KR100744499B1

KR100744499B1 - 액정 프로젝터의 조명계

Info

Publication number: KR100744499B1
Application number: KR1020010010759A
Authority: KR
Inventors: 나만호; 강호중
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2007-08-01
Also published as: KR20020070678A

Abstract

본 발명은 광원으로부터 액정표시면까지 광경로를 길게 하여 광폭을 줄임으로써 광효율을 향상시킬 수 있는 액정 프로젝터의 조명계에 관한 것이다.

본 발명의 액정 프로젝터의 조명계는 광을 발생시키는 램프와, 상기 램프로부터 발생된 광을 반사시키는 포물반사경과, 상기 램프로부터 발생된 광의 광경로를 변환시키는 적어도 3개 이상의 광경로변환수단과, 상기 램프는 상기 포물반사경의 초점에서 소정의 거리만큼 벗어난 위치에 위치하여 포물반사경으로부터의 광이 집속되게 하고, 광경로변환수단으로 입사된 광을 평행광으로 변환하기 위하여 상기 광경로변환수단 중 적어도 어느 하나에 적어도 하나 이상의 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 액정 프로젝터의 조명계는 시스템 두께의 증가없이 광원으로부터 액정표시면까지 광경로를 길게 하여 광폭을 줄임으로써 광효율을 향상시킬 수 있다.

Description

액정 프로젝터의 조명계{Illumination System in Liquid Crystal Projector}

도 1은 종래의 액정 프로젝터의 조명계를 나타낸 평면도.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 액정 프로젝터의 조명계를 나타낸 평면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

4, : 광원 6, 8 : 플라이아이렌즈

10 : 편광분리어래이 12, 16 : 집광렌즈

14,28,50,52,54, 58 : 전반사미러 18, 20, 56 : 다이크로익미러

22A, 22B, 22C : 편광필름 27, 29 : 릴레이렌즈

24R, 24G, 24B, 60A, 60B, 60C : 편광분리프리즘

26R, 26G, 26B, 62A, 62B, 62C : 액정패널

30, 64 : 다이크로익 프리즘 55 : 렌즈

32, 66 : 투사렌즈

본 발명은 액정 프로젝터에 관한 것으로서, 특히 광원으로부터 액정표시면까지 광경로를 길게 하여 광폭을 줄임으로써 광효율을 향상시킬 수 있도록 하는 액정 프로젝터의 조명계에 관한 것이다.

최근들어, 화면크기에 제한이 있고 시스템의 크기가 큰 기존의 브라운관 디스플레이를 대체하여 두께가 얇으면서 대화면을 구현할 수 있는 평판 디스플레이가 주목을 받고 있다. 이러한 평판 디스플레이로서 소화면 화상을 대형 스크린에 확대투사시키는 프로젝터가 각광 받고 있다. 프로젝터는 소화면 화상을 구성하는 디스플레이로서 음극선관 또는 LCD(Liquid Crystal Display : 이하 "LCD"라 함)가 사용되고 있으나 박형화 추세에 대응하여 LCD를 사용하는 액정프로젝터가 대두되고 있다. 액정프로젝터에는 통상적으로 투과형 또는 반사형 LCD가 사용된다. 이러한 액정프로젝터는 소형 경량화 및 고휘도화를 기본으로 고개구율과 고해상도를 향상시키는 방향으로 발전하고 있다. 이에 따라, 고해상도, 소형화 및 저가격화의 액정프로젝터의 흐름에 부응하기 위하여 최근에는 반사형 액정패널을 사용하고자 하는 추세에 있다.

