KR20020004766A - Color Division Device For Liquid Crystal Display Projector of Single Panel Type - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 1매의 액정표시소자에 구현된 소형의 화상을 스크린에 확대 투사시키는 단판식 액정 프로젝터에 관한 것으로, 특히 광효율 및 색 재현능력을 향상시킬 수 있는 단판식 액정 프로젝터의 칼라 분리 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single-panel liquid crystal projector that enlarges and projects a small image implemented on one LCD on a screen, and more particularly, to a color separation device of a single-panel liquid crystal projector capable of improving light efficiency and color reproduction. will be.
프로젝터는 내부의 소형 디스플레이에 구현된 소화상을 투사렌즈를 이용하여 대화면의 스크린에 확대투사함으로써 대화면의 화상을 표시하게 된다. 이 프로젝터는 스크린의 전면에 화상이 투사되는 전면 투사방식과 스크린의 후면에 화상이 투사되는 후면 투사방식으로 대별된다. 이 중에서 후자의 대표적인 예로서 프로젝션 텔레비젼을 들 수 있다. 그리고, 프로젝터에서 소형의 영상을 제공하는 디스플레이로는 음극선관(CRT)과 액정표시장치(LCD)가 이용되고 있다. 최근에는 프로젝터의 박형화에 유리한 액정표시소자를 이용한 액정 프로젝터가 대두되고 있다.The projector displays an image of the large screen by enlarging and projecting a digestive image implemented in an internal small display onto a large screen using a projection lens. This projector is divided into a front projection method in which an image is projected on the front of the screen and a rear projection method in which an image is projected on the rear of the screen. Among these, a projection television is mentioned as a typical example of the latter. In addition, a cathode ray tube (CRT) and a liquid crystal display (LCD) are used as a display for providing a small image from a projector. Recently, liquid crystal projectors using liquid crystal display elements, which are advantageous for thinning projectors, have emerged.
통상 액정프로젝터는 소화상을 제공하는 액정표시소자와, 구현된 소화상을 스크린에 확대투사시키는 투사렌즈계와, 상기 액정표시소자에 광을 제공하는 광원과, 광원과 액정표시소자 사이의 광경로를 조절하기위한 조명계와, 신호처리를 하는 구동회로부를 구비한다. 이러한 액정프로젝터는 효율좋은 광학계의 구성 및 램프변경 등을 통한 고휘도를 구현하려는 추세와, 밝기는 다소 떨어지더라도 소형화, 경량화를 통해 휴대 및 설치의 간편성 등을 강조하려는 추세가 병행되고 있다. 이러한 액정 프로젝터는 칼러 구현을 위하여 3매 또는 1매의 액정표시소자를 이용한다. 고휘도 구현을 목적으로 하는 경우 3매의 액정표시소자를 채용하지만 소형화 및 경량화를 목적으로 하는 경우 1매의 액정표시소자를 채용하는 것이 일반적이다.In general, a liquid crystal projector includes a liquid crystal display device for providing an image, a projection lens system for projecting the implemented image onto a screen, a light source for providing light to the liquid crystal display, and an optical path between the light source and the liquid crystal display. An illumination system for adjusting and a driving circuit unit for signal processing are provided. Such liquid crystal projectors have tended to implement high brightness through efficient optical system configuration and lamp change, and emphasize the simplicity of portable and installation through miniaturization and light weight even though the brightness is somewhat lower. The liquid crystal projector uses three or one liquid crystal display elements for color implementation. In order to achieve high brightness, three liquid crystal display elements are employed. However, in the case of miniaturization and light weight, one liquid crystal display element is generally adopted.
