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KR100744498B1 - Illumination system of LCD projector - Google Patents

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KR100744498B1
KR100744498B1 KR1020010010758A KR20010010758A KR100744498B1 KR 100744498 B1 KR100744498 B1 KR 100744498B1 KR 1020010010758 A KR1020010010758 A KR 1020010010758A KR 20010010758 A KR20010010758 A KR 20010010758A KR 100744498 B1 KR100744498 B1 KR 100744498B1
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Abstract

본 발명은 광원과 플라이아이렌즈의 거리를 줄여 콤팩트화될 수 있는 액정 프로젝터의 조명계에 관한 것이다. The present invention relates to an illumination system of a liquid crystal projector that can be compacted by reducing the distance between the light source and the fly's eye lens.

본 발명의 액정프로젝터 조명계는 광을 발생하는 광원과, 상기 광원으로부터 발생된 광을 미소 단위로 분할하여 포커싱되도록 전반사시키는 반사셀들로 구성된 반사경과, 상기 반사경으로부터 포커싱된 광을 렌즈셀 단위로 평행광으로 진행시키는 플라이아이렌즈를 구비하는 것을 특징으로 한다.The liquid crystal projector illumination system of the present invention parallelly reflects a light source for generating light, a reflector composed of reflecting cells for totally reflecting the light generated from the light source by dividing the light generated by the light source into minute units, and parallelizing the light focused from the reflector in units of lens cells. A fly's eye lens for advancing to light is provided.

이러한 구성에 따라, 본 발명에 따른 액정프로젝터 조명계는 광원과 플라이아이렌즈의 거리를 줄임으로써 콤팩트화될 수 있다.
According to this configuration, the liquid crystal projector illumination system according to the present invention can be compacted by reducing the distance between the light source and the fly's eye lens.

Description

액정 프로젝터의 조명계{Illumination System in Liquid Crystal Projector} Illumination System in Liquid Crystal Projector             

도 1은 통상의 액정 프로젝터의 조명계를 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing an illumination system of a conventional liquid crystal projector.

도 2는 도 1에 도시된 광원으로부터의 광경로를 나타낸 단면도.FIG. 2 is a sectional view showing a light path from the light source shown in FIG. 1; FIG.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 액정프로젝터의 조명계를 나타낸 단면도.3 is a cross-sectional view showing an illumination system of a liquid crystal projector according to an embodiment of the present invention.

도 4는 도 3에 도시된 반사경의 미소 단위 반사셀로부터의 광경로를 나타낸 단면도.
4 is a cross-sectional view showing an optical path from a micro unit reflective cell of the reflector shown in FIG.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>

2 : 광원 2A,10 : 램프2: light source 2A, 10: lamp

2B : 포물반사경 4 : 제1 플라이아이렌즈 2B: parabolic reflector 4: first fly's eye lens

6, 14 : 제2 플라이아이렌즈 8 : 편광분리(PBS) 어레이 6, 14: second fly's eye lens 8: polarization separation (PBS) array

9 : 집광렌즈 12 : 반사경
9: condenser lens 12: reflector

본 발명은 액정 프로젝터의 광학계에 관한 것으로, 특히 콤팩트화될 수 있는 액정프로젝터의 조명계에 관한 것이다.The present invention relates to an optical system of a liquid crystal projector, and more particularly to an illumination system of a liquid crystal projector that can be compactized.

최근 들어, 화면크기에 제한이 있고 시스템의 크기가 큰 음극선관 디스플레이를 대체하여 두께가 얇으면서 대화면을 구현할 수 있는 평판 디스플레이로서 소화면 화상을 대형 스크린에 확대투사시키는 프로젝터가 각광 받고 있다. 프로젝터는 음극선관 또는 액정표시장치(Liquid Crystal Display : 이하 "LCD"라 함)를 채용하고 있으나 박형화 추세에 대응하여 LCD를 사용하는 액정 프로젝터에 대한 연구가 주류를 이루고 있다. 액정 프로젝터에는 통상 투과형 또는 반사형 LCD가 사용된다. 액정 프로젝터는 소형 경량화 및 고휘도화를 기본으로 발전하고 있으며, LCD는 고개구율과 고해상도를 향상시키는 방향으로 발전하고 있다. 이러한 고해상도, 소형화 및 저가격화의 액정프로젝터 흐름에 부응하기 위하여 최근에는 반사형 액정패널을 사용하고자 하는 추세에 있다. Recently, a projector that has a limited screen size and replaces a cathode ray tube display having a large size and has a thin screen and can realize a large screen has been in the spotlight. The projector adopts a cathode ray tube or a liquid crystal display (hereinafter referred to as "LCD"), but researches on liquid crystal projectors using LCDs are becoming mainstream in response to the trend of thinning. In the liquid crystal projector, a transmissive or reflective LCD is usually used. LCD projectors are developing based on small size, light weight, and high brightness, and LCDs are being developed to improve high aperture ratio and high resolution. In order to meet the liquid crystal projector flow of high resolution, miniaturization and low price, there has been a recent trend to use a reflective liquid crystal panel.

