KR100628125B1 - lighting apparatus using LED and projection display system using it - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED를 면광원으로 적용할 수 있도록 LED의 구조를 개선하여 고출력의 면광원을 구성하고, 이를 사용하여 소형화의 투사 표시장치에 관한 것이다. 본 발명은 기판과, 상기 기판 위에 편평한 면과 이 면 가장자리에 적어도 한 부분 이상이 소정 높이로 형성되어 양전극과 접합되는 p층과, 상기 p층의 편평한 면 위에 전기적 신호를 통해 빛을 발생하는 발광층과, 상기 발광층 위에 상기 소정 높이로 형성되는 p층과 동일한 높이로 형성되어 음전극과 접합되는 n층과, 상기 p층 및 n층과 접촉되어 양전극 및 음전극을 각각 제공하는 투명전극과, 상기 투명전극 하부에 형성되어 상기 발광층에서 발생되는 빛을 반사하는 반사층을 포함하여 구성되는 조명장치와, 이 조명장치를 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투사 표시장치를 제공한다.The present invention relates to a high-output surface light source by improving the structure of the LED to apply the LED as a surface light source, and relates to a miniaturized projection display device using the same. The present invention provides a substrate, a p-layer having a flat surface on the substrate and at least one or more portions formed at a predetermined height at the edge thereof, the p-layer being bonded to the positive electrode, and a light-emitting layer generating light through an electrical signal on the flat surface of the p-layer. And a transparent electrode formed on the light emitting layer at the same height as the p layer formed at the predetermined height and bonded to the negative electrode, the transparent electrode contacting the p layer and the n layer to provide a positive electrode and a negative electrode, respectively, and the transparent electrode. The present invention provides a lighting apparatus including a reflecting layer formed below and reflecting light generated from the light emitting layer, and a projection display apparatus configured to use the lighting apparatus.

조명장치, 투사형 표시장치, 광학계, LED, 면광원Illumination device, projection display, optical system, LED, surface light source

Description

LED를 이용한 조명장치와 이를 이용한 투사 표시장치{lighting apparatus using LED and projection display system using it}Lighting apparatus using LED and projection display system using it}

도 1 은 종래의 단판식 투사 표시장치의 구성을 나타낸 도면1 is a view showing the configuration of a conventional single-panel projection display device;

도 2a는 일반적인 컬러휠의 순차적 색분리 방법을 나타낸 도면Figure 2a is a view showing a sequential color separation method of a general color wheel

도 2b는 도 2a의 순차적 색분리에 따른 색분리 신호의 시간 구성도를 나타낸 도면FIG. 2B is a diagram illustrating a time configuration of a color separation signal according to the sequential color separation of FIG. 2A

도 3 은 일반적인 LED의 구조를 나타낸 도면 3 is a view showing the structure of a typical LED

도 4(a)(b)는 종래의 LED 여러 개를 배열하여 면광원을 구성한 조명장치를 나타낸 사시도 및 상면도Figure 4 (a) (b) is a perspective view and a top view showing a lighting device comprising a surface light source by arranging a number of conventional LEDs

도 5 는 본 발명에 따른 투사 표시장치의 구성도로 제 1 실시예를 나타낸 도면5 is a block diagram of a projection display device according to the present invention, showing a first embodiment;

도 6 은 본 발명에 따른 LED를 이용한 조명장치의 구성도를 나타낸 도면6 is a view showing the configuration of a lighting device using an LED according to the present invention;

도 7 은 본 발명에 따른 LED를 이용한 조명장치의 LED칩 구성 상세도를 나타낸 도면7 is a view showing a detailed configuration of the LED chip of the lighting apparatus using the LED according to the present invention

도 8 은 본 발명에 따른 투사 표시장치의 구성도로 제 2 실시예를 나타낸 도면8 is a block diagram of a projection display device according to the present invention, showing a second embodiment;