도 1은 종래의 액정 프로젝터에 대한 광학계가 도시되어 있다. 도 1의 액정 프로젝터는 광원(4)과 전반사미러(14) 사이에 배열된 제1 및 제2 플라이아이렌즈(Fly Eye Lens;이하 "FEL" 이라 함)(6, 8), 편광 분리 어래이(Polarizing Beam Splitter Array; 이하 "PBS 어래이" 라 함)(10), 제1 집광렌즈(12)와, 전반사미러(14)와 제1 다이크로익 미러(Dichroric Mirror)(18) 사이에 배치된 제2 집광렌즈(16)를 구비한다. 광원(4)의 램프에서 출사된 가시광영역의 광은 타원경에 의해 반사되어 제1 FEL(6) 쪽으로 진행하게 된다. 제1 FEL(6)은 입사광을 셀(cell) 단위로 분할하여 제2 FEL(8)의 각 렌즈 셀에 포커싱(focusing)되게 한다. 제2 FEL(6)은 입사광을 특정한 부분에 대한 평행광으로 변환하여 PBS 어래이(10)쪽으로 투과시키게 된다. PBS 어래이(10)는 입사광을 어느 하나의 광축을 가지는 선편광, 즉 P파와 S파로 분리하고, PBS 어래이(10)의 배면에 부분적으로 부착된 1/2파장판(도시하지 않음)는 투과된 P파를 S파로 변환하게 된다. 이에 따라, PBS 어레이(10)에 의해 입사광이 모두 한 방향의 선편광 즉, S파로 변환됨으로써 램프(2)에서 출사된 거의 모든 광이 후술할 액정패널(26R, 26G, 26B)에 입사하게 된다. 제1 집광렌즈(12)는 PBS 어래이(10)로부터의 입사광을 전반사미러(14)에 집속시키고, 전반사미러(14)는 제1 집광렌즈(12)로부터의 입사광을 전반사시켜 제2 집광렌즈(16) 쪽으로 진행되게 한다. 제2 집광렌즈(16)는 전반사미러(14)로부터의 입사광을 제1 다이크로익 미러(18)에 집속시키게 된다. 제1 다이크로익 미러(18)는 입사광 중 청색광을 투과시킴과 아울러 청색광 보다 긴 파장을 가지는 광, 즉 녹색광과 적색광 반사시키게 된다.

그리고, 도 1에 도시된 액정 프로젝터의 광학계는 제1 다이크로익 미러(18)와 적색 액정패널(26R) 사이에 배열된 제2 다이크로익미러(20), 제1 편광필름(22R), 제1 편광분리프리즘(Polarizing Beam Splitter Prism; 이하, PBSP라 한다)(24R)과, 제2 다이크로익 미러(20)와 녹색 액정패널(26G) 사이에 배열된 제2 편광필름(22G) 및 제2 PBSP(24G)와, 제1 다이크로익 미러(18)와 청색 액정패널(26B) 사이에 배열된 제1 릴레이렌즈(27), 제2 전반사미러(28), 제2 릴레이렌즈(29), 제3 편광필름(22B), 제3 PBSP(24B)와, 제1 내지 제3 PBSP(24R, 24G, 24B) 사이에 배치된 다이크로익 프리즘(30)과, 다이크로익 프리즘(30)의 광출사면에 대면되게 설치되는 투사렌즈(32)를 더 구비한다. 제2 다이크로익 미러(20)는 제1 다이크로익 미러(18)에서 반사되어 입사되는 광 중 녹색광은 반사시켜 제2 편광필름(22G) 쪽으로 진행되게 하고, 적색광은 투과시켜 제1 편광필름(22R) 쪽으로 진행되게 한다. 제2 전반사미러(28)는 제1 다이크로익미러(18)에서 투과되어 입사되는 청색광을 반사시켜 제3 편광필름(22B) 쪽으로 진행되게 한다. 이 경우, 제1 및 제2 릴레이렌즈(27, 29)는 필드렌즈로서 청색광의 결상점을 릴레이하여 청색 액정패널(26B)에 재결상시키게 된다. 제1 내지 제3 편광필름(22R, 22G, 22B) 각각은 입사광 중 자신의 광축과 평행한 선편광(즉, S파)만을 투과시켜 제1 내지 제3 PBSP(24R, 24G, 24B) 각각으로 진행되게 한다. 제1 내지 제3 PBSP(24R, 24G, 24B) 각각은 제1 내지 제3 편광필름(22R, 22G, 22B)에서 투과되어 입사되는 선편광(즉, S파)은 반사시켜 적, 녹, 청 액정패널(26R, 26G, 26B) 각각으로 진행되게 한다. 또한, 제1 내지 제3 PBSP(24R, 24G, 24B) 각각은 적, 녹, 청 액정패널(26R, 26G, 26B) 각각으로부터 입사되는 선편광(즉, P파)은 투과시켜 다이크로익 프리즘(30) 쪽으로 진행되게 한다. 적, 녹, 청 액정패널(26R, 26G, 26B) 각각은 반사형 액정패널로서 제1 내지 제3 PBSP(24R, 24G, 24B)에서 반사되어 입사되는 광을 투과, 반사하여 영상신호에 따른 화상을 구현하게 된다. 이 경우, 적, 녹, 청 액정패널(26R, 26G, 26B) 각각에 입사되어진 S파는 액정패널에 의해 P파로 변환되 어 출사되게 된다. 다이크로익 프리즘(30)은 적색, 녹색 및 청색용 액정패널(26R, 26G, 26B)에서 각각 화상의 정보를 얻어 입사되는 적색광, 녹색광 및 청색광을 합성하여 출사면을 통해 투사렌즈(32)로 쪽으로 출사시키게 된다. 제1 및 제3 PBSP(24R, 24B)와 다이크로익 프리즘(30) 사이에는 제1 및 제2 PBSP(24R, 24B)로부터의 P파를 S파로 변환하기 위한 제1 및 제2 편광변환필름(도시하지 않음) 각각이 배치된다. 이에 따라, 다이크로익 프리즘(30)은 제1 및 제2 편광변환필름을 경유하여 입사되는 S파 성분의 적색광 및 청색광을 투사렌즈(32) 쪽으로 반사시킴과 아울러 제2 PBSP(24G)를 경유하여 입사되는 P파 성분의 녹색광을 투사렌즈(32) 쪽으로 투과시킴으로써 적, 녹, 청색의 화상을 합성하게 된다. 투사렌즈(32)는 다이크로익 프리즘(30)으로부터 입사되는 화상을 스크린에 확대 투사하게 된다.