도1 및 도2를 참조하면, 종래의 액정 프로젝터의 조명계에 대한 구성이 도시되어 있다. 액정 프로젝터 조명계는 광원(2)과 집광렌즈(9) 사이의 광경로 상에 나란하게 배치된 제1 및 제2 플라이아이렌즈(Fly Eye Lens; 이하 "FEL"이라 함, 4, 6)와, 편광분리 어레이(Polarizing Beam Spriter Array; 이하 "PBS 어레이"라 함, 8)를 구비한다. 광원(2)은 발광크기가 작은 아크발광 램프(2A)와 그 램프(2A)를 감싸는 형태로 설치된 포물반사경(2B)을 구비한다. 아크발광 램프(2A)로부터 발생된 백색광은 포물반사경(2B)에서 전반사되어 준평행광 형태로 제1 플라이아이렌즈(4)쪽으로 진행하게 된다. 제1 및 제2 플라이아이렌즈(4, 6)는 매 트릭스 형태로 배열된 다수개의 마이크로 렌즈셀들로 구성된다. 제1 플라이아이렌즈(4)는 광원(2)으로부터의 입사광을 렌즈셀 단위로 분할하여 제2 플라이아이렌즈(6)의 각 렌즈셀에 포커싱되게 된다. 제2 플라이아이렌즈(6)는 제1 플라이아이렌즈(4)로부터의 입사광을 평행광으로 변환하여 PBS 어레이(8) 쪽으로 투과시킨다. PBS 어레이(8)는 제2 플라이아이렌즈(6)로부터의 입사광을 어느 하나의 광축을 가지는 선편광, 즉 수직선편광(이하, P편광이라 함)과 수평선편광(이하, S편광이라 함)으로 분리한다. 이러한 편광분리를 위하여 PBS 어레이(8)는 입사면 및 출사면 사이에 경사지게 형성된 편광분리면을 가지는 다수개의 PBS 프리즘들로 구성된다. 입사광은 PBS 프리즘의 경사진 편광분리면에서 P편광과 S편광으로 분리되어 S편광은 그대로 출사되는 반면에 P편광은 PBS 어레이(8)의 배면에 부분적으로 부착된 1/2파장판(도시하지 않음)에 의해 S편광으로 변환되어 출사되게 된다. 이러한, PBS 어레이(8)에 의해 입사광이 모두 하나의 선편광인 S편광으로 변환됨으로써 광원(2)에서 출사된 대부분의 광이 S편광을 이용하는 액정패널(도시하지 않음)의 화상구현에 이용될 수 있게 된다. 집광렌즈(9)는 PBS 어레이(8)로부터의 S편광을 도시하지 않은 액정패널 상에 집광하여 광손실을 줄이고 액정패널을 투과하는 광의 효율을 높이게 된다.1 and 2, a configuration of an illumination system of a conventional liquid crystal projector is shown. The liquid crystal projector illumination system includes first and second fly eye lenses (hereinafter referred to as “FEL”, 4 and 6) disposed side by side on an optical path between the light source 2 and the condenser lens 9; Polarizing Beam Spriter Array (hereinafter referred to as "PBS array") 8. The light source 2 is provided with an arc emitting lamp 2A having a small emission size and a parabolic reflector 2B provided to surround the lamp 2A. The white light generated from the arc light emitting lamp 2A is totally reflected by the parabolic reflector 2B to travel toward the first fly's eye lens 4 in a quasi-parallel form. The first and second fly's eye lenses 4 and 6 are composed of a plurality of micro lens cells arranged in a matrix form. The first fly's eye lens 4 divides the incident light from the light source 2 into lens cell units to be focused on each lens cell of the second fly's eye lens 6. The second fly's eye lens 6 converts the incident light from the first fly's eye lens 4 into parallel light and transmits it to the PBS array 8. The PBS array 8 separates incident light from the second fly's eye lens 6 into linearly polarized light having one optical axis, that is, vertically polarized light (hereinafter referred to as P-polarized light) and horizontally polarized light (hereinafter referred to as S-polarized light). do. For this polarization separation, the PBS array 8 is composed of a plurality of PBS prisms having a polarization separation surface formed obliquely between the entrance and exit surfaces. The incident light is separated into P-polarized light and S-polarized light on the inclined plane of polarization of the PBS prism, so that the S-polarized light is emitted as it is, while P-polarized light is half-wave plate partially attached to the rear surface of the PBS array 8 (not shown). Is converted into S-polarized light and emitted. Since the incident light is converted into S-polarized light, which is all linearly polarized light, by the PBS array 8, most of the light emitted from the light source 2 can be used for image realization of a liquid crystal panel (not shown) using S-polarized light. Will be. The condenser lens 9 condenses the S-polarized light from the PBS array 8 on a liquid crystal panel (not shown), thereby reducing light loss and increasing the efficiency of light passing through the liquid crystal panel.

