KR100716959B1 - Light source assembly and projection display device using the same - Google Patents
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Abstract
광원과, 광원에서 생성 출사된 광이 입사되는 입사면을 구비하며 입사면을 통하여 입사된 광 중 제1편광의 광은 진행시키고 제2편광의 광은 상입사면쪽으로 피드백시켜 편광을 변화시키는 편광 정렬유니트와, 입사면을 통하여 편광 정렬유니트로부터 나온 광을 반사시켜 입사면을 향하도록 하는 제1반사부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 어셈블리 및 이를 채용한 프로젝션 디스플레이장치가 개시되어 있다.And a light source and an incident surface to which light generated and emitted from the light source is incident, wherein the first polarized light propagates and the second polarized light is fed back toward the upper incident surface to change the polarized light. Disclosed is a light source assembly and a projection display device including the alignment unit and a first reflecting member for reflecting light from the polarization alignment unit through the incident surface to face the incident surface.
개시된 광원 어셈블리는 입사광을 파장에 관계없이 단일 편광의 광으로 바꿀 수 있어 높은 편광효율을 가지므로, 광손실을 최소화할 수 있다. 또한, 개시된 광원 어셈블리는 광원쪽에서 입사되는 빔의 크기를 그대로 유지시키는 구조를 가져 프로젝션 디스플레이장치에 채용시에도 광손실을 종래에 비해 줄일 수 있다. 따라서, 개시된 광원 어셈블리를 채용한 프로젝션 디스플레이장치는 고휘도를 달성할 수 있다.The disclosed light source assembly can convert incident light into a single polarized light irrespective of wavelength, and thus has a high polarization efficiency, thereby minimizing light loss. In addition, the disclosed light source assembly has a structure that maintains the size of the beam incident from the light source side as it is, it is possible to reduce the light loss even when employed in the projection display device. Thus, a projection display device employing the disclosed light source assembly can achieve high brightness.
Description
도 1은 종래의 프로젝션 디스플레이장치를 개략적으로 보인 도면,1 is a view schematically showing a conventional projection display device;
도 2는 본 발명에 따른 광원 어셈블리를 채용한 프로젝션 디스플레이장치를 개략적으로 보인 도면,2 is a schematic view of a projection display device employing a light source assembly according to the present invention;
도 3 내지 도 9는 본 발명의 제1 내지 제7실시예에 따른 광원 어셈블리를 개략적으로 보인 도면.3 to 9 schematically show a light source assembly according to the first to seventh embodiments of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
50...광원 어셈블리 51...광원50 ...
53,102,104,112,142,144...반사부재 55...파리눈 렌즈 어레이53,102,104,112,142,144 ...
57...콘덴싱 렌즈 70...화상생성/투사유니트57.Condensing Lens 70 ... Image Generation / Projection Unit
101,103,111,121,123,141...편광빔분할기101,103,111,121,123,141 ... polarization beam splitter
101a,103a,111a,121a,123a,141a...분할면 105,107,145...1/4파장판101a, 103a, 111a, 121a, 123a, 141a ... Divided surface 105,107,145 ... 1/4 wave plate
135...1/2파장판 In...입사면135 ... 1/2 Wavelength In ...
본 발명은 광원 어셈블리 및 이를 채용한 프로젝션 디스플레이장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광원에서 출사된 광을 단일 편광의 광으로 바꾸는 편광 정렬유니트의 구조를 개선하여 광 이용 효율을 높일 수 있도록 된 광원 어셈블리 및 이를 채용하여 고휘도를 달성할 수 있도록 된 프로젝션 디스플레이장치에 관한 것이다.The present invention relates to a light source assembly and a projection display device employing the same, and more particularly, a light source assembly capable of improving light utilization efficiency by improving a structure of a polarization alignment unit that converts light emitted from a light source into a single polarized light. And it relates to a projection display device that can achieve high brightness by employing this.
일반적으로, 프로젝션 디스플레이장치는 광원에서 조사된 광을 이용하여 디스플레이소자에 형성된 화상을 스크린에 투사시키는 장치이다. 프로젝션 디스플레이장치는 스크린에 화상이 투사되는 방향에 따라 전면투사형과 배면투사형이 있다. 또한, 프로젝션 디스플레이장치는 디스플레이소자의 타입에 따라 반사형과 투과형이 있다. 디스플레이소자로 투과형 또는 반사형 액정 디스플레이소자를 구비하는 프로젝션 디스플레이장치는 단일 편광의 광을 출력시키는 광원 어셈블리를 구비한다.In general, a projection display device is a device for projecting an image formed on a display element onto a screen by using light emitted from a light source. Projection display devices include a front projection type and a rear projection type depending on the direction in which the image is projected on the screen. In addition, the projection display apparatus has a reflection type and a transmission type according to the type of display element. A projection display device having a transmissive or reflective liquid crystal display element as a display element has a light source assembly for outputting light of a single polarization.
