KR19980039526A - 광 투영 방법 및 이를 수행하기 위한 고휘도 액정 프로젝터 - Google Patents

Abstract

광 투영 방법 및 이를 수행하기 위한 고휘도 액정 프로젝터가 개시되어 있다. 액정 프로젝터는 광선을 방출하기 위한 광원, 상기 광선을 S-편광과 P-편광으로 분리시키는 편광 빔 스플리터, 광원의 앞에 배치되며 편광의 위상을 지연시켜서 위상차가 1/4 파장이 되게 하는 λ/4 판, 편광 빔 스플리터에 의해 분리된 두 개의 편광 중에서 사용되지 않는 편광을 재사용하기 위하여 상기 편광을 반사시켜 λ/4판으로 입사시키기 위한 미러, 광원의 후면에 위치하며 λ/4 판을 통과한 편광을 반사시켜 λ/4 판으로 역 입사시키기 위한 반사기, 및 화소들이 매트릭스 형태로 배열되며 편광 빔 스플리터로 부터 입사되는 편광을 화상으로 광 변조시키기 위한 액정판을 포함한다. 편광 빔 스플리터와 λ/4 판에 의해 S-편광과 P-편광을 모두 사용할 수 있으므로, 광 효율을 크게 증대시킬 수 있다.

Description

광 투영 방법 및 이를 수행하기 위한 고휘도 액정 프로젝터

본 발명은 광 투영 방법 및 액정 프로젝터(Liquid crystal display projector)에 관한 것으로, 특히 광 효율을 향상시켜 밝은 실내에서도 방영이 가능하도록 광 투영 방법 및 이를 수행하기 위한 고휘도 액정 프로젝터에 관한 것이다.

일반적으로, 광학 에너지(Optical energy)를 스크린 상에 투영하기 위한 장치인 공간적인 광 변조기(Spatial light modulator)는 광 통신, 화상 처리, 및 정보 디스플레이 장치와 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 통상적으로 이러한 장치들은 광학 에너지를 스크린 상에 표시하는 방법에 따라 직시형 화상 표시 장치(Direct-view image display device)와 투사형 화상 표시 장치(Projection-type image display device)로 구분된다.

직시형 화상 표시 장치의 예로서는 CRT(Cathode Ray Tube)를 들 수 있는데, 이러한 CRT 장치는 소위 브라운관으로 불리는 것으로서 화질은 우수하나 화면의 대형화에 따라 그 중량과 용적이 증가하여 제조 비용이 상승하게 되는 문제가 있다.

투사형 화상 표시 장치로는 액정 표시 장치(이하 LCD라 칭함), 디포머블 미러 어레이(Deformable Mirror Device; 이하 DMD라 칭함), 및 액튜에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Array; 이하 AMA라 칭함)를 들 수 있다. 이러한 투사형 화상 표시 장치는 다시 그들의 광학적 특성에 따라 2개의 그룹으로 나뉠 수 있다. 즉, LCD와 같은 장치는 전송 광 변조기(Transmissive spatial light modulators)로 분류될 수 있는데 반하여, DMD 및 AMA는 반사 광 변조기(Reflective spatial light modulators)로 분류될 수 있다.

LCD 장치는 빛의 투과도를 전기적으로 제어할 수 있는 액정을 사용하는 표시 장치로서, 이러한 LCD를 사용하는 프로젝터 (이하, 액정 프로젝터라 칭함)는 광학적 구조가 매우 간단하므로 CRT 프로젝터에 비해 경박단소화시킬 수 있다. 또한, 대화면, 고화질을 얻을 수 있기 때문에 고품위 텔레비젼(HDTV) 및 비디오 컨퍼런스용 표시 장치로서 널리 사용되고 있다.

액정 프로젝터에 사용되는 액정판(liquid crystal panel)은 통상적으로 매트릭스형 액정판으로 알려져 있는데, 화소들이 서로에 대해 수직인 두 방향으로 매트릭스 형태로 배열되어 있으며 구동 전압에 의해 개별적으로 구동됨으로써 액정의 광학 특성을 변화시킨다. 구동 전압은 간단한 매트릭스 시스템에 의해 개개의 화소들에 인가될 수 있으며, 또한 MIM (metal-insulating metal)과 같은 비선형 2단자 소자 또는 TFT (박막 트랜지스터)와 같은 3단자 스위칭 소자가 각 화소에 대해 배치되어 있는 액티브 매트릭스 시스템에 의해 교호적으로 각 화소들에 인가될 수 있다.