도 9 는 본 발명에 따른 색분리 신호의 시간 구성도를 나타낸 도면9 is a view showing a time configuration diagram of a color separation signal according to the present invention;

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

511, 512, 513 : LED 광원 520 : 합성프리즘511, 512, 513: LED light source 520: synthetic prism

530 : 로드렌즈 540 : DOE530: road lens 540: DOE

550 : 컬러휠 560 : 조명렌즈550: color wheel 560: illumination lens

570 : TIR 프리즘 580 : DMD570: TIR prism 580: DMD

590 : 투사렌즈 610 : LED 칩590: projection lens 610: LED chip

620 : LED 베이스 710 : LED 기판620: LED base 710: LED substrate

720 : LED p층 730 : 발광층720: LED p layer 730: light emitting layer

740 : LED n층 750 : 투명전극740: LED n-layer 750: transparent electrode

760 : 반사층 770 : 전기신호760: reflective layer 770: electrical signal

780 : 반사경 811, 812, 813 : LED 면광원780: reflectors 811, 812, 813: LED surface light source

820 : 합성프리즘 830 : 로드렌즈820: Synthetic Prism 830: Road Lens

840 : DOE 850 : 조명렌즈840: DOE 850: Illumination Lens

860 : TIR 프리즘 870 : DMD860: TIR prism 870: DMD

880 : 투사렌즈880: projection lens

본 발명은 LED를 3색의 면발광 광원으로 구성하고 3색을 합성하는 조명장치와, 이를 이용하여 투사 화면을 구현하는 투사 표시장치에 관한 것이다.The present invention relates to an illumination device comprising three colors of a surface emitting light source and combining three colors, and a projection display device using the same to implement a projection screen.

최근 대화면, 고화질 표시 장치는 가장 중요한 이슈(issue)중 하나로 떠오르고 있으며, 현재까지 이러한 대화면 디스플레이 장치로 개발되어 상용화 된 것에는 대표적으로 직시형 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 프로젝션, 프로젝터 등이 있다. Recently, large screen and high-definition display devices have emerged as one of the most important issues, and until now, such large-screen display devices have been developed and commercialized such as direct view liquid crystal displays, plasma displays, projections, projectors, and the like.

도 1 은 종래의 단판식 투사 표시장치의 구성을 나타낸 도면으로, 도 1과 같이, 단판식 투사 표시장치는 램프(210), 집속 렌즈(220), 컬러휠(230), 로드(rod) 렌즈(240), 조명 렌즈(250), TIR 프리즘(261), DMD(280), 투사렌즈(270) 그리고 스크린(290)으로 구성된다.1 is a view illustrating a configuration of a conventional single-panel projection display device. As shown in FIG. 1, a single-panel projection display device includes a lamp 210, a focusing lens 220, a color wheel 230, and a rod lens ( 240, an illumination lens 250, a TIR prism 261, a DMD 280, a projection lens 270, and a screen 290.

이와 같이 구성된 단판식 투사 표시장치를 도 1을 참조하여, 그 동작을 설명하면 다음과 같다.A single-panel projection display device configured as described above will be described below with reference to FIG. 1.

광원인 램프(210)에서 나온 백색광은 집속렌즈(220)에 의해 집속되어 컬러휠(230)에 입사한다.White light emitted from the lamp 210, which is a light source, is focused by the focusing lens 220 and is incident on the color wheel 230.

이때, 상기 컬러휠(230)은 도 2a에 도시된 바와 같이 빠르게 회전하면서 백색광을 R, G, B 광으로 순차적으로 분해한다. 즉, 상기 컬러휠(230)의 회전에 따라서 램프(210)로부터의 백색광은 컬러휠(230)의 R, G, B 세 영역에 순차적으로 조사되게 되는데, 각 R, G, B 영역은 순차적으로 회전하면서 백색광에서 자신에 해당하는 파장 대역만을 투과시킨다. In this case, the color wheel 230 rotates rapidly as shown in FIG. 2A and sequentially decomposes white light into R, G, and B lights. That is, as the color wheel 230 rotates, the white light from the lamp 210 is sequentially irradiated to three regions R, G, and B of the color wheel 230, and each of the regions R, G, and B rotates sequentially. White light transmits only the wavelength band corresponding to it.

