KR101210170B1 - 프로젝션 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 프로젝션 시스템은 광원과, 상기 광원으로부터 출사된 광을 반사시키는 액정패널과, 상기 액정패널로부터 반사된 광을 스크린을 향해 확대 투사시키는 투사 렌즈와, 상기 광원으로부터 출사되는 우편광 및 좌편광 중 어느 하나의 편광 경로를 변경시키는 제1 광학부재를 포함한다.
상기와 같은 발명은 무편광 광을 그대로 사용할 수 있는 광학 부재를 구비함으로써, 광 손실에 의한 효율 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

프로젝션 시스템{PROJECTION SYSTEM}

실시예는 프로젝션 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 프로젝션 시스템은 발광장치에서 발광된 광에 화상 신호를 실어서, 스크린의 전명 또는 후면에 투사하여 그 화상을 시청하는 장치이다. 이러한 프로젝션 시스템은 동작 방식에 따라 CRT 방식, DMD(Digital Micro mirror Device) 방식, 반사형 액정패널 방식, 투과형 액정패널 방식 등이 있다.

이 중 반사형 액정패널 방식은 빛의 편광을 바꾸어 화면을 표시하기 때문에 광의 편광에 따라 작동하는 편광 빛 분리기(PBS; Polarization Beam Splitter) 소자가 사용된다.

하지만, 상기와 같은 PBS는 광의 성분 중 P파는 제거하고 S파만 통과시키기 때문에 P파 성분을 가진 광은 손실되어 전체 광 효율이 상당히 떨어지는 문제점이 발생된다.

실시예는 광 효율을 높이기 위한 프로젝션 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

일 실시예에 따른 프로젝션 시스템은 광원과, 상기 광원으로부터 출사된 광을 반사시키는 액정패널과, 상기 액정패널로부터 반사된 광을 스크린을 향해 확대 투사시키는 투사 렌즈와, 상기 광원으로부터 출사되는 우편광 및 좌편광 중 어느 하나의 편광 경로를 변경시키는 제1 광학부재를 포함한다.

실시예는 무편광 광을 그대로 사용할 수 있는 광학 부재를 구비함으로써, 광 손실에 의한 효율 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 광학계가 구비된 프로젝션 시스템을 나타낸 개략도.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 광학 부재의 광 경로를 나타낸 모식도.
도 4는 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 온 상태에서의 광 경로를 나타낸 모식도.
도 5는 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 오프 상태에서의 광 경로를 나타낸 모식도.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 변형 예를 나타낸 개략도.

실시 예의 설명에 있어서, 각 패널, 배선, 전지, 장치, 면 또는 패턴 등이 각 패턴, 배선, 전지, 면 또는 패턴 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 광학계가 구비된 프로젝션 시스템을 나타낸 개략도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 광학 부재의 광 경로를 나타낸 모식도이고, 도 4는 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 온 상태에서의 광 경로를 나타낸 모식도이고, 도 5는 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 오프 상태에서의 광 경로를 나타낸 모식도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 프로젝션 시스템은 광원(100)과, 상기 광원(100)으로부터 출사된 광을 반사시키는 액정패널(200)과, 상기 액정패널(200)로부터 반사된 광을 스크린을 향해 확대 투사시키는 투사 렌즈(300)와, 상기 광원(100)으로부터 출사되는 우원편광 및 좌원편광 중 어느 하나의 편광 경로를 변경시키는 동시에 광 특성을 변경시키는 제1 광학부재(400)를 포함한다.

광원(100)은 발광 다이오드를 사용하여 구성되며, 광원(100)으로부터 발생된 광에는 좌원편광(LCP, Left-Circular Polarization)과 우원편광(RCP, Right-Circular Polarization) 성분이 포함될 수 있다. 물론, 좌원편광 및 우원편광 이외에도 선편광(P파, S파)이 더 포함될 수 있다.

이러한 광원(100)으로는 발광 다이오드 이외에도 레이저 다이오드(LD), 형광 램프, 백열 전구, 유기화학 다이오드(OLED) 등이 사용될 수 있다.

액정패널(200)은 광원(100)의 광 경로 상에 광원(100)과 기울어지도록 배치되며 미리 입력된 화상 신호에 따라 그 동작이 온/오프(On/Off) 제어하여 화상 신호를 선택적으로 반사시키는 역할을 한다.

예컨대, 액정패널(200)이 온 상태일 경우, 우원편광이 입사되면 우원편광을 좌원편광으로 바꿔주며, 액정패널(200)에 좌원편광이 입사되면 좌원편광을 우원편광으로 바꿔준다. 이러한 액정패널(200)로서 반사형 액정 패널, 예컨대, LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 패널일 수 있다.