액정 프로젝터의 박형화, 소형화 추세에 따라 액정 프로젝터의 조명계는 콤팩트한 시스템을 추구하고 있다. 이러한 액정 프로젝터의 조명계는 광효율을 높이기 위하여 제1 FEL와 제2 FEL를 사용하고 있다. 그러나, 렌즈셀당 제1 FEL을 투과한 광이 제2 FEL의 렌즈셀의 초점에 모이도록 하기 위해서 두 FEL 사이의 거리를 보통 40~50mm 정도 유지해야만 한다. 이에 따라, 액정 프로젝터 조명계의 콤팩트화에 한계가 있다.
With the trend toward thinner and smaller liquid crystal projectors, the illumination system of liquid crystal projectors is seeking a compact system. The illumination system of the liquid crystal projector uses a first FEL and a second FEL to increase light efficiency. However, in order for the light transmitted through the first FEL per lens cell to be focused at the focal point of the lens cell of the second FEL, the distance between the two FELs must be maintained about 40-50 mm. Accordingly, there is a limit to the compactness of the liquid crystal projector illumination system.

따라서, 본 발명의 목적은 광원과 플라이아이렌즈 사이의 거리를 줄임으로써 콤팩트화될 수 있는 액정 프로젝터의 조명계를 제공하는 데 있다.
It is therefore an object of the present invention to provide an illumination system of a liquid crystal projector that can be compacted by reducing the distance between the light source and the fly's eye lens.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 액정프로젝터 조명계는 광을 발생하는 광원과, 상기 광원으로부터 발생된 광을 미소 단위로 분할하여 포커싱되도록 전반사시키는 반사셀들로 구성된 반사경과, 상기 반사경으로부터 포커싱된 광을 렌즈셀 단위로 평행광으로 진행시키는 플라이아이렌즈를 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the liquid crystal projector illumination system of the present invention comprises a light source for generating light, a reflector composed of reflecting cells for totally reflecting the light generated from the light source by dividing the light generated by the light unit by a small unit, and focused from the reflector And a fly's eye lens for advancing light to parallel light in units of lens cells.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.Other objects and features of the present invention in addition to the above object will be apparent from the description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 액정 프로젝터의 조명계를 도시한 것이다. 도 3에 도시된 액정프로젝터의 조명계는 광을 발생하는 아크발광 램프(10)와, 아크발광 램프(10)를 감싸는 형태로 단위 미소 단위로 반사셀이 형성된 반사경(12)과, 제2 FEL(14)를 구비한다. 3 illustrates an illumination system of a liquid crystal projector according to an exemplary embodiment of the present invention. The illumination system of the liquid crystal projector shown in FIG. 3 includes an arc light emitting lamp 10 for generating light, a reflector 12 having a reflective cell formed in units of minute units in a form surrounding the arc light emitting lamp 10, and a second FEL ( 14).