이러한 액티브 매트릭스 시스템에서는 화소들이 최소 피치(Pitch)로 배열되어야 하는데, 이에 따라 전체 면적에 대해 화소들이 차지하는 유효 구멍(Opening)의 비 (이하, 개구율(Aperture ratio)이라 칭함) 가 감소된다. 액정판의 투과율은 편광기의 효율과 각 화소의 개구율에 의해 결정된다. 따라서, 상기 개구율을 증가시키기 위하여, 각각의 화소에 대응하여 표시 소자의 광 입사면 또는 광 입사면과 출구면 상에 마이크로렌즈 어레이(Microlens array)를 배치하는 방법이 주로 사용되고 있다. 예를 들면, (Hirishi Nakanishi et al.에 허여된) 미합중국 특허 제5,150,138호에는 LCD를 이용한 투사형 화상 표시 장치에서 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 화소 단위로 광을 집중시키는 방법이 개시되어 있다. 이러한 마이크로렌즈 어레이는 화소들 간의 피치와 동일한 피치로 배열되는 다중 렌즈 요소들을 포함하는데, 광 입사면 상에 배치된 렌즈 요소들을 통해 각 화소에 빛이 포커싱된다.

도 1은 종래의 액정 프로젝터의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 액정 프로젝터(10)는 색 광선(Colored light; L)을 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(24)와 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B)에 대한 각각의 제1, 제2 및 제3 액정판(20a, 20b, 20c)을 구비한다. 상기 제1, 제2 및 제3 액정판(20a, 20b, 20c)은 인가되는 화상 신호에 따라 그 투과율이 변하게 되어 적색, 녹색 및 청색 광들을 투과시키거나 차단시킨다. 투과된 광들은 프로젝션 렌즈(24)에 의해 세 개의 색 광선들을 포함하는 광선(L)으로 투사된다.

또한, 종래의 액정 프로젝터(10)는 광선을 방출하기 위한 램프(12), 마이크로렌즈 어레이(14), 제1 및 제2 다이크로익 미러(Dichroic mirror)(16a, 16b), 제1, 제2 및 제3 반사경(17a, 17b, 17c), 제1 및 제2 콘덴서 렌즈(18a, 18b), 및 다이크로익 프리즘(Dichroic prism)(22)을 구비한다.

액정 프로젝터(10)에 통상적으로 사용되는 광원은 할로겐 금속 램프(Metal halide lamp)(12)이다. 마이크로렌즈 어레이(14)는 제1, 제2 및 제3 액정판(20a, 20b, 20c)의 화소들 간의 피치와 동일한 피치로 배열되는 다중 렌즈 요소들로 이루어지며, 광 입사면 상에 배치된 렌즈 요소들을 통해 각 화소에 빛을 포커싱하는 역할을 한다.

제1 및 제2 다이크로익 미러(16a, 16b)는 할로겐 금속 램프(12)로 부터 방사된 백색광을 3원색 광, 즉 적색광, 녹색광 및 청색광으로 분리하는 역할을 한다. 상기 제1 및 제2 다이크로익 미러(16a, 16b)는 굴절률이 다른 물질의 많은 박층으로 이루어지는 반사경으로, 어떤 색의 빛은 반사하고 다른 색의 빛은 모두 투과하는 성질을 가지고 있다.

다이크로익 프리즘(22)은 적색광만을 반사시키고 다른 광들은 투과시키는 다이크로익 미러와 척색광만을 반사시키고 다른 광들은 투과시키는 다이크로익 미러가 X 자 형태로 이루어진 것이다. 따라서, 프리즘의 서로 수직인 세 면으로 입사되어지는 적색광 및 청색광은 반사시키고 녹색광은 그대로 투과시킴으로써, 세 개의 색 광선들을 합성하여 프로젝션 렌즈(24)로 입사시킨다.

종래의 액정 프로젝터(10)의 작동 원리를 간단히 설명하면 다음과 같다.

할로겐 금속 램프(12)로 부터 백색광이 방사된 후, 이 백색광은 마이크로렌즈 어레이(14)에 의해 포커싱되어 제1 다이크로익 미러(16a)로 조사된다. 백색광 중에서, 녹색광(G) 및 청색광(B)은 제1 다이크로익 미러(16a)를 통과하는 반면, 적색광(R)은 제1 다이크로익 미러(16a)에 의해 반사된다. 적색광(R)은 반사경(17a)에 의해 반사된 후, R-액정판인 제1 액정판(20a)의 투과율이 변함에 따라 상기 제1 액정판(20a)을 통과한다. 이어서, 상기 적색광(R)은 다이크로익 프리즘(22)으로 들어가고, 다이크로익 프리즘(22) 내의 적색광만을 반사시키는 다이크로익 미러에 의해 반사된다. 이렇게 반사된 적색광(R)은 프로젝션 렌즈(24)로 들어가게 된다.

