KR20020000476A - 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 편광빔 스플리터를 이용하여 편광빛 조명시에 생기는 편광판 열화현상을 제거함으로써 프로젝션 시스템의 성능저하를 방지하고, 수명을 연장시킬 수 있도록 하는 프로젝션 시스템에 관한 것으로서, 무편광된 백색광을 출사하는 램프와, 상기 램프에서 출사된 빛에서 불필요한 P파는 통과시켜 시스템 외부로 방출시키고 시스템에서 조명광으로 사용되는 S파는 반사시켜 진행방향을 변경시키는 제 1편광빔 스플리터와, 상기 제 1편광빔 스플리터로부터 입사된 빛은 통과시키고 반사형 LCD에서 반사되어 이미지가 포함된 빛은 투사계로 출사하기 위하여 조명계와 투사계 사이의 방향을 바꾸는 제 2편광빔 스플리터와, 상기 제 2편광빔 스플리터를 통과한 빛을 색 분리하여 각각의 반사형 LCD로 출사하고 각각의 반사형 LCD에서 반사된 빛을 색 합성하여 상기 제 2편광빔 스플리터로 출사하는 색분리/합성계를 포함하여 구성되므로써 종래 편광판의 사용에 따라 편광빛 조명시에 생기는 편광판 열화현상을 제거함으로써 프로젝션 시스템의 성능저하를 방지할 수 있으며, 제품의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템{Projection system using polarizing beam splitter}
본 발명은 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템에 관한 것으로 특히, 편광판을 이용한 편광빛 조명시에 생기는 편광판 열화현상을 제거함으로써 프로젝션 시스템의 성능저하를 방지하고 제품의 수명을 연장시킬 수 있도록 구조를 개선한 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템에 관한 것이다.
최근 디스플레이가 대형화되면서 프로젝션 기술을 이용한 데이터 프로젝터, 프로젝션 TV, 프로젝션 모니터 등의 개발이 가속화되고 있는데, 근래에는 각 화소에 반사 전극을 설치하여 화소의 개구율을 향상시켜서 사용하는 반사형 액정 패널의 연구가 진행되고, 투사형 액정 프로젝터에 적용되어 가고 있다. 이 반사형 액정 패널은 종래의 투과형 액정 패널에 비교하여 개구율을 높게 할 수 있기 때문에, 소형화/고효율의 프로젝터를 실현할 수 있다.
일반적으로, 프로젝션 시스템은 크게 조명계, 색분리/합성부, 투사계로 나눌 수 있다. 상기 프로젝션 시스템에서 반사형 LCD를 이미저(IMAGER)로 사용하는 경우에는 조명계와 투사계 사이의 경로변경을 위하여 편광된 빛을 이미저에 조명해 주어야 하기 때문에 조명계에 편광소자가 필요하게 된다.
이때, 편광판을 이용하여 편광빛을 만드는 경우에는 편광판의 특성상 조명광량의 50% 이상의 흡수해야 하기 때문에 이 흡수된 빛이 열로 변환되어 편광판의 열화가 생긴다.
도 1은 일반적인 편광판의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이 무편광된 입사광(1)이 편광판(2)에 입사하면, 이상적으로 50%의 광량이 편광판(2)의 편광방향으로 편광된 빛(3)이 통과하고 나머지 50%의 광량은 상기 편광판(2)에 흡수된다.
종래의 기술에서는 상기와 같은 편광판을 이용하여 도 2에 도시된 바와 같은 프로젝션 시스템을 구성하여 사용하고 있다.
도 2는 종래의 반사형 프로젝터 장치의 일례를 나타내는 구성도이다. 동 도면에 나타낸 바와 같이 반사형 프로젝터 장치는 대략 하면, 광원(11), 편광판(12), 편광빔 스플리터(PBS)(13), 다이크로익 프리즘(14), 반사형 액정 패널(15R, 15G, 15B)(R은 적색, G는 녹색, B는 청색을 나타냄) 및 투사 렌즈(16) 등으로 구성되어 있다.
상기 구성에서 광원(11)으로부터 출사한 무편광 빛은 상기 편광판(12)에서 첨부한 도 1에 특성에서와 같이 50%의 P파는 흡수되고 50%의 S파는 통과된다. 이후, 상기 편광판(12)을 통과한 S파는 상기 편광빔 스플리터(PBS)(13)에서 그 특성에 의해 전부 반사가 되어 상기 다이크로익 프리즘(14)으로 향하게 된다.
상기 다이크로익 프리즘(14)에 입사한 광은 적색, 녹색, 청색(R, G, B)으로 각각 분리되어 출사하고, 각색에 대응한 각 반사형 액정패널(15R, 15G, 15B)로 반사된 뒤, 동일 광로를 지나서 상기 편광빔 스플리터(PBS)(13)에 재 입사한다.
이때, 각 반사형 액정패널(15R, 15G, 15B)로 화상 변조된 광 중, 액정이 ON 상태의 영역에서는 편광 방향을 90°회전하여 출사하기 때문에 즉, 입사된 S파의 빛은 반사되면서 P파로 변환되어지기 때문에, 상기 ON 상태 영역에 대응하는 출사광은 편광빔 스플리터(PBS)(13)를 투과하여 상기 투사 렌즈(16)로부터 스크린(도시하지 않음)을 향해서 투사되어 화상을 형성한다.