따라서, 컬러휠(230)에서는 시간에 따라서 R, G, B 광이 순차적으로 출력되게 된다.Therefore, in the color wheel 230, R, G, and B light are sequentially output.

이어 상기 컬러휠(230)을 투과한 광은 로드(rod) 렌즈(240)에 입사되어 광분 포가 균일하게 된다. Subsequently, the light transmitted through the color wheel 230 is incident on the rod lens 240 so that the light distribution is uniform.

그리고 상기 로드렌즈(240)에서 나온 광은 조명렌즈(250)에 의해 TIR 프리즘(261)에 입사한다. Light emitted from the rod lens 240 is incident on the TIR prism 261 by the illumination lens 250.

이때, 상기 TIR 프리즘(261)은 두 개의 프리즘 블록이 접합되어 있고 그 경계면에 공기층(262)이 형성되어 있다. 따라서, 상기 TIR 프리즘(261)에 입사된 광은 TIR 프리즘(261)의 경계면에서 굴절률이 높은 프리즘에서 굴절률이 낮은 공기로 진행하므로 특정 각도 이상으로 입사되어 전반사가 있어난다.At this time, the TIR prism 261 has two prism blocks bonded to each other, and an air layer 262 is formed at an interface thereof. Therefore, since the light incident on the TIR prism 261 passes from the prism having a high refractive index to the air having a low refractive index at the interface of the TIR prism 261, the light is incident at a specific angle or more and is totally reflected.

이와 같이, 상기 TIR 프리즘(261)의 경계면에서 전반사된 광은 DMD(280)에 조사된다.As such, the light totally reflected at the interface of the TIR prism 261 is irradiated to the DMD 280.

이때, 상기 DMD(280)는 미세한 거울이 배열되어 픽셀을 이루는 반사형 표시소자로서, 상기 DMD(280)에 조사된 빛은 DMD 패널(280)에 입력되는 영상 신호에 따라서 위상이 변조되어 영상정보가 담겨지게 된다. In this case, the DMD 280 is a reflective display device in which fine mirrors are arranged to form pixels, and the light irradiated to the DMD 280 is modulated in phase according to an image signal input to the DMD panel 280 to provide image information. Will be contained.

이렇게 영상정보가 담겨진 광은 TIR 프리즘(261)과 투사렌즈(270)를 통과하여 스크린(290)에 투사되어 영상을 구현하게 된다. The light containing the image information is projected on the screen 290 through the TIR prism 261 and the projection lens 270 to implement an image.

이때, 상기 DMD(280)에 조사되는 광은 컬러휠(230)의 동작에 의해 R, G, B 색으로 순차적으로 조사되고 DMD(280)에서 구현하는 영상은 DMD에 조사되는 색의 광과 동일한 영상의 색 신호를 구현하여 정확한 컬러 영상을 구현하게 된다.At this time, the light irradiated to the DMD 280 is sequentially irradiated with R, G, and B colors by the operation of the color wheel 230, and the image implemented by the DMD 280 is the same as the light of the color irradiated to the DMD. By implementing the color signal of the accurate color image will be realized.

즉, 도 2b와 같이 상기 컬러휠(230)을 투과하는 광의 색은 영상신호의 한 화면을 구성하는 1/60초 동안 3분할되고, 상기 DMD에서 구현하는 영상 색신호와 동기시켜 동일하게 된다.That is, as shown in FIG. 2B, the color of the light passing through the color wheel 230 is divided into three for 1/60 second constituting one screen of the image signal, and is synchronized with the image color signal implemented by the DMD.