도 1을 참조하면, 종래의 프로젝션 디스플레이장치는 단일 편광의 광을 출력시키는 광원 어셈블리(10), 상기 광원 어셈블리(10)쪽에서 입사되는 광을 혼합하여 균일광이 되도록 하는 파리눈렌즈 어레이(35), 입사광을 집속하는 콘덴싱렌즈(37) 및 조사된 단일 편광의 광을 이용하여 디스플레이소자에 형성한 화상을 투사하는 화상생성/투사유니트(40)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, a conventional projection display apparatus includes a
상기 광원 어셈블리(10)는 광원(11) 및 상기 광원(11)에서 출사된 임의의 편광의 광 즉, 자연광을 단일 편광의 광으로 바꾸어주는 편광 정렬유니트로 이루어진다. 상기 광원(11)으로는 램프를 구비한다. 상기 램프 일측에는 상기 램프에서 조 사된 광을 반사시키도록 반사경이 마련되어 있다. 상기 반사경은 램프에서 출사된 광이 일 방향으로 진행하도록 안내한다.The
상기 편광 정렬유니트는, 편광빔분할기(20) 및 한쌍의 1/2파장판(31)(33)을 포함한다. 상기 편광빔분할기(20)는, 상기 광원(11)쪽에서 입사된 광 중 P편광의 광은 투과시키고 S편광의 광은 광축으로부터 멀어지는 방향으로 반사시키는 제1 및 제2분할면(21)(23)과, 상기 제1 및 제2분할면(21)(23)에서 각각 반사되어 입사되는 S편광의 광을 반사시켜 상기 P편광의 광과 나란히 진행하도록 하는 제1 및 제2반사면(25)(27)을 구비한다. 상기 1/2파장판(31)(33)은, 상기 제1 및 제2반사면(25)(27)에서 반사된 S편광의 광의 진행경로 상에 설치되어, S편광의 광을 90도 회전시켜 P편광의 광으로 바꾸어준다. 따라서, 상기 편광 정렬유니트는 상기 광원(11)에서 출사된 소정 파장의 광을 단일 편광의 광으로 만든다.The polarization alignment unit includes a
상기와 같은 편광 정렬유니트에서 출사되는 단일 편광으로 된 광은 파리눈 렌즈 어레이(35) 및 콘덴싱 렌즈(37) 등을 경유하여 화상생성/투사유니트(40)에 조사되고, 화상생성/투사유니트(40)는 조사된 광을 이용하여 디스플레이소자에 형성한 화상을 스크린(미도시)에 투사한다.The light of the single polarized light emitted from the polarization alignment unit as described above is irradiated to the image generation /
그런데, 상기 광원(11)에서 출사되는 광은 예컨대, 400nm ~ 600nm 파장 범위의 백색광이다. 그리고, 상기 1/2파장판(31)(33)은 상기 파장 범위내의 특정 파장(λ)의 광에 대해서만 그 빠른축을 따른 편광 성분의 광과 느린축을 따른 편광 성분의 광 사이의 위상 지연차가 λ/2인 조건을 만족한다. 그러므로, 상기 1/2파장판(31)(33)은 특정 파장(λ)이외의 광에 대해서는 그 편광 방향을 90도 이 외의 각도로 회전시키므로, 상기 편광 정렬유니트에서 출사되는 광에는 S 편광의 광이 섞여 있다. 이를 감안하여, 종래의 프로젝션 디스플레이장치는 P 편광의 광만이 화상생성/투사유니트(40)로 입력되도록 하기 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 편광 정렬유니트와 화상생성/투사유니트(40) 사이에 P 편광의 광만을 투과시키는 편광기(39)를 더 구비한다. By the way, the light emitted from the
상기와 같이 편광 정렬유니트에서는 P 편광 뿐만 아니라 S 편광의 광도 출사되고, 그 출사된 S 편광의 광은 화상 투사에 사용되지 못한다. 따라서, 소정량의 광손실이 발생한다.As described above, in the polarization alignment unit, not only P polarized light but also S polarized light is emitted, and the emitted S polarized light cannot be used for image projection. Thus, a predetermined amount of light loss occurs.
한편, 도 1에 도시된 편광 정렬유니트의 편광빔분할기(20)는 광원(11)쪽에서 입사된 광의 빔을 확대시켜 출력하는 구조이므로, 편광 정렬유니트에서 출사되는 빔의 단면적이 광원(11)쪽에서 편광 정렬유니트로 입력되는 빔의 단면적에 비해 크게 증가하여, 디스플레이소자의 면적과 편광 정렬유니트에서 출사되는 빔의 단면적 차이를 크게 한다. 상기와 같이 단면적 차이가 커지면 F-number(렌즈 크기와 그 렌즈의 초점거리의 비로, 렌즈의 초점거리가 짧고 렌즈의 크기가 클수록 F-number는 작다)가 작은 콘덴싱 렌즈(37)를 사용해야 하므로, 디스플레이소자에 입사되는 광의 각도가 커져 광손실이 크다. 이는 디스플레이소자에 입사되는 광 중 입사각도가 대략 12도 이상인 광은 화상을 투사하는데 사용할 수 없기 때문이다.Meanwhile, since the polarization beam splitter 20 of the polarization alignment unit illustrated in FIG. 1 has a structure in which a beam of light incident from the
본 발명은 상기한 바와 같은 단점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 광원쪽에서 입사되는 빔의 크기를 확대하지 않고 입사광을 파장에 관계없이 단일 편광 의 광으로 바꿀 수 있어 광 이용효율이 높도록 편광 정렬유니트의 구조가 개선된 광원 어셈블리 및 이를 채용하여 고휘도를 달성할 수 있도록 된 프로젝션 디스플레이장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above disadvantages, and can be changed into a single polarized light irrespective of the wavelength without expanding the size of the beam incident from the light source side, so that the polarization alignment unit high light utilization efficiency It is an object of the present invention to provide a projection display device that can achieve a high brightness by employing the improved light source assembly and the structure of the.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광원 어셈블리는, 광원과; 상기 광원에서 생성 출사된 광이 입사되는 입사면을 구비하며, 상기 입사면을 통하여 입사된 광 중 제1편광의 광은 진행시키고 제2편광의 광은 상기 입사면쪽으로 피드백시켜 편광을 변화시키는 편광 정렬유니트와; 상기 입사면을 통하여 상기 편광 정렬유니트로부터 나온 광을 반사시켜 상기 입사면을 향하도록 하는 제1반사부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A light source assembly according to the present invention for achieving the above object, the light source; And an incident surface to which light generated and emitted from the light source is incident, wherein the first polarized light propagates and the second polarized light is fed back toward the incident surface to change the polarized light. An alignment unit; And a first reflecting member reflecting light from the polarization alignment unit through the incident surface to face the incident surface.
