KR950007038B1 - Lcd 프로젝터 광학계 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

LCD 프로젝터 광학계

제1도는 종래의 LCD 프로젝터의 광학계 구성도.

제2도는 종래 LCD 프로젝터 광학계 광제어부 작용도.

제3도는 a, b, c, d도는 제2도의 광제어부에서 나타나는 여러 편광상태를 보인 도면으로서 a는 임의의 편광상태도, b는 제1선형 편광상태도, c는 타원 편광상태도, d는 제2선형 편광상태도.

제4도는 본 발명에 의한 LCD 프로젝터 광학계의 구성도.

제5도는 본 발명 편광제어부의 편광상태 진행과정을 보인 작용도.

제6도는 본 발명 편광제어부에서 P파 편광상태가 S파 편광상태로 변하는 과정을 보인 작용도.

제7도는 본 발명에 의한 LCD 프로젝터 광학계의 다른 실시예를 보인 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 램프(Lamp) 2 : 리플렉터(Reflector)

4 : 액정 패널(LCD panel) 5 : 편광판

6 : 프로젝션 렌즈(Projection lens) 7 : 스크린(Screen)

10 : 편광제어부 11 : 콜리메이터(Collimator)

12 : λ/4-플레이트(plate) 13 : S/P파 편광분리 프리즘

14 : 반사판 15,16 : 제1, 제2리플렉터

A : 광원부 S : 비디오 시그널

본 발명은 LCD 프로젝터(Liquid Crystal Display Projector) 광학계에 관한 것으로, 특히 광이용 효율을 극대화시켜 화면의 선명도를 높이도록 한 LCD프로젝터 광학계에 관한 것이다.

종래 일반적인 LCD 프로젝터 광학계는 제1도 및 제2도에 도시한 바와 같이, 백색광을 방사하는 램프(lamp)(1)와 후방으로 방사되는 빛을 전방으로 반사하는 리플렉터(Reflector)(2)로 이루어진 광원부(A)와, 상기 광원부(A)에서 임의의 편광상태로 반사된 백색광중 일정한 일방향(α)의 선형 편광만을 투과시키고 나머지 빛은 흡수하는 제1편광판(3)과 그 제1편광판(3)을 통과한 선형 편광을 인가되는 비디오 시그널(Video signal)(S)의 전압에 따라 타원편광상태로 변화시키는 액정 패널(LCD panel)(4)과 타원 편광상태의 빛 중에서 일정방향(α+π/2)의 선형 평광만을 투과시키고 나머지 빛을 흡수하는 제2편광판(5)으로 이루어져 비디오 시그널(5)의 화상정보를 제2편광판(5)의 출사측 표면에 화상으로 구현하는 광제어부(B)와, 상기 광제어부(B)에 의하여 형성된 화상을 스크린위에 확대 투사하는 프로젝션 렌즈(Projection lens)(6)와, 상기 프로젝션렌즈(6)에 의하여 투사된 빛을 반사 혹은 투과하여 화상을 결상시키는 스크린(Screen)(7)으로 구성되어 있다.

이와같이 구성된 종래의 LCD 프로젝터 광학계는 광원부(A)의 램프(1)로부터 제3도의(a)에 도시한 바와 같은 임의의 편광상태로 적·녹·청의 백색광의 방사되어 광제어부(B)로 입사된다.

이와같이 입사된 임의의 편광상태의 백색광은 광제어부(B)의 제1편광판(3)에 의하여 제3도의(b)에서와 같이 일정한 일방향(α)의 선형 편광만이 투과되고, 나머지 빛은 흡수된다.

상기 제1편광판(3)을 통과한 일정방향의 선형 편광은 액정 패널(4)을 투과하게 되는 바, 이때 인가되는 비디오 시그널(S)의 전압에 의하여 액정 패널(4)의 액정배열이 바뀌면서 선형 편광상태의 빛은 제3도의(c)에서와 같이 타원편광상태로 변화되어 제2편광판(5)으로 입사된다.

이와같이 입사된 타원 편광상태의 빛은 제2편광판(5)에 의하여 제3도의(d)에서와 같이 특정한 일방향(α-π/2)의 선형 편광만이 투과되고, 나머지 빛은 흡수된다.