이러한 구성을 가지는 종래의 액정 프로젝터는 포물반사경의 크기가 액정패널의 크기보다 크기 때문에 광원으로부터의 광이 액정패널에 모두 입사되지 못하여 광손실이 발생하게 되고, 광폭을 줄이기 위해 광경로를 길게 해야 하지만, 시스템의 두께에 제한을 받게 되므로 광경로를 길게 하는데 문제점이 발생한다. 따라서, 시스템 두께의 증가없이 광효율을 향상시킬 수 있는 액정 프로젝터 조명계의 필요성이 대두된다.

따라서, 본 발명의 목적은 시스템 두께의 증가없이 액정표시면까지 광경로를 늘임으로써 광폭을 줄여 광효율을 향상시킬 수 있는 액정 프로젝터의 조명계를 제 공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 액정 프로젝터의 조명계는 광을 발생시키는 램프와, 상기 램프로부터 발생된 광을 반사시키는 포물반사경과, 상기 램프로부터 발생된 광의 광경로를 변환시키는 적어도 3개 이상의 광경로변환수단과, 상기 램프는 상기 포물반사경의 초점에서 소정의 거리만큼 벗어난 위치에 위치하여 포물반사경으로부터의 광이 집속되게 하고, 광경로변환수단으로 입사된 광을 평행광으로 변환하기 위하여 상기 광경로변환수단 중 적어도 어느 하나에 적어도 하나 이상의 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 액정 프로젝터의 조명계를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 액정 프로젝터의 조명계는 광원과, 제1 전반사미러(50) 및 제2 전반사미러(52)와, 반사면에 렌즈가 부착된 제3 전반사미러(54)를 구비한다. 광원은 아크발광 램프(40)와 포물반사경(42)으로 구성되는데, 포물반사경(42)의 초점위치에 위치한 아크발광 램프(40)는 포물반사경(42)을 경유하면서 평행광으로 진행하게 된다. 그런데. 아크발광 램프(40)를 포물반사경(42)의 초점위치에서 임의의 거리(

