KR19980052197A - 액정 프로젝터의 화면 밝기 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수개의 셀렌즈를 배열하고 각각 광원의 광을 액정의 전면에 투사하여 액정에 균일하게 조명되도록 함으로써 스크린의 중심과 주변의 밝기를 균일하게 하여 전화면의 고휘도를 얻을 수 있도록 한 액정 프로젝터의 화면 밝기 제어장치에 관한 것이다.

본 발명은 광을 발생시키는 광원(10)과, 상기 광을 모으기 위하여 볼록렌즈들로 구성된 셀렌즈들을 배열한 제 1 셀 렌즈 어레이(11)와, 상기 제 1 셀 렌즈 어레이(11)의 초점위치에 배치되어 광의 진행방향을 액정쪽으로 바꾸어주는 제 2 셀 렌즈 어레이(12)와, 상기 제 2 셀 레즈 어레이(12)를 통하여 들어오는 광에 의해 조사되는 액정(13)으로 이루어진다.

Description

액정 프로젝터의 화면 밝기 제어장치

도 1 은 종래 평판 필터형 액정 프로젝터의 구성도

도 2 는 종래 프리즘 필터형 액정 프로젝터의 구성도

도 3 은 종래의 조명 광학계를 설명하기 위한 도면

도 4 는 본 발명의 제 1 실시예의 구성도

도 5 와 도 6 은 도 4의 셀 렌즈 어레이의 구성도

도 7 은 도 4의 다른 실시예의 구성도

도 8 은 본 발명의 제 2실시예의 구성도

도 9 는 본 발명의 제 3실시예의 구성도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 광원11 : 제 1셀렌즈 어레이

12 : 제 2셀렌즈 어레이13, 23 : 액정

14, 16, 22 : 집광렌즈15 : 편광자

17 : 릴레이 렌즈21 : 오목렌즈 어레이

31 : 볼록렌즈 어레이

본 발명은 액정 투사 장치에 사용되는 조명 광학계에 관한 것으로, 특히 다수개의 셀렌즈를 배열하고 각각 광원의 광을 액정의 전면에 투사하여 액정에 균일하게 조명되도록 함으로써 스크린의 중심과 주변의 밝기를 균일하게 하여 전화면의 고휘도를 얻을 수 있도록 한 액정 프로젝터의 화면 밝기 제어장치에 관한 것이다.

종래 액정 투사 장치에는 도 1과 같은 평판 필터형 액정 투사장치와 도 2와 같은 프리즘 필터형 액정 투사 장치가 사용되고 있다.

이러한 종래 액정 투사 장치는 광원(1)에서 나오는 백색광이 색분리 필터(2)에 의해 적색, 녹색, 청색으로 분리된 후 적색, 녹색, 청색용의 각각의 액정 (3)에 조사되도록 구성되어 있으며, 이와 같이 액정(3)에 상이 형성된 후 도 1과 같은 색합성 필터(4a)나 도 2와 같은 색합성 프리즘(4b)에 의해 화상이 형성되어 투사렌즈계(5)에 의해 스크린(6)에 투사되도록 이루어져 있다.

또한, 종래 도 1과 도 2에서의 조명광학계는 도 3과 같이 광원(1)과 집광렌즈(7)로 구성되며, 광원(1)에서 나오는 광은 반사경(8)에서 반사된 후 집광렌즈(7)에 의해 액정(3)이 조사되었다.

그리고 액정(3)에 조사된 빛은 화상신호에 의해 차단 또는 투과되어 화상이 형성되고, 투사렌즈(9)에 의해 스크린(6)에 투사되었다.

이때, 광원(1)에서 나오는 광은 중심은 밝고 주변은 어두운 균일하지 않은 광이므로 액정(3)에 조사되는 빛도 불균일하다.

따라서, 종래 액정 투사 장치에 있어서는, 액정(3)에 조사되는 빛의 중심을 밝으나 주변은 어두워지는 문제가 있었으며, 또한 투사렌즈계의 중심에 대한 주변의 밝기가 15% 미만으로 주변의 밝기가 현저히 낮은 문제로 인하여 전체적으로 화면이 어둡게 보이는 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 여러개의 셀 렌즈를 배열하여 각 광원의 밝은 부분의 셀과 어두운 부분의 셀들이 각각 광원의 광을 액정의 전면에 조사되도록 함으로써 스크린의 중심과 주변의 밝기를 균일하게 하여 밝기균일도를 증가시킬 수 있도록 하는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 볼록렌즈들로 구성된 셀렌즈들을 배열한 셀 렌즈 어레이를 2개 사용하여 광원의 밝은 부분과 어두운 부분이 각 셀들의 어레이를 통과하면서 액정의 전면에 균일하게 조사되도록 하는 장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.