한편, 다이크로익 미러(16a)에 의해 투과된 녹색광(G) 및 청색광(B)은, 다이크로익 미러(16b)에 의해 녹색광(G)이 반사되고 청색광(B)은 투과된다. 상기 녹색광(G)은 G-액정판의 투과율이 변함에 따라 상기 G-액정판인 제2 액정판(20b)을 통과한다. 제2 액정판(20b)을 통과한 녹색광(G)은 다이크로익 프리즘(22)으로 들어가고, 다이크로익 프리즘(22)을 그대로 투과하여 프로젝션 렌즈(24)로 들어가게 된다.

제2 다이크로익 미러(16b)를 투과한 청색광(B)은 콘덴서 렌즈(18a)를 통과한 후, 반사경(17b)에 의해 반사되어 콘덴서 렌즈(18b)로 입사된다. 상기 콘덴서 렌즈(18b)를 통과한 청색광(B)은 반사경(17c)에 의해 반사된 후, B-액정판인 제3 액정판(20c)의 투과율이 변함에 따라 상기 제3 액정판(20c)을 통과한다. 상기 제3 액정판(20c)을 통과한 청색광(B)은 다이크로익 프리즘(22)으로 들어간 후, 다이크로익 프리즘(22) 내의 청색광만을 반사시키는 다이크로익 미러에 의해 반사된다. 이렇게 반사된 청색광(B)은 프로젝션 렌즈(24)로 들어가게 된다.

이러한 방식에 의하여, 다이크로익 프리즘(22)은 세 개의 광선들 (적색, 녹색, 및 청색 광선들)을 합성시키고, 프로젝션 렌즈(24)는 합성된 광선(L)을 스크린(도시되지 않음) 상에 투사한다.

도 2A 및 2B는 도 1에 도시된 종래의 액정 프로젝터에 사용되는 액정판의 구조 및 작동원리를 설명하기 위한 개략도들이다.

도 2A 및 2B를 참조하면, 액정판(20)은 일정 간격으로 떨어져 있는 편광기와 검광기, 및 상기 편광기와 검광기 사이의 갭에 주입되는 액정으로 이루어진다. 상기 액정으로는 트위스트 네마틱(Twisted nematic; 이하, TN이라 칭함) 액정이 주로 사용되며, 상기 편광기와 검광기의 각 투과축은 서로에 대해 직각이다.

액정판(20)의 작동원리를 살펴보면, 전압을 인가하지 않을 경우 도 2A에 도시된 바와 같이, 편광기를 투과한 입사광은 TN 액정에 의해 90°회전된 선형 편광 (위상차가 mπ)으로 검광기를 투과한다. 반면에, 액정판(20)에 전압을 인가하는 경우에는, 도 2B에 도시된 바와 같이, TN 액정의 유전 이방성으로 인해 전기장 방향으로 똑바로 서게 되어 편광기를 투과한 입사광이 선형 편광되지 못한다. 검광기의 투과축은 편광기의 투과축에 대해 직각이기 때문에, 편광기를 투과한 입사광은 검광기에 의해 완전히 막혀서 투과되지 못한다.

일반적으로 입사광은 편광되지 않은 광이지만, 편광기를 통과하면서 편광되어진다. 편광된 빛은 크게 P-편광과 S-편광으로 구성되는데, P-편광은 경계면에 수직이고 입사파의 파수 벡터에 의하여 정의되는 입사 평면 내에 편광된 파의 성분을 의미하며, S-편광은 입사 평면에 수직으로 편광된 파의 성분을 의미한다. 상기 액정판(20)에 전압을 인가하지 않을 경우, 도 2A에 도시된 바와 같이 편광기의 편광 방향이 P-편광 방향일 때에는 S-편광은 편광기로 부터 흡수되는 반면 P-편광은 편광기를 투과한다. 투과된 P-편광은 TN 액정에 의해 90°회전되어 S-편광으로 바뀌면서 검광기를 투과한다.

전술한 바와 같이 종래의 액정 프로젝터에서는, 액정판의 편광기에 의해 하나의 편광 성분, 즉 S-편광 또는 P-편광만이 투과되어 프로젝션 렌즈(24)에 의해 투사된다. 일반적으로, 액정 프로젝터의 광 효율(Light utilization efficiency)은 광 콜리메이션 광학계(Light collimation optics)와 액정판에 의해 주로 영향받는다. 상술한 바와 같은 종래의 액정 프로젝터에서는, 액정판의 편광기에 의해 항상 하나의 편광 성분, 즉 S-편광 또는 P-편광이 손실되므로 광 효율이 현저히 떨어지게 된다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 제1의 목적은 두 개의 편광 성분들을 모두 이용함으로써 광 효율을 증가시켜서 밝은 실내에서도 방영이 가능하도록 한 광 투영 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 제2의 목적은 상기한 방법을 수행하기에 특히 적합한 고휘도 액정 프로젝터를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 액정 프로젝터의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 2A 및 2B는 도 1에 도시된 액정 프로젝터에 사용되는 액정판의 구조 및 작동원리를 설명하기 위한 개략도들이다.

