KR20000008248A - 엘씨디 프로젝터용 조명장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 효율을 높임과 아울러 제작이 용이한 LCD 프로젝터용 조명장치에 관한 것이다.
LCD 프로젝터용 조명 장치는 광원과, 좌회전 원편광 및 우회전 원편광 중 한쪽 원편광은 통과 나머지 한쪽 원편광은 반사시키는 원편광기와, 통과되는 광의 변광 상태를 수직 변환 즉 좌회전 원편광은 우회전 원편광, 우회전 원편광은 좌회전 원편광으로 변환하는 λ/2 파장판과, 원편광기로부터의 원편광을 선편광으로 변환시키는 λ/4 파장판을 구비한다.

Description

엘씨디 프로젝터용 조명장치 (Lighting Device for Liquid Crystal Display Projector)
본 발명은 대형 화상을 제공하기 위하여, 액정표시장치 (Liquid Crystal Display, 이하 "LCD"라 함)를 이용한 프로젝터 (Projector)에 관한 것으로, 특히 액정 패널의 배면에 광을 조사하는 LCD 프로젝터용 조명 장치에 관한 것이다.
통상의 LCD 프로젝터는 액정 표시 장치가 재현한 소화면의 화상을 대형 스크린에 확대·결상시킴으로서 대형 화상을 관람자들에게 제공하게 된다. 소화면의 화상을 재현하기 위한 액정 표시 장치에는 비디오 신호에 따라 액정셀들 각각의 광 투과율을 조절하는 액정 패널의 배면에 광을 조사하기 위한 조명 장치가 포함되게 된다. 이때 사용되는 액정 패널은 특정한 선편광 특성을 가지는 광만을 사용한다. 그러나, 램프에서는 항상 편광 특성이 다른 두 가지의 광들이 발생되기 때문에 조명 장치에서 액정 패널에 조사되는 광량 중 일부가 손실되는 경우가 발생된다. 이로 인하여, 조명 장치는 광 효율이 낮을 수밖에 없었다.
이와 같은 광 손실을 방지하기 위한 종래 기술로, 램프에서 발생되는 수직 선편광 특성의 광과 수평 선편광 특성의 광들 중 어느 한쪽의 선편광 특성의 광을 다른 선편광 특성의 광으로 변환시키는 조명 장치가 통용되고 있다. 이러한 조명 장치에는 도1 에서와 같이 램프(10)와 액정 패널(12)의 사이에 나란하게 배열 되어진 제1 및 제2 마이크로-렌즈 어래이 (Micro-lens Array)(14A, 14B), 마이크로-폴라라이징 빔 스프리트 프리즘 어래이 (Micro-Polarizing Beam Split Prism Array, 이하 "마이크로 PBS 프리즘 어래이"라 함)(16), 그리고 λ/2 파장판 어래이(18)가 포함되어 있다. 도 2에서와같이 액정 패널(12)이 필요로 하는 광은 특정의 선편광된 광(그림에서는 수직선편광이라고 가정)이다. 제1 및 제2 마이크로-렌즈 어래이(14A,14B)는 램프(10)로부터 액정 패널(12) 쪽으로 진행하는 광빔을 다수의 미세한 광빔들로 분할하게 된다. 여기서, 제1 마이크로-렌즈 어래이(14A)는 램프(10)로부터의 광빔을 집속하는 반면에 제2 마이크로-렌즈 어래이(14B)는 제1 마이크로-렌즈 어래이(14A)로부터의 광빔을 확산시키게 된다. 또한, 제1 마이크로-렌즈들과 제2 마이크로-렌즈들은 초점 심도가 다르게 제작되게 된다. 마이크로 PBS 어래이(16)는 미세한 광빔들 각각을 수직 및 수평 선편광 빔들로 분리하게 된다. 이때 수직 선편광된 빔은 직진하여 통과하고 수평 선편광된 빔은 90도 반사하여 윗쪽 셀에서 다시 반사하고, 그리고 λ/2파장판을 통과하여 수직 선편광 빔으로 변환된다. 이에 따라, 램프(10)에서 발생되어진 모든 광이 수직 선편광으로 변환되어 액정 패널(12)의 배면에 조사되게 된다. 이 결과, 조명 장치에서의 광 효율이 높아지게 되었다. 또한, 도1의 조명 장치에는 램프(10)를 감쌈과 아울러 제1 마이크로-렌즈 어래이(14A)와 대향되게 설치된 포물경(20)이 포함되게 된다. 이 포물경(20)은 램프(10)에서 발생되어진 광들이 제1 마이크로-렌즈 어래이(14A) 쪽으로 평행하게 진행되게 한다.