상기 도 2에 도시된 바와 같이 구성되는 반사형 프로젝터를 흔히 3판식 프로젝터라 칭하는데, 각 반사형 액정패널(15R, 15G, 15B)를 사용할 경우 조명된 빛이 투사 렌즈(16)로 가기 위해서는 편광빔 스플리터(13)가 필요하게 되고, 상기 편광빔 스플리터(13)를 이용시에는 편광된 조명광이 필요하다.
결국, 조명계에 편광소자가 필요하게 되는데, 상기 편광소자로 편광판(12)을 사용할 경우에는 편광판(12)의 특성상 50% 이상의 P파를 통과시킬 수는 없게 된다. 따라서, 통과하지 못한 50% 이상의 빛은 상기 편광판(12)에 흡수되어 열로 변환되고, 이 열은 상기 편광판(12)을 열화시켜 프로젝션 시스템 전체의 성능을 저하시키는 동시에 수명을 단축시키는 원인이 되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 프로젝션 시스템의 핵심부분인 프로젝션 엔진에서 편광된 조명광을 얻기 위한 수단으로 사용되는 편광판이 투과시키지 않는 약 50%의 빛에 의해 열화되는 현상을 방지하기 위하여 기존의 편광판을 편광빔 스플리터로 대치함으로써 종래 편광판 열화현상을 제거함으로써 프로젝션 시스템의 성능저하를 방지하고, 수명을 연장시킬 수 있도록 하는 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템을 제공하는데 있다.
도 1은 일반적인 편광판의 기능을 설명하기 위한 도면.
도 2는 종래 기술에 의한 반사형 3판식 LCD 프로젝션 시스템의 구성을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 의한 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템의 구성을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 적용되는 3-편광빔 스플리터를 설명하기 위한 도면.
도 5는 도 3에 도시되어 있는 프로젝션 시스템에 3-편광빔 스플리터가 적용된 예시도.
도 6은 도 3에 도시되어 있는 실시예에서 프로젝션 시스템에 조명으로 P파를 사용하는 경우의 프로젝션 시스템의 구성 예시도.
도 7은 색분리/합성계로 칼라 코너를 사용하는 경우의 프로젝션 시스템의 구성 예시도.
도 8은 도 7에 도시되어 있는 프로젝션 시스템에 3-편광빔 스플리터가 적용된 예시도.
도 9는 도 7에 도시되어 있는 실시예에서 프로젝션 시스템에 조명으로 P파를사용하는 경우의 프로젝션 시스템의 구성 예시도.
도 10은 색분리/합성계로 칼라 쿼드를 사용하는 경우의 프로젝션 시스템의 구성 예시도.
도 11은 도 10에 도시되어 있는 프로젝션 시스템에 3-편광빔 스플리터가 적용된 예시도.
도 12는 도 10에 도시되어 있는 실시예에서 프로젝션 시스템에 조명으로 P파를 사용하는 경우의 프로젝션 시스템의 구성 예시도.
도 13은 색분리/합성계로 필립스 프리즘을 사용하는 경우의 프로젝션 시스템의 구성 예시도.
도 14은 도 13에 도시되어 있는 프로젝션 시스템에 3-편광빔 스플리터가 적용된 예시도.
도 15는 도 13에 도시되어 있는 실시 예에서 프로젝션 시스템에 조명으로 P파를 사용하는 경우의 프로젝션 시스템의 구성 예시도.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템의 특징은, 무 편광된 백색광을 조사하는 램프와; 상기 램프에서 조사된 빛에서 불필요한 P파는 투과(transmit)시키고 S파는 상기 P파의 투과방향과 직교하는 일 측 방향으로 반사시키는 제 1편광빔 스플리터와; 상기 제 1편광빔 스플리터로부터 반사되어 입사된 S파의 빛을 입사방향과 직교하는 일 측의 방향으로 반사시키고, P파는 투과시키는 제 2편광빔 스플리터와; 상기 제 2편광빔 스플리터로부터 반사되어 입사된 S파의 빛에서 빛의 R, G, B성분 각각에 대해 분리하여투사하고, 투사방향으로 유입되는 P파의 빛은 합성하여 상기 제 2편광빔 스플리터 측으로 투사하는 색분리/합성계와; 상기 색분리/합성계에서 분리되어 투사되는 빛의 R, G, B성분 각각에 대응하는 이미지를 제공하는 LCD; 및 상기 LCD에 반사되어 이미지가 포함된 빛의 R, G, B성분 각각이 상기 색분리/합성계에서 합성된 후 상기 제 2편광빔 스플리터를 투과하는 P파의 빛을 스크린으로 투사하여 상이 형성되도록 하는 투사계를 포함하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템의 부가적인 특징은, 상기 제 1편광빔 스플리터에서 제 2편광빔 스플리터로 진행하는 빛의 진행 경로상에 상기 제 1편광빔 스플리터에서 반사된 빛에 섞여있는 P파에 의하여 저하된 조명의 편광도를 높이기 위하여 별도의 편광빔 스플리터를 추가로 배치하여 클린업(CLEAN UP) 편광빔 스플리터의 역할을 하도록 하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템의 부가적인 다른 특징은, 상기 클린업 편광빔 스플리터는 프로젝션 시스템의 크기를 줄이기 위해 3-편광빔 스플리터(3-PBS)를 사용하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템의 부가적인 또 다른 특징은, 상기 색분리/합성계로 "X-프리즘" 타입 또는 "필립스 프리즘(Philips Prism)" 타입을 적용하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템의 다른 특징은, 무 편광된 백색광을 조사하는 램프와; 