도 3는 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 프로젝터의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 4는 도 3에 도시된 액정 프로젝터에서 편광 빔 스플리터와 λ/4 판에 의한 S-편광 및 P-편광의 전파 경로를 설명하기 위한 개략도이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 100 ... 액정 프로젝터 12, 102 ... 램프

103 ... λ/4 판 14, 104 ... 마이크로렌즈 어레이

16a, 16b ... 다이크로익 미러 17a, 17b, 17c, 107 ... 반사경

106a, 106b, 106c ... 미러 18a, 18b, 108a, 108b ... 콘덴서 렌즈

109a, 109b ... 다이크로익 필터 105 ... 반사기

20a, 20b, 20c, 110a, 110b, 110c... 액정판

113a, 113b, 113c ... 편광 빔 스플리터

22, 112 ... 다이크로익 프리즘 24, 114 ... 프로젝션 렌즈

상기한 제1의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

광원에 의해 광선을 형성하는 단계;

상기 광선을 편광 빔 스플리터에 조사하여 S-편광과 P-편광으로 분리시키는 단계;

상기 편광 빔 스플리터로 부터 액정판에 입사된 편광을 화상으로 광 변조시키는 단계;

상기 편광 빔 스플리터에 의해 분리된 두 개의 편광 중에서 사용되지 않는 편광을 미러에 의해 반사시켜 상기 광원의 앞에 위치한 λ/4 판에 입사시키는 단계;

상기 λ/4 판에 의해 위상차가 1/4 파장으로 바뀐 편광을 상기 광원의 후면에 위치한 반사기에 의해 반사시키는 단계; 및

상기 반사기로 부터 반사된 편광을 상기 λ/4 판으로 역 입사시켜서, 상기 미러로 부터 λ/4 판으로 입사된 편광에 대해 위상차가 90°로 되게 하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 광 투영 방법을 제공한다.

상기한 본 발명의 제2의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

광선을 방출하기 위한 광원;

상기 광선을 S-편광과 P-편광으로 분리시키는 편광 빔 스플리터(Polarizing beam splitter);

상기 광원의 앞에 배치되며, 상기 편광의 위상을 지연시켜서 위상차가 1/4 파장이 되게 하는 λ/4 판;

상기 편광 빔 스플리터에 의해 분리된 두 개의 편광 중에서 사용되지 않는 편광을 재사용하기 위하여, 상기 편광을 반사시켜 상기 λ/4판으로 입사시키기 위한 미러;

상기 광원의 후면에 위치하며, 상기 λ/4 판을 통과한 편광을 반사시켜서 상기 λ/4 판으로 역 입사시키기 위한 반사기(Reflector); 및

화소들이 매트릭스 형태로 배열되며, 상기 편광 빔 스플리터로 부터 입사되는 편광을 화상으로 광 변조시키기 위한 액정판을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터를 제공한다.

본 발명에 의하면, 광원으로 부터 방출된 광선을 다이크로익 필터(Dichroic filter)와 같은 색 분해 수단에 의해 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리시킨 후, 편광 빔 스플리터를 이용하여 각각의 색 광선을 S-편광과 P-편광으로 분리시킨다. 상기 편광 빔 스플리터는 P-편광을 투과시키고 S-편광은 반사시키므로, 편광 빔 스플리터로 부터 액정판에 입사되는 각 색 광선의 편광은 각 색 광선에 대응되는 액정판을 통과하여 다이크로익 프리즘에 의해 합성된 후, 프로젝션 렌즈에 의해 스크린 상에 투사된다.

반면에, 상기 편광 빔 스플리터에 의해 분리된 두 개의 편광 중에서 사용되지 않는 편광 (즉, 액정판에 입사되지 않는 편광)은 미러에 의해 반사되어 광원의 앞에 위치한 λ/4 판으로 입사된다. 상기 편광은 λ/4 판에 의해 위상차가 1/4 파장으로 바뀐 다음에, 광원의 후면에 위치한 반사기에 의해 반사되어 다시 λ/4 판으로 역 입사된다. 그 결과, 상기 편광은 미러로 부터 λ/4 판으로 입사된 편광에 대해 위상차가 90°로 변하고, 상술한 단계를 다시 거쳐 편광 빔 스플리터에 의해 액정판으로 입사되어 재사용된다.