이와 같은 투사 표시장치에서는 광원으로 사용하는 램프의 전체 광을 사용하는 것이 아니고 컬러휠(230)의 R, G, B 필터에서 필요한 파장의 광만을 사용하므로 광 이용효율이 작게 되고 색재현에 제한이 있게 된다.The projection display device does not use the entire light of the lamp used as the light source, but uses only the light of the wavelength required by the R, G, and B filters of the color wheel 230, so that the light utilization efficiency is small and color reproduction is limited. do.

이를 해결하기 위해 투사 표시장치에서 사용되는 광원으로 램프 대신에 LED를 사용하는 방법이 연구되고 있다.To solve this problem, a method of using an LED instead of a lamp as a light source used in a projection display has been studied.

상기 LED는 전기적 신호에 의해 빛을 발광하는 소자로써 저전력 구동이 가능하여 소형 광부품과 표시 장치에 많이 사용되고 있다. 특히, 상기 LED는 발광하는 파장영역이 작으므로 색재현이 우수하고 소비전력이 작아 투사표시장치의 램프 대신 적용이 가능하다.The LED is a device that emits light by an electrical signal and can be driven at low power, and thus is widely used in small optical parts and display devices. In particular, since the LED has a small wavelength range for emitting light, color reproduction is excellent and power consumption is small, so that the LED may be applied instead of the lamp of the projection display device.

도 3 은 일반적인 LED의 구조를 나타낸 도면이다.3 is a view showing the structure of a general LED.

도 3과 같이, LED는 기판(110) 위에 n층(120)이 적층되고, 그 위에 발광층(130) 및 p층(140)이 순차적으로 적층된다.As shown in FIG. 3, the n-layer 120 is stacked on the substrate 110, and the light-emitting layer 130 and the p-layer 140 are sequentially stacked thereon.

그리고 상기 p층(140)에 양전극(150)이 접하여 (+) 전원에 연결되고 기판(110)에 음전극(16)이 접하여 (-)전원에 연결된다.In addition, the positive electrode 150 is in contact with the p-layer 140 and is connected to the (+) power source, and the negative electrode 16 is in contact with the substrate 110 and is connected to the (-) power source.

상기 양전극과 음전극에 전압을 가하면 전압차에 의해 전자가 이동하면서 발광층 내의 에너지 변화를 일으켜 빛을 내게 된다.When a voltage is applied to the positive electrode and the negative electrode, electrons move by the voltage difference, causing energy change in the light emitting layer to emit light.

이렇게 상기 발광층(130)에서 발광된 빛은 사방으로 발산하고 광을 한쪽 방향으로 모으기 위해 반사경(170)을 주위에 두어 광을 반사시키고 집속 렌즈(180)에 의해 광이 집속되어 한쪽 방향으로 출력된다. The light emitted from the light emitting layer 130 is emitted in all directions and the light is reflected around the reflector 170 to collect light in one direction, and the light is focused by the focusing lens 180 and output in one direction. .

그런데, 이와 같이 구성되는 LED를 투사 표시장치의 광원으로 쓰기 위해서는 고출력의 광원이 필요한데 LED의 경우 출력이 작아서 하나의 LED로는 투사 표시장치에서 사용되기에는 충분하지 않다.By the way, in order to use the LED configured as a light source of the projection display device, a high power light source is required. In the case of the LED, the output is small, so that one LED is not sufficient to be used in the projection display device.

따라서, 투사 표시장치의 광원으로 사용할 정도의 고출력을 위해 도 4와 같이, 하나의 모듈로써 사용하거나 여러 개의 LED 모듈을 배열한 후 각각의 광을 모아서 사용한다.Therefore, in order to have a high output to be used as a light source of the projection display device, as shown in FIG. 4, it is used as one module or a plurality of LED modules are arranged and then each light is collected and used.

도 4(a)(b)는 종래의 LED 여러 개를 배열하여 면광원을 구성한 조명장치를 나타낸 사시도 및 상면도이다.Figure 4 (a) (b) is a perspective view and a top view showing a lighting device in which a surface light source is arranged by a number of conventional LEDs.

