KR100975057B1

KR100975057B1 - 투사형 화상표시장치

Info

Publication number: KR100975057B1
Application number: KR1020030064581A
Authority: KR
Inventors: 이영철; 김동하; 구라토미야수노리; 문일권
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2010-08-11
Also published as: US20050063184A1; US7543945B2; KR20050028393A

Abstract

개시된 투사형 화상표시장치는, 포물면 형태의 제1반사면이 구비된 콜리메이팅부재, 제1반사면의 초점에 위치되는 소형광원, 콜리메이팅부재로부터 출사되는 광을 P편광 또는 S편광 중 어느 한 편광방향을 갖도록 변환하는 편광변환부재, 편광변환부재로부터 출사되는 광을 균일한 광강도분포를 가지는 광으로 변환하여 출사하는 인테그레이터를 구비하는 적어도 하나의 조명유닛을 포함한다. 이와 같은 구성에 의해 투사형 화상표시장치의 소형화, 장수명화가 가능하다.

Description

투사형 화상표시장치{Projection display}

도 1은 종래의 투사형 화상표시장치의 일 예를 도시한 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 투사형 화상표시장치의 일 실시예를 도시한 구성도.

도 3은 조명유닛의 일 실시예를 도시한 사시도.

도 4 내지 도 8은 콜리메이팅부재의 일 실시예들을 도시한 단면도들.

도 9는 도 6에 도시된 콜리메이팅부재의 측면을 통하여 방출되는 광의 출사각도에 대한 상대광강도분포를 시뮬레이션한 결과를 도시한 그래프.

도 10은 도 3의 H부를 상세히 도시한 수평단면도.

도 11은 편광변환부재의 다른 실시예를 도시한 수직단면도.

도 12는 편광변환부재와 인테그레이터의 조합의 다른 예를 도시한 수평 단면도.

도 13은 인테그레이터의 일 실시예를 도시한 사시도.

도 14는 조명유닛의 다른 실시예를 도시한 사시도.

도 15는 도 2의 J부를 상세히 도시한 도면.

도 16은 본 발명에 따른 투사형 화상표시장치의 다른 실시예를 도시한 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100R,100G,100B......조명유닛 110......소형광원

120......콜리메이팅부재 122......제1반사면

124......제2반사면 125......제3반사면

126......밀착면 130......변광변환부재

131......편광 빔스플리터 132......λ/2 위상지연판

140......인테그레이터 150......색합성부재

160......릴레이 광학계 162......광로변환부재

170......편광 빔스플리터 180......λ/4 위상지연판

200,200R,200G,200B......광변조소자

300......투사광학계

본 발명은 투사형 화상표시장치에 관한 것으로서, 특히 광원으로서 LED(light emitting diode) 등의 소형광원을 이용하는 투사형 화상표시장치에 관한 것이다.

도 1은 종래의 투사형 화상표시장치의 일 예를 도시한 구성도이다.

도 1을 보면, 광변조소자인 3개의 액정패널(20R, 20G, 20B)과, 이 액정패널(20R, 20G, 20B)에 광을 조사하는 조명유닛(10), 및 변조된 화상을 확대투사하는 투사렌즈(40)가 도시되어 있다.

액정패널(20R, 20G, 20B)은 칼라화상표시를 위해 적색(R:red), 녹색(G:green), 청색(B:blue)광을 각 색상의 화상데이커에 대응되도록 변조시킨다. 참조부호 30은 각각 액정패널(20R, 20G, 20B)에 의해 변조된 광들을 합성하여 투사렌즈(40)로 조사하는 색합성 프리즘을 나타낸다.

조명유닛(10)는 광원(1), 인테그레이터(integrator)(3), 컨덴서 렌즈(condenser lens)(4), 다수의 미러(5R, 5G, 5B), 및 다수의 릴레이 렌즈(7, 8)로 구성된다.

광원(1)은 메탈 할라이드 램프나 초고압 수은 램프 등을 사용하며, 평행광을 얻기 위해 포물경면을 가진 반사경(2)의 초점에 위치된다. 인테그레이터(3)는 액정패널(20R, 20G, 20B)을 균일하게 조명하기 위해 사용되는 것으로서, 일반적으로는 미소렌즈를 2차원 어레이화한 2매의 플라이아이 렌즈(fly-eye lens)를 사용한다. 인테그레이터(3)를 통과한 광은 컨덴서 렌즈(4)에 의해 집속된다. 미러(5R)(5G)(5B)는 각각 적색광, 녹색광, 청색광을 반사시키고 나머지는 투과시키는 선택적 반사미러이다. 미러(5R)(5G)(5B)를 통과하면서 광은 적색광, 녹색광, 및 청색광으로 분리되어 릴레이 렌즈(7, 8)를 통과하여 액정패널(20R, 20G, 20B)로 각각 입사된다. 액정패널(20R, 20G, 20B)은 입사된 광을 변조하여 각각 R, G, B 화상에 해당되는 원색화상을 출력한다. 각 액정패널(20R, 20G, 20B)로부터 출력되는 광은 색합성 프리즘(30)에 의해 합성되어 투사광학계(40)를 통하여 확대 투사된다.