따라서, 본 발명에 의한 액정 프로젝터에 의하면, 두 개의 편광 성분, 즉 S-편광과 P-편광을 모두 사용할 수 있으므로 광 효율을 크게 증대시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

도 3는 본 발명에 의한 액정 프로젝터의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 액정 프로젝터(100)는 색 광선(L)을 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(114) 및 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B)에 대한 각각의 제1, 제2 및 제3 액정판(110a, 110b, 110c)을 구비한다. 상기 제1, 제2 및 제3 액정판(110a, 110b, 110c)은 인가되는 화상 신호에 따라 그 투과율이 변하게 되어 적색, 녹색 및 청색 광들을 투과시키거나 차단시킨다. 투과된 광들은 프로젝션 렌즈(114)에 의해 세 개의 색 광선들을 포함하는 광선(L)으로 투사된다.

또한, 본 발명의 액정 프로젝터(100)는 광선을 방출하기 위한 램프(102), 반사기(105), λ/4 판(103), 마이크로렌즈 어레이(104), 제1 및 제2 다이크로익 필터(109a, 109b), 제1, 제2 및 제3 미러(106a, 106b, 106c), 반사경(107), 제1 및 제2 콘덴서 렌즈(108a, 108b), 다이크로익 프리즘(112), 및 제1, 제2 및 제3 편광 빔 스플리터(113a, 113b, 113c)를 구비한다.

액정 프로젝터(100)에 통상적으로 사용되는 광원은 할로겐 금속 램프(102)이다. 마이크로렌즈 어레이(104)는 제1, 제2 및 제3 액정판(110a, 110b, 110c)의 화소들 간의 피치와 동일한 피치로 배열되는 다중 렌즈 요소들로 이루어지며, 광 입사면 상에 배치된 렌즈 요소들을 통해 각 화소에 빛을 포커싱하는 역할을 한다.

제1 및 제2 다이크로익 필터(109a, 109b)는 할로겐 금속 램프(102)로 부터 방사되어 마이크로렌즈 어레이(104)를 통과한 백색광을 3원색 광, 즉 적색광, 녹색광 및 청색광으로 분리하는 역할을 한다. 상기 제1 및 제2 다이크로익 필터(109a, 109b)는 빛을 파장에 의해서 선택적으로 통과시키는 광 필터이다.

제1, 제2 및 제3 편광 빔 스플리터(113a, 113b, 113c)는 편광기와 빔 스플리터의 역할을 동시에 수행할 수 있게 제작된 것으로, 직각 프리즘의 빗면에 다중 박막 코팅하여 접착제로 부착한 것이다. 상기 편광 빔 스플리터에 편광되지 않은 단색광을 입사시키면 직진 방향과 직각 방향으로 편광된 광이 나오게 되는데, 입사 평면에 직각으로 된 전기장 벡터인 S-편광은 직각 방향으로 나오고 입사 평면과 나란한 전기장 벡터인 P-편광은 투과된다. 본 발명은 제1, 제2 및 제3 편광 빔 스플리터(113a, 113b, 113c)를 이용하여 입사광을 편광시키기 때문에, 제1, 제2 및 제3 액정판(110a, 110b, 110c)은 편광기 없이 액정과 검광기 만으로 구성된다.

λ/4 판(103)은 편광 상태의 광을 위상차가 90°가 되도록 반전시키는 역할을 한다. 예를 들어, 선형 편광된 광이 λ/4 판(103)을 나오게 되면, λ/4 판(103)의 굴절률 이방성으로 인하여 좌원 또는 우원 편광된 광이 된다.

제1, 제2 및 제3 미러(106a, 106b, 106c)는 제1, 제2 및 제3 편광 빔 스플리터(113a, 113b, 113c)에 의해 분리된 S-편광과 P-편광 중에서 제1, 제2 및 제3 액정판(110a, 110b, 110c)에 입사되지 않는 편광을 재사용하기 위하여 상기 편광을 반사시켜 λ/4 판(103)으로 입사시키는 역할을 한다.

상기 램프(102)의 후면에 위치한 반사기(105)는 제1, 제2 및 제3 미러(106a, 106b, 106c)으로 부터 λ/4 판(103)으로 입사된 편광을 반사시켜 상기 λ/4 판(103)으로 역 입사시키는 기능을 수행한다.

다이크로익 프리즘(112)은 적색광만을 반사시키고 다른 광들은 투과시키는 다이크로익 미러와 척색광만을 반사시키고 다른 광들은 투과시키는 다이크로익 미러가 X 자 형태로 이루어진 것이다. 따라서, 프리즘의 서로 수직인 세 면으로 입사되어지는 적색광 및 청색광은 반사시키고 녹색광은 그대로 투과시킴으로써, 세 개의 색 광선들을 합성하여 프로젝션 렌즈(114)로 입사시킨다.

