KR19990047451A - 투사형 화상 표시 장치 - Google Patents

Abstract

액정판을 포함하는 투사형 화상 표시 장치가 개시된다. 상기 장치는 광선을 발생시키기 위한 제1 및 제2 광원, 화상을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈, 제1 및 제2 광원의 각 광축 상에 배치되어, 상기 제1 및 제2 광원으로부터 발생된 각각의 광선을 S-편광과 P-편광으로 분리시키기 위한 제1 편광기 및 제2 편광기, 상기 제1 및 제2 광원의 광축 상에 배치되어, 상기 제1 및 제2 편광기에 의해 분리된 각각의 편광을 적색, 녹색 및 청색 편광으로 분리시키기 위한 제1 색분리 수단 및 제2 색분리 수단, 상기 제1 과 제2 색분리 수단의 사이에 배치되어, 상기 제2 색분리 수단에 의해 분리된 적색, 녹색 또는 청색 편광의 위상차가 1/2 파장이 되도록 그 위상을 지연시켜 상기 제1 색분리 수단으로 보내기 위한 λ/2 판, 상기 적색, 녹색 및 청색 편광에 대응되는 세 개의 투과형 액정판; 그리고 상기 액정판들을 통과한 적색, 녹색 및 청색 편광을 합성하기 위한 색 합성 수단을 포함한다. 두 개의 광원을 사용하여 광효율을 증가시키고 하나의 프로젝션 렌즈를 사용하여 광학계를 콤팩트화 할 수 있다.

Description

투사형 화상 표시 장치

본 발명은 투사형 화상 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액정판(liquid crystal panel)을 포함하는 투사형 표시 장치에 있어서, 2개의 광원을 사용하여 광효율을 2 배로 증가시키면서 광학계를 콤팩트(compact)하게 구성할 수 있는 투사형 화상 표시에 관한 것이다.

일반적으로, 광학 에너지(optical energy)를 스크린 상에 투영하기 위한 장치인 공간적인 광 변조기(spatial light modulator)는 광통신, 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(LCD), 디포머블 미러 다바이스(Deformable Mirror Device : DMD), 및 액츄에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Array : AMA)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 표시 장치(또는 액정 프로젝터라 한다)는 광학적 구조가 매우 간단하므로 CRT 프로젝터에 비해 경박단소화 시킬 수 있다. 또한, 대화면 및 고화질을 얻을 수 있기 때문에 고품위 텔레비전(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 3 단자 스위칭 소자가 각 화소에 대해 배치되어 있는 액티브 매트릭스 시스템에 의해 교호적으로 각 화소들에 인가될 수 있다.

도 1은 종래의 액정판을 사용하는 투사형 표시 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 투사형 표시 장치(10)는 색 광선(colored light : L)을 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(24)와 더불어, 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B)에 대한 각각의 액정판(20a, 20b, 20c)을 구비한다. 상기 액정판(20a, 20b, 20c)은 인가되는 화상 신호에 따라 그 투과율이 변하게 되어 적색, 녹색 및 청색광들을 투과시키거나 차단시킨다. 투과된 광들은 프로젝션 렌즈(24)에 의해 세 개의 색 광선들을 포함하는 광선(L)으로 투사된다.

또한, 종래의 투사형 표시 장치(10)는 광선을 방출하기 위한 할로겐 금속 램프(metal halide lamp)(12), 액정판의 화소들 간의 피치와 동일한 피치로 배열되는 다중 렌즈 요소들로 이루어지며 광 입사면 상에 배치된 렌즈 요소들을 통해 상기 액정판의 대응되는 각 화소에 빛을 포커싱하기 위한 마이크로 렌즈 어레이(14), 상기 램프(12)로부터 방출된 백색광을 적색광, 녹색광 및 청색광으로 분리하기 위한 다이크로익 미러(dichroic mirror)(16a, 16b), 미러(17a, 17b, 17c), 콘덴서 렌즈(18a, 18b), 그리고 적색광(R)만을 반사시키고 다른 광들은 투과시키는 다이크로익 미러와 청색광(B)만을 반사시키고 다른 광들은 투과시키는 다이크로익 미러가 'X' 자 형태로 이루어진 다이크로익 프리즘(dichroic prism)(22)을 더 구비한다.

종래의 투사형 표시 장치(10)의 작동 원리를 간단히 설명하면 다음과 같다.