여기서, 상기 편광 정렬유니트는, 입사된 광을 편광 성분에 따라 투과 또는 반사시키며, 소정 편광의 광을 서로 멀어지는 방향으로 반사시키는 제1 및 제2분할면을 구비하는 편광빔분할 디바이스와; 상기 제1 및 제2분할면에서 투과 또는 반사된 제2편광의 광을 각각 반사시켜 상기 입사면쪽으로 피드백시키는 제2 및 제3반사부재와; 상기 제1반사부재와 편광빔분할 디바이스 사이에 위치되어, 그를 경유하는 광의 편광을 변화시키는 파장판;을 포함하여 구성될 수 있다.The polarization alignment unit may include: a polarization beam splitting device having first and second split surfaces for transmitting or reflecting incident light according to a polarization component and reflecting light having a predetermined polarization in a direction away from each other; Second and third reflecting members reflecting the light of the second polarized light transmitted or reflected from the first and second dividing surfaces to feed back toward the incident surface; And a wavelength plate positioned between the first reflecting member and the polarization beam splitting device to change the polarization of light passing therethrough.
상기 편광 정렬유니트는, 입사된 광을 편광 성분에 따라 투과 또는 반사시키는 분할면을 가지는 편광빔분할 디바이스와; 상기 분할면에서 투과 또는 반사된 제2편광의 광을 반사시켜 상기 입사면쪽으로 피드백시키는 제2반사부재와; 상기 제1반사부재와 상기 편광빔분할 디바이스 사이에 위치되어, 그를 경유하는 광의 편 광을 변화시키는 파장판;을 포함하여 구성될 수 있다.The polarization alignment unit includes: a polarization beam splitting device having a split surface for transmitting or reflecting incident light according to a polarization component; A second reflecting member reflecting the light of the second polarized light transmitted or reflected by the dividing surface and feeding it back toward the incident surface; And a wavelength plate positioned between the first reflecting member and the polarization beam splitting device to change polarization of light passing therethrough.
상기 편광 정렬유니트는, 입사된 광 중 제1편광의 광은 투과시키고 제2편광의 광은 서로를 향하여 반사시켜 상기 입사면쪽으로 피드백시키는 제1 및 제2분할면을 구비하는 편광빔분할 디바이스와; 상기 제1반사부재와 편광빔분할 디바이스 사이에 위치되어 그를 경유하는 광의 편광을 변화시키는 파장판;을 포함하여 구성될 수 있다.The polarization alignment unit includes a polarization beam splitting device having first and second dividing surfaces which transmit light of a first polarization of the incident light and reflect light of the second polarization toward each other and feed back toward the incident surface; ; And a wavelength plate positioned between the first reflecting member and the polarization beam splitting device to change the polarization of light passing therethrough.
이상과 같은 편광 정렬유니트에서, 상기 파장판은, 상기 입사면 전영역에 걸쳐 위치되도록 형성되거나, 입사면 절반영역에 걸쳐 각각 위치되도록 형성된 1/4파장판일 수 있다. In the polarization alignment unit as described above, the wavelength plate may be formed to be located over the entire area of the incident surface, or may be a quarter-wave plate formed to be positioned over the half of the incident surface.
이상과 같은 편광 정렬유니트에서 파장판은, 입사면의 절반영역에 걸쳐 위치되도록 형성된 1/2파장판일 수 있다.In the polarization alignment unit as described above, the wave plate may be a half wave plate formed to be positioned over a half region of the incident surface.
상기 편광 정렬유니트는, 광축을 가로지르는 축에 대하여 절반영역으로 진행하여 상기 입사면으로 입사된 광을 편광 성분에 따라 투과 또는 반사시키는 분할면을 가지는 편광빔분할 디바이스와; 상기 분할면에서 투과 또는 반사된 제2편광의 광을 반사시켜 상기 입사면쪽으로 피드백시키는 제2반사부재와; 상기 광축을 가로지르는 축에 대하여 나머지 절반영역으로 진행하는 광을 상기 제1반사부재를 향하여 반사시키는 제3반사부재와; 상기 편광빔분할 디바이스와 제1반사부재 사이에 위치되어 입사광의 편광을 변화시키는 파장판;을 포함하여 구성될 수 있다.The polarization alignment unit comprises: a polarization beam splitting device having a dividing surface for advancing to a half region about an axis transverse to an optical axis and transmitting or reflecting light incident on the incident surface according to a polarization component; A second reflecting member reflecting the light of the second polarized light transmitted or reflected by the dividing surface and feeding it back toward the incident surface; A third reflecting member reflecting light traveling toward the other half region with respect to the axis crossing the optical axis toward the first reflecting member; And a wavelength plate positioned between the polarization beam splitting device and the first reflecting member to change the polarization of the incident light.
