KR19980059933A - 투사형 표시장치 - Google Patents

Abstract

광 분리 효율을 증대시켜 콘트라스트를 높이는 편광 빔 분리기(PBS)를 이용한 투사형 표시장치에 관한 것으로서, 특히 입사광과 입사면의 입사각 허용도가 높은 이중 도브 프리즘형 PBS를 사용함으로써, P/S파 분리순도가 높아 투사형 표시장치에서 요구하는 P/S파 분리가 안정되고 정확하게 이루어지고, 광원에서 발생되는 P파와 S파 모두를 별도의 복잡한 광학계 구성없이 그리고, 빔의 손실없이 투사장치에 사용함으로써, 광효율이 좋아지므로 스크린상에 형성되는 최종 화상의 밝기가 높아지며, 픽셀별로 광의 투과량을 제어하여 화상을 형성함으로써, 투사장치의 광효율을 증대시킨다.

Description

투사형 표시장치

본 발명은 액정표시소자(Liquid Crystal Display ; LCD)를 이용한 투사형 표시장치에 관한 것으로서, 특히 광 분리 효율을 증대시켜 콘트라스트를 높이는 편광빔 분리기(Polariaing Beam Splitter ; PBS)를 이용한 투사형 표시장치에 관한 것이다.

현재 일반화되고 있는 광의 투과량을 제어하여 화상을 투사하는 장치는 광원에서 발생된 광을 P/S파로 분리한 다음 그중 하나를 선택하여 화상표시소자로 입사시키고 상기 화상표시소자에서 전기적인 영상신호에 따라 광의 투과량을 제어하여 화상을 형성한다.

도 1은 이러한 종래의 PBS를 이용한 투사형 표시장치의 블럭도이고, 도 2는 도 1의 광원(11), PBS(12), 반사거울(13), 및 λ/2판(14)을 확대한 블럭도로서, 광원(11)에서 발광되는 비편광 빔은 PBS(12)로 입사되어 P파와 S파로 분리된다.

상기 PBS(12)는 글래스 2매를 접합하여 이루어지는데, P파는 그대로 투과되고 S파는 반사되어 P파와 S파가 분리되도록 접합면에 PBS 코팅되어 있다.

즉, 입사되는 빔중 P파는 PBS(12)를 그대로 통과하여 집광렌즈(15)로 입사된다.

그러나, S파는 반사되어 반사거울(13)로 입사되고, 반사거울(13)에서 다시 반사된 후 λ/2판(14)에서 P파로 변환되어 상기 집광렌즈(15)로 입사된다.

이때, 상기 집광렌즈(15)는 볼록렌즈(15a)와 오목렌즈(15b)로 구성되어 모두 P파로 바뀐 입사빔을 평행광으로 집속시킨다.

그리고, 상기 집광렌즈(15)에서 평행광으로 출사되는 빔은 액정표시부(16)로 입사된다.

상기 액정표시부(16)는 제 1편광판(16a)과 제 2편광판(16c) 및 제 1, 제 2 편광판(16a, 16c) 사이에 설치된 액정판넬(16b)로 이루어져, 입사빔을 선택적으로 투과시킴에 의해 화상을 형성한다.

즉, 상기 액정표시부(16)는 전압이 가해진 액정 셀은 입사되는 빔을 그대로 투과시키고, 전압이 가해지지 않은 액정 셀은 트위스트되어 반사시키는 셔터와 같은 역할을 하므로, 상기 편광된 P파는 전압이 가해진 액정 셀 부분만 통과해 투사렌즈(17)로 입사된다.

상기 투사렌즈(17)는 상기 액정표시부(16)를 통과하는 빔을 스크린(도시되지 않음)에 확대 투사한다.

이때, 투영 사이즈의 결정은 투사렌즈(17)의 초점 거리 및 투영 거리에 의해 결정된다.

그러나, 상기 PBS는 빔이 편광 빔 분리면의 법선과 45°방향으로 입사되는 직각형 PBS로서, 입사각 의존성을 가지므로 입사각(45°)이 조금만 벗어나도 P/S파 분리성능이 떨어진다.

이는 결국 유효광량이 떨어지는 것이므로 투사형 프로젝터의 휘도가 떨어진다.

