KR20020082959A

KR20020082959A - 프로젝션시스템의 광전환장치

Info

Publication number: KR20020082959A
Application number: KR1020010022100A
Authority: KR
Inventors: 서은성
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2001-04-24
Filing date: 2001-04-24
Publication date: 2002-11-01
Also published as: KR100534575B1; US20020154273A1; US6582081B2

Abstract

본 발명은 프로젝션시스템의 광전환장치에 관한 것이다.

반사경을 갖는 광원; 상기 광원으로부터 조사되는 광의 위상을 전환시키는 보상판; 상기 보상판을 통해 위상이 전환된 광 중 P파광은 투과시키고, S파 광을 반사시키는 폴라라이징빔스프리터; 상기 폴라라이징빔스프리터의 반사면 맞은편쪽에 소정의 각도를 두고 설치되어 상기 반사면으로부터 반사되어 나오는 광을 그 반사면으로 되반사시켜 그 광이 광원측으로 향하도록 하는 미러로 구성된다.

상술한 바와 같이 구성함에 따라 그 컨버팅시스템의 구조를 개선하여 광의 균일도를 향상시킴과 동시에 광효율을 향상시킴으로서 화질을 좋게 할 수 있다.

Description

프로젝션시스템의 광전환장치{Light Converting Apparatus of Projection System}

본 발명은 프로젝션시스템에 관한 것으로서, 특히, 광원으로부터 조사되는 광을 특정성분의 광으로 전환시키는 광전환장치의 구성을 개선하여 광효율을 향상시키는 프로젝션시스템의 광전환 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액정프로젝터는 액정판넬을 광스위칭소자로 하여, 액정판넬상의 화상을 투사 광학계에 의해 스크린 상에 확대 투사하는 기계를 의미하는 것으로서, 상기 액정판넬은 크게 투과형(Transmissive) 타입과, 반사형(Reflective)타입으로 분류된다. 투과형 타입으로는 저온 폴리 실리콘 LCD(Poly-Si LCD)가 많이 사용되고 있으며, 반사형 타입으로는 LCOS(Liquid Crystal on Silicon)등이 주로 적용되고 있다.

도 4는 종래의 LCOS프로젝션시스템의 구성을 도시한 도면이다.

도면에 도시된 바와 같이 백색광을 조사하는 광원(101)과, 상기 광원(101)으로부터 조사되는 광을 평행광으로 변환해 주는 플라이아이렌즈(Fly's EYE LENSE)(103)와, 상기 플라이아이렌즈(103)를 통과한 광을 P파로 전환시키는 폴라라이제이션 컨버젼 시스템( PCS : Polarization Conversion System)(105)과, 상기 PCS(105)에 의해 P파로 전환된 광을 모아주는 집광렌즈(107)와, 상기 집광렌즈(107)를 통과한 광을 R/G/B 광으로 분리한 후 조사하는 컬러분리수단(109)과, P파 성분의 광은 투과시키고 S파 성분의 광은 반사시키는 폴라라이징빔스프리터(PBS : Polarizing Beam Splitter)(111)와, 상기 PBS(111)를 통해 입사되는 광을 투광 조절하여 반사시키는 반사형액정소자(113)와, 상기 반사형액정소자(113)에 의해 투광 조절된 빛을 확대 투사하는 투사렌즈(115)로 구성된다.

상기 PCS(105)는 도 5에 도시된 바와 같이 P파 성분의 광은 그대로 투과시키고, S파 성분의 광은 반사시키는 프리즘(105a)을 다수개 채용하고, 그 반사되는 광축 상에 보상판(105b)을 마련하여 그 반사되는 광이 보상판(105b)을 통과하면서 위상이 바뀌어 S파로 전환되도록 하여 P파 성분의 광만 투과하도록 구성된다.

이때, 상기 보상판(105b)의 맞은편 쪽에는 광차단막(105c)이 마련된다.