그런데, 이러한 종래의 투사형 화상표시장치에서 광변조소자를 조명하기 위한 조명광원으로서 사용되는 램프는 그 수명이 기껏해야 수 천 시간 정도이다. 그 러므로, 가정용으로 사용되는 경우에 램프를 자주 교환하여야 하는 불편함이 있다. 또한, 광원장치가 대형화되는 문제점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 조명광원으로서 상대적으로 수명이 긴 LED등의 소형광원을 사용하고자 하는 연구가 진행되고 있다.

일본공개특허공보 특개2001-42431에는 LED를 사용하는 프로젝션 장치가 개시되어 있다. 이와 같은 투사형 화상표시장치에서는 투사렌즈(40)에 의해 유효하게 투사될 수 있는 광량을 증가시키기 위해 LED에서 방출된 광이 광변조소자로 조사되기 전에 콜리메이팅시키는 이차광학계(secondary optics)가 구비된다. LED를 조명광원으로서 사용하기 위해 이차광학계를 별도로 마련하게 되면, 투사형 화상표시장치의 조명광학계의 구성이 복잡해지고 가격이 증가하게 된다. 또한, LED는 일반적으로 메탈 할라이드 램프나 초고압 수은 램프에 비해 광량이 적다. 따라서, 투사형 화상표시장치의 조명광원으로서는 다수의 LED가 어레이화된 LED 어레이가 사용된다. LED 어레이가 사용되는 경우에도 물론 이차광학계가 필요한데, 이 경우에는 렌즈를 사용하는 광학계의 원리적인 제약에 의해 집광효율이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, LED 등의 소형광원을 사용함으로써 소형화 및 장수명화가 가능한 투사형 화상표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 투사형 화상표시장치는, 각각 적색, 녹색, 청색광을 방출하는 3개의 조명유닛, 상기 조명유닛들으로부터 입사되는 광을 화상데이터에 맞추어 변조하는 적어도 하나의 광변조소자, 상기 광변조소자로부터 출사되는 광을 확대투사하는 투사광학계를 포함하며, 상기 조명유닛은, 포물면 형태의 제1반사면이 구비된 콜리메이팅부재; 상기 제1반사면의 초점에 위치되는 소형광원; 상기 콜리메이팅부재로부터 출사되는 광을 P편광 또는 S편광 중 어느 한 편광방향을 갖도록 변환하는 편광변환부재; 상기 편광변환부재로부터 출사되는 광을 균일한 광강도분포를 가지는 광으로 변환하여 출사하는 인테그레이터;를 포함한다.

일 실시예로서, 상기 소형광원은 그 광축이 상기 제1반사면의 주축에 수직되도록 배치될 수 있다.

일 실시예로서, 상기 콜리메이팅부재는, 상기 소형광원으로부터 광이 입사되는 광창이 구비되고 상기 제1반사면과 대면되도록 위치되는 제2반사면을 더 구비할 수 있다. 상기 제2반사면은 상기 제1반사면의 주축에 대해 경사지게 마련되고, 상기 소형광원은 그 광축이 상기 주축에 대해 상기 제2반사면의 상기 주축에 대한 경사각도와 동일한 경사각도를 갖도록 설치될 수 있다. 또한, 상기 콜리메이팅부재는, 상기 광창의 가장자리에는 경사지게 마련되어 개구각보다 작은 각도로 방사되는 광을 반사시켜 상기 제1반사면으로 입사시키는 제3반사면을 더 구비할 수 있다.

일 실시예로서, 상기 인테그레이터는 각주형상의 글래스 로드 또는 내부 반사면을 갖는 중공 각주형상의 라이트 터널을 포함할 수 있다.

일 실시예로서, 상기 편광변환부재는, P파 또는 S파 중 어느 한 편광의 광 을 투과시키고 나머지는 반사시키는 편광 빔 스플리터; 상기 반사 또는 투과된 광 중 어느 한 광의 편광방향을 다른 편광방향으로 변환시키는 λ/2 위상지연판;을 포함할 수 있다.