상기 램프에서 조사된 빛에서 불필요한 P파는 투과(transmit)시키고 S파는 상기 P파의 투과방향과 직교하는 일 측 방향으로 반사시키는 편광빔 스플리터와; 상기 편광빔 스플리터로부터 반사되어 입사된 S파의 빛에서 빛의 R, G, B성분 각각에 대해 분리하여 투사하고, 투사방향으로 유입되는 P파의 빛은 합성하여 투사하는 색분리/합성계와; 상기 색분리/합성계에서 분리되어 투사되는 빛의 R, G, B성분 각각에 대응하는 이미지를 제공하는 LCD; 및 상기 LCD에 반사되어 이미지가 포함된 빛의 R, G, B성분 각각이 상기 색분리/합성계에서 합성된 P파의 빛을 스크린으로 투사하여 상이 형성되도록 하는 투사계를 포함하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템의 부가적인 특징은, 상기 편광빔 스플리터에서 색분리/합성계로 진행하는 빛의 진행 경로상에 상기 편광빔 스플리터에서 반사된 빛에 섞여있는 P파에 의하여 저하된 조명의 편광도를 높이기 위하여 별도의 편광빔 스플리터를 추가로 배치하여 클린업(CLEAN UP) 편광빔 스플리터의 역할을 하도록 하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템의 부가적인 다른 특징은, 상기 클린업 편광빔 스플리터는 프로젝션 시스템의 크기를 줄이기 위해 3-편광빔 스플리터(3-PBS)를 사용하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템의 부가적인 또 다른 특징은, 상기 색분리/합성계로 "칼라 코너(Color Corner)" 타입 또는 "칼라 쿼드(Color Quad)" 타입을 적용하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템의 또 다른 특징은, 상기 램프에서 조사된 빛에서 불필요한 S파는 반사시키고 P파는 투과시키는 제 1편광빔 스플리터와; 상기 제 1편광빔 스플리터를 투과하여 입사되는 P파의 빛을 투과시키고, 상기 P파의 투과방향으로 입사되는 S파는 반사시키는 제 2편광빔 스플리터와; 상기 제 2편광빔 스플리터로부터 투과되어 입사된 P파의 빛에서 빛의 R, G, B성분 각각에 대해 분리하여 투사하고, 투사방향으로 유입되는 S파의 빛은 합성하여 상기 제 2편광빔 스플리터 측으로 투사하는 색분리/합성계와; 상기 색분리/합성계에서 분리되어 투사되는 빛의 R, G, B성분 각각에 대응하는 이미지를 제공하는 LCD; 및 상기 LCD에 반사되어 이미지가 포함된 빛의 R, G, B성분 각각이 상기 색분리/합성계에서 합성된 후 상기 제 2편광빔 스플리터에서 반사되는 S파의 빛을 스크린으로 투사하여 상이 형성되도록 하는 투사계를 포함하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템의 부가적인 특징은, 상기 색분리/합성계로 "X-프리즘" 타입 또는 "필립스 프리즘(Philips Prism)" 타입을 적용하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템의 또 다른 특징은, 무 편광된 백색광을 조사하는 램프와; 상기 램프에서 조사된 빛에서 불필요한 S파는 반사시키고 P파는 투과시키는 편광빔 스플리터와; 상기 편광빔 스플리터로부터 투과되어 입사된 P파의 빛에서 빛의 R, G, B성분 각각에 대해 분리하여 투사하고, 투사방향으로 유입되는 S파의 빛은 합성하여상기 제 2편광 빔 스플리터 측으로 투사하는 색분리/합성계와; 상기 색분리/합성계에서 분리되어 투사되는 빛의 R, G, B성분 각각에 대응하는 이미지를 제공하는 LCD; 및 상기 LCD에 반사되어 이미지가 포함된 빛의 R, G, B성분 각각이 상기 색분리/합성계에서 합성된 후 상기 제 2편광빔 스플리터에서 반사되는 S파의 빛을 스크린으로 투사하여 상이 형성되도록 하는 투사계를 포함하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템의 부가적인 특징은, 사기 색분리/합성계로 "칼라 코너(Color Corner)" 타입 또는 "칼라 쿼드(Color Quad)" 타입을 적용하는 데 있다.
본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
우선, 본 발명에 적용되는 기술적 사상을 간략히 살펴보면, 프로젝션 시스템의 핵심부분인 프로젝션 엔진에서 편광된 조명광을 얻기 위한 수단으로 사용되는 편광판이 투과시키지 않는 약 50%의 빛을 흡수하는 것에 의하여 열화되는 현상을 방지하기 위하여 기존의 편광판을 편광빔 스플리터로 대치하고자 하는 것으로 이는, 편광빔 스플리터의 특성이 특정 편광방향의 빛을 필터링할 때 필요없는 편광방향의 빛을 흡수하는 것이 아니라 90°다른 방향으로 투과시키기 때문에 빛의 흡수에 따른 열의 발생이 없으므로 열화현상이 일어나지 않게 된다는 점에 착안한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
첨부도면 도 3을 참조하면, 참조번호 11은 무편광된 백색광을 출사하는 램프를 나타내고, 12a는 상기 램프(11)에서 출사되는 빛에서 P파는 통과시키고 S파는 반사시켜 진행방향을 변경시키는 제 1편광빔 스플리터를 나타내고, 13은 조명계와 투사계 사이의 방향을 바꾸기 위한 제 2편광빔 스플리터를 나타내고, 14는 색분리/합성계의 역할을 수행하는 다이크로익 프리즘을 나타내고, 15R과 15G 및 15B는 반사형 LCD를 나타내고, 16은 투사렌즈를 나타낸다.
