KR101498055B1 - 액정 프로젝터 - Google Patents

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KR101498055B1
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권순형
강호중
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엘지전자 주식회사
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Abstract

광효율을 향상시킬 수 있는 액정 프로젝터에 관한 것으로, 광을 발생하는 광원과, 광원으로부터 입사되는 광을 좌회전 원편광과 우회전 원편광으로 분리하는 제 1 편광 회절 격자 소자와, 입사되는 좌회전 원편광을 우회전 원편광으로 변환하고, 우회전 원편광을 좌회전 원편광으로 변환하는 제 2 편광 회절 격자 소자와, 제 1, 제 2 편광 회절 격자 소자 사이에 위치하고, 외부의 전기적 신호에 따라, 제 1 편광 회절 격자 소자로부터 입사되는 원편광을 변환없이 투과시키거나 또는 입사되는 원편광의 회전 방향을 반대 방향으로 변환시켜 제 2 편광 회절 격자 소자로 출사하는 액정 디스플레이 패널과, 제 2 편광 회절 격자 소자로부터 입사되는 광을 외부 스크린에 투사하는 투사렌즈를 포함하여 구성될 수 있다.
원편광, 편광, 회절, 격자, 투사렌즈, 광효율

Description

액정 프로젝터{LCD projector}
본 발명은 프로젝터에 관한 것으로, 특히 광효율을 향상시킬 수 있는 액정 프로젝터에 관한 것이다.
최근 프로젝터라고 불리는 화상투사장치가 널리 보급됨에 따라서, 다양한 종류의 제품이 개발 및 시판되고 있다.
이러한 화상투사장치는 밝기를 강조하는 형태의 개발과 소형/경량화를 강조하는 형태의 개발로 발전되고 있다.
일반적으로, 프로젝터는 디스플레이 디바이스에 따라서, LCD(Liquid Crystal Display)를 사용하는 프로젝터, MEMS(Microelectromechanical Systems)의 일종인 DMD(Digital Micromirror Display)를 사용하는 프로젝터, 고해상도에서 반사형 LCD인 LCoS(Liquid Crystal on Silicon)를 사용하는 프로젝터, 스캐너를 사용하는 스캔 주사 방식의 프로젝터 등으로 나뉠 수 있다.
이 중에서, LCD 프로젝터는 LCD가 1개인 단판식 프로젝터와 적색용 LCD, 녹색용 LCD, 청색용 LCD로서 3개의 LCD를 갖는 3판식 프로젝터로 구분되기도 한다.
일반적으로 단판식 프로젝터는 램프와 투사렌즈 사이에, 콘덴싱렌즈, 제 1 편광판, LCD 패널, 제 2 편광판이 배치된다.
단판식 프로젝터는 램프에 의해 발생된 백색광을 콘덴싱 렌즈에 의해 제 1 편광판에 집속하고, 제 1 편광판에 의해 입사광 중 선편광만을 투과시키고, LCD 패널 및 제 2 편광판에 의해 투과된 선편광을 그에 직교하는 선편광으로 변환하여 투사렌즈를 통해 스크린에 확대 투사한다.
그리고, 3판식 프로젝터는 다이크로익 미러를 사용하여 램프에 의해 발생된 백색광을 적색광, 녹색광, 청색광으로 분리하고, 분리된 광을 편광판에 의해 특정 광축방향으로 진행되는 선편광들만 투과시켜, 해당하는 LCD 패널로 입사시킨 다음, 다이크로익 프리즘에 의해 각 LCD 패널을 투과한 광들을 합성하여 투사렌즈를 통해 스크린에 확대 투사한다.
이와 같이, 프로젝터의 광학계에 사용되는 편광판은 입사광 중에서 특정 광축방향으로 진행되는 선편광만을 투과시키고, 다른 광축방향으로 진행되는 선편광들을 흡수하게 된다.
여기서, 편광판에 의해 흡수되는 광은 입사광 중 약 60% 정도를 차지하는데, 이러한 현상은 프로젝터의 광효율 저하 및 온도 증가에 의한 신뢰성 문제의 원인이 될 수도 있다.
따라서, 향후 편광판에 의한 광 손실을 줄여 광효율을 향상시키고 온도 증가를 줄일 수 있는 프로젝터의 광학 시스템이 개발되어야 할 것이다.
