KR100744503B1

KR100744503B1 - 액정 프로젝터의 광학계

Info

Publication number: KR100744503B1
Application number: KR1020010004747A
Authority: KR
Inventors: 나만호; 강호중
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2007-08-01
Also published as: KR20020064101A

Abstract

본 발명은 칼라셀렉터 및 칼라휠을 이용하여 2매의 액정패널을 통해 칼라화상을 구현함으로써 광학계의 크기 및 광학부품수를 최소화할 수 있도록 한 액정프로젝터의 광학계에 관한 것이다.

본 발명의 액정 프로젝터 광학계는 제1 색화상을 표시하기 위한 제1 액정패널과, 제2 및 제3 색화상을 순차적으로 표시하기 위한 제2 액정패널과, 광원으로부터의 백색광을 하나의 선편광으로 변환하기 위한 조명부와, 조명부로부터의 선편광을 파장에 따라 선택적으로 편광변환하기 위한 컬라셀렉터와, 선편광에 따라 제1 및 제2 액정패널에 입사되게 함과 아울러 제1 및 제2 액정패널에서 칼라화상정보를 얻어 색광을 합성하여 출사시키기 위한 다이크로익 프리즘과, 다이크로익 프리즘과 제2 액정패널 사이에 배치되어 시간 순차적으로 색을 분리하기 위한 색분리수단을 구비한다.

본 발명의 구성에 의하여, 액정프로젝터의 광학계는 칼라셀렉터 및 칼라휠을 이용하여 2매의 액정패널을 통해 칼라화상을 구현함으로써 종래의 3매의 액정패널을 이용한 액정프로젝터의 광학계보다 광학계의 크기 및 부품 수를 최소화하여 광학계의 전장길이를 줄일 수 있는 장점이 있다. 이에 따라, 액정프로젝터의 광학계의 박형화가 가능하고 제조단가를 절감시킬 수 있다.

Description

액정 프로젝터의 광학계{Optical System Of Liquid Crystal Projector}

도 1은 종래 액정 프로젝터의 광학계 구성을 나타낸 평면도.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 액정 프로젝터의 광학계 구성을 나타낸 평면도.

도 3은 도 2에 도시된 칼라휠 상세하게 나타내는 도면.

도 4a 및 도 4b는 색광별로 주사되는 동기시간을 나타내는 파형도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

4, 31 : 광원 6, 8, 32A, 32B : 플라이아이렌즈(FEL)

10, 34 : 편광분리(PBS)어래이 12, 16, 36 : 집광렌즈

14, 28 : 전반사미러 18, 20 : 다이크로익미러

26R, 26G, 26B, 52RB, 52G : 액정패널

27, 29 : 릴레이렌즈 30, 40 : 다이크로익프리즘

32, 54 : 투사렌즈 38 : 칼라셀렉트

42 : 평광분리면 50 : 칼라휠

본 발명은 액정 프로젝터에 관한 것으로, 특히 칼라셀렉터 및 칼라휠을 이용하여 2매의 액정패널을 통해 칼라화상을 구현함으로써 광학계의 크기 및 광학부품수를 최소화할 수 있도록 한 액정 프로젝터의 광학계에 관한 것이다.

최근 들어, 화면크기에 제한이 있고 시스템의 크기가 큰 음극선관 디스플레이를 대체하여 두께가 얇으면서 대화면을 구현할 수 있는 평판 디스플레이로서 소화면 화상을 대형 스크린에 확대 투사시키는 프로젝터가 각광 받고 있다. 프로젝터는 소화면 화상을 구성하는 디스플레이로서 음극선관 또는 LCD(Liquid Crystal Display)를 채용하고 있으나 박형화 추세에 대응하여 LCD를 사용하는 액정 프로젝터가 대두되고 있다. 액정프로젝터에는 통상 투과형 또는 반사형 LCD가 사용된다.

이러한, 액정프로젝터는 소형 경량화 및 고휘도화를 기본 축으로 발전하고 있고, LCD 패널은 고개구율과 고해상도를 기본 축으로 발전하고 있다. 이에 따라, 고해상도와, 소형화 및 저가격화의 액정프로젝터 흐름에 부응하기 위하여 최근에는 반사형 LCD 패널을 사용하고자 하는 추세에 있다.