특히, 일정 길이나 일정 스파크 갭을 갖는 광원에서 발생된 광은 파라볼라 반사경을 사용한다 하더라도 평행광을 만들 수는 없다.

따라서, PBS의 입사면에 모든 광이 수직으로 입사되기가 매우 어려운데, 상기 PBS는 ±1°정도의 오차만 발생하여도 P/S파의 분리 성능이 떨어지므로 투사형 표시장치에서 요구하는 P/S파 분리가 이루어지지 않는다.

이와같이 직각형 PBS를 이용한 종래의 투사형 표시장치는 직각형 PBS가 입사각 의존도가 크므로 콘트라스트가 저하되어 휘도가 떨어지고 따라서, 스크린의 선명도가 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 상기 광원에서 발생된 광을 PBS에서 분리하여 그중 하나(예컨대, P파)만을 사용하기 때문에 광량이 적어도 50% 이상 손실되어 광효율이 떨어지고 이는 스크린상에 형성되는 최종 화상의 밝기가 떨어져 주위가 밝을때는 사용자로 하여금 시청감을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.

따라서, 이를 해결하기 위하여 PBS에서 분리된 P/S파를 모두 사용하여 광효율을 증가시키는 특허가 USP 5,278,680, USP 5,303,083에 개시되어 있다.

그런데, 상기 특허 USP 5,278,680, USP 5,303,083는 P/S파를 모두 쓰기 위하여 액정표시부로 입사하기전에 복잡한 광학계 구성을 가지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 광원에서 발생된 빔이 PBS의 비스듬한 경사면으로 입사되도록 PBS를 구성함으로써 입사광과 입사면의 허용 입사각도 범위를 넓혀 콘트라스트를 높이는 투사형 표시장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 광원에서 발생된 빔이 PBS의 비스듬한 경사면으로 입사되도록 PBS를 구성하여 P/S파 모두를 사용함으로써, 복잡한 광학계 구성없이 광분리 및 광 효율을 증대시키는 투사형 표시장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 픽셀별로 광의 투과량을 제어하여 화상을 형성함으로써, 투사장치의 광 효율을 증대시키는 투사형 표시장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1실시예에 따른 투사형 표시장치의 특징은, 비편광된 백색광을 발광하는 광원과, 도브형 프리즘 2매를 접합하고 접합면에 편광 빔 분리를 위한 광학 코팅을 하여 형성하고, 빔은 도브형 프리즘의 비스듬한 경사면으로 입사 또는 출사되도록 하며, 입사되는 빔의 편광 방향에 따라 입사빔을 통과 또는 반사시키는 PBS와, 상기 PBS에서 반사되는 광선의 경로상에 설치되어 PBS로부터 입사되는 광을 3원색으로 분리하거나 PBS로 입사되는 각 3원색의 영상광을 합성하는 상측 다이크로익 미러와, 상기 PBS를 통과하는 광선의 경로상에 설치되어 PBS로부터 입사되는 광을 3원색으로 분리하거나 PBS로 입사되는 각 3원색의 영상광을 합성하는 하측 다이크로익 미러와, 상기 상, 하측 다이크로익 미러에 의해 분리된 3색광의 각 광로상에 배치되어 각 색광에 대응하는 화상을 생성하는 투과형 액정표시부와, 상기 투과형 액정표시부로부터의 각 영상광이 상, 하측 다이크로익 미러, PBS를 거쳐 입사되면 입사각도에 따른 영상의 수차를 제거하는 필드 렌즈와, 영상의 수차가 제거된 광을 스크린에 결상시키는 프로젝션 렌즈를 포함하여 구성되는데 있다.

본 발명의 제 2실시예에 따른 투사형 표시장치의 특징은, 비편광된 백색광을 발광하는 광원과, 도브형 프리즘 2매를 접합하고 접합면에 편광 빔 분리를 위한 광학 코팅을 하여 형성하고, 빔은 도브형 프리즘의 비스듬한 경사면으로 입사 또는 출사되도록 하며, 입사되는 빔의 편광 방향에 따라 입사빔을 통과 또는 반사시키는 PBS와, 상기 PBS를 반사 및 통과하는 광선의 경로상에 배치되어 전극이 가해진 셀에 입사된 빔만을 반사시켜 화상을 생성하는 반사형 액정표시부와, 상기 반사형 액정표시부로부터의 각 영상광이 PBS에서 다시 통과 및 반사되어 입사되면 입사각도에 따른 영상의 수차를 제거하는 필드 렌즈와, 영상의 수차가 제거된 광을 스크린에 결상시키는 프로젝션 렌즈를 포함하여 구성되는데 있다.