본 발명은 편광판 대신에 편광 회절 격자 소자를 사용하여, 광 손실 없이도 영상을 디스플레이시킴으로써, 광효율 향상 및 온도 증가를 줄일 수 있는 액정 프로젝터를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 액정 프로젝터는, 광을 발생하는 광원과, 광원으로부터 입사되는 광을 좌회전 원편광과 우회전 원편광으로 분리하는 제 1 편광 회절 격자 소자와, 입사되는 좌회전 원편광을 우회전 원편광으로 변환하고, 우회전 원편광을 좌회전 원편광으로 변환하는 제 2 편광 회절 격자 소자와, 제 1, 제 2 편광 회절 격자 소자 사이에 위치하고, 외부의 전기적 신호에 따라, 제 1 편광 회절 격자 소자로부터 입사되는 원편광을 변환없이 투과시키거나 또는 입사되는 원편광의 회전 방향을 반대 방향으로 변환시켜 제 2 편광 회절 격자 소자로 출사하는 액정 디스플레이 패널과, 제 2 편광 회절 격자 소자로부터 입사되는 광을 외부 스크린에 투사하는 투사렌즈를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 제 1, 제 2 편광 회절 격자 소자는, 투명 기판과, 투명 기판 위에 형성되고, 투명 기판 표면에 대해 수직 방향과 수평 방향을 따라 회전하도록 배향되는 액정 분자들을 갖는 액정층으로 구성될 수 있다.
그리고, 액정 디스플레이 패널은 외부의 전기적 신호가 인가되지 않으면, 제 1 편광 회절 격자 소자로부터 입사되는 원편광의 회전 방향을 반대 방향으로 변환시키도록 액정 분자를 배열하고, 외부의 전기적 신호가 인가되면, 제 1 편광 회절 격자 소자로부터 입사되는 원편광을 변환없이 투과시키도록 액정 분자를 배열할 수 있다.
다음, 광원과 제 1 편광 회절 격자 소자 사이에는 광원으로부터 발생된 광을 제 1 편광 회절 격자 소자로 균일하게 전달하는 광 인터그레이터(light integrator)가 배치되거나 또는 광원으로부터 발생된 광을 제 1 편광 회절 격자 소자로 집속하는 적어도 하나의 광학 렌즈가 배치될 수도 있다.
또한, 제 2 편광 회절 격자 소자와 투사 렌즈 사이에는 특정 파장의 광만을 투과시키는 다이크로익 미러(dichroic mirror) 또는 다이크로익 프리즘(dichroic prism)을 배치될 수 있다.
여기서, 다이크로익 프리즘의 상부면과 하부면 중 적어도 어느 한 면 위에는 광을 흡수하는 블랙층이 형성되거나 또는 광을 굴절시키는 고굴절 유리판과 광을 흡수하는 블랙층이 순차적으로 적층되어 형성될 수도 있다.
그리고, 다이크로익 미러는 액정 디스플레이 패널과 투사렌즈 사이의 광축 선과, 다이크로익 미러의 표면에 대해 수직한 선 사이의 각이 10 - 45도가 되도록 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 액정 프로젝터는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 편광판 대신에 편광 회절 격자 소자를 사용하여, 광 손실 없이도 영상을 디스플레이시킴으로써, 광효율 향상 및 온도 증가를 줄일 수 있는 있다.
또한, 본 발명은 편광 회절 격자 소자, 액정 디스플레이 패널, 다이크로익 프리즘 등 광학 소자들 사이의 거리를 최소화하여 배치할 수 있으므로, 광학계의 크기를 줄일 수 있어 프로젝터를 소형화할 수 있다.
그리고, 본 발명은 장수명, 색 재현성, 순간 점멸 및 친환경성이 우수한 발광다이오드 광원을 사용함으로써, 광효율 향상을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 영상의 휘도를 증가시킬 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
본 발명은 액정 디스플레이 패널의 양측에 배치되었던 기존의 편광판 대신에 편광 회절 격자 소자를 각각 배치함으로써, 광 손실 없이 영상을 디스플레이할 수 있어 광효율면이나 휘도면에서 매우 우수하다.
본 발명에서 사용되는 편광 회절 격자 소자는 나선 형태로 액정분자들이 배향된 구조로 이루어짐으로써, 편광되지 않은 광을 서로 반대 방향으로 회절되는 2개의 원편광으로 분리하는 역할을 수행한다.
도 1은 본 발명에 따른 편광 회절 격자 소자를 보여주는 단면도로서, 본 발명의 편광 회절 격자 소자(30)는 투명 기판(10)과 투명 기판(10) 위에 형성되는 액 정층(20)으로 구성될 수 있다.
경우에 따라, 투명 기판(10)과 액정층(20) 사이에 접착 성능을 향상시키기 위해, 버퍼층이 더 형성될 수도 있다.