할로겐 금속 램프(12)로부터 백색광이 방출된 후, 이 백색광은 마이크로 렌즈 어레이(14)에 의해 포커싱되어 다이크로익 미러(16a)로 조사된다. 백색광 중에서, 녹색광(G) 및 청색광(B)은 다이크로익 미러(16a)를 통과하는 반면, 적색광(R)은 그것에 반사된다. 이 적색광(R)은 미러(17a)에 의해 반사된 후, R-액정판(20a)의 투과율이 변함에 따라 상기 R-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-액정판(20b)의 투과율이 변함에 따라 상기 G-액정판(20b)을 통과한다. G-액정판(20b)을 통과한 녹색광(G)은 다이크로익 프리즘(22)으로 들어가고, 다이크로익 프리즘(22)을 그대로 투과하여 프로젝션 렌즈(24)로 들어가게 된다.

다이크로익 미러(16b)를 투과한 청색광(B)은 콘덴서 렌즈(18a)를 통과한 후, 미러(17b)에 의해 반사되어 콘덴서 렌즈(18b)로 입사된다. 상기 콘덴서 렌즈(18b)를 통과한 청색광(B)은 미러(17c)에 의해 반사된 후, B-액정판(20c)의 투과율이 변함에 따라 상기 B-액정판(20c)을 통과한다. 상기 B-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.

이하, 상기 액정판의 구조 및 작동 원리를 간단히 설명하면 다음과 같다.

액정판은 일정 간격으로 떨어져 있는 편광기와 검광기, 및 상기 편광기와 검광기 사이의 갭에 주입되는 액정으로 이루어진다. 상기 액정으로는 트위스트 네마틱(Twisted Nematic : TN) 액정이 주로 사용되며, 상기 편광기와 검광기의 각 투과축은 서로에 대해 직각이다.

액정판의 작동 원리를 살펴보면, 전압을 인가하지 않을 경우, 편광기를 투과한 입사광은 상기 TN 액정에 의해 90°회전된 선형 편광(위상차가 mπ)으로 검광기를 투과한다. 반면에, 액정판에 전압을 인가하는 경우에는, 상기 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 액정판에 전압을 인가하지 않을 경우, 편광기의 편광 방향이 P-편광 방향일 때에는 S-편광은 편광기로부터 흡수되는 반면 P-편광은 편광기를 투과한다. 투과된 P-편광은 TN 액정에 의해 90°회전되어 S-편광으로 바뀌면서 검광기를 투과한다.

전술한 바와 같이 종래의 투사형 표시 장치에서는, 액정판의 편광기에 의해 하나의 편광 성분, 즉 S-편광 또는 P-편광만이 투과되어 프로젝션 렌즈에 의해 스크린 상에 투사된다. 일반적으로, 액정판을 사용하는 투사형 표시 장치의 광효율(light utilization efficiency)은 광 콜리메이션 광학계(light collimation optics)와 액정판에 의해 주로 영향받는다. 상술한 바와 같은 종래의 투사형 표시 장치에서는, 액정판의 편광기에 의해 항상 하나의 편광 성분, 즉 S-편광 또는 P-편광이 손실되므로 광효율이 현저히 떨어지게 된다.

도 2는 본 출원인의 선행 출원에 기재된 투사형 화상 표시 장치를 나타내는 개략도이다.

도 2를 참조하면, 상기 투사형 화상 표시 장치(100)는 광선을 방출하기 위한 제1 램프(102a) 및 제2 램프(102b), 화상을 투사하기 위한 세 개의 프로젝션 렌즈(132, 134, 136), 그리고 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B)에 대응되는 세 개의 투과형 액정판(126, 128, 130)을 구비한다. 상기 액정판(126, 128, 130)은 인가되는 화상 신호에 따라 그 투과율이 변하게 되어 적색, 녹색 및 청색광들을 투과시키거나 차단시킨다. 투과된 광들은 대응되는 세 개의 프로젝션 렌즈(132, 134, 136)에 의해 스크린(138) 상에 투사된다.

또한, 상기 투사형 화상 표시 장치(100)는, 제1 콘덴서 렌즈(104a) 및 제2 콘덴서 렌즈(104b), P-편광을 흡수하고 S-편광을 투과시키기 위한 제1 편광기(106a) 및 제2 편광기(106b), 청색 S-편광(Bs)을 반사시키는 R-다이크로익 필터(108a, 108b), 적색 S-편광(Rs)을 반사시키는 R-다이크로익 필터(110a, 110b) 및 녹색 S-편광(Gs)을 반사시키는 G-다이크로익 필터(112a, 112b)로 구성된 제1 색분리 수단 및 제2 색분리 수단, 편광 상태의 광을 위상차가 180°가 되도록 반전시키기 위한 λ/2 판(114, 116, 118), 그리고 제1 색분리 수단을 통과한 적색, 녹색 및 청색의 S-편광들과 제2 색분리 수단 및 제1 색분리 수단을 통과한 적색, 녹색 및 청색의 P-편광들을 대응되는 세 개의 액정판에 평행광으로 조사하기 위한 세 개의 필드 렌즈(120, 122, 124)를 포함한다.