여기서, 광원(100)과 액정패널(200) 사이에는 광의 집속, 균일화를 위해 다수의 광학 렌즈(미도시)가 더 구비될 수 있다.

액정패널(200)의 반사면에는 투사 렌즈(300)가 배치된다. 투사 렌즈(300)는 액정패널(200)로부터 입사된 광을 스크린(미도시)을 향해 확대 투사시키며, 이로 인해 사용자는 스크린을 통해 영상을 확인할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 광학 부재(400)는 광원(100)과 액정패널(200) 사이에 구비되며, 이러한 광학 부재(400)는 우원편광 및 좌원편광 중 어느 하나의 편광의 광 경로를 변경시키는 역할을 한다. 이러한 광학 부재(400)는 플레이트 형상으로 형성될 수 있으며, 2개의 투명 기판 사이에 특정 방향으로 텍스쳐링이 수행된 기재를 삽입함으로써 구성될 수 있다.

이러한 광학 부재(400)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 특성을 가질 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광학 부재(400)는 광원(100)으로부터 출사된 광이 입사되는 면인 제1면(420)과 그 반대편 면인 제2면(440)으로 구성될 수 있다. 제1면(420)으로 입사되는 우원편광(500)은 좌원편광으로 바뀌는 동시에 입사된 광과 일정 각도를 이루어 제2면(440)으로부터 출사된다. 또한, 제1면(440)으로 입사되는 좌원편광(600)은 우원편광으로 바뀌며 광 경로 변경되지 않고 제2면(440)으로부터 그대로 출사된다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 광학 부재의 제2면(440)으로 입사되는 좌원편광(600)은 우원편광으로 바뀌는 동시에 일정 각도를 이루어 제1면(420)으로부터 출사되며, 제2면(440)으로 입사되는 우원편광(500)은 광 경로가 변경되지 않으면서 좌원편광으로 바뀌게 되어 제1면(420)으로부터 출사된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 프로젝션 시스템이 온 상태(On-State)일 경우를 살펴보면, 광학 부재의 제1면(420)으로 입사된 광 중 우원편광(500)은 좌원편광으로 변경되는 동시에 광 경로가 바뀌어 광학 부재의 제2면(440)으로 출사된다. 이어서, 액정패널(200)의 상부로 수직 입사된 좌원편광은 우원편광으로 바뀌어 광학 부재의 제2면(440)으로 재입사된다.

광학 부재의 제2면(440)으로 입사된 우원편광은 광 경로를 유지하면서 좌원편광으로 바뀌어 광학 부재의 제1면(420)으로부터 출사된다. 이어서, 광학 부재의 제1면(420)으로부터 출사된 광은 투사 렌즈(300)로 입사되어 스크린에 투사된다.

반면, 광학 부재의 제1면(420)으로 입사된 광 중 좌원편광(600)은 광 경로가 유지되면서 우원편광으로 바뀌어 광학 부재의 제2면(440)을 출사하고, 광학 부재의 제2면(440)으로부터 출사된 우원편광은 액정패널(200)로부터 반사되어 좌원편광으로 바뀌고, 좌원편광은 광학 부재의 제2면(440)으로 재입사된다.

광학 부재의 제2면(440)으로 입사된 좌원편광은 광 경로가 바뀌는 동시에 우원편광으로 바뀌게 되고, 광학 부재의 제1면(420)으로부터 출사되어 투사 렌즈(300)로 입사된다.

이로부터 본 발명의 프로젝션 시스템이 온 상태일 때는 스크린을 통해 영상을 확인할 수 있다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 프로젝션 시스템이 오프 상태(Off-State)일 경우를 살펴보면, 광원(100)으로부터 출사된 광 중 우원편광(500)은 광학 부재(400)를 통과하면서 경로가 변경된 좌원편광으로 바뀌게 되고, 좌원편광은 액정패널(200)에 반사되어 광학 부재의 제2면(440)에 입사된다.

광학 부재의 제2면(440)에 입사된 좌원편광은 경로가 변경되면서 우원편광으로 바뀌어 광학 부재의 제1면(420)으로부터 출사되고, 광학 부재의 제1면(420)으로부터 출사된 광은 광 경로가 변경된 우원편광으로 바뀌고, 우원편광은 투사 렌즈(300)를 벗어나는 각도를 가지게 되어 투사 렌즈(300)에 입사되지 못한다.

