KR100385879B1 - 액정 프로젝터의 광학계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 응답속도가 빠른 강유전성 액정표시소자를 채용한 액정 프로젝터의 광학계 구성을 단순화시킬 수 있는 액정 프로젝터의 광학계에 관한 것이다.

이 액정 프로젝터 광학계는 1 매의 반사형 액정패널에 시간순차적으로 구현되는 단위색 화상을 투사렌즈를 통해 확대투사하기 위한 액정프로젝터의 광학계에 있어서, 광빔을 발생하여 하나의 선편광으로 변환하여 출사시키는 광원과, 광원으로부터의 선편광을 반사형 액정패널에 입사되게 하고, 액정패널에서 화상정보를 얻어 편광변환되어진 다른 선편광을 상기 투사렌즈에 입사되게 하는 편광분리프리즘과, 편광분리프리즘과 반사형 액정패널 사이의 광경로에 배치되고 전원이 인가되지 않으면 입사되는 선편광 모두를 편광변환하여 출사시키고 상기 전원이 인가되면 서로 다른 파장대역의 선편광을 편광변환하기 위한 제1 및 제2 칼라스위치와, 제2 칼라스위치와 액정패널 사이에 배치되어 입사되는 선편광을 편광방향에 따라 선택적으로 반사시킴과 아울러 편광변환하는 편광 분리 및 변환 수단을 구비한다.

본 발명에 의하면, 상기 제1 및 제2 칼라스위치를 1매 또는 2매의 액정표시소자와 타임동기시켜 삼원색의 칼라화상을 구현함으로써 종래의 단판식 액정프로젝터의 광학계 보다 단순화되게 된다.

Description

액정 프로젝터의 광학계{Optical System Of Liquid Crystal Projector}

본 발명은 액정 프로젝터에 관한 것으로, 특히 응답속도가 빠른 강유전성 액정표시소자를 채용한 액정 프로젝터의 광학계 구성을 단순화시킬 수 있는 액정 프로젝터의 광학계에 관한 것이다.

최근, 디스플레이 장치로서 대화면 및 고화질 영상의 요구가 증대됨에 따라 소형의 영상을 투사렌즈를 이용하여 확대투사하는 프로젝터가 각광받고 있다. 프로젝터는 소화면 화상을 구성하는 소형 디스플레이로서 음극선관 또는 LCD(Liquid Crystal Display)가 사용되고 있으나 박형화 추세에 대응하여 LCD를 사용하는 액정 프로젝터가 대두되고 있다. 액정 프로젝터는 광원에서 나오는 광을 액정패널에 투사시키고 LCD의 영상을 투사광학계를 이용하여 스크린에 결상시킴으로써 스크린에 결상된 상을 감상하게 한다. 액정 프로젝터는 고효율의 광학계 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 통상 칼러 구현을 위하여 3매 또는 1매의 LCD를 이용한다. 전자의 고휘도 구현을 목적으로 3매의 LCD를 채용하는 삼판식 액정프로젝터는 광분리소자 및 합성소자 등과 같은 광학부품수가 늘어나 광학계를 소형화하는데 한계가 있을 뿐만 아니라 가격이 비싸다는 단점이 있다. 후자의 소형화 및 경량화를 목적으로 1매의 LCD를 채용하는 단판식 액정프로젝터는 가격이 저렴하다는 장점을 가진다. 그러나, 단판식 액정프로젝터는 시간순차적으로 삼원색 칼라를 구현해야 하므로 응답속도가 빨라야될 뿐만 아니라 칼라구현을 위한 시간동기를 맞추어야 하는 어려움이 있다.

도 1을 참조하면, 종래의 단판식 액정프로젝터의 광학계가 개략적으로 도시되어 있다. 도 1의 광학계는 광원(도시하지 않음)으로부터의 백색광 중 특정색광만을 투과시키는 칼라휠(4)과, 광을 집속시키는 집광렌즈(6)와, 입사광을 편광방향에 따라 반사 및 투과시키는 편광분리프리즘(8)과, 반사형 LCD(10)와, LCD(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 서로 다른 색투과 특성을 가지게끔 코팅되거나 착색된 적색, 녹색, 청색 및 백색 필터(4A, 4B, 4C, 4D)를 구비한다. 이러한 칼라휠(4)이 회전되어 상기 색 필터들(4A, 4B, 4C, 4D)이 시간순차적으로 광경로상에 위치함으로써 적, 녹, 청색 및 백색광이 시간순차적으로 투과된다. 집광렌즈(6)는 칼라휠(4)에서 출사된 색광을 집속시킨다. 편광분리프리즘(8)은 집광렌즈(6)로부터 입사되는 특정방향의 선편광 즉, S편광을 LCD(10)로 반사시킴과 아울러 LCD(10)에서 화상정보를 얻어 편광변환된 P편광을 투사렌즈(12)로 출사시킨다. LCD(10)는 반사형으로서 편광분리프리즘(8)에서 반사되어 입사되는 색광에 대응하여 적, 녹, 청색의 화상을 시간순차적으로 구현하게 된다. 이렇게 LCD(10)에 의해 연속 구현된 색화상은 편광분리프리즘(8)을 경유하여 투사렌즈(12)를 통해 도시하지 않은 배면스크린에 확대투사된다. 이에 따라,시청자는 배면스크린에 투사된 특정색의 화상이 시간적으로 평균되어 합성된 칼러화상을 인식하게 된다.