이러한 조명장치에서는 두 종류의 선편광빔 중 어느 한 선편광빔을 다른 선편광빔으로 변환하기 위하여 제1 및 제2 마이크로-렌즈 어래이들(14A,14B) 각각에 포함되어진 마이크로-렌즈들, 마이크로 PBS 프리즘 어래이(16)에 포함되어진 마이크로 PBS 프리즘들, 및 λ/2 판 어래이(18)에 포함되어진 λ/2 판들이 일치되게 설치되어야만 함은 물론 이거니와 그들의 크기가 동일하게 제작되어야만 한다. 이로 인하여, 이들 제1 및 제2 마이크로-렌즈 어래이들(14A,14B), 마이크로 PBS 프리즘 어래이(16), 그리고 λ/2 판 어래이(18)의 제작이 어렵고 나아가 그들의 제작 비용이 클 수밖에 없다. 이 결과, 종래의 LCD 프로젝터용 조명 장치에서는 제작비용이 커짐과 아울러 제작이 어려울 수밖에 없었다. 또한, 제1 및 제2 마이크로-렌즈 어래이(14A,14B)와 마이크로 PBS 프리즘 어래이(16)가 일정한 한계 이하의 크기로 제작될 수 없기 때문에 종래의 LCD 프로젝터용 조명장치가 간소화 될 수 없다. 더불어, 종래의 LCD 프로젝터용 조명장치에서는 제1 및 제2 마이크로-렌즈 어래이들(14A,14B) 각각에 포함되어진 마이크로-렌즈들, 마이크로 PBS 프리즘 어래이(16)에 포함되어진 마이크로 PBS 프리즘들, 및 λ/2 판 어래이(18)에 포함되어진 λ/2 판들 각각의 가장자리로 입사되는 광들이 누설됨으로 인하여 광 효율이 일정한 한계 이상 높아질 수 없었다.
따라서, 본 발명의 목적은 광 효율을 높임과 아울러 제작을 용이한 LCD 프로젝터용 조명장치를 제공함에 있다.
도1은 종래의 LCD 프로젝터용 조명장치를 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 종래기술에서 편광편환원리를 도시하는 도면
도 3은 본 발명의 구성을 도시하는 도면
도4는 본 발명의 동작 원리를 도시하는 도면
도 5는 본 발명에서의 λ/2의 모양을 도시하는 도면
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10,32 : 램프 12,30 : 액정 패널
14A,14B : 마이크로 렌즈 어래이 16 : 마이크로 프리즘 어래이
18 : λ/2 판 어래이 20,34 : 포물경
36 : λ/2 판 38 : 원 편광기
40 : λ/4 판
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 LCD 프로젝터용 조명 장치는 좌회전 원편광 및 우회전 원편광이 혼합된 광을 발생하는 광원과, 좌회전 원편광 및 우회전 원편광 중 한쪽 원편광은 통과 나머지 한쪽 원편광은 반사시키는 원편광기와, 편광 상태를 수직한 편광 상태로 변환하는 λ/2 파장판과, 원편광기로부터의 원편광을 선편광으로 변환시키는 λ/4 파장판을 구비한다.
상기 목적들 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예에 대한 상세한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도3 내지 도5를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도3를 참조하면, 액정 패널(30)의 배면과 대향되게 설치되어진 램프(32)와, 이 램프를 감싸게끔 설치되어진 포물경(34)과, 이 포물경(34)과 액정 패널(30) 사이에 나란하게 설치되어진 λ/2 파장판(36), 원편광기(38) 및 λ/4 파장판(40)을 구비하는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 LCD 프로젝터용 조명장치가 도시되어 있다.
