KR20020004406A - 액정 프로젝터의 광학계 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3매의 반사형 액정패널을 포함하는 광학계의 전장길이를 감소시킬 수 있도록 하는 액정 프로젝터의 광학계에 관한 것이다.
본 발명의 액정 프로젝터 광학계는 제1 층에 형성된 제1 광학부와, 제2 층에 형성된 제2 광학부로 구성되고, 상기 제1 광학부에는 상기 화상의 확대투사를 위한 투사렌즈계가 포함되고, 상기 제2 광학부는 상기 투사렌즈계에 대응되는 영역을 제외한 나머지 영역에 위치하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명에서는 광학계를 2층 구조로 배치하고 다른 광학부와의 간섭없이 "L"자형 투사렌즈를 채용함으로써 광학계의 전장길이를 더욱 축소시킬 수 있게 된다.

Description

액정 프로젝터의 광학계{Optical System Of Liquid Crystal Projector}
본 발명은 액정 프로젝터에 관한 것으로, 특히 3매의 반사형 액정디스플레이를 사용하는 광학계의 전장길이를 최소화할 수 있는 액정 프로젝터의 광학계에 관한 것이다.
최근들어, 화면크기에 제한이 있고 시스템의 크기가 큰 기존의 음극선관 디스플레이를 대체하여 두께가 얇으면서 대화면을 구현할 수 있는 평판 디스플레이가 주목을 받고 있다. 이러한 평판 디스플레이 소자에는 LCD(Liquid CrystalDisplay) PDP(Plasma Display Panel), 프로젝터 등이 있으나 현재에는 대화면용으로 적합하게 소화면 화상을 대형 스크린에 확대투사시키는 프로젝터가 주류를 이루고 있다. 또한, 대화면을 표시하면서 공간을 적게 차지하여 벽에 걸 수 있는 벽걸이 디스플레이 시스템에 대한 많은 요구가 있다.
프로젝터는 소화면 화상을 구성하는 디스플레이로서 음극선관 또는 LCD가 사용되고 있으나 박형화 추세에 대응하여 LCD를 사용하는 액정 프로젝터가 대두되고 있다. 프로젝터의 투사 방식으로는 배면 투사형 및 전면 투사형이 있다. LCD 프로젝터는 광원에서 나오는 광을 LCD 패널에 투사시키고 LCD 패널의 영상을 투사광학계를 이용하여 스크린에 결상시킴으로써 스크린에 결상된 상을 감상하게 한다. LCD 패널의 영상을 직접 배면 스크린에 투사시켜서 프로젝터를 구성하는 경우 스크린과 투사광학계 사이에 투사거리를 확보해야 하므로 스크린 뒤쪽으로 많은 공간이 필요하게 되어 프로젝터의 두께가 두꺼워지게 되어 박형화가 어려운 문제점이 있다. 이를 해결하기 위하여, 스크린과 투사광학계 사이에 전반사경을 삽입하여 광경로를 접음으로써 프로젝터의 두께를 줄이고 있다. 이 경우, 전반사경의 배치각도를 줄여 프로젝터의 두께를 더욱 줄일 수 있지만 영상이 배면스크린에 왜곡없이 투사되게 하기 위하여 투사광학계와 반사경의 배치각도에 제한이 있음과 아울러 조명계 및 LCD 와 투사렌즈계로 구성된 광학계가 가지는 고유의 전장길이에 의해 시스템의 두께를 줄이는데 한계가 있었다.
이에 따라, 최근에는 프로젝터의 두께를 줄이고자 광학계의 전장길이를 축소시키는 방안이 고려되고 있다. 대표적으로 도 1에 도시된 바와 같이 광학계를 2층구조로 배치하여 그의 전장길이를 줄이고 있다.