1매의 액정표시소자를 채용하는 단판식 액정프로젝터는 칼러구현을 위하여 칼라필터를 이용하는 방법, 삼원색을 분리하여 특정한 각도로 입사시키는 방법, 삼원색을 순차적으로 액정표시소자에 보내주는 방법 등을 이용하고 있다. 이들 중에서 삼원색을 순차적으로 액정표시소자에 보내주는 화상투사 장치에는 도 1에 도시된 바와 같이 칼라 휠(Color Wheel)을 사용하는 방식이 대표적이다.The single-plate type liquid crystal projector employing a single liquid crystal display device uses a color filter for color implementation, a method of separating three primary colors at a specific angle, and a method of sending three primary colors to the liquid crystal display device sequentially. have. Among them, a method of using a color wheel as shown in FIG. 1 is typical for an image projection apparatus that sequentially sends three primary colors to a liquid crystal display.
도 1을 참조하면, 종래의 칼라 휠을 이용한 액정프로젝터의 광학계가 개략적으로 도시되어 있다. 도 1의 광학계는 백색광을 발생하는 광원(2)와, 광원으로부터의 백색광 중 특정색광만을 투과시키는 칼라 휠(4)과, 광을 집광시키는 컨덴싱 렌즈(6)와, 입사광을 편광방향에 따라 반사 및 투과시키는 편광 프리즘(8)과, 반사형 액정표시소자(10)와, 액정표시소자(10)로부터의 화상광을 확대투사하는 투사렌즈(12)를 구비한다. 칼라휠(4)은 모터(14)에 의해 회전되어 그의 위치에 따라 광원(2)에서 출사된 백색광 중 특정색광만이 투과되게 한다. 이를 위하여, 칼라휠(4)은 도 2에 도시된 바와 같이 제1 내지 제4 필터(4A, 4B, 4C, 4D)로 구분된다. 제1 내지 제4 필터(4A, 4B, 4C, 4D) 각각은 서로 다른 색투과 특성을 가지게끔 코팅되거나 착색되어 적, 녹, 청색 및 백색광 각각을 투과시키게 된다. 이러한 칼라 휠(4)은 회전되어 상기 제1 내지 제4 필터(4A, 4B, 4C, 4D)가 시간순차적으로 광경로에 위치함으로써 적, 녹, 청색 및 백색광이 시간순차적으로 투과되게 한다. 컨덴싱 렌즈(6)는 칼라 휠(4)에서 출사된 색광을 편광프리즘(8)에 집광시킨다. 편광프리즘(8)은 집광렌즈(6)로부터 입사되는 특정방향의 선편광 즉, S파를 액정표시소자(10)로 반사시킴과 아울러 액정표시소자(10)로부터 입사되는 P파를 투사렌즈(12)로 출사시킨다. 액정표시소자(10)는 반사형으로서 편광프리즘(8)에서 반사되어 입사되는 색광에 대응하여 적, 녹, 청색의 화상을 연속적으로 구현하게 된다. 이렇게 액정표시소자(10)에 의해 연속되는 색화상은 편광프리즘(8)을 경유하여 투사렌즈(12)를 통해 도시하지 않은 스크린에 확대투사된다. 이 경우, 시청자는 스크린에 투사된 특정색의 화상이 시간적으로 평균되어 합성된 칼러화상을 인식하게 된다.Referring to FIG. 1, an optical system of a liquid crystal projector using a conventional color wheel is schematically illustrated. The optical system of FIG. 1 includes a light source 2 for generating white light, a color wheel 4 for transmitting only specific color light from white light from the light source, a condensing lens 6 for condensing light, and incident light along the polarization direction. A polarizing prism 8 for reflecting and transmitting, a reflective liquid crystal display element 10, and a projection lens 12 for projecting and projecting image light from the liquid crystal display element 10 are provided. The color wheel 4 is rotated by the motor 14 so that only a specific color light of white light emitted from the light source 2 is transmitted according to its position. To this end, the color wheel 4 is divided into first to fourth filters 4A, 4B, 4C, and 4D as shown in FIG. 2. Each of the first to fourth filters 4A, 4B, 4C, and 4D is coated or colored to have different color transmissive properties to transmit red, green, blue, and white light, respectively. The color wheel 4 is rotated so that the first to fourth filters 4A, 4B, 4C, and 4D are sequentially positioned in the optical path so that red, green, blue, and white light are transmitted in a time sequence. The condensing lens 6 condenses the color light emitted from the color wheel 4 to the polarizing prism 8. The polarization prism 8 reflects linearly polarized light in a specific direction, ie, S-wave, incident from the condenser lens 6 to the liquid crystal display device 10, and reflects P-waves incident from the liquid crystal display device 10. Let's exit. The liquid crystal display device 10 is a reflection type and continuously implements red, green, and blue images in response to color light reflected by the polarization prism 8 and incident. Thus, the color image which is continued by the liquid crystal display element 10 is enlarged and projected on the screen which is not shown through the projection lens 12 via the polarizing prism 8. In this case, the viewer recognizes the color image synthesized by temporally averaging the image of the specific color projected on the screen.
