KR100786066B1 - 액정 프로젝터의 광학계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광효율을 향상시킬 수 있는 액정 프로젝터의 광학계에 관한 것이다.

본 발명에 따른 액정 프로젝터의 광학계는 광빔을 발생하는 광원과, 영상신호에 따라 상기 광빔의 광량을 조절하여 영상을 표시하는 액정패널과, 상기 광빔을 상기 액정패널 쪽으로 집광시키는 집광렌즈와, 상기 집광렌즈의 곡률과 상이하게 상기 집광렌즈 상에 형성되어 상기 광원으로부터 큰 입사각으로 입사되는 광을 평행광으로 변환하기 위한 보조렌즈를 구비한다.

본 발명에 의하면, 집광렌즈 중심부 입사면상에 상기 집광렌즈의 곡률보다 큰 보조렌즈를 형성하여 포물반사경에서 반사된 광 중 각도가 큰 광의 각도를 줄여 평행광으로 변화시켜 광효율을 향상시킬 수 있게 된다.

Description

액정 프로젝터의 광학계{Optical System in Liquid Crystal Projector}

도 1은 통상의 액정 프로젝터의 광학계 구성을 나타낸 도면.

도 2는 도 1에 도시된 집광렌즈에서의 광손실 현상을 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 액정 프로젝터의 광학계를 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

2 : 광원 2A, 32A : 램프

2B, 32B : 포물반사경 4,34 : 제1 플라이아이렌즈

6,36 : 제2 플라이아이렌즈 8,38 : PBS어레이

10,44 : 집광렌즈 12,42 : 액정패널

46 : 보조렌즈

본 발명은 액정 프로젝터의 광학계에 관한 것으로, 특히 광효율을 향상시킬 수 있는 액정 프로젝터의 광학계에 관한 것이다.

최근 들어, 화면크기에 제한이 있고 시스템의 크기가 큰 음극선관 디스플레이를 대체하여 두께가 얇으면서 대화면을 구현할 수 있는 평판 디스플레이로서 소화면 화상을 대형 스크린에 확대투사시키는 프로젝터가 각광 받고 있다. 프로젝터는 소화면 화상을 구현하는 디스플레이로서 음극선관 또는 LCD(Liquid Crystal Display)를 채용하고 있으나 박형화 추세에 대응하여 LCD를 사용하는 액정 프로젝터가 대두되고 있다. 액정프로젝터에는 통상 투과형 또는 반사형 LCD가 사용된다. 액정프로젝터는 소형 경량화 및 고휘도화를 기본축으로 발전하고 있고, LCD 패널은 고개구율과 고해상도를 기본 축으로 발전하고 있다. 이러한 고해상도, 소형화 및 저가격화의 액정프로젝터 흐름에 부응하기 위하여 최근에는 반사형 LCD 패널을 사용하고자 하는 추세에 있다. 액정프로젝터는 밝은 환경하에서 선명한 화면을 볼 수 없는 문제점을 많이 극복할 수 있도록 개선되어지고 있다. 예를 들면, 광원으로 사용되는 램프가 작은 발광 크기를 갖도록 개선되고 있고, 광원으로부터 발생한 광을 하나의 선편광으로 변환하는 편광 변환계와 고개율을 갖는 액정패널을 채용하여 광효율이 향상되게 하고 있다. 또한, 액정패널의 내부에 화소단위의 마이크로렌즈를 부착하여 액정패널 화소의 기하학적 개구율보다 광로가 통과하는 유효 개구율을 향상시켜 광효율이 향상되게 하고 있다. 이러한 발전에도 불구하고 프로젝터는 여전히 음극선관과 같은 선명한 화상을 제공하지 못하므로 광효율을 더욱 향상시켜야하는 과제를 안고 있다.

도 1은 종래의 액정 프로젝터의 광학계를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 액정 프로젝터 광학계는 광을 발생하는 조명계와 조명계로부터 광을 받아 영상신호에 의해 영상을 표시하는 액정패널(12)을 구비한다.