일 실시예로서, 상기 광변조소자는 상기 3개의 조명유닛으로부터 방출되는 광을 순차적으로 변조하는 반사형 광변조소자이다. 이 때, 상기 반사형 광변조소자의 전방에는 λ/4위상지연판과 편광 빔스플리터가 차례로 마련된다. 상기 조명유닛으로부터 출사된 광은 상기 편광 빔스플리터와 λ/4위상지연판을 투과하여 상기 반사형 광변조소자에 의해 변조된 후에 다시 상기 λ/4위상지연판을 투과하여 상기 편광 빔스플리터에 의해 반사되어 상기 투사광학계로 입사된다.

상기 투사형 화상표시장치는, 상기 3개의 조명유닛으로부터 방출되는 광을 각각 변조하는 3개의 투과형 광변조소자; 상기 3개의 투과형 광변조소자로부터 출사되는 광을 합성하여 상기 투사광학계로 입사시키는 색합성부재;를 구비할 수 있다.

본 발명의 일 국면에 따른 투사형 화상표시장치는, 각각 적색, 녹색, 청색광을 방출하는 3개의 조명유닛과, 상기 조명유닛으로부터 입사되는 광을 화상데이터에 맞추어 변조하는 광변조소자와, 상기 광변조소자로부터 출사되는 광을 확대투사하는 투사광학계를 포함하며, 상기 조명유닛은, 포물면 형태의 제1반사면과, 상기 제1반사면과 대면되도록 위치되며 상기 제1반사면의 초점부근에 광이 통과될 수 있는 광창이 마련된 제2반사면을 구비하는 콜리메이팅부재; 상기 제1반사면의 초점에 위치되는 소형광원; 상기 콜리메이팅부재로부터 출사되는 광을 P편광 또는 S편 광 중 어느 한 편광방향을 갖도록 변환하는 편광변환부재; 상기 편광변환부재로부터 출사되는 광을 균일한 광강도분포를 가지는 광으로 변환하여 출사하는 각주형상의 글래스 로드;를 포함한다.

이하 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 투사형 화상표시장치의 일 실시예를 도시한 구성도이다. 도 2를 보면, 조명유닛(100), 광변조소자(200), 투사광학계(300)가 도시되어 있다. 광변조소자(200)는 조명유닛(100R,110G,110B)으로부터 입사되는 광을 화상데이터에 대응되도록 변조하여 출사하는 것이다. 본 실시예의 광변조소자(200)는 반사형 광변조소자이다. 반사형 광변조소자는 예를 들면 DMD(degital mirror device), 반사형 LCD(liquid crystal display)패널, LCOS(liquid crystal on silicon)패널 등이 있다. 투사광학계(300)는 광변조소자(200)에 의해 변조된 광을 확대투사한다. 조명유닛(100R,110G,110B)은 각각 균일한 광강도분포를 가지도록 변환된 적색(R:red), 녹색(G:green), 청색(B:blue)광을 방출한다. 참조부호 160는 각 조명유닛(100R,110G,110B)으로부터 출사되는 광을 광변조소자(200)로 입사시키는 릴레이 광학계이다. 참조부호 170과 180는 각각 편광 빔스플리터와 λ/4 위상지연판이다.

도 3은 조명유닛(100R,110G,110B)을 상세히 도시한 사시도이다. 도 3을 보면, 소형광원(110), 콜리메이팅부재(120), 편광변환부재(130), 인테그레이터(140)가 도시되어 있다.

소형광원(110)으로서는 LED(light emitting diode), 유기EL소자(organic electroluminescence), 레이저다이오드 등의 화합물 발광소자들이 사용될 수 있다. 각 조명유닛(100R,110G,110B)의 소형광원(110)은 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B)광을 방출한다.

도 4는 콜리메이팅부재의 일 실시예를 도시한 단면도이다. 도 3과 도 4를 보면, 콜리메이팅부재(120a)는 측면(121)이 개방된 부채꼴형상의 부재로서, 하측으로부터 입사되는 광을 콜리메이팅시켜 측면(121)을 통하여 방출한다. 콜리메이팅부재(120a)의 내측면에는 광을 반사시키는 제1반사면(122)이 마련된다. 제1반사면(122)은 주축(123)을 포함하는 임의의 단면형상이 포물선 형상인 포물면 형태이다. 소형광원(110)은 그 발광점이 제1반사면(122)의 초점(F) 부근에 위치되도록 배치된다. 소형광원은(110) 도 4에 도시된 바와 같이 그 광축(112)이 주축(123)과 거의 수직되도록 배치될 수 있다.

콜리메이팅부재(120a)는 제2반사면(124a)을 더 구비할 수 있다. 제2반사면(124)은 제1반사면(122)의 하방에 위치되고 광이 입사되는 광창(G)이 형성된 평면형태의 반사면이다. 일 실시예로서 제2반사면(124a)은 주축(123)과 초점(F)을 포함하는 평면일 수 있다.

