KR20080025898A - Projector with one liquid crystal panel - Google Patents

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오길환
권혁렬
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일진디스플레이(주)
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Abstract

A projector with one liquid crystal panel is provided to reduce the size of the projector by employing a sequential light source device and a sequential liquid crystal display device. A projector with one liquid crystal panel includes a sequential light source device(50), a visual ray filter(24), an integrator lens(26), a condensing lens(28), polarizing plates(32,34), a field sequential liquid crystal display device(30), and a projection lens(12). The sequential light source device is composed of a white light source(2), a reflector(22), and a color selecting device(23). The reflector uniformly reflects light emitted from the white light source. The color selecting device sequentially filters the light emitted from the white light source into R, G, and B lights. The visual ray filter passes only the light of visual ray region among the light emitted from the color selecting device. The integrator lens uniformly emits the incident light. The condensing lens condenses the light emitted from the integrator lens to make the light enter the liquid crystal display device. The polarizing plates determine polarizing the axes of the light entering and leaving the liquid crystal display device. The projection lens projects the light emitted from the liquid crystal display device to a screen.

Description

단판식 액정 투사 장치{PROJECTOR WITH ONE LIQUID CRYSTAL PANEL}Single plate type liquid crystal projection device {PROJECTOR WITH ONE LIQUID CRYSTAL PANEL}

도 1은 삼원색을 순차적으로 액정표시소자에 보내주는 종래 액정 투사 장치의 구성도.1 is a configuration diagram of a conventional liquid crystal projection apparatus for sequentially sending three primary colors to a liquid crystal display device.

도 2에서는 액정표시소자의 유효화면 사이즈, 광학기의 입사면과 출사면의 크기, 및 투사렌즈의 입수측 유효 외경 사이즈에 대한 관계도.Fig. 2 shows a relationship between the effective screen size of the liquid crystal display element, the size of the entrance and exit surfaces of the optics, and the effective outer diameter size of the intake side of the projection lens.

도 3은 본 발명의 액정 투사 장치를 구현하기 위한 일 실시예의 액정표시소자 셀의 동작 타이밍도.3 is an operation timing diagram of a liquid crystal display cell of an embodiment for implementing a liquid crystal projection device of the present invention.

도 4는 본 발명의 액정 투사 장치를 구현하기 위한 일 실시예의 액정표시소자 셀의 회로도.4 is a circuit diagram of a liquid crystal display cell of one embodiment for implementing a liquid crystal projection device of the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 일 실시예의 액정 투사 장치의 구성도.5 is a block diagram of a liquid crystal projection device of one embodiment according to the present invention;

도 6은 본 발명에 사용되는 컬러 필터의 일 실시예의 평면도.6 is a plan view of one embodiment of a color filter used in the present invention.

도 7은 본 발명에 사용되는 컬러 필터의 변형예도.7 is a modification of the color filter used in the present invention.

***** 도면상의 주요 기호에 대한 설명 ********** Explanation of the main symbols on the drawing *****

2: 광원 22: 반사갓2: light source 22: reflection shade

23: 색선별 장치 24: 가시광선필터23: color sorting device 24: visible light filter

26: 인테그레이터 28: 콘덴싱 렌즈26: Integrator 28: Condensing Lens

32, 34: 편광판 30: 필드순차 액정표시소자32, 34: polarizer 30: field sequential liquid crystal display device

12: 투사렌즈 50: 순차 광원 장치12: projection lens 50: sequential light source device

60: 광 진행 방향60: light traveling direction

본 발명은 단판식 액정 투사 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 시간상 순차적으로 R광, G광, 및 B광을 순차적으로 조사하는 색선별 장치를 이용하고, 순차 구동 방식의 액정표시소자를 사용하는 단판식 액정 투사 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single-plate type liquid crystal projection apparatus, and more specifically, using a color screening device that sequentially irradiates R light, G light, and B light sequentially in time, and uses a liquid crystal display device of a sequential driving method. A single plate liquid crystal projection apparatus.

일반적으로 액정 투사 장치는 영상소자로서 한 장의 액정표시소자(Liquid Crystal Display)를 사용하는 단판식과, 세 장의 액정표시소자를 사용하는 삼판식으로 구분된다.In general, the liquid crystal projection apparatus is classified into a single plate type using one liquid crystal display and a three plate type using three liquid crystal display elements as an image element.

고휘도 구현을 목적으로 하는 경우 3매의 액정표시소자를 채용하는 삼판식이 주로 사용되고 있지만 소형화 및 경량화를 목적으로 하는 경우에는 한 매의 액정표시소자를 채용하는 단판식이 주로 사용된다. 한 매의 액정표시소자를 채용하는 단판식 액정 투사 장치는 컬러 구현을 위하여 (1) 컬러필터가 구비된 액정표시소자를 이용하는 방법, (2) 삼원색을 분리하여 특정한 각도로 입사시키는 방법, (3) 삼원색을 순차적으로 액정표시소자에 보내주는 방법 등을 이용하고 있다.In order to achieve high brightness, a three-plate type using three liquid crystal display elements is mainly used. However, in the case of miniaturization and light weight, a single plate type using one liquid crystal display element is mainly used. The single-plate type liquid crystal projection apparatus employing a single liquid crystal display element is a method of using a liquid crystal display element equipped with a color filter for color realization, (2) a method of separating three primary colors and incident at a specific angle, (3 ) The three primary colors are sequentially sent to the liquid crystal display device.

컬러필터가 구비된 액정표시소자를 사용하는 액정 투사 장치는 백색 광원을 액정표시소자에 조사하고, R, G 및 B 컬러필터가 구비된 액정표시소자를 사용하여 이미지를 형성하는 방식으로서, 컬러필터를 이용하기 때문에 휘도가 떨어지고, 높은 루멘의 광원을 사용하기 때문에 이로 인하여 액정표시소자에 구비되는 컬러필터가 열화되어 수명이 짧은 문제가 있다. 삼원색을 분리하여 특정한 각도로 입사시키는 액정 투사 장치는 삼원색을 분리하는 다이크로익 미러를 사용하고, 분리된 색상의 광원을 정확하게 액정표시소자에 입사시키기 위하여 마이크로 렌즈층을 사용하여야 하므로 구조가 복잡하고 제조 원가가 상승하는 문제점이 있다.A liquid crystal projection device using a liquid crystal display device having a color filter is a method of irradiating a white light source to the liquid crystal display device and forming an image using the liquid crystal display device having R, G, and B color filters. Since the luminance is lowered and the high lumen light source is used, the color filter provided in the liquid crystal display device is deteriorated, resulting in a short lifespan. The liquid crystal projection device that separates the three primary colors and enters them at a specific angle uses a dichroic mirror that separates the three primary colors, and uses a microlens layer to accurately enter the separated light source into the liquid crystal display device. There is a problem that the manufacturing cost rises.