도 1은 종래의 직각형 편광 빔 분리기(PBS)를 이용한 투사형 표시장치의 광학계 구성도

도 2는 도 1의 직각형 PBS의 광 경로를 상세하게 나타낸 상세 구성도

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이중 도브 프리즘형 PBS를 이용한 투사형 표시장치의 광학계 구성도

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 이중 도브 프리즘형 PBS를 이용한 투사형 표시장치의 광학계 구성도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

31 : 광원 32 : PBS

32a : 제 1면 32b : 제 2면

32c : 제 3면 32d : 제 4면

32e : 편광 빔 분리면 33 : 상측 다이크로익 미러

34 : 하측 다이크로익 미러 35 : 액정 표시부

35a, 35c : 마이크로 렌즈 어레이 35b : 액정판넬

36 : 필드렌즈 37 : 프로젝션 렌즈

38 : 스크린

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1실시예

도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 투사형 표시장치의 광학계 구성도로서, 비편광된 백색광을 발광하는 광원(31), 일정한 각도로 경사지게 설치되어 비스듬한 경사면으로 입사되는 비편광 빔을 편광 방향에 따라 통과 또는 반사시켜 P/S파를 분리하는 이중 도브 프리즘형 PBS(32), 상기 PBS(32)의 제 3면(32c)을 통과하는 광선의 경로상에 설치되어 광의 색 분리 및 혼합에 이용되는 상측 다이크로익 미러(33), 상기 PBS(32)의 제 4면(32d)을 통과하는 광선의 경로상에 설치되어 광의 색 분리 및 혼합에 이용되는 하측 다이크로익 미러(34), 상기 상, 하측 다이크로익 미러(33,34)에 의해 분리된 3색광의 각 광로상에 배치되어 각 색광에 대응하는 화상을 생성하는 투과형 액정표시부(35), 상기 투과형 액정표시부(35)로부터의 각 영상광이 반대편 다이크로익 미러(33,34)에서 합성된 후 PBS(32)에서 반사 또는 통과되면, 반사 또는 통과되는 광의 입사각도에 따른 영상의 수차를 제거하는 필드 렌즈(37), 및 영상의 수차가 제거된 광을 스크린(39)에 확대 투사하는 프로젝션 렌즈(38)로 구성된다.

상기 액정 표시부(35)는 액정판넬(35b) 앞뒤로 액정 셀과 1:1 대응되는 마이크로렌즈 어레이(35a, 35c)를 설치하는데, 마이크로렌즈 어레이(35a, 35c)의 촛점위치에 상기 액정판넬(35b)를 위치시켜, 입사빔이 광손실없이 전압이 가해진 액정 셀을 통과하도록 한다.

상기 PBS(32)는 입사각의 의존성을 줄이기 위해, 즉 45°보다 더 큰 각도의 입사각을 갖기 위해 일정한 각도로 경사지게 설치되어, 입사각의 허용범위를 늘린다.

즉, PBS(32)는 이등변 삼각형 형태를 갖는 도브형 프리즘 2매를 접합하고 그 접합면(32e)에 편광 분리를 위한 광학 코팅을 하여 구성하며, 편광 빔 분리면(32e)이 수평방향으로 형성된다.

이때, 상기 이중 도브 프리즘형 PBS(32)는 직각형 PBS보다 입사각도 오차허용 범위가 넓어 입사각도의 변화에 따른 콘트라스트 저하가 거의 없다.