여기서, 액정층(20)은 투명 기판(10) 표면에 대해 수직 방향과 수평 방향을 따라 회전하도록 배향되는 액정 분자들을 포함한다.
즉, 투명 기판(10) 표면에 대해 수직 방향으로 배열되는 액정 분자들은 수직 방향을 따라 수평 회전되도록 배향되고, 투명 기판(10) 표면에 대해 수평 방향으로 배열되는 액정 분자들은 수평 방향을 따라 수직 회전되도록 배향된다.
이와 같이 배향된 액정층을 갖는 편광 회절 격자 소자는 다음과 같이 2가지의 특성을 가지고 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 편광 회절 격자 소자를 투과하는 광의 회절 특성을 보여주는 도면으로서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 편광되지 않는 비편광의 광이 편광 회절 격자 소자(30)에 입사되면, 비편광의 광은 편광 회절 격자 소자(30)를 투과하면서 좌회전 원편광과 우회전 원편광으로 분리된다.
또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 좌회전 원편광이 편광 회절 격자 소자(30)에 입사되면, 좌회전 원편광은 편광 회절 격자 소자(30)를 투과하면서 우회전 원편광으로 변환하고, 우회전 원편광이 편광 회절 격자 소자(30)에 입사되면, 우회전 원편광은 편광 회절 격자 소자(30)를 투과하면서 좌회전 원편광으로 변환한다.
본 발명은 상기와 같이 특성을 갖는 편광 회절 격자 소자(30)를 액정 디스플레이 패널 양측에 배치하여, 광 손실 없이 영상을 디스플레이할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 편광 회절 격자 소자를 이용한 본 발명의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 액정 디스플레이 패널(50)에 전기적 신호를 인가하지 않은 경우, 진행되는 광의 특성을 설명하기 위한 도면이고, 도 3b는 액정 디스플레이 패널(50)에 전기적 신호를 인가한 경우, 진행되는 광의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 액정 디스플레이 패널(50)의 일측에는 제 1 편광 회절 격자 소자(30a)가 배치되고, 액정 디스플레이 패널(50)의 타측에는 제 2 편광 회절 격자 소자(30b)가 배치된다.
여기서, 제 1, 제 2 편광 회절 격자 소자(30a, 30b)는 액정 디스플레이 패널(50)의 표면에 부착될 수도 있고, 액정 디스플레이 패널(50)로부터 소정 간격 떨어져 배치될 수도 있다.
이때, 제 1, 제 2 편광 회절 격자 소자(30a, 30b)가 액정 디스플레이 패널(50)로부터 소정 간격 떨어져 배치되는 경우, 제 1 편광 회절 격자 소자(30a)와 액정 디스플레이 패널(50)의 간격은, 제 1 편광 회절 격자 소자(30a)를 투과한 원편광이 액정 디스플레이 패널(50)을 벗어나지 않는 범위 내에서 결정될 수 있고, 제 2 편광 회절 격자 소자(30b)와 액정 디스플레이 패널(50)의 간격은, 액정 디스플레이 패널(50)을 투과한 원편광이 제 2 편광 회절 격자 소자(30b)를 벗어나지 않는 범위 내에서 결정되는 것이 바람직하다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 액정 디스플레이 패널(50)에 전기적 신호를 인가하지 않은 경우, 광원으로부터 발생된 비편광의 광은 제 1 편광 회절 격자 소자(30a)를 투과하면서 좌회전 원편광과 우회전 원편광으로 분리된다.
여기서, 두 개의 원편광은 서로 반대 방향으로 회절되므로, 두 원편광의 광축은 서로 소정의 각을 가지고 퍼져 출사된다.
다음, 액정 디스플레이 패널(50)은 입사되는 원편광의 회전 방향을 반대 방향으로 변환시켜 제 2 편광 회절 격자 소자(30b)로 출사한다.
즉, 좌회전 원편광이 액정 디스플레이 패널(50)에 입사되면, 좌회전 원편광은 액정 디스플레이 패널(50)을 투과하면서 우회전 원편광으로 변환되고, 우회전 원편광이 액정 디스플레이 패널(50)에 입사되면, 우회전 원편광은 액정 디스플레이 패널(50)을 투과하면서 좌회전 원편광으로 변환된다.
그 이유는 액정 디스플레이 패널(50)이 외부로부터 전기적 신호를 인가받지 않았을 때, 제 1 편광 회절 격자 소자(30a)로부터 입사되는 원편광의 회전 방향을 반대 방향으로 변환시키도록 액정 분자를 배열하기 때문이다.
