KR20040020335A - optical system using Polarization Converting and Color Recapturing Integrator and color switch - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An optical system provided with a polarization converting and color recapturing(PCCR) integrator and a color switch is provided to allow a P/S convert and a color recapturing at the same time while removing the optical loss generated by the integrator and the color wheel during the recapturing process. CONSTITUTION: An optical system provided with a polarization converting and color recapturing(PCCR) integrator(200) and a color switch(400) includes a light source, a PCCR integrator(200) and a color switch. The light source is provided with a light source lamp and a reflector. The PCCR integrator(200) P/S divides the irregular polarized light outputted from the light source and transmits a specific polarized light. The PCCR integrator(200) maintains a polarized direction after transmitting the specific polarized light again and changing the phase of the remaining polarized light by the reflection of thereof. And, the color switch(400) placed adjacent to the output surface of the PCCR integrator(200) divides, transmits and reflects the color of the light beam.

Description

PCCR 적분기와 컬러 스위치를 갖는 광학계{optical system using Polarization Converting and Color Recapturing Integrator and color switch}Optical system using Polarization Converting and Color Recapturing Integrator and color switch}

본 발명은 프로젝션 TV 또는 프로젝션 모니터에 적용되는 광학계에 관한 것으로, 특히 편광 변환 및 컬러 리캡쳐링(Color Recapturing)을 위한 적분기(integrator)와 그 적분기를 이용한 컬러 스크롤 장치 및 광학계에 관한 것이다.The present invention relates to an optical system applied to a projection TV or a projection monitor, and more particularly, to an integrator for polarization conversion and color recapturing, and a color scroll device and an optical system using the integrator.

기존의 프로젝션(projection) TV 혹은 모니터(monitor)에 적용되는 광학계는크게 광원램프에서 방사되는 편광 방향이 불규칙한 광원(이하, 불규칙한 편광 광속이라 함)을 일치하는 한 종류의 편광 방향을 갖는 편광 광속으로 변환시키는 편광 변환부와, 상기 편광 조명장치에서 한 종류의 편광 방향을 갖고 방사되는 편광 광속을 컬러 리캡쳐링을 수행하는 컬러 리캡쳐부와 이렇게 구성된 컬러를 반사형 또는 투과형 LCD에서 컬러 스크롤하기 위한 컬러 스크롤(color scroll)부로 구성된다.An optical system applied to a conventional projection TV or monitor is a polarized light beam having a kind of polarization direction in which a polarized light emitted from a light source lamp largely matches an irregular light source (hereinafter referred to as an irregular polarized light beam). A polarization converting unit for converting, a color recapturing unit for performing color recapturing of the polarized light beam radiated with one kind of polarization direction in the polarization illuminating device, and for color scrolling the color configured in the reflective or transmissive LCD It consists of a color scroll (color scroll).

도 1 은 일반적인 광학계에서 편광 변환부의 상세 구성도를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a detailed configuration of a polarization converting unit in a general optical system.

도 1과 같이, 편광 변환부는 광원램프(11)와 포물면 반사경(12)으로 구성된 광원부(10)와, 제 1 광학요소(30)와, 제 2 광학요소(40)로 구성된 편광 발생부(40)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the polarization converting unit 40 includes a light source unit 10 including a light source lamp 11 and a parabolic reflector 12, a first optical element 30, and a second optical element 40. It is composed of

그리고 상기 제 1 광학요소(30)는 직사각형 형상의 외형을 갖는 복수개의 광속 분할렌즈(31)가 매트릭스 형상으로 배열하여 구성되어 있고, 상기 제 2 광학요소(40)는 집광 렌즈 어레이(41), 차광판(44), 편광 분리 유니트 어레이(43), 선택 위상차판(45), 그리고 결합 렌즈(46)가 하나로 이루어진 복합체로 구성된다.The first optical element 30 is formed by arranging a plurality of beam splitting lenses 31 having a rectangular shape in a matrix shape, and the second optical element 40 includes a condenser lens array 41, The light shielding plate 44, the polarization separation unit array 43, the selective retardation plate 45, and the coupling lens 46 are composed of a composite composed of one.

이와 같이 구성되는 편광 변환부는 광원부(10)에서 제 1 광학요소(30)로 입사한 불규칙한 편광 광속을 광속 분할 렌즈(31)에 의해 복수의 중간광속으로 분할된다.The polarization converting unit configured as described above is divided into a plurality of intermediate light beams by the light beam splitting lens 31. The irregularly polarized light beams incident from the light source unit 10 into the first optical element 30 are formed.

이어 상기 분할된 복수의 중간광속은 편광 분리 유니트 어레이(43)에 의해 각각을 P편광 광속과 S편광 광속에 공간적으로 분리한 후, 선택 위상차판(45)에 의해 공간적으로 분리된 편광방향을 하나로 일치시킨다. 그리고 이렇게 일치된 편광 광속을 결합 렌즈(46)를 통해 조명영역(50)으로 유도시킨다.Subsequently, the divided plurality of intermediate light beams are spatially separated from the P-polarized light beam and the S-polarized light beam by the polarization separation unit array 43, and then the polarization directions spatially separated by the selective retardation plate 45 are combined into one. Match. Then, the matched polarized light flux is guided to the illumination region 50 through the coupling lens 46.