액정 프로젝터는 광원에서 나오는 광을 이용하여 LCD 패널에 화상을 구현하고 LCD 패널의 화상을 투사광학계를 이용하여 스크린에 결상시킴으로써 스크린에 결상된 화상을 감상하게 한다. LCD 패널의 영상을 직접 배면 스크린에 투사시켜서 프로젝터를 구성하는 경우 스크린과 투사광학계 사이에 투사거리를 확보해야 하므 로 스크린 뒤쪽으로 많은 공간이 필요하게 됨으로써 프로젝터의 두께가 두꺼워지게 되어 박형화가 어렵게 된다. 이를 해결하고자 스크린과 투사광학계 사이에 전반사경을 삽입하여 광경로를 접음으로써 프로젝터의 두께를 줄이고 있다. 그런데, 전반사경의 배치각도를 줄임에 따라 프로젝터의 두께를 더 줄일 수 있으나, 영상이 배면스크린에 왜곡 없이 투사되게 하기 위하여 투사광학계와 반사경의 배치각도 축소에 제한이 있음과 아울러 조명계 및 LCD 와 투사렌즈계로 구성된 광학계가 가지는 고유의 전장길이에 의해 시스템의 두께를 줄이는데 한계가 있었다.

도 1을 참조하면, 종래의 액정 프로젝터에 대한 광학계가 도시되어 있다.

도 1의 액정 프로젝터는 광원(4)과 전반사미러(14) 사이에 배열된 제1 및 제2 플라이아이렌즈(Fly Eye Lens;이하 "FEL"라 함)(6, 8), 편광 분리 어래이(Polarizing Beam Sprite Array;이하 "PBS 어래이"라 함)(10), 제1 집광렌즈(12)와, 전반사미러(14)와 제1 다이크로익 미러(Dichroric Mirror)(18) 사이에 배치된 제2 집광렌즈(16)를 구비한다. 광원(4)의 램프에서 출사된 백색광은 타원경에 의해 반사되어 제1 FEL(6) 쪽으로 진행하게 된다. 제1 FEL(6)은 입사광을 셀(cell) 단위로 분할하여 제2 FEL(8)의 각 렌즈 셀에 포커싱(focusing)되게 한다. 제2 FEL(6)은 입사광을 특정한 부분에 대한 평행광으로 변환하여 PBS 어래이(10)쪽으로 투과시키게 된다. PBS 어래이(10)는 입사광을 어느 하나의 광축을 가지는 선편광, 즉 P편광과 S편광으로 분리하고 PBS 어래이(10)의 배면에 부분적으로 부착된 1/2파장판(도시하지 않음)은 투과된 P편광을 S편광으로 변환하게 된다. 이에 따라, PBS 어래이(10)에 의해 입사광이 모두 S편광으로 변환됨으로써 광 원(4)에서 출사된 거의 모든 광이 액정패널(26R, 26G, 26B)에 입사하게 된다.

제1 집광렌즈(12)는 PBS 어래이(10)로부터의 입사광을 전반사미러(14)에 집속시키고, 전반사미러(14)는 제1 집광렌즈(12)로부터의 입사광을 전반사시켜 제2 집광렌즈(16) 쪽으로 진행되게 한다. 제2 집광렌즈(16)는 전반사미러(14)로부터의 입사광을 제1 다이크로익 미러(18)에 집속시키게 된다. 제1 다이크로익 미러(18)는 입사광 중 청색영역의 광을 투과시킴과 아울러 청색광 보다 긴 파장을 가지는 녹색영역 및 적색영역의 광을 반사시키게 된다.