조명계는 광원(2)과 집광렌즈(10)사이의 광경로 상에 나란하게 배치된 제1 및 제2 플라이아이렌즈(Fly eye lens; 4, 6)와, 편광분리 어레이(Polarizing Beam Spriter Array; 이하 '"PBS 어레이"라 함, 8)를 구비한다. 광원(2)은 발광크기가 작은 아크발광 램프와 그 램프를 감싸는 형태로 설치된 포물반사경을 구비한다. 램프에서 아크발광으로 발생된 백색광은 포물반사경에서 전반사되어 준평행광 형태로 제1 플라이아이렌즈(4)쪽으로 진행하게 된다. 제1 및 제2 플라이아이렌즈(4, 6)는 매트릭스 형태로 배열된 다수개의 마이크로 렌즈셀들로 구성된다. 제1 플라이아이렌즈(4)는 광원(2)으로부터의 입사광을 렌즈셀 단위로 분할하여 제2 플라이아이렌즈(6)의 각 렌즈셀에 집광한다. 제2 플라이아이렌즈(6)는 제1 플라이아이렌즈(4)로부터의 입사광을 평행광으로 굴절시켜 PBS 어레이(8)로 진행되게 한다. PBS 어레이(8)는 제2 플라이아이렌즈(6)로부터의 입사광을 어느 하나의 광축을 가지는 선편광, 즉 수직선편광(이하, P편광이라 함)과 수평선편광(이하, S편광이라 함)으로 분리한다. 이러한 편광분리를 위하여 PBS 어레이(8)는 입사면 및 출사면 사이에 경사지게 형성된 편광분리면을 가지는 다수개의 PBS 프리즘들로 구성된다. 입사광은 PBS 프리즘의 경사진 편광분리면에서 P편광과 S편광으로 분리되어 S편광은 그대로 출사되는 반면에 P편광은 PBS 어레이(8)의 배면에 부분적으로 부착된 1/2파장판(도시하지 않음)에 의해 S편광으로 변환되어 출사되게 된다. 이러한, PBS 어레이(8)에 의해 입사광이 모두 하나의 선편광인 S편광으로 변환됨으로써 광 원(2)에서 출사된 대부분의 광이 선편광을 이용하는 액정패널(12)의 화상구현에 이용될 수 있게 된다. 집광렌즈(10)는 PBS 어레이(8)로부터의 S편광을 액정패널(12)에 최소의 입사각으로 집속되게 하여 광손실을 방지함과 아울러 액정패널(12)을 투과하는 광효율을 향상시키게 된다.

액정패널(12)은 조명계로부터 입사되는 광의 투과량을 영상신호에 따라 조절하여 영상을 표시하게 된다.

이러한 액정프로젝터 조명계의 집광렌즈(10)에서는 많은 양의 광이 액정디스플레이의 화상구현에 사용되지 못하고 손실된다. 이렇게 집광렌즈(10)에서 소모되는 광은 액정프로젝터에서의 광효율을 향상을 가로막는 가장 큰 요인 가운데 하나이다. 집광렌즈(10)에서 광이 손실되는 현상을 상세히 하면 도 2에 도시된 바와 같다. 도 2와 같이, 램프(2A)에서 방사되어 포물반사경(2B)에 도달한 광들은 포물반사경(2B)에서 반사되어 제1 및 제2 플라이아이렌즈(4,6)를 거쳐 준평행광형태로 집광렌즈(10)로 입사된다. 집광렌즈(10)로 입사된 유효광(L1)은 집광렌즈(10)를 통해 굴절되어 최소의 입사각으로 액정패널(10)에 집속된다. 또한, 광축을 따라 평행하게 진행하여 집광렌즈(10)의 중심부로 입사되는 유효광(L1)은 평행광으로 액정패널(12)에 입사된다.

그러나, 램프(2A)에서 방사되어 포물반사경(2B)에서 반사된 광원중에서 발산되어 큰 입사각으로 집광렌즈(10)의 중심부로 입사되는 광은 액정패널(12)에 입사되지 못한다. 이렇게 액정패널(12)에 입사되지 못하는 무효광(L2)들은 액정패널(12)의 화상구현에 이용되지 못하고 손실되어 버린다. 결과적으로, 종래 의 액정프로젝터에서는 액정패널(12)에 입사되지 못하고 손실되는 무효광(L2)들에 의해 광효율이 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 광효율을 향상시킬 수 있는 액정 프로젝터의 광학계를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 프로젝터의 광학계는 광빔을 발생하는 광원과, 영상신호에 따라 상기 광빔의 광량을 조절하여 영상을 표시하는 액정패널과, 상기 광빔을 상기 액정패널 쪽으로 집광시키는 집광렌즈와, 상기 집광렌즈의 곡률과 상이하게 상기 집광렌즈 상에 형성되어 상기 광원으로부터 큰 입사각으로 입사되는 광을 평행광으로 변환하기 위한 보조렌즈를 구비한다.

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

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예는 도 3을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 액정 프로젝터의 광학계를 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 액정 프로젝터의 광학계는 보조렌즈를 포함하는 조명계와 조명계로부터 광을 받아 영상신호에 의해 영상을 표시하는 액정패널(42)을 구비한다.