도 2a, 2b 는 일반적인 분리 및 합성하는 컬러 분리 및 합성부의 상세 구성도를 나타낸 도면이다.2A and 2B are diagrams showing the detailed configuration of the color separation and synthesis unit for general separation and synthesis.

도 2a는 투과형 LCD를 나타낸 도면으로, 상기 조명영역(50)을 통해 출사되는 광속은 먼저, 색광 분리수단인 적색광 반사미러(72)에서 청색 및 녹색광은 투과하고 적색광은 반사한다. 이어 반사된 적색광은 다음 단에 있는 반사미러(71)에서 반사되어 적색광용 액정부(61)에 도달한다.2A is a view showing a transmissive LCD, and the light beam emitted through the illumination region 50 first transmits blue and green light and reflects red light in the red light reflecting mirror 72 which is a color light separating means. The reflected red light is then reflected by the reflection mirror 71 at the next stage to reach the liquid crystal part 61 for red light.

한편, 상기 적색광 반사미러(72)에서 투과된 청색광 및 녹색광은 다시 색광 분리 수단인 녹색광 반사미러(73)에 의해 녹색광은 반사되고, 청색광은 투과한다.On the other hand, the blue light and green light transmitted from the red light reflecting mirror 72 is again reflected by the green light reflecting mirror 73, which is a color light separating means, and the blue light is transmitted.

이어 반사된 녹색광은 녹색광용 액정부(62)에 도달하고, 상기 녹색광 반사미러(73)에 의해 투과된 청색광은 다음 단에 위치하는 반사미러(74)에서 반사되어 청색광용 액정부(63)에 도달한다.Subsequently, the reflected green light reaches the green light liquid crystal part 62, and the blue light transmitted by the green light reflecting mirror 73 is reflected by the reflecting mirror 74 positioned at the next stage and reflected on the blue light liquid crystal part 63. To reach.

그리고 상기 3개소 액정부(61)(62)(63)는 각각의 색광을 변조하여 각 색광에 대응한 화상 정보를 포함한 후에, 변조한 색광을 색광 합성 수단인 크로스 다이클로익 프리즘(60)에 입사되고, 상기 크로스 다이클로익 프리즘(60)은 각각의 변조광속을 합성하여 컬러화상을 형성한 후, 투사 광학계인 투사렌즈(70)에 의해 스크린(80)상에 확대 투영되어 투사화상을 형성한다.The three liquid crystal units 61, 62, and 63 modulate the respective color lights to include image information corresponding to each color light, and then apply the modulated color light to the cross dichroic prism 60 serving as color light synthesizing means. After being incident, the cross dichroic prism 60 combines the respective modulated light beams to form a color image, and is then enlarged and projected onto the screen 80 by the projection lens 70 which is a projection optical system to form a projection image. do.

도 2b는 반사형 LCD를 나타낸 도면으로, 상기 조명영역(50)을 통해 출사되는 광속은 먼저, 색광 분리수단인 청색광 반사미러(75)에 있어서 적색광 및 녹색광은 투과하고 청색광은 반사한다.2B is a view showing a reflective LCD, in which the luminous flux emitted through the illumination region 50 first transmits red and green light and reflects blue light in the blue light reflecting mirror 75 which is a color light separating means.

이어 반사된 청색광은 다음 단에 위치한 반사미러(77)로 반사되어 적색광용 PBS(94)에 반사되어 적색광용 액정부(95)에 도달한 후, 위상이 90도 반전된 후, 다시 적색광용 PBS(94)를 투과하여 크로스 다이클로익 프리즘(60)으로 입사된다.Subsequently, the reflected blue light is reflected by the reflecting mirror 77 located at the next stage, is reflected by the red light PBS 94 and reaches the red light liquid crystal part 95. After the phase is inverted by 90 degrees, the red light PBS is again inverted. It penetrates 94 and enters the cross dichroic prism 60.

한편, 상기 청색광 반사미러(75)에서 투과된 적색광 및 녹색광은 다시 색광 분리 수단인 녹색광 반사미러(76)에 의해 녹색광은 반사되고, 적색광은 투과한다.On the other hand, the red light and green light transmitted from the blue light reflecting mirror 75 is again reflected by the green light reflecting mirror 76, which is a color light separating means, the red light is transmitted.

이어 반사된 녹색광은 녹색광용 PBS(92)에 반사되어 녹색광용 액정부(93)에 도달한 후, 위상이 90도 반전된 후, 다시 녹색광용 PBS(92)를 투과하여 크로스 다이클로익 프리즘(60)으로 입사된다.Subsequently, the reflected green light is reflected by the green light PBS 92 to reach the green light liquid crystal part 93, and after the phase is inverted by 90 degrees, passes through the green light PBS 92 again to cross the dichroic prism Incident).