상기한 과정으로 비디오 시그널(S)의 화상정보가 제2편광판(5)의 출사측 표면에 화상으로 구현되고, 프로젝션 렌즈(6)에 의하여 스크린(7)으로 확대 투사되어 스크린(7)에는 칼라화상이 구현되는 것이다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 LCD 프로젝터 광학계는 광원부(A)의 램프(1)로부터 임의의 편광상태로 방사되어 광제어부(B)로 입사되는 적·녹·청의 백색광중 극히 일부분만(특정한 일방향(α)의 선형 편광) 이 제1편광판(3)에 의하여 투과되고 나머지 빛은 흡수됨으로써 광이용 효율이 극히 낮은(50% 이하) 단점이 있었다.

이와같이 종래의 LCD 프로젝터 광학계는 광이용 효율이 낮음으로 인하여 화질저하의 문제가 발생되는 것이었다.

이를 감안하여 창안한 본 발명의 목적은 램프에서 방사된 빛을 모두 한방향으로 선형 편광시키는 편광제어부를 채용하여, 램프에서 방사된 모든 빛이 S파 편광상태를 유지하면서 액정 패널로 입사되도록 함으로써 빛이용 효율을 극대화시킨 LCD 프로젝터 광학계를 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 백색광을 방사하는 램프 및 리플렉터로 이루어진 광원부와, 상기 광원부의 램프로부터 방사된 빛을 모두 한방향으로 선형 편광시키는 편광제어부와, 상기 편광제어부에 의하여 선형 평관된 빛을 인가하는 비디오 시그널의 전압에 따라 탄원 편광상태로 변화시키는 액정 패널과, 상기 액정 패널에 의하여 타원 편광된 빛중 일정한 일방향의 선형 편광만을 투과시켜 비디오 시그널의 화상정보를 화상으로 구현하는 편광판과, 상기 화상을 스크린 위에 확대 투사하는 프로젝션 렌즈와, 상기 프로젝션 렌즈에 의하여 투사된 빛을 반사 혹은 투과하여 화상을 결상시키는 스크린으로 구성됨을 특징으로 하는 LCD 프로젝터 광학계가 제공된다.

상기 편광제어부는 램프로부터 방사된 빛을 평행하게 조사시키는 콜리메이터와, 입사빛의 편광상태를 변화시키는 리타데이션부재와, 입사빛의 파장을 분리하여 S파 편광상태의 빛은 투과시키고 P파 편광상태의 빛은 반사하는 S/P파 편광분리 프리즘과, 상기 S/P파 편광분리 프리즘에 의하여 반사된 P파 편광상태의 빛을 재반사하는 반사판을 구비하여 램프에서 방사된 모든 빛이 S파 편광상태를 유지하면서 액정 패널로 입사되도록 구성된다.

또한, 상기 편광제어부는 입사광의 편광상태를 변화시키는 리타데이션부재와, 상기 리타데이션부재를 통과한 빛의 파장을 분리하여 S파는 투과시키고 P파는 반사시키는 S/P파 편광분리 프리즘과, 상기 리타데이션부재와 S/P파 편광분리 프리즘의 상, 하측에 설치된 제1, 제2리플렉터로 구성된 다른 실시예가 제공된다.

상기 리타데이션부재는 λ/4-플레이트(plate)로 구성된다.

상기와 같은 본 발명에 의한 LCD 프로젝터 광학계는 램프로부터 방사된 빛 모두를 한방향으로 선형 편광시켜 액정 패널로 입사시킴으로써 빛의 이용효율을 극대화시킬 수 있고 이에따라 화면의 선명도를 높일 수 있는 것이다.

이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 LCD 프로젝터 광학계를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하겠다.

제4도는 본 발명에 의한 LCD 프로젝터 광학계의 구성도로서 이에 도시한 바와 같이, 본 발명은 LCD 프로젝터 광학계에 있어서, 백색광을 방사하는 램프(1)와 후방으로 방사되는 빛을 전방으로 반사하는 리플렉터(2)로 구성된 광원부(A)의 전방에 상기 램프(1)에서 방사되는 모든 빛을 한방향의 선형 편광상태로 제어하여 투과시키는 편광제어부(10)를 설치하여, 빛이용 효율을 극대화 시키도록 구성한 것이다.