그리고, 도 1에 도시된 액정 프로젝터의 광학계는 제1 다이크로익 미러(18)와 적색 액정패널(26R) 사이에 배열된 제2 다이크로익미러(20), 제1 편광필름(22R), 제1 편광분리프리즘(Polarizing Beam Sprite Prism;이하 "PBSP"라 함)(24R)과, 제2 다이크로익 미러(20)와 녹색 액정패널(26G) 사이에 배열된 제2 편광필름(22G) 및 제2 PBSP(24G)와, 제1 다이크로익 미러(18)와 청색 액정패널(26B) 사이에 배열된 제1 릴레이렌즈(27), 제2 전반사미러(28), 제2 릴레이렌즈(29), 제3 편광필름(22B), 제3 PBSP(24B)와, 제1 내지 제3 PBSP(24R, 24G, 24B) 사이에 배치된 다이크로익 프리즘(30)과, 다이크로익 프리즘(30)의 광출사면에 대면되게 설치되는 투사렌즈(32)를 더 구비한다. 제2 다이크로익 미러(20)는 제1 다이크로익 미러(18)에서 반사되어 입사되는 광 중 녹색영역의 광은 반사시켜 제2 편광필름(22G) 쪽으로 진행되게 하고, 적색영역의 광은 투과시켜 제1 편광필름(22R) 쪽으로 진행되게 한다. 제2 전반사미러(28)는 제1 다이크로익미러(18)에서 투과되어 입사되는 청색영역의 광을 반사시켜 제3 편광필름(22B) 쪽으로 진행되게 한다. 이 경우, 제1 및 제2 릴레이렌즈(27, 29)는 필드렌즈로서 청색영역 광의 결상점을 릴레이하여 청색 액정패널(26B)에 재결상시키게 된다. 제1 내지 제3 편광필름(22R, 22G, 22B) 각각은 입사광 중 자신의 광축과 평행한 S편광만을 투과시켜 제1 내지 제3 PBSP(24R, 24G, 24B) 각각으로 진행되게 한다. 제1 내지 제3 PBSP(24R, 24G, 24B) 각각은 제1 내지 제3 편광필름(22R, 22G, 22B)에서 투과되어 입사되는 적, 녹, 청색 S편광을 반사시켜 적, 녹, 청 액정패널(26R, 26G, 26B) 각각으로 진행되게 한다. 또한, 제1 내지 제3 PBSP(24R, 24G, 24B) 각각은 적, 녹, 청 액정패널(26R, 26G, 26B) 각각에서 화상정보를 얻어 P편광으로 변환된 적, 녹, 청색광을 투과시켜 다이크로익 프리즘(30) 쪽으로 진행되게 한다. 적, 녹, 청 액정패널(26R, 26G, 26B) 각각은 반사형 액정패널로서 제1 내지 제3 PBSP(24R, 24G, 24B)에서 반사되어 입사되는 S편광을 영상신호에 따라 P편광으로 변환함으로써 화상을 구현하게 된다.

다이크로익 프리즘(30)은 적색, 녹색 및 청색용 액정패널(26R, 26G, 26B)에서 각각 화상의 정보를 얻어 입사되는 적, 녹, 청색광을 합성하여 출사면을 통해 투사렌즈(32)로 쪽으로 출사시키게 된다. 제1 및 제3 PBSP(24R, 24B)와 다이크로익 프리즘(30) 사이에는 제1 및 제2 PBSP(24R, 24B)로부터의 P편광을 S편광으로 변환하기 위한 제1 및 제2 편광변환필름(도시하지 않음) 각각이 배치된다. 이에 따라, 다이크로익 프리즘(30)은 제1 및 제2 편광변환필름을 경유하여 입사되는 S편광 성분의 적색광 및 청색광을 투사렌즈(32) 쪽으로 반사시킴과 아울러 제2 PBSP(24G)를 경유하여 입사되는 P편광 성분의 녹색광을 투사렌즈(32) 쪽으로 투과시킴으로써 적, 녹, 청색의 화상을 합성하게 된다. 투사렌즈(32)는 다이크로익 프 리즘(30)으로부터 입사되는 화상을 스크린에 확대 투사하게 된다.

이러한 구성을 가지는 종래의 액정 프로젝터는 3매의 액정패널을 채용함에 따라 광원으로부터의 백색광을 적, 녹, 청색으로 분리하기 위하여 복수개의 다이크로익미러를 필요로 한다. 또한, 종래의 액정 프로젝터는 반사형 액정패널을 사용함에 따라 그 반사형 액정패널을 기준으로 입출사광의 경로를 다르게 하는 복수개의 편광분리프리즘을 필요로 한다. 이렇게 3매의 반사형 액정패널을 사용하는 종래의 액정프로젝터의 광학계에서는 필요로 하는 광학부품수가 많음에 따라 광학계의 크기가 증가하게 됨으로써 광학계의 전장길이에 비례하는 시스템의 두께를 줄이는데 한계가 있어 박형화가 어려운 문제점이 있었다.