도 4(a)(b)와 같이, 각각의 LED에서 발광되는 빛은 LED 모듈의 끝면에서 발광되는 것처럼 되어 면광원을 형성 할 수 있다. As shown in Figure 4 (a) (b), the light emitted from each LED may be emitted from the end surface of the LED module to form a surface light source.

그런데, 고출력의 광원을 위해 여러 개의 LED로 구성되는 LED 모듈은 그 크기가 커지게 된다. By the way, the LED module consisting of a plurality of LEDs for the high power light source becomes large in size.

왜냐하면, 도 4와 같이 각각의 LED는 전압을 인가하기 위한 구동 전극(430)의 연결 회로 배선 및 집속 렌즈(410)의 구성으로 인해 각각의 LED의 그 부피가 최소 1cm 정도의 크기를 가지고 있으며, 또한 이웃하는 LED와의 발광부와의 배열 간격의 거리(420)도 최소 5mm이하로 형성이 불가능하여 LED 모듈의 부피가 커지게 된다. Because, as shown in Figure 4 each LED has a volume of at least 1cm of the volume of each LED due to the configuration of the connection circuit wiring of the driving electrode 430 and the focusing lens 410 for applying a voltage, In addition, the distance 420 of the arrangement interval with the light emitting unit with the neighboring LED is also impossible to form at least 5mm or less, thereby increasing the volume of the LED module.

즉, 전체 LED의 크기 중 상기 연결 회로 배선 및 집속 렌즈가 차지하는 영역의 부피가 90%를 차지하고 있다.That is, the volume of the area occupied by the connection circuit wiring and the focusing lens occupies 90% of the size of all the LEDs.

따라서 단일 면적에 집속할 수 있는 LED의 수가 적어 한정된 면적에서 고출력의 광을 얻기 어렵고 LED 배열 사이에 간격이 많이 벌어져 광의 분포가 균일하지 않고 불규칙한 문제가 있다.Therefore, the number of LEDs that can be focused on a single area is difficult to obtain high power light in a limited area, and the gap is widened between the LED arrays, resulting in an irregular and irregular distribution of light.

또한 각각의 LED에 전압을 인가하기 위한 연결 회로 배선이 복잡해지는 문제가 있다.In addition, there is a problem that the connection circuit wiring for applying a voltage to each LED is complicated.

따라서, 옥외 전광판과 같이 대면적의 화면을 구성하고 멀리서 보는 경우에는 LED 모듈의 배열이 화면 표시에서 큰 문제가 되지 않으나 소형 표시소자의 광원에 적용하거나 가까운 거리에서 소형 화면을 표시하는 경우에는 광분포 불균일에 의한 문제가 발생되게 된다. Therefore, when constructing a large-area screen such as an outdoor billboard and viewing from a distance, the arrangement of the LED module is not a big problem in screen display. However, when applying a light source of a small display device or displaying a small screen at a close distance, the light distribution is performed. The problem is caused by non-uniformity.

또한, R, G, B 각 색의 LED 면광원의 색을 합성하여 DMD와 같은 표시소자에 조사하기 위해서는 합성 광학계가 더욱 크고 복잡해지는 문제가 있어서, 이것은 투사 표시장치의 크기를 더욱 크게 만드는 원인이 된다.In addition, in order to synthesize the colors of the LED surface light sources of R, G, and B colors and irradiate the display elements such as DMDs, the composite optical system becomes larger and more complicated, which causes a larger size of the projection display device. do.

결국 종래 방식의 LED는 면광원으로 적용하는데 이와 같은 문제들이 있어서 면광원 적용으로 소형화 가능한 투사 표시장치의 광원에 사용하기 어렵다.As a result, the conventional LED is applied as a surface light source, which is difficult to use for a light source of a projection display device that can be miniaturized by applying a surface light source.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 LED를 면광원으로 적용할 수 있도록 LED의 구조를 개선하여 고출력의 면광원을 구성하는데 있다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention to improve the structure of the LED to apply the LED as a surface light source to configure a high power surface light source.