삼원색을 순차적으로 액정표시소자에 보내주는 액정 투사 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 컬러휠(color wheel)을 사용하는 방식이 대표적이다. 도 1을 참조하면 종래 컬러휠을 사용한 색상 분리장치는 광을 발생하는 광원(2)과, 광원(2)으로부터 백색광 중 특정 색광만을 투과시키는 컬리휠(4)과, 광을 집광시키는 콘덴서 렌즈(6)와, 입사광을 반사 및 투과시키는 PBS(8, Polarized Beam Splitter)과, 반사형 패널(10)과, 반사형 패널(10)로부터 화상광을 확대 투사하는 투사렌즈(12)를 구비한다. 이러한 반사형 패널을 사용하면 복잡한 광학시스템을 사용하므로 광학소자면에서의 광손실을 피할 수 없다.A liquid crystal projection apparatus that sequentially sends three primary colors to a liquid crystal display device is typically a method using a color wheel as shown in FIG. 1. Referring to FIG. 1, a conventional color separation apparatus using a color wheel includes a light source 2 for generating light, a curling wheel 4 for transmitting only specific color light from white light, and a condenser lens 6 for condensing light. ), A polarized beam splitter (PBS) 8 for reflecting and transmitting incident light, a reflective panel 10, and a projection lens 12 for expanding and projecting image light from the reflective panel 10. The use of such a reflective panel uses a complicated optical system, so that the optical loss in the optical element surface is inevitable.

상기한 세 가지 방법을 적용하여 실용화된 제품은 모두 하나의 액정표시소자에 R, G, B에 대한 화소가 모두 구비된 형태의 액정표시소자를 사용하고 있다. 따라서 액정표시소자의 외형적인 크기와 동일한 크기의 픽셀을 갖는다는 가정하에서, 산술적인 계산으로 단판식에 사용하는 액정표시소자의 해상도는 삼판식에서 사용하는 액정표시소자의 해상도의 1/3에 지나지 않게 된다. 실질적으로는 화소 사이에 는 제조상의 여유를 가져가야 하므로 해상도는 1/3 이하가 될 것이다. 이러한 액정표시소자가 가지고 있는 해상도 차이는 액정 투사 장치의 사이즈를 줄이는데 심각한 문제점으로 대두 되고 있다.The products practically applied by applying the above three methods use a liquid crystal display device in which all the pixels for R, G, and B are provided in one liquid crystal display device. Therefore, under the assumption that the pixels have the same size as the external size of the liquid crystal display device, the resolution of the liquid crystal display device used in the single plate type by arithmetic calculation is only one third of the resolution of the liquid crystal display device used in the three plate type. do. In practice, the resolution will be 1/3 or less since there must be manufacturing margin between the pixels. The difference in resolution of the liquid crystal display has been a serious problem in reducing the size of the liquid crystal projection apparatus.

또한, 대부분의 액정 투사 장치에는 광원에서 출사되는 광을 굴절 또는 합성하기 위하여 하나 이상의 반사판을 사용하고, 나아가 액정표시소자와 투사렌즈 사이에 PBS(Poralized Beam Splitter) 또는 X-Cube를 사용하고 있는데, 이러한 광학기의 사용으로 인하여 액정표시소자와 투사렌즈 사이의 거리가 멀어지게 되어 액정 투사 장치를 소형화하는데 문제가 된다. 도 1의 PBS를 사용하는 종래 액정 투사 장치에서는 PBS로 인하여 액정표시소자(10)의 출사면으로부터 투사렌즈(12) 사이의 거리(L)는 적어도 액정표시소자(10)의 출사면의 대각선 길이보다 멀리 떨어져 위치하게 된다. 이러한 액정표시소자(10)의 출사면으로부터 투사렌즈(12) 사이의 이격 거리 문제는 X-cube 등의 광학기기에서도 발생하므로 액정 투사 장치를 소형화하는데 장애가 되고 있다.In addition, most liquid crystal projection apparatuses use one or more reflectors to refract or synthesize light emitted from a light source, and furthermore, use a PBS (Poralized Beam Splitter) or X-Cube between the liquid crystal display and the projection lens. Due to the use of such optics, the distance between the liquid crystal display element and the projection lens becomes far, which causes a problem in miniaturizing the liquid crystal projection device. In the conventional liquid crystal projection apparatus using the PBS of FIG. 1, the distance L between the projection lens 12 and the exit surface of the liquid crystal display device 10 is at least a diagonal length of the exit surface of the liquid crystal display device 10 due to the PBS. It is located farther away. The problem of the separation distance between the projection lens 12 from the exit surface of the liquid crystal display device 10 also occurs in optical devices such as X-cube, which is an obstacle in miniaturizing the liquid crystal projection device.

이러한 거리상의 문제 외에도 광학기기를 사용할 경우에는 투사렌즈 사이즈가 커지는 문제점이 있다. 액정 투사 장치를 소형화하는데 있어 투사 렌즈의 크기는 가장 큰 문제점 중의 하나이다.In addition to such a distance problem, there is a problem in that the size of the projection lens increases when using an optical device. The size of the projection lens is one of the biggest problems in miniaturizing the liquid crystal projection device.