그러나, 도 1에 도시된 칼라휠을 사용하는 경우 입사광 중 제1 내지 제4 필터를 투과하는 색광을 제외한 광들은 모두 반사되기 때문에 광효율이 1/3로 떨어지는 문제점이 있다. 이를 보완하기 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이 색분리를 위한 다이크로익미러(Dichroic Mirror)와 분리된 색광의 진행방향을 변환시키는 회전프리즘을 이용한 광학계가 제안되어졌다.However, when the color wheel shown in FIG. 1 is used, the light efficiency of the incident light except for the color light passing through the first to fourth filters is reflected, thereby reducing the light efficiency to 1/3. To compensate for this, as shown in FIG. 3, an optical system using a rotating prism for converting a traveling direction of color light separated from a dichroic mirror for color separation has been proposed.
도 3에 도시된 액정 프로젝터의 광학계는 광을 발생하는 광원(16)과 색분리를 위한 제1 다이크로익미러(24) 사이의 광경로 상에 배치된 플라이아이렌즈(Fly Eye Lens)(18) 및 편광빔스프리터(Polarizing Beam Splitter :이하, PBS라고 한다)어레이(20)와, 특정 파장대역의 광을 투과 및 반사시키는 제1 내지 제6 다이크로익미러(24, 28, 32, 46, 48, 54)와, 회전각에 따라 광경로를 변화시키는 제1 내지 제3 회전 프리즘(34, 38, 42)과, 편광 프리즘(60), 액정표시소자(62)를 구비한다. 플라이아이렌즈(18)는 광원(16)에서 출사된 백색광을 셀 단위로 분할하여 PBS 어레이(20)의 특정부분에 집광되게 한다. PBS 어레이(20)는 입사광을 어느 하나의 광축을 가지는 선편광, 즉 P파와 S파로 분리시켜 S파는 그대로 출사되게 하고, P파는 PBS 어레이(10)의 배면에 부분적으로 부착된 1/2파장판(도시하지 않음)에 의해 S파로 변환되어 출사되게 한다. 제1 집광렌즈(22)는 PBS 어레이(20)에서 출사되어제1 다이크로익미러(24)로 입사되는 광의 퍼짐을 방지하게 된다. 제1 다이크로익 미러(24)는 입사광을 파장대역에 따라 반사 및 투과시켜 분리한다. 예를 들면, 제1 다이크로익미러(24)는 입사광 중 적색광을 반사시키고 녹색 및 청색광을 투과시킨다. 제2 다이크로익미러(28)는 제1 다이크로익미러(24)에서 반사되어 제2 집광렌즈(26)를 통해 입사되는 적색광을 제1 회전프리즘(34)으로 반사시키게 된다. 제3 다이크로익미러(32)는 제1 다이크로익미러(24)를 투과하여 제3 집광렌즈(30)를 통해 입사되는 광 중 녹색광을 반사시켜 제2 회전프리즘(38)으로 진행되게 하고, 청색광을 투과시켜 제3 회전프리즘(42)으로 진행되게 한다. 제1 내지 제3 회전프리즘(34, 38, 42) 각각은 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 그의 회전각도에 따라 적, 녹, 청색광의 진행방향을 달라지게 한다. 다시 말하여, 제1 내지 제3 회전프리즘(34, 38, 42) 각각은 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 그의 회전각도에 따라 액정표시소자(62)에 결상되는 적, 녹, 청색광의 결상위치가 달라지게 한다. 제1 회전프리즘(34)을 투과한 적색광은 제4 집광렌즈(36), 제4 다이크로익미러(46), 제5 집광렌즈(50)를 경유하여 제6 다이크로익미러(54)에 입사된다. 제2 회전프리즘(38)을 투과한 녹색광은 제6 집광렌즈(40), 제4 다이크로익미러(46), 제5 집광렌즈(50)를 경유하여 제6 다이크로익미러(54)로 입사된다. 제3 회전프리즘(42)를 투과한 청색광은 제7 집광렌즈(44), 제5 다이크로익미러(48), 제8 집광렌즈(52)를 경유하여 제6 다이크로익미러(54)로 입사된다. 제6 다이크로익미러(54)는 입사되는 적색광 및 녹색광을 반사시킴과 아울러 청색광을 투과시킨다. 이러한 적, 녹, 청색광 각각은 제9 집광렌즈(56), 편광판(58)을 경유하여 편광프리즘(60)으로 입사되고 편광프리즘(60)에 의해 반사되어 액정표시소자(62)로 입사되게 된다. 이 경우, 제1 내지 제3 회전프리즘(34, 38, 42)의 회전각도가 서로 다름에 따라 적, 녹, 청색광은 도 5에 도시된 바와 같이 반사형 액정표시소자(62)의 서로 다른 부분에 결상되게 된다. 그리고, 제1 내지 제3 회전프리즘(34, 38, 42)이 빠른 속도로 회전하면서 그의 회전각도에 따라 액정표시소자(62)에 결상되는 적, 녹, 청색광의 위치(62A, 62B, 62C)는 도 5에 도시된 바와 같이 일정한 방향으로 계속적으로 진행하면서 달라지게 된다. 이렇게 빠른 속도로 결상위치가 변화되면서 입사되는 적, 녹, 청색광에 맞추어 액정표시소자(62)는 적, 녹, 청색의 신호를 표현해 주며 그 색신호들을 액정표시소자(62)에 결상되는 광의 흐름과 동일한 속도로 계속적으로 변경하게 된다. 