이와 같이, 종래의 단판식 액정프로젝터는 칼라구현을 위하여 칼라휠을 채용하고 있으나, 칼라휠에 마련된 특정색필터에서 해당색을 제외한 광들은 모두 반사되어 손실됨으로써 광효율이 떨어진다는 문제점을 안고 있다. 이를 보완하기 위하여, 광손실 없는 색분리를 위한 다이크로익미러(Dichroic Mirror)와 분리된 색광의 진행방향을 변환시키는 회전프리즘을 이용한 광학계가 제안되어졌으나, 광학 부품수가 늘어나 소형화 및 경량화 추세를 역행할 뿐만 아니라 회전프리즘간의 시간동기를 맞추기가 어렵다는 단점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 광학부품수를 최소화함과 아울러 광효율을 높일 수 있는 액정프로젝터의 광학계를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 단판식 액정 프로젝터의 광학계 구성을 나타낸 도면.

도 2는 도 1에 도시된 칼라휠을 나타낸 단면도.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 단판식 액정 프로젝터의 광학계 구성을 나타낸 도면.

도 4는 도 3에 도시된 제1 및 제2 칼라스위치의 투과특성도.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 2판식 액정 프로젝터의 광학계 구성을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

4 : 칼라휠 4A, 4B, 4C, 4D : 칼라필터

14 : 모터 6 : 집광렌즈

8, 20, 34: 편광분리프리즘 10, 30, 40A, 40B : 반사형 액정표시소자

12 : 투사렌즈 22, 24, 32, 36 : 칼라스위치

26, 38 : 편광 분리 및 변환 수단 26A, 26C, 38A, 38C: λ/4판

26B, 38B : 콜레스테릭 액정층

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 액정 프로젝터 광학계는 1 매의 반사형 액정패널에 시간순차적으로 구현되는 단위색 화상을 투사렌즈를 통해 확대투사하기 위한 액정프로젝터의 광학계에 있어서, 광빔을 발생하여 하나의 선편광으로 변환하여 출사시키는 광원과, 광원으로부터의 선편광을 반사형 액정패널에 입사되게 하고, 액정패널에서 화상정보를 얻어 편광변환되어진 다른 선편광을 상기 투사렌즈에 입사되게 하는 편광분리프리즘과, 편광분리프리즘과 반사형 액정패널 사이의 광경로에 배치되고 전원이 인가되지 않으면 입사되는 선편광 모두를 편광변환하여 출사시키고 상기 전원이 인가되면 서로 다른 파장대역의 선편광을 편광변환하기 위한 제1 및 제2 칼라스위치와, 제2 칼라스위치와 액정패널 사이에 배치되어 입사되는 선편광을 편광방향에 따라 선택적으로 반사시킴과 아울러 편광변환하는 편광 분리 및 변환 수단을 구비한다.본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 프로젝터의 광학계는 제1 단위색의 화상을 구현하는 제1 반사형 액정패널과, 제2 및 제3 단위색의 화상을 시간순차적으로 구현하는 제2 반사형 액정패널과, 광빔을 발생하여 하나의 선편광으로 변환하여 출사시키는 광원과, 광원으로부터의 선편광을 편광방향에 따라 분리하여 제1 및 제2 반사형 액정패널에 입사되게 하고 제1 및 제2 반사형 액정패널에서 화상정보를 얻어 편광변환되어진 선편광을 확대투사를 위한 투사렌즈에 입사되게 하는 편광분리프리즘과, 전원이 인가되지 않으면 광원으로부터의 선편광 모두를 편광변환하고 전원이 인가되면 제1 파장대역의 선편광만을 편광변환하여 편광분리프리즘 쪽으로 출사시키는 제1 칼라스위치와, 편광분리프리즘과 제2 반사형 액정패널 사이에 배치되어 전원이 인가되지 않으면 편광분리프리즘으로부터의 선편광 모두를 편광변환하고 전원이 인가되면 제1 파장대역과 다른 제2 파장대역의 선편광만을 편광변환하는 제2 칼라스위치와, 제2 칼라스위치와 액정패널 사이에 배치되어 입사되는 선편광을 편광방향에 따라 선택적으로 반사시킴과 아울러 편광변환하는 편광 분리 및 변환 수단을 구비한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 단판식 액정 프로젝터의 광학계를 도시한 것이다. 