액정표시소자에서 출력되는 이미지가 손실 없이 광학기기로 입사되기 위해서는 액정표시소자의 유효화면(11)의 크기보다 광학기의 입사면(9)의 크기가 커야 한다. 또한 유사한 이유로 광학기의 출사면(9)의 크기보다 투사렌즈의 입수측 유효 외경(13)이 커야 한다. 도 2에서는 액정표시소자의 유효화면 사이즈(11), 광학기 의 입사면(9)과 출사면(9)의 크기, 및 투사렌즈의 입수측 유효 외경(13) 사이즈에 대한 관계를 도시하였다. 액정표시소자의 유효화면이란 액정표시소자의 물리적인 외형 크기가 아니라 실질적인 이미지가 형성되는 화면을 의미하며, 투사렌즈의 유효 외경은 렌즈 중에서 수차가 발생되는 외곽 영역(14)을 제외한 외경 영역을 의미하는 것이다. 따라서 액정표시소자와 투사렌즈 사이에 광학기를 사용할 경우 투사렌즈의 외경이 커지게 되는 문제가 있어 액정 투사 장치를 소형화하는데 어려움이 있었다.In order for the image output from the liquid crystal display device to be incident on the optical device without loss, the size of the incident surface 9 of the optical device should be larger than that of the effective screen 11 of the liquid crystal display device. Also, for similar reasons, the inlet side effective outer diameter 13 of the projection lens should be larger than the size of the exit face 9 of the optics. FIG. 2 shows the relationship between the effective screen size 11 of the liquid crystal display element, the size of the entrance face 9 and the exit face 9 of the optics, and the size of the effective outer diameter 13 of the acquisition side of the projection lens. The effective screen of the liquid crystal display device is not the physical size of the liquid crystal display device but the screen on which the actual image is formed, and the effective outer diameter of the projection lens is the outer diameter area of the lens except the outer area 14 where aberration occurs. It is. Therefore, when the optical device is used between the liquid crystal display element and the projection lens, there is a problem that the outer diameter of the projection lens becomes large, which makes it difficult to miniaturize the liquid crystal projection device.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 필드순차 액정표시소자를 사용하면서 광원에서 조사되는 광이 반사됨이 없이 일직선으로 투사렌즈까지 도달하며, 액정표시소자와 투사렌즈 사이에 별도의 광학기기를 구비하지 않는 소형화가 가능한 액정 투사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, while using the field-sequential liquid crystal display device to reach the projection lens in a straight line without reflecting the light emitted from the light source, a separate optical between the liquid crystal display device and the projection lens It is an object of the present invention to provide a liquid crystal projection apparatus which can be miniaturized without a device.

본 발명의 상기 목적은 시간 차를 이용하여 R광, G광, 및 B광을 포함하는 색상의 광을 순차적으로 조사되는 광원을 이용하는 단판식 액정 투사 장치로서, 백색 광원과, 백색 광원으로부터 조사되는 백색 광을 시간을 두고 순차적으로 R광, G광 및 B광을 포함하는 색상의 광으로 출사하는 색선별 장치와, 색선별 장치로부터 입사되는 광을 이용하여 이미지를 생성하고, 조사되는 색상의 광에 해당하는 이미지 를 디스플레이함과, 동시에 다음 순차 색상의 광에 해당하는 영상데이터를 저장하는 필드순차 액정표시소자와, 필드순차 액정표시소자 전면 및 후면에 설치되는 편광판 및 필드순차 액정표시소자의 후면에 설치되는 편광판의 후면에 설치되는 투사렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 단판식 액정 투사 장치에 의해서 달성 가능하다.The above object of the present invention is a single-plate liquid crystal projection apparatus using a light source that is sequentially irradiated with light of a color including R light, G light, and B light by using a time difference, and is irradiated from a white light source and a white light source. A color screening device that sequentially emits white light as light having a color including R light, G light, and B light, and generates an image by using light incident from the color screening device, and emits light of the color to be irradiated. A field sequential liquid crystal display device for displaying an image corresponding to the light and simultaneously storing image data corresponding to light of a next sequential color, and a polarizer and a rear surface of the field sequential liquid crystal display devices installed at the front and rear of the field sequential liquid crystal display device. It can be achieved by a single-plate liquid crystal projection device characterized in that it comprises a projection lens provided on the rear of the polarizing plate provided in the.

본 발명은 첨부한 도면을 참조하면서, 종래의 기술과 비교하여, 하기의 설명으로부터 좀더 명확하게 이해될 것이다.The present invention will be more clearly understood from the following description, in comparison with the prior art, with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 액정 투사 장치는 필드순차 프레임 방식으로 구동되는 액정표시소자(30)를 이용한다. 필드순차 프레임 방식으로 구동되는 액정표시소자(30)란, 동일한 화소 전극을 이용하여 순차적으로 R, G, B 이미지를 표현하도록 구성되는 액정표시소자를 의미한다. 인간이 자연스러운 동화상이라고 느끼기 위해서는 초당 60프레임 이상(한 프레임의 듀레이션은 16msec)의 이미지가 디스플레이 되어야 하며, 필드순차 프레임 구동방식의 액정 패널의 경우 하나의 프레임을 구성하기 위하여 R, G, B 서브 프레임이 순차적으로 디스플레이 되어야 한다. 그런데 16msec를 산술적으로 3등분할 경우 약 5msec이 되며, 이러한 짧은 듀레이션을 나누어 한 색상의 영상데이터를 기입한 후, 기입된 영상데이터를 디스플레이할 경우에는 상업적으로 이용할만한 디스플레이 장치를 생성할 수 없다. 따라서 본 발명에서는 하나의 색상에 해당하는 영상 데이터가 기입되는 동안 다른 색상의 영상 데이터가 디스플레이되는 필드순차 액정표시장치를 사용한다. 도 3은 본 발명의 액정 투사 장치를 구현하기 위한 일 실시예의 액정표시소자 셀의 동작 타이밍도이다. 필드순차 프레임은 R, G, B로 구성되는 하나의 이미지 프레임을 구성하기 위해서, 3개의 서브 프레임으로 구성된다. 필드순차 액정표시소자에는 R, G, B 광의 순서로 순차적으로 조사된다는 가정하에 설명하기로 한다. 첫 번째 서브 프레임은 R광이 액정표시소자(30)에 조사되어, R광에 대한 이미지가 출력되는 타이밍을 나타낸다.The liquid crystal projection apparatus according to the present invention uses the liquid crystal display element 30 driven in the field sequential frame method. The liquid crystal display device 30 driven in the field sequential frame method refers to a liquid crystal display device configured to sequentially display R, G, and B images using the same pixel electrode. In order to feel human being a natural moving image, an image of 60 frames or more per second (duration of one frame is 16 msec) must be displayed.In the case of a liquid crystal panel with a field-sequential frame driving method, R, G, and B subframes are used to form one frame. Should be displayed sequentially. However, if the 16msec is arithmetically divided into three, it becomes about 5msec. When the image data of one color is written after dividing the short duration, the display device cannot produce a commercially available display device. Therefore, the present invention uses a field sequential liquid crystal display in which image data of different colors is displayed while image data corresponding to one color is written. 3 is an operation timing diagram of a liquid crystal display cell of an embodiment for implementing a liquid crystal projection device of the present invention. The field sequential frame is composed of three subframes to form one image frame consisting of R, G, and B. The field sequential liquid crystal display will be described under the assumption that the light is sequentially irradiated in the order of R, G, and B light. The first subframe indicates a timing at which the R light is irradiated onto the liquid crystal display device 30 to output an image of the R light.