또한, 본 발명의 구성상의 다른 특징은 오목렌즈들로 구성된 셀렌즈 어레이를 1개 사용하여 각 광원의 밝은 부분의 셀과 어두운 부분의 셀들이 가각 광원의 광을 액정의 전면에 조명시키도록 구성한 데 있다.

또한, 본 발명의 구성상의 또 다른 특징은 볼록렌즈의 셀들로 구성된 셀렌즈 어레이를 2개 사용하고 집광렌즈를 사용하여 각 광원의 밝은 부분의 셀과 어두운 부분의 셀들이 각각 광원의 광을 액정의 전면에 조명시키도록 구성한데 있다.

이하, 본 발명 액정 투사 장치의 화면 밝기 제어장치의 실시예를 첨부된 도면을 참고로하여 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 제 1실시예를 나타낸 도면으로, 광을 발생시키는 광원(10)과, 상기 광을 모으기 위하여 볼록렌즈들로 구성된 셀렌즈들을 배열한 제 1 셀 렌즈 어레이(11)와, 상기 제 1 셀 렌즈 어레이(11)의 초점위치에 배치되어 광의 진행방향을 액정쪽으로 바꾸어주는 제 2 셀 렌즈 어레이(12)와, 상기 제 2 셀 레즈 어레이(12)를 통하여 들어오는 광에 의해 조사되는 액정(13)으로 구성된 것으로, 도면중 미설명 부호 14는 집광렌즈, 15는 편광자이다.

도 5는 상기 제 1 셀 렌즈 어레이(11)의 구조를 나타낸 도면이고, 도 6은 상기 제 2 셀 렌즈 어레이(12)의 구조를 나타낸 도면이다.

이와 같이 구성된 실시예에 있어서는, 도 5의 경우 제 1 셀 렌즈 어레이(11)의 셀 렌즈들의 중심이 각 셀들의 기하학적 중심에 있고, 도 6의 경우 제 2 셀 렌즈 어레이(12)의 셀렌즈들의 중심은 각 셀들의 기하학적 중심에서 벗어나 있다.

여기서, 제 2 셀 렌즈 어레이(12)의 셀렌즈들의 중심 이동량은 각 셀의 중심을 통과하는 광이 액정의 중심을 통과하도록 하기 위한 값으로, 이의 원리는 다음과 같다.

즉, 제 2 셀 렌즈 어레이(12)의 렌즈 광축은 제 1 셀 렌즈 어레이(11)의 렌즈 광축에 비해 도 4와 같이 △h2만큼 이동되어 있다.

따라서, 제 1 셀 렌즈 어레이(11)의 렌즈에 의해 수렴된 광은 제 2 셀 렌즈 어레이(12)의 렌즈에 의해 액정(13)이 있는 방향으로 굴절되어 액정(13)에 조사된다.

이때, 제 1 셀 렌즈 어레이(11)의 광축과 제 2 셀 렌즈 어레이(12)의 광축은 △h2만큼 차이가 있고, 이 값은 △h2 = -△h [k3,-z3] / k2 [-z2, k3, -z3]가 된다.

여기서, △h = 액정중심에 대한 제 1 셀 렌즈 어레이(11)의 광축이동량,

k2 = 제 2 셀 렌즈 어레이(12)의 굴절능(초점거리의 역수)

k3 = 집광렌즈(14)의 굴절능(초점거리의 역수)

z2 = 제 2 셀렌즈 어레이(12)에서 집광렌즈(14)까지 주요면의 거리

z3 = 집광렌즈(14)의 주요면에서 액정(13)까지 거리이다.

즉, 액정(13) 중심에 대한 제 1 셀 렌즈 어레이(11)의 광축이동량(△h)에 따른 제 2 셀 렌즈 어레이(12)의 셀렌즈의 중심이동량(△h2)를 구하게 된다.