이하, 도 2를 참조하여 상기 투사형 화상 표시 장치(100)의 작동 원리를 설명하면 다음과 같다.

제1 램프(102a)와 제2 램프(102b)로부터 각각 백색광이 방출된 후, 이 백색광은 제1 콘덴서 렌즈(104a)와 제2 콘덴서 렌즈(104b)에 의해 제1 편광기(106a)와 제2 편광기(106b)에 포커싱된다. 상기 제1 편광기(106a) 및 제2 편광기(106b)는 S-편광을 투과시키고 P-편광을 흡수하는 편광기이므로, 제1 편광기(106a)로부터 반사된 S-편광은 제1 B-다이크로익 필터(108a)에 입사된다. 상기 제1 B-다이크로익 필터(108a)는 모든 P-파를 투과시키는 반면, 청색 S-편광(Bs)은 반사시키고 적색 S-편광(Rs) 및 녹색 S-편광(Gs)을 투과시키는 필터이다. 따라서, 상기 제1 B-다이크로익 필터(108a)에 의해 반사된 청색 S-편광(Bs)은 B-필드 렌즈(120)에 의해 평행광으로서 B-액정판(126)에 조사된다. B-액정판(126)의 투과율이 변함에 따라 상기 B-액정판(126)을 통과한 청색 S-편광(Bs)은 제1 프로젝션 렌즈(132)에 들어간다.

한편, 상기 제1 B-다이크로익 필터(108a)를 투과한 적색 S-편광(Rs) 및 녹색 S-편광은 제1 R-다이크로익 필터(110a)에 입사된다. 상기 제1 R-다이크로익 필터(110a)는 모든 P-파를 투과시키는 반면, 적색 S-편광(Rs)은 반사시키고 녹색 S-편광(Gs) 및 청색 S-편광(Bs)을 투과시키는 필터이다. 따라서, 상기 제1 R-다이크로익 필터(110a)에 의해 반사된 적색 S-편광(Rs)은 R-필드 렌즈(122)에 의해 평행광으로서 R-액정판(128)에 조사된다. R-액정판(128)의 투과율이 변함에 따라 상기 R-액정판(128)을 통과한 적색 S-편광(Rs)은 제2 프로젝션 렌즈(134)에 들어간다.

한편, 상기 제1 R-다이크로익 필터(110a)를 투과한 녹색 S-편광(Gs)은 제1 G-다이크로익 필터(112a)에 입사된다. 상기 제1 G-다이크로익 필터(112a)는 모든 P-파를 투과시키는 반면, 녹색 S-편광(Gs)은 반사시키고 적색 S-편광(Rs) 및 청색 S-편광(Bs)을 투과시키는 필터이다. 따라서, 상기 제1 G-다이크로익 필터(112a)에 의해 반사된 녹색 S-편광(Gs)은 G-필드 렌즈(124)에 의해 평행광으로서 G-액정판(130)에 조사된다. G-액정판(130)의 투과율이 변함에 따라 상기 G-액정판(130)을 통과한 녹색 S-편광(Gs)은 제3 프로젝션 렌즈(136)에 들어간다.

한편, 제2 편광기(106b)로부터 반사된 S-편광은 제2 B-다이크로익 필터(108b)에 입사된다. 상기 제2 B-다이크로익 필터(108b)는 청색 S-편광(Bs)은 반사시키고 적색 S-편광(Rs) 및 녹색 S-편광(Gs)을 투과시키는 필터이다. 따라서, 상기 제2 B-다이크로익 필터(108b)에 의해 반사된 청색 S-편광(Bs)은 제1 λ/2 판(114)에 입사된다. 상기 제1 λ/2 판(114)에 입사된 청색 S-편광(Bs)은 위상차가 1/2 파장으로 바뀌어 청색 P-편광(Bp)으로 변한 후 제1 B-다이크로익 필터(108a)에 입사된다. 제1 B-다이크로익 필터(108a)는 모든 P-파를 투과시키는 필터이므로, 상기 제1 B-다이크로익 필터(108a)를 투과한 청색 P-편광(Bp)은 B-필드 렌즈(120)에 의해 평행광으로서 B-액정판(126)에 조사된다. 상기 B-액정판(126)의 투과율이 변함에 따라 상기 B-액정판(126)을 통과한 청색 P-편광(Bp)은 제1 프로젝션 렌즈(132)에 들어간다.