이에 따라, 액정표시소자(62)의 한 위치에서 적, 녹, 청색 영상신호가 순차적으로 구현되고 시청자는 시간적으로 적분된 신호를 인식하게 된다.The optical system of the liquid crystal projector shown in FIG. 3 has a fly-eye lens 18 disposed on an optical path between a light source 16 for generating light and a first dichroic mirror 24 for color separation. ) And a polarizing beam splitter (hereinafter referred to as PBS) array 20 and first to sixth dichroic mirrors 24, 28, 32, 46, which transmit and reflect light of a specific wavelength band. 48, 54, first to third rotating prisms 34, 38, and 42 for changing an optical path according to the rotation angle, a polarizing prism 60, and a liquid crystal display element 62. The fly's eye lens 18 divides the white light emitted from the light source 16 in units of cells to be focused on a specific portion of the PBS array 20. The PBS array 20 separates incident light into linearly polarized light having any one optical axis, that is, P wave and S wave, so that the S wave is emitted as it is, and the P wave is half-wave plate partially attached to the back surface of the PBS array 10 ( (Not shown) is converted into an S wave to be emitted. The first condenser lens 22 prevents light from being emitted from the PBS array 20 and incident on the first dichroic mirror 24. The first dichroic mirror 24 reflects and transmits incident light according to the wavelength band to separate the incident light. For example, the first dichroic mirror 24 reflects red light of incident light and transmits green and blue light. The second dichroic mirror 28 reflects the red light reflected from the first dichroic mirror 24 and incident through the second condenser lens 26 to the first rotating prism 34. The third dichroic mirror 32 penetrates the first dichroic mirror 24 to reflect green light from the light incident through the third condenser lens 30 to proceed to the second rotating prism 38. Then, blue light is transmitted to the third rotating prism 42. Each of the first, second, and third rotating prisms 34, 38, and 42 may change the traveling directions of red, green, and blue light according to its rotation angle as shown in FIGS. 4A and 4B. In other words, each of the first to third rotatable prisms 34, 38, and 42 may be formed of red, green, and blue light formed on the liquid crystal display device 62 according to its rotation angle as shown in FIGS. 4A and 4B. Make the imaging position different. The red light transmitted through the first rotating prism 34 is transmitted to the sixth dichroic mirror 54 via the fourth condenser lens 36, the fourth dichroic mirror 46, and the fifth condenser lens 50. Incident. The green light that has passed through the second rotating prism 38 passes through the sixth condenser lens 40, the fourth dichroic mirror 46, and the fifth condenser lens 50 to the sixth dichroic mirror 54. Incident. The blue light transmitted through the third rotating prism 42 is transferred to the sixth dichroic mirror 54 via the seventh condenser lens 44, the fifth dichroic mirror 48, and the eighth condenser lens 52. Incident. The sixth dichroic mirror 54 reflects incident red and green light and transmits blue