램프(10)는 아크형태로 형성되어 방전에 의해 빛을 방출하는 방전램프관과, 방전램프관의 양측부에 전압을 인가하기 위한 전극이 형성된 리드부로 구성된다. 이러한 램프(10)는 리드부의 전극을 통해 공급되는 전압차에 의해 발생된 아크발광에 의해 백색광을 방출하게 된다. 램프(10)에서 방사되어 반사경(12)에 도달하는 광들은 그 반사경(12)에서 전반사되어 전방으로 진행하게 된다. 아울러, 반사경(12)은 입사광을 마이크로 렌즈셀 단위로 분할하여 포커싱되게 하는 종래의 제1 FEL의 역할을 하게 된다. 이를 위하여, 반사경(12)은 제2 FEL(14)의 각 렌즈셀에 대응하여 미소 단위로 분할된 미소 단위 반사셀로 구성된다. 미소 단위 반사셀 각각은 소정의 곡률을 가지게 되어 곡선의 연속적인 형태를 가지게 되며, 반사셀들간은 불연속적인 형태를 가지게 된다. 이러한 반사경(12)은 아크발광 램프(10)로부터 발생된 광을 전반사시킴과 아울러, 광을 각 미소 단위 반사셀에 대응되는 제2 FEL(14)의 각 렌즈셀에 포커싱되게 한다. 제2 FEL(14)은 반사경(12)로부터의 입사광을 평행광으로 변환하여 PBS 어레이(도시되지 않음) 쪽으로 투과시킨다.The lamp 10 is composed of a discharge lamp tube which is formed in an arc shape and emits light by discharge, and a lead portion having electrodes for applying voltage to both sides of the discharge lamp tube. The lamp 10 emits white light by arc emission generated by the voltage difference supplied through the electrode of the lead portion. Light emitted from the lamp 10 and reaching the reflector 12 is totally reflected at the reflector 12 and travels forward. In addition, the reflector 12 serves as a conventional first FEL for dividing the incident light into micro lens cells so as to be focused. To this end, the reflector 12 is composed of minute unit reflection cells divided into minute units corresponding to each lens cell of the second FEL 14. Each of the minute unit reflection cells has a predetermined curvature to have a continuous shape of a curve, and the reflection cells have a discontinuous shape. The reflector 12 reflects the light generated from the arc light emitting lamp 10 and focuses the light on each lens cell of the second FEL 14 corresponding to each micro unit reflective cell. The second FEL 14 converts the incident light from the reflector 12 into parallel light and transmits it to the PBS array (not shown).

도 4는 액정 프로젝터 조명계의 미소 단위 반사셀에서의 광경로를 도시한 것으로, 이를 이용한 각 반사셀의 설계방법은 다음과 같다.FIG. 4 illustrates an optical path of a small unit reflective cell of a liquid crystal projector illumination system. A method of designing each reflective cell using the same is as follows.

도 4를 참조하면, 반사경(12)은 각 반사셀이 제2 FEL(14)의 각각의 렌즈셀에 대응되도록 설계된다. 반사셀 상에서 중앙위치인 제1 지점(12A)는 종래 포물반사경의 위치와 일치하는 지점으로 광원으로부터의 입사광을 전반사시켜 제2 FEL(14)의 렌즈셀로 평행하게 진행되게 한다. 반사셀 상에서 제2 지점(12B)은 광원으로부터의 광을 제2 FEL(14)의 렌즈셀에 소정의 입사각(