한편, 상기 제2 B-다이크로익 필터(108b)를 투과한 적색 S-편광(Rs) 및 녹색 S-편광은 제2 R-다이크로익 필터(110b)에 입사된다. 상기 제2 R-다이크로익 필터(110b)는 적색 S-편광(Rs)은 반사시키고 녹색 S-편광(Gs) 및 청색 S-편광(Bs)을 투과시키는 필터이다. 따라서, 상기 제2 R-다이크로익 필터(110b)에 의해 반사된 적색 S-편광(Rs)은 제2 λ/2 판(116)에 의해 적색 P-편광(Rp)으로 변한 후 제1 R-다이크로익 필터(110a)에 입사된다. 제1 R-다이크로익 필터(110a)는 모든 P-파를 투과시키는 필터이므로, 상기 제1 R-다이크로익 필터(110a)를 투과한 적색 P-편광(Rp)은 R-필드 렌즈(122)에 의해 평행광으로서 R-액정판(128)에 조사된다. R-액정판(128)의 투과율이 변함에 따라 상기 R-액정판(128)을 통과한 적색 P-편광(Rp)은 제2 프로젝션 렌즈(134)에 들어간다.

한편, 상기 제2 R-다이크로익 필터(110b)를 투과한 녹색 S-편광(Gs)은 제2 G-다이크로익 필터(112b)에 입사된다. 상기 제2 G-다이크로익 필터(112b)는 녹색 S-편광(Gs)은 반사시키고 적색 S-편광(Rs) 및 청색 S-편광(Bs)을 투과시키는 필터이다. 따라서, 상기 제2 G-다이크로익 필터(112b)에 의해 반사된 녹색 S-편광(Gs)은 제3 λ/2 판(118)에 의해 녹색 P-편광(Gp)으로 변한 후 제1 G-다이크로익 필터(112a)에 입사된다. 제1 G-다이크로익 필터(112a)는 모든 P-파를 투과시키는 필터이므로, 상기 제1 G-다이크로익 필터(112a)를 투과한 녹색 P-편광(Gp)은 G-필드 렌즈(124)에 의해 평행광으로서 G-액정판(130)에 조사된다. G-액정판(130)의 투과율이 변함에 따라 상기 G-액정판(130)을 통과한 녹색 P-편광(Gp)은 제3 프로젝션 렌즈(136)에 들어간다.

이러한 방식으로 세 개의 프로젝션 렌즈(132, 134, 136)는 S-편광과 P-편광 성분을 모두 포함하는 적색, 녹색 및 청색 광선을 각각 스크린(138) 상에 투사하여 그에 대응되는 컬러 화상을 표시한다.

그러나, 상기한 구조를 갖는 투사형 화상 표시 장치(100)는 세 개의 프로젝션 렌즈(132, 134, 136)를 사용하기 때문에 각 프로젝션 렌즈의 굴절율 차이로 인하여 램프(102a, 102b)의 총 광속에 대한 스크린 상에서의 광속이 저하되는 문제가 있다. 또한, 세 개의 프로젝션 렌즈(132, 134, 136)를 사용함으로써 전체 광학계가 비대화된다.

따라서, 본 발명의 목적은 액정판(liquid crystal panel)을 포함하는 투사형 표시 장치에 있어서, 2 개의 광원을 사용하여 광효율을 2 배로 증가시키면서 광학계를 콤팩트하게 구성할 수 있는 투사형 화상 표시 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 투사형 표시 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 2는 본 출원인의 선행 기술에 기재된 투사형 화상 표시 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 3은 본 발명에 의한 투사형 표시 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