즉, 상기 도브 프리즘형 PBS(32)는 광원(31) 또는 상, 하 다이크로익 미러(33, 34)으로부터 비스듬한 경사면 예컨대, 제 1면(32a), 제 3면(32c), 제 4면(32d)으로 빔이 입사되므로, 입사되는 빔은 공기와 비스듬한 경사면 사이의 굴절율 차에 의해 한번 굴절을 일으킨 후 편광 빔 분리면(32e)으로 입사되고, 상기 편광 빔 분리면(32e)에서 반사 또는 통과되는 빔도 경사면과 공기 사이의 굴절율 차에 의해 다시 한번 굴절을 일으킨 후 출사된다.

이와같이, 상기 도브형 프리즘은 출사시 높은 유리에서 굴절율이 낮은 공기로 향하는 내부반사이므로 입사각과 출사각이 같아져 분산이 수반되지 않는다. 즉, 입사각과 출사각이 같다.

따라서, 도브형 프리즘은 분산이 파장(λ)에 무관하게 되므로 입사빔의 파장 의존성이 없어 파장이 바뀌어도 출사 경로가 일정해지게 되는 장점을 갖는다.

그리고, 입사빔의 유효편광 각도의 변화를 종래와 비교해보면, 종래에는 입사각(θo)=45°에 고정되어 유효편광각도는 45°를 기준으로 ±1° 정도밖에 갖지 못하였으나, 본 발명은 프리즘의 입사면에 90°로 입사시키지 않고 굴절이 일어나도록 비스듬히 입사시키므로 입사빔의 굴절각의 크기에 의해 입사각 θo을 맞추게 되므로 45°보다 큰 입사각을 가질 수 있다.

즉, 입사각θo은 PBS 코팅막 설계시 45°이상이 되도록 설계한다.

이때, 스넬의 법칙에 의해 Sin·θin=n·Sin·θa이고,

코팅막 설계시 결정하는 θ와 프리즘의 꼭지가 r에 의해 θa가 결정된다.

결국, θin은 상기 스넬의 법칙에 의해 프리즘의 굴절율과 θa에 의해 정할 수 있다.

그리고, 결정된 θin을 맞추어 광을 입사하면 빔은 θa만큼 굴절되어 θ의 크기를 가지고 코팅면에 입사되고 광학 코팅막의 성질에 의해 P파는 모두 투과되고 S파는 모두 반사되어 P/S파가 분리된다.

이때, θ의 크기는 광학 코팅 설계시 굴절율을 조절함에 따라 종래의 45°보다 크게 설계할 수 있으므로 종래 고정된 45°보다 큰 유효편광 분리 각도를 갖는다.

실제 θin을 45°로 하면 θ는 약55°이상을 얻게 되므로 종래에 비해서는 훨씬 큰 허용범위를 갖게되며, 이 각도는 필요에 의해 더 크게 설계할 수 있다.

이에따라 θin만 적절하게 구해 이 각도만 맞추면 편광분리를 할 수 있게 된다.

또한, 상기 PBS(32)는 4면을 모두 사용하여 공간활용을 효율적으로 이용하는데, 광원(31)으로부터 발광된 빔이 입사되는 면을 제 1면(32a), 액정표시부(35)를 거쳐 형성된 영상광이 반사 또는 투과되어 필드 렌즈(37)로 출사되는 면을 제 2면(32b), 광원(31)으로부터 입사된 빔중 반사되는 S파가 나가는 면을 제 3면(32c), 광원(31)으로부터 입사된 빔중 통과되는 P파가 나가는 면을 제 4면(32d)이라 가정한다.

이와같이 구성된 본 발명은 광원(31)에서 비편광된 백색광이 발광되어 PBS(32)로 입사되면, P파는 통과되는 S파는 반사되어 P/S파 분리가 이루어진다.

이때, 상기 PBS(32)는 직각형이 아니라 일정한 각도로 경사진 이중 도브 프리즘형 PBS로서, 이등변 삼각형 모양으로 된 도브형 프리즘 2매를 접합하고 그 접합면에 편광 빔 분리를 위한 광학 코팅을 하여 구성되며, 직각형 PBS보다 입사각도 오차허용 범위가 넓어 입사각도의 변화에 따른 콘트라스트 저하가 거의 없다.

상기 도브형 프리즘은 출사시 높은 유리에서 굴절율이 낮은 공기로 향하는 내부반사이므로 입사각과 출사각이 같아져 분산이 수반되지 않는다. 즉, 입사각과 출사각이 같다.