그리고 상기 녹색광 반사미러(76)에서 투과된 적색광은 적색광용 PBS(90)에 반사되어 적색광용 액정부(91)에 도달한 후, 위상이 90도 반전된 후, 다시 적색광용 PBS(90)를 투과하여 크로스 다이클로익 프리즘(60)으로 입사된다.The red light transmitted from the green light reflecting mirror 76 is reflected by the red light PBS 90 and reaches the red light liquid crystal part 91. After the phase is reversed by 90 degrees, the red light PBS 90 is again inverted. It penetrates and enters the cross dichroic prism 60.

그리고 상기 크로스 다이클로익 프리즘(60)은 입사되는 각각의 변조광속을 합성하여 컬러화상을 형성한 후, 투사 광학계인 투사렌즈(70)에 의해 스크린(80)상에 확대 투영되어 투사화상을 형성한다.The cross dichroic prism 60 combines each of the incident modulated light beams to form a color image, and is then enlarged and projected onto the screen 80 by the projection lens 70 as a projection optical system to form a projection image. do.

이와 같이 구성되는 광학계는 디스플레이 디바이스(Display Device)인 액정부를 몇 개 사용하느냐에 따라 단판식, 2판식, 3판식으로 분류할 수 있다.The optical system configured as described above can be classified into a single plate type, a two plate type, and a three plate type depending on how many liquid crystal units used as display devices are used.

도 2a 및 도 2b에서 나타내고 있는 광학계는 3판식 광학계를 실시예로 나타내고 있다.The optical system shown in FIG. 2A and FIG. 2B has shown the 3-plate optical system as an Example.

그러나, 이와 같은 3판식 광학계는 크게 다음 세 가지 문제점을 가지고 있다.However, such a three-plate optical system has three major problems.

첫 번째는 광학부품의 수가 너무 많고, 조명계뿐만 아니라 광경로 차이를 보상하기 위한 릴레이(Relay)계까지 포함하고 있어서 복잡하며, 광학계의 크기 또한 커지는 문제점을 가지고 있다.The first is complicated because the number of optical components is too large and includes not only an illumination system but also a relay system to compensate for optical path differences, and the size of the optical system is also large.

두 번째는 램프(Lamp)에서 출력된 적색(Red)광의 부족으로 인해 적색(Red)의 색순도가 저하되는데, 이로 인하여 색을 표현할 수 있는 능력 즉, 컬러 계조(Color gamut)의 넓이가 좁아지는 문제점을 가지고 있다.Second, the color purity of red is reduced due to the lack of red light output from the lamp, which causes the ability to express color, that is, the width of the color gamut, becomes narrow. Have

마지막으로 세 번째는, 광학계의 주요 부품인 디스플레이 디바이스를 많이 사용함으로 인해 비용 상승 문제와 R, G, B 패널(Panel)의 얼라인먼트(Alignment) 문제 등이 발생하게 된다.Lastly, the third use of display devices, which are major components of the optical system, raises costs and alignment problems of R, G, and B panels.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 2판식 혹은 단판식의 광학계를 사용하고 있으나, 이런 2판식 혹은 단판식 광학계는 공간적으로 컬러를 분리/합성하는 3판식과는 달리 하나의 액정부에 다수개의 컬러를 갖는 광을 입사시켜 컬러 스크롤(scroll) 장치인 컬러 드럼(drum), 컬러 휠(wheel), 혹은 컬러 스위치를 통해 시간적으로 컬러를 분리/합성한다.In order to solve this problem, a two-plate or single-plate optical system has been recently used. However, the two-plate or single-plate optical system uses a plurality of colors in one liquid crystal unit, unlike a three-plate type that spatially separates and synthesizes colors. The light having the incident light is separated and synthesized in time through a color drum, a color wheel, or a color switch, which is a color scroll device.

이로써, 기존의 3판식 광학계와 비교해보면 광량이 부족해지는 문제를 가지게 된다.As a result, there is a problem that the amount of light is insufficient compared to the conventional three-plate optical system.

즉, 만약 적색광만을 투과시키는 컬러 스크롤 장치의 영역에 녹색광 혹은 청색광이 비춰진다면 적색광 이외의 광은 상기 컬러 스크롤 장치에 흡수 또는 반사되어 손실되게 되므로 상기 컬러 스크롤 장치를 거쳐 투과되는 광량이 그 만큼 적어지게 된다.That is, if green light or blue light is emitted to an area of the color scrolling device that transmits only red light, light other than red light is absorbed or reflected by the color scrolling device and is lost, so that the amount of light transmitted through the color scrolling device is reduced. do.

또한, 기존에 사용하고 있는 컬러 스크롤 장치를 보면 컬러 리캡쳐링을 하기 위해 도 5와 같이 나선형의 컬러 셀을 형성하고 있는 컬러 휠(Color Wheel)을 사용하고 있는데, 이러한 나선형 컬러 휠은 제작이 어려울 뿐만 아니라 DMD 혹은 반사형 LCD, 투과형 LCD의 면에서 컬러 바(Color Bar)의 모양이 원의 호 모양을 하고 있으므로, 시간에 따른 Color bar 움직임이 선형적이지 못해 광효율의 저하를 가져오는 문제점이 있다.In addition, the existing color scrolling device uses a color wheel that forms a spiral color cell as shown in FIG. 5 for color recapturing. Such a spiral color wheel is difficult to manufacture. In addition, since the color bar has a circular arc shape on the surface of a DMD, a reflective LCD, or a transmissive LCD, the color bar movement is not linear with time, resulting in a decrease in light efficiency. .