도 1은 광원 및 색분리부가 색합성부 및 투사렌즈계의 윗층에 형성되어 2층 구조를 가지는 광학계를 도시한다. 도 1의 광학계에서 윗층에는 광원(10)과, 제1 전반사 미러(15), 다이크로익 미러부(20), 제2 내지 제4 전반사 미러(21R, 21G, 21B)로 구성된 색분리부가 위치한다. 그리고, 아래층에는 제2 내지 제4 전반사미러(21R, 21G, 21B)의 반사면 각각에 대응되게 배치된 제1 내지 제3 편광분리프리즘(Polarizing Beam Sprite Prism; 이하, PBSP라 한다)(22R, 22G, 22B)와, 제1 내지 제2 PBSP(22R, 22G, 22B) 각각의 반사광 출사면에 배치된 적, 녹, 청 LCD(23RS, 23GS, 23BS)와, 제1 내지 제2 PBSP(22R, 22G, 22B) 사이에 배치된 다이크로익 프리즘(24)과 다이크로익 프리즘(24)의 광 출사면에 배치된 투사렌즈계(25)가 위치한다. 광원(10)에서 출사된 가시광영역의 광은 제1 전반사미러(15)에 의해 전반사되어 다이크로익미러부(20)로 진행하게 된다. 다이크로익미러부(20)는 적색광 반사미러(24R)와 청색광 반사미러(24B)가 교차하여 구성되어 입사광을 적, 녹, 청색광으로 각각 분리시키게 된다. 상세히 하면, 적색광 반사미러(24R)는 입사광 중 적색광을 반사시켜 제2 전반사미러(21R)로 진행되게 함과 아울러 녹색광을 투과시켜 제3 전반사미러(21G)로 진행되게 한다. 청색광 반사미러(24B)는 입사광 중 청색광을 반사시켜 제4 전반사미러(21B)로 진행되게 함과 아울러 녹색광을 투과시켜 제3 전반사미러(21G)로 진행되게 한다. 제2 내지 제4 전반사미러(21R, 21G, 21B) 각각은 다이크로익미러부(20)에서 분리되어 입사되는 적, 녹, 청색광 각각을 전반사시켜 아래층에 위치하는 제1 내지 제3 PBSP(22R,22G, 22B)로 진행되게 한다. 제1 내지 제3 PBSP(22R, 22G, 22B) 각각은 제1 내지 제3 전반사미러(21R, 21G, 21B)에서 전반사되어 입사되는 선편광(S파)은 반사시켜 적, 녹, 청 액정패널(23RS, 23GS, 23BS) 각각으로 진행되게 한다. 또한, 제1 내지 제3 PBSP(22R, 22G, 22B) 각각은 적, 녹, 청 액정패널(23RS, 23GS, 23BS) 각각으로부터 입사되는 선편광(P파)은 투과시켜 다이크로익 프리즘(34)으로 진행되게 한다. 제1 내지 제3 PBSP(22R, 22G, 22B) 각각의 하면에는 열에 민감한 적, 녹, 청 LCD(23RS, 23GS, 23BS)의 냉각을 위한 냉각팬(23RP, 23GP, 23BP)가 각각 위치한다. 적, 녹, 청 액정패널(23RS, 23GS, 23BS) 각각은 반사형 액정패널로서 제1 내지 제3 PBSP(22R, 22G, 22B)에서 반사되어 입사되는 광을 투과, 반사하여 영상신호에 따른 화상을 구현하게 된다. 이 경우, 적, 녹, 청 액정패널(23RS, 23GS, 23BS) 각각에 입사되어진 S파는 액정패널에 의해 P파로 변환되어 출사되게 된다. 다이크로익 프리즘(24)은 적, 녹, 청 액정패널(23RS, 23GS, 23BS)에서 각각 화상의 정보를 얻어 입사되는 적색광, 녹색광 및 청색광을 합성하여 출사면을 통해 투사렌즈계(25)로 출사시키게 된다. 투사렌즈계(25)는 다이크로익 프리즘(24)으로부터 입사되는 화상을 스크린에 확대 투사하게 된다.