R광을 조사하기 위한 첫 번째 서브 프레임의 타이밍에 대해서 설명하기로 하며, 나머지 G광 및 B광도 유사한 방식으로 조사된다. 't1' 어드레싱 시간동안 액정셀에는 다음 서브 프레임에서 조사되는 광(G)에 대한 영상 데이터를 액정셀에 저장시킨다. 't2' 홀드 시간은 다음 서브 프레임에서 조사되는 광(G)에 대한 저장된 영상 데이터를 유지시키는 시간이다. 't3' 리셋 시간에는 현재 조사되고 있는 광원에 대한 영상 데이터를 액정셀로부터 리셋시키는 시간이다. 이후 't4' 쓰기(write) 시간 동안 't1' 시간동안 입력한 다음 서브 프레임에서 조사되는 광(G)에 대한 영상 데이터를 액정셀에 기입하게 된다. 도 3의 타이밍도에서 R광이 조사되는 시간(t1+t2) 동안에 다음 서브 프레임에서 조사되는 영상 데이터가 저장되는 동작이 일부 중첩되어 진행됨을 알 수 있다.The timing of the first subframe for irradiating the R light will be described, and the remaining G light and B light are irradiated in a similar manner. During the 't1' addressing time, the liquid crystal cell stores image data of light G irradiated in the next subframe in the liquid crystal cell. The 't2' hold time is a time for maintaining the stored image data for the light G irradiated in the next subframe. The 't3' reset time is a time for resetting image data on the light source currently being irradiated from the liquid crystal cell. After that, the input data is input for the 't1' time during the 't4' write time, and then image data of the light G irradiated from the subframe is written in the liquid crystal cell. It can be seen from the timing diagram of FIG. 3 that the operation of storing the image data irradiated in the next subframe during the time t1 + t2 is irradiated partially overlaps.

도 4는 본 발명의 액정 투사 장치를 구현하기 위한 일 실시예의 액정표시소자 셀의 회로도이다. 도 4에서 게이트 라인(101)과 데이터 라인(103)이 서로 교차된 영역에 액정셀이 구비됨을 알 수 있다. 't1' 시간동안 제 1 스위치(SW1)가 ON되어 데이터 라인(103)으로부터 다음 서브 프레임에 조사되는 광(G)에 대한 영상 데이터를 차후 메모리(M-NXT)에 저장한다. 이때 제 2 스위치(SW2) 및 제 3 스위치(SW3)은 OFF 상태를 유지한다. 't2' 시간동안에는 제 1 스위치(SW1), 제 2 스위치(SW2) 및 제 3 스위치(SW3)가 OFF 상태를 유지한다. 't1+t2' 시간 동안 유지 메모리(M-SUS) 및 액정 메모리(M-CL)에는 조사되는 광원(R)에 대한 영상 데이터가 기억되어 있는 상태이다.4 is a circuit diagram of a liquid crystal display cell of an embodiment for implementing a liquid crystal projection device of the present invention. In FIG. 4, it can be seen that the liquid crystal cell is provided in an area where the gate line 101 and the data line 103 cross each other. During the 't1' time, the first switch SW1 is turned on to store image data for the light G irradiated from the data line 103 to the next subframe in the memory M-NXT. At this time, the second switch SW2 and the third switch SW3 maintain the OFF state. During the 't2' time, the first switch SW1, the second switch SW2, and the third switch SW3 maintain the OFF state. Image data for the light source R to be irradiated is stored in the sustain memory M-SUS and the liquid crystal memory M-CL during the 't1 + t2' time.

't3' 리셋 시간에는 제 3 스위치(SW3)가 도통되고, 유지 메모리(M-SUS) 및 액정 메모리(M-CL)에 저장되었던 조사 중의 광원(R)에 대한 영상 데이터가 리셋된다. 이때 나머지 스위치는 OFF 상태가 된다. 't4' 쓰기 시간동안, 제 2 스위치(SW2)가 ON되어 차후 메모리(M-NXT)에 저장되어 있던 다음 서브 프레임에 조사되는 광(G)에 대한 영상 데이터가 유지 메모리(M-SUS) 및 액정 메모리(M-CL)로 저장된다. 도 3 및 도 4는 필드순차 구동 방식의 실시예는 다양한 변형이 가능하므로 본 발명은 도 3 및 도 4에 도시된 실시예에 한정되지 않는 것이다.At the 't3' reset time, the third switch SW3 is turned on, and the image data of the light source R under irradiation that has been stored in the sustain memory M-SUS and the liquid crystal memory M-CL is reset. At this time, the remaining switches are turned off. During the 't4' write time, the second switch SW2 is turned on so that the image data for the light G irradiated to the next subframe stored in the memory M-NXT is stored in the sustain memory M-SUS and Stored in the liquid crystal memory (M-CL). 3 and 4 are various embodiments of the field sequential driving method, and thus the present invention is not limited to the embodiment shown in FIGS. 3 and 4.