light. Each of the red, green, and blue light is incident on the polarizing prism 60 through the ninth condenser lens 56 and the polarizing plate 58, and is reflected by the polarizing prism 60 to be incident on the liquid crystal display device 62. . In this case, as the rotation angles of the first to third rotatable prisms 34, 38, and 42 are different from each other, red, green, and blue light are different portions of the reflective liquid crystal display 62 as shown in FIG. It will be missing. Then, the positions of the red, green, and blue light 62A, 62B, 62C, which are formed on the liquid crystal display device 62 according to the rotation angle while the first to third rotating prisms 34, 38, and 42 rotate at a high speed. As shown in Figure 5 will be changed while continuing in a constant direction. The liquid crystal display device 62 expresses red, green, and blue signals in response to incident red, green, and blue light as the image position is changed at such a high speed. You will continue to change at the same speed. Accordingly, the red, green, and blue image signals are sequentially implemented at one position of the liquid crystal display 62, and the viewer recognizes the signal integrated in time.
이와 같이 회전프리즘을 이용한 단판식 액정 프로젝터에서는 전술한 칼라휠과 같이 칼라구현에 의한 광의 손실이 없기 때문에 광효율이 향상된다. 그러나, 회전프리즘간의 시간맞춤(Synchronization)문제가 어려운 문제점이 있다. 특히, 처음에는 회전프리즘들간의 회전타이밍이 맞았다하더라도 시스템 구성후 시간이 경과하게 되면 회전프리즘의 구동장치별 편차에 의하여 점점 그 차이가 발생하게 된다. 이렇게, 회전프리즘간의 시간맞춤이 틀려지는 경우 화면상에는 원하는 색의 구현이 불가능해지게 된다. 그리고, 회전프리즘을 이용하는 경우 많은 수의 광학부품이 들어갈 뿐만 아니라 정확한 색상별 조정이 요구되므로 가격적으로 고가이다.As described above, in the single-plate type liquid crystal projector using the rotating prism, the light efficiency is improved because there is no loss of light due to the color implementation as in the color wheel described above. However, the problem of synchronization between the rotating prisms is difficult. Particularly, even if the timing of rotation between the prisms is correct at first, when the time elapses after the system configuration, the difference gradually occurs due to the deviation of the driving device of the prism. As such, when the time alignment between the rotating prisms is incorrect, the desired color cannot be realized on the screen. In addition, when the rotating prism is used, not only a large number of optical parts are required but also accurate color-by-color adjustment is required, which is expensive.
따라서, 본 발명의 목적은 광효율 및 색구현 능력을 향상시킬 수 있는 단판식 액정 프로젝터의 칼라분리장치를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a color separation apparatus of a single plate type liquid crystal projector capable of improving light efficiency and color implementation ability.
도 1은 종래의 칼라 휠을 이용한 프로젝터의 광학계를 도시한 도면.1 is a view showing an optical system of a projector using a conventional color wheel.
도 2는 도 1에 도시된 칼라 휠의 색필터를 도시한 도면.2 is a view showing a color filter of the color wheel shown in FIG.