그런데, 상기와 같이 PCS에 의해 광전환을 시키는 구조에 있어서는 플라이아이렌즈(103)를 통과한 광이 광차단막(5c)이 마련된 부분에서는 통과하지 못함에 따라 플라이아이렌즈(3)의 파워(POWER)와 거리를 조절하기 때문에 광의 각도가 2배 정도로 커지는 단점이 있으며, 그와 같이 광의 각도가 2배정도 커지게 되면 반사형액정소자에 들어가는 빛의 각도가 2배가되므로 그 크기를 적게 설계해야만 한다.

그러나, 상술한 바와 같이 그 각도를 줄여서 사용할 경우 광학계의 밝기가 현저하게 떨어진다는 문제점이 있다.

상술한 플라이아이렌즈 및 PCS에 의한 광전환상의 문제점을 해소시키기 위하여 종래에는 폴라라이징빔스프리터를 채용하여 사용한 바 있다.

그 일 예로 미국특허 번호 5,446,510호에 개시된 바 있으며, 개시된 바와 같이 폴라라이징빔스프리터를 사용하고 그 상측면에 λ/4위상전환플레이트 및 반사판을 채용하고, 그 폴라라이징빔스프리터를 투과하는 광 축 상에 전반사프리즘을 채용하여 반사시키는 구조로 하여 사용하고 있다.

그러나, 이와 같은 구성에서도 역시 P파로 전환되어 나가는 광이 2정점(two peaks : Lp, Lp*)을 이루며 조사됨에 따라 빛의 균일도(Uniformity)가 저하된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출 된 것으로서, 광원으로부터 조사되는 광 전환 구성을 개선하여 광효율을 향상시키는 프로젝션시스템의 광전환 장치를 제공하는 데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반사경을 갖는 광원과; 상기 광원으로부터 조사되는 광의 위상을 전환시키는 보상판과; 상기 보상판을 통해 위상이 전환된 광 중 P파광은 투과시키고, S파 광을 반사시키는 폴라라이징빔스프리터 및; 상기 폴라라이징빔스프리터의 반사면 맞은편쪽에 소정의 각도를 두고 설치되어 상기 반사면으로부터 반사되어 나오는 광을 그 반사면으로 되반사시켜 그 광이 광원측으로 향하도록 하는 미러로 구성된다.

상술한 구성에서 상기 보상판은 상기 폴라라이징빔스프리터의 전면의 절반을 커버하도록 구성된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 프로젝션시스템의 구성을 도시한 도면,

도 2는 상기 도 1에 도시된 광전환장치의 구성을 일부 확대해서 도시한 일부 확대사시도,

도 3a ~ 도 3d는 상기 도 2에 도시된 보상판의 여러 형태를 도시한 도면,

도 4는 종래의 프로젝션시스템의 구성을 도시한 도면,

도 5는 상기 도 4에 도시된 플라이아이렌즈 및 폴라라이징컨버젼시스템의 구성을 일부 확대해서 도시한 도면,

도 6은 종래의 프로젝션시스템의 광전환장치중 폴라라이징빔스프리터를 사용한 상태에서의 편광특성을 나타낸 시뮬레이션결과치,

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 보상판을 갖는 폴라라이징빔스프리터를 이용한 상태에서의 편광특성을 나타낸 시뮬레이션결과치이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 광원1a : 반사경