첨부한 도 3에서 본 발명에 따른 구성은 3차원 공간 좌표계로 표시되어지는데, 첨부한 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 램프(11)에서 출사되는 빛이 상기 제 1편광빔 스플리터(12a)측으로 진행하는 방향을 -Y축 방향이라고 가정하면, 상기 제 1편광빔 스플리터(12a)에서 반사되어진 빛이 상기 제 2편광빔 스플리터(13)측으로 진행하는 방향을 +X축 방향이라 정의할 수 있다.
또한, 상기 제 1편광빔 스플리터(12a)에서 반사되어진 빛이 상기 제 2편광빔 스플리터(13)측으로 진행하는 방향을 +X축 방향이라 정의됨에 따라, 상기 제 2편광빔 스플리터(13)에서 반사되어진 빛이 상기 다이크로익 프리즘(14)측으로 진행하는 방향은 -Z축 방향이라 할 수 있으며, 상기 다이크로익 프리즘(14)측에서 색합성되어 상기 제 2편광빔 스플리터(13)를 통해 상기 투사렌즈(16)로 진행하는 빛의 방향은 +Z축 방향이라 할 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 램프(11)에서 나온 무편광 빛은 편광된 조명광을 만들기 위해 상기 제 1편광빔 스플리터(12a)에서 50%의 S파는 반사되어 조명계와 투사계의 방향을 바꾸기 위한 제 2편광빔 스플리터(13)의 방향으로 진행하게 되고, 50%의 P파는 통과되어 프로젝션 시스템의 외부로 나가게 된다.
상기 제 2편광빔 스플리터(13)는 제 1편광빔 스플리터(12a)를 90도 회전한 방향으로 배치되어, 반사된 S파가 상기 제 2편광빔 스플리터(13)에서 진입하게되며, 상기 제 2 편광빔 스플리터(13)에서는 그 특성에 의해 전부 반사가 되어 상기 다이크로익 프리즘(14)으로 향하게 된다.
상기 다이크로익 프리즘(14)에 입사한 광은 적색, 녹색, 청색(R, G, B)으로 각각 분리되어 출사하고, 각색에 대응한 각 반사형 액정패널(15R, 15G, 15B)로 반사된 뒤, 동일 광로를 지나서 상기 제 2편광빔 스플리터(PBS)(13)에 재 입사한다.
이때, 각 반사형 액정패널(15R, 15G, 15B)로 화상 변조된 광 중, 액정이 ON 상태의 영역에서는 편광 방향을 90°회전하여 출사하기 때문에 즉, 입사된 S파의 빛은 반사되면서 P파로 변환되어지기 때문에, 상기 ON 상태 영역에 대응하는 출사광은 상기 제 2편광빔 스플리터(PBS)(13)를 투과하여 상기 투사 렌즈(16)로부터 스크린(도시하지 않음)을 향해서 투사되어 화상을 형성한다.
이와 같은 본 발명에 의한 경우는, 종래의 편광판을 이용하여 편광된 조명광을 만드는 경우와는 달리 제 1편광빔 스플리터(12a)를 이용하여 편광된 조명광을 만들기 때문에 프로젝션 시스템에 필요없는 P파를 상기 제 1편광빔 스플리터(12a)에서 흡수하지 않고 프로젝션 시스템 외부로 방출하여 편광소자인 편광빔 스플리터가 열로 인해 열화되지 않게 된다.
이때, 실제로 프로젝션 시스템의 조명광은 제 1편광빔 스플리터(12a)의 편광코팅면에 모두 45도인 빛만 도달하는 것이 아니라 45도가 아닌 각도로 입사하는 빛이 존재하고 이런 빛들에 의하여 제 1편광빔 스플리터(12a)에서 반사와 투과된 빛들은 정확히 50%씩 S파와 P파가 되는 것이 아니고 반사된 빛 중에는 P파도 포함되어 있게 된다.
이런 반사된 P파에 의하여 저하된 조명의 편광도를 높이기 위하여 상기 제 1편광빔 스플리터(12a)와 제 2편광빔 스플리터(13)의 사이에 별도의 편광빔 스플리터를 추가로 배치할 수 있다. 이와 같이 별도로 추가된 편광빔 스플리터는 클린업(CLEAN UP) 편광판의 역할을 하게 된다.
상기 클린업 편광빔 스플리터는 상기 제 1편광빔 스플리터(12a)에서 나온 대부분의 S파는 투과시키고 일부 포함되어 있는 P파를 반사시켜 프로젝션 시스템의 외부로 방출시켜 제 2편광빔 스플리터(13)에 입사되는 빛의 P파 대비 S파의 비를 높여 조명광의 편광도를 높이는 역할을 한다.