200 : 투사형 화상 표시 장치 202a, 202b : 광원

204a, 204b : 콘덴서 렌즈 206a, 206b : 편광기

208a, 208b : B-다이크로익 필터 210a, 210b : R-다이크로익 필터

212a, 212b : G-다이크로익 필터 214, 216, 218 : λ/2 판

220, 222, 224 : 필드 렌즈 226, 228, 230 : 액정판

232, 234 : 미러 236 : 다이크로익 프리즘

238 : 프로젝션 렌즈 240 : 스크린

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광선을 발생시키기 위한 제1 광원 및 제2 광원; 화상을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈; 상기 제1 광원 및 제2 광원의 각 광축 상에 배치되어, 상기 제1 광원 및 제2 광원으로부터 발생된 각각의 광선을 S-편광과 P-편광으로 분리시키기 위한 제1 편광기 및 제2 편광기; 상기 제1 광원 및 제2 광원의 광축 상에 배치되어, 상기 제1 편광기 및 제2 편광기에 의해 분리된 각각의 편광을 적색, 녹색 및 청색 편광으로 분리시키기 위한 제1 색분리 수단 및 제2 색분리 수단; 상기 제1 색분리 수단과 제2 색분리 수단의 사이에 배치되어, 상기 제2 색분리 수단에 의해 분리된 적색, 녹색 또는 청색 편광의 위상차가 1/2 파장이 되도록 그 위상을 지연시켜 상기 제1 색분리 수단으로 보내기 위한 λ/2 판; 상기 적색, 녹색 및 청색 편광에 대응되는 세 개의 투과형 액정판; 상기 액정판들을 통과한 적색, 녹색 및 청색 편광을 합성하기 위한 색 합성 수단; 그리고 상기 액정판들을 통과한 적색, 녹색 및 청색 편광이 상기 색 합성 수단을 향하도록 그 광로를 변경하기 위한 광로 변경 수단을 포함하는 투사형 화상 표시 장치를 제공한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 투사형 화상 표시 장치는 두 개의 광원, 즉 제1 광원 및 제2 광원을 사용한다. 상기 제1 광원의 광축 상에는 제1 편광기와 세 개의 다이크로익 필터로 구성된 제1 색분리 수단이 배치되고, 상기 제2 광원의 광축 상에는 제2 편광기와 세 개의 다이크로익 필터로 구성된 제2 색분리 수단이 배치된다. 상기 제1 색분리 수단과 제2 색분리 수단의 사이에는 상기 제2 편광기와 제2 색분리 수단에 의해 얻어진 적색, 녹색 및 청색 편광의 위상을 지연시켜 위상차가 1/2 파장으로 변하게 하는 λ/2 판을 배치한다. 적색, 녹색 및 청색 광선에 대응되는 세 개의 액정판에는 제1 광원으로부터 얻어지게 되는 S-편광(또는 P-편광)의 적색, 녹색 및 청색 광선과, 제2 광원으로부터 얻어지게 되는 P-편광(또는 S-편광)의 적색, 녹색 및 청색 광선이 조사된다. 상기 액정판을 통과한 S- 편광 및 P-편광의 적색, 녹색 및 청색 광선은 다이크로익 프리즘과 같은 색 합성 수단에 의해 합성된 후, 하나의 프로젝션 렌즈에 의해 스크린 상에 투사된다.

따라서, 본 발명에 의하면 두 개의 광원을 사용함으로써 결과적으로 두 개의 편광 성분, 즉 S-편광과 P-편광을 모두 사용할 수 있어 광효율을 크게 증대시킬 수 있다. 또한, 하나의 프로젝션 렌즈를 사용함으로써 3 개의 프로젝션 렌즈를 사용하는 종래의 장치에 비해 광학계를 콤팩트하게 구성할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 액정판을 사용하는 투사형 화상 표시 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 투사형 화상 표시 장치(200)는, 광선을 방출하기 위한 제1 광원(202a) 및 제2 광원(202b), 색광선(colored light : L)을 투사하기 위한 하나의 프로젝션 렌즈(238), 그리고 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B)에 대응되는 세 개의 투과형 액정판(226, 228, 230)을 포함한다. 상기 액정판(226, 228, 230)은 인가되는 화상 신호에 따라 그 투과율이 변하게 되어 적색, 녹색 및 청색광들을 투과시키거나 차단시킨다. 투과된 광들은 프로젝션 렌즈(238)에 의해 스크린(240) 상에 투사된다.

또한, 본 발명에 따른 투사형 화상 표시 장치(200)는, 제1 콘덴서 렌즈(204a)및 제2 콘덴서 렌즈(204b), 제1 편광기(206a) 및 제2 편광기(206b), 제1 색분리 수단(208a, 210a, 212a), 제2 색분리 수단(208b, 210b, 212b), λ/2 판(214, 216, 218), 세 개의 필드 렌즈(220, 222, 224), 광로 변경 수단(232, 234), 그리고 색 합성 수단(236)을 포함한다.

상기 제1 광원(202a) 및 제2 광원(202b)은, 바람직하게는, 170W 내지 250W의 할로겐 금속 램프로서 스펙트럼에서 장파장의 적외선(LWIR) 내지 자외선(UV)을 방출한다. 제1 콘덴서 렌즈(204a) 및 제2 콘덴서 렌즈(204b)는 제1 광원(202a) 및 제2 광원(202b)으로부터 방출되는 각각의 광선을 대응되는 제1 편광기(206a) 및 제2 편광기(206b)에 포커싱한다.