여기서, 상기 파장판은 1/4파장판인 것이 바람직하다.Here, the wave plate is preferably a quarter wave plate.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프로젝션 디스플레이장치는, 광 을 생성 출사하는 광원과; 상기 광원에서 생성 출사된 광이 입사되는 입사면을 구비하며, 상기 입사면을 통하여 입사된 광 중 제1편광의 광은 진행시키고 제2편광의 광은 상기 입사면쪽으로 피드백시켜 편광을 변화시키는 편광 정렬유니트와; 상기 광원의 일측을 감싸도록 형성되어, 상기 광원쪽에서 입사된 광 및 상기 편광 정렬유니트로부터 나온 광을 반사시켜 상기 입사면을 향하도록 하는 제1반사부재와; 상기 편광 정렬유니트에서 출력되는 제1편광의 광을 이용하여 디스플레이소자에 형성한 화상을 스크린쪽으로 투사하는 화상생성/투사유니트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Projection display apparatus according to the present invention for achieving the above object, and a light source for generating and emitting light; And an incident surface to which light generated and emitted from the light source is incident, wherein the first polarized light propagates and the second polarized light is fed back toward the incident surface to change the polarized light. An alignment unit; A first reflection member formed to surround one side of the light source and reflecting the light incident from the light source and the light from the polarization alignment unit toward the incident surface; And an image generation / projection unit projecting an image formed on the display element toward the screen by using the light of the first polarized light output from the polarization alignment unit.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 실시예들에 따른 광원 어셈블리 및 이를 채용한 프로젝션 디스플레이장치를 상세히 설명한다. Hereinafter, a light source assembly and a projection display device employing the same according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 프로젝션 디스플레이장치는, 단일 편광된 광을 출사하는 광원 어셈블리(50)와, 상기 단일 편광된 광을 이용하여 디스플레이소자에 형성된 화상을 스크린쪽으로 투사하는 화상생성/투사유니트(70)를 포함한다. 그리고, 상기 광원 어셈블리(50)와 화상생성/투사유니트(70) 사이에는, 입사된 광을 혼합하여 균일광이 되도록 하는 광혼합 디바이스 예컨대, 파리눈렌즈 어레이(55), 입사광을 집속하는 콘덴싱 렌즈(57)가 배치된다.Referring to FIG. 2, the projection display apparatus according to the present invention includes a
본 발명의 실시예들에 따른 광원 어셈블리(50)는, 광을 생성 출사하는 광원(51)과, 상기 광원(51)에서 출사된 광을 단일 편광의 광으로 바꾸어 출력시키는 편광 정렬유니트 및 반사부재(53)를 포함한다.The
상기 광원(51)으로는 크세논, 할로겐 등의 램프를 구비한다. 램프형 광원(51)에서는 예컨대, 400 nm ~ 600 nm 파장범위의 백색광이 방사상으로 출사되므로, 상기 반사부재(53)는 상기 광원(51) 일측을 감싸도록 형성되어, 상기 광원(51) 및 상기 편광정렬유니트쪽에서 입사된 광을 상기 편광 정렬유니트쪽으로 반사시키도록 된 반사경인 것이 바람직하다. 이때, 상기 반사부재(53)는 광원(51)의 위치를 일 초점으로 하고, 이 광원(51)에서 출사되고 상기 반사부재(53)에서 반사된 광이 평행광이 되도록 하는 포물경인 것이 바람직하다. 상기 광원(51)으로는 고출력의 백색광을 내는 발광 다이오드를 구비할 수도 있다. The
상기 편광 정렬유니트는, 상기 광원(51)에서 생성 출사된 광이 입사되는 입사면(In)구비한다. 이 편광 정렬유니트는, 상기 입사면(In)으로 입사된 광 중 제1편광의 광 예컨대, P 편광(지면에 평행한 방향으로의 편광)의 광은 진행시키고, 제2편광의 광 예컨대, S 편광(지면에 수직인 방향으로의 편광)의 광은 상기 입사면(In)쪽으로 피드백시켜 편광을 변화시키도록 되어 있다. The polarization alignment unit has an incident surface In to which light generated and emitted from the
본 발명에 따른 프로젝션 디스플레이장치는 본 발명의 실시예들에 따른 광원 어셈블리(50) 중 하나를 채용할 수 있다. 도 2에는 본 발명의 제1실시예에 따른 광원 어셈블리(50)를 채용한 예가 도시되어 있다. The projection display device according to the present invention may employ one of the
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 광원 어셈블리(50)의 편광 정렬유니트는, 입사면(In)으로 입사된 광을 편광 성분에 따라 투과 또는 반사시키며 소정 편광의 광을 서로 멀어지는 방향으로 반사시키는 제1 및 제2분할면(101a)(103a)을 가지는 편광빔분할 디바이스와, 상기 제1 및 제2분할면(101a)(103a)에서 반사된 예컨대, S 편광의 광을 각각 반사시켜 상기 입 사면(In)쪽으로 피드백시키는 제1 및 제2반사부재(102)(104)와, 상기 반사부재(53)와 입사면(In) 사이에 위치되어 그를 경유하는 광의 편광을 변화시키는 파장판(105)(107)을 포함한다.Referring to FIG. 3, the polarization alignment unit of the