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 종래의 단판식 혹은 2판식 광학계에서 편광변환과 동시에 컬러 리캡쳐링(Color Recapturing)을 동시에 할 수 있는 적분기의 광학 부품 구조 및 원리를 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, the optical component structure and principle of the integrator that can simultaneously perform color recapturing at the same time with the polarization conversion in the conventional single-plate or two-plate optical system The purpose is to provide.

본 발명의 다른 목적은 편광변환과 컬러 리캡쳐링을 하는 과정에서 출력편광이 하나의 편광방향을 유지함으로써 편광된 광을 사용하지 않는 디스플레이 소자인 DMD 뿐만 아니라 편광된 광을 사용하는 LCoS나 LCD를 사용하는 광학계에서도 컬러 리캡쳐링이 가능하게 하는데 있다.Another object of the present invention is to display an LCoS or LCD that uses polarized light as well as DMD, which is a display device that does not use polarized light by output polarization maintaining one polarization direction during polarization conversion and color recapturing. This is to enable color recapturing in the optical system used.

본 발명의 또 다른 목적은 LCoS나 LCD와 같이 편광된 광을 사용하는 디스플레이 소자를 사용하여, 단판식 혹은 2판식 광학계를 구성하는 경우, 기존보다 광량을 증가시키는데 있다.Another object of the present invention is to increase the amount of light than conventional, when using a display element using polarized light, such as LCoS or LCD, when configuring a single-plate or two-plate optical system.

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에서 제안한 적분기를 이용하여 편광변환및 컬러 리캡쳐링(Color Recapturing), 컬러 스크롤(Color Scroll)을 동시에 수행하는 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for simultaneously performing polarization conversion, color recapturing, and color scrolling using the integrator proposed in the present invention.

본 발명의 또 다른 목적은 종래의 광학계에서보다 간단한 구조를 구현함으로써 종전의 광학계보다 크기가 작고, 가격이 저렴한 광학계를 구현하는데 있다.Still another object of the present invention is to implement an optical system that is smaller in size and lower in cost than conventional optical systems by implementing a simpler structure than conventional optical systems.

도 1 은 일반적인 광학계에서 편광 변환부의 상세 구성도를 나타낸 도면1 is a view showing a detailed configuration of the polarization converter in a general optical system

도 2a, 2b 는 일반적인 투과형 LCD 및 반사형 LCD의 3판식 광학계의 구성도를 나타낸 도면2A and 2B are diagrams showing the configuration of a three-plate optical system of a general transmissive LCD and a reflective LCD.

도 3 은 본 발명에 따른 PCCR 적분기를 갖는 편광 변환부를 나타낸 도면3 is a view showing a polarization converting unit having a PCCR integrator according to the present invention;

도 4 는 PCCR 적분기와 컬러 휠 사이의 간격에 의해 일어나는 광 손실을 나타낸 도면4 shows light loss caused by the distance between the PCCR integrator and the color wheel.

도 5 는 일반적인 컬러 스크롤부인 나선형 모양의 컬러 휠의 구성을 나타낸 도면5 is a view showing the configuration of a spiral color wheel which is a general color scroll unit;

도 6 은 본 발명에 따른 PCCR 적분기와 컬러 스위치를 갖는 편광 변환부를 나타낸 도면6 is a view showing a polarization converting unit having a PCCR integrator and a color switch according to the present invention;

도 7 은 본 발명에 따른 PCCR 적분기와 컬러 스위치를 갖는 광학계에서 컬러 스위치의 구조를 나타낸 도면7 illustrates the structure of a color switch in an optical system having a PCCR integrator and a color switch according to the present invention;

도 8 은 본 발명에 따른 PCCR 적분기와 컬러 스위치를 갖는 광학계에서 컬러 스위치의 적색 셀을 나타낸 도면8 shows a red cell of a color switch in an optical system having a PCCR integrator and a color switch according to the present invention;

도 9 는 본 발명에 따른 컬러 스위치에 의한 광의 위상변조 과정을 나타낸도면9 is a view showing a phase modulation process of light by the color switch according to the present invention

도 10 은 본 발명에 따른 컬러 스위치를 통해 변조된 광이 반사형 편광판에서 반사 및 투과하는 과정을 나타낸 도면FIG. 10 is a view illustrating a process in which light modulated by a color switch according to the present invention is reflected and transmitted in a reflective polarizer; FIG.