즉, 도 3a의 액정 디스플레이 패널(50)은 반파장판의 역할을 수행하고 있는 것이다.
이어, 제 2 편광 회절 격자 소자(30b)은 액정 디스플레이 패널(50)로부터 입사되는 좌회전 원편광을 우회전 원편광으로 변환하고, 우회전 원편광을 좌회전 원편광으로 변환한다.
따라서, 제 2 편광 회절 격자 소자(30b)를 투과한 2개의 원편광은 제 1 편광 회절 격자 소자(30a)과 액정 디스플레이 패널(50)을 투과하면서 회절각이 커지게 된다.
즉, 제 2 편광 회절 격자 소자(30b)를 투과한 좌회전 원편광의 광축과 우회전 원편광의 광축 사이의 각은 제 1 편광 회절 격자 소자(30a)를 투과한 좌회전 원편광의 광축과 우회전 원편광의 광축 사이의 각보다 더 크게 회절되어 퍼짐으로써, 투사렌즈로 입사되지 않는다.
따라서, 액정 디스플레이 패널에 전기적 신호가 인가되지 않았을 때, 투사렌즈에는 광이 입사되지 않으므로, 스크린에는 블랙 영상이 구현된다.
다음, 도 3b에 도시된 바와 같이, 액정 디스플레이 패널(50)에 전기적 신호를 인가하는 경우, 광원으로부터 발생된 비편광의 광은 제 1 편광 회절 격자 소자(30a)를 투과하면서 좌회전 원편광과 우회전 원편광으로 분리된다.
여기서, 두 개의 원편광은 서로 반대 방향으로 회절되므로, 두 원편광의 광축은 서로 소정의 각을 가지고 퍼져 출사된다.
다음, 액정 디스플레이 패널(50)은 제 1 편광 회절 격자 소자(30a)로부터 입사되는 원편광을 변환없이 그대로 투과시켜 제 2 편광 회절 격자 소자(30b)로 출사한다.
즉, 좌회전 원편광이 액정 디스플레이 패널(50)에 입사되면, 좌회전 원편광은 액정 디스플레이 패널(50)을 투과하면서 변환없이 좌회전 원편광을 그대로 유지하고, 우회전 원편광이 액정 디스플레이 패널(50)에 입사되면, 우회전 원편광은 액정 디스플레이 패널(50)을 투과하면서 우회전 원편광을 그대로 유지한다.
그 이유는 액정 디스플레이 패널(50)이 외부로부터 전기적 신호를 인가받았을 때, 제 1 편광 회절 격자 소자(30a)로부터 입사되는 원편광을 변환없이 투과시 키도록 액정 분자를 배열하기 때문이다.
이어, 제 2 편광 회절 격자 소자(30b)은 액정 디스플레이 패널(50)로부터 입사되는 좌회전 원편광을 우회전 원편광으로 변환하고, 우회전 원편광을 좌회전 원편광으로 변환한다.
따라서, 제 2 편광 회절 격자 소자(30b)를 투과한 2개의 원편광은 제 2 편광 회절 격자 소자(30b)의 바깥쪽으로 회절되지 않고, 그의 반대 방향인 제 2 편광 회절 격자 소자(30b)의 중심쪽으로 회절되면서 투사렌즈로 입사하게 된다.
결국, 액정 디스플레이 패널에 전기적 신호가 인가되었을 때, 투사렌즈에는 광이 입사되므로, 스크린에는 화이트 영상이 구현된다.
한편, 경우에 따라서, 액정 디스플레이 패널은 액정의 배열에 따라서, 상기 설명한 동작과 반대로 동작이 수행될 수도 있다.
예를 들면, 액정 디스플레이 패널(50)에 전기적 신호를 인가하지 않은 경우, 액정 디스플레이 패널(50)은 제 1 편광 회절 격자 소자(30a)로부터 입사되는 원편광을 변환없이 투과시킬 수도 있다.
즉, 좌회전 원편광이 액정 디스플레이 패널(50)에 입사되면, 좌회전 원편광은 액정 디스플레이 패널(50)을 투과하면서 변환없이 좌회전 원편광을 그대로 유지하고, 우회전 원편광이 액정 디스플레이 패널(50)에 입사되면, 우회전 원편광은 액정 디스플레이 패널(50)을 투과하면서 우회전 원편광을 그대로 유지할 수도 있다.
그 이유는 액정 디스플레이 패널(50)이 외부로부터 전기적 신호를 인가받지 않았을 때, 제 1 편광 회절 격자 소자(30a)로부터 입사되는 원편광을 변환없이 투 과시키도록 액정 분자를 배열하기 때문이다.