상기 편광빔분할 디바이스는 도 3에서와 같이 제1분할면(101a)을 가지는 제1편광빔분할기(101)와 제2분할면(103a)을 가지는 제2편광빔분할기(103)로 이루어질 수 있다. 대안으로, 상기 편광빔분할 디바이스는 제1 및 제2편광빔분할기(101)(103)가 일체화되어, 2개의 직각 삼각프리즘과 하나의 이등변 삼각프리즘이 결합된 구조일 수도 있다. 상기 제1 및 제2분할면(101a)(103a), 제1 및 제2반사부재(102)(104)는 광축에 대해 대칭으로 배치되어 있다. 상기 제1 및 제2반사부재(102)(104)는 상기 제1 및 제2편광빔분할기(101)(103)의 면에 코팅 형성된 것이 바람직하다. 도 3에는 상기 제1 및 제2반사부재(102)(104)가 상기 제1 및 제2분할면(101a)(103a)에서 반사된 광을 입사면(In)쪽으로 피드백시키도록 형성된 예를 보여준다. 상기 제1 및 제2반사부재(102)(104)는 상기 제1 및 제2분할면(101a)(103a)을 투과한 광을 입사면(In)쪽으로 피드백시키도록 마련될 수도 있다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같은 파리눈 렌즈 어레이(55), 콘덴싱 렌즈(57) 및 화상생성/투사유니트(70)의 광학계 구조를 적절히 변형된다.The polarization beam splitting device may include a first
상기 파장판(105)(107)은 입사면(In) 절반영역에 걸쳐 각각 위치되도록 형성된 제1 및 제2파장판(105)(107)으로 이루어져, 상기 입사면(In)으로 출사되어 상기 반사부재(53)쪽으로 진행하는 광의 편광을 변화시키고, 그 반사부재(53)에서 반사되어 입사면(In)쪽으로 진행하는 광의 편광을 다시 변화시킨다. 상기 제1 및 제2파 장판(105)(107)은 상기 광원(51)에서 출사된 특정 파장(λ)의 광에 대해, 그 빠른축에 나란한 편광 성분의 광과 느린축에 나란한 편광 성분의 광 사이의 위상 지연차가 λ/4인 조건을 만족하는 1/4파장판인 것이 바람직하다. 이때, 상기 제1 및 제2파장판(105)(107)은 그 빠른축이 동일 방향 또는 서로 직교하는 방향으로 배치될 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2파장판(105)(107)의 빠른축이 동일 방향으로 배치된 경우에도 원하는 편광 변화를 일으킬 수 있으므로, 상기 파장판(105)(107)은 입사면(In) 전영역에 걸쳐 위치되도록 형성된 단일 파장판일 수도 있다.,The
이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 광원 어셈블리(50)에서 파장에 관계없이 단일 편광의 광이 출사되는 원리를 도 3의 광학적 구조에 대해 설명한다.Hereinafter, the optical structure of FIG. 3 will be described in which the light of the single polarized light is emitted from the
상기 광원(51)에서는 임의 편광의 광 즉, 자연광이 출사된다. 제1편광빔분할기(101)의 제1분할면(101a)에는 상기 광원(51)에서 출사된 광(L1)이 직접적으로 제1파장판(105)을 경유하여 입사되거나, 반사부재(53)에서 반사된 후 제1파장판(105)을 경유하여 입사된다. 마찬가지로, 광원 제2편광빔분할기(103)의 제2분할면(103a)에는 광원(51)에서 출사된 광(L2)이 직접적으로 제2파장판(107)을 경유하여 입사되거나, 제1반사부재(102)에서 반사된 후 제2파장판(107)을 경유하여 입사된다. 광원(51)에서 출사된 후 처음으로 제1 및 제2편광빔분할기(101)(103)에 입사되는 광(L1)(L2)은 P 편광 및 S 편광이 혼합된 광이다. The
상기 제1 및 제2파장판(105)(107)이 그 빠른 축이 같은 방향으로 배치되어, 특정 파장을 갖는 S 편광 및 P 편광의 광을 제1원편광 예컨대, 우원편광 및 그에 직교하는 제2원편광 예컨대, 좌원편광의 광으로 바꾸고, 상기 제1 및 제2편광빔분 할기(101)(103)의 제1 및 제2분할면(101a)(103a)이 P 편광의 광은 투과시키고 S편광의 광은 반사시킨다면, 제1파장판(105)을 경유하여 제1편광빔분할기(101)로 입사되는 광(L1) 중 P 편광의 광은 제1분할면(101a)을 투과하여 화상생성/투사유니트(70)로 진행한다. 상기 입사광(L1) 중 S 편광의 광은 제1분할면(101a)에서 반사되고 제1반사부재(102)를 향한다. 이 광은 제1반사부재(102)와 제1분할면(101a)에서 순차로 반사된 후 입사면(In)쪽으로 피드백된다. 이 피드백된 S 편광의 광 중 상기 제1파장판(105)이 1/4파장판이 되는 조건을 만족하는 특정 파장의 광은 제1파장판(105)을 통과하면서 제1원편광으로 된다. 이 제1원편광의 광은 제1반사부재(102)에서 첫번째 반사시 제2원편광, 두번째 반사시 다시 제1원편광으로 되어 제2파장판(107)을 향한다. 이 제1원편광의 광은 제2파장판(105)(107)을 통과하면서 P 편광의 광으로 되고, 이 P 편광의 광은 제2편광빔분할기(103)의 제2분할면(103a)을 투과하여 화상생성/투사유니트(70)로 진행한다. 제2파장판(107)을 경유하여 제2편광빔분할기(103)로 입사되는 광(L2) 중 P 편광의 광은 제2분할면(103a)을 통과하여 화상생성/투사유니트(70)를 향하고, S 편광의 광은 상기와 반대의 경로를 거쳐 P 편광으로 되고 제1편광빔분할기(101)의 제1분할면(101a)을 통과하여 화상생성/투사유니트(70)로 진행한다.The first and
상기 제1 및 제2파장판(105)(107)이 1/4파장판이 되는 조건을 만족하지 않는 특정 파장에서 벗어난 파장의 광은 상기 제1 및 제2파장판(105)(107)을 통과하면서 완전한 원편광으로 되지 못한다. 따라서, 특정 파장에서 벗어난 파장의 광은 상기와 같은 순환 및/또는 역순환 과정을 거쳐 제1 또는 제2편광빔분할기(101)(103)에 재입사될 때, 완전히 P 편광으로 전환되지 못하고 S 편광 성분을 포함하고 있다. 하지만, 이 S 편광 성분의 광(도 3에 점선으로 도시됨)은 상기와 같은 순환 및/또는 역순환 과정을 반복하면서 완전히 P 편광의 광으로 바뀐다. Light having a wavelength deviating from a specific wavelength that does not satisfy the condition that the first and