또한, 콜리메이팅부재(120a)는 제3반사면(125)을 더 구비할 수 있다. 제3반사면(125)은 광창(G)의 가장자리에 경사지게 형성된다. 이 경우에 참조부호 124b로 표시된 바와 같이 제2반사면은 주축(123)으로부터 제1반사면(122)쪽으로 약간 단차지게 위치되는 것이 바람직하다.

소형광원(110)으로부터 대략 0∼180도 정도의 방사각(A)으로 방사된 광은 제1반사면(122)에 입사된다. 본 실시예에서는 설명의 편의를 위해 주축(123)을 기준으로하여 반시계방향으로 방사각(A)을 정의한다. 제1반사면(122)은 포물면이다. 따라서, 그 초점(F) 부근에 위치된 소형광원(110)으로부터 방사된 광 중에서 그 방사각(A)이 측방의 개구각(B) 보다 큰 광(L1)은 제1반사면(122)에서 반사되어 주축(123)에 평행한 광이 되어 측방으로 출사된다. 제3반사면(125)이 구비되지 은 경우에는, 소형광원(110)으로부터 방사된 광 중에서 그 방사각(A1)이 개구각(B) 보다 작은 광(L2)은 제1반사면(122)에 입사되지 않고 바로 측면(121)을 통하여 출사된다. 따라서, 콜리메이팅부재(120a)의 측면(122)을 통하여 출사되는 광은 0∼개구각(B) 범위의 출사각(C)을 갖는다. 이와 같이 콜리메이팅부재(120a)는 소형광원(110)으로부터 대략 0∼180도 정도의 방사각(A)으로 입사된 광을 0∼개구각(B) 범위의 출사각(C)을 갖도록 콜리메이팅시켜 출사시킨다.

상술한 설명은 소형광원(110)이 발광점을 갖는 점광원으로서 모든 광이 초점(F)에서 방사되는 것으로 가정한 것이다. 하지만, 엄밀하게 말하면 소형광원(110)은 점광원이 아니며 일정한 발광면적을 가지는 면광원으로서 소형광원(110)에서 방사되는 광은 초점(F) 부근에서 방사된다고 볼 수 있다. 이와 같이 엄밀하게 광을 경로를 추적해보면, 소형광원(110)으로부터 방사된 광 중의 일부는 제1반사면(122)에서 반사되어 측면(121)으로 출사되지 못하고 다시 광이 입사된 하방으로 진행될 수 있다. 제2반사면(124a, 124b)은 이러한 광을 측방으로 출사되도록 반사시킴으로써 광이용효율을 향상시킨다.

소형광원(110)으로부터 개구각(B) 보다 작은 방사각(A1)으로 출사된 광(L3)은 제3반사면(125)에서 반사되어 제1반사면(122)으로 입사된다. 이 광(L3)은 비록 제1반사면(122)의 초점(F) 부근에서 방사되었지만 제3반사면(125)에서 반사되어 제1반사면(122)으로 입사되므로 초점(F)에서 방사된 것이 아니라 제3반사면(125)과의 교점(E)에서 방사된 것으로 볼 수 있다. 그러므로 광(L3)은 제1반사면(122)에서 주축(123)에 평행하게 반사되지는 않지만 적어도 최초의 방사각(A1)보다는 작은 출사각(C1)으로 출광된다. 따라서, 제3반사면(125)을 구비하면, 콜리메이팅효율을 더 향상시킬 수 있다.

도 5는 콜리메이팅부재의 다른 실시예를 도시한 단면도이다. 도 5를 보면, 제2반사면(124a,124b)이 제1반사면(122)의 주축(123)에 대해 각도 D 만큼 경사져있다. 소형광원(110)은 그 광축(112)이 제2반사면(124a,124b)에 대해 거의 수직이 되도록 설치된다. 결과적으로 소형광원(110)의 광축(112)은 제1반사면(122)의 주축(123)에 대해 각도 D 만큼 경사지게 된다. 이와 같은 구성에 따르면 콜리메이팅부재(120b)의 개구의 크기를 줄이는 효과가 있다. 도 5를 보면, 참조부호 AP2는 콜리메이팅부재(120b)의 개구의 크기를 표시한 것이며, 참조부호 AP1은 제2반사면(124a,124b)이 주축(123)에 대해 나란한 도 4에 도시된 콜리메이팅부재(120a)의 개구의 크기를 표시한 것이다. 도 5에서 알 수 있듯이 콜리메이팅부재(120b)의 개구의 크기(AP2)가 콜리메이팅부재(120a)의 개구의 크기(AP1)보다 작다는 것은 명백하다. 이와 같이 개구의 크기를 줄이면, 다수의 콜리메이팅부재를 어레이화할 때 유리하다.