또한, 액정 디스플레이 패널(50)에 전기적 신호를 인가할 경우, 액정 디스플레이 패널(50)은 입사되는 원편광의 회전 방향을 반대 방향으로 변환시켜 제 2 편광 회절 격자 소자(30b)로 출사할 수도 있다.
즉, 좌회전 원편광이 액정 디스플레이 패널(50)에 입사되면, 좌회전 원편광은 액정 디스플레이 패널(50)을 투과하면서 우회전 원편광으로 변환되고, 우회전 원편광이 액정 디스플레이 패널(50)에 입사되면, 우회전 원편광은 액정 디스플레이 패널(50)을 투과하면서 좌회전 원편광으로 변환될 수 있다.
그 이유는 액정 디스플레이 패널(50)이 외부로부터 전기적 신호를 인가받았을 때, 제 1 편광 회절 격자 소자(30a)로부터 입사되는 원편광의 회전 방향을 반대 방향으로 변환시키도록 액정 분자를 배열하기 때문이다.
이와 같이, 본 발명은 액정 디스플레이 패널의 양측에 배치되었던 기존의 편광판 대신에 편광 회절 격자 소자를 각각 배치하고, 액정 디스플레이 패널에 인가되는 전기적 신호에 따라, 제 1 편광 회절 격자 소자로부터 입사되는 원편광을 변환없이 투과시키거나 또는 입사되는 원편광의 회전 방향을 반대 방향으로 변환시켜 제 2 편광 회절 격자 소자로 출사함으로써, 광 손실 없이도 영상을 디스플레이할 수 있어 광효율면이나 휘도면에서 매우 우수하다.
도 4는 본 발명 제 1 실시예에 따른 액정 프로젝터의 광학계를 보여주는 도면으로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1, 제 2, 제 3 광원(80a, 80b, 80c), 광 인터그레이터(light integrator)(70), 제 1, 제 2 편광 회절 격자 소자(30a, 30b), 제 1, 제 2, 제 3 액정 디스플레이 패널(50a, 50b, 50c), 다이크로익 프리즘(dichroic prism)(60), 투사렌즈(90)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 제 1 광원(80a)은 적색광을 발생하는 광원이고, 제 2 광원(80b)은 녹색광을 발생하는 광원이며, 제 3 광원(80c)은 청색광을 발생하는 광원이다.
제 1, 제 2, 제 3 광원(80a, 80b, 80c)은 발광 다이오드 광원을 사용하는 바람직하며, 경우에 따라 다른 종류의 광원을 사용할 수도 있다.
발광 다이오드 광원을 사용하는 것이 바람직한 이유는, 장수명, 색 재현성, 순간 점멸이 우수할 뿐만 아니라, 수은이 없기 때문에 친환경성에 적합하기 때문이다.
그리고, 제 1, 제 2, 제 3 광원(80a, 80b, 80c)과 제 1 편광 회절 격자 소자(30a) 사이에는 제 1, 제 2, 제 3 광원(80a, 80b, 80c)으로부터 발생된 광을 제 1 편광 회절 격자 소자(30a)로 균일하게 전달하는 광 인터그레이터(70)가 배치된다.
여기서, 광 인터그레이터(70)는, 육면체를 갖는 다각형 형상으로서, 광원에서 발생된 광을 내부 전반사 또는 내부 반사를 통해 광의 각도와 조도를 균일하게 출사하는 역할을 수행할 수 있다.
다음, 제 1 편광 회절 격자 소자(30a)는 입사되는 광을 좌회전 원편광과 우회전 원편광으로 분리하여 제 1, 제 2, 제 3 액정 디스플레이 패널(50a, 50b, 50c)로 출사한다.
여기서, 제 1 액정 디스플레이 패널(50a)은 적색용 액정 디스플레이 패널이 고, 제 2 액정 디스플레이 패널(50b)은 녹색용 액정 디스플레이 패널이며, 제 3 액정 디스플레이 패널(50c)은 청색용 액정 디스플레이 패널이다.
이어, 제 1, 제 2, 제 3 액정 디스플레이 패널(50a, 50b, 50c)은 제 1, 제 2 편광 회절 격자 소자(30a, 30b) 사이에 위치하고, 외부의 전기적 신호에 따라, 제 1 편광 회절 격자 소자(30a)로부터 입사되는 원편광을 변환없이 투과시키거나 또는 입사되는 원편광의 회전 방향을 반대 방향으로 변환시켜 제 2 편광 회절 격자 소자(30b)로 출사하는 역할을 수행한다.