각 구성 부품들의 기능은 다음과 같다. 램프(32)는 좌회전 편광 (이하 "좌원편광"이라 함)과 우회전 편광 (이하 "우원편광"이라 함)을 포함하는 광들을 방사하게 된다. 포물경(34)은 램프(32)에서 방사되는 광들이 액정 패널(30) 쪽으로 평행하게 진행하게끔 광들을 반사시킨다. λ/2 파장판(36)은 도5 에서와 같이 포물경(34)에 의해 반사되어진 광들 중 우원편광은 좌원편광으로, 좌원편광은 우원편광으로 변환시키는 기능을 하게 되고, 포물경에서 반사되어 나오는 광 중에서 절반에 해당하는 광빔들만이 대응되도록 반원의 형태를 가지고 있다. 원편광기(38)는 이에 입사되는 광 중에서 좌원편광은 액정 패널(30) 쪽으로 통과시키는 반면에 우원편광은 반사시키게 된다. 즉 반사형 원편광기(38)의 작용을 한다. λ/4 파장판(40)은 원편광기(38)로부터 액정 패널(30)쪽으로 진행하는 좌원편광들을 수직 선편광 특성의 광(이하 "수직 선편광"이라 함)들로 변환시키게 된다.
본 발명의 목적인 상기 설명된 각 부품들의 역할로 인하여 액정 패널(30)에 입사되는 광 들이 모두 한 종류의 선편광 상태로 변환되는 과정을 도 4에따라 설명하면 다음과 같다. 램프(32)에서 방출된 빛은 좌원편광된 광과 우원편광된 빛의 혼합으로 되어 있다 이들 혼합된 광들은 포물경(34)에서 반사되어 광축과 평행하게 우측으로 진행하게된다. 이들 광 중에서 상부의 절반은 λ/2 파장판(36)에 입사하게되고 λ/2파장판(36)의 작용에의하여 좌원편광은 우원편광 상태로, 우원편광은 좌원편광 상태로 변환되어 반사형 원편광기(38)에 입사된다 입사된 광 중에서 좌원편광은 통과되고 우원편광은 반사된다. 반사된 우원편광은 다시 λ/2파장판(36)을 역으로 통과하면서 좌원편광이 되고 포물경에서 반사되어 λ/2파장판(36) 아래쪽으로 통과되어 다시 반사형 원편광기(38)에 입사되고 이때에는 좌원편광이므로 통과된다. 이러한 과정을 통하여 램프에서 방출된 빛 은 모두 반사형 원편광기(38)를 통과하여 좌원편광된 광들이 되고 이들 광은 λ/4 파장판(40)에 입사되어 수직 선편광이 된다.이들 수직 선편광으로 변환된 광은 액정 판넬(30)에 입사되어 광이 효과적으로 사용된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 조명 장치에서는 램프에서 좌원편광 및 우원편광이 발생되고 이들 원평광들 중 어느 한쪽 원편광이 다른 원편광으로 변환되어 다른 원편광과 함께 선편광으로 변환됨으로써 램프에서 발생되는 모든 광들이 액정 패널에 공급되게 된다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 조명장치에서는 원편광의 분리 및 편광 방향의 변경이 λ/2 파장판, 원 편광기 및 λ/4 파장판에 의해 수행되게 된다. 이에 따라, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 조명 장치에서는 광 효율이 극대화되게 되고, 그 제작이 용이하게 되고, 나아가 그 구성이 간소화 될 수 있게 됨은 물론 제작비용이 현저하게 감소되게 된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (4)

  1. 좌회전 원편광 및 우회전 원편광을 발생 하는 광원과,
    상기 좌회전 원편광 및 우회전 원편광 중 한쪽 원편광만을 분리 반사하고 나머지 원편광은 통과시키는 선택적 반사형 원편광기와,
    상기 좌회전 원편광 및 우회전 원편광을 상호 편광 상태를 수직 변환시키는 λ/2 판과,
    상기 원 편광기로부터의 통과된 원편광을 선편광으로 변환시키는 λ/4 판을 구비하는 것을 특징으로 하는 LCD 프로젝터용 조명장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원이,
    상기 원편광들을 발생하기 위한 램프와,
    상기 램프에서 발생되는 원편광들을 평행하게 진행시키기 위한 포물경을 구비하는 것을 특징으로 하는 LCD 프로젝터용 조명장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 원 편광기가 상기 좌원편광을 통과시키고,
    상기 λ/4 판이 상기 좌원편광을 수직 선편광으로 변환하는 것을 특징으로 하는 LCD 프로젝터용 조명장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 원 편광기가 상기 우원편광을 통과시키고,
    상기 λ/4 판이 상기 우원편광을 수평선 편광으로 변환하는 것을 특징으로 하는 LCD 프로젝터용 조명장치.
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