도 6과 도 7은 각각 콜리메이팅부재의 다른 실시예를 도시한 단면도이다. 도 6과 도 7에 도시된 실시예들은 콜리메이팅부재를 형성함에 있어서 투광체를 이용한 것에 그 특징이 있다.

도 6을 보면, 포물면 형태의 외주면(402)과 평면형태의 하면(404a, 404b) 및 측면(401)을 갖는 투광체(120b)가 도시되어 있다. 외주면(402)은 소형광원(110)으로부터 입사되는 광을 반사시키도록 반사처리됨으로써 제1반사면(122)과 동일한 역할을 한다. 하면(404a,404b)은 광이 입사되는 영역(406)을 제외하고 반사처리됨으로써 제2반사면(124a,124b)과 동일한 역할을 한다. 영역(406)의 가장자리에는 반사처리된 경사면(405)이 마련된다. 경사면(405)은 제3반사면(125)과 동일한 역할을 한다. 영역(406)는 광창(G)이 된다. 이와 같은 구성에 의해 투광체(120c)는 도 4에 도시된 실시예의 콜리메이팅부재(120a)와 동일한 작용을 한다.

도 7에 도시된 콜리메이팅부재(120d)는 도 5에 도시된 콜리메이팅부재(120b)를 투광체로 형성한 것이다. 이하, 도 5에 도시된 구성요소와 실질적으로 동일한 기능을 하는 구성요소는 동일한 참조부호로 표시하고 중복되는 설명은 생략한다.

도 8에 도시된 바와 같이 외주면(402)에 평면 형태의 밀착면(126)이 마련될 수 있다. 이와 같은 구성의 콜리메이팅부재(120e)에 의하면, 장방형에 가까운 조명광을 얻을 수 있는 장점이 있다. 이와 같은 밀착면(126)은 도 4 내지 도 7에 도시된 콜리메이팅부재들(120a,120b,120d)에도 적용될 수 있다.

도 9는 도 6에 도시된 콜리메이팅부재(120c)의 측면(121)을 통하여 방출되는 광의 출사각도에 대한 상대광강도분포를 시뮬레이션한 결과를 도시한 그래프로서, 광강도가 출사각 ±20도 범위 내에 집중 분포된 것을 알 수 있다. 이와 같이 소형광원(110)으로부터 방사되는 광의 방사각도를 조명할 대상면에 유효하게 입사될 수 있는 각도로 변환함으로써 광이용효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 소형광원(110)을 사용하는 조명유닛에서 별도의 이차광학계를 설치할 필요가 없어 이차광학계에 의한 광손실을 방지할 수 있고, 간단한 조명유닛의 구현이 가능하다.

도 10은 도 3의 H부를 상세히 도시한 수평단면도이다. 도 10을 보면, 콜리메이팅부재(120)로부터 출사되는 광을 P편광 또는 S편광 중 어느 한 편광방향을 갖도록 변환하는 편광변환부재(130)가 도시되어 있다. 편광변환부재(130)는 수평방향으로 배열된 다수의 편광 빔스플리터(131)와 λ/2 위상지연판(132)을 포함한다. 편광 빔스플리터(131)는 S편광을 갖는 광을 투과시키고 P편광을 갖는 광을 반사시킨다. 반사된 P편광은 인접된 다른 편광 빔스플리터(131)에서 반사되어 λ/2 위상지연판(132)을 통과하면서 S편광으로 변환된다. 따라서, 콜리메이팅부재(120)로부터 출사된 광은 편광변환부재(130)에 의해 S편광으로 변환되어 인테그레이터(140)로 입사된다. 본 실시예에서는 콜리메이팅부재(120)로부터 출사되는 광을 S편광을 갖도록 변환하는 경우에 대하여 설명하였으나, P편광을 갖는 광을 투과시키고 S편광을 갖는 광을 반사시키는 편광 빔스플리터(131)를 사용하면 P편광을 갖도록 변환하는 것도 가능하다.

도 11은 편광변환부재의 다른 실시예를 도시한 수직단면도이다. 도 11에 도시된 편광변환부재(130)는 수직방향으로 배열된 편광 빔스플리터(131)들을 구비한다. 도 12는 편광변환부재와 인테그레이터의 조합의 다른 예를 도시한 수평 단면도 이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 편광 빔스플리터(131)의 반사측(133)에 반사부재(135)와 λ/2 위상지연판(132)을 배치하고, 두 개의 인테그레이터(140)를 각각 편광 빔스플리터(131)의 투광측(134)과 λ/2 위상지연판(132)의 출측에 배치할 수도 있다.