이와 같이, 액정프로젝터의 광학계가 2층 구조를 가짐에 따라 기존보다 그의 전장길이를 줄일 수 있게 되었다. 그러나, 액정프로젝터의 두께를 더욱 축소하기 위해서는 이러한 2층 구조의 광학계 전장길이를 더욱 축소시켜야만 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 광학계의 전장길이를 줄여 전체 시스템의 두께를 줄일 수 있도록 한 액정 프로젝터의 광학계를 제공하는 것이다.
도 1은 종래 액정 프로젝터의 2층 광학계 구성을 나타낸 사시도.
도 2은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 액정 프로젝터의 2층 광학계 구성을 나타낸 사시도.
도 3는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 액정 프로젝터의 2층 광학계 구성을 나타낸 사시도.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액정 프로젝터 광학계는 제1 층에 형성된 제1 광학부와, 제2 층에 형성된 제2 광학부로 구성되고, 상기 제1 광학부에는 상기 화상의 확대투사를 위한 투사렌즈계가 포함되고, 상기 제2 광학부는 상기 투사렌즈계에 대응되는 영역을 제외한 나머지 영역에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 액정 프로젝터의 광학계를 도시한 것으로서, 도 2의 광학계는 아래층에 형성된 광원 및 색분리부, 색합성부, 투사렌즈계와, 색분리부에 의해 분리된 한 색광의 광경로를 형성하는 광학부로 구성된다.
도 2의 광학계에서 아래층에는 광원(30), 제1 전반사 미러(34), 제1 및 제2 FEL(32, 36), 제1 및 제2 다이크로익 미러(38, 40)와, 제2 다이크로익미러(40)의 반사면에 대응되는 제1 PBSP(54A)와, 제2 다이크로익미러(40)의 투과면에 대응되는 제2 PBSP(54B), 제1 PBSP(54A)와 대향되는 제3 PBSP(54C)와, 제1 내지 제3 PBSP(54A, 54B, 54C)의 각 반사면에 대응되는 제1 내지 제3 액정패널(56A, 56B, 56C)와, 제1 내지 제3 PBSP(54A, 54B, 54C) 사이의 다이크로익 프리즘(58)과, 다이크로익 프리즘(58) 출사측에 투사렌즈계(60)가 위치한다. 그리고, 도 2의 광학계에서 윗층에는 제1 다이크로익미러(38)의 반사광이 상기 제3 PBSP(54C)로 입사되게 광경로를 형성하는 제2 전반사미러(42), 제1 및 제2 릴레이렌즈(44, 48), 제3 내지 제5 전반사미러(46, 50, 52)가 위치한다. 광원(30)에서 출사된 가시광영역의 광은 제1 전반사미러(34)에 의해 전반사되어 제1 전반사미러(38)로 진행하게 된다. 광원(30)에서 출사된 가시광영역의 광은 제1 FEL(32) 쪽으로 진행하게 된다. 제1 FEL(32)은 입사광을 셀(cell) 단위로 분할하여 제2 FEL(36)의 각 렌즈 셀에 포커싱(focusing)되게 한다. 제1 전반사미러(34)를 제1 FEL(32)로부터의 입사광을 제2 FEL(36)쪽으로 전반사시키게 된다. 제2 FEL(36)은 입사광을 특정한 부분에 대한 평행광으로 변환하게 된다. 도시하지 않은 PBS 어래이는 제2 FEL(36)과 일체화되어 입사광을 어느 하나의 광축을 가지는 선편광, 즉 P파와 S파로 분리하고 PBS 어래이의 배면에 부분적으로 부착된 1/2파장판(도시하지 않음)는 투과된 P파를 S파로 변환하게 된다. 