따라서, 상기 도브형 프리즘은 분산이 파장(λ)에 무관하게 되므로 입사빔의 파장 의존성이 없어 파장이 바뀌어도 출사 경로가 일정하게 되는 장점을 갖는다.

그러므로, 상기 도브형 프리즘을 이용한 본 발명의 도브 프리즘형 PBS(32)의 입사빔의 유효편광 각도의 변화를 종래와 비교해보면, 종래에는 입사각(θo)=45°에 고정되어 유효편광각도는 45°를 기준으로 ±1°정도밖에 갖지 못하였으나, 본발명은 프리즘의 입사면에 90°로 입사시키지 않고 굴절이 일어나도록 비스듬히 입사시키므로 입사빔의 굴절각의 크기에 의해 입사각 θo을 맞추게 되므로 45°보다 큰 입사각을 가질 수 있다.

즉, 상기 광원(31)에서 발광하여 PBS(32)로 입사되는 광빔중 S파는 편광 빔 분리면(32e)에서 반사되어 제 3면(32c)을 통해 상측 다이크로익 미러(32)로 입사되고, P파는 편광 빔 분리면(32e)를 통과하여 제 4면(32d)를 통해 하측 다이크로익 미러(34)로 입사된다.

상기 PBS(32)의 제 3면(32c)을 통과하는 광선의 경로상에 설치되는 상기 상측 다이크로익 미러(33)는 상기 PBS(32)에서 반사되는 S파의 광을 적, 녹 및 청색의 3원색광으로 각각 분리하여 투과형 액정표시부(35)로 반사시킨다.

한편, 상기 PBS(32)의 제 4면(32d)을 통과하는 광선의 경로상에 설치되는 상기 하측 다이크로익 미러(34)는 상기 PBS(32)를 통과하는 P파의 광을 적, 녹 및 청색의 3원색광으로 각각 분리하여 투과형 액정표시부(35)로 반사시킨다.

이때, 상기 액정 표시부(35)의 입사측에 설치되는 액정셀과의 1:1 대응 마이크로렌즈 어레이는 전압이 가해진 각 셀로 입사되는 평행빔을 촛점이 맺도록 집광하므로, 그 위치에 액정판넬(32b)을 위치시키면, 입사광은 광 손실없이 그대로 액정셀을 통과한다.

또한, 상기 액정 표시부(35)의 출사측에 설치되는 액정셀과의 1:1 대응 마이크로 렌즈 어레이는 전압이 가해진 액정 셀을 통과하는 광을 다시 평행광으로 만들어 해당 다이크로익 미러(33, 34)로 입사시킨다.

이때, 상기 액정 표시부(35)의 액정 패널(32b)은 투과형 TFT-LCD로서, 분리된 3원색광이 입사되는 마이크로렌즈 어레이의 촛점 위치에 액정판넬(32b)을 위치시킨다.

따라서, 상기 상, 하측 다이크로익 미러(33, 34)에서 각각 R, G, B 분리된 빔은 TFT-LCD(32b)에 일체로 형성된 마이크로렌즈 어레이(32a, 32c)에 의해 각각 집광되어 R, G, B별로 형성된 각 픽셀로 입사되고, 각 픽셀별로 투과되는 투과량을 제어하므로서 풀칼라를 구현한다.

여기서, 마이크로 렌즈 어레이는 정확한 픽셀 위치에 포커싱을 하기 위해 설치된다.

즉, 상측 다이크로익 미러(33)에서 분리된 S파의 3색광은 액정 표시부(35)를 통해 하측 다이크로익 미러(34)로 입사되고, 하측 다이크로익 미러(34)에서 분리된 P파의 3색광은 액정 표시부(35)를 통해 상측 다이크로익 미러(33)로 입사된다.

따라서, 상기 하측 다이크로익 미러(34)는 상기 액정 표시부(35)를 선택적으로 투과하는 S파의 각 3색 영상광을 합성하여 PBS(32)의 제 4면(32d)으로 입사시키고, 상측 다이크로익 미러(33)는 상기 액정 표시부(35)를 선택적으로 투과하는 P파의 각 3색 영상광을 합성하여 PBS(32)의 제 3면(32c)으로 입사시킨다.