여기서, 제 1, 제 2, 제 3 액정 디스플레이 패널(50a, 50b, 50c)은 외부의 전기적 신호가 인가되지 않는 오프(off) 상태이면, 제 1 편광 회절 격자 소자(30a)로부터 입사되는 원편광의 회전 방향을 반대 방향으로 변환시키도록 액정 분자를 배열하고, 외부의 전기적 신호가 인가되는 온(on) 상태이면, 제 1 편광 회절 격자 소자(30a)로부터 입사되는 원편광을 변환없이 투과시키도록 액정 분자를 배열할 수 있다.
그리고, 제 2 편광 회절 격자 소자(30b)는 입사되는 좌회전 원편광을 우회전 원편광으로 변환하고, 우회전 원편광을 좌회전 원편광으로 변환한다.
여기서, 제 1, 제 2 편광 회절 격자 소자(30a, 30b)는 제 1, 제 2, 제 3 액정 디스플레이 패널(50a, 50b, 50c)의 표면에 각각 부착될 수도 있고, 제 1, 제 2, 제 3 액정 디스플레이 패널(50a, 50b, 50c)로부터 소정 간격 떨어져 배치될 수도 있다.
이때, 제 1 편광 회절 격자 소자(30a)와 제 1, 제 2, 제 3 액정 디스플레이 패널(50a, 50b, 50c)의 간격은, 제 1 편광 회절 격자 소자(30a)를 투과한 원편광이 제 1, 제 2, 제 3 액정 디스플레이 패널(50a, 50b, 50c)을 벗어나지 않는 범위 내에서 결정된다.
그리고, 제 2 편광 회절 격자 소자(30b)와 제 1, 제 2, 제 3 액정 디스플레이 패널(50a, 50b, 50c)의 간격은, 제 1, 제 2, 제 3 액정 디스플레이 패널(50a, 50b, 50c)을 투과한 원편광이 제 2 편광 회절 격자 소자(30b)를 벗어나지 않는 범위 내에서 결정되는 것이 바람직하다.
다음, 다이크로익 프리즘(60)은 제 2 편광 회절 격자 소자(30b)로부터 회절된 적색, 녹색, 청색 광들을 합성한다.
여기서, 액정 디스플레이 패널(50)이 오프(off) 상태일 때, 제 2 편광 회절 격자 소자(30b)를 투과한 광이 다이크로익 프리즘(60)의 상/하부 영역에 닿을 수 있는데, 이 경우, 다이크로익 프리즘(60)의 상/하부 영역에 닿은 광은 다시 반사됨으로써, 노이즈(noise)로 작용할 수 있다.
그 이유는 제 2 편광 회절 격자 소자(30b)를 투과한 광이 회절되어 상/하부로 퍼지기 때문에 다이크로익 프리즘(60)의 상/하부 영역에 닿을 수 있다.
따라서, 다이크로익 프리즘(60)의 상부면과 하부면 사이의 최대 길이는 액정 디스플레이 패널(50)이 오프 상태일 때, 제 2 편광 회절 격자 소자(30b)에 의해, 회절되는 원편광이 다이크로익 프리즘의 상/하부면에 닿지 않는 범위 내에서 결정되는 것이 바람직하다.
다른 실시예로서, 다이크로익 프리즘(60)의 상/하부면에 광을 흡수하는 블랙 층을 형성하거나, 또는 광을 굴절시키는 고굴절 유리판과 블랙층을 적층하여 형성할 수도 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에서 사용되는 다이크로익 프리즘의 실시예를 보여주는 도면으로서, 도 6a는 다이크로익 프리즘(60)의 상부면과 하부면 중 적어도 어느 한 면 위에는 광을 흡수하는 블랙층(110)이 형성된 것이고, 도 6b는 다이크로익 프리즘(60)의 상부면과 하부면 중 적어도 어느 한 면 위에는 광을 굴절시키는 고굴절 유리판(120)과 광을 흡수하는 블랙층(110)이 순차적으로 적층되어 형성된 구조이다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 다이크로익 프리즘(60)의 상/하부면에 형성된 블랙층과, 고굴절 유리에 의해 입사되는 광을 흡수함으로써, 액정 디스플레이 패널(50)이 오프 상태일 때, 노이즈 없이 블랙 영상을 구현할 수 있다.
이와 같이, 다이크로익 프리즘(60)에 의해, 합성된 광은 투사렌즈(90)에 의해 외부 스크린에 투사되어 영상을 디스플레이할 수 있다.