도 11 은 본 발명에 따른 PCCR 적분기와 컬러 스위치를 갖는 광학계에서 시간에 따른 컬러 바 움직임을 나타낸 도면11 is a view showing the movement of color bars with time in an optical system having a PCCR integrator and a color switch according to the present invention;

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

100 : 광원부110 : 광원램프100: light source unit 110: light source lamp

120 : 포물면 반사경200 : PCCR 적분기120: parabolic reflector 200: PCCR integrator

210 : 위상차판211 : 개구부210: phase difference plate 211: opening

220 : 반사형 편광판230 : 반사면220: reflective polarizer 230: reflective surface

300 : 컬러 스크롤부400 : 컬러 스위치300: color scroll unit 400: color switch

410 : 컬러선택부420 : LC 셀410: color selection unit 420: LC cell

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 PCCR 적분기와 컬러 스위치를 갖는 광학계의 특징은 광원램프와 포물면 반사경으로 구성된 광원부와, 상기 광원부로부터 출사되는 불규칙한 편광 광속을 P/S 분리하고 특정 편광 광속은 투과하고 나머지 편광 광속은 반사를 통해 위상을 변화시킨 후 재 투과시켜 하나의 편광 방향으로 유지하는 PCCR 적분기와, 상기 PCCR 적분기의 출사면과 접촉되어 입사되는 광속의 컬러를 분리 투과 및 반사하는 컬러 스위치를 포함하여 구성되는데 있다.Features of the optical system having a PCCR integrator and a color switch according to the present invention for achieving the above object is to separate the P / S light source unit consisting of a light source lamp and a parabolic reflector, and the irregular polarized light beam emitted from the light source unit and a specific polarized light beam Is transmitted through and the remaining polarized light flux changes its phase through reflection and then retransmitted to maintain one polarization direction, and a color that separates and transmits and reflects the color of the light beam that comes into contact with the exit surface of the PCCR integrator It is configured to include a switch.

이때, 상기 컬러 스위치의 양측면에 반사형 편광판이 형성되어 있는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that reflective polarizing plates are formed on both side surfaces of the color switch.

그리고 상기 컬러 스위치는 적색광의 위상을 보조하는 적색 셀과, 녹색광의 위상을 변조하는 녹색 셀과, 그리고 청색광의 위상을 변조하는 청색 셀이 접합되어 구성되는 것이 바람직하다.The color switch is preferably configured by bonding a red cell to assist the phase of red light, a green cell to modulate the phase of green light, and a blue cell to modulate the phase of blue light.

이때 상기 각 셀은 선택광에 대해서만 λ/4 플레이트(plate)의 역할을 하는 2개의 컬러선택부(ColorSelect)와, 상기 컬러선택부 사이에 접합되어 외부에서 입력되는 전기적 신호에 의해 소정 컬러의 편광을 전환하는 LC(Liquid crystal) 셀을포함하여 구성되는 것이 바람직하다.At this time, each cell is a polarized light of a predetermined color by the two color selector (ColorSelect) serving as a λ / 4 plate only for the selection light and the electrical signal which is bonded between the color selector and input from the outside It is preferable to include an LC (Liquid crystal) cell for converting.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings.

본 발명에 따른 PCCR 적분기와 컬러 스위치를 갖는 광학계의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A preferred embodiment of an optical system having a PCCR integrator and a color switch according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 3 은 본 발명에 따른 PCCR(Polarization Converting and Color Recapturing) 적분기를 갖는 편광 변환부를 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating a polarization converting unit having a polarization converting and color recapturing (PCCR) integrator according to the present invention.

도 3을 보면, 광원램프(110)와 포물면 반사경(120)으로 구성된 광원부(100)와, 상기 광원부(100)로부터 출사되는 불규칙한 편광 광속을 P/S 분리하고 특정 편광 광속은 투과하고 나머지 편광 광속은 반사를 통해 위상을 변화시킨 후 재 투과시켜 하나의 편광 방향으로 유지하는 PCCR 적분기(200)와, 상기 PCCR 적분기(200)에서 출사되는 광속의 컬러를 분리 투과 및 반사하는 컬러 스크롤부(300)로 구성된다.Referring to FIG. 3, the light source unit 100 including the light source lamp 110 and the parabolic reflector 120 and the irregular polarized light beams emitted from the light source unit 100 are separated by P / S, and the specific polarized light beams are transmitted and the remaining polarized light beams are transmitted. The PCCR integrator 200 maintains one polarization direction after changing the phase through the reflection, and the color scroll unit 300 separates and transmits and reflects the color of the light beam emitted from the PCCR integrator 200. It consists of.

이때, 상기 PCCR 적분기(200)는 편광 방향이 불규칙한 광이 입사되는 작은 개구부(211)와, 상기 광이 반사되도록 하는 반사면(230)으로 이루어진 소정의 경로와, 상기 입사된 광의 출사면에 형성되어 P편광 광속과 S편광 광속으로 분리하여 반사 또는 투과시키는 반사형 편광판(220)과, 상기 반사형 편광판(220)과 마주보는 상기 소정경로 내에 형성되어 상기 반사형 편광판(220)에서 반사되는 광의 위상을 90도 변환시켜 반사시키는 위상차판(210)으로 구성된다.In this case, the PCCR integrator 200 is formed on a predetermined path including a small opening 211 through which light having an irregular polarization direction is incident, a reflection surface 230 through which the light is reflected, and an exit surface of the incident light. And a reflection polarizing plate 220 which is separated into a P polarization light beam and an S polarization light beam to reflect or transmit, and formed in the predetermined path facing the reflective polarization plate 220 to reflect the light reflected from the reflection polarization plate 220. It is composed of a phase difference plate 210 for converting the phase by 90 degrees.