이때, 상기 PBS(32)의 제 3면(32c)으로 입사되는 영상광은 P파이므로 편광 빔 분리면(32e)을 통과하여 제 2면(32b)을 통해 필드렌즈(37)로 입사된다.

한편, PBS(32)의 제 4면(32d)으로 입사되는 영상광은 S파이므로 편광 빔 분리면(32e)에서 반사되어 제 2면(32b)을 통해 필드렌즈(37)로 입사된다.

즉, S파의 P파는 같은 경로를 거쳐 필드렌즈(37)로 입사되며, 광원(31)에서 발생된 P파와 S파가 모두 필드렌즈(37)로 입사된다.

상기 필드렌즈(37)는 상기 PBS(32)에서 반사 및 통과되는 광의 입사각도에 따른 영상의 수차를 제거하여 프로젝션 렌즈(38)로 출력하고, 프로젝션 렌즈(38)는 상기 영상 수차가 제거된 광은 스크린(39)에 확대 투사한다.

이때, 투영 사이즈의 결정은 프로젝션 렌즈(38)의 초점 거리 및 투영 거리에 의해 결정된다.

이와같이 본 발명의 제 1실시예는 광원에서 발생되는 P파와 S파를 모두 사용할 뿐만 아니라 P/S파의 분리효율을 극대화하여 로스를 최대한 줄이므로 광 효율이 크게 향상된다.

제2실시예

도 4는 본 발명의 제 2실시예에 따른 PBS를 이용한 투사형 표시장치의 광학계 구성도로서, 비편광된 백색광을 발광하는 광원(41), 일정한 각도로 경사지게 설치되어 비스듬한 경사면으로 입사되는 비편광 빔을 편광 방향에 따라 통과 또는 반사시켜 P/S파로 분리하는 이중 도브 프리즘형 PBS(42), 상기 PBS(42)를 통과 또는 반사하는 광선의 경로상에 설치되는 반사형 액정 표시부(43), 상기 액정 표시부(43)에서 선택적으로 반사되는 영상광이 PBS(42)로 입사되어 편광 방향에 따라 반사 및 통과되면, 반사 및 통과되는 광의 입사각도에 따른 영상의 수차를 제거하는 필드 렌즈(44), 및 영상의 수차가 제거된 광을 스크린(46)에 확대 투사하는 프로젝션 렌즈(45)로 구성된다.

상기 반사형 액정 표시부(43)는 액정판넬(43b) 전면에 액정 셀과 1:1 대응되는 마이크로렌즈 어레이(43a)를 설치하는데, 마이크로 렌즈 어레이(43a)의 촛점위치에 상기 액정판넬(43b)을 위치시켜, 입사빔이 광손실없이 전압이 가해진 액정 셀을반사하도록 한다.

상기 PBS(42)는 본 발명의 제 1실시예의 PBS와 동일한 PBS이므로 제 1실시예를 참조하고 상세한 설명을 생략한다.

이때, 상기 PBS(42)는 4면을 모두 사용하여 공간활용을 효율적으로 이용하는데, 광원(41)으로부터 발광된 빔이 입사되는 면을 제 1면(42a), 액정표시부(43)를 거쳐 형성된 영상광이 반사 또는 투과되어 필드 렌즈(44)로 출사되는 면을 제 2면(42b), 광원(41)으로부터 입사된 빔중 반사되는 S파가 나가는 면을 제 3면(42c), 광원(41)으로부터 입사된 빔중 통과되는 P파가 나가는 면을 제 4면(42d)이라 가정한다.

이와같이 구성된 본 발명의 제 2실시예는 광원(41)에서 비편광된 백색광이 발광되어 PBS(42)로 입사되면, P파는 통과되는 S파는 반사되어 P/S파 분리가 이루어진다.

이때, 상기 PBS(42)는 직각형이 아니라 일정한 각도로 경사진 이중 도브 프리즘형 PBS로서, 이등변 삼각형 모양으로 된 도브형 프리즘 2매를 접합하고 그 접합면에 편광 분리를 위한 광학 코팅을 하여 구성되며, 직각형 PBS보다 입사각도 오차허용 범위가 넓어 입사각도의 변화에 따른 콘트라스트 저하가 거의 없다.