이에 따라, 입사광이 모두 한 방향의 선편광 즉, S파로 변환되어 후술할 액정패널(56A, 56B, 56C)에 입사하게 된다. 제1 다이크로익미러(38)은 입사광을 파장에 따라 선택적으로 반사 및 투과시키게 된다. 제2 다이크로익미러(40)는 제1 다이크로익미러(38)의 투과광을 파장에 따라 선택적으로 반사 및 투과시키게 된다. 제1 PBSP(54A)는 제2 다이크로익미러(40)에서 반사되어진 선편광은 제1 액정패널(56A)로 반사시키고, 제1 액정패널(56A)로부터의 선편광은 투과시켜 다이크로익 프리즘(58)으로 진행되게 한다. 제2 PBSP(54B)는 제2 다이크로익미러(40)를 투과하여 진행되는 선편광을 제2 액정패널(56B)로 반사시키고,제2 액정패널(56B)로부터의 선편광은 투과시켜 다이크로익 프리즘(58)으로 진행되게 한다. 제1 다이크로익미러(38)의 반사면에 대향하여 윗층에 배치된 제2 전반사미러(42)는 제1 다이크로익미러(38)에서 반사되어 위쪽으로 진행되는 입사광을 전반사시켜 제 3 전반사미러(46)쪽으로 진행되게 한다. 제3 내지 제5 전반사미러(46, 50, 52)는 입사광을 전반사시켜 아래층에 위치하는 제3 PBSP(54C)로 진행되게 한다. 제2 및 제3 전반사미러(42, 46) 사이에 배치된 제1 릴레이렌즈(44)와, 제3 및 제4 전반사미러(46, 50) 사이에 배치된 제2 릴레이렌즈(48)는 광의 결상점을 제3 액정패널(56C)로 릴레이시키게 된다. 제3 PBSP(54C)는 제5 전반사미러(52)에 의해 전반사되어 입사되는 선편광을 제3 액정패널(56C)로 반사시키고, 제3 액정패널(56C)로부터의 선편광은 투과시켜 다이크로익 프리즘(58)으로 진행되게 한다. 제1 내지 제3 액정패널(56A, 56B, 56C) 각각은 반사형 액정패널로서 제1 내지 제3 PBSP(54A, 54B, 54C)에서 반사되어 입사되는 광을 투과, 반사하여 영상신호에 따른 화상을 구현하게 된다. 이 경우, 제1 내지 제3 액정패널(56A, 56B, 56C) 각각에 입사되어진 S파는 액정패널에 의해 P파로 변환되어 출사되게 된다. 다이크로익 프리즘(58)은 적, 녹, 청 액정패널(23RS, 23GS, 23BS)에서 각각 화상의 정보를 얻어 입사되는 적색광, 녹색광 및 청색광을 합성하여 출사면을 통해 투사렌즈계(60)로 출사시키게 된다. 투사렌즈계(60)는 다이크로익 프리즘(24)으로부터 입사되는 화상을 스크린에 확대 투사하게 된다. 복수개의 렌즈들로 구성되는 투사렌즈계(60)는 광학계의 전장길이 축소를 위하여 전반사미러를 더 채용하여 "L"자 형태로 형성된다. 이러한 "L"자형 투사렌즈(60)는 도 1에 도시된 종래의 2층구조의 광학계에서는 투사렌즈계(25)의 윗층에 위치하는 제1 전반사미러(15)가 위치하여 그 전반사미러(15)에 간섭을 받아 적용할 수 없게 된다. 반면에, 본 발명의 광학계에서는 투사렌즈계(60)의 윗층에 광학부가 존재하지 않기 때문에 "L"자형 투사렌즈계(60)를 적용할 수 있게 된다. 이에 따라, 본 발명의 광학계는 종래의 2층 구조의 광학계보다 더욱 그의 전장길이를 줄일 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 액정프로젝터 2층 광학계를 도시한 사시도이다. 도 3에 도시된 광학계에서는 도 2에 도시된 광학계와는 달리 색분리부가 윗층과 아래층으로 분리되어 형성된다. 다시 말하여, 도 3에 도시된 광학계에서는 광원 및 색분리부의 일부분과 색합성부 및 투사렌즈계가 아래층에 위치하고, 색분리부의 나머지 부분이 윗층에 위치한다.