반사형 광변조소자(200)로서 사용되는 반사형 LCD 패널과 L-COS패널은 편광특성을 가진다. 따라서, 무편광 상태의 광을 반사형 LCD 패널 또는 L-COS패널로 조명할 경우에는 특정 방향으로 편광된 광만이 유효한 조명광으로서 이용되기 때문에 광이용효율이 저하된다. 본 실시예에 따르면, 편광변환부재(130)를 이용하여 소형광원(110)으로부터 방출되는 광을 반사형 LCD 패널 또는 L-COS패널에 의해 유효하게 변조될 수 있는 편광을 가진 광으로 변환함으로써 광이용효율을 증가시킬 수 있다.

도 3을 보면, 인테그레이터(140)로서 사각단면을 가진 각주형태의 글래스 로드가 사용된다. 인테그레이터(140)의 일단부를 통하여 입사된 광은 그 내부에서 반사를 거듭하면서 타단부로 전달된다. 이 과정에서 광의 혼합이 일어나서 인테그레이터(140)로부터 출사되는 광은 그 강도분포가 균일하게 된다. 인테그레이터(140)로서 도 13에 도시된 바와 같이 내부 반사면(141)을 갖는 중공 각주형상의 라이트 터널이 사용될 수도 있다.

충분한 광량을 확보하기 위해 조명유닛(100R, 100G, 100B)은 도 14에 도시된 바와 같이 다수의 소형광원(110)과 이에 각각 대응되는 다수의 콜리메이팅부재(120)와 편광변환부재(130) 및 인테그레이터(140)를 구비하는 것이 바람직하다. 이 경우에 도 5 또는 도 7에 도시된 콜리메이팅부재(120b,120d)를 채용하면, 주어진 공간 내에 더 많은 소형광원(110), 편광변환부재(130), 인테그레이터(140)를 배치할 수 있어 밝은 조명광을 얻는데 유리하다.

조명유닛(100R, 100G, 100B)으로부터 출사된 광은 릴레이 광학계(160)를 거쳐 광변조소자(200)로 입사된다. 릴레이 광락계(160)는 조명유닛(100R, 100G, 100B)으로부터 출사되는 광을 광변조소자(200)의 개구에 맞게 축소 또는 확대하여 광변조소자(200)로 입사시킨다. 릴레이 광학계(160)는 다수의 릴레이 렌즈(161)와 광로변환부재(162)를 구비한다. 광로변환부재(162)는 입사되는 광의 파장에 따라 선택적으로 투과 또는 반사시키는 것으로서, 3개의 조명유닛(100R, 100G, 100B)으로부터 각각 출사되는 적색, 녹색, 청색광이 동일한 광경로를 따라 광변조소자(200)로 입사되도록 한다. 광로변환부재(162)로는 예를 들면 도 2에 도시된 바와 같은 X-프리즘이 사용될 수 있다.

조명유닛(100R,100B)의 출광측에는 반사부재(190)가 마련된다. 반사부재(190)는 조명유닛(100R,100B)으로부터 출사되는 광이 광로변환부재(162)로 입사되도록 안내한다. 반사부재(190)는 인테그레이터(140)와 일체로 형성될 수 있다. 그 일 예로서, 도 2에 점선으로 도시된 바와 같이 인테그레이터(140)를 구부러진 형태로 제작하고 반사부재(190)가 위치된 경사면을 반사처리한다.

도 15는 도 2의 J부를 상세히 도시한 것이다. 도 14를 보면, 광변조소자(200), 편광 빔스플리터(170), λ/4 위상지연판(180), 투사광학계(300)가 도시되어 있다. 편광 빔스플리터(170)는 P파 또는 S파 중 어느 한 광을 통과시 키고 나머지는 투과시키는 광학부재이다. 본 실시예에서는, 조명유닛(100R,100G,100B)으로부터 출사되는 광이 S편광된 상태이므로 S파를 통과시키고 P파를 반사시키는 편광 빔스플리터(170)를 채용한다. 광변조소자(200)는 편광 빔스플리터(170)의 반사측(171) 또는 투광측(172)에 설치될 수 있다. 본 실시예에서는 광변조소자(200)가 편광변환부재(170)의 투광측(172)에 설치되는 경우에 대해 설명한다. λ/4 위상지연판(180)은 광변조소자(200)와 편광 빔스플리터(170)와의 사이에 설치된다.

소형광원(110)으로부터 방출된 광은 콜리메이팅부재(120)에 의해 콜리메이팅되어 편광변환부재(130)를 통과하면서 S편광을 변환되어 인테그레이터(140)로 입사된다. 인테그레이터(140)를 통과하면서 균일한 광강도분포를 가지도록 변환된 광은 릴레이 광학계(160)를 거쳐 편광 빔스플리터(170)에 입사된다. 이 때 광은 S편광된 상태이므로 편광 빔스플리터(170)를 투과하여 λ/4 위상지연판(180)을 거쳐 광변조소자(200)에 입사된다. 광변조소자(200)는 이 광을 화상데이터에 대응되도록 변조하여 출사시킨다. 변조된 광은 λ/4 위상지연판(180)을 거쳐 다시 편광 빔스플리터(170)로 입사된다. 이 때 광은 P편광이 된다. 광은 편광 빔스플리터(170)에서 반사되어 투사광학계(300)로 입사된다. 투사광학계(300)는 광을 스크린(미도시)에 확대투사한다.