이에 따라, 최근에는 광학계의 전장길이를 줄이고자 색분리부를 색합성부 및 투사렌즈계의 윗층에 배치한 2층 구조를 가지는 광학계가 제안되어졌다. 그러나, 이 2층 구조의 광학계 역시 종래의 광학계와 같이 많은 수의 광학부품을 채용함에 따라 광학계의 크기를 줄이는데는 한계가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 광학부품수를 줄임과 아울러 광학계의 크기 및 전장길이를 줄일 수 있도록 한 액정 프로젝터의 광학계를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 액정 프로젝터 광학계는 제1 색화상을 표시하기 위한 제1 액정패널과, 제2 및 제3 색화상을 순차적으로 표시하기 위한 제2 액정패널과, 광원으로부터의 백색광을 하나의 선편광으로 변환하기 위한 조 명부와, 조명부로부터의 선편광을 파장에 따라 선택적으로 편광변환하기 위한 컬라셀렉터와, 선편광에 따라 제1 및 제2 액정패널에 입사되게 함과 아울러 제1 및 제2 액정패널에서 칼라화상정보를 얻어 색광을 합성하여 출사시키기 위한 다이크로익 프리즘과, 다이크로익 프리즘과 제2 액정패널 사이에 배치되어 시간 순차적으로 색을 분리하기 위한 색분리수단을 구비한다.

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

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 도 2 내지 도 4b를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 액정프로젝터의 광학계를 도시한 평면도이다. 도 2를 참조하면, 액정프로젝터의 광학계는 제1 및 제2 플라이아이렌즈(Fly Eye Lens;이하 "FEL"라 함)(32A, 32B)와, 편광분리프리즘(Polarizing Beam Sprite Array;이하 "PBS 어래이"라 함)(34)을 구비하여 광원(30)으로부터의 백색광을 제1 내지 제2 액정패널(52G, 52RB)에 균일하고 효율적으로 조사되게 하는 조명부와, 광분리 및 합성을 위한 다이크로익 프리즘(40)과, 상기 조명부와 다이크로익 프리즘(40) 사이의 광경로 상에 배치된 칼라셀렉트(38) 및 집광레즈(36)와, 다이크로익 프리즘(40)과 제2의 액정패널(52RB) 사이에 배치된 칼라휠(50) 및 다이크로익 프리즘(40)에서 합성된 광의 출사측에 배치된 투사렌즈(54)를 구비한다. 광원(30)에서 출사된 백색광은 제1 FEL(32A) 쪽으로 진행하게 된다. 제1 FEL(32A)은 입사광을 셀(cell) 단위로 분할하여 제2 FEL(32B)의 각 렌즈 셀에 포커싱되게 한다. 제2 FEL(32B)은 입사광을 특정한 부분에 대한 평행광으로 변환하게 된다.

PBS 어래이(34)는 제2 FEL(32B)과 일체화되어 입사광을 어느 하나의 광축을 가지는 P편광과 S편광으로 분리하고 PBS 어래이(34)의 배면에 부분적으로 부착된 1/2파장판(도시하지 않음)은 투과된 P편광을 S편광으로 변환하게 되고, 집광렌즈(36)를 통해 광을 집속시킨다. 이러한 조명부는 입사광이 모두 한 방향의 선편광 즉, S편광으로 변환되게 하여 제1 및 제2 액정패널(52G, 52RB)에 균일하게 입사되게 함으로써 광효율을 향상시키게 된다. 칼라셀렉트(38)는 PBS 어래이(34)에서 입사되는 S편광을 파장영역에 따라 선택적으로 편광변환되게 한다. 예를 들면, 칼라셀렉트(38)는 녹색광을 90도 회전시킴으로써 P편광이 S편광으로 변환되게 하고, 적색광 및 청색광은 그대로 P편광을 유지한 채 투과되게 한다.

다이크로익 프리즘(40)은 편광분리면(42)을 이용하여 칼라셀렉터(38)로부터 입사되는 S편광을 제1 액정패널(52G)로 반사시키고, 칼라셀렉터(38)로부터 입사되는 P편광을 제2 액정패널(52RB)로 투과시킴과 아울러, 제1 액정패널(52G)로부터 출사되는 P편광의 녹색정보를 투사렌즈(54) 쪽으로 투과시키고, 제2 액정패널(52RB)로부터 출사되는 S편광의 적색 및 청색의 화상정보를 투사렌즈(54) 쪽으로 반사시킨다.

