명유니트(120)가 더 구비되는 것이 바람직하다. 이 균일광 조명유니트(120) 상기 광원(110)에서 조명된 광을 집속 발산시켜 혼합함으로써, 균일한 광이 되도록 한다.

상기 제1 및 제2이색미러(DM1)(DM2)는 입사광을 파장영역에 따라 선택적으로 투과 또는 반사시킴으로써 입사되는 백색광을 적색, 청색, 녹색으로 분기시키고, 이 분기된 광이 서로 다른 광 경로로 진행되도록 한다.

상기 광분기수단은 상기 광원(110)에서 조명된 광을 파장에 따라 나누어 칼라별로 다른 경로로 향하도록 하기 위한 것으로, 제1 및 제2이색미러(DM1, DM2)를 포함하여 구성된다. 상기 제1이색미러(DM1)는 상기 균일광 조명유니트(120)에서 조사된 광의 진행 경로 상에 경사지게 배치되어, 입사된 조명광을 파장영역에 따라 서로 다른 경로로 분기시킨다. 즉, 이 제1이색미러(DM1)는 입사광 중 청색광은 반사시키고, 적색 및 녹색광은 투과시킨다. 상기 제2이색미러(DM2)는 상기 제1이색미러(DM1)를 투과한 광의 경로 상에 배치되어, 입사된 적색 및 녹색광을 분기시킨다. 즉, 적색광은 반사시키고 녹색광은 투과시킨다.

여기서, 상기 균일광 조명광학계(120)와 상기 복수의 반사형 디스플레이소자(171, 173, 175) 사이의 광로 상에는 진행광을 집속 및/또는 발산시켜 진행되는 조명광이 소정 단면폭을 유지한 채로 반사형 디스플레이소자(171, 173, 175)에 입사되도록 하는 릴레이렌즈유니트가 더 구비된 것이 바람직하다. 이 릴레이렌즈유니트는 두 매의 제1콘덴서렌즈(141, 141')와, 제2 내지 제4콘덴서렌즈(143, 145, 147)로 구성되는 것이 바람직하다. 여기서, 상대적으로 짧은 광경로 즉, 상기 제1이색미러(DM1)를 투과하여 진행하는 광로 상에는 입사광을 집속시키는 제1콘덴서렌즈(141) 만이 배치되고, 상대적으로 긴 광경로 상에는 입사광을 집속시키는 제1콘덴서렌즈(141') 이외에 제2 내지 제4콘덴서렌즈(143, 145, 147)가 더 배치된다.

상기 편광빔스프리터(161,163,165)는 상기 제1 및 제2이색미러(DM1)(DM2)에서 분기된 광 각각의 진행 경로 상에 배치되어 입사광의 편광방향에 따라 광의 진행경로를 변환시킨다. 예를 들어, 입사광 중 S편광의 광은 반사시켜 상기 반사형 디스플레이소자(171,173,175)로 향하도록 하고, P편광의 광은 투과시킴으로써 상기 반사형 디스플레이소자(171,173,175) 쪽에서 입사된 P편광의 광이 투사렌즈유니트(190) 쪽으로 향하도록 한다. 여기서, 상기 편광빔스프리터(161,163,165)는 P편광의 광을 반사시키고, S편광의 광을 투과시키도록 된 경우도 무방하다.

상기 복수의 셔터부재(150, 150', 150")는 상기 반사형 디스플레이소자(171, 173, 175)의 비정상적인 구동시 입사되는 광을 차단하기 위한 것으로, 상기 복수의 편광빔스프리터(161, 163, 165) 각각의 조명광 입사면에 인접되게 배치된다. 즉, 두 셔터부재(150, 150') 각각은 제2이색미러(DM2)와 편광빔스프리터(161, 163) 사이에 배치되고, 일 셔터부재(150")는 제4콘덴서렌즈(147)와 일 편광빔스프리터(165) 사이의 광로 상에 배치된다.

상기 일 셔터부재(150)는 일 편광성분의 광만이 투과되도록 하는 제1폴라라이저(151)와, 이 제1폴라라이저(151)를 투과한 일 편광방향의 광을 선택적으로 바꾸어주는 액정소자(153)와, 이 액정소자(153)를 통과하여 입사된 광 중 편광방향에 따라 선택적으로 투과시켜 일 편광방향의 광이 상기 편광빔스프리터(161)에 입사되도록 하는 제2폴라라이저(155)를 구비한다. 여기서, 조명광의 투과 또는 차단은 상기 액정소자(153)의 구동에 따라 선택되는 것으로, 셔터부재의 구성 및 동작은 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 바와 실질적으로 동일하므로 그 자세한 설명을 생략한다. 상기한 셔터부재(150) 이외의 다른 셔터부재(150', 150") 또한, 일 셔터부재(150) 구조와 실질적으로 동일한 구조를 가지므로 그 자세한 설명을 생략한다.