도 5는 본 발명에 따른 일 실시예의 액정 투사 장치의 구성도이다. 본 발명에 따른 액정 투사 장치는 순차 광원 장치(50), 반사갓(22), 색선별 장치(23), 가시광선필터(24), 인테그레이터 렌즈(26), 콘덴싱 렌즈(28), 편광판(32, 34), 필드순차 액정표시소자(30) 및 투사렌즈(12)로 구성된다.5 is a configuration diagram of a liquid crystal projection apparatus of an embodiment according to the present invention. The liquid crystal projection device according to the present invention includes a sequential light source device 50, a reflector 22, a color screening device 23, a visible light filter 24, an integrator lens 26, a condensing lens 28, and a polarizing plate ( 32, 34, field sequential liquid crystal display elements 30, and projection lenses 12. As shown in FIG.

순차 광원 장치(50)는 백색광원(2), 반사갓(22), 및 색선별 장치(23)로 구성되며, 순차적으로 R, G, B광을 투사하는 광원 장치이다. 반사갓(22)은 백색 광원(2)에서 출사되는 광을 전방으로 균일하게 반사하는 장치이며, 색선별 장치(23) 는 백색 광원(2)으로부터 출사되는 광을 R, G, B광으로 순차적으로 필터링하기 위한 장치이다. 백색 광원으로는 통상 UHF 또는 할로겐 램프가 사용된다.The sequential light source device 50 is composed of a white light source 2, a reflector 22, and a color screening device 23, and is a light source device that sequentially projects R, G, and B light. The reflector 22 is a device that uniformly reflects the light emitted from the white light source 2 to the front, and the color screening device 23 sequentially sequentially converts the light emitted from the white light source 2 into R, G, and B light. Device for filtering. UHF or a halogen lamp is usually used as the white light source.

도 5에서 색선별 장치(23)는 백색 광원(2) 다음에 설치되는 것으로 도시하였으나, 색선별 장치(23)는 도 5의 도시된 위치에 구애되지 않으며, 필드순차 액정표시장치(30)보다 전단계의 어느 위치에나 설치될 수 있다.Although the color screening device 23 is illustrated in FIG. 5 as being installed after the white light source 2, the color screening device 23 is not limited to the position shown in FIG. It can be installed at any position in the previous stage.

가시광선필터(24)는 색선별 장치(23)에서 출사되는 광에서 가시광선 영역만을 통과시키기 위한 필터로서, 도 5의 구성에서는 광원(2)과 색선별 장치(23) 사이에 구비되어도 무방하다.The visible light filter 24 is a filter for passing only the visible light region in the light emitted from the color screening device 23, and may be provided between the light source 2 and the color screening device 23 in the configuration of FIG. 5. .

인테그레이터 렌즈(26, integrator lens)는 입사되는 광을 균일하게 출사시키는 렌즈이다. 입사 광을 균일하게 출사시키는 렌즈로는 플라이아이렌즈(Fly's Eye Light Integrator Lens) 타입과 로드 타입이 있다. 플라이아이렌즈 타입은 기판상에 다수의 구면 또는 비구면의 소형 렌즈가 구성되는 형태를 가지며, 로드 타입은 원형 혹은 각주상의 렌즈 형태를 갖는다. 로드 타입을 솔리드 타입과 내면 반사형의 할로우 타입(중공로드)으로 세분할 수 있다. 도 5에서는 플라이아이렌즈 타입을 적용하였으며, 2장의 플라이아이렌즈를 마주보도록 설치한 것이다. 제 1 인테그레이터 렌즈(26-1)와 제 2 인테그레이터 렌즈(26-2)로 구성되는데, 각각의 인테그레이터 렌즈(26)는 다수의 구면 또는 비구면 소형 렌즈가 기판상에 구성되는 형태를 가지므로 양자를 정밀하게 얼라인하여야 하므로 제 1 인테그레이터 렌즈(26-1) 및 제 2 인테그레이터 렌즈(26-2)를 각각 독립적으로 얼라인을 조절할 수 있는 기구를 구비하는 것이 바람직하다. 인테그레이터 렌즈(26)의 얼라인 문제를 회피하기 위하여 하나의 기판의 양면에 제 1차 및 제 2차 인테그레이터 렌즈용 구면 또는 비구면 렌즈를 형성할 수도 있다. 이러한 인테그레이터 렌즈를 채택할 경우 얼라인이 간편해지고 또한 전체적인 광학 엔진의 크기도 축소할 수 있다.An integrator lens 26 is a lens that uniformly emits incident light. Lenses that emit incident light uniformly include fly's eye light integrator lenses and rod types. The fly's eye lens type has a form in which a plurality of spherical or aspherical small lenses are formed on a substrate, and the rod type has a circular or columnar lens shape. The rod type can be subdivided into solid type and hollow reflection type (hollow rod). In FIG. 5, a fly's eye lens type is applied, and two fly's eye lenses are installed to face each other. It consists of a first integrator lens 26-1 and a second integrator lens 26-2, each integrator lens 26 having a plurality of spherical or aspherical small lenses formed on a substrate. Since the first and second integrator lens 26-1 and the second integrator lens 26-2 are each independently aligned, it is necessary to precisely align both. desirable. In order to avoid the alignment problem of the integrator lens 26, spherical or aspherical lenses for primary and secondary integrator lenses may be formed on both surfaces of one substrate. The adoption of these integrator lenses simplifies alignment and reduces the size of the overall optical engine.

또한, 인테그레이터 렌즈 앞 또는 뒤 어느 쪽에라도 광효율을 높이기 위하여 필요에 따라 편광변환 소자를 추가할 수도 있다. 도 5의 실시예에서는 편광변환 소자를 두 개의 플라이아이렌즈 사이에 추가하여도 무방하다.In addition, a polarization conversion element may be added to the front or rear of the integrator lens as needed to increase the light efficiency. In the embodiment of FIG. 5, a polarization conversion element may be added between two fly's eye lenses.

콘덴싱 렌즈(28)는 인테그레이터 렌즈(26)로부터 출사되는 광을 집광시켜 액정표시소자(30)로 입사시키는 기능을 하는 렌즈이다.The condensing lens 28 is a lens that functions to collect light emitted from the integrator lens 26 and to enter the liquid crystal display device 30.