칼라휠(50)은 모터(도시하지 않음)의 구동력에 의해 회전하면서 적색(Red) 및 청색(Blue)의 색광을 순차적으로 투과시킨다. 이를 위하여 칼라휠(50)은 도 3과 같이 적색광을 투과시키기 위한 적색필터(46)와 청색광을 투과시키기 위한 청색필터(48)를 구비한다. 제2 액정패널(52RB)이 적색화상을 표시하는 경우 칼라휠(50)이 모터(도시하지 않음)에 의해 구동되어 적색필터(46)가 광경로상에 위치되게 된다. 제2 액정패널(52RB)은 입력되는 적색용 화상정보에 의해 적색필터(46)를 통해 투과되는 P편광을 S편광으로 변환시켜 출사시킨다. 그 다음 제2 액정패널(52RB)은 입력되는 청색용 화상정보를 표시하는 경우 칼라휠(50)이 모터(도시하지 않음)에 의해 구동되어 청색필터(48)가 광경로상에 위치되게 된다. 제2 액정패널(52RB)은 입력되는 청색용 화상정보에 의해 청색필터(48)를 통해 투과되는 P편광을 S편광으로 변환시켜 출사시킨다. 제1 액정패널(52G)은 다이크로익 프리즘(40)으로부터 반사되어 입사되는 S편광을 P편광으로 변환하여 출사시킨다.

이러한, 제1 액정패널(52)과 제2 액정패널(52RB)에서 한 프레임의 영상을 표시하기 위한 구동시간은 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 제1 액정패널의 1 프레임 구동시간동안 구동되어 녹색화상을 표시하는 반면에 제2 액정패널은 1/2프레임 구동되어 적색 및 청색화상을 순차적으로 표시하게 된다.

따라서, 다이크로익 프리즘(40)은 평광분리면(42)으로 입사되는 적색 S편광 및 청색 S편광을 투사렌즈(54) 쪽으로 반사시킴과 아울러 평광분리면(42)으로 입사되는 녹색 P편광을 투사렌즈(54) 쪽으로 투과시킴으로써 영상신호에 따른 해당 색화상을 구현하게 된다. 이 경우, 제1 및 제2 액정패널(52G, 52RB) 각각은 입사되는 일측방향의 선편광을 화상정보에 따라 다른 방향의 선편광으로 변환하여 출사되게 한다. 투사렌즈계(54)는 다이크로익 프리즘(40)의 평광분리면(42)으로부터 입사되는 합성화상을 스크린에 확대 투사하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 프로젝터의 광학계는 칼라셀렉터 및 칼라휠을 이용하여 2매의 액정패널을 통해 칼라화상을 구현함으로써 종래의 3매의 액정패널을 이용한 액정프로젝터의 광학계보다 광학계의 크기 및 부품 수를 최소화하여 광학계의 전장길이를 줄일 수 있는 장점이 있다. 이에 따라, 액정프로젝터의 광학계의 박형화가 가능하고 제조단가를 절감시킬 수 있다.

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

제1 색화상을 표시하기 위한 제1 액정패널과,

제2 및 제3 색화상을 순차적으로 표시하기 위한 제2 액정패널과,

광원으로부터의 백색광을 하나의 선편광으로 변환하기 위한 조명부와,

상기 조명부로부터의 선편광을 파장에 따라 선택적으로 편광변환하기 위한 칼라셀렉터와,

상기 칼라셀렉터로부터 입사광의 선편광에 따라 상기 제1 및 제2 액정패널에 입사되게 함과 아울러 상기 제1 및 제2 액정패널에서 칼라화상정보를 얻어 색광을 합성하여 출사시키기 위한 다이크로익 프리즘과,

상기 다이크로익 프리즘과 제2 액정패널 사이에 배치되어 시간 순차적으로 색을 분리하기 위한 색분리수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정프로젝트의 광학계.
제 1항에 있어서,

상기 색분리 수단은 제1 색광을 투과시키는 제1 색필터와 제2 색광을 투과시키는 제2 색필터를 구비하고, 상기 제2 액정패널의 색화상구동 타이밍과 동기 되어 상기 제1 및 제2 색필터가 광경로상에 위치하게 구동되는 것을 특징으로 하는 액정프로젝트의 광학계.
제 2항에 있어서,

상기 색분리 수단은 칼라휠인 것을 특징으로 하는 액정프로젝트의 광학계.
제 1항에 있어서,

상기 제1 액정패널은 상기 다이크로익 프리즘으로부터의 화상정보에 따라 P편광으로 변환하여 출사시키며, 상기 제2 액정패널은 상기 다이크로익 프리즘으로부터의 화상정보에 따라 S편광으로 변환하여 출사시키는 것을 특징으로 하는 액정프로젝터의 광학계.