도 3은 종래의 회전프리즘을 이용한 프로젝터의 광학계를 도시한 도면.3 is a view showing an optical system of a projector using a conventional rotating prism.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 회전프리즘의 동작원리를 설명하기 위한 도면.4a and 4b are views for explaining the operation principle of the rotating prism shown in FIG.
도 5는 도 3에 도시된 회전프리즘에 의해 액정표시소자에 결상되는 결상화면을 도시한 도면.FIG. 5 is a view showing an image forming image formed on a liquid crystal display by the rotating prism shown in FIG.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 칼러분리수단을 포함한 프로젝터의 광학계를 도시한 도면.6 is a view showing an optical system of a projector including a color separating means according to an embodiment of the present invention.
도 7은 도 6에 도시된 칼러분리수단의 제1 실시 예를 도시한 도면.7 is a view showing a first embodiment of the color separating means shown in FIG.
도 8은 도 6에 도시된 칼러분리수단의 제2 실시 예를 도시한 도면.8 is a view showing a second embodiment of the color separating means shown in FIG.
도 9a 내지 도 9h는 도 6에 도시된 칼러분리수단의 동작원리를 설명하기 위한 도면.9a to 9h are views for explaining the principle of operation of the color separation means shown in FIG.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
2, 16 : 광원 4 : 칼라휠2, 16: light source 4: color wheel
4A, 4B, 4C, 4D : 제1 내지 제4 필터4A, 4B, 4C, 4D: first to fourth filters
6, 22, 26, 30, 36, 40, 44, 50, 52, 56, 74 : 집광렌즈6, 22, 26, 30, 36, 40, 44, 50, 52, 56, 74: condenser lens
8, 60, 76 : 편광프리즘 10, 62, 78 : 액정표시소자8, 60, 76: polarization prism 10, 62, 78: liquid crystal display device
12, 80 : 투사렌즈 18 : 플라이아이렌즈12, 80: projection lens 18: fly's eye lens
20 : PBS 어레이20: PBS array
24, 28, 32, 46, 48, 54 : 다이크로익 미러24, 28, 32, 46, 48, 54: dichroic mirror
34, 38, 42 : 회전프리즘 58 : 편광필터34, 38, 42: rotating prism 58: polarizing filter
70 : 전반사미러 72 : 칼러분리수단70: total reflection mirror 72: color separation means
82 : 안내축 84 : 라인모터82: guide shaft 84: line motor
86 : 칼러플레이트 88 : 캠모터86: color plate 88: cam motor
88A : 축 88B : 캠88A: Shaft 88B: Cam
90 : 결상화면 92 : 칼러로드어레이90: missing image 92: color road array
92R, 92G, 92B : 칼라로드 94 : 모터92R, 92G, 92B: Color Rod 94: Motor
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 단판식 액정 프로젝터의 칼라 분리 장치는 광경로상에 광축과 수직한 방향으로 직선운동 가능하게 설치되며 입사되는 백색광을 칼러별로 분리하여 출사시키는 칼러분리수단과, 칼러분리수단과 대향되게 고정적으로 설치되며 상기 칼러분리수단로부터의 반사광을 되반사시키기 위한 전반사미러를 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the color separation apparatus of the single-panel liquid crystal projector according to the present invention is installed on the optical path in a direction perpendicular to the optical axis and the color separation means for separating the incident white light by color and emit it; It is fixedly opposed to the color separating means, characterized in that it comprises a total reflection mirror for reflecting the reflected light from the color separating means.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.Other objects and features of the present invention in addition to the above objects will become apparent from the description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.