Figure 112001004601578-pat00001
)으로 포커싱 되게 전반사시키 는 광원으로부터의 입사광에 대한 광축의 법선면으로 결정된다. 마찬가지로, 반사셀 상에서 제3 지점(12C)도 광원으로부터의 광을 제2 FEL(14)의 렌즈셀에 포커싱되게 전반사시키는 광원으로부터의 입사광에 대한 광축의 법선면으로 결정된다. 이렇게, 반사셀 각각은 반사셀에 입사하는 광을 포커싱되게 전반사시키는 광축의 법선면을 결정한 후 그 법선면을 연장함으로써 설계될 수 있다. 이렇게 설계되어진 반사셀의 반사면은 제2 FEL(14)에 입사하는 광의 입사각이 변화에 따라 연속적으로 변화하는 소정의 곡률을 가지게 된다. 그리고, 종래의 포물반사경과 대비할 때 본 발명에 따른 반사경(12)의 각 미소 단위의 반사셀은 광이 포커싱되기 위하여 반사셀 상의 제1 지점(12A)을 기준으로 윗 영역의 반사면은 종래의 포물반사경의 반사면보다 안쪽으로 들어간 연속적인 곡선 형태를 가지게 된다. 반면에, 반사셀 상의 제1 지점(12A) 아래 영역의 반사면은 종래의 포물반사경의 반사셀보다 밖으로 나간 연속적인 곡선 형태을 가지게 된다. 이에 따라, 반사경(12)의 반사셀들 간은 불연속적인 직선 형태를 가지게 된다.
Referring to FIG. 4, the reflector 12 is designed such that each reflecting cell corresponds to each lens cell of the second FEL 14. The first point 12A, which is the center position on the reflective cell, is a point that coincides with the position of the conventional parabolic reflector so as to totally reflect the incident light from the light source to proceed in parallel to the lens cell of the second FEL 14. The second point 12B on the reflecting cell transmits light from the light source to a lens cell of the second FEL 14 by a predetermined angle of incidence (
Figure 112001004601578-pat00001
It is determined by the normal plane of the optical axis for the incident light from the light source, which is totally reflected by the light source. Similarly, the third point 12C on the reflection cell is also determined as the normal plane of the optical axis for the incident light from the light source that totally reflects the light from the light source to the lens cell of the second FEL 14. As such, each of the reflective cells can be designed by determining the normal plane of the optical axis that totally reflects the light incident on the reflective cell and then extending the normal plane. The reflecting surface of the reflecting cell designed as described above has a predetermined curvature that continuously changes as the incident angle of light incident on the second FEL 14 changes. In contrast to the conventional parabolic reflector, the reflecting cell of each micro unit of the reflector 12 according to the present invention has a conventional reflecting surface of the upper region based on the first point 12A on the reflecting cell in order to focus light. It has a continuous curved shape that goes inwards from the reflecting surface of the parabolic reflector. On the other hand, the reflecting surface of the area under the first point 12A on the reflecting cell has a continuous curved form outward than the reflecting cell of the conventional parabolic reflector. Accordingly, the reflective cells of the reflector 12 have a discontinuous straight line shape.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 프로젝터의 조명계는 미소 단위로 반사셀이 형성된 반사경이 제1 플라이아이렌즈의 역할을 동시에 함으로써 제1 플라이아이렌즈를 생략할 수 있으므로 콤팩트한 조명 시스템을 구현할 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 액정 프로젝터의 조명계는 제1 플라이아이렌즈를 생략함으로써 광이 여러 광부품을 투과하면서 발생되는 광손실을 줄일 수 있으므로 광효율을 향 상시킬 수 있다. 또한 필요한 광부품의 수를 줄일 수 있으므로 비용이 절감될 수 있다.As described above, the illumination system of the liquid crystal projector according to the present invention can implement a compact illumination system because the reflector having a reflective cell formed by a micro unit simultaneously serves as the first fly's eye lens, and thus the first fly's eye lens can be omitted. have. Furthermore, the illumination system of the liquid crystal projector according to the present invention can reduce the light loss generated while the light is transmitted through the various optical components by omitting the first fly-eye lens can improve the light efficiency. In addition, the cost can be reduced by reducing the number of optical components required.

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.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.

Claims (4)

광을 발생하는 광원과,A light source for generating light, 상기 광원으로부터 발생된 광을 미소 단위로 분할하여 포커싱되도록 전반사시키는 반사셀들로 구성된 반사경과,A reflector composed of reflecting cells for totally reflecting the light generated from the light source by dividing the light generated by the micro unit into a focus unit; 상기 반사경으로부터 포커싱된 광을 렌즈셀 단위로 평행광으로 진행시키는 플라이아이렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정프로젝터의 조명계.And a fly's eye lens for advancing the light focused from the reflector to parallel light in units of lens cells. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반사경의 각 미소 단위 반사셀은 플라이아이렌즈의 각 렌즈셀에 대응되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액정프로젝터의 조명계.Each micro-unit reflective cell of the reflector is formed so as to correspond to each lens cell of the fly's eye lens. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반사경은 광원으로부터의 광이 포커싱되도록 각 미소 단위의 반사셀이 입사광의 광축의 법선을 따라 연속적으로 변화하는 곡선의 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 액정프로젝터의 조명계.The reflecting mirror is an illumination system of a liquid crystal projector, characterized in that the reflecting cells of each micro unit has a shape of a curve that is continuously changed along the normal of the optical axis of the incident light so that the light from the light source is focused. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 반사경은 미소 단위 반사셀들간이 불연속적인 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 액정프로젝터의 조명계.The reflector is an illumination system of the liquid crystal projector, characterized in that the minute unit between the reflective cells have a discontinuous form.
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