따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 광원 어셈블리(50)는 파장에 관계없이 단일 편광의 광을 출사한다.Therefore, the
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 광원 어셈블리(50)의 편광 정렬유니트는, 입사면(In)의 전영역에 대응되는 하나의 분할면(111a)을 가지는 편광빔분할 디바이스 즉, 편광빔분할기(111), 파장판(105)(107) 및 반사부재(112)를 포함한다. 상기 반사부재(112)는 상기 분할면(111a)에서 투과 또는 반사된 광을 반사시켜 입사면(In)쪽으로 피드백시킨다. 상기 반사부재(112)는 상기 편광빔분할기(111)의 면에 코팅 형성된 것이 바람직하다. 여기서, 상기 파장판(105)(107)은 단일 파장판일 수 있으며, 도 3과 동일 참조부호는 동일 부재를 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같은 본 발명의 제2실시예에 따른 광원 어셈블리(50)에서, 광원(51)에서 출사된 광 중 제1파장판(105)를 경유하여 처음으로 편광빔분할기(111)로 입사되는 광(L1)과 제2파장판(107)를 경유하여 처음으로 편광빔분할기(111)로 입사되는 광(L2)이 단일 편광의 광으로 되어 출력되는 원리는, 도 3을 참조로 설명한 본 발명의 제1실시예에 따른 광원 어셈블리(50)의 동작 설명으로부터 간단히 유추된다. 따라서, 그 반복적인 설명은 생략한다.Referring to FIG. 4, the polarization alignment unit of the
도 5를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 광원 어셈블리(50)의 편광 정렬유니트는, 입사면(In)을 통하여 입사된 광 중 예컨대, P 편광의 광은 투과시키고 S 편광의 광은 서로를 향하여 반사시켜 입사면(In)쪽으로 피드백시키는 제1 및 제2분할면(121a)(123a)을 가지는 편광빔분할 디바이스를 구비한다. 상기 편광빔분할 디바이스는 제1분할면(121a)을 가지는 제1편광빔분할기(121)와 제2분할면(123a)을 가지는 제2편광빔분할기(123)로 이루어질 수 있다. 대안으로, 상기 편광빔분할 디바이스는 제1 및 제2편광빔분할기가 일체화되어 2개의 직각 삼각프리즘과 하나의 이등변 삼각프리즘이 결합된 구조일 수도 있다. 본 실시예에 따른 편광 정렬유니트는 도 3에 도시된 본 발명의 제1실시예와 비교할 때 제1 및 제2반사부재(122)(124)가 필요없다. 도 5에서 도 3과 동일 참조부호는 실질적으로 동일 기능을 하는 동일 부재를 나타낸다. 도 5에서 파장판(105)(107)은 앞서와 마찬가지로 단일 파장판일 수 있다.Referring to FIG. 5, the polarization alignment unit of the
상기 제1 및 제2편광빔분할기(101)(103)의 제1 및 제2분할면(101a)(103a)이 P 편광의 광은 투과시키고 S편광의 광은 반사시킨다면, 광원(51)에서 출사된 후 제1파장판(105)를 경유하여 처음으로 제1편광빔분할기(121)에 입사되는 광(L1) 중 P 편광의 광은 제1분할면(121a)를 투과하여 화상생성/투사유니트(70)로 진행하고, S 편광의 광은 제1 및 제2분할면(121a)(123a)에서 순차로 반사된 후 입사면(In)으로 피드백된다. 마찬가지로, 광원(51)에서 출사된 후 제2파장판(107)을 경유하여 처음으로 제2편광빔분할기(123)에 입사되는 광(L2) 중 P편광의 광은 제2분할면(123a)을 투과하여 화상생성/투사유니트(70)로 진행하고, S 편광의 광은 제2 및 제1분할면(123a)(121a)에서 순차로 반사된 후 입사면(In)으로 피드백된다. If the first and second split surfaces 101a and 103a of the first and second
입사면(In)으로 피드백된 S 편광의 광 중 상기 제1 및 제2파장판(105)(107) 이 1/4파장판이 되는 조건을 만족하는 특정 파장의 광은 제2 및 제1파장판(107)(105)을 순차 또는 반대로 경유하면서 P 편광의 광으로 되고, 이 P 편광의 광은 제1 또는 제2편광빔분할기(121)(123)의 제1 또는 제2분할면(121a)(123a)을 투과하여 화상생성/투사유니트(70)로 진행한다. Of the S-polarized light fed back to the incident surface In, light having a specific wavelength satisfying the condition that the first and
상기 제1 및 제2파장판(105)(107)이 1/4파장판이 되는 조건을 만족하지 않는 특정 파장에서 벗어난 파장의 광은 상기와 같은 순환 및/또는 역순환 과정을 거쳐 제1 또는 제2편광빔분할기(121)(123)에 재입사될 때, 완전히 P 편광으로 전환되지 못하고 S 편광 성분을 포함하고 있다. 하지만, 이 S 편광 성분의 광은 상기와 같은 순환 및/또는 역순환 과정을 반복하면서 완전히 P 편광의 광으로 바뀐다. Light having a wavelength deviating from a specific wavelength that does not satisfy the condition that the first and
따라서, 본 발명의 제3실시예에 따른 광원 어셈블리(50)는 본 발명의 제1실시예와 마찬가지로 모든 파장에 대해 단일 편광의 광을 출사할 수 있다.Therefore, the
도 6 내지 도 8은 본 발명의 제1 내지 제3실시예에 각각 대응되는 구조인 광원 어셈블리(50)의 제4 내지 제6실시예를 보인 것이다. 도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 제4 내지 제6실시예에 따른 광원 어셈블리(50)는 입사면(In)의 절반영역에 걸쳐 위치되도록 형성되어, 광축을 가로지르는 축에 대하여 절반영역으로 진행하는 광의 편광을 변화시키는 파장판(135)을 구비한다. 이때, 상기 파장판(135)은 광원(51)에서 출사된 광의 특정 파장에 대한 1/2파장판(135)인 것이 바람직하다. 도 6 내지 도 8에서 앞선 실시예에서와 동일 참조부호는 동일 부재를 나타낸다.6 to 8 show a fourth to sixth embodiments of the