도 3에 도시된 액정 프로젝터의 광학계는 광원(도시하지 않음)에서 발생된 광을 한 방향의 선편광으로 변환하여 균일하게 조사되게 하는 조명부(도시하지 않음), 조명부로부터의 선편광을 반사형 액정표시소자(30)로 반사시킴과 아울러 액정표시소자(30)에서 화상정보를 얻은 선편광을 투사렌즈(도시하지 않음)로 투과시키기 위한 편광분리프리즘(20)과, 편광분리프리즘(20)과 액정표시소자(30) 사이에 배치되어 전원인가 여부에 의존하여 파장에 따라 선택적으로 편광을 변환하여 출력하기 위한 제1 및 제2 칼러스위치(22, 24)와, 원하는 파장대역의 광만 투과시키기 위한 편광 분리 및 변환 수단(26)를 구비한다. 광원에서 발생된 백색광은 2개의 플라이아이렌즈 및 편광분리 어래이 등으로 구성된 조명부에 의해 한 방향의 선편광, 즉 S편광으로 변환되어 편광분리프리즘(20)으로 균일하게 입사된다. 편광분리프리즘(20)은 조명부에서 입사되는 S편광을 액정표시소자(30) 쪽으로 반사시킴과 아울러 액정표시소자(30)에서 화상정보를 얻어 편광변환되어 입사되는 P편광을 투사렌즈(도시하지 않음)쪽으로 투과시키게 된다. 제1 및 제2 칼라스위치(22, 24)는 턴-오프된 경우 입사되는 선편광을 편광변환하여 출사시키고, 턴-온된 경우 파장대역에 따라 선택적으로 선편광을 편광변환하여 출사시킨다. 여기서, 제1 및 제2 칼라스위치(22, 24)는 턴-온된 경우 도 4에 도시된 바와 같이 서로 다른 파장대역의 선편광을 편광변환하여 출사시키게 된다. 도 4를 참조하면, 제1 칼라스위치(22)가 턴-온된 경우 녹색대역의 선편광을 편광변환하여 출사시키고 다른 파장대역의 선편광은 편광변환없이 그대로 출사시킨다. 이와는 달리, 제2 칼라스위치(24)는 턴-온된 경우 청색대역의 선편광을 편광변환하여 출사시키고, 다른 파장대역의 선편광은 편광변환없이 그대로 출사시킨다. 이러한 제1 및 제2 칼라스위치(22, 24)의 특성은 1999년 8월 27일자 칼라링크(ColorLink)사 리포트(Report)에 개시된 '칼러더블러(Colordoubler)'로 언급되어 충분히 기재되어 있으므로 여기서 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이러한 제1 및 제2 칼라스위치(22, 24)의 전원인가 여부에 따른 편광변환 특성을 이용하여 액정표시소자(30)에서 디스플레이되는 영상과 동기시켜 제1 및 제2 칼라스위치(22, 24)에 인가되는 전원을 스위칭하는 경우 비교적 단순한 광학부품들을 채용하여 하나의 액정표시소자(30)로 칼라영상을 구현할 수 있게 된다. 편광 분리 및 변환 수단(26)는 선편광을 원편광으로 변환하는 제1 및 제2 λ/4판(26A, 26C)과, 제1 및 제2 λ/4판(26A, 26C) 사이에 위치하여 원편광 방향에 따라 선택적으로 투과시키기 위한 콜레스테릭 액정층(26B)으로 구성된다. 제1 및 제2 λ/4판(26A, 26C)은 입사되는 선편광을 원편광으로 변환하여 출사시킨다. 상세히 하면, 제1 및 제2 λ/4판(26A, 26C)은 입사되는 S편광은 좌원편광으로, P편광은 우원편광으로, 좌원편광은 P편광으로, 우원편광은 S편광으로 변환하여 출사시킨다. 콜레스테릭 액정층(26B)은 입사되는 원편광을 방향에 따라 선택적으로 반사 및 투과시킨다. 상세히 하면, 콜레스테릭 액정층(26B)은 우원편광은 반사시키고 좌원편광은 투과시킨다. 액정표시소자(30)는 반사형으로 화상정보에 따라 입사되는 선편광을 다른 선편광으로 변환하여 출사되게 한다. 단판식 액정프로젝터에 채용되는 액정표시소자는 통상 한 프레임의 구현시간(60㎳)에 시간순차적으로 적,녹, 청색의 영상(각 20㎳)을 구현해야하므로 응답속도가 빨라야만 한다. 이에 따라, 액정표시소자(30)는 강유전성 액정(FLC)을 채용한다.