편광판(32, 34)은 서로 수직 방향의 편광축을 구비하며, 액정표시소자(30)에 입사되는 광과 출사되는 광의 편광축을 결정짓게 되며, 투사렌즈(12)는 액정표시소자(30)로부터 투사되는 광을 스크린에 투사하기 위한 일련의 렌즈군으로 구성된다.The polarizing plates 32 and 34 have polarization axes perpendicular to each other, and determine polarization axes of light incident on the liquid crystal display device 30 and emitted light, and the projection lens 12 projects from the liquid crystal display device 30. It consists of a series of lens groups for projecting the light to the screen.

도 5의 실시예에서 순차 광원 장치(50)와 액정표시소자(30) 사이에는 가시광선필터(24), 인테그레이터 렌즈(26), 콘덴싱렌즈(28)로 구성되는 것으로 도시되어 있으나, 여러가지 상업적인 변형에 의해서 임의의 렌즈 조합으로 변형 가능함은 물론이다. 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 액정 투사 장치는 액정표시소자(30)와 투사렌즈(12) 사이에 별도의 X-cube 또는 PBS와 같은 별도의 광학기기가 부가됨이 없이 설계됨을 알 수 있다. 따라서 투사렌즈(12)의 유효 외경 사이즈를 액정표시소자(30)의 유효화면 사이즈보다 크게만 형성하면 되는 잇점이 있다. 또한 X-cube 또는 PBS와 같은 별도의 광학기기가 필드순차 액정표시소자(30)와 투사렌 즈(12) 사이에 구비되지 않으므로, 필드순차 액정표시소자(30)의 출사면으로부터 투사렌즈(12) 까지의 거리를 액정표시소자(30)의 출사면의 대각선 길이보다 짧게 가져갈 수 있는 잇점이 있다.In the embodiment of FIG. 5, a visible light filter 24, an integrator lens 26, and a condensing lens 28 are illustrated between the sequential light source device 50 and the liquid crystal display device 30. Of course, it can be modified to any lens combination by commercial modification. As shown in FIG. 5, it can be seen that the liquid crystal projection apparatus of the present invention is designed without a separate optical device such as an X-cube or PBS between the liquid crystal display device 30 and the projection lens 12. have. Therefore, there is an advantage in that the effective outer diameter of the projection lens 12 needs to be made larger than the effective screen size of the liquid crystal display element 30. In addition, since a separate optical device such as an X-cube or PBS is not provided between the field sequential liquid crystal display device 30 and the projection lens 12, the projection lens 12 from the exit surface of the field sequential liquid crystal display device 30 is provided. ) Has an advantage that can be shorter than the diagonal length of the exit surface of the liquid crystal display device (30).

또한, 도 5에 도시한 바와 같이 본 발명의 액정 투사 장치는 한 매의 순차 구동 방식의 액정표시소자를 구비하고, PBS와 X-cube와 같은 광학기기를 사용하지 않으므로 광을 굴절시킬 필요가 없다. 따라서 본 발명의 액정 투사 장치는 광원에서 출사된 광 진행 방향(60)이 굴절없이 투사렌즈에 도달하게 되므로 모든 구성요소를 광 진행 방향(60)과 수직되게 배치되어 있음을 알 수 있다.In addition, as shown in FIG. 5, the liquid crystal projection device of the present invention includes a liquid crystal display element of one sequential driving method, and does not use optical instruments such as PBS and X-cube, so that light does not need to be refracted. . Therefore, in the liquid crystal projection apparatus of the present invention, since the light propagation direction 60 emitted from the light source reaches the projection lens without refraction, it can be seen that all the components are disposed perpendicular to the light propagation direction 60.

백색광원(2)에서 출사되는 광을 순차적으로 R, G, B 광으로 색선별하는 색선별 장치(23)는 통상 회전하는 컬러 필터로 구성된다. 도 6은 본 발명에 사용되는 컬러 필터의 일 실시예의 평면도이다. 도 6(a)의 컬러필터는 원형의 컬러필터는 R광 투과 영역, G광 투과 영역, B광 투과 영역으로 구분되며, 각 광의 투과 영역 사이에 빗금친 영역으로 도시된 반사 영역(33)이 구비되는 것을 특징으로 한다. 반사 영역(33)은 백색광원(2)으로부터 조사되는 광을 다시 반사갓(22)으로 반사시키는 영역이다. 반사 영역(33)은 금속층을 스퍼터링 방식으로 형성하는 등의 여러가지 방법에 의해서 가능하다. 투과 영역은 도 3의 타이밍도의 't1+t2' (어드레싱 시간 + 홀드 시간)과 동기되는 각속도로 회전되며, 반사 영역은 't3+t4' (리셋시간 + 쓰기시간)과 동기되는 각속도로 회전된다. 혹은 각속도를 일정하게 고정하고, 't1+t2'와 't3+t4'의 비율에 맞추어서 컬러 휠의 각 부분의 면적 즉, 해당 부분의 각을 조정하는 방법이 있다. 색선별 장치를 사용할 경우, 도 3에 도시된 타이밍도의 R광, G광 및 B광에 해당하는 't1 + t2' 시간도 이에 동조하여 변경하여야됨은 물론이다. 컬러필터에서 반사 영역(33)을 없앤 실시예가 도 6(b)에 도시되어 있다. 도 6(b)와 같이 색선별 장치(23)에서 반사 영역을 없앨 경우 도 6(a)의 컬러필터에 비하여 밝기는 좋아지지만 색순도가 떨어지는 현상이 나타나게 된다.The color screening device 23 that color-codes light emitted from the white light source 2 sequentially into R, G, and B light is usually composed of a rotating color filter. 6 is a plan view of one embodiment of a color filter used in the present invention. In the color filter of FIG. 6 (a), the circular color filter is divided into an R light transmission region, a G light transmission region, and a B light transmission region, and the reflection region 33 shown as a shaded region between the transmission regions of each light includes: Characterized in that it is provided. The reflection area 33 is an area for reflecting the light irradiated from the white light source 2 back to the reflection shade 22. The reflective region 33 can be formed by various methods such as forming a metal layer by sputtering. The transmission region is rotated at an angular velocity synchronized with 't1 + t2' (addressing time + hold time) in the timing diagram of FIG. 3, and the reflection region is rotated at an angular velocity synchronized with 't3 + t4' (reset time + write time). do. Alternatively, there is a method of fixing the angular velocity constantly and adjusting the area of each part of the color wheel, that is, the angle of the corresponding part, according to the ratio of 't1 + t2' and 't3 + t4'. When using the color screening apparatus, the 't1 + t2' time corresponding to the R light, the G light, and the B light in the timing diagram shown in FIG. An embodiment in which the reflective region 33 is removed from the color filter is shown in FIG. 6 (b). As shown in FIG. 6B, when the reflection region is removed from the color screening apparatus 23, the brightness is better than the color filter of FIG. 6A, but the color purity is lowered.