이와 같은 구성에 의해, 각 조명유닛(100R, 100G, 100B)을 순차적으로 작동시키면, 스크린에는 칼라화상이 투사된다. 이와 같은 구성에 의해, 메탈 할라이드 램프 또는 초고압수은램프와 칼라휠(미도시)을 이용하는 종래의 투사형 화상형성장 치에 비해 구성이 간단하고 소형화된 투사형 화상표시장치의 구현이 가능하다.

도 16은 본 발명에 따른 투사형 화상표시장치의 다른 실시예를 도시한 것이다. 본 실시예의 투사형 화상표시장치는 투과형 광변조소자를 채용한 것을 특징으로 한다. 이하에서, 도 2 내지 도 14에 개시된 구성요소와 실질적으로 동일한 기능을 하는 구성요소는 동일한 참조부호로 표시하고 중복되는 설명은 생략한다.

도 15를 보면, 3개의 조명유닛(100R,100G,100B), 3개의 투과형 광변조소자(200R,200G,200B), 색합성부재(150), 투사광학계(300)가 도시되어 있다. 색합성부재(150)는 3개의 투과형 광변조소자(200R,200G,200B)에 의해 각각 변조된 적색, 녹색, 청색광을 합성하여 투사광학계(300)로 입사시키는 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같은 X-프리즘이 사용될 수 있다. 3개의 조명유닛(100R,100G,100B), 3개의 투과형 광변조소자(200R,200G,200B)와의 사이에는 , 도면에 도시되지는 않았지만, 적어도 하나의 릴레이 렌즈를 포함하는 릴레이 광학계가 구비될 수 있다.

투과형 광변조소자(200R,200G,200B)로서 자주 사용되는 투과형 LCD패널은 편광특성을 가지므로, 특정 편광의 광만이 LCD패널에 의해 유효하게 변조될 수 있다. 따라서, 무편광 상태의 광을 LCD패널로 조명할 경우에는 광이용효율이 저하된다. 본 실시예에 따르면, 편광변환부재(130)를 이용하여 소형광원(110)으로부터 방출되는 광을 LCD패널에 의해 유효하게 변조될 수 있는 편광을 가진 광으로 변환함으로써 광이용효율을 증가시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 투사형 화상표시장치에 의하면, 다음과 같 은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 반사면을 이용하여 광을 콜리메이팅시키는 콜리메이팅부재를 구비함으로써 렌즈를 이용하는 종래의 집광광학계에 비해 양호한 효율로 광을 콜리메이팅시킬 수 있다.

둘째, 별도의 이차광학계를 설치할 필요가 없어 이차광학계에 의한 광손실을 방지할 수 있고, 간단하고 소형화된 조명유닛의 구현이 가능하다.

셋째, LED 등의 소형광원을 사용함으로써 광원의 장수명화가 가능하다.

넷째, 편광변환부재를 구비함으로써 광이용효율을 향성시킬 수 있다.

본 발명은 상기에 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.

Claims

각각 적색, 녹색, 청색광을 방출하는 3개의 조명유닛, 상기 조명유닛들으로부터 입사되는 광을 화상데이터에 맞추어 변조하는 적어도 하나의 광변조소자, 상기 광변조소자로부터 출사되는 광을 확대투사하는 투사광학계를 포함하며, 상기 조명유닛은,

포물면 형태의 제1반사면이 구비된 콜리메이팅부재;

상기 제1반사면의 초점에 위치되는 소형광원;

상기 콜리메이팅부재로부터 출사되는 광을 P편광 또는 S편광 중 어느 한 편 광방향을 갖도록 변환하는 편광변환부재;

상기 편광변환부재로부터 출사되는 광을 균일한 광강도분포를 가지는 광으로 변환하여 출사하는 인테그레이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
제1항에 있어서,

상기 소형광원은 그 광축이 상기 제1반사면의 주축에 수직되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
제2항에 있어서,

상기 콜리메이팅부재는, 상기 소형광원으로부터 광이 입사되는 광창이 구비되고 상기 제1반사면과 대면되도록 위치되는 제2반사면을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
제3항에 있어서,

상기 콜리메이팅부재는, 상기 광창의 가장자리에는 경사지게 마련되어 개구각보다 작은 각도로 방사되는 광을 반사시켜 상기 제1반사면으로 입사시키는 제3반사면을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
제1항에 있어서,