상기 제1 편광기(206a) 및 제2 편광기(206b)는, 바람직하게는, P-편광을 흡수하고 S-편광을 투과시키는 편광기이다. 상기 제1 편광기(206a) 및 제2 편광기(206b)는 각각 제1 광원(202a) 및 제2 광원(202b)의 광축 상에 위치한다.

상기 제1 색분리 수단(208a, 210a, 212a) 및 제2 색분리 수단(208b, 210b, 212b)은, 바람직하게는, S-편광을 반사하고 P-편광을 투과시키는 세 개의 다이크로익 필터, 즉 청색 S-편광(Bs)을 반사시키는 R-다이크로익 필터(208a, 208b), 적색 S-편광(Rs)을 반사시키는 R-다이크로익 필터(210a, 210b), 그리고 녹색 S-편광(Gs)을 반사시키는 G-다이크로익 필터(212a, 212b)로 구성된다.

상기 세 개의 λ/2 판(214, 216, 218)은 편광 상태의 광을 위상차가 180°가 되도록 반전시키는 역할을 한다. 예를 들어, 선형 S-편광이 λ/2 판을 나오게 되면, λ/2 판의 굴절률 이방성으로 인하여 선형 P-편광이 된다. 본 발명에서는 S-편광 및 P-편광을 모두 사용하기 위하여 제2 색분리 수단(208b, 210b, 212b)에 의해 반사된 S-편광의 진행 방향에 세 개의 λ/2 판(214, 216, 218)을 배치한다.

세 개의 필드 렌즈(220, 222, 224)는 제1 색분리 수단(208a, 210a, 212a)을 통과한 적색, 녹색 및 청색의 S-편광들과 제2 색분리 수단(208b, 210b, 212b)과 제1 색분리 수단(208a, 210a, 212a)을 통과한 적색, 녹색 및 청색의 P-편광들을 대응되는 세 개의 액정판(226, 228, 230)에 평행광으로 조사하는 역할을 한다.

상기 광로 변경 수단(232, 234)은, 바람직하게는, 제1 미러와 제2 미러로 구성된다. 상기 광로 변경 수단(232, 234)은 액정판들을 통과한 적색, 녹색 및 청색 편광이 색 합성 수단(236)을 향하도록 그 광로를 변경하는 역할을 한다.

상기 색 합성 수단(236)은, 바람직하게는, 청색광(B)만을 반사시키고 다른 광들은 투과시키는 다이크로익 미러와 녹색광(G)만을 반사시키고 다른 광들은 투과시키는 다이크로익 미러가 'X' 자 형태로 이루어진 것이다. 따라서, 프리즘의 서로 수직인 세 면으로 입사되어지는 녹색광 및 청색광은 반사시키고 적색광은 그대로 투과시킴으로써, 세 개의 광선들을 합성하여 프로젝션 렌즈(238)로 입사시킨다. 여기서, 상기 다이크로익 미러 대신에 다이크로익 필터를 사용하여도 무방하다.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명에 의한 투사형 화상 표시 장치(200)의 작동 원리를 보다 상세하게 설명한다.

상기 제1 광원(202a)과 제2 광원(202b)으로부터 각각 백색광이 방출된 후, 이 백색광은 제1 콘덴서 렌즈(204a)와 제2 콘덴서 렌즈(204b)에 의해 제1 편광기(206a)와 제2 편광기(206b)에 포커싱된다. 상기 제1 편광기(206a) 및 제2 편광기(206b)는 S-편광을 투과시키고 P-편광을 흡수하는 편광기이므로, 제1 편광기(206a)를 통하여 투과된 S-편광은 제1 B-다이크로익 필터(208a)에 입사된다. 상기 제1 B-다이크로익 필터(208a)는 모든 P-파를 투과시키는 반면, 청색 S-편광(Bs)은 반사시키고 적색 S-편광(Rs) 및 녹색 S-편광(Gs)을 투과시키는 필터이다. 따라서, 상기 제1 B-다이크로익 필터(208a)에 의해 반사된 청색 S-편광(Bs)은 B-필드 렌즈(220)에 의해 평행광으로서 B-액정판(226)에 조사된다. B-액정판(226)의 투과율이 변함에 따라 상기 B-액정판(226)을 통과한 청색 S-편광(Bs)은 제1 미러(232)에 의해 반사된 후 다이크로익 프리즘(236) 내의 청색광만을 반사시키는 다이크로익 미러에 의해 반사된다. 이렇게 반사된 청색 S-편광(Bs)은 프로젝션 렌즈(238)로 들어가게 된다.