이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 9.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 칼러 분리 장치가 포함된 단판식 액정 프로젝터의 광학계를 도시한 것이다. 도 6에 도시된 광학계는 다수개의 칼러영역으로 분리된 칼러플레이트를 포함하며 직선운동을 하는 칼러분리수단(72)과, 칼러블럭(72)의 칼러플레이트와 대향되게 고정되는 전반사미러(70)와, 칼라블록(72)로부터의 광을 집광시키는 컨덴싱 렌즈(74)와, 입사되는 적색광, 녹색광 및 청색광들을 반사 및 투과시키는 편광 프리즘(76)과, 광을 영상신호에 따라 반사시켜 화상정보가 실린 화상광을 구현하는 반사형 액정표시소자(78)와, 구현된 화상광을 임의의 거리로 확대 투사하는 투사렌즈(80)를 구비한다. 칼러분리수단(72)은 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 다수개의 칼라영역이 평면을 이룬 칼러플레이터(86)와 칼러플레이트(86)의 직선운동을 안내하기 위한 안내축(82)과, 칼러플레이트(86)를 직선운동시키기기 위한 구동모터부를 구비한다. 구동모터부로는 고속 운동을 가능하게 하는 리니어 모터(Linear Motor)(84)를 사용하거나 축(88A)의 끝 부분에 캠(88B)을 부착한 캠모터(88)를 사용한다. 캠모터(88)를 이용하는 경우 캠모터(88)에 구동된 칼러플레이트(86)에 복원력을 인가하여 원위치시키기 위한 용수철을 캠포터(88)의 반대 또는 동일 측에 설치하게 된다. 이러한 칼러분리수단(72)에서 칼러플레이트(86)는 적색-녹색-청색-적색-녹색의 5개의 칼러영역을 포함한다. 5개의 칼러영역 각각은 해당되는 한가지 색영역은 투과시키는 반면에 다른 색영역은 반사시키게 된다. 이러한 칼러플레이트(86)의 제1 내지 제5 칼러영역 가운데 3개의 칼라영역의 크기와 동일한 영역이 "결상평면"이 되어 집광렌즈(74)에 의해 액정표시소자(78)에 조명광으로 결상되게 된다. 전반사미러(70)는 칼러플레이트(86)와 대향되게 고정되어 칼러플레이트(86)의 각 칼러영역에서 반사되어진 광을 재반사시켜 다른 칼러영역에 입사되게 함으로써 칼러분리시 광손실을 방지하게 된다. 그리고, 칼러플레이트(86)는 전반사미러(70)와 평행으로 3개 영역의 폭만큼 직선운동을 하게 된다. 이에 따라, 칼러분리수단(72)에 입사되는 백색광이 칼러플레이트(86)와 전반사미러(70)의 선택적인 파장대역 투과 및 반사에 의해 광손실 없이 적, 녹, 청색광으로 분리되어 출사되게 된다.6 illustrates an optical system of a single-plate type liquid crystal projector including a color separation device according to an embodiment of the present invention. The optical system shown in FIG. 6 includes a color plate separated into a plurality of color regions, and includes a color separating means 72 for linear movement, and a total reflection mirror 70 fixed to face the color plate of the color block 72. And a condensing lens 74 for condensing light from the color block 72, a polarizing prism 76 for reflecting and transmitting incident red, green and blue light, and reflecting the light according to an image signal, thereby providing image information. A reflection type liquid crystal display device 78 for implementing the reflected image light and a projection lens 80 for projecting the implemented image light at an arbitrary distance are provided. The color separating means 72 has a guide shaft 82 for guiding the linear movement of the color plate 86 and the color plate 86 in which a plurality of color regions are formed as shown in FIGS. And a driving motor unit for linearly moving the color plate 86. As the drive motor portion, a linear motor 84 that enables high-speed movement is used, or a cam motor 88 having a cam 88B attached to the end of the shaft 88A is used. When the cam motor 88 is used, a spring for applying the restoring force to the color plate 86 driven by the cam motor 88 to return to the original position is installed on the opposite side or the same side of the cam porter 88. In this color separating means 72, the color plate 86 includes five color regions of red-green-blue-red-green. Each of the five color regions transmits one color gamut while reflecting the other color gamut. An area equal to the size of the three color areas among the first to fifth color areas of the color plate 86 becomes an "imaging plane", and the condensing lens 74 forms an illumination light on the liquid crystal display element 78. . The total reflection mirror 70 is fixed to face the color plate 86 so as to reflect back the light reflected from each color area of the color plate 86 and enter the other color area to prevent light loss during color separation. The color plate 86 is linearly moved by the width of three regions in parallel with the total reflection mirror 70. Accordingly, the white light incident on the color separation means 72 is separated into red, green, and blue light without light loss by selective wavelength band transmission and reflection of the color plate 86 and the total reflection mirror 70.