본 발명의 다른 목적은 LED를 이용한 고출력의 면광원을 사용하여 소형화의 투사 표시장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a projection display device of miniaturization using a high output surface light source using LEDs.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판과, 상기 기판 위에 편평한 면 과 이 면 가장자리에 적어도 한 부분 이상이 소정 높이로 형성되어 양전극과 접합되는 p층과, 상기 p층의 편평한 면 위에 전기적 신호를 통해 빛을 발생하는 발광층과, 상기 발광층 위에 상기 소정 높이로 형성되는 p층과 동일한 높이로 형성되어 음전극과 접합되는 n층과, 상기 p층 및 n층과 접촉되어 양전극 및 음전극을 각각 제공하는 투명전극과, 상기 투명전극 하부에 형성되어 상기 발광층에서 발생되는 빛을 반사하는 반사층을 포함하여 구성되는 조명장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a substrate, a p-layer on the flat surface and at least one portion at the edge of the surface is formed at a predetermined height and bonded to the positive electrode, and an electrical signal on the flat surface of the p-layer A light emitting layer for generating light through the light emitting layer, an n layer formed at the same height as the p layer formed at the predetermined height on the light emitting layer and bonded to the negative electrode, and contacting the p layer and the n layer to provide a positive electrode and a negative electrode, respectively; The present invention provides a lighting device including a transparent electrode and a reflective layer formed under the transparent electrode to reflect light generated from the light emitting layer.

그리고 상기 반사층과 둔각을 이루도록 형성되어 상기 발광층에서 발생되는 빛을 기판 쪽으로 진행되도록 반사시키는 반사경을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.And it is preferably configured to further comprise a reflector formed to form an obtuse angle with the reflective layer to reflect the light generated in the light emitting layer to proceed toward the substrate.

또한, 상기 구성되는 LED칩 다수개를 LED 베이스를 이용하여 수평, 수직 방향으로 소정 간격으로 배열하여 상기 LED칩에서 발생되는 빛이 면발광되도록 면 구조로 구성되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that a plurality of the LED chip is arranged in a horizontal, vertical direction at a predetermined interval using the LED base is configured in a plane structure so that the light generated from the LED chip surface emitting.

이때, 상기 다수개의 LED칩은 영상신호의 한 화면을 구성하는 동기 신호 동안 분할되어 적색, 녹색, 청색광을 순차적으로 발광하는 것이 바람직하다.In this case, the plurality of LED chips are preferably divided during the synchronization signal constituting one screen of the image signal to sequentially emit red, green, and blue light.

본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 본 발명은 상기와 같이 구성되는 조명장치와, 상기 조명장치에서 출사되는 광을 합성하는 합성프리즘과, 상기 합성프리즘에서 합성된 광을 집속시키고 편광을 일정한 면적으로 광을 발생하는 조명계와, 상기 조명계로부터 출사되는 광을 영상신호에 따라 분리/변조/합성하여 영상을 표시하는 광학계와, 상기 광학계로부터의 영상을 확대 투사시키는 투사렌즈계를 포함하여 구성되는 투사 표시장치를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, the present invention provides a lighting device configured as described above, a synthetic prism for synthesizing the light emitted from the lighting device, and focuses the light synthesized from the synthetic prism, A projection display device including an illumination system for generating light, an optical system for separating / modulating / synthesizing the light emitted from the illumination system according to an image signal, and an projection system for magnifying and projecting an image from the optical system To provide.

이때, 상기 조명계는 판형의 렌즈로 구성되어 상기 합성프리즘에서 합성된 광의 방사각을 줄이는 DOE를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.In this case, the illumination system is preferably composed of a plate-shaped lens including a DOE to reduce the radiation angle of the light synthesized in the synthesis prism.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the accompanying drawings.

이하 상기의 목적으로 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention that can be specifically realized for the above purpose.