도 4는 도 3에 도시된 액정 프로젝터에서 편광 빔 스플리터와 λ/4 판에 의한 S-편광 및 P-편광의 전파 경로를 설명하기 위한 개략도이다.

이하, 도 3 및 4를 참조하여 본 발명에 의한 액정 프로젝터(100)의 작동원리를 보다 상세히 설명한다.

할로겐 금속 램프(102)로 부터 백색광이 방사된 후, 이 백색광은 λ/4 판(103)를 지나 마이크로렌즈 어레이(104)에 의해 포커싱되어 제1 다이크로익 필터(109a)로 조사된다. 백색광 중에서, 녹색광(G) 및 청색광(B)은 제1 다이크로익 필터(109a)를 통과하는 반면, 적색광(R)은 그것에 반사된다. 이 적색광(R)은 R-편광 빔 스플리터(113a)로 조사된 후 S-편광과 P-편광으로 분리된다. 상기 R-편광 빔 스플리터(113a)는 S-편광은 반사시키고 P-편광은 투과시키므로, 반사된 적색광(R)의 S-편광은 R-액정판인 제1 액정판(110a)의 투과율이 변함에 따라 상기 제1 액정판(110a)을 통과한다. 이어서, 상기 적색광(R)은 다이크로익 프리즘(112)으로 들어가고, 다이크로익 프리즘(112) 내의 적색광만을 반사시키는 다이크로익 미러에 의해 반사된 후, 프로젝션 렌즈(114)로 들어가게 된다. 반면에, 상기 R-편광 빔 스플리터(113a)를 투과한 적색광(R)의 P-편광은 제1 미러(106a)에 의해 반사된 후, 제1 다이크로익 필터(109a) 및 마이크로렌즈 어레이(104)를 통과하여 λ/4 판(103)에 입사된다. 상기 λ/4 판(103)에 입사된 적색광(R)의 선형 P-편광은 위상차가 1/4 파장으로 바뀌어 좌원 또는 우원 편광으로 변한 후, 상기 램프(102)의 후면에 위치한 반사기(105)에 의해 반사되어 다시 우원 또는 좌원 편광으로 변하게 된다. 상기 반사기(105)로 부터 반사된 우원 또는 좌원 편광은 상기 λ/4 판(103)으로 역 입사되어, 상기 제1 미러(106a)로 부터 λ/4 판(103)으로 입사된 선형 P-편광에 대해 위상차가 90°가 됨으로써 선형 S-편광으로 변하게 된다. 이렇게 얻어진 적색광(R)의 S-편광은 상술한 단계들을 다시 거쳐 R-편광 빔 스플리터(113a)를 통해 제1 액정판(110a)으로 입사된다.

한편, 제1 다이크로익 필터(109a)에 의해 투과된 녹색광(G) 및 청색광(B)은, 제2 다이크로익 필터(109b)에 의해 녹색광(G)이 반사되고 청색광(B)은 투과된다. 상기 녹색광(G)은 G-편광 빔 스플리터(113b)로 조사된 후 S-편광과 P-편광으로 분리된다. 상기 G-편광 빔 스플리터(113b)는 S-편광은 반사시키고 P-편광은 투과시키므로, 투과된 녹색광(G)의 P-편광은 G-액정판인 제2 액정판(110b)의 투과율이 변함에 따라 상기 제2 액정판(110b)을 통과한다. 이어서, 상기 녹색광(G)은 다이크로익 프리즘(112)을 그대로 투과하여 프로젝션 렌즈(114)로 들어가게 된다. 반면에, 상기 G-편광 빔 스플리터(113b)로 부터 반사된 녹색광(G)의 S-편광은 제2 미러(106b)에 의해 반사된 후, 제1 및 제2 다이크로익 필터(109b, 109a) 및 마이크로렌즈 어레이(104)를 통과하여 λ/4 판(103)에 입사된다. 상기 λ/4 판(103)에 입사된 녹색광(G)의 선형 S-편광은 위상차가 1/4 파장으로 바뀌어 좌원 또는 우원 편광으로 변한 후, 상기 램프(102)의 후면에 위치한 반사기(105)에 의해 반사되어 다시 우원 또는 좌원 편광으로 변하게 된다. 상기 반사기(105)로 부터 반사된 우원 또는 좌원 편광은 상기 λ/4 판(103)으로 역 입사되어, 상기 제2 미러(106b)로 부터 λ/4 판(103)으로 입사된 선형 S-편광에 대해 위상차가 90°가 됨으로써 선형 P-편광으로 변하게 된다. 이렇게 얻어진 녹색광(G)의 P-편광은 상술한 단계들을 다시 거쳐 G-편광 빔 스플리터(113b)를 통해 제2 액정판(110b)으로 입사된다.