또한, 프로젝션 시스템의 크기를 줄이기 위하여 클린업 편광빔 스플리터의 형태를 도 4에 도시된 바와 같이 3-편광빔 스플리터(3-PBS)를 사용할 수 있다. 상기 3-편광빔 스플리터(3-PBS)는 일반적인 편광빔 스플리터(PBS)와 동일한 역할을 하면서도 부피를 절반으로 줄일 수 있다.
본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
예를 들어, 본 발명에서는 편광 조명계를 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이 여러 가지 형태로 구성할 수 있다.
첨부한 도 5는 도 3에 도시되어 있는 프로젝션 시스템에 3-편광빔 스플리터가 적용된 예시도로서, 상기 제 1편광빔 스플리터(12a)와 제 2편광빔 스플리터(13) 사이의 광 경로상에 3-편광빔 스플리터(12b)를 적용함으로써, 통상적으로 편광빔 스플리터를 장착한 경우에 비하여 그 부피를 줄일 수 있다.
또한, 첨부한 도 6에 도시되어 있는 실시 예는 색분리/합성계에서 사용하는 빛의 편광을 S파가 아닌 P파를 사용하는 경우의 예시도로서, 이와 같이 사용하는 이유는 편광빔 스플리터의 특성상 투과되는 P파에는 거의 S파가 섞이지 않기 때문에 보다 간단한 구성을 통해서도 특성의 향상을 이룰 수 있기 때문이다.
이때, 각 반사형 액정패널(15R, 15G, 15B)에서 반사는 빛의 편광상태는 S파이며, 이는 입사되는 빛이 P파의 편광이기 때문에 액정패널에서 반사되는 빛의 편광상태가 첨부한 도 3 혹은 도 5의 경우와는 반대가 되기 때문이다.
상술한 실시 예는 색분리/합성계의 구조가 "X-프리즘"이라고 하는 소자를 사용한 경우의 예인데, 실제적으로 프로젝션 시스템을 구현하는 방식중 색분리/합성계를 구성하는 방식은 크게 "X-프리즘" 방식 이외에 "칼라 코너(Color Corner)", "칼라 쿼드(Color Quad)" 및 "필립스 프리즘(Philips Prism)" 등을 사용하는 방식이존재한다.
따라서, 본 발명 역시 편광을 사용하는 모든 프로젝션 시스템에 사용가능한데, 그 예를 첨부한 도 7내지 도 15도를 참조하여 간략히 살펴보기로 한다.
도 7내지 도 9에 도시되어 있는 실시 예는 프로젝션 시스템의 색분리/합성계를 구성하는 방식으로 "칼라 코너(Color Corner)"를 적용한 경우의 실시 예로서, 도 7과 도 8의 경우는 S-편광 빛을 사용하는 경우의 예이며, 도 9는 P-편광 빛을 사용하는 경우의 예이다.
도 7을 참조하여 칼라 코너의 구성을 간략히 살펴보면, 참조번호 11은 무편광된 백색광을 출사하는 램프를 나타내고, 12a는 상기 램프(11)에서 출사되는 빛에서 P파는 통과시키고 S파는 반사시켜 진행방향을 변경시키는 제 1편광빔 스플리터를 나타내고, 참조번호 16은 이미지가 포함된 빛을 스크린으로 반사하여 상이 형성되도록 하는 투사계를 나타내고, 참조번호 CS1은 상기 제 1편광빔 스플리터에서 방사되어 조사되는 S-편광 빛을 투과시키되 그린(green)성분의 빛만을 P파로 편광시키는 제 1컬러선택편광판이며, 참조번호 PBS는 상기 제 1컬러선택편광판(CP1)을 투과하여 입사되는 빛에서 P파로 편광되어진 그린(green)성분의 빛은 그대로 투과시키고 나머지 성분은 반사시켜 진행방향을 변경시키는 편광빔 스플리터를 나타내고, 참조번호 DIC는 상기 편광빔 스플리터(PBS)에서 반사된 빛에서 블루(blue)와 레드(red) 성분으로 분리하는 다이크로익 필터를 나타내며, 참조번호 15R, 15G, 15B는 상기 편광빔 스플리터(PBS)를 투과한 P파의 그린(green)성분과 상기 다이크로익 필터(DIC)에서 분리되는 블루(blue) 및 레드(Red)성분에 대응하는 이미지를제공하는 반사형 LCD를 나타내고, 참조번호 CS2는 분리되어진 각 RGB성분의 빛이 참조번호 15R, 15G, 15B로 지칭되는 반사형 LCD에서 이미지를 포함한 상태로 반사되는 경우 편광파의 성분이 변경됨에 따라 블루(blue)성분의 빛과 레드(Red)성분의 빛은 P파인 반면에 그린(green)성분의 빛은 S파이므로 투사계(16)로 진입하는 합성된 빛의 편광상태를 동일하게 유지시켜 주기 위하여 다른성분의 빛은 그대로 투과시키고 그린(green)성분의 빛만을 P파로 편광시켜 투과시키는 제 2컬러선택편광판이다.
이때, 흔히 칼라 코너라고 통칭되는 색분리/합성계는 참조번호 15R, 15G, 15B와 PBS와 DIC 및 CS1, CS2으로 지칭되는 구성요소들의 결합으로써 이는 종래의 칼라 코너와 동일하다.
따라서, 첨부한 도 7에 도시되어 있는 본 발명에 따른 실시예 역시 램프(11)로부터 조사되는 빛에서 S파만을 추출하기 위한 수단으로써 종래의 편광판을 사용하는 방식에서 참조번호 12a로 지칭되는 편광빔 스플리터를 사용하였다는 것이다.