R광 투과 영역, G광 투과 영역 및 B광 투과 영역이 컬러 필터로 구성될 경우 컬러 필터는 염료를 사용하는 것이므로 휘도를 감소시키는 단점이 있다. 예를 들어 R 투과 컬러필터 영역으로 광이 입사되면, G 및 B광은 컬러 필터에 흡수되며, R광만이 통과되게 된다. 따라서 이러한 방식으로 흡수된 광에 의해 컬러 필터가 열화되어 액정 투사 장치의 수명을 단축시키는 문제가 발생된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 투과 영역을 다이크로익 미러로 구성할 수 있다. 즉, R광 투과 영역을 R광만을 투과하고 G광과 B광을 반사시키는 다이크로익 미러로 구성하고, G광 투과 영역을 G광만을 투과하고 R광과 B광을 반사시키는 다이크로익 미러로 구성하고, B광 투과 영역을 B광만을 투과하고 R광과 G광을 반사시키는 다이크로익 미러로 구성하는 것이다. 다이크로익 미러를 이용할 경우 투과하지 않는 광은 다시 반사갓(22)으로 반사되었다가 다시 사용할 수 있으므로 컬러필터를 사용할 경우에서 발생되는 휘도 감소 효과는 나타나지 않는다.When the R light transmitting region, the G light transmitting region, and the B light transmitting region are constituted by color filters, the color filters use dyes, and thus have a disadvantage of reducing luminance. For example, when light is incident on the R transmission color filter region, G and B light are absorbed by the color filter, and only R light is passed through. Therefore, the color filter is deteriorated by the light absorbed in this manner, which causes a problem of shortening the life of the liquid crystal projection apparatus. In order to solve this problem, the transmission region may be configured as a dichroic mirror. That is, the dichroic mirror which transmits only the R light and reflects the G light and the B light is made of the R light transmitting region and transmits only the G light and reflects the R and B light. It consists of a dichroic mirror which transmits only B light and reflects R light and G light. When the dichroic mirror is used, light that does not transmit can be reflected back to the reflector 22 and used again. Therefore, the luminance reduction effect generated when the color filter is used does not appear.

색선별 장치를 도 7(b)와 같이 R, G, B 색상 외에도 휘도를 증가시키기 위하여 백색 영역을 추가할 수도 있다. 물론 색 범위를 증대시키기 위해서 R, G, B 색 상과 백색 영역 외의 색상 영역을 추가할 수 있음은 물론이다. 이 경우 필드순차 액정표시소자는 하나의 프레임을 4개의 프레임으로 구분하여 구동시켜야 한다.In addition to the R, G, and B colors as shown in FIG. 7B, a color screening device may add a white area to increase luminance. Of course, in order to increase the color range, color regions other than the R, G, and B colors and the white region may be added. In this case, the field sequential liquid crystal display must drive one frame divided into four frames.

도 6 및 도 7(a)에 도시된 색선별 장치(23)는 360° 회전하였을 경우 한 개의 프레임이 디스플레이 되는 것으로 구성된 것이다. 하지만 도 7(a)에 도시한 바와 같이 색선별 장치(23)는 360° 회전하는 동안 여러 개의 프레임에 해당하는 광을 조사하도록 할 수 있음은 물론이다.The color screening apparatus 23 shown in FIGS. 6 and 7 (a) is configured to display one frame when rotated 360 °. However, as shown in FIG. 7A, the color screening apparatus 23 may irradiate light corresponding to several frames while rotating 360 °.

종래 단판식 액정 투사 장치에서는 사용하였던 액정표시소자에는 R, G, B를 표현하기 위한 화소를 모두 구비하여야 하였기에 액정표시소자의 사이즈가 커지게 되고 이로 인하여 액정 투사 장치의 크기가 증가하는 문제점이 있었으나, 본 발명의 액정 투사 장치는 순차 광원 장치와 순차 구동 방식의 액정표시소자를 채용함으로써 액정표시소자의 사이즈 증가가 없으므로 액정 투사 장치를 소형화할 수 있게 되었다.The liquid crystal display device used in the conventional single-plate type liquid crystal projection device had to include all the pixels for expressing R, G, and B. Therefore, the size of the liquid crystal display device is increased, thereby increasing the size of the liquid crystal display device. In the liquid crystal projection device of the present invention, since the size of the liquid crystal display device is not increased by adopting the light source device and the liquid crystal display device of the sequential driving method, the liquid crystal projection device can be miniaturized.

또한 광원에서 투사되는 광이 굴절됨이 없이 투사렌즈까지 도달하게 설계할 수 있으므로 반사판과 같은 광학기기가 불필요하게 되고, 특히 필드순차 액정표시소자와 투사렌즈 사이에 X-cube 또는 PBS 등의 별도의 광학기기를 구비할 필요가 없음로 투사 렌즈의 사이즈를 줄일 수 있게 되어 소형의 액정 투사 장치를 제공할 수 있게 되었다.In addition, since the light projected from the light source can be designed to reach the projection lens without refraction, an optical device such as a reflector is unnecessary, and a separate X-cube or PBS, such as a field-sequential liquid crystal display device and the projection lens, is unnecessary. It is possible to reduce the size of the projection lens because it is not necessary to provide an optical device to provide a compact liquid crystal projection device.

본 발명의 바람직한 실시례가 특정 용어들을 사용하여 기술되어 왔지만, 그 러한 기술은 오로지 설명을 하기 위한 것이며, 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것으로 이해 되어져야 한다.While the preferred embodiments of the present invention have been described using specific terms, such descriptions are for illustrative purposes only, and various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the following claims. It must be understood.