이러한 액정표시소자(30)가 삼원색의 칼라영상을 시간순차적으로 구현하기 위해서는 액정표시소자(30)에 입사되는 광의 파장대역과 액정표시소자(30)에 디스플레이되는 해당색 영상신호가 일치하게끔 파장대역에 따라 선택적으로 편광변환하는 제1 및 제2 칼라스위치(22, 24)와 액정표시소자(30)의 타임동기를 맞추어야만 한다. 제1 및 제2 칼라스위치(22, 24)와 액정표시소자(30) 타임동기를 예를 들면 다음 표 1과 같다.

표시	제1 칼라스위치	제2 칼라스위치
녹색	온	오프
적색	온	온
청색	오프	온

상기 표 1과 같이 액정표시소자(30)에서 녹색화상을 표시하는 경우 제1 칼라스위치(22)는 턴-온되고, 제2 칼라스위치(24)는 턴-오프된다. 이에 따라, 턴-온된 제1 칼라스위치(22)에 의해 녹색대역의 S편광만이 P편광으로 변환되어 출사되고 나머지 파장대역의 S편광은 그대로 투과된다. 그리고, 턴-오프된 제2 칼라스위치(24)에 의해 녹색대역의 P편광은 S편광으로 변환되어 출사되고, 나머지 파장대역의 S편광은 P편광으로 변환되어 출사된다. 제1 λ/4판(26A)에 의해 녹색대역의 S편광은 좌원편광으로 전환되어 콜레스테릭 액정층(26B)을 투과하고 제2 λ/4판(26C)에 의해 P편광으로 변환되어 액정표시소자(30)에 입사된다. 나머지 파장대역의 P편광은 제1 λ/4판(26A)에 의해 우원편광으로 전환되어 콜레스테릭 액정층(26B)에 반사된다. 액정표시소자(30)로 입사되는 녹색대역의 P편광은 녹색 화상정보에 따라 S편광으로 변환되어 제2 λ/4판(26C)으로 입사된다. 화상정보를 얻은 녹색대역의 S편광은 제2 λ/4판(26C)에 의해 좌원편광으로 전환되어 콜레스테릭 액정층(26B)을 투과하고 제1 λ/4판(26A)에 의해 P편광으로 변환되어 제2 칼라스위치(24)로 진행하게 된다. 녹색대역의 P편광은 턴-오프된 제2 칼라스위치(24)에 의해 S편광으로 변환되어 출사되고, 턴-온된 제1 칼라스위치(24)에 의해 다시 P편광으로 변환되어 편광분리프리즘(20)을 투과하여 투사렌즈를 통해 스크린에 확대 투사되게 된다.

액정표시소자(30)에서 적색화상을 구현하는 경우 제1 및 제2 칼라스위치(22, 24) 모두를 턴-온시킨다. 이에 따라, 턴-온된 제1 칼라스위치(22)에 의해 녹색대역의 S편광만이 P편광으로 변환되어 출사되고 나머지 적색 및 청색 대역의 S편광은 그대로 투과된다. 그리고, 턴-온된 제2 칼라스위치(24)에 의해 청색대역의 S편광만이 P편광으로 변환되어 출사되고, 녹색대역의 P편광과 적색대역의 S편광은 그대로 투과된다. 제1 λ/4판(26A)에 의해 적색대역의 S편광은 좌원편광으로 전환되어 콜레스테릭 액정층(26B)을 투과하고 제2 λ/4판(26C)에 의해 P편광으로 변환되어 액정표시소자(30)에 입사된다. 나머지 녹색 및 청색 대역의 P편광은 제1 λ/4판(26A)에 의해 우원편광으로 전환되어 콜레스테릭 액정층(26B)에 반사된다. 액정표시소자(30)로 입사되는 적색대역의 P편광은 적색 화상정보에 따라 S편광으로 변환되어 제2 λ/4판(26C)로 입사된다. 화상정보를 얻은 적색대역의 S편광은 제2λ/4판(26C)에 의해 좌원편광으로 전환되어 콜레스테릭 액정층(26B)을 투과하고 제1 λ/4판(26A)에 의해 P편광으로 변환되어 제2 칼라스위치(24)로 입사된다. 화상정보를 얻은 적색대역의 P편광은 턴-온된 제2 및 제1 칼라스위치(24, 22)와 편광분리프리즘(20)을 그대로 투과하여 투사렌즈를 통해 스크린에 확대 투사된다.