또한, 제2 다이크로익 필터(109b)를 투과한 청색광(B)은 제1 콘덴서 렌즈(108a)를 통과한 후, 반사경(107)에 의해 반사되어 제2 콘덴서 렌즈(108b)로 입사된다. 상기 제2 콘덴서 렌즈(108b)를 통과한 청색광(B)은 B-편광 빔 스플리터(113c)로 조사된 후 S-편광과 P-편광으로 분리된다. 상기 B-편광 빔 스플리터(113c)는 S-편광은 반사시키고 P-편광은 투과시키므로, 반사된 청색광(B)의 S-편광은 B-액정판인 제3 액정판(110c)의 투과율이 변함에 따라 상기 제3 액정판(110c)을 통과한다. 이어서, 상기 청색광(B)은 다이크로익 프리즘(112)으로 들어가고, 다이크로익 프리즘(112) 내의 청색광만을 반사시키는 다이크로익 미러에 의해 반사된 후, 프로젝션 렌즈(114)로 들어가게 된다. 반면에, 상기 B-편광 빔 스플리터(113c)를 투과한 청색광(B)의 P-편광은 제3 미러(106c)에 의해 반사된 후, 제2 콘덴서 렌즈(108b), 반사경(107), 제1 콘덴서 렌즈(108a), 제1 및 제2 다이크로익 필터(109a, 109b) 및 마이크로렌즈 어레이(104)를 통과하여 λ/4 판(103)에 입사된다. 상기 λ/4 판(103)에 입사된 녹색광(B)의 선형 P-편광은 위상차가 1/4 파장으로 바뀌어 좌원 또는 우원 편광으로 변한 후, 상기 램프(102)의 후면에 위치한 반사기(105)에 의해 반사되어 다시 우원 또는 좌원 편광으로 변하게 된다. 상기 반사기(105)로 부터 반사된 우원 또는 좌원 편광은 상기 λ/4 판(103)으로 역 입사되어, 상기 미러(106c)로 부터 λ/4 판(103)으로 입사된 선형 P-편광에 대해 위상차가 90°가 됨으로써 선형 S-편광으로 변하게 된다. 이렇게 얻어진 청색광(B)의 S-편광은 상술한 단계들을 다시 거쳐 B-편광 빔 스플리터(113c)를 통해 제3 액정판(110c)으로 입사된다.

이러한 방식에 의하여, 다이크로익 프리즘(112)는 세 개의 광선들 (적색, 녹색, 및 청색 광선들)을 합성시키고, 프로젝션 렌즈(114)는 합성된 광선(L)을 스크린(도시되지 않음) 상에 투사한다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 램프로 부터 방출된 광선을 다이크로익 필터에 의해 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리시킨 후, 편광 빔 스플리터를 이용하여 각각의 색 광선을 S-편광과 P-편광으로 분리시킨다. 상기 편광 빔 스플리터는 P-편광을 투과시키고 S-편광은 반사시키므로, 편광 빔 스플리터로 부터 액정판에 입사되는 각 색 광선의 편광은 각 색 광선에 대응되는 액정판을 통과하여 다이크로익 프리즘에 의해 합성된 후, 프로젝션 렌즈에 의해 스크린 상에 투사된다.

반면에, 상기 편광 빔 스플리터에 의해 분리된 두 개의 편광 중에서 사용되지 않는 편광 (즉, 액정판에 입사되지 않는 편광)은 미러에 의해 반사되어 램프의 앞에 위치한 λ/4 판으로 입사된다. 상기 편광은 λ/4 판에 의해 위상차가 1/4 파장으로 바뀐 다음에, 램프의 후면에 위치한 반사기에 의해 반사되어 다시 λ/4 판으로 역 입사된다. 그 결과, 상기 편광은 미러로 부터 λ/4 판으로 입사된 편광에 대해 위상차가 90°로 변하고, 상술한 단계를 다시 거쳐 편광 빔 스플리터에 의해 액정판으로 입사되어 재사용된다.

따라서, 본 발명에 의한 액정 프로젝터에 의하면, 두 개의 편광 성분, 즉 S-편광과 P-편광을 모두 사용할 수 있으므로 광 효율을 크게 증대시킬 수 있다. 그러므로, 밝은 실내에서도 방영이 가능한 액정 프로젝터를 제공할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할수 있을 것이다.