Claims (11)

시간 차를 이용하여 R광, G광, 및 B광을 포함하는 색상의 광을 순차적으로 조사되는 광원을 이용하는 단판식 액정 투사 장치로서,A single plate liquid crystal projection apparatus using a light source that is sequentially irradiated with light of a color including R light, G light, and B light by using a time difference, 백색 광원;White light source; 상기 백색 광원으로부터 조사되는 백색 광을 시간을 두고 순차적으로 R광, G광 및 B광을 포함하는 색상의 광으로 출사하는 색선별 장치;A color screening device which emits the white light emitted from the white light source sequentially over time into light having a color including R light, G light, and B light; 상기 색선별 장치로부터 입사되는 광을 이용하여 이미지를 생성하고, 조사되는 색상의 광에 해당하는 이미지를 디스플레이함과, 동시에 다음 순차 색상의 광에 해당하는 영상데이터를 저장하는 필드순차 액정표시소자; 및A field sequential liquid crystal display for generating an image using light incident from the color screening device, displaying an image corresponding to light of an irradiated color, and simultaneously storing image data corresponding to light of a next sequential color; And 상기 필드순차 액정표시소자로부터 출사되는 이미지를 확대 투사하는 투사렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 단판식 액정 투사 장치.And a projection lens for magnifying and projecting an image emitted from the field sequential liquid crystal display device. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 필드순차 액정표시소자로부터 출사된 광은 투사렌즈까지 반사됨이 없이 하나의 직선 형태로 투사되는 것을 특징으로 하는 단판식 액정 투사 장치.And the light emitted from the field sequential liquid crystal display is projected in a straight line without being reflected to the projection lens. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 백색 광원의 후면에 설치되고, 상기 백색 광원에서 후면으로 반사되는 광을 전면으로 반사하는 반사갓;A reflection shade installed at a rear side of the white light source and reflecting the light reflected from the white light source to the rear side to the front side; 상기 광원으로부터 입사되는 광을 균일하게 출사시키는 인테그레이터;An integrator for uniformly emitting light incident from the light source; 상기 필드순차 액정표시소자 전면 및 후면에 설치되는 편광판; 및Polarizers disposed on the front and rear surfaces of the field sequential liquid crystal display; And 상기 인테그레이터로부터 입사되는 광을 집광시키는 콘덴싱 렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 단판식 액정 투사 장치.And a condensing lens for condensing light incident from the integrator. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 인테그레이터 렌즈는 하나의 기판의 양면에 형성된 다수 개의 소형 렌즈로 형성되는 것을 특징으로 하는 단판식 액정 투사 장치.And the integrator lens is formed of a plurality of small lenses formed on both surfaces of one substrate. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 필드순차 액정표시소자는 현재 조사되는 광원에 해당하는 영상데이터를 저장하는 액정 메모리와, 다음 순차 광원에 해당하는 영상데이터를 저장하는 차후 메모리를 구비하는 것을 특징으로 하는 단판식 액정 투사 장치.And the field sequential liquid crystal display device comprises a liquid crystal memory for storing image data corresponding to a light source currently irradiated, and a subsequent memory for storing image data corresponding to a next sequential light source. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 필드순차 액정표시소자는 상기 차후 메모리와 상기 액정 메모리 사이에 제 2 스위치가 구비되는 것을 특징으로 하는 단판식 액정 투사 장치.And said field sequential liquid crystal display device comprises a second switch between said subsequent memory and said liquid crystal memory. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 색선별 장치는 R광만을 투사하는 R 투과 영역, G광만을 투사하는 G 투과 영역, 및 B광만을 투사하는 B 투과 영역을 구비하고, 상기 투과 영역 사이에는 조사되는 광을 반사하는 반사 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 단판식 액정 투사 장치.The color screening apparatus includes an R transmission region for projecting only R light, a G transmission region for projecting only G light, and a B transmission region for projecting only B light, and a reflection region for reflecting light irradiated therebetween. A single-plate liquid crystal projection apparatus comprising a. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 색선별 장치는 원형 형상으로 구비되는 컬러 필터로 형성되는 것을 특징으로 하는 단판식 액정 투사 장치.The color screening device is a single-plate liquid crystal projection device, characterized in that formed by a color filter provided in a circular shape. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 색선별 장치는 R광만을 투사하는 R 투과 영역, G광만을 투사하는 G 투과 영역, 및 B광만을 투사하는 B 투과 영역을 포함하고, 상기 R 투과 영역, 상기 G 투과 영역 및 상기 B 투과 영역이 다이크로익 미러로 형성되는 것을 특징으로 하는 단판식 액정 투사 장치.The color screening device includes an R transmission region that projects only R light, a G transmission region that projects only G light, and a B transmission region that projects only B light, and includes the R transmission region, the G transmission region, and the B transmission region. It is formed with this dichroic mirror, The single-plate type liquid crystal projection device characterized by the above-mentioned. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 색선별 장치는 R광만을 투사하는 R 투과 영역, G광만을 투사하는 G 투과 영역, 및 B광만을 투사하는 B 투과 영역을 구비하고, 상기 투과 영역 사이에는 조사되는 광을 반사하는 반사 영역이 구비되며,The color screening apparatus includes an R transmission region for projecting only R light, a G transmission region for projecting only G light, and a B transmission region for projecting only B light, and a reflection region for reflecting light to be irradiated therebetween. Equipped, 상기 반사 영역은 상기 액정 메모리에 저장된 영상데이터를 리셋하는 시간 및 상기 차후 메모리에 저장된 영상데이터를 상기 액정 메모리에 저장하는 쓰기 시간의 합에 동기되어 작동되는 것을 특징으로 하는 단판식 액정 투사 장치.And the reflection area is operated in synchronization with a sum of a time for resetting image data stored in the liquid crystal memory and a writing time for storing image data stored in the subsequent memory in the liquid crystal memory. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 액정표시장치의 출사면과 상기 투사렌즈와의 거리가 상기 액정표시소자의 출사면의 대각 길이보다 작은 것을 특징으로 하는 단판식 액정투사장치.And the distance between the exit surface of the liquid crystal display device and the projection lens is smaller than the diagonal length of the exit surface of the liquid crystal display device.
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