도 5는 본 발명 제 2 실시예에 따른 액정 프로젝터의 광학계를 보여주는 도면으로서, 도 5의 제 2 실시예는 도 4의 제 1 실시예에서 광 인터그레이터 대신에, 적어도 하나의 광학 렌즈들을 사용한 점에서 차이가 있고, 나머지 구성은 도 4의 제 1 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제 1, 제 2, 제 3 광원(80a, 80b, 80c)과 제 1 편광 회절 격자 소자(30a) 사이에는 제 1, 제 2, 제 3 광원(80a, 80b, 80c)으로부터 발생된 광을 제 1 편광 회절 격자 소자(30a)로 집속하는 제 1, 제 2 광학 렌 즈(100a, 100b)가 배치될 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명 제 3 실시예에 따른 액정 프로젝터의 광학계를 보여주는 도면으로서, 도 7의 제 3 실시예는 도 4의 제 1 실시예에서 다이크로익 프리즘 대신에, 적어도 하나의 다이크로익 미러(dichroic mirror)들을 사용한 점에서 차이가 있고, 나머지 구성은 도 4의 제 1 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제 2 편광 회절 격자 소자(30b)와 투사렌즈(90) 사이에는 제 1, 제 2 다이크로익 미러(130, 150)가 광축 선상에서 순차적으로 배치되어 있다.
여기서, 제 1 다이크로익 미러(130)는 적색광을 반사하고, 녹색광만을 투과하며, 제 2 다이크로익 미러(150)는 청색광을 반사하고, 적색 및 녹색광을 투과한다.
이때, 제 1, 제 2 다이크로익 미러(130, 150)의 배치 방향은 액정 디스플레이 패널(50)과 투사렌즈(90) 사이의 광축 선상에 서로 평행하지 않고 교차되도록 위치하고 있다.
그 이유는 고해상도의 영상을 디스플레이할 때, 다이크로익 미러의 미러면이 기울어져서 배치되므로, 기울어진 미러면에 의해 비점수차가 발생될 수 있지만, 두개의 다이크로익 미러들을 서로 평행하지 않고 교차되도록 배치함으로써, 비점수차를 상쇄시킬 수 있어 투사렌즈의 성능 저하를 방지할 수 있기 때문이다.
또한, 제 1, 제 2 다이크로익 미러(130, 150)는 액정 디스플레이 패널(50)과 투사렌즈(90) 사이의 광축 선과, 각 다이크로익 미러의 표면에 대해 수직한 선 사이의 각이 약 10 - 45도로 기울어지도록 배치되는 것이 바람직하다.
여기서, 액정 디스플레이 패널과 투사렌즈 사이의 광축 선과, 다이크로익 미러의 표면에 대해 수직한 선 사이의 각이 약 10도 이하이면, 광의 손실이 발생되어 광효율이 저하되고, 액정 디스플레이 패널과 투사렌즈 사이의 광축 선과, 다이크로익 미러의 표면에 대해 수직한 선 사이의 각이 약 45도 이상이면, 다이크로익 미러의 기능을 수행할 수 없기 때문이다.
이와 같이, 본 발명 제 3 실시예에서, 다이크로익 미러를 사용하는 이유는 다이크로익 프리즘에서 나타날 수 있는 블랙 노이즈로부터 자유롭기 때문이다.
상기에 설명한 바와 같이, 본 발명은 편광판 대신에 편광 회절 격자 소자를 사용하여, 광 손실 없이도 영상을 디스플레이시킴으로써, 광효율 향상 및 온도 증가를 줄일 수 있는 있다.
또한, 본 발명은 편광 회절 격자 소자, 액정 디스플레이 패널, 다이크로익 프리즘 등 광학 소자들 사이의 거리를 최소화하여 배치할 수 있으므로, 광학계의 크기를 줄일 수 있어 프로젝터를 소형화할 수 있다.