액정표시소자(30)에서 청색화상을 표시하는 경우 제1 칼라스위치(22)는 턴-오프되고, 제2 칼라스위치(24)는 턴-온된다. 이에 따라, 턴-오프된 제1 칼라스위치(22)에 의해 모든 S편광은 P편광으로 변환되어 출사된다. 그리고, 턴-온된 제2 칼라스위치(24)에 의해 청색대역의 P편광만 S편광으로 변환되어 출사되고, 나머지 녹색 및 적색 대역의 P편광은 그대로 출사된다. 제1 λ/4판(26A)에 의해 청색대역의 S편광은 좌원편광으로 전환되어 콜레스테릭 액정층(26B)을 투과하고 제2 λ/4판(26C)에 의해 P편광으로 변환되어 액정표시소자(30)에 입사된다. 나머지 파장대역의 P편광은 제1 λ/4판(26A)에 의해 우원편광으로 전환되어 콜레스테릭 액정층(26B)에 반사된다. 액정표시소자(30)로 입사되는 청색대역의 P편광은 청색 화상정보에 따라 S편광으로 변환되어 제2 λ/4판(26C)으로 입사된다. 화상정보를 얻은 청색대역의 S편광은 제2 λ/4판(26C)에 의해 좌원편광으로 전환되어 콜레스테릭 액정층(26B)을 투과하고 제1 λ/4판(26A)에 의해 P편광으로 변환되어 제2 칼라스위치(24)로 입사되게 된다. 청색대역의 P편광은 턴-온된 제2 칼라스위치(24)에 의해 S편광으로 변환되고, 턴-오프된 제1 칼라스위치(24)에 의해 다시 P편광으로 변환되어 편광분리프리즘(20)을 투과하여 투사렌즈를 통해 스크린에 확대 투사되게 된다.