또한, 광원(100)으로부터 출사된 광 중 좌원편광(600)은 광학 부재의 제1면(420)을 통과하면서 경로가 유지된 우원편광으로 바뀌게 되고, 우원편광은 액정패널(200)에 반사되어 광학 부재의 제2면(440)에 입사한다. 광학 부재의 제2면(440)에 입사된 우원편광은 경로가 유지되면서 좌원편광으로 바뀌고, 이로부터 좌원편광은 투사 렌즈(300)를 벗어나는 각도를 가지게 되어 투사 렌즈(300)에 입사되지 못한다.

상기와 같이 프로젝션 시스템이 오프 상태일 경우, 광원(100)으로부터 출사된 우원편광(500) 및 좌원편광(600)은 투사 렌즈(300)에 입사되지 못해 스크린에는 영상이 표시되지 않는다.

상기와 같은 원리로 본 발명에 따른 프로젝션 시스템은 무편광의 광을 이용하여 화면을 구성할 수 있는 효과가 있다.

하지만, 상기와 같은 프로젝션 시스템은 광원(100)으로부터 출사되는 우원편광 또는 좌원편광 중 어느 하나의 광 경로를 변경하기 때문에 액정패널(200)의 동일한 픽셀로부터 반사될 수 있으며, 이로부터 광학 부재(400)를 통과한 광의 경로가 또 다시 변경되어 이중상이 발생되는 문제점이 발생될 수 있다.

상기와 같이, 이중상이 나타나는 것을 방지하기 위해 다음과 같이 본 발명의 프로젝션 시스템을 구성할 수 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 변형 예를 나타낸 개략도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 프로젝션 시스템은 광원(100)과, 상기 광원(100)으로부터 출사된 광을 반사시키는 액정패널(200)과, 상기 액정패널(200)로부터 반사된 광을 스크린을 향해 확대 투사시키는 투사 렌즈(300)와, 상기 광원(100)으로부터 출사되는 광 중 어느 하나의 광의 특성을 변경시키는 제1 광학부재(400)와, 상기 제1 광학부재(400)를 통과한 광의 특성을 변경시키는 제2 광학부재(700) 및 제3 광학부재(800)를 포함한다. 여기서, 광원(100), 액정패널(200), 투사 렌즈(300) 및 제1 광학부재(400)의 구성은 앞서 설명한 바와 동일하므로 그 설명은 생략한다.

제2 광학부재(700) 및 제3 광학부재(800)는 제1 광학부재(400)의 출사면과 투사 렌즈(300) 사이에 구비된다. 제2 광학부재(700) 및 제3 광학부재(800)는 제1 광학부재(400)의 특성과 동일하며, 이로부터 제1 광학부재(400)와 동일한 특성을 가질 수 있다.

제2 광학부재(700)와 제3 광학부재(800)는 일정 간격 이격 배치되며, 제2 광학부재(700)와 제3 광학부재(800) 사이의 거리(h1)는 제1 광학부재(400)와 액정패널(200) 사이의 거리(h2)와 대응되는 것이 바람직하다.

또한, 제2 광학부재의 제1면(720)은 제1 광학부재의 제1면(420)에 마주보도록 대면 배치되며, 제2 광학부재의 제2면(740)은 제3 광학부재의 제2면(840)과 마주보도록 대면 배치되는 것이 바람직하다.

이로부터 액정패널(200)이 온 상태에서 액정패널(200)의 한 픽셀(220)에서 반사된 우원편광(500) 및 좌원편광(600)은 제2 광학부재(700) 제3 광학부재(800)에 의해 하나의 광으로 합쳐져 투사 렌즈(300)가 입사하게 된다.

상기와 같은 본 발명에 따른 프로젝션 시스템은 액정패널(200)의 하나의 픽셀(220)로부터 반사됨으로써 발생되는 이중상 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 프로젝션 시스템에 구비된 제2 광학부재(700)와 제3 광학부재(800)는 제1 광학부재(400)와 투사 렌즈(300)에 사이에 구비될 수 있으며, 제2 광학부재의 제1면(720)과 제3 광학부재의 제1면(820)은 서로 마주보도록 배치된다. 여기서, 광원(100), 액정패널(200), 투사 렌즈(300) 및 제1 광학부재(400)의 구성은 앞서 설명한 바와 동일하므로 그 설명은 생략한다.

제2 광학부재(700) 및 제3 광학부재(800) 사이의 거리는 제1 광학부재(400)와 액정패널(200)의 거리와 대응되는 것이 바람직하며, 제2 광학부재의 제2면(740)은 제1 광학부재의 제1면(420)과 마주보도록 대면 배치된다.