좀더 자세히 살펴보면, 상기 작은 개구부(211)를 통하여 편광 방향이 불규칙한 편광 광(240)이 입사되고, 그 광은 반사형 편광판(220)에 의해서 S편광 광속(250)은 통과시키고, P편광 광속(260)은 반사하게 된다. 이는 반사형 편광판의 특성에 따라 S편광 광속을 반사시키고, P편광 광속을 통과시킬 수도 있다.In more detail, polarized light 240 having an irregular polarization direction is incident through the small opening 211, and the light is passed through the S-polarized light beam 250 by the reflective polarizer 220, and the P-polarized light beam ( 260 is reflected. This may reflect the S-polarized light beam and pass the P-polarized light beam according to the characteristics of the reflective polarizing plate.

그리고 상기 반사되는 P편광 광속(260)은 소정 경로면에 위치하는 반사면(230)에 반사 또는 직접 앞단에 위치하는 위상차판(210)으로 입사되고, 상기 위상차판(210)은 입사되는 P편광 광속의 위상을 90도 변환하여 S편광 광속(270)으로 변환하여 반사시킨다.In addition, the reflected P-polarized light beam 260 is incident on the reflection surface 230 positioned on a predetermined path surface, or is incident on the phase difference plate 210 positioned directly at the front end, and the phase difference plate 210 is incident on P-polarized light. The phase of the light beam is converted by 90 degrees to the S-polarized light beam 270 and reflected.

이렇게 반사된 광속(270)은 다시 반사형 편광판(220)으로 입사되어 통과되게 된다.The reflected light beam 270 is incident to the reflective polarizer 220 and then passed through.

그래서 상기 반사형 편광판(220)은 최종적으로 PCCR 적분기(200)를 통하여 출사되는 광을 S파로 만들어주는 P/S 변환기의 역할을 수행하여 기존 FEL과 PBS 어레이(Array)를 사용하여 편광변환을 하는 것보다 간단한 구조를 가지며, 광학계 가격을 낮추게 된다.Thus, the reflective polarizer 220 performs a role of a P / S converter that finally makes the light emitted through the PCCR integrator 200 into an S-wave to perform polarization conversion using an existing FEL and PBS array. It has a simpler structure and lowers the price of the optical system.

그러나 컬러 휠(Color Wheel)(300)을 사용하여 컬러 스크롤(Color Scroll)을 하는 경우는 도 4에서와 같이 적분기(200)와 컬러 휠(300) 사이의 간격에 의하여 광의 손실이 일어나게 된다.However, in the case of color scrolling using the color wheel 300, light loss occurs due to the distance between the integrator 200 and the color wheel 300 as shown in FIG. 4.

이를 해결하기 위해 본 발명에서는 이러한 광의 손실을 없애고 간단한 구조를 이용하여 컬러 스크롤을 하는 방법으로 다음과 같이 제안한다.In order to solve this problem, the present invention proposes the following method as a method of color scrolling using a simple structure to eliminate such loss of light.

도 6 는 본 발명에 따른 편광변환 및 컬러 리캡쳐가 가능한 PCCR 적분기와 컬러 스위치를 갖는 편광 변환부를 나타낸 도면이다.6 is a diagram illustrating a polarization conversion unit having a PCCR integrator and a color switch capable of polarization conversion and color recapture according to the present invention.

도 6과 같이, PCCR 적분기(200)와, 상기 PCCR 적분기(200)와 접촉되어 입사되는 광속의 컬러를 분리 투과 및 반사하는 컬러 스위치(400)로 구성된다.As shown in FIG. 6, the PCCR integrator 200 includes a color switch 400 that separates and transmits and reflects a color of a light beam incident upon contact with the PCCR integrator 200.

이때, 상기 컬러 스위치(400)의 양측면은 반사형 편광판(220)이 형성되어 있다.At this time, both side surfaces of the color switch 400 is a reflective polarizer 220 is formed.

여기서 상기 PCCR 적분기(200)의 구조는 위에서 설명한 것과 동일하므로 설명은 생략한다.Since the structure of the PCCR integrator 200 is the same as described above, the description thereof will be omitted.

그리고 상기 컬러 스위치(400)는 도 7과 같은 적색 셀(Cell), 녹색 셀, 청색 셀의 세 가지 셀이 접합된 구조로 구성된다.In addition, the color switch 400 has a structure in which three cells, a red cell, a green cell, and a blue cell, are bonded to each other as illustrated in FIG. 7.

그리고 상기 각 셀은 선택광에 대해서만 λ/4 플레이트(plate)의 역할을 하는 2개의 컬러선택부(ColorSelect)와, 상기 컬러선택부 사이에 접합되어 입력되는 전기적 신호에 의해 소정 컬러의 편광을 전환하는 LC(Liquid crystal) 셀로 구성된다.Each cell converts polarized light of a predetermined color by two color selectors serving as a λ / 4 plate only for selective light and an electrical signal bonded and input between the color selectors. It consists of an LC (Liquid crystal) cell.