10 : 광전환수단11 : 보상판

13 : 제2폴라라이징빔스프리터13a : 반사면

15 : 미러20 : 플라이아이렌즈

21 : 집광렌즈23 : 컬러분리수단

25 ; 제1폴라라이징빔스프리터27 : 반사형액정소자

29 : 투사렌즈

이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 3d를 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 의한 광전환수단(10)이 사용된 프로젝션시스템의 전체 구성을 도시한 도면이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이 고휘도의 백색광을 조사하는 광원(1)과, 상기 광원(1)으로부터 조사되는 광을 특정성분의 광으로 전환시켜 통과시키는 광전환수단(10)과, 상기 광전환수단(10)을 통과한 광을 모아주는 집광렌즈(21)와, 상기 집광렌즈를 통과한 광을 각각의 R/G/B광으로 분리 조사하는 컬러분리수단(23)과, 상기 컬러분리수단(23)으로부터 분리 조사되는 광 중 P파 성분의 광은 투과시키고 S파 성분의 광은 반사시키는 제1폴라라이징빔스프리터(25)와, 상기 제1폴라라이징빔스프리터(25)를 통과한 광을 받아 화상표현에 필요한 광으로 투광 조절하여 반사시키는 반사형액정소자(27)와, 상기 반사형액정소자(27)를 통해 투광 조절되어 반사되어 제1폴라라이징빔스프리터(25)의 반사면에 의해 반사되어 나오는 광을 도시되지 않은 스크린상에 확대 투사시키는 투사렌즈(29)로 구성된다.

상기 광전환수단(10)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상기 광원(1)의 광축 상에 설치되어 통과하는 광의 위상을 전환시키는 보상판(11)과, 상기 보상판(11)을 통해 전환된 P파광은 투과시키고 S파광은 반사시키는 제2폴라라이징빔스프리터(13)와, 상기 제2폴라라이징빔스프리터(13)의 반사면(13a)에 대하여 소정의 각도로 위치한 제2폴라라이징빔스프리터(13)의 상면에 설치되어 상기반사면(13a)을 통해 반사되는 S파 광을 상기 반사면(13a)으로 되 반사시키는 미러(15)로 구성된다.

상기 보상판(11)은 상기 제2폴라라이징빔스프리터(13)의 전면(13b)을 절반으로 커버하도록 구성되며, 그 형태는 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이 가로로 긴 직사각형, 또는 세로로 긴 직사각형, 또는 그 전면을 대각선상으로 나눈 형태인 삼각형 등의 형상으로 구현시킬 수 있으며, 그 보상판(11)은 유리판(16)상에 코팅된 상태로 마련될 것이다.

상기 보상판(11)은 λ/2플레이트 또는 λ/4플레이트로 함이 바람직하며, 이하의 설명에서는 λ/2플레이트를 채용한 상태에서의 동작원리에 대해서 설명한다.

상기 반사경(1a)은 광원(1)에서 나온 광이 모두 평행광으로 나가게 되며, 평행하게 들어온 광은 광원(1)의 초점을 지나 다시 평행하게 나가게 되는 포물경을 사용함이 바람직하다.

상기 제2폴라라이징빔스프리터(13)를 통과한 광을 균일화시키도록 상기 제2폴라라이징빔스프리터(13)의 출사광 축 상에 플라이아이렌즈(20)를 추가로 구성함이 바람직하다.

다음은 이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시 예에 의한 프로젝션시스템의 동작원리에 대해서 설명한다.

먼저, 광원(1)으로부터 P파, S파 성분이 혼합된 광이 조사되면, 그 P파, S파 성분의 광은 보상판(11)을 통과하면서 P파 광은 S파 광으로 전환되고, S파 광은 P파 광으로 전환되어 나가게된다.

그와 같이 보상판(11)에 의해 위상이 전환된 광 중 P파 광은 실선화살표방향을 따라 제 2폴라라이징빔스프리터(13)를 투과하여 다음 단계로 진행하게 된다.

한편, 상기 보상판(11)을 통과하면서 S파 광으로 전환된 광은 일점쇄선화살표방향을 따라 상기 제2폴라라이징 빔 스프리터(13)의 반사면(13a)에서 반사되고 그 반사된 광은 다시 그 반사면(13a)의 상측에 소정의 각도로 설치된 미러(15)에 의해 되반사 되어 그 반사면(13a)으로 되돌아오게 된다.

그 반사면(13a)으로 되돌아온 광은 다시 반사되어 보상판(11)을 통과하면서, P파 광으로 전환되고, 그 P파 광으로 전환된 광은 포물경으로 이루어진 반사경(1a)을 통하여 반사된 후 광원(1)의 초점을 지나 다시 제2폴라라이징빔스프리터(13)를 통과한 후 다음 단계로 진행하게 된다.