이하에서는, 상기 파장판(135)으로 1/2파장판을 구비했을 때, 본 발명의 제4 내지 제6실시예에 따른 광원 어셈블리(50)에서 모든 파장의 광에 대해 단일 편광된 광이 출사되는 원리를 도 6에 도시된 본 발명의 제4실시예를 예를 들어 설명한다.Hereinafter, when the
도 6을 참조하면, 제1 및 제2편광빔분할기(101)(103)의 제1 및 제2분할면(101a)(103a)이 P 편광의 광은 투과시키고 S편광의 광은 반사시키며, 파장판(135)이 제1편광빔분할기(101)측에 위치된다면, 광원(51)에서 출사된 후 파장판(135)를 경유하여 처음으로 제1편광빔분할기(101)에 입사되는 광(L1) 중 P 편광의 광은 제1분할면(101a)를 투과하여 화상생성/투사유니트(70)로 진행하고, S 편광의 광은 제1분할면(101a)에서 반사되어 제1반사부재(102)를 향한다. 이 광은 제1반사부재(102) 및 제1분할면(101a)에서 순차로 반사된 후 입사면(In)으로 피드백된다. 입사면(In)으로 피드백된 광 중 상기 파장판(135)이 1/2파장판이 되는 조건을 만족하는 특정 파장의 광은 파장판(135)을 경유하면서 P 편광으로 된다. 이 P 편광의 광은 반사부재(53)에서 2회 반사된 후 입사면(In)을 통하여 제2편광빔분할기(103)으로 입사되고, 제2분할면(103a)을 투과하여 화상생성/투사유니트(70)를 향한다. 마찬가지로, 광원(51)에서 출사된 후 처음으로 제2편광빔분할기(103)에 입사되는 광(L2) 중 P 편광의 광은 제2분할면(103a)를 투과하여 화상생성/투사유니트(70)로 진행하고, S 편광의 광은 제2분할면(103a)에서 반사되어 제2반사부재(104)를 향한다. 이 광은 제2반사부재(104) 및 제2분할면(103a)에서 순차로 반사된 후 입사면(In)으로 피드백된다. 입사면(In)으로 피드백된 광은 반사부재(53)에서 2회 반사된 후 파장판(135)으로 입사된다. 파장판(135)에 입사된 광 중 상기 파장판(135)이 1/2파장판이 되는 조건을 만족하는 특정 파장의 광은 파 장판(135)을 경유하면서 P 편광으로 된다. 이 P 편광의 광은 입사면(In)을 통하여 제1편광빔분할기(101)으로 입사되고, 제1분할면(101a)을 투과하여 화상생성/투사유니트(70)로 진행한다.Referring to FIG. 6, the first and
상기 파장판(135)이 1/2파장판(135)이 되는 조건을 만족하지 않는 특정 파장에서 벗어난 파장의 광은 상기와 같은 순환 또는 역순환 과정을 거쳐 제1 또는 제2편광빔분할기(101)(103)에 재입사될 때, 완전히 P 편광의 광으로 전환되지 못하고 S 편광 성분의 광을 포함하고 있다. 하지만, 이 S 편광 성분의 광(점선으로 표시됨)은 상기와 같은 순화 또는 역순환 과정을 반복하면서, 완전히 P 편광의 광으로 바뀐다. 따라서, 도 6에 도시된 본 발명의 제4실시예에 따른 광원 어셈블리(50)는 모든 파장에 대해 단일 편광의 광을 출사하며, 높은 편광효율을 가진다. 마찬가지로, 도 7 및 도 8에 도시된 본 발명의 제5 및 제6실시예에 따른 광원 어셈블리(50)도 모든 파장에 대해 단일 편광의 광을 출사하며, 높은 편광효율을 가진다.The light having a wavelength deviating from a specific wavelength that does not satisfy the condition that the
이상의 제1 내지 제6실시예에 따른 광원 어셈블리(50)의 편광 정렬유니트는 광원(51)에서 출사되어 편광 정렬유니트로 입사되는 광 빔의 전영역에 걸쳐 입사면(In) 및 분할면이 형성된 구조의 편광빔분할 디바이스를 구비한다. The polarization alignment unit of the
대안으로, 본 발명에 따른 광원 어셈블리(50)의 편광 정렬유니트는 도 9에 도시된 바와 같이, 편광빔분할 디바이스로 광축을 가로지르는 축에 대하여 절반영역으로 진행하는 광이 입사되는 입사면(In)을 가지는 단일 편광빔분할기를 구비할 수도 있다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 제7실시예에 따른 광원 어셈블리(50)의 편광 정렬유니트는, 절반영역으로 진행하여 입사면(In)으로 입사된 광을 편광 성분에 따라 투과 또는 반사시키는 분할면(141a)을 가지는 편광빔분할기(141)와, 상기 편광빔분할기(141)의 입사면(In)측에 위치된 파장판(135)과, 상기 분할면(141a)에서 투과 또는 반사된 광을 상기 입사면(In)쪽으로 피드백시키는 제1반사부재(122)와, 상기 광축을 가로지르는 축에 대하여 나머지 절반영역으로 진행하는 광을 상기 반사부재(53)를 향하여 반사시키는 제2반사부재(124)를 포함하여 구성된다. 상기 편광빔분할기(141)는 하나의 분할면(141a)을 가지는 단일 편광빔분할기이다. 상기 파장판(135)은 광원(51)에서 출사된 특정 파장의 광에 대해 1/4파장판인 것이 바람직하다. 상기 제1반사부재(122)는, 상기 편광빔분할기(141)의 면에 코팅 형성된 것이 바람직하다.Alternatively, as shown in FIG. 9, the polarization alignment unit of the
도 9에 도시된 바와 같이 구성된 본 발명의 제7실시예에 따른 광원 어셈블리(50)에서는 다음과 같은 원리에 의해 모든 파장에 대해 단일 편광의 광을 출력한다. 광원(51)에서 출사되고, 파장판(145)을 경유하여 처음으로 편광빔분할기(141)로 입사된 광에는 P 편광의 광과 S 편광의 광이 섞여 있다. 여기서, 편광빔분할기(141)에 처음으로 입사되는 광은 광원(51)에서 출사되어 직접적으로 입사된 광, 광원(51)에서 출사되고 반사부재(53)에 의해 반사되어 입사된 광, 광원(51)에서 출사되고 순차로 반사부재(53), 제2반사부재(144), 반사부재(53)에서 2회 반사된 후 입사되는 광을 포함한다.The