위의 식을 예를 들어 설명하면, f1(1/k1) = 113mm, f2(1/k2) = 52mm, f3(1/k3) = 159mm, z1 = 82mm, z2 = 122mm, z3 = 30mm이고, 제 1 셀 렌즈 어레이(11)의 셀의 크기가 14mm × 18.5mm일 경우 제 2 셀 렌즈 어레이(12)의 셀 렌즈의 광축 이동량은 아래와 같다.

각 셀들의 형상은 액정(13)의 가로세로 비율과 같은 형상을 갖는다. 즉, 액정(13)의 어스펙트(aspect)률이 4:3이면 각 셀렌20즈들도 4:3, 액정(13)의 어스펙트 률이 16:9이면 렌즈형상도 16:9의 형상을 갖는다.

광원(10)에서 나온 광의 광로는 도면 4와 같이 제 1 셀 렌즈 어레이(11)에 의해 수렴된 후 제 2 셀 렌즈 어레이(12)에 의해 굴절되어 집광렌즈(14)로 입사된다.

따라서, 집광렌즈(14)에 입사된 광은 액정(13)에 고르게 조사되는데, 만일 제 2 셀 렌즈 어레이(12)의 광축이 이동하지 않고 같은 축상에 있다면 점선의 광로와 같이 액정의 일부분만 조사하게 된다.

한편, 도 7은 상기 도 4의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 다른 구성은 도 4의 실시예와 같으나 집광렌즈(14)의 전단에 별도의 다른 집광렌즈(16)와 릴레이 렌즈(17)를 차례로 배치하여 구성된 것이 다르며, 동일부분에 대하여는 동일 부호를 사용한다.

이와 같은 실시예에 있어서는, 광원(10)에서 나온 청색광이 제 1 셀 렌즈 어레이(11)에 의해 수렴된 후 제 2 셀 렌즈 어레이(12)에 의해 굴절되어 집광렌즈(16)로 입사된다.

그리고 집광렌즈(16)를 통한 광이 릴레이 렌즈(17)에 의해 집광렌즈(14)로 입사되어 편광자(15)를 통해 액정(13)에 고르게 조사된다.

이때, 청색광로는 녹색과 적색광로에 비해 길기 때문에 릴레이 렌즈(17)가 필요한 것으로, 제 1 셀 렌즈 어레이(11)의 광축에 대한 제 2 셀렌즈 어레이(12)의 광축이동량은 △h2만큼 차이가 있고, 이 값은

△h2 = {△h [k3, -z3, k4, -z4, k5, -z5]}

/ {[k3, -z3, k4, -z4, k5, -z5] + [k2, -z2, k3, -z3, k4, -z4, k5, -z5]}

가 된다.

여기서, △h = 액정중심에 대한 제 1 셀 렌즈 어레이의 광축 이동량

k2 = 제 2 셀 렌즈 어레이의 굴절능(초점거리의 역수)

k3 = 제 1 집광렌즈의 굴절능

k4 = 릴레이렌즈의 굴절능

k5 = 집광렌즈(14)의 굴절능

z2 = 제 2 셀 렌즈 어레이에서 집광렌즈(16)까지 주요면의 거리

z3 = 집광렌즈(16)의 주요면에서 릴레이렌즈의 주요면까지 거리

z4 = 릴레이렌즈 주요면에서 집광렌즈(14) 주요면까지 거리

z5 = 집광렌즈(14)의 주요면에서 액정까지 거리이다.

즉, 액정(13) 중심에 대한 제 1 셀 렌즈 어레이(11)의 광축이동량에 따른 제 2 셀 렌즈 어레이(12)의 셀 렌즈 중심이동량(△h2)을 구하게 된다.

한편, 도 8은 본 발명의 제 2 실시예를 나타낸 것으로, 광을 발생시키는 광원(10)과, 상기 광원(10)에서 발생된 광의 진행방향을 액정쪽으로 바꾸어 주기 위하여 다수의 오목셀렌즈들로 구성된 오목렌즈 어레이(21)와, 상기 오목렌즈 어레이(21)를 통한 광을 모으기 위한 집광렌즈(22)와, 상기 집광렌즈(22)를 통하여 들어오는 광에 의해 조사되는 액정(23)으로 구성된다.