또한, 제2 광학부재의 제1면(720)은 제2 광학부재(700)의 상부에 구비된 제3 광학부재의 제1면(820)과 마주보도록 배치되며, 이로 인해 제3 광학부재의 제2면(840)은 투사 렌즈(300)를 향해 배치될 수 있다.

광원(100)으로부터 출사된 우원편광(500)은 제1 광학부재(400)를 통과하면서 좌원편광으로 바뀌는 동시에 광 경로가 바뀌어 액정패널(200)의 특정 픽셀(220)에 반사되고, 액정패널(220)로부터 반사된 광은 다시 우원편광으로 바뀌어 제1 광학부재(400)에 재입사된다.

제1 광학부재의 제2면(440)에 입사된 우원편광은 광 경로를 유지하면서 좌원편광으로 바뀌게 되고, 좌원편광은 제2 광학부재(700)를 통해 광 경로가 바뀌면서 우원편광으로 바뀌게 되어 제3 광학부재의 제1면(820)에 입사된다. 제3 광학부재(800)를 통과한 광은 다시 광 경로가 바뀌면서 좌원편광으로 바뀌고, 좌원편광은 투사 렌즈(300)에 입사하게 된다.

상기와 같은 경로로 광원(100)으로부터 출사된 좌원편광(600)은 제1 광학부재(400), 액정패널(200), 제2 광학부재(700) 및 제3 광학부재(800)를 거치면서 광원(100)으로부터 출사된 우원편광(500)과 합쳐져 투사 렌즈(300)에 입사하게 된다.

상기와 같은 구성은 광원(100)으로부터 출사된 우원편광(500) 및 좌원편광(600)이 투사 렌즈(300)에 도달할 때까지의 거리가 동일하기 때문에 용이하게 초점을 맞출 수 있는 효과를 가진다.

상기에서는 제1 광학부재(400), 제2 광학부재(700), 제3 광학부재(800)를 원편광을 중심으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않으며 선편광을 이용할 수 있으며, 선편광을 이용하여도 광학부재의 특성이 변하지 않으므로 본 발명에 따른 프로젝션 시스템을 용이하게 구성할 수 있다.

또한, 상기에서는 광학 부재를 거치면서 우원편광이 좌원편광으로 특성이 바뀌도록 구성하였지만, 이에 한정되지 않고, 광 경로는 바뀌면서 편광 특성은 그대로 유지되도록 하여 본 발명에 따른 프로젝션 시스템을 구현할 수도 있다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 광원 200: 액정패널
300: 투사 렌즈 400: 제1 광학부재
500: 우원편광 600: 좌원편광
700: 제2 광학부재 800: 제3 광학부재

Claims (8)

1. 광원;
   상기 광원으로부터 출사된 광을 반사시키는 액정패널;
   상기 액정패널로부터 반사된 광을 스크린을 향해 확대 투사시키는 투사 렌즈; 및
   상기 광원으로부터 출사되는 우편광 및 좌편광 중 어느 하나의 편광 경로를 변경시키는 제1 광학부재를 포함하며, 상기 1 광학부재는 입사되는 우편광의 경로를 변경하는 제1면과, 입사되는 좌편광의 경로를 변경하는 제2면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1면으로 입사되는 우편광은 좌편광으로 바뀌는 동시에 입사된 광과 미리 정한 각도를 이루어 제2면으로부터 출사되며, 상기 제1면으로 입사되는 좌편광은 우편광으로 바뀌며 광 경로 변경되지 않고 제2면으로부터 출사되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2면으로 입사되는 좌편광은 우편광으로 바뀌는 동시에 미리 정한 각도를 이루어 제1면으로부터 출사되며, 제2면으로 입사되는 우편광은 광 경로가 변경되지 않으면서 좌편광으로 바뀌게 되어 제1면으로부터 출사되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 광학부재는 입사되는 우편광의 경로를 변경하는 제1면과, 입사되는 좌편광의 경로를 변경하는 제2면으로 이루어지고, 제2면은 액정패널을 향해 배치된 프로젝션 시스템.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제1 광학부재와 투사 렌즈계 사이에는 제2 광학부재 및 제3 광학부재가 더 구비되는 프로젝션 시스템.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제2 광학부재의 제2면은 제1 광학부재의 제1면과 대면하도록 배치되고, 제2 광학부재의 제1면은 제3 광학부재의 제1면과 대면하도록 배치되는 프로젝션 시스템.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 제2 광학부재와 제3 광학부재 사이의 거리는 상기 제1 광학부재와 액정패널 사이의 거리와 같게 구성되는 프로젝션 시스템.
   
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 우편광 및 좌편광은 원 편광 또는 선 편광인 프로젝션 시스템.

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