상기 편광빔분할기(141)의 분할면(141a)이 P 편광의 광은 투과시키고, S 편광의 광은 반사시키며, 상기 파장판(145)이 특정 파장의 S 편광 및 P 편광의 광을 서로 직교하는 원편광으로 바꾸도록 마련되었다면, 광원(51)에서 출사되어 편광빔 분할기(141)로 입사된 광 중 P 편광의 광은 분할면(141a)을 투과하여 화상생성/투사유니트(70)로 진행하고, S 편광의 광은 반사되어 제1반사부재(142)를 향한다. 이 S 편광의 광은 제1반사부재(142) 및 분할면(141a)에서 순차로 반사된 후 입사면(In)으로 피드백된다. 이 피드백된 광은 파장판(145)에서 제1원편광의 광으로 바뀐다. 이 제1원편광의 광은 반사부재(53)(2회 반사) 및 제2반사부재(144)에서 반사된 후 다시 그 역 과정을 거쳐 파장판(145)으로 입사될 때까지 5회 반사되면서 제2원편광으로 되어 파장판(145)에 재입사된다. 이 입사광은 파장판(145)을 통과하면서 P 편광의 광으로 바뀌고, 분할면(141a)을 투과하여 화상생성/투사유니트(70)로 진행한다. 상기 파장판(145)이 1/4파장판(145)인 조건을 만족하지 않는 파장의 광에 대해서는 편광빔분할기(141)로 재입사되는 광에는 P 편광 뿐만 아니라 S 편광 성분이 포함되어 있다. 하지만, 상기와 같은 순환 과정을 반복하면 파장에 관계없이 P 편광으로 바꿀 수 있다. 따라서, 도 9에 도시된 바와 같은 본 발명의 제7실시예에 따른 광원 어셈블리도 파장에 관계없이 단일 편광의 광을 출사할 수 있어 높은 편광효율을 가지며, 광손실이 최소화된다.The dividing
다시 도 2를 참조하면, 상기와 같은 본 발명의 제1 내지 제7실시예 중 한 실시예에 따른 광원 어셈블리(50)에서 출사되는 단일 편광의 광은 파리눈 렌즈 어레이(55)에서 혼합되어 균일광으로 되고, 콘덴싱 렌즈(57)에 의해 집속되어 화상생성/투사유니트(70)에 입력된다. Referring back to FIG. 2, the light of the single polarized light emitted from the
이때, 본 발명에 따른 광원 어셈블리(50)에서는 높은 편광 효율로 파장에 관계없이 단일 편광의 광이 출사되므로, 이를 채용한 프로젝션 디스플레이장치는 종 래와 같은 편광기(39)가 불필요하여, 구조가 간단하며 높은 광효율을 가진다.At this time, since the
또한, 본 발명에 따른 광원 어셈블리(50)의 상기 편광 정렬유니트가 광원(51)쪽에서 입사된 광빔의 크기를 그대로 유지시키는 구조이므로, 편광 정렬유니트에서 출사되는 빔의 단면적과 화상생성/투사유니트(70)의 디스플레이소자의 면적 차이가 종래에 비해 작아, F-number가 상대적으로 큰 콘덴싱 렌즈(57)가 사용될 수 있다. 이와 같이 F-number가 큰 콘덴싱 렌즈(57)가 사용되면, 디스플레이소자에 입사되는 광의 각도가 종래에 비해 상대적으로 작아지므로, 종래에 비해 광손실이 크게 저감된다.In addition, since the polarization alignment unit of the
한편, 상기 화상생성/투사유니트(70)는, 예를 들면, 같이, 화상을 형성하는 투과형 액정디스플레이소자와, 상기 광원 어셈블리(50)에서 조사된 단일 편광의 광을 이용하여 상기 투과형 액정디스플레이소자에 형성된 화상을 스크린에 투사시키는 투사렌즈를 포함하여 구성될 수 있다. 각각 독립적으로 형성된 세 칼라(예컨대, R, G, B)의 화상을 스크린에 투사하는 구조의 화상생성/투사유니트는, 각 칼라의 화상을 형성하는 3장의 투과형 액정디스플레이소자, 색분리 디바이스, 이색 빔스프리터 등를 구비한다. 상기 색분리 디바이스는, 광원 어셈블리(50)에서 입사되는 백색광을 세 칼라의 광으로 분리하여 각 투과형 액정디스플레이소자로 조사한다. 이색 빔스프리터는 각 액정디스플레이소자에 형성된 화상을 투과한 각 칼라의 광을 일 광경로로 모아주어 투사렌즈로 입력되도록 한다. 디스플레이소자로 반사형 액정디스플레이소자가 채용되는 경우에는 그에 적합하게 광학계 구조가 변경된다. 상기와 같이, 투과 또는 반사형 액정디스플레이소자를 사용하여 독립적으로 형성된 세 칼라(예컨대, R, G, B)의 화상을 스크린에 투사하는 화상생성/투사유니트의 광학계 구조는 잘 알려진 바와 같다. On the other hand, the image generation /
이상에서는 본 발명의 실시예들에 따른 광원 어셈블리가 프로젝션 디스플레이장치의 광원 어셈블리(50)에 채용되는 예를 설명 및 도시하였다. 본 발명의 실시예들에 따른 광원 어셈블리는, 프로젝션 디스플레이장치 이외에도, 임의 편광의 광이 출사되는 광원 사용하는 단일 편광의 광을 필요로 하는 어느 광학시스템에든지 채용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광원 어셈블리는 광원에서 출사되는 광이 소정 파장범위를 가지는 경우에도, 파장에 관계없이 단일 편광의 광을 출력시킬 수 있으므로, 단일 편광의 백색광을 필요로 하는 어느 광학시스템에든지 채용될 수 있다.In the above, an example in which the light source assembly according to the embodiments of the present invention is employed in the
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 광원 어셈블리는 입사광을 파장에 관계없이 단일 편광의 광으로 바꿀 수 있어 높은 편광효율을 가지므로, 광손실을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광원 어셈블리는 광원쪽에서 입사되는 빔의 크기를 그대로 유지시키는 구조를 가져 프로젝션 디스플레이장치에 채용시에도 광손실을 종래에 비해 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 광원 어셈블리를 채용한 프로젝션 디스플레이장치는 고휘도를 달성할 수 있다.The light source assembly according to the present invention as described above can convert the incident light into a single polarized light irrespective of the wavelength, and thus has a high polarization efficiency, thereby minimizing light loss. In addition, the light source assembly according to the present invention has a structure that maintains the size of the beam incident from the light source side as it can reduce the light loss when employed in the projection display device. Therefore, the projection display device employing the light source assembly according to the present invention can achieve high brightness.
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