도 5 는 본 발명에 따른 투사 표시장치의 구성도로 제 1 실시예를 나타낸 도면이다.Fig. 5 is a diagram showing the first embodiment of the construction of a projection display device according to the present invention.

도 5와 같이, R, G, B 광을 내는 다수개의 LED 면광원(511)(512)(513)과, 각 색의 LED 면광원(511)(512)(513)을 합성하는 합성프리즘(520)과, 상기 합성프리즘(520)에 의해 합성된 백색광의 광분포를 균일하게 만드는 로드렌즈(530)와, 상기 로드렌즈(530)에 접합되어 진행하는 광의 각도를 변경시키는 DOE(540)와, 상기 로드렌즈(530)에서 출사된 광의 색을 분리하는 컬러휠(550)과, 상기 컬러휠(550)을 투과한 광을 모아주는 조명렌즈(560)와, 입사된 광을 전반사시키는 TIR 프리즘(570)과, 영상신호에 의해 광량을 변조하여 영상을 표시하는 DMD(580)와, 영상을 확대 투사시키는 투사렌즈(590)로 구성된다.As shown in FIG. 5, a synthetic prism for synthesizing a plurality of LED surface light sources 511, 512, 513 emitting R, G, and B light and LED surface light sources 511, 512, 513 of respective colors ( 520, a rod lens 530 for uniformizing the light distribution of the white light synthesized by the synthesizing prism 520, a DOE 540 for changing the angle of the light adhering to the rod lens 530, and A color wheel 550 for separating the color of the light emitted from the rod lens 530, an illumination lens 560 for collecting the light transmitted through the color wheel 550, and a TIR prism 570 for total reflection of the incident light. ), A DMD 580 for displaying an image by modulating the amount of light in accordance with an image signal, and a projection lens 590 for magnifying and projecting the image.

이때, 상기 LED 면광원(511)(512)(513)은 도 6과 같이 얇은 판형의 LED 베이스(620)에 각각의 LED 칩(610)이 수평, 수직 방향으로 규칙적으로 배열하여 면 구조를 이루도록 구성하여 면상에서 균일한 분포의 광이 면발광하게 되고, 상기 LED 베이스(620) 내부는 반사경(780)으로 구성된다. At this time, the LED surface light source 511, 512, 513 is a thin plate-shaped LED base 620 as shown in Figure 6 so that each LED chip 610 is arranged regularly in a horizontal, vertical direction to form a surface structure The light is uniformly distributed on the surface to emit light, and the inside of the LED base 620 is composed of a reflector 780.

상기 LED 면광원의 구성에 대해 도 7을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The configuration of the LED surface light source is described in detail with reference to FIG. 7 as follows.

도 7과 같이, LED 기판(710)위에 LED p층(720)이 위치하고 그 위에 LED 발광층(730)과 LED n층(740)이 적층되어 위치한다. As illustrated in FIG. 7, the LED p layer 720 is disposed on the LED substrate 710, and the LED light emitting layer 730 and the LED n layer 740 are stacked thereon.

이때, 상기 LED 기판(710)은 투명한 재질을 사용하여 빛이 투과할 수 있도록 하고, 상기 LED p층(720) 가장자리의 한 부분을 LED n층(740)의 높이와 같도록 구성한다.In this case, the LED substrate 710 uses a transparent material to allow light to pass through, and configures a portion of the edge of the LED p layer 720 to be equal to the height of the LED n layer 740.

이어, 이와 같이 순차적으로 적층된 LED칩을 거꾸로 뒤집어 투명전극(750)에 접합한다. 이때, 상기 LED p층(720)과 LED n층(740)은 각각 투명전극(750)의 양전극 패턴과 음전극 패턴에 각각 접촉하게 되어 서로 전기가 통할 수 있게 된다.Subsequently, the LED chips sequentially stacked in this manner are turned upside down and bonded to the transparent electrode 750. At this time, the LED p-layer 720 and the LED n-layer 740 are in contact with the positive electrode pattern and the negative electrode pattern of the transparent electrode 750, respectively, so that the electricity can pass through each other.