이와 같이, 제1 및 제2 칼라스위치(22, 24)와 하나의 액정표시소자(30)를 타임동기시켜 칼라화상을 구현함으로써 종래보다 광학계를 단순화시킬 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 2판식 액정 프로젝터의 광학계를 도시한 것이다. 도 5에 도시된 2판식 액정 프로젝터의 광학계는 광원(도시하지 않음)에서 발생된 광을 한 방향의 선편광으로 변환하여 균일하게 조사되게 하는 조명부(도시하지 않음), 조명부로부터의 선편광을 전원인가 여부에 의존하여 파장대역에 따라 선택적으로 편광변환하는 제1 칼라스위치(32)와, 제1 칼라스위치(32)로부터의 선편광을 제1 및 제2 반사형 액정표시소자(40A, 40B)로 진행되게 함과 아울러 제1 및 제2 액정표시소자(40A, 40B)에서 화상정보를 얻은 선편광을 투사렌즈(도시하지 않음)로 투과시키기 위한 편광분리프리즘(34)과, 편광분리프리즘(34)과 제2 액정표시소자(40B) 사이에 배치되어 전원인가 여부에 의존하여 입사되는 선편광을 파장에 따라 선택적으로 편광변환하여 출력하는 제2 칼러스위치(36)와, 원하는 편광성분만을 투과시키기 위한 편광 분리 및 변환 수단(38)를 구비한다. 광원에서 발생된 백색광은 2개의 플라이아이렌즈 및 편광분리 어래이 등으로 구성된 조명부에 의해 한 방향의 선편광, 즉 S편광으로 변환되어 제1 칼라스위치(32)로 균일하게 입사된다. 제1 칼라스위치(32)는 입사되는 선편광을 전원이 인가되는 경우 파장대역에 따라 선택적으로 편광변환하여 출사시킨다. 여기서, 제1 칼라스위치(32)는 턴-온된 경우 도 4에 도시된 바와 같은 특성을 가짐으로써 조명부로부터 입사되는 S편광 중 녹색대역의 S편광을 P편광으로 변환하여 출사시키고, 다른 적색 및 청색대역의 S편광은 그대로 투과시킨다. 이러한 제1 칼라스위치(32)는 녹색대역의 광만 편광분리프리즘(34)를 투과하여 제1 액정표시소자(40A)로 진행되고 다른 대역의 광은 편광분리프리즘(34)에서 반사되어 제2 액정표시소자(40B) 진행되게 하기 위한 것으로 턴-온 상태를 유지하게 된다. 편광분리프리즘(34)은 제1 칼라스위치(32)로부터 입사되는 녹색대역의 P편광은 제1 액정표시소자(40A)로 투과시키고, 적색 및 청색 대역의 S편광은 제2 액정표시소자(40B) 쪽으로 반사시킨다. 또한, 편광분리프리즘(34)은 제1 액정표시소자(40A)에서 화상정보를 얻어 편광변환되어 입사되는 S편광을 투사렌즈(도시하지 않음)쪽으로 반사시키고, 제2 액정표시소자(40B)에서 화상정보를 얻어 편광변환되어 입사되는 P편광을 투사렌즈 쪽으로 투과시키게 된다. 제2 칼라스위치(36)는 턴-온된 경우 도 4에 도시된 바와 같은 특성을 가짐으로써 입사광 중 청색대역의 S편광을 P편광으로 변환하여 출사시키고 나머지 적색대역의 S편광은 그대로 투과되게 한다. 또한, 제2 칼라스위치(36)는 턴-오프된 경우 입사되는 선편광을 모두 편광변환하여 출사시킨다. 이렇게, 제2 칼라스위치(36)의 전원인가 여부에 따른 편광변환 특성을 이용하여 제1 액정표시소자(40A)에서 디스플레이되는 영상과 동기시켜 제2 칼라스위치(36)에 인가되는 전원을 스위칭함으로써 제2 액정표시소자(40B)로 적색 및 청색 영상을 구현할 수 있게 된다. 편광 분리 및 변환 수단(38)는 선편광을 원편광으로 변환하는 제1 및 제2 λ/4판(38A, 38C)과, 제1 및 제2 λ/4판(38A, 38C) 사이에 위치하여 원편광 방향에 따라 선택적으로 투과시키기 위한 콜레스테릭 액정층(38B)으로 구성된다. 제1 및 제2 λ/4판(38A, 38C)은 입사되는 S편광은 좌원편광으로, P편광은 우원편광으로, 좌원편광은 P편광으로, 우원편광은 S편광으로 변환하여 출사시킨다. 콜레스테릭 액정층(38B)은 우원편광은 반사시키고 좌원편광은 투과시킨다. 제1 및 제2 액정표시소자(40A, 40B)는 반사형으로 화상정보에 따라 입사되는 선편광을 다른 선편광으로 변환하여 출사되게 한다. 제1 액정표시소자(40A)는 편광분리프리즘(34)을 투과하여 입사되는 녹색대역의 광을 이용하여 녹색 화상을 구현하고, 제2 액정표시소자(40B)는 편광분리프리즘(34)에서 반사되어 제2 칼라스위치(36)와 편광 분리 및 변환수단(38)를 경유하여 입사되는 적색 및 청색 대역의 광을 이용하여 적색 및 청색 화상을 시간순차적으로 구현한다. 제1 및 제2 액정표시소자(40A, 40B)에서의 적, 녹, 청색의 화상구현 시간은 동일하게 할당된다. 이러한 2판식 액정프로젝터에 채용되는 액정표시소자(40A, 40B) 역시 응답속도가 빨라야만 하므로 강유전성 액정을 이용한다. 2매의 액정표시소자(40A, 40B)를 채용하는 경우 도 3에 도시된 바와 같이 1매의 액정표시소자(30)를 채용하는 경우보다 해당색 영상의 구현시간이 늘어나게 되는 장점이 있다. 다시 말하여, 1매의 액정표시소자(30)를 채용하는 경우에는 한 프레임의 구현시간(60㎳)에 시간순차적으로 적, 녹, 청 삼원색의 영상(각 20㎳)을 구현해야하는 반면에 2매의 액정표시소자(40A, 40B)를 채용하는 경우에는 한 프레임의 기간동안 2색의 영상(각 30ms)만 구현하면 되므로 해당색의 표시시간이 증대되어 도 3에 도시된 경우보다 휘도를 향상시킬 수 있게 된다.

이러한 제1 및 제2 액정표시소자(40A, 40B)를 이용하여 삼원색의 칼라영상을 시간순차적으로 구현하기 위해서는 제2 액정표시소자(40B)에 입사되는 광의 파장대역과 제2 액정표시소자(40B)에 디스플레이되는 해당색 영상신호가 일치하게끔 파장대역에 따라 선택적으로 편광변환하는 제2 칼라스위치(36)와 제2액정표시소자(40B)의 타임동기를 맞추어야만 한다. 제2 칼라스위치(36)와 제2 액정표시소자(40B) 타임동기를 예를 들면 다음 표 1과 같다.