이와 같이, 셔터부재(150, 150', 150") 각각을 편광빔스프리터(161, 163, 165) 각각에 인접되게 배치시킴으로써, 종래의 편광빔스프리터(161, 163, 165)의 입사경로에 배치되는 복수의 폴라라이저(도 1의 62, 64, 66)를 배제할 수 있다. 또한, 조명광의 단면폭이 작은 광경로 상에 셔터부재(150, 150', 150")를 배치시킴으로써, 셔터부재(150, 150', 150")의 크기를 줄일 수 있다.

상기 반사형 디스플레이소자(171, 173, 175)는 상기 편광빔스프리터(161, 163, 165)를 경유하여 입사된 일 편광의 광으로부터 화상을 생성한다. 상기 반사형 디스플레이소자(171, 173, 175)로는 구동에 의한 액정의 온/오프 시간이 빠른 즉 응답속도 특성이 뛰어난 FLCD로 구성된다. 한편, 이 FLCD는 안정적인 구동을 위하여, 구동시간 중 일부 시간동안 패널의 전압을 반대로 인가하든지 고 전압을 인가하여 패널의 신뢰성을 확보할 필요가 있다. 이 시간 동안 조명광을 차단하여야 한다. 한편, 조명광의 선택적 차단은 앞서 설명된 셔터부재(150, 150', 150")에서 수행한다.

상기 칼라프리즘(180)은 상기 반사형 디스플레이소자(171, 173, 175)에서 생성되고 상기 편광빔스프리터(161, 163, 165)를 경유하여 입사된 광이 일 방향으로 출사되도록 파장에 따라 선택적으로 광을 투과 또는 반사시킨다. 이를 위하여, 상기 칼라프리즘(180)은 세 입사면과 일 출사면을 가진다. 상기 세 입사면 각각은 상기 편광빔스프리터(161, 163, 165) 각각과 대면하며 입사광이 상기한 일 출사면을 향하도록 입사광의 진행경로를 변환한다. 상기 투사렌즈유니트(190)는 상기 칼라프리즘(180)에서 합성되어, 일 방향으로 진행하는 광을 스크린(미도시) 쪽으로 확대 투사시킨다.

또한, 본 실시예에 따른 반사형 프로젝트장치는 광이용 효율을 높이도록 상기 균일광 조명유니트(120)와 제1이색미러(DM1) 사이의 광로 상에 편광변환기(130)를 더 구비한 것이 바람직하다. 이 편광변환기(130)는 상기 광원(110)에서 조사된 무편광의 광을 일 편광의 광으로 변환시킨다.

상기한 바와 같이, 구성된 본 발명의 실시예에 따른 반사형 프로젝트장치는 종래의 장치와는 달리 셔터부재(150, 150', 150") 각각을 편광빔스프리터(161, 163, 165) 각각에 인접되게 배치시킴으로써, 종래의 편광빔스프리터(161, 163, 165)의 입사경로에 배치되는 복수의 폴라라이저(도 1의 61, 64, 66)를 배제할 수 있어서, 폴라라이저의 매수를 7매에서 6매로 줄일 수 있다. 이에 따라 부품수를 절감할 수 있고, 설치위치가 줄여들므로 조립공수가 단순해지는 이점이 있다.

또한, 조명광의 단면폭이 작은 광경로 상에 셔터부재(150, 150', 150")를 배치시킴으로써, 셔터부재(150, 150', 150")의 크기를 줄일 수 있어서, 제품 수율을 높이고, 저가격화를 실현할 수 있다는 이점이 있다.

Claims (1)

1. 광원과;

   조명된 광을 파장영역에 따라 서로 다른 경로로 분기시키는 분기수단과;

   상기 분기수단에 의해 분기되어 입사된 각 광의 진행 경로 상에 배치되어 편광방향에 따라 입사광의 진행경로를 변환하는 복수의 편광빔스프리터와;

   상기 복수의 편광빔스프리터 각각의 조명광 입사면에 인접되게 배치되는 것으로, 일 편광성분의 광만이 투과되도록 하는 제1폴라라이저와, 이 제1폴라라이저를 투과한 일 편광방향의 광을 선택적으로 바꾸어주는 액정소자와, 이 액정소자를 통과하여 입사된 광 중 편광방향에 따라 선택적으로 투과시켜 일 편광방향의 광이 상기 편광빔스프리터에 입사되도록 하는 제2폴라라이저를 구비하여 상기 액정소자 의 구동여부에 따라 조명광을 투과 또는 차단시키는 복수의 셔터부재와;

   상기 편광빔스프리터를 경유하는 일 편광의 입사광으로부터 화상을 생성하는 복수의 반사형 디스플레이소자와;

   상기 반사형 디스플레이소자에서 생성되고 상기 편광빔스프리터를 경유하여 입사된 광이 일 방향으로 출사되도록 파장에 따라 선택적으로 광을 투과 또는 반사시키는 칼라프리즘과;

   상기 칼라프리즘 쪽에서 입사되는 광이 스크린으로 향하도록 확대 투과시키는 투사렌즈유니트를; 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 프로젝트장치.

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