)만큼 이동시키면 광이 집속되어 제1 전반사미러(50)로 진행하게 된다. 제1 전반사미러(50)는 광원으로부터의 광을 제2 전반사미러(52)로 전반사시킨다. 제2 전반사미러(52)는 제1 전반사미러(50)로부터의 광을 제3 전반사미러(54)로 전반사시킨다. 제3 전반사미러(54)는 광원에서 발생된 광이 평행광으로 진행될 수 있도록 반사면에 곡률을 가지는 렌즈(55)를 부착하여 제2 전반사미러(52)로부터의 광을 평행광으로 변환하여 제1 다이크로익미러(56) 쪽으로 진행시키게 된다. 제3 전반사미러(54)에 부착된 렌즈(55)의 곡률은 다음의 수학식과 같이 아크발광의 램프(40)의 위치 이동거리에 비례하는 관계를 가지게 된다.

여기서,

는 포물반사경(42)의 초점의 위치에서 아크발광 램프(40)의 이동거리, C₁은 제3 전반사미러(54)에 부착된 렌즈의 곡률상수를 나타낸다.

즉, 아크발광 램프(40)는 포물반사(42)경 초점의 위치에서

의 거리만큼 이동되기 때문에 아크발광 램프(40)에서 발생된 광은 집속되어 진행하게 되므로 광효율이 향상된다. 이러한 광원으로부터 집속된 광은 제3 전반사미러(54)에서 아크발광 램프(40)의 이동거리

에 비례하는 곡률을 가지는 렌즈를 투과함으로써 평행광으로 진행하게 된다.

제3 전반사미러(54)로부터의 광은 도시되지 않은 두 FEL 및 PBS 어래이를 투과하게 된다. PBS 어래이는 입사광을 어느 하나의 광축을 가지는 선편광, 즉 P파와 S파로 분리하고, PBS 어래이의 배면에 부분적으로 부착된 1/2파장판은 투과된 P파를 S파로 변환하게 한다. 이에 따라, PBS 어래이에 의해 입사광이 모두 한 방향의 선편광 즉, S파로 변환되어 다이크로익미러에 입사하게 된다.

도 2에 도시된 액정 프로젝터의 조명계는 다이크로익미러(56)와 적색 액정패널(62R) 사이에 배열된 제1 PBSP(60R)와, 다이크로익미러(56)와 제4 전반사 미러(58) 사이에 배열된 제2 PBSP(60G)와, 녹색 액정패널(62G)과, 다이크로익 미러(56)와 청색 액정패널(62B) 사이에 배열된 제3 PBSP(60B)와, 제1 내지 제3 PBSP(60R, 60G, 60B) 사이에 배치된 다이크로익 프리즘(64)과, 다이크로익 프리즘(64)의 광출사면에 대면되게 설치되는 투사렌즈(66)를 더 구비한다.

다이크로익미러(56)는 제3 전반사미러(54)로부터의 입사광을 파장영역에 따라 선택적으로 반사 및 투과시키는 역할을 한다. 다이크로익미러(56)는 입사광 중 적색광을 반사시킴과 아울러 적색광 보다 짧은 파장을 가지는 녹색광과 청색광을 투과시킨다. 제1 PBSP(60R)는 다이크로익미러(56)에서 반사되어 입사되는 적색광을 반사시켜 적색 액정패널(62R)에 입사시킨다. 적색 액정패널(62R)은 반사형 액정패널이므로 제1 PBSP(60R)로부터 입사된 S파의 적색광을 화상정보에 따라 P파의 적색광으로 변환시켜 제1 PBSP(60R)를 투과하여 다이크로익 프리즘(64) 쪽으로 진행하게 한다.

제2 PBSP(60G)는 다이크로익 코팅면을 구비하며, 다이크로익미러(56)를 투과한 녹색광과 청색광을 다이크로익 코팅면에 의해 녹색광은 반사하고, 청색광은 투과하게 된다. 제2 PBSP(60G)는 다이크로익 미러(56)에서 반사되어 입사되는 광 중에서 녹색광을 반사시켜 녹색 액정패널에 입사시킨다. 녹색 액정패널(62G)은 반사형 액정패널이므로 제2 PBSP(60G)로부터 입사된 S파의 녹색광을 화상정보에 따라 P 파의 녹색광으로 변환시켜 제2 PBSP(60G)를 투과하여 다이크로익 프리즘(64) 쪽으로 진행하게 한다.