조명계는 광원과 집광렌즈(44)사이의 광경로 상에 나란하게 배치된 제1 및 제2 플라이아이렌즈(34, 36)와, PBS 어레이(38)를 구비한다. 광원은 발광크기가 작은 아크발광 램프와 그 램프를 감싸는 형태로 설치된 포물반사경을 구비한다. 램프(32A)에서 아크발광으로 발생된 백색광은 포물반사경(32B)에서 전반사되어 준평행광 형태로 제1 플라이아이렌즈(34)쪽으로 진행하게 된다. 제1 및 제2 플라이아이렌즈(34,36)는 매트릭스 형태로 배열된 다수개의 마이크로 렌즈셀들로 구성된다. 제1 플라이아이렌즈(34)는 광원으로부터의 입사광을 렌즈셀 단위로 분할하여 제2 플라이아이렌즈(36)의 각 렌즈셀에 집광한다. 제2 플라이아이렌즈(36)는 제1 플라이아이렌즈(34)로부터의 입사광을 평행광으로 굴절시켜 PBS 어레이(38)로 진행되게 한다. PBS 어레이(38)는 제2 플라이아이렌즈(36)로부터의 입사광을 어느 하나의 광축을 가지는 선편광, 즉 P편광과 S편광으로 분리한다. 이러한 편광분리를 위하여 PBS 어레이(38)는 입사면 및 출사면 사이에 경사지게 형성된 편광분리면을 가지는 다수개의 PBS 프리즘들로 구성된다. 입사광은 PBS 프리즘의 경사진 편광분리면에서 P편광과 S편광으로 분리되어 S편광은 그대로 출사되는 반면에 P편광은 PBS 어레이(38)의 배면에 부분적으로 부착된 1/2파장판(도시하지 않음)에 의해 S편광으로 변환되어 출사되게 되어 보조렌즈 및 집광렌즈(44,46)쪽으로 진행하게 된다. 보조렌즈(46)는 상기 램프(32A)와 동일한 직경으로 형성되어 집광렌즈(44)보다 더 큰 곡률을 가지며 집광렌즈(44)의 중심부에 이원화된 렌즈형태로 구성된다. 보조렌즈(46)는 램프(32A)에서 방사되어 포물반사경(32B)에 반사된 광 중에서 각도가 큰 광(L3)을 집광시킨다. 보조렌즈(46)에 집광된 광은 굴절되어 각도가 작아지게 된다. 집광렌즈(44)는 보조렌즈(46)에서 각도가 작아진 발산광을 평행광으로 굴절시켜 출사되게 한다. 보조렌즈 및 집광렌즈(44,46)는 PBS어레이(38)로부터의 S편광을 액정패널(42)에 평행광으로 집속되게 하여 광손실을 방지함과 아울러 액정패널(42)에 투과된다.

액정패널(42)은 조명계로부터 입사되는 광의 투과량을 영상신호에 따라 조절하여 영상을 표시하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 프로젝터의 광학계는 집광렌즈의 중심부 입사면 상에 상기 집광렌즈보다 큰 곡률을 갖는 보조렌즈를 형성하여 포물반사경에서 반사된 광 중 각도가 큰 광의 각도가 줄어들어 평행광으로 액정패널에 입사되므로 콘트라스트 및 광효율을 향상시킬 수 있게 된다.

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 (6)

1. 광빔을 발생하는 광원과,

   영상신호에 따라 상기 광빔의 광량을 조절하여 영상을 표시하는 액정패널과,

   상기 광빔을 상기 액정패널 쪽으로 집광시키는 집광렌즈와,

   상기 집광렌즈의 곡률과 상이하게 상기 집광렌즈 상에 형성되어 상기 광원으로부터 큰 입사각으로 입사되는 광을 평행광으로 변환하기 위한 보조렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정프로젝터의 광학계.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 보조렌즈의 곡률은 상기 집광렌즈의 곡률보다 큰 것을 특징으로 하는 액정프로젝터의 광학계.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 보조렌즈는 상기 집광렌즈의 입사면 중심부에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정프로젝터의 광학계.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 광원은 광을 발생하는 램프와,

   상기 램프로부터 입사되는 광을 상기 집광렌즈 쪽으로 반사시키기 위한 반사 경을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정프로젝터의 광학계.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 보조렌즈의 직경은 상기 램프의 직경과 동일한 것을 특징으로 하는 액정프로젝터의 광학계.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 광원은 상기 램프 및 반사경으로부터 입사되는 광을 다수의 셀 단위로 집광시키기 위한 플라이아이렌즈와,

   상기 플라이아이렌즈로부터의 광을 특정 선편광으로 변환하기 위한 편광분리어레이를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 액정프로젝터의 광학계.

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