상세히 하면, 도 3의 광학계에서 아래층에는 광원(60), 제1 전반사 미러(64), 제1 및 제2 FEL(62, 66), 제1 다이크로익 미러(68)와, 제2 전반사미러(70), 제2 전반사미러(70)의 반사면에 대응되는 제1 PBSP(80A)와, 제1 PBSP(80A)의 출사면에 대향되는 다이크로익 프리즘(84), 다이크로익 프리즘(84)의 다른 두면에 각각 대향되는 제2 및 제3 PBSP(80B, 80C), 제1 내지 제3 PBSP(54A, 54B, 54C)의 각 반사면에 대응되는 제1 내지 제3 액정패널(82A, 82B, 82C)와, 다이크로익 프리즘(84) 출사측에 투사렌즈계(86)가 위치한다. 그리고, 도 3의 광학계에서 윗층에는 제1 다이크로익미러(68)의 반사광의 진행경로를 바꾸는 제3 및 제4 전반사미러(72, 74), 제4 전반사미러(74)의 반사광을 색분리하기 위한 제2 다이크로익미러(76), 제2 다이크로익미러(76)의 반사광을 제2 PBSP(80B)쪽으로 전반사시키는 제5 전반사미러(78), 제2 다이크로익미러(76)의 투과광을 제3 PBSP(80C)쪽으로 전반사시키는 제6 전반사미러(80)가 위치한다. 광원(60)에서 출사된 가시광영역의 광은 제1 FEL(62) 쪽으로 진행하게 된다. 제1 FEL(62)은 입사광을 셀(cell) 단위로 분할하여 제2 FEL(66)의 각 렌즈 셀에 포커싱(focusing)되게 한다. 제1 전반사미러(64)를 제1 FEL(62)로부터의 입사광을 제2 FEL(66)쪽으로 전반사시키게 된다. 제2 FEL(66)은 입사광을 특정한 부분에 대한 평행광으로 변환하게 된다. 도시하지 않은 PBS 어래이는 제2 FEL(66)과 일체화되어 입사광을 어느 하나의 광축을 가지는 선편광, 즉 P파와 S파로 분리하고 PBS 어래이의 배면에 부분적으로 부착된 1/2파장판(도시하지 않음)는 투과된 P파를 S파로 변환하게 된다. 이에 따라, 입사광이 모두 한 방향의 선편광 즉, S파로 변환되어 후술할 액정패널(82A, 82B, 82C)에 입사하게 된다. 제1 다이크로익미러(68)은 입사광을 파장에 따라 선택적으로 반사 및 투과시키게 된다. 제2 전반사미러(70)는 제1 다이크로익미러(68)의 투과광을 전반사시켜 제1 PBSP(80A)로 진행되게 한다. 제1 PBSP(80A)는 제2 전반사미러(70)에서 반사되어진 선편광을 제1 액정패널(82A)로 반사시키고, 제1 액정패널(82A)로부터의 선편광을 투과시켜 다이크로익 프리즘(84)으로 진행되게 한다. 제3 전반사미러(72)는 제1 다이크로익미러(68)에서 반사되어 윗층으로 진행되는 광을 제4 전반사미러(74)쪽으로 전반사시킨다. 제4 전반사미러(74)는 제3 전반사미러(72)에서 전반사되어 진행되는 광을 제2 다이크로익미러(76)쪽으로 전반사시킨다. 다이크로익 프리즘(84)의 윗층에 배치되어진 제2 다이크로익 미러(76)은제4 전바사미러(74)에서 전반사되어 입사되는 광을 파장에 따라 선택적으로 반사 및 투과시켜 색분리하게 된다. 제2 PBSP(80B)의 윗층에 위치하는 제5 전반사미러(78)는 제2 다이크로익미러(76)에서 반사되어 진행되는 특정한 색광을 제2 PBSP(80B)쪽으로 전반사시키게 된다. 제3 PBSP(80C)의 윗층에 위치하는 제6 전반사미러(80)는 제2 다이크로익미러(76)를 투과하여 진행되는 특정한 색광을 제3 PBSP(80C)쪽으로 전반사시키게 된다. 제2 및 제3 PBSP(80B, 80C)는 제4 및 제5 전반사미러(78, 80) 각각에서 전반사되어 입사되는 선편광을 제2 및 제3 액정패널(82B, 82C)로 반사시키고, 제2 및 제3 액정패널(82B, 82C) 각각으로부터의 선편광은 투과시켜 다이크로익 프리즘(84)으로 진행되게 한다. 