도 8 은 본 발명에 따른 PCCR 적분기와 컬러 스위치를 갖는 광학계에서 컬러 스위치의 적색 셀을 나타낸 도면이다.8 illustrates a red cell of a color switch in an optical system having a PCCR integrator and a color switch according to the present invention.

도 8과 같이, 컬러 스위치에서 적색 셀의 구조는 적색광에 대해서만 λ/4 플레이트(plate)의 역할을 하는 필터인 적색용 컬러선택부(ColorSelect)(410)와, 적색의 편관을 전환하는 적색용 LC 셀(420)과, 다시 적색용 컬러선택부(410)로 구성된다.As shown in Fig. 8, the structure of the red cells in the color switch is a color selector for red (410), which is a filter serving as a λ / 4 plate only for red light, and a red for switching red canal. It consists of an LC cell 420 and the red color selection part 410 again.

이때, 상기 LC 셀(420)에 입력하는 전기적 신호가 온(On) 혹은 오프(Off)에 따라서 적색 셀에서는 적색광의 편광이 전환된다.In this case, as the electrical signal input to the LC cell 420 is turned on or off, polarization of red light is switched in the red cell.

이와 같이 적색광의 위상을 보조하는 적색 셀, 녹색광의 위상을 변조하는 녹색 셀, 그리고 청색광의 위상을 변조하는 청색 셀을 접합하여 컬러 스위치를 구성한다.In this way, a color switch is formed by bonding a red cell to assist the phase of red light, a green cell to modulate the phase of green light, and a blue cell to modulate the phase of blue light.

상기 적색 셀에서의 컬러선택부(410) 및 LC 셀(420)에 의한 광의 위상변조 과정을 살펴보면 도 9와 같이 도식화 할 수 있다.A phase modulation process of light by the color selector 410 and the LC cell 420 in the red cell may be illustrated as shown in FIG. 9.

도 9(a)와 같이, 먼저 입사광의 위상이 전부 0도의 값을 갖는다면, 첫 번째 적색용 컬러선택부를 지나면, 도 9(b)와 같이 적색광의 위상만이 45도의 값을 갖는다.As shown in Fig. 9 (a), if the phase of incident light has a value of all zero degrees, after the first red color selection unit, only the phase of red light has a value of 45 degrees as shown in Fig. 9 (b).

이렇게 변조된 적색광과 변조가 되지않은 녹색 및 청색광이 다음에 놓인 적색용 LC 셀을 지나면, LC 셀의 동작 상태에 따라 적색광의 위상을 90도 변조하거나 변조하지 않거나 한다.When the modulated red light and the unmodulated green and blue light pass through the next red LC cell, the phase of the red light is modulated by 90 degrees or not according to the operation state of the LC cell.

만약 LC 셀에서 도 9(c)와 같이 변조되지 않았다면, 뒤에 있는 적색용 컬러선택부에 의해서 다시 적색광만 45도 변조되어 최종으로 도 9(d)와 같이, 녹색이나 청색에 비하여 적색광이 90도 변조되어 출력된다.If the LC cell is not modulated as shown in Fig. 9 (c), only the red light is modulated by 45 degrees by the red color selection unit at the back, and finally, as shown in Fig. 9 (d), the red light is 90 degrees as compared with green or blue. It is modulated and output.

그리고 상기 LC 셀에서 적색광의 위상이 도 9(e)와 같이 변조한다면, 뒤에 있는 적색용 컬러선택부에 의해서 다시 적색광만 45도 변조되어 최종으로 도 9(f)와 같이, 출력광의 R, G, B의 위상이 모두 같게 된다.If the phase of the red light in the LC cell is modulated as shown in FIG. 9 (e), only the red light is modulated by 45 degrees again by the red color selection unit at the back, and finally, as shown in FIG. And B are all in phase.

이와 같이 LC 셀에서 신호를 입력하고 하지 않음에 따라 출력단에서 특정 컬러의 위상을 변조 할 수 있다.In this way, as the LC cell inputs and does not input a signal, an output terminal can modulate a specific color phase.

이렇게 신호에 따라 특정 컬러의 위상을 변조하여 도 10과 같이 변조된 광을투과 혹은 반사시키는 반사형 편광판(220)을 이용하여 디스플레이 소자에서 R, G, B의 컬러를 표현할 수 있다.The color of the R, G, and B may be expressed in the display device by using the reflective polarizer 220 which modulates a phase of a specific color according to the signal and transmits or reflects the modulated light as shown in FIG. 10.

또한 LC 셀에 도 11과 같은 형태의 전극을 형성하여 시간에 따라 R, G, B의 컬러 바(Bar)를 움직임으로써 디스플레이 소자에서 컬러 스크롤이 가능하다.In addition, by forming an electrode as shown in FIG. 11 in the LC cell, color scrolling is possible in the display device by moving color bars of R, G, and B over time.

이와 같은 방법으로 편광변환 및 컬러 스크롤, 컬러 리캡쳐가 간단한 구조로 가능하며, 적분기와 컬러 스크롤을 수행하는 컬러 스위치 사이의 간격이 존재하지 않아 리캡쳐 효율이 증가할 수 있다.In this manner, polarization conversion, color scrolling, and color recapturing are possible in a simple structure, and the recapturing efficiency may increase because there is no gap between the integrator and the color switch performing color scrolling.