그리고, 본 발명은 장수명, 색 재현성, 순간 점멸 및 친환경성이 우수한 발광다이오드 광원을 사용함으로써, 광효율 향상을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 영상의 휘도를 증가시킬 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 편광 회절 격자 소자를 보여주는 단면도
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 편광 회절 격자 소자를 투과하는 광의 회절 특성을 보여주는 도면
도 3a 및 도 3b는 편광 회절 격자 소자를 이용한 본 발명의 동작 원리를 설명하기 위한 도면
도 4는 본 발명 제 1 실시예에 따른 액정 프로젝터의 광학계를 보여주는 도면
도 5는 본 발명 제 2 실시예에 따른 액정 프로젝터의 광학계를 보여주는 도면
도 6a 및 도 6b는 본 발명에서 사용되는 다이크로익 프리즘의 실시예를 보여주는 도면
도 7은 본 발명 제 3 실시예에 따른 액정 프로젝터의 광학계를 보여주는 도면

Claims (15)

  1. 광을 발생하는 광원;
    상기 광원으로부터 입사되는 광을 좌회전 원편광과 우회전 원편광으로 분리하는 제 1 편광 회절 격자 소자;
    상기 입사되는 좌회전 원편광을 우회전 원편광으로 변환하고, 상기 우회전 원편광을 좌회전 원편광으로 변환하는 제 2 편광 회절 격자 소자;
    상기 제 1, 제 2 편광 회절 격자 소자 사이에 위치하고, 외부의 전기적 신호에 따라, 상기 제 1 편광 회절 격자 소자로부터 입사되는 원편광을 변환없이 투과시키거나 또는 입사되는 원편광의 회전 방향을 반대 방향으로 변환시켜 상기 제 2 편광 회절 격자 소자로 출사하는 액정 디스플레이 패널; 및
    상기 제 2 편광 회절 격자 소자로부터 입사되는 광을 외부 스크린에 투사하는 투사렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 편광 회절 격자 소자는,
    투명 기판; 및
    상기 투명 기판 위에 형성되고, 상기 투명 기판 표면에 대해, 수직 방향을 따라 회전하도록 배향되는 액정분자들과, 수평 방향을 따라 회전하도록 배향되는 액정 분자들을 갖는 액정층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 편광 회절 격자 소자는 상기 액정 디스플레이 패널의 표면에 부착되는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 편광 회절 격자 소자는 상기 액정 디스플레이 패널로부터 소정 간격 떨어져 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 편광 회절 격자 소자와 액정 디스플레이 패널의 간격은, 상기 제 1 편광 회절 격자 소자를 투과한 원편광이 상기 액정 디스플레이 패널을 벗어나지 않는 범위 내에서 결정되고, 상기 제 2 편광 회절 격자 소자와 액정 디스플레이 패널의 간격은, 상기 액정 디스플레이 패널을 투과한 원편광이 상기 제 2 편광 회절 격자 소자를 벗어나지 않는 범위 내에서 결정되는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 디스플레이 패널은 외부의 전기적 신호가 인가되지 않으면, 상기 제 1 편광 회절 격자 소자로부터 입사되는 원편광의 회전 방향을 반대 방향으로 변환시키도록 액정 분자를 배열하고, 상기 외부의 전기적 신호가 인가되면, 상기 제 1 편광 회절 격자 소자로부터 입사되는 원편광을 변환없이 투과시키도록 액정 분자를 배열하는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원과 제 1 편광 회절 격자 소자 사이에는 상기 광원으로부터 발생된 광을 상기 제 1 편광 회절 격자 소자로 균일하게 전달하는 광 인터그레이터(light integrator)가 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원과 제 1 편광 회절 격자 소자 사이에는 상기 광원으로부터 발생된 광을 상기 제 1 편광 회절 격자 소자로 집속하는 적어도 하나의 광학 렌즈가 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 편광 회절 격자 소자와 투사 렌즈 사이에는 특정 파장의 광만을 투과시키는 다이크로익 미러(dichroic mirror) 또는 다이크로익 프리즘(dichroic prism)을 배치하는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 다이크로익 프리즘의 상부면과 하부면 사이의 최대 길이는 상기 액정 디스플레이 패널이 입사되는 원편광의 회전 방향을 반대 방향으로 변환시킬 때, 상기 제 2 편광 회절 격자 소자에 의해, 회절되는 원편광이 상기 다이크로익 프리즘의 상/하부면에 닿지 않는 범위 내에서 결정되는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 다이크로익 프리즘의 상부면과 하부면 중 적어도 어느 한 면 위에는 광을 흡수하는 블랙층이 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 다이크로익 프리즘의 상부면과 하부면 중 적어도 어느 한 면 위에는 광을 굴절시키는 고굴절 유리판과 상기 광을 흡수하는 블랙층이 순차적으로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 다이크로익 미러는 2개의 다이크로익 미러로 구성되고, 상기 2개의 다이크로익 미러의 배치 방향은 상기 액정 디스플레이 패널과 투사렌즈 사이의 광축 선상에 서로 평행하지 않고 교차되도록 위치하는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 다이크로익 미러는 상기 액정 디스플레이 패널과 투사렌즈 사이의 광축 선과, 상기 다이크로익 미러의 표면에 대해 수직한 선 사이의 각이 10 - 45도인 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터.
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