즉, 상기 광원(41)에서 발광하여 PBS(42)로 입사되는 광빔중 S파는 편광 빔분리면(42e)에서 반사되어 제 3면(42c)을 통해 반사형 액정 표시부(43)로 입사되고, P파는 편광 빔 분리면(43e)를 통과하여 제 4면(42d)를 통해 액정 표시부(43)로 입사된다.

이때, 상기 액정 표시부(43)의 입사측에 설치되는 액정셀과의 1:1 대응 마이크로렌즈 어레이(43a)는 전압이 가해진 각 셀로 입사되는 평행빔을 촛점이 맺도록 집광하므로, 그 위치에 액정판넬(43b)을 위치시키면, 입사광은 광 손실없이 그대로 전압이 가해진 액정셀을 반사한다.

상기 전압이 가해진 셀에서만 반사되는 영상광은 다시 마이크로 렌즈 어레이(43a)로 입사되고, 마이크로 렌즈 어레이(43a)는 반사되는 영상광을 다시 평행광으로 만들어 PBS(42)로 입사시킨다.

이때, 상기 액정 표시부(43)의 액정 판넬(43b)은 반사형 TFT-LCD로서, 칼라 필터가 내장되어 있다고 가정한다.

여기서, 마이크로 렌즈 어레이(43a)는 정확한 픽셀 위치에 포커싱을 하기위해 설치된다.

즉, PBS(42)에서 반사되는 S파는 액정 표시부(35)에서 선택적으로 반사되어 PBS(42)의 제 4면(43d)으로 입사되고, PBS(42)를 통과하는 P파는 액정 표시부(43)에서 선택적으로 반사되어 PBS(42)의 제 3면(42c)으로 입사된다.

이때, 상기 PBS(42)의 제 3면(42c)으로 입사되는 P파의 영상광은 편광 빔 분리면(42e)을 통과하여 제 2면(42b)을 통해 필드렌즈(44)로 입사된다.

또한, PBS(42)의 제 4면(42d)으로 입사되는 S파의 영상광은 편광 빔 분리면(42e)에서 반사되어 제 2면(42b)을 통해 필드렌즈(44)로 입사된다.

즉, S파와 P파는 같은 경로를 거쳐 필드렌즈(44)로 입사되며, 광원(41)에서 발생된 P파와 S파가 모두 필드렌즈(44)로 입사된다.

상기 필드렌즈(44)는 상기 PBS(42)에서 반사 및 통과되는 광의 입사각도에 따른 영상의 수차를 제거하여 프로젝션 렌즈(45)로 출력하고, 프로젝션 렌즈(45)는 상기 영상 수차가 제거된 광을 스크린(46)에 확대 투사한다.

이때, 투영 사이즈의 결정은 프로젝션 렌즈(45)의 초점 거리 및 투영 거리에 의해 결정된다.

이와같이 본 발명의 제 2실시예도 광원에서 발생되는 P파와 S파를 모두 사용할 뿐만 아니라 P/S파의 분리효율을 극대화하여 로스를 최대한 줄이므로 광 효율이 크게 향상된다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 PBS를 이용한 투사형 표시장치에 의하면, 입사광과 입사면의 입사각 허용도가 높은 이중 도브 프리즘형 PBS를 사용함으로써, P/S파 분리순도가 높아 투사형 표시장치에서 요구하는 P/S파 분리가 안정되고 정확하게 이루어진다.

즉, 광분리 효율을 증대시켜 콘트라스트율을 높이므로 스크린의 선명도가 향상된다.

또한, 광원에서 발생되는 P파와 S파 모두를 빔의 손실없이 투사장치에 사용함으로써, 광효율이 좋아지므로 스크린상에 형성되는 최종 화상의 밝기가 높아진다.

또한, PBS를 이용하여 광원에서 발생되는 P파와 S파 모두를 투사장치에 사용함으로써, 별도의 복잡한 광학계 구성이 필요없으므로 광학계의 구성이 간단해지고 그만큼 비용도 절약할 수 있다.

또한, 픽셀별로 광의 투과량을 제어하여 화상을 형성함으로써, 투사장치의 광효율을 증대시킨다.