Claims (12)

1. 광원에 의해 광선을 형성하는 단계;

   상기 광선을 편광 빔 스플리터에 조사하여 S-편광과 P-편광으로 분리시키는 단계;

   상기 편광 빔 스플리터로 부터 액정판에 입사된 편광을 화상으로 광 변조시키는 단계;

   상기 편광 빔 스플리터에 의해 분리된 두 개의 편광 중에서 사용되지 않는 편광을 미러에 의해 반사시켜 상기 광원의 앞에 위치한 λ/4 판에 입사시키는 단계;

   상기 λ/4 판에 의해 위상차가 1/4 파장으로 바뀐 편광을 상기 광원의 후면에 위치한 반사기에 의해 반사시키는 단계; 및

   상기 반사기로 부터 반사된 편광을 상기 λ/4 판으로 역 입사시켜서, 상기 미러로 부터 λ/4 판으로 입사된 편광에 대해 위상차가 90°로 되게 하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 다수의 화소를 스크린 상에 광 투영 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 광선을 편광 빔 스플리터로 조사하는 단계 전에, 마이크로렌즈 어레이에 의해 상기 광선을 상기 액정판의 각 화소에 대응되도록 포커싱시키는 단계; 및 색 분해 수단에 의해 상기 광선을 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다수의 화소를 스크린 상에 광 투영 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 색 분해 수단은 다이크로익 필터를 사용하는 것을 특징으로 하는 다수의 화소를 스크린 상에 광 투영 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 액정판을 통과한 각 색 광선을 색 합성 수단에 의해 합성시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 다수의 화소를 스크린 상에 광 투영 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 색 합성 수단은 다이크로익 프리즘을 사용하는 것을 특징으로 하는 다수의 화소를 스크린 상에 광 투영 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 편광 빔 스플리터는 적색, 녹색 및 청색의 각 광선들을 S-편광과 P-편광으로 분리시키기 위한 R-편광 빔 스플리터, G-편광 빔 스플리터 및 B-편광 빔 스플리터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 화소를 스크린 상에 광 투영 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 액정판은 적색, 녹색 및 청색의 각 광선들을 변조시키기 위한 R-액정판, G-액정판 및 B-액정판을 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 화소를 스크린 상에 광 투영 방법.
8. 광선을 방출하기 위한 광원(102);

   상기 광선을 S-편광과 P-편광으로 분리시키는 편광 빔 스플리터(113a, 113b, 113c);

   상기 광원(102)의 앞에 배치되며, 상기 편광의 위상을 지연시켜서 위상차가 1/4 파장이 되게 하는 λ/4 판(103);

   상기 편광 빔 스플리터(113a, 113b, 113c)에 의해 분리된 두 개의 편광 중에서, 사용되지 않는 편광을 재사용하기 위하여 상기 편광을 반사시켜 상기 λ/4판(103)으로 입사시키기 위한 미러(106a, 106b, 106c);

   상기 광원(102)의 후면에 위치하며, 상기 λ/4 판(103)을 통과한 편광을 반사시켜 상기 λ/4 판(103)으로 역 입사시키기 위한 반사기(105); 및

   화소들이 매트릭스 형태로 배열되며, 상기 편광 빔 스플리터(113a, 113b, 113c)로 부터 입사되는 편광을 화상으로 광 변조시키기 위한 액정판(110a, 110b, 110c)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터.
9. 제8항에 있어서, 상기 광원(102)으로 부터 방출된 광선을 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리시켜서 상기 편광 빔 스플리터(113a, 113b, 113c)로 조사시키기 위한 색 분해 수단, 상기 광원으로 부터 방출된 광선을 상기 액정판(110a, 110b, 110c)의 화소들 각각에 집속시키기 위한 마이크로렌즈 어레이(104), 및 상기 액정판(110a, 110b, 110c)을 통과한 각 색 광선을 합성시키기 위한 색 합성 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터.
10. 제9항에 있어서, 상기 색 분해 수단은 다이크로익 필터(109a, 109b)이고, 상기 색 합성 수단은 다이크로익 프리즘(112)인 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터.
11. 제8항에 있어서, 상기 편광 빔 스플리터(113a, 113b, 113c)는 적색, 녹색 및 청색의 각 광선들을 S-편광과 P-편광으로 분리시키기 위한 R-편광 빔 스플리터(113a), G-편광 빔 스플리터(113b) 및 B-편광 빔 스플리터(113c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터.
12. 제8항에 있어서, 상기 액정판(110a, 110b, 110c)은 적색, 녹색 및 청색의 각 광선들을 변조시키기 위한 R-액정판(110a), G-액정판(110b) 및 B-액정판(110c)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터.