또한, 첨부한 도 8에서와 같이 통상적으로 편광빔 스플리터를 사용하여 S파를 추출하는 경우 상당 수준의 P파가 혼재되어 있기 때문에 실제적으로 다시 S파만을 추출하는 수단이 강구되어야하는데 이를 위해 3-편광빔 스플리터(12b)를 적용함으로써, 통상적으로 편광빔 스플리터를 장착한 경우에 비하여 그 부피를 줄일 수 있는 실시 예를 보인 것이다.
또한, 첨부한 도 9에 도시되어 있는 실시 예는 색분리/합성계에서 사용하는 빛의 편광을 S파가 아닌 P파를 사용하는 경우의 예시도로서, 이와 같이 사용하는이유는 편광빔 스플리터의 특성상 투과되는 P파에는 거의 S파가 섞이지 않기 때문에 보다 간편한 구성을 통해서도 특성의 향상을 이룰 수 있기 때문이다.
또한, 도 7과 도 8에서 참조번호 CP1과 CP2로 지칭되던 컬러선택편광판은 도 9에서 CPA와 CPB로 표시하였는데, 이는 도 7과 도 8에서 선택하던 빛의 성분과는 다른 성분을 선택하기 때문이다. 즉, 도 9에서 CPA와 CPB로 표시되는 컬러선택편광판은 블루성분의 빛과 레드성분의 빛의 편광을 90°변경하여 다른 성분의 편광으로 변경하도록 한다.
도 10내지 도 12에 도시되어 있는 실시 예는 프로젝션 시스템의 색분리/합성계를 구성하는 방식으로 "칼라 쿼드(Color Quad)"를 적용한 경우의 실시 예로서, 도 10과 도 11의 경우는 S-편광 빛을 사용하는 경우의 예이며, 도 12는 P-편광 빛을 사용하는 경우의 예이다.
첨부한 도 10을 참조하여 칼라 쿼드의 구성 및 동작을 간략히 살펴보면, 램프(11)로부터 조사되는 빛에서 S파만을 추출하기 위한 편광소자로 사용된 참조번호 12a로 지칭되는 편광빔 스플리터에서 나온 S파의 빛은 참조번호 GR로 지칭되는 그린 리타더(Retarder)에서 빛의 그린성분만이 P파로 변환되고 칼라 쿼드를 구성하는 4개의 편광빔 스플리터중 참조번호 P1로 진행한다.
이때, 참조번호 P1인 편광빔 스플리터를 통해 빛의 그린성분은 투과되고 나머지 블루와 레드의 성분은 반사되어 분리되어진다. 또한, 참조번호 P1인 편광빔 스플리터를 통해 반사되어진 블루와 레드의 성분은 참조번호 RR로 지칭되는 레드 리타더(Retarder)에서 빛의 레드성분만이 P파로 변환되고 칼라 쿼드를 구성하는 4개의 편광빔 스플리터중 참조번호 P2로 지칭되는 편광빔 스플리터로 진행한다.
따라서, 빛의 각 RGB 성분별로 그 진행경로가 달라지는데, 이하의 설명에서는 칼라 쿼드를 구성하는 4개의 편광빔 스플리터를 지칭할 때 각 참조번호만을 지칭하는 것으로 대치하며, 우선 그린성분의 진행 경로부터 살펴보면, P1에서 투과된 그린성분은 P2에서 역시 투과되어 참조번호 15G로 표시되는 반사형 LCD에 입사한 후 이미지를 포함한 상태로 반사되면서 S파로 변환된다. 그러므로 P2에서 반사되어 P4로 진행하고 역시 P4에서도 반사되어 투사계(16)로 진행한다. 이때, P4에서 투사계(16)로 진행하는 과정에서 다른 빛 성분과 편향조건을 ??춰주기 위해 참조번호 GR로 표시되는 그린 리타더(Retarder)를 경유하면서 P파로 변경되어진다.
또한, 레드성분의 진행 경로부터 살펴보면, P1에서 반사된 레드성분은 참조번호 RR로 표시되는 레드 리타더(Retarder)를 경유하면서 P파로 변경되어짐에 따라 P3에서 역시 투과되어 참조번호 15R로 표시되는 반사형 LCD에 입사한 후 이미지를 포함한 상태로 반사되면서 S파로 변환된다. 그러므로 P3에서 반사되어 P4로 진행하는데 P3과 P4 사이에는 다시 참조번호 RR로 표시되는 레드 리타더(Retarder)가 존재하므로 상기 참조번호 15R로 표시되는 반사형 LCD에서 반사되어 S파로 변환되어진 레드성분이 다시 P파로 변환되어지고, 그에 따라 P4에서는 투과하여 상기 투사계(16)로 진행한다.
마지막으로 블루성분의 경우 그 진행 방향은, P1에서 반사된 블루성분은 S파이므로 P3에서 반사되어 참조번호 15B로 표시되는 반사형 LCD에 입사한 후 이미지를 포함한 상태로 반사되면서 P파로 변환된다. 따라서, 각종 리타더와 관계없는 블루성분은 P3과 P4를 투과하여 상기 투사계(16)로 진행한다.
따라서, 상기 투사계(16)에는 P파의 R,G,B 각 성분의 빛이 입사되어지는 것이다.