Claims (12)

1. 비편광된 백색광을 발광하는 광원과; 도브형 프리즘 2매를 접합하고 접합면에 편광 빔 분리를 위한 광학 코팅을 하여 형성하고, 빔은 도브형 프리즘의 비스듬한 경사면으로 입사 또는 출사되도록 하며, 입사되는 빔의 편광 방향에 따라 입사빔을 통과 또는 반사시키는 편광 빔 분리기와; 상기 편광 빔 분리기에서 반사되는 광선의 경로상에 설치되어 편광 빔 분리기로부터 입사되는 광을 3원색으로 분리하거나 편광 빔 분리기로 입사되는 각 3원색의 영상광을 합성하는 상측 색 분리 및 합성수단과; 상기 편광 빔 분리기를 통과하는 광선의 경로상에 설치되어 편광 빔 분리기로부터 입사되는 광을 3원색으로 분리하거나 편광 빔 분리기로 입사되는 각 3원색의 영상광을 합성하는 하측 색 분리 및 합성수단과; 상기 상, 하측 색 분리 및 합성수단에 의해 분리된 3색광의 각 광로상에 배치되어 각 색광에 대응하는 화상을 생성하는 투과형 액정표시부와; 상기 투과형 액정표시부로부터의 각 영상광이 상, 하측 색 분리 및 합성수단, 편광 빔 분리기를 거쳐 입사되면 입사각도에 따른 영상의 수차를 제거하는 필드 렌즈와; 영상의 수차가 제거된 광을 스크린에 결상시키는 프로젝션 렌즈를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 편광 빔 분리기의 도브형 프리즘은 이등변 삼각형 타입임을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 편광 빔 분리기는 광학 코팅막과 경계면으로 입사되는 입사빔을 45°보다 크게함을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 편광 빔 분리기는 상기 액정 표시부를 거쳐서 형성된 화상의 P/S파를 동일한 투사경로를 거쳐 필드렌즈로 입사시킴을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 액정 표시부는 투과형 액정판넬 앞뒤로 액정 셀과 1:1 대응되는 마이크로렌즈 어레이를 설치하는데, 마이크로렌즈 어레이의 촛점위치에 상기 액정판넬을 위치시킴을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 상측 색 분리 및 합성수단은 3판식 다이크로익 미러임을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 하측 색 분리 및 합성수단은 3판식 다이크로익 미러임을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
8. 비편광된 백색광을 발광하는 광원과; 도브형 프리즘 2매를 접합하고 접합면에 편광 빔 분리를 위한 광학 코팅을 하여 형성하고, 빔은 도브형 프리즘의 비스듬한 경사면으로 입사 또는 출사되도록 하며, 입사되는 빔의 편광 방향에 따라 입사빔을 통과 또는 반사시키는 편광 빔 분리기와; 상기 편광 빔 분리기를 반사 및 통과하는 광선의 경로상에 배치되어 전극이 가해진 셀에 입사된 빔만을 반사시켜 화상을 생성하는 반사형 액정표시부와; 상기 반사형 액정표시부로부터의 각 영상광이 편광 빔 분리기에서 다시 통과 및 반사되어 입사되면 입사각도에 따른 영상의 수차를 제거하는 필드 렌즈와; 영상의 수차가 제거된 광을 스크린에 결상시키는 프로젝션 렌즈를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 편광 빔 분리기의 도브형 프리즘은 이등변 삼각형 타입임을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
10. 제8항에 있어서, 상기 편광 빔 분리기는 광학 코팅막과 경계면으로 입사되는 입사빔을 45°보다 크게함을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
11. 제8항에 있어서, 상기 편광 빔 분리기는 상기 액정 표시부를 거쳐서 형성된 화상의 P/S파를 동일한 투사경로를 거쳐 필드렌즈로 입사시킴을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
12. 제8항에 있어서, 상기 액정 표시부는 투과형 액정판넬의 입사면에 액정 셀과 1:1 대응되는 마이크로렌즈 어레이를 설치하는데, 마이크로렌즈 어레이의 촛점위치에 상기 액정판넬를 위치시킴을 특징으로 하는 투사형 표시장치.