표시	제2 칼라스위치
적색	온
청색	오프

상기 표 2와 같이 제2 액정표시소자(40B)에서 적색화상을 구현하는 경우 제2 칼라스위치(36)를 턴-온시킨다. 이에 따라, 턴-온된 제2 칼라스위치(36)에 의해 입사광 중 청색대역의 S편광만이 P편광으로 변환되어 출사되고, 적색대역의 S편광은 그대로 투과된다. 제1 λ/4판(38A)에 의해 적색대역의 S편광은 좌원편광으로 전환되어 콜레스테릭 액정층(38B)을 투과하고 제2 λ/4판(38C)에 의해 P편광으로 변환되어 제2 액정표시소자(40B)에 입사된다. 나머지 청색 대역의 P편광은 제1 λ/4판(38A)에 의해 우원편광으로 전환되어 콜레스테릭 액정층(38B)에 반사된다. 제2 액정표시소자(40B)로 입사되는 적색대역의 P편광은 적색 화상정보에 따라 S편광으로 변환되어 제2 λ/4판(38C)로 입사된다. 화상정보를 얻은 적색대역의 S편광은 제2 λ/4판(38C)에 의해 좌원편광으로 전환되어 콜레스테릭 액정층(38B)을 투과하고 제1 λ/4판(38A)에 의해 P편광으로 변환되어 제2 칼라스위치(36)로 입사된다. 화상정보를 얻은 적색대역의 P편광은 턴-온된 제2 칼라스위치(36)와 편광분리프리즘(34)을 그대로 투과하여 투사렌즈를 통해 스크린에 확대 투사된다.

제2 액정표시소자(40B)에서 청색화상을 표시하는 경우 제2 칼라스위치(36)는턴-오프된다. 이에 따라, 턴-오프된 제2 칼라스위치(36)에 의해 적색 및 청색 대역의 S편광은 P편광으로 변환되어 출사된다. 제1 λ/4판(38A)에 의해 청색대역의 S편광은 좌원편광으로 전환되어 콜레스테릭 액정층(38B)을 투과하고 제2 λ/4판(38C)에 의해 P편광으로 변환되어 제2 액정표시소자(40B)에 입사된다. 나머지 적색대역의 P편광은 제1 λ/4판(38A)에 의해 우원편광으로 전환되어 콜레스테릭 액정층(38B)에 반사된다. 제2 액정표시소자(40B)로 입사되는 청색대역의 P편광은 청색 화상정보에 따라 S편광으로 변환되어 제2 λ/4판(38C)으로 입사된다. 화상정보를 얻은 청색대역의 S편광은 제2 λ/4판(38C)에 의해 좌원편광으로 전환되어 콜레스테릭 액정층(38B)을 투과하고 제1 λ/4판(38A)에 의해 P편광으로 변환되어 칼라셀렉트로 입사된다. 칼라셀렉트(도시하지 않음)에 의해 화상정보를 얻은 청색 P편광은 S편광으로 변환되고 턴-오프된 제2 칼라스위치(36)에 의해 S편광으로 변환되고, 턴-오프된 제1 칼라스위치(24)에 의해 다시 P편광으로 변환되어 편광분리프리즘(34)을 투과하여 투사렌즈를 통해 스크린에 확대 투사되게 된다.

이와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 2판식 액정프로젝터는 도 3에 도시된 단판식 액정프로젝터에 비하여 녹색화상을 구현하는 1매의 액정표시소자(40A)를 더 채용하고 제2 칼라스위치(36)와 제2 액정표시소자(40B)를 타임동기시켜 적색 및 청색 칼라화상을 구현함으로써 광학계의 구성은 단순함과 아울러 단위색 구현시간이 증가되어 휘도를 향상시킬 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 프로젝터의 광학계에서는 전원인가 여부에 의존하여 파장대역에 따라 선편광 방향을 변환하는 칼라스위치를 1매 또는 2매의 액정표시소자와 타임동기시켜 삼원색의 칼라화상을 구현함으로써 종래의 단판식 액정프로젝터의 광학계 보다 단순화되게 된다. 나아가, 2매의 액정표시소자를 채용하는 경우 1매의 액정표시소자를 채용하는 경우 보다 단위색 구현시간이 증대되므로 휘도가 향상되게 된다.

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.