한편, 상기 제1 B-다이크로익 필터(108a)를 투과한 적색 S-편광(Rs) 및 녹색 S-편광은 제1 R-다이크로익 필터(110a)에 입사된다. 상기 제1 R-다이크로익 필터(110a)는 모든 P-파를 투과시키는 반면, 적색 S-편광(Rs)은 반사시키고 녹색 S-편광(Gs) 및 청색 S-편광(Bs)을 투과시키는 필터이다. 따라서, 상기 제1 R-다이크로익 필터(110a)에 의해 반사된 적색 S-편광(Rs)은 R-필드 렌즈(122)에 의해 평행광으로서 R-액정판(128)에 조사된다. R-액정판(128)의 투과율이 변함에 따라 상기 R-액정판(128)을 통과한 적색 S-편광(Rs)은 다이크로익 프리즘(236)을 그대로 투과하여 프로젝션 렌즈(238)로 들어가게 된다.

한편, 상기 제1 R-다이크로익 필터(110a)를 투과한 녹색 S-편광(Gs)은 제1 G-다이크로익 필터(112a)에 입사된다. 상기 제1 G-다이크로익 필터(112a)는 모든 P-파를 투과시키는 반면, 녹색 S-편광(Gs)은 반사시키고 적색 S-편광(Rs) 및 청색 S-편광(Bs)을 투과시키는 필터이다. 따라서, 상기 제1 G-다이크로익 필터(112a)에 의해 반사된 녹색 S-편광(Gs)은 G-필드 렌즈(124)에 의해 평행광으로서 G-액정판(130)에 조사된다. G-액정판(130)의 투과율이 변함에 따라 상기 G-액정판(130)을 통과한 녹색 S-편광(Gs)은 제2 미러(234)에 의해 반사된 후 다이크로익 프리즘(236) 내의 녹색광만을 반사시키는 다이크로익 미러에 의해 반사된다. 이렇게 반사된 녹색 S-편광(Gs)은 프로젝션 렌즈(238)로 들어가게 된다.

한편, 제2 편광기(106b)를 통하여 투과된 S-편광은 제2 B-다이크로익 필터(108b)에 입사된다. 상기 제2 B-다이크로익 필터(108b)는 청색 S-편광(Bs)은 반사시키고 적색 S-편광(Rs) 및 녹색 S-편광(Gs)을 투과시키는 필터이다. 따라서, 상기 제2 B-다이크로익 필터(108b)에 의해 반사된 청색 S-편광(Bs)은 제1 λ/2 판(114)에 입사된다. 상기 제1 λ/2 판(114)에 입사된 청색 S-편광(Bs)은 위상차가 1/2 파장으로 바뀌어 청색 P-편광(Bp)으로 변한 후 제1 B-다이크로익 필터(108a)에 입사된다. 제1 B-다이크로익 필터(108a)는 모든 P-파를 투과시키는 필터이므로, 상기 제1 B-다이크로익 필터(108a)를 투과한 청색 P-편광(Bp)은 B-필드 렌즈(120)에 의해 평행광으로서 B-액정판(126)에 조사된다. 상기 B-액정판(126)의 투과율이 변함에 따라 상기 B-액정판(126)을 통과한 청색 P-편광(Bp)은 제1 미러(232)에 의해 반사된 후 다이크로익 프리즘(236) 내의 청색광만을 반사시키는 다이크로익 미러에 의해 반사된다. 이렇게 반사된 청색 P-편광(Bp)은 프로젝션 렌즈(238)로 들어가게 된다.

한편, 상기 제2 B-다이크로익 필터(108b)를 투과한 적색 S-편광(Rs) 및 녹색 S-편광은 제2 R-다이크로익 필터(110b)에 입사된다. 상기 제2 R-다이크로익 필터(110b)는 적색 S-편광(Rs)은 반사시키고 녹색 S-편광(Gs) 및 청색 S-편광(Bs)을 투과시키는 필터이다. 따라서, 상기 제2 R-다이크로익 필터(110b)에 의해 반사된 적색 S-편광(Rs)은 제2 λ/2 판(116)에 의해 적색 P-편광(Rp)으로 변한 후 제1 R-다이크로익 필터(110a)에 입사된다. 제1 R-다이크로익 필터(110a)는 모든 P-파를 투과시키는 필터이므로, 상기 제1 R-다이크로익 필터(110a)를 투과한 적색 P-편광(Rp)은 R-필드 렌즈(122)에 의해 평행광으로서 R-액정판(128)에 조사된다. R-액정판(128)의 투과율이 변함에 따라 상기 R-액정판(128)을 통과한 적색 P-편광(Rp)은 다이크로익 프리즘(236)을 그대로 투과한 후 프로젝션 렌즈(238)로 들어가게 된다.