이와 같이 구성된 실시예에 있어서는, 상기 오목렌즈 어레이(21)가 광의 진행방향을 액정(23)쪽으로 바꾸어주기 위하여 각 렌즈들의 렌즈중심이 셀렌즈들의 기하학적인 중심에서 벗어나 있다.

이때, 셀렌즈들의 중심 이동량은 각 셀의 중심을 통과하는 광이 액정의 중심을 통과하도록 하기 위한 값으로 이의 원리는 상기 실시예에서와 같다.

즉, 각 셀들의 형상은 상기 실시예와 같이 가로:세로 비율과 같은 형상을 갖는다.

또한, 광원(10)에서 나온 광의 광로는 도 8과 같이 각 셀의 중심광은 광축 이동량에 의해 액정(23)의 중심을 향하고, 오목렌즈 어레이(21)에 의해 입사한 광이 발산하여 액정(23)의 전면을 조사하게 된다.

도 9는 본 발명의 제 3 실시예를 나타낸 것으로, 상기 도 8의 실시예에서 오목 렌즈 어레이(21) 대신에 볼록렌즈 어레이(31)를 사용한 것이다.

이와 같은 실시예에 있어서는, 각 셀들의 형상이 각 셀의 중심광은 볼록렌즈 어레이(31)의 광축 이동량에 의해 액정(23)의 중심을 향하고, 볼록렌즈 어레이(21)에 의해 입사광이 수렴후 발산하여 액정(23)의 전면을 조사하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 광원으로부터의 광이 밝은 부분의 셀과 어두운 부분의 셀을 통하면서 액정에 균일하게 조명되게 함으로써 결국 스크린의 중심과 주변의 밝기를 균일하게 하여 디스플레이장치의 전화면의 고휘도화를 실현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 광을 발생시키는 광원(10)과, 상기 광을 모으기 위하여 볼록렌즈들로 구성된 셀렌즈들을 배열한 제 1 셀 렌즈 어레이(11)와, 상기 제 1 셀 렌즈 어레이(11)의 초점위치에 배치되어 광의 진행방향을 액정쪽으로 바꾸어주는 제 2 셀 렌즈 어레이(12)와, 상기 제 2 셀 레즈 어레이(12)를 통하여 들어오는 광에 의해 조사되는 액정(13)으로 구성된 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 화면 밝기 제어장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 셀 렌즈 어레이(11)의 셀렌즈들의 중심은 각 셀들의 기하학적인 중심에 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 화면 밝기 제어장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 셀 렌즈 어레이(12)의 셀린즈들의 중심은 각 셀들의 기하학적인 중심에서 벗어나도록 구성한 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 화면 밝기 제어장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

   제 2 셀 렌즈 어레이(12)의 광축은 제 1 셀 렌즈 어레이(11)의 광축에 비해 △h2만큼 이동되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 화면 밝기 제어장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 △h2가,

   -△h [k3,-z3] / k2 [-z2, k3, -z3]인 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 화면 밝기 제어장치.
6. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

   각 셀들의 형상은 액정의 가로:세로 비율과 같은 형상을 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 화면 밝기 제어장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 집광렌즈(14)의 전단에 집광렌즈(16)와 릴레이렌즈(17)를 더 구비하여 광경로가 길 경우에도 광이 액정(13)에 균일하게 조사되도록 구성된 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 화면 밝기 제어장치.
8. 광을 발생시키는 광원(10)과, 상기 광원(10)에서 발생된 광의 진행방향을 액정쪽으로 바꾸어 주기 위하여 다수의 오목셀렌즈들로 구성된 오목렌즈 어레이(21)와, 상기 오목렌즈 어레이(21)를 통한 광을 모으기 위한 집광렌즈(22)와, 상기 집광렌즈(22)를 통하여 들어오는 광에 의해 조사되는 액정(23)으로 구성된 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 화면 밝기 제어장치.
9. 광을 발생시키는 광원(10)과, 상기 광원(10)에서 발생된 광의 진행방향을 액정쪽으로 바꾸어 주기 위하여 다수의 볼록셀렌즈들로 구성된 볼록렌즈 어레이(31)와, 상기 볼록렌즈 어레이(31)를 통한 광을 모으기 위한 집광렌즈(22)와, 상기 집광렌즈(22)를 통하여 들어오는 광에 의해 조사되는 액정(23)으로 구성된 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 화면 밝기 제어장치.