상기 콜리메이팅부재는, 상기 소형광원으로부터 광이 입사되는 광창이 구비되고 상기 제1반사면과 대면되도록 위치되는 제2반사면을 더 구비하며,

상기 제2반사면은 상기 제1반사면의 주축에 대해 경사지게 마련되고, 상기 소형광원은 그 광축이 상기 주축에 대해 상기 제2반사면의 상기 주축에 대한 경사각도와 동일한 경사각도를 갖도록 설치되는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
제5항에 있어서,

상기 콜리메이팅부재는, 상기 광창의 가장자리에는 경사지게 마련되어 개구각보다 작은 각도로 방사되는 광을 반사시켜 상기 제1반사면으로 입사시키는 제3반사면을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
제1항에 있어서,

상기 인테그레이터는 각주형상의 글래스 로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
제1항에 있어서,

상기 인테그레이터는 내부 반사면을 갖는 중공 각주형상의 라이트 터널을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
제1항에 있어서,

상기 편광변환부재는, P파 또는 S파 중 어느 한 편광의 광을 투과시키고 나머지는 반사시키는 편광 빔 스플리터;

상기 반사 또는 투과된 광 중 어느 한 광의 편광방향을 다른 편광방향으로 변환시키는 λ/2 위상지연판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
제1항에 있어서,

상기 광변조소자는 상기 3개의 조명유닛으로부터 방출되는 광을 순차적으로 변조하는 반사형 광변조소자인 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
제10항에 있어서,

상기 반사형 광변조소자의 전방에는 λ/4위상지연판과 편광 빔스플리터가 차례로 마련되어, 상기 조명유닛으로부터 출사된 광은 상기 편광 빔스플리터와 λ/4위상지연판을 투과하여 상기 반사형 광변조소자에 의해 변조된 후에 다시 상기 λ/4위상지연판을 투과하여 상기 편광 빔스플리터에 의해 반사되어 상기 투사광학계로 입사되는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
제1항에 있어서,

상기 3개의 조명유닛으로부터 방출되는 광을 각각 변조하는 3개의 투과형 광변조소자;

상기 3개의 투과형 광변조소자로부터 출사되는 광을 합성하여 상기 투사광학계로 입사시키는 색합성부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
각각 적색, 녹색, 청색광을 방출하는 3개의 조명유닛과, 상기 조명유닛으로부터 입사되는 광을 화상데이터에 맞추어 변조하는 광변조소자와, 상기 광변조소자로부터 출사되는 광을 확대투사하는 투사광학계를 포함하며, 상기 조명유닛은,

포물면 형태의 제1반사면과, 상기 제1반사면과 대면되도록 위치되며 상기 제1반사면의 초점부근에 광이 통과될 수 있는 광창이 마련된 제2반사면을 구비하는 콜리메이팅부재;

상기 제1반사면의 초점에 위치되는 소형광원;

상기 콜리메이팅부재로부터 출사되는 광을 P편광 또는 S편광 중 어느 한 편광방향을 갖도록 변환하는 편광변환부재;

상기 편광변환부재로부터 출사되는 광을 균일한 광강도분포를 가지는 광으로 변환하여 출사하는 각주형상의 글래스 로드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
제13항에 있어서,

상기 소형광원은 그 광축이 상기 제1반사면의 주축에 수직되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
제13항에 있어서,

상기 제2반사면은 상기 제1반사면의 주축에 대해 경사지게 마련되고, 상기 소형광원은 그 광축이 상기 주축에 대해 상기 제2반사면의 상기 주축에 대한 경사각도와 동일한 경사각도를 갖도록 설치되는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
제13항에 있어서,

상기 콜리메이팅부재는, 상기 광창의 가장자리에는 경사지게 마련되어 개구각보다 작은 각도로 방사되는 광을 반사시켜 상기 제1반사면으로 입사시키는 제3반사면을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광변조소자는 상기 3개의 조명유닛으로부터 방출되는 광을 순차적으로 변조하는 반사형 광변조소자인 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
제17항에 있어서,

상기 반사형 광변조소자의 전방에는 λ/4위상지연판과 편광 빔스플리터가 차례로 마련되어, 상기 조명유닛으로부터 출사된 광은 상기 편광 빔스플리터와 λ/4위상지연판을 투과하여 상기 반사형 광변조소자에 의해 변조된 후에 다시 상기 λ/4위상지연판을 투과하여 상기 편광 빔스플리터에 의해 반사되어 상기 투사광학계로 입사되는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.
제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 3개의 조명유닛으로부터 방출되는 광을 각각 변조하는 3개의 투과형 광변조소자;

상기 3개의 투과형 광변조소자로부터 출사되는 광을 합성하여 상기 투사광학계로 입사시키는 색합성부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치.