그러므로, 첨부한 도 10에 도시되어 있는 본 발명에 따른 실시 예 역시 램프(11)로부터 조사되는 빛에서 S파만을 추출하기 위한 수단으로써 종래의 편광판을 사용하는 방식에서 참조번호 12a로 지칭되는 편광빔 스플리터를 사용하였다는 것이다.
또한, 첨부한 도 11에서와 같이 통상적으로 편광빔 스플리터를 사용하여 S파를 추출하는 경우 상당 수준의 P파가 혼재되어 있기 때문에 실제적으로 다시 S파만을 추출하는 수단이 강구되어야하는데 이를 위해 3-편광빔 스플리터(12b)를 적용함으로써, 통상적으로 편광빔 스플리터를 장착한 경우에 비하여 그 부피를 줄일 수 있는 실시 예를 보인 것이다.
또한, 첨부한 도 12에 도시되어 있는 실시 예는 색분리/합성계에서 사용하는 빛의 편광을 S파가 아닌 P파를 사용하는 경우의 예시도로서, 이와 같이 사용하는 이유는 편광빔 스플리터의 특성상 투과되는 P파에는 거의 S파가 섞이지 않기 때문에 보다 간편한 구성을 통해서도 특성의 향상을 이룰 수 있기 때문이다.
또한, 도 10과 도 11에서 참조번호 GR로 지칭되던 그린 리타더는 도 12에서 RBR로 표시하였는데, 이는 도 10과 도 11에서 선택하던 빛의 성분과는 다른 성분을 선택하기 때문이다. 즉, 도 12에서 RBR로 표시되는 레드&블루 리타더는 블루성분의 빛과 레드성분의 빛의 편광을 90°변경하여 다른 성분의 편광으로 변경하도록 한다.
도 13내지 도 15에 도시되어 있는 실시 예는 프로젝션 시스템의 색분리/합성계를 구성하는 방식으로 "필립스 프리즘(Philips Prism)"를 적용한 경우의 실시 예로서, 도 13과 도 14의 경우는 S-편광 빛을 사용하는 경우의 예이며, 도 15는 P-편광 빛을 사용하는 경우의 예이다.
첨부한 도 13을 참조하여 필립스 프리즘(Philips Prism)의 구성 및 동작을 간략히 살펴보면, 램프(11)로부터 조사되는 빛에서 S파만을 추출하기 위한 편광소자로 사용된 참조번호 12a로 지칭되는 편광빔 스플리터에서 나온 S파의 빛은 편광빔 스플리터(13)에서 반사되어 지고, 상기 편광빔 스플리터(13)에서부터 반사되어진 빛에서 적색, 녹색, 청색 광 성분과 같은 원하는 다수의 칼라로 순차적으로 분리하고 세 개의 칼라 성분 각각을 세 개의 반사형 LCD(15R, 15G, 15B)중 대응하는 하나로 지향시키는 프리즘 조립체(참조번호 미부여)가 구비되어진다.
상기 프리즘 조립체는, 소정의 각도로 배치되는 세 개의 프리즘을 구비하여 두 개의 칼라 분리면을 제공하는데, 이 칼라 분리면에는 다이크로익 코팅(dichroic coatings)되어서 원하는 칼라 분리를 할 수 있게 되어 있다.
상기와 같은 구조의 대략적인 동작은 전술하였던 다른 실시 예에서의 색분리/합성계와 크게 다르지 않기 때문에 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템은 편광빔 스플리터를 이용하여 편광빛 조명시에 생기는 편광판 열화현상을 제거함으로써 프로젝션 시스템의 성능저하를 방지할 수 있으며, 제품의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 제 1편광빔 스플리터와 제 2편광빔 스플리터의 사이에 별도의 편광빔 스플리터를 추가로 배치하여 클린업(CLEAN UP) 편광판의 역할을 하도록 할 수 있기 때문에 반사된 P파에 의하여 저하된 조명의 편광도를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 클린업 편광빔 스플리터로서 3-편광빔 스플리터(3-PBS)를 사용하는 경우에는 프로젝션 시스템의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (16)

  1. 무 편광된 백색광을 조사하는 램프와;
    상기 램프에서 조사된 빛에서 불필요한 P파는 투과(transmit)시키고 S파는 상기 P파의 투과방향과 직교하는 일 측 방향으로 반사시키는 제 1편광빔 스플리터와;
    상기 제 1편광빔 스플리터로부터 반사되어 입사된 S파의 빛을 입사방향과 직교하는 일 측의 방향으로 반사시키고, P파는 투과시키는 제 2편광빔 스플리터와;
    상기 제 2편광빔 스플리터로부터 반사되어 입사된 S파의 빛에서 빛의 R, G, B성분 각각에 대해 분리하여 투사하고, 투사방향으로 유입되는 P파의 빛은 합성하여 상기 제 2편광빔 스플리터 측으로 투사하는 색분리/합성계와;
    상기 색분리/합성계에서 분리되어 투사되는 빛의 R, G, B성분 각각에 대응하는 이미지를 제공하는 LCD; 및
    상기 LCD에 반사되어 이미지가 포함된 빛의 R, G, B성분 각각이 상기 색분리/합성계에서 합성된 후 상기 제 2편광빔 스플리터를 투과하는 P파의 빛을 스크린으로 투사하여 상이 형성되도록 하는 투사계를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1편광빔 스플리터에서 제 2편광빔 스플리터로 진행하는 빛의 진행경로상에 상기 제 1편광빔 스플리터에서 반사된 빛에 섞여있는 P파에 의하여 저하된 조명의 편광도를 높이기 위하여 별도의 편광빔 스플리터를 추가로 배치하여 클린업(CLEAN UP) 편광빔 스플리터의 역할을 하도록 하는 것을 특징으로 하는 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 클린업 편광빔 스플리터는 프로젝션 시스템의 크기를 줄이기 위해 3-편광빔 스플리터(3-PBS)를 사용하는 것을 특징으로 하는 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 색분리/합성계로 "X-프리즘" 타입을 적용하는 것을 특징으로 하는 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 색분리/합성계로 "필립스 프리즘(Philips Prism)" 타입을 적용하는 것을 특징으로 하는 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템.