이러한 칼러분리수단(72)의 구동에 의한 적, 녹, 청색광의 결상위치 변화를 상세히 살펴보면 도 9a 내지 도 9i에 도시된 바와 같다. 칼러분리수단(72)의 칼러플레이트(86)가 도 9a에 도시된 바와 같이 위치하는 경우 입사된 백색광은 적색, 녹색, 청색 영역에서 해당 색광이 동일한 크기로 방출되고 방출된 색광에 의한 결상평면(90)이 액정표시소자(78)에 결상되면 액정표시소자(78)에는 적, 녹, 청색광이 동일한 크기로 결상되게 된다. 이어서, 도 9b 내지 도 9i에 도시된 바와 같이 칼러플레이트(86)가 구동모터부에 의해 화살표 방향으로 이동되면 그와 동일한 방향으로 결상평면(90)에서의 칼러영역의 형태가 달라지게 되며 칼러플레이트(86)의 이동이 연속적으로 일어나는 경우 결상평면(90)의 칼러영역이 스크롤되게 된다. 다시 말하여, 칼러플레이트(86)의 이동에 따라 스크롤되는 결상평면(90)에서의 칼러영역을 액정표시소자(78)에 결상시켜 주면 액정표시소자(78)에서 칼러가 시간적으로 스크롤 형상으로 결상되게 된다. 이에 따라, 액정표시소자(78)가 칼러영역의 스크롤 시간과 맞추어 색신호를 구현하고 투사렌즈(80)를 통해 스크린에 확대투사하게 되면 시청자는 스크롤되는 적, 녹, 청색 신호를 시간적으로 적분하여 인식함으로써 실제로 구현하고자 하는 칼러영상을 구현할 수 있게 된다.Looking at the change in the image formation position of the red, green, blue light by the driving of the color separation means 72 as shown in Figures 9a to 9i. When the color plate 86 of the color separating means 72 is positioned as shown in FIG. 9A, the incident white light is emitted in the same size in the red, green, and blue regions, and an image plane ( When 90 is formed on the liquid crystal display device 78, the red, green, and blue light are formed in the same size on the liquid crystal display device 78. Subsequently, as shown in FIGS. 9B to 9I, when the color plate 86 is moved in the direction of the arrow by the driving motor part, the shape of the color area on the imaging plane 90 is changed in the same direction, and the color plate When the movement of 86 occurs continuously, the color area of the imaging plane 90 is scrolled. In other words, when the color region in the image plane 90 scrolled in accordance with the movement of the color plate 86 is formed in the liquid crystal display device 78, the color in the liquid crystal display device 78 forms an image in a scroll shape in time. Will be. Accordingly, when the liquid crystal display device 78 implements a color signal in accordance with the scroll time of the color region and enlarges and projects the screen through the projection lens 80, the viewer recognizes by integrating the red, green, and blue signals that are scrolled in time. By doing so, it is possible to implement a color image to be actually implemented.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 단판식 액정프로젝터용 칼러분리장치에 서는 다수개의 칼러영역을 가지고 직선운동을 하는 칼러플레이트를 광손실없이 시간순차적으로 색광이 투과되게 함으로써 종래의 칼러휠을 사용하는 경우보다 광효율을 약 2∼3배 가량 향상시킬 수 있음과 아울러 종래의 회전프리즘을 이용하는 경우보다 화상구현의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제조원가를 줄일 수 있게 된다.As described above, in the color separation apparatus for a single-plate liquid crystal projector according to the present invention, a color plate having linear movement with a plurality of color regions is used to transmit color light in a time sequence without light loss. The light efficiency can be improved by about 2 to 3 times as compared with the case, and the reliability of image realization can be improved and manufacturing cost can be reduced as compared with the case of using a conventional rotating prism.
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.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.
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