한편, 상기 제2 R-다이크로익 필터(110b)를 투과한 녹색 S-편광(Gs)은 제2 G-다이크로익 필터(112b)에 입사된다. 상기 제2 G-다이크로익 필터(112b)는 녹색 S-편광(Gs)은 반사시키고 적색 S-편광(Rs) 및 청색 S-편광(Bs)을 투과시키는 필터이다. 따라서, 상기 제2 G-다이크로익 필터(112b)에 의해 반사된 녹색 S-편광(Gs)은 제3 λ/2 판(118)에 의해 녹색 P-편광(Gp)으로 변한 후 제1 G-다이크로익 필터(112a)에 입사된다. 제1 G-다이크로익 필터(112a)는 모든 P-파를 투과시키는 필터이므로, 상기 제1 G-다이크로익 필터(112a)를 투과한 녹색 P-편광(Gp)은 G-필드 렌즈(124)에 의해 평행광으로서 G-액정판(130)에 조사된다. G-액정판(130)의 투과율이 변함에 따라 상기 G-액정판(130)을 통과한 녹색 P-편광(Gp)은 제2 미러(234)에 의해 반사된 후 다이크로익 프리즘(236) 내의 녹색광만을 반사시키는 다이크로익 미러에 의해 반사된다. 이렇게 반사된 녹색 P-편광(Gp)은 프로젝션 렌즈(238)로 들어가게 된다.

이러한 방식으로 프로젝션 렌즈(238)는 S-편광과 P-편광 성분을 모두 포함하는 적색, 녹색 및 청색 광선의 합성된 색 광선(L)을 스크린(240) 상에 투사하여 그에 대응되는 컬러 화상을 표시한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 투사형 화상 표시 장치에 의하면, 두 개의 광원을 사용함으로써 결과적으로 두 개의 편광 성분, 즉 S-편광과 P-편광을 모두 사용할 수 있어 광효율을 크게 증대시킬 수 있다. 그러므로, 밝은 실내에서도 방영이 가능한 LCD 광학계를 제공할 수 있다.

또한, 하나의 프로젝션 렌즈만을 사용함으로써 3 개의 프로젝션 렌즈를 사용하는 종래의 장치에 비해 광학계를 콤팩트하게 구성할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 광선을 발생시키기 위한 제1 광원(202a) 및 제2 광원(202b);

   화상을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(238);

   상기 제1 광원(202a) 및 제2 광원(202b)의 각 광축 상에 배치되어, 상기 제1 광원(202a) 및 제2 광원(202b)으로부터 발생된 각각의 광선을 S-편광과 P-편광으로 분리시키기 위한 제1 편광기(206a) 및 제2 편광기(206b);

   상기 제1 광원(202a) 및 제2 광원(202b)의 광축 상에 배치되어, 상기 제1 편광기(206a) 및 제2 편광기(206b)에 의해 분리된 각각의 편광을 적색, 녹색 및 청색 편광으로 분리시키기 위한 제1 색분리 수단(208a, 210a, 212a) 및 제2 색분리 수단(208b, 210b, 212b);

   상기 제1 색분리 수단(208a, 210a, 212a) 및 제2 색분리 수단(208b, 210b, 212b)의 사이에 배치되어, 상기 제2 색분리 수단(208b, 210b, 212b)에 의해 분리된 적색, 녹색 또는 청색 편광의 위상차가 1/2 파장이 되도록 그 위상을 지연시켜 상기 제1 색분리 수단(208a, 210a, 212a)으로 보내기 위한 λ/2 판(214, 216, 218);

   상기 적색, 녹색 및 청색 편광에 대응되는 세 개의 투과형 액정판(126, 128, 130);

   상기 액정판들(126, 128, 130)을 통과한 적색, 녹색 및 청색 편광을 합성하기 위한 색 합성 수단(236); 그리고

   상기 액정판들(126, 128, 130)을 통과한 적색, 녹색 및 청색 편광이 상기 색 합성 수단(236)을 향하도록 그 광로를 변경하기 위한 광로 변경 수단(232, 234)을 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 색분리 수단(208a, 210a, 212a) 및 제2 색분리 수단(208b, 210b, 212b)은 각각 적색, 녹색 및 청색광 중 두 색광을 분리 반사하는 두 개의 다이크로익 필터와 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 색 합성 수단(236)은 두 개의 다이크로익 미러가 'X' 자 형태로 이루어진 다이크로익 프리즘인 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 광로 변경 수단(232, 234)은 미러인 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.