  6. 무 편광된 백색광을 조사하는 램프와;
    상기 램프에서 조사된 빛에서 불필요한 P파는 투과(transmit)시키고 S파는상기 P파의 투과방향과 직교하는 일 측 방향으로 반사시키는 편광빔 스플리터와;
    상기 편광빔 스플리터로부터 반사되어 입사된 S파의 빛에서 빛의 R, G, B성분 각각에 대해 분리하여 투사하고, 투사방향으로 유입되는 P파의 빛은 합성하여 투사하는 색분리/합성계와;
    상기 색분리/합성계에서 분리되어 투사되는 빛의 R, G, B성분 각각에 대응하는 이미지를 제공하는 LCD; 및
    상기 LCD에 반사되어 이미지가 포함된 빛의 R, G, B성분 각각이 상기 색분리/합성계에서 합성된 P파의 빛을 스크린으로 투사하여 상이 형성되도록 하는 투사계를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 편광빔 스플리터에서 색분리/합성계로 진행하는 빛의 진행 경로상에 상기 편광빔 스플리터에서 반사된 빛에 섞여있는 P파에 의하여 저하된 조명의 편광도를 높이기 위하여 별도의 편광빔 스플리터를 추가로 배치하여 클린업(CLEAN UP) 편광빔 스플리터의 역할을 하도록 하는 것을 특징으로 하는 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 클린업 편광빔 스플리터는 프로젝션 시스템의 크기를 줄이기 위해 3-편광빔 스플리터(3-PBS)를 사용하는 것을 특징으로 하는 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 색분리/합성계로 "칼라 코너(Color Corner)" 타입을 적용하는 것을 특징으로 하는 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 색분리/합성계로 "칼라 쿼드(Color Quad)" 타입을 적용하는 것을 특징으로 하는 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템.
  11. 무 편광된 백색광을 조사하는 램프와;
    상기 램프에서 조사된 빛에서 불필요한 S파는 반사시키고 P파는 투과시키는 제 1편광빔 스플리터와;
    상기 제 1편광빔 스플리터를 투과하여 입사되는 P파의 빛을 투과시키고, 상기 P파의 투과방향으로 입사되는 S파는 반사시키는 제 2편광빔 스플리터와;
    상기 제 2편광빔 스플리터로부터 투과되어 입사된 P파의 빛에서 빛의 R, G, B성분 각각에 대해 분리하여 투사하고, 투사방향으로 유입되는 S파의 빛은 합성하여 상기 제 2편광빔 스플리터 측으로 투사하는 색분리/합성계와;
    상기 색분리/합성계에서 분리되어 투사되는 빛의 R, G, B성분 각각에 대응하는 이미지를 제공하는 LCD; 및
    상기 LCD에 반사되어 이미지가 포함된 빛의 R, G, B성분 각각이 상기 색분리/합성계에서 합성된 후 상기 제 2편광빔 스플리터에서 반사되는 S파의 빛을 스크린으로 투사하여 상이 형성되도록 하는 투사계를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 색분리/합성계로 "X-프리즘" 타입을 적용하는 것을 특징으로 하는 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 색분리/합성계로 "필립스 프리즘(Philips Prism)" 타입을 적용하는 것을 특징으로 하는 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템.
  14. 무 편광된 백색광을 조사하는 램프와;
    상기 램프에서 조사된 빛에서 불필요한 S파는 반사시키고 P파는 투과시키는 편광빔 스플리터와;
    상기 편광빔 스플리터로부터 투과되어 입사된 P파의 빛에서 빛의 R, G, B성분 각각에 대해 분리하여 투사하고, 투사방향으로 유입되는 S파의 빛은 합성하여 상기 제 2편광 빔 스플리터 측으로 투사하는 색분리/합성계와;
    상기 색분리/합성계에서 분리되어 투사되는 빛의 R, G, B성분 각각에 대응하는 이미지를 제공하는 LCD; 및
    상기 LCD에 반사되어 이미지가 포함된 빛의 R, G, B성분 각각이 상기 색분리/합성계에서 합성된 후 상기 제 2편광빔 스플리터에서 반사되는 S파의 빛을 스크린으로 투사하여 상이 형성되도록 하는 투사계를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 색분리/합성계로 "칼라 코너(Color Corner)" 타입을 적용하는 것을 특징으로 하는 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 색분리/합성계로 "칼라 쿼드(Color Quad)" 타입을 적용하는 것을 특징으로 하는 편광빔 스플리터를 이용한 프로젝션 시스템.
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