제4 전반사미러(58)는 제2 PBSP(60G)으로부터 투과된 청색광을 전반사시켜 제3 PBSP로 진행하게 한다. 제3 PBSP(60B)는 제4 전반사미러(58)에서 전반사되어 입사되는 청색광을 반사시켜 청색 액정패널(62B)에 입사시킨다. 청색 액정패널(62B)은 반사형 액정패널이므로 제3 PBSP(60B)로부터 입사된 S파의 청색광을 화상정보에 따라 P파의 청색광으로 변환시켜 제3 PBSP(60B)를 투과하여 다이크로익 프리즘(64) 쪽으로 진행하게 한다.

다이크로익 프리즘(64)은 적색, 녹색 및 청색용 액정패널(62R, 62G, 62B)에서 각각 화상의 정보를 얻어 입사되는 적색광, 녹색광 및 청색광을 합성하여 출사면을 통해 투사렌즈(66)로 쪽으로 출사시키게 된다. 제1 및 제3 PBSP(60R, 60B)와 다이크로익 프리즘(64) 사이에는 제1 및 제3 PBSP(60R, 60B)로부터의 P파를 S파로 변환하기 위한 제1 및 제2 편광변환필름(도시하지 않음) 각각이 배치된다. 이에 따라, 다이크로익 프리즘(64)은 제1 및 제2 편광변환필름을 경유하여 입사되는 S파 성분의 적색광 및 청색광을 투사렌즈(66) 쪽으로 반사시킴과 아울러 제2 PBSP(60G)를 경유하여 입사되는 P파 성분의 녹색광을 투사렌즈(66) 쪽으로 투과시킴으로써 적, 녹, 청색의 화상을 합성하게 된다. 투사렌즈(66)는 다이크로익 프리즘(64)으로부터 입사되는 화상을 스크린에 확대 투사하게 된다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 액정 프로젝터의 조명계는 램프를 감싸는 형태로 위치된 포물반사경의 초점의 위치에서 소정의 거리만큼 램프가 이동되 므로 광이 집속되어 진행하게 되며, 전반사미러에 부착된 렌즈에 의해 평행광으로 진행된다. 액정 프로젝터 조명계의 포물반사경의 크기가 액정패널의 크기보다 큰 것을 감안할 때, 종래의 시스템보다 광경로를 길게 함으로써 손쉽게 광폭을 줄일 수 있으며, 광원으로부터의 광이 액정패널에 모두 입사되므로 광효율이 향상된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 프로젝터의 조명계는 광원으로부터 액정표시면까지 광경로를 길게 하여 광폭을 줄임으로써 광효율을 향상시킬 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims

광을 발생시키는 램프와,

상기 램프로부터 발생된 광을 반사시키는 포물반사경과,

상기 램프로부터 발생된 광의 광경로를 변환시키는 적어도 3개 이상의 광경로변환수단과,

상기 램프는 상기 포물반사경의 초점에서 소정의 거리만큼 벗어난 위치에 위치하여 포물반사경으로부터의 광이 집속되게 하고, 광경로변환수단으로 입사된 광을 평행광으로 변환하기 위하여 상기 광경로변환수단 중 적어도 어느 하나에 적어도 하나 이상의 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정프로젝터의 조명계.
제 1 항에 있어서,

상기 광경로변환수단 중 어느 하나에 부착된 렌즈의 곡률은 상기 포물반사경의 초점 위치에서 이동된 램프의 소정 거리에 비례하는 것을 특징으로 하는 액정프로젝터의 조명계.
제 1 항에 있어서,

상기 렌즈는 오목렌즈인 것을 특징으로 하는 액정프로젝터의 조명계.
제 1 항에 있어서,

상기 광경로변환수단은 상기 램프로부터의 발생된 광을 전반사시키는 제1 및 제2 전반사미러와,

제1 및 제2 전반사미러로부터의 입사광을 전반사시켜 출사되도록 제3 전반사미러를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정프로젝터의 조명계.