한편, 상기 보상판(11)이 가려지지 않은 유리판(16)의 나머지부분(R)을 통과하는 S파 P파 광 역시 상술한 원리에 의해 P파 광은 진한점선화살표방향을 따라 제2폴라라이징빔스프리터(13)의 반사면(13a)을 통과하고, S파 광은 가는점선화살표방향을 따라 제2폴라라이징빔스프리터(13)의 반사면(13a)을 통해 반사되어 미러(15)를 통해 되반사되어 반사경(1a)측으로 입사된다.

그 반사경(1a)으로 입사된 광은 광원(1)을 지나 다시 반사경(1a)에 의해 반사되어 평행하게 나가게 되고, 그 광은 보상판(11)을 통과하면서 P파광으로 전환되어 제2폴라라이징빔스프리터(13)의 반사면(13a)을 통과하게 된다.

상기와 같이 제2폴라라이징빔스프리터(13)를 투과한 P파 광은 플라이아이렌즈(20)에 의해 균일화되어 집광렌즈(21)를 통해 광이 모아져 컬러분리수단(23)으로입사된다.

그 컬러분리수단(23)에 의해 각각의 R/G/B광으로 분리 조사되는 광은 다시 제1폴라라이징빔스프리터(25)를 통과한 후 반사형액정소자(27)에 입사된다.

상기 반사형액정소자(27)에 입사된 광은 상기 반사형액정소자(27) 투광 조절 작용에 의해 컬러 화상에 필요한 광으로 발색된 후 반사되어 나오게 된다.

이때, 상기 반사형액정소자(27)의 시그널 온 상태의 화소를 통과하는 광은 S파로 전환되어 반사되어 나오고, 그 반사된 S광은 상기 제 1폴라라이징 빔스프리터(25)의 반사면(25a)을 통해 반사되어 투사렌즈(29)로 입사되고, 그 투사렌즈(29)로 입사된 광은 도시되지 않은 스크린 상에 확대 투사된다.

도 6은 종래의 구성(미국특허 번호 5,446,510)에 의한 폴라이징빔스프리터를 통과한 후의 편광분포를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 보상판이 추가된 폴라라이징빔스프리터를 통과한 후의 편광분포를 나타낸 도면이다.

도면에 도시된 바와 같이 종래 구성 즉, 광원으로부터 플라이아이렌즈까지의 광효율은 47%에 지나지 않았으나, 본 발명에 의한 경우에는 68%의 광효율을 가졌다.

한편, 그 편광비는 크게 달라지지 않았다는 것을 확인할 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 프로젝션시스템은 그 컨버팅시스템의 구조를 개선하여 광의 균일도를 향상시킴과 동시에 광효율을 향상시킴으로서 화질을 좋게 하게 된다.

Claims

반사경을 갖는 광원;

상기 광원으로부터 조사되는 광의 위상을 전환시키는 보상판;

상기 보상판을 통해 위상이 전환된 광 중 P파광은 투과시키고, S파 광을 반사시키는 폴라라이징빔스프리터;

상기 폴라라이징빔스프리터의 반사면 맞은편쪽에 소정의 각도를 두고 설치되어 상기 반사면으로부터 반사되어 나오는 광을 그 반사면으로 되반사시켜 그 광이 광원측으로 향하도록 하는 미러로 구성된 것을 특징으로 하는 프로젝션시스템의 광전환장치.
제 1항에 있어서,

상기 반사경은 광원에서 나온 광은 모두 팽행광으로 나가게 하고, 평행하게 들어온 광을 광원을 지나 다시 평행광으로 나가게 하는 포물경인 것을 특징으로 하는 프로젝션시스템의 광전환장치.
제 1항에 있어서,

상기 보상판은 λ/2플레이트, 또는 λ/4플레이트인 것을 특징으로 하는 프로젝션시스템의 광전환장치.
제 1항에 있어서,

상기 보상판은 상기 광원의 광축과 수직이 되게 설치되며, 상기 폴라라이징빔스프리터의 전면의 절반을 커버하도록 된 것을 특징으로 하는 프로젝션시스템의 광전환장치.
제 4항에 있어서,

상기 보상판은 직사각형, 삼각형 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템의 광전환장치.