상기 편광제어부(10)는 램프(1)에서 방사된 빛을 평행하게 조사시키기위한 콜리메이터(11)와, 입사된 빛의 편광상태를 변화시키는 λ/4-플레이트(12)와, 입사된 빛의 파장(S파,P파)을 분리하여 S파 편광상태의 빛은 투과시키고 P파 편광상태의 빛은 반사하는 투과반사판(13a)이 구비된 S/P파 편광분리 프리즘(13)과, 상기 S/P파 편광분리 프리즘(13)에 의하여 반사되는 P파 편광상태의 빛을 재반사하는 반사판(14)을 구비하여 램프(1)로부터 방사된 모든 빛이 S파 편광상태를 유지하면서 액정 패널(4)로 입사되도록 구성된다.

이때, 상기 콜리메이터(11)의 촛점은 램프(1)의 발광원에 맞추어지고, 광원부(A)의 리플렉터(2)는 반원형이며, 따라서 리플렉터(2)의 중심은 램프(1)의 발광원이 된다. 또한 상기 편광제어부(10)의 전방에는 그 편광제어부(10)를 통과한 선형 편광상태의 빛을 인가되는 비디오 시그널(S)의 전압에 따라 타원 편광상태로 변화시키는 액정 패널(4)과, 타원 편광상태의 빛중에서 일정방향의 선형 편광 상태의 빛만을 투과시키고 나머지 빛은 흡수하여, 비디오 시그널(S)의 화상정보를 화상으로 구현하는 편광판(5)과, 상기 화상을 스크린 위에 확대 투사하는 프로젝션 렌즈(6)와, 상기 프로젝션 렌즈(6)에 의하여 투사되는 빛을 반사 혹은 투과하여 화상을 결상시키는 스크린(7)이 순차적으로 재배열 설치되어 구성된다.

도면에서 종래 구성과 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 부여하였다.

제5도는 본 발명 편광제어부의 편광상태 진행과정을 보인 작용도이고, 제6도는 본 발명 편광제어부에서 P파 편광상태의 빛이 S파 편광상태의 빛으로 변하는 과정을 보인 작용도로서, 도면 중 첨자 P₁은 임의의 편광상태의 빛, P₂는 P파 편광상태의 빛, P₃는 S파 편광상태의 빛, P₄는 시계방향 원형 편광상태의 빛을 보인 것이고, P₅는 반시계방향 원형 편광상태의 빛을 보인 것이며, P₆는 S/P파 편광분리 프리즘(13)에 의해 반사된 P파 편광상태의 빛이 반사 및 재반사를 거치는 동안 S파 편광상태로 변환되어 S/P파 편광분리 프리즘(13)을 통과하여 있는 제2 S파 편광상태의 빛을 보인 것이다.

이하에서는 첨부한 제4도와, 상기한 제5도 및 제6도를 참조하고 부호일치하여 본 발명에 의한 LCD 프로젝터 광학계의 작용 효과를 설명하겠다.

먼저, 광원부(A)의 램프(1)에 의하여 방사된 빛은 콜리메이터(11)를 지나면서 평행하게 되어 λ/4-플레이트(12)를 거쳐 임의의 편광상태(P₁)로 S/P파 편광분리 프리즘(13)으로 입사되고, 이와같이 입사된 빛은 S파 및 P파의 파장으로 분리되어, S파 편광상태의 빛(P₃)은 투과되어 액정 패널(4)로 입사되고, P파 편광 상태의 빛(P₂)은 투과반사판(13a)에 의해서 수직하방으로 반사된다.

이와같이 반사된 P파 편광상태의 빛(P₂)은 반사판(14)에 의하여 S/P파 편광분리 프리즘(13)으로 재반사되고, 투과반사판(13a)에 의하여 λ/4-플레이트(12)로 입사되어 시계방향 원형 편광상태의 빛(P₄)으로 유지된다.

이와같은 시계방향 원형 편광상태의 빛(P₄)은 콜리메이터(11)을 지나 광원부(A)의 리플렉터(2)에 의하여 반사됨과 동시에 반시계방향 원형 편광상태의 빛(P₅)으로 유지되면서 λ/4-플레이트(12)에 재입사된다.

상기와 같이 λ/4-플레이트(12)에 재입사된 반시계방향 원형 편광상태의 빛 (P₅)은 λ/4-플레이트(12)을 거치는 동안 제2 S파 원형 편광상태의 빛(P₆)으로 유지되어 S/P파 편광분리 프리즘(13)을 통과하여 액정 패널(4)로 입사되는 것이다.