제1 내지 제3 액정패널(82A, 82B, 82C) 각각은 반사형 액정패널로서 제1 내지 제3 PBSP(80A, 80B, 80C)에서 반사되어 입사되는 광을 투과, 반사하여 영상신호에 따른 화상을 구현하게 된다. 이 경우, 제1 내지 제3 액정패널(82A, 82B, 82C) 각각에 입사되어진 S파는 액정패널에 의해 P파로 변환되어 출사되게 된다. 다이크로익 프리즘(84)은 적, 녹, 청 액정패널(82A, 82B, 82C)에서 각각 화상의 정보를 얻어 입사되는 적색광, 녹색광 및 청색광을 합성하여 출사면을 통해 투사렌즈계(86)로 출사시키게 된다. 투사렌즈계(86)는 다이크로익 프리즘(84)으로부터 입사되는 화상을 스크린에 확대 투사하게 된다.
이러한 구성을 가지는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 광학계에서도 투사렌즈계(86)의 윗층에 광학부가 존재하지 않기 때문에 "L"자형 투사렌즈계(86)를 다른 광학부와 간섭없이 적용할 수 있게 된다. 이에 따라, 본 발명의 광학계는 종래의2층 구조의 광학계보다 더욱 그의 전장길이를 줄일 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 프로젝터의 광학계에서는 2층 구조로 배치되어 광학계의 전장길이, 나아가 시스템의 두께를 축소시킬 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따른 액정 프로젝터의 광학계에서는 다른 광학부와의 간섭없이 "L"자형 투사렌즈를 채용함으로써 광학계의 전장길이를 더욱 축소시킬 수 있게 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. 제1 내지 제3 액정패널에 표시된 화상을 합성하여 확대투사하기 위한 액정프로젝터의 광학계에 있어서,
    상기 제1 층에 형성된 제1 광학부와,
    제2 층에 형성된 제2 광학부로 구성되고,
    상기 제1 광학부에는 상기 화상의 확대투사를 위한 투사렌즈계가 포함되고, 상기 제2 광학부는 상기 투사렌즈계에 대응되는 영역을 제외한 나머지 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 광학부는 광빔을 발생하는 광원, 상기 광원으로부터의 가시광을 색분리하여 상기 제1 및 제3 액정패널 각각에 입사되게 하는 색분리부, 상기 제1 내지 제3 액정패널, 상기 제1 내지 제3 액정패널로부터의 색광을 합성하기 위한 광합성부를 포함하고,
    상기 제2 광학부는 상기 색분리부로부터 분리된 하나의 색광이 상기 제1 내지 제3 액정패널 중 어느 하나에 입사되게 하는 광경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 광학계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 광학부는 광빔을 발생하는 광원, 상기 광원으로부터의 가시광을 색분리하여 상기 제1 액정패널 중 어느 하나에 입사되게 하는 제1 색분리부, 상기 제1 내지 제3 액정패널, 상기 제1 내지 제3 액정패널로부터의 색광을 합성하기 위한 광합성부를 포함하고,
    상기 제2 광학부는 제1 색분리부에 의해 반사된 광을 색분리하여 상기 제2 및 제3 액정패널에 입사되게 하는 되어 진행되는 제2 색분리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 광학계.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 투사렌즈계는 "L"자 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 광학계.
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