또한 컬러 스크롤 구조인 컬러 스위치의 각 컬러간의 경계부분이 선으로 구성됨에 따라 경계면 부분에 의한 광손실을 최소화할 수 있으며, 광학계의 구조가 간단해지는 장점을 가지고 있다.In addition, since the boundary between each color of the color switch, which is a color scroll structure, is composed of lines, it is possible to minimize the light loss due to the boundary surface, and the structure of the optical system is simplified.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 PCCR 적분기와 컬러 스위치를 갖는 광학계는 다음과 같은 효과가 있다.The optical system having the PCCR integrator and the color switch according to the present invention as described above has the following effects.

첫째, 본 발명에서 제안한 적분기는 그 구조에 따라서 P/S 변환 및 컬러 리캡쳐링을 동시에 가능하게 하며, 또한 컬러 리캡쳐링 과정에서 적분기와 컬러 휠 사이의 간격에 의해서 발생할 수 있는 광손실이 없다.First, the integrator proposed in the present invention enables P / S conversion and color recapturing at the same time according to its structure, and there is no light loss that can be caused by the gap between the integrator and the color wheel during the color recapturing process. .

둘째, 나선형 모양의 컬러 셀을 갖는 컬러 휠을 사용하지 않고, 컬러 스크롤 장치로 컬러 스위치를 사용함으로써, 패널에서 컬러 바(Bar)의 모양은 직사각형 모양을 유지하고, 그 컬러 바의 스크롤 방향 또한 선형적이어서 광손실을 최소화 할 수 있는 장점을 가지고 있다.Second, by not using a color wheel with spiral color cells, but by using a color switch as a color scrolling device, the shape of the color bars in the panel remains rectangular, and the scroll direction of the color bars is also linear. It has the advantage of minimizing light loss.

셋째, 기존의 컬러 휠의 경우나 로테이션 프리즘(Rotating Prism)의 경우는 모터(Motor)를 사용하는 반면 본 발명에서는 전기적인 신호를 이용하여 컬러 스크롤(Color Scroll)을 함으로써 기계적 진동 및 소음을 줄일 수 있고, 기존의 P/S 변환 장치, 컬러 리캡쳐링 시스템, 컬러 스크롤링 시스템보다 간단한 구조를 가지고 있어서 광학계의 경박 단소화는 물론 비용을 절감할 수 있다는 장점을 가지고 있다.Third, in the case of a conventional color wheel or a rotating prism, a motor is used, whereas in the present invention, color scrolling is performed using an electrical signal to reduce mechanical vibration and noise. In addition, it has a simple structure than the conventional P / S converter, color recapturing system, color scrolling system has the advantage of reducing the cost and light weight of the optical system.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.

Claims (4)

광원램프와 포물면 반사경으로 구성된 광원부와,A light source unit comprising a light source lamp and a parabolic reflector, 상기 광원부로부터 출사되는 불규칙한 편광 광속을 P/S 분리하고 특정 편광 광속은 투과하고 나머지 편광 광속은 반사를 통해 위상을 변화시킨 후 재 투과시켜 하나의 편광 방향으로 유지하는 PCCR 적분기와,A PCCR integrator that separates the irregular polarized light beams emitted from the light source unit by P / S, transmits a specific polarized light beam, and transmits the remaining polarized light beams by changing the phase through reflection and then retransmitting them to maintain one polarization direction; 상기 PCCR 적분기의 출사면과 접촉되어 입사되는 광속의 컬러를 분리 투과 및 반사하는 컬러 스위치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 PCCR 적분기와 컬러 스위치를 갖는 광학계.An optical system having a PCCR integrator and a color switch, characterized in that it comprises a color switch for separating and transmitting and reflecting the color of the light beam that is in contact with the exit surface of the PCCR integrator. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 컬러 스위치의 양측면에 반사형 편광판이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 PCCR 적분기와 컬러 스위치를 갖는 광학계.An optical system having a PCCR integrator and a color switch, wherein reflective polarizers are formed on both sides of the color switch. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 컬러 스위치는 적색광의 위상을 보조하는 적색 셀과, 녹색광의 위상을 변조하는 녹색 셀과, 그리고 청색광의 위상을 변조하는 청색 셀이 접합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 PCCR 적분기와 컬러 스위치를 갖는 광학계.The color switch includes an optical system having a PCCR integrator and a color switch, wherein a red cell assisting the phase of the red light, a green cell modulating the phase of the green light, and a blue cell modulating the phase of the blue light are bonded to each other. . 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 각 셀은 선택광에 대해서만 λ/4 플레이트(plate)의 역할을 하는 2개의 컬러선택부(ColorSelect)와,Each cell includes two color selectors serving as? / 4 plates for only selective light; 상기 컬러선택부 사이에 접합되어 외부에서 입력되는 전기적 신호에 의해 소정 컬러의 편광을 전환하는 LC(Liquid crystal) 셀을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 PCCR 적분기와 컬러 스위치를 갖는 광학계.And an LC (Liquid Crystal) cell bonded between the color selectors and converting polarized light of a predetermined color by an electrical signal input from the outside.
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