즉, 상기와 같은 과정으로 램프(1)에서 방사된 모든 빛이 손실없이 S파 편광상태를 유지하면서 액정 패널(4)로 입사되므로 빛의 이용효율을 극대화시킬 수 있는 것이다.

한편, 상기와 같은 과정으로 액정 패널(4)에 입사된 빛은 액정 패널(4)의 작용에 의해 인가되는 비디오 시그널(S)의 전압에 따라 타원 편광상태로 변환되고, 편광판(5)의 작용에 의하여 화상으로 구현되며, 이와 같이 구현된 화상은 프로젝션 렌즈(6)에 의하여 스크린(7)으로 확대 투사되어 스크린(7)에는 보다 밝은 칼라화상이 결상,형성되는 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 LCD 프로젝터 광학계는 광원부의 전방에 램프로부터 방사되는 모든 빛을 한방향의 선형 편광상태로 액정 패널에 입사시키는 편광제어부를 설치함으로써 램프에서 방사된 모든 빛이 S파 편광상태를 유지하면서 손실없이 액정 패널로 입사되므로 빛의 이용효율을 극대확시킬 수 있고, 이에따라 보다 선명한 화면을 얻을 수 있는 매우 큰 효과가 있다.

제7도는 본 발명에 의한 LCD 프로젝터 광학계의 다른 실시예를 보인 구성도로서 이에 도시한 바와 같이 본 발명의 다른 실시예는 편광제어부(10)를 구성함에 있어서, 램프(1)에서 방사된 빛의 편광상태를 변화시키는 λ/4-플레이트(12)와, 그 λ/4-플레이트(12)를 통과한 빛의 파장을 분리하여 S파는 투과시키고 P파는 반사시키는 S/P파 편광분리 프리즘(13)과, 상기 λ/4-플레이트(12)와 S/P파 편광분리 프리즘(13)의 상, 하측에 설치된 제1, 제2리플렉터(l5)(16)로 구성한 것으로, 그외 광학계를 구성하는 여타 구성 및 작용 효과는 상술한 일실시예와 동일유사하므로 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 부여하고, 상세한 설명은 생략한다.

Claims (4)

1. 백색광을 방사하는 램프(1) 및 리플렉터(2)로 이루어진 광원부(A)와, 상기 광원부(A)의 램프(1)에서 방사된 모든 빛을 한방향의 선형 편광상태로 제어하여 투과시키는 편광제어부(10)와, 상기 편광제어부(10)에 의하여 선형 편광된 빛을 인가되는 비디오 시그널(S)의 전압에 따라 타원 편광상태로 변화시키는 액정 패널(4)과, 상기 액정 패널(4)에 의해 타원 편광된 빛중 일정한 일방향의 선형 편광만을 투과시켜 비디오 시그널(S)의 화상정보를 화상으로 구현하는 편광판(5)과, 상기 화상을 스크린 위에 확대 투사하는 프로젝션렌즈(6)와, 상기 프로젝션 렌즈(6)에 의하여 투사된 빛을 반사 혹은 투과하여 화상을 결상시키는 스크린(7)을 구비하여서 됨을 특징으로 하는 LCD 프로젝터 광학계.
2. 제1항에 있어서, 상기 편광제어부(10)는 램프(1)에서 방사되는 빛을 평행하게 조사시키기 위한 콜리메이터(11)와, 입사빛의 편광상태를 변화시키는 리타데이션부재와, 입사빛의 파장을 분리하여 S파 편광상태의 빛은 투과시키고 P파 편광상태의 빛은 반사하는 S/P파 편광분리 프리즘(13)과, 상기 S/P파 편광분리 프리즘(13)에 의하여 반사된 P파 편광상태의 빛을 재반사하는 반사판(14)으로 구성됨을 특징으로 하는 LCD 프로젝터 광학계.
3. 제1항에 있어서, 상기 편광제어부(10)는 입사빛의 편광상태를 변화시키는 리타데이션부재와, 상기 리타데이션부재를 통과한 빛의 파장을 분리하여 S파는 투과시키고 P파는 반사시키는 S/P파 편광분리 프리즘(13)과, 상기 리타데이션부재와 S/P파 편광분리 프리즘(13)의 상, 하측에 설치된 제1, 제2리플렉터(15)(16)로 구성됨을 특징으로 하는 LCD 프로젝터 광학계.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 리타데이션부재는 λ/4-플레이트(12)인 것을 특징으로 하는 LCD 프로젝터 광학계.