Claims (10)

1 매의 반사형 액정패널에 시간순차적으로 구현되는 단위색 화상을 투사렌즈를 통해 확대투사하기 위한 액정프로젝터의 광학계에 있어서,

광빔을 발생하여 하나의 선편광으로 변환하여 출사시키는 광원과,

상기 광원으로부터의 선편광을 상기 반사형 액정패널에 입사되게 하고, 상기 액정패널에서 화상정보를 얻어 편광변환되어진 다른 선편광을 상기 투사렌즈에 입사되게 하는 편광분리프리즘과,

상기 편광분리프리즘과 상기 반사형 액정패널 사이의 광경로에 배치되고 전원이 인가되지 않으면 입사되는 선편광 모두를 편광변환하여 출사시키고 상기 전원이 인가되면 서로 다른 파장대역의 선편광을 편광변환하기 위한 제1 및 제2 칼라스위치와,

상기 제2 칼라스위치와 상기 액정패널 사이에 배치되어 입사되는 선편광을 편광방향에 따라 선택적으로 반사시킴과 아울러 편광변환하는 편광 분리 및 변환 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 광학계.

제 1 항에 있어서,

상기 제1 칼라스위치는 상기 전원에 응답하여 녹색대역의 선편광만을 편광변환하고,

상기 제2 칼라스위치는 상기 전원에 응답하여 청색대역의 선편광만을 편광변환하는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 광학계.

제 2 항에 있어서,

상기 반사형 액정패널에서 녹색화상을 구현하는 경우에 상기 제1 칼라스위치에는 상기 전원이 인가되는 반면에 상기 제2 칼라스위치에는 상기 전원이 인가되지 않고,

상기 반사형 액정패널에서 적색화상을 구현하는 경우에 상기 제1 및 제2 칼라스위치 모두에는 상기 전원이 인가되며,

상기 반사형 액정패널에서 청색화상을 구현하는 경우에 상기 제1 칼라스위치에는 상기 전원이 인가되지 않는 반면에 상기 제2 칼라스위치에는 상기 전원이 인가되는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 광학계.

제 1 항에 있어서,

상기 편광 분리 및 변환 수단은,

입사되는 선편광을 원편광으로 변환하는 제1 및 제2 λ/4판과,

상기 제1 및 제2 λ/4판 사이에 배치되어 원편광 방향에 따라 선택적으로 반사 및 투과시키는 콜레스테릭 액정층을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 광학계.

제1 단위색의 화상을 구현하는 제1 반사형 액정패널과,

제2 및 제3 단위색의 화상을 시간순차적으로 구현하는 제2 반사형 액정패널과,

광빔을 발생하여 하나의 선편광으로 변환하여 출사시키는 광원과,

상기 광원으로부터의 선편광을 편광방향에 따라 분리하여 상기 제1 및 제2 반사형 액정패널에 입사되게 하고 상기 제1 및 제2 반사형 액정패널에서 화상정보를 얻어 편광변환되어진 선편광을 확대투사를 위한 투사렌즈에 입사되게 하는 편광분리프리즘과,

전원이 인가되지 않으면 상기 광원으로부터의 선편광 모두를 편광변환하고 상기 전원이 인가되면 제1 파장대역의 선편광만을 편광변환하여 상기 편광분리프리즘 쪽으로 출사시키는 제1 칼라스위치와,

상기 편광분리프리즘과 상기 제2 반사형 액정패널 사이에 배치되어 전원이 인가되지 않으면 상기 편광분리프리즘으로부터의 선편광 모두를 편광변환하고 상기 전원이 인가되면 상기 제1 파장대역과 다른 제2 파장대역의 선편광만을 편광변환하는 제2 칼라스위치와,

상기 제2 칼라스위치와 상기 액정패널 사이에 배치되어 입사되는 선편광을 편광방향에 따라 선택적으로 반사시킴과 아울러 편광변환하는 편광 분리 및 변환 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 광학계.

제 5 항에 있어서,

상기 제1 칼라스위치는 상기 전원에 응답하여 녹색대역의 선편광을 편광변환하고,

상기 제2 칼라스위치는 상기 전원에 응답하여 청색대역의 선편광을 편광변환하는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 광학계.

제 5 항에 있어서,

상기 제1 반사형 액정패널은 녹색화상을 구현하고,

상기 제1 칼라스위치에는 상기 전원이 계속 인가되고,

상기 제2 반사형 액정패널에서 적색화상을 구현하는 경우에 상기 제2 칼라스위치에는 상기 전원이 인가되며,

상기 제2 반사형 액정패널에서 청색화상을 구현하는 경우에 상기 제2 칼라스위치에는 상기 전원이 인가되지 않는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 광학계.

제 5 항에 있어서,

상기 편광 분리 및 변환 수단은,

입사되는 선편광을 원편광으로 변환하는 제1 및 제2 λ/4판과,

상기 제1 및 제2 λ/4판 사이에 배치되어 원편광 방향에 따라 선택적으로 반사 및 투과시키는 콜레스테릭 액정층을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터의 광학계.

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