다음으로 상기 투명전극(750) 아래에 금속 코팅이 된 반사층(760)을 접합한다.Next, a metal coating reflective layer 760 is bonded below the transparent electrode 750.

그리고 마지막으로 상기 반사층(760)에 전기신호(770)를 연결하여 입력된 전기신호에 의해 LED의 p층(720)과 n층(740)에서 전압차가 생겨 LED 발광층(730)에서 빛이 발생하게 된다.Finally, an electrical signal 770 is connected to the reflective layer 760 to generate a voltage difference between the p-layer 720 and the n-layer 740 of the LED to generate light in the LED light emitting layer 730. do.

이렇게 상기 LED 발광층(730)에서 발광된 빛은 사방으로 발산하게 되는데, 상기 LED p층(720) 방향으로 발광한 빛은 투명한 LED 기판(710)을 투과하여 진행한다.In this way, the light emitted from the LED emitting layer 730 is emitted in all directions, the light emitted in the direction of the LED p-layer 720 passes through the transparent LED substrate 710.

한편, LED n층(740) 방향으로 발광한 빛은 투명전극(750)을 투과하여 진행하고 반사층(760)에서 반사되어 반대방향으로 진행하게 되어 LED 기판(710)을 투과하 여 출사된다. On the other hand, the light emitted in the direction of the LED n-layer 740 passes through the transparent electrode 750 and is reflected by the reflective layer 760 to proceed in the opposite direction is transmitted through the LED substrate 710 is emitted.

결국, LED 칩에서 발광된 빛은 LED 기판(710) 방향으로 출사하게 된다.As a result, the light emitted from the LED chip is emitted toward the LED substrate 710.

이렇게 상기 LED 칩에서 출사된 광은 반사경(780)에서 반사되어 특정한 각도 내의 광으로 진행하게 된다. The light emitted from the LED chip is reflected by the reflector 780 and proceeds to light within a specific angle.

이때, 상기 반사경(780)은 이웃한 LED칩과 공용하여 사용할 수 있고 확장되어 LED 베이스(620)를 이루게 된다. 그리고 상기 LED 칩은 p층의 전극과 n층의 전극이 모두 같은 방향으로 배치되고 LED 베이스(620)에 접합 연결되는 것이 바람직하다.In this case, the reflector 780 may be used in common with the neighboring LED chip and is extended to form the LED base 620. In the LED chip, it is preferable that both the p-layer electrode and the n-layer electrode are disposed in the same direction and connected to the LED base 620 by bonding.

이에 따라, 종래의 LED의 경우 전체 부피의 90%를 차지하는 전극간 배선 및 집속렌즈 등을 제거함으로서, 종래 하나의 LED 크기가 최소 1cm 이던 것을, 본 발명에 따른 도 7과 같이 LED를 구성함으로써, LED의 크기를 200㎛로 1/5정도의 크기로 줄일 수 있게 된다. Accordingly, in the case of the conventional LED by removing the inter-electrode wiring and focusing lens, etc., which occupy 90% of the total volume, by configuring the LED as shown in Figure 7 according to the present invention that the size of one conventional LED was at least 1 cm, The size of the LED can be reduced to about 1/5 the size of 200㎛.

이때, 상기 출사되는 LED 광의 출력과 출사 각도는 반사경(780)과 LED 베이스(620)의 형상을 관계에 따라 조정될 수 있다.In this case, the output and the exit angle of the emitted LED light can be adjusted according to the shape of the reflector 780 and the LED base 620.

이와 같이, LED 칩을 배열하여 면광원을 구성하면 단일 면적에 집적할 수 있는 LED 칩의 수가 기존의 LED 모듈보다 월등히 많아 고출력의 광을 얻을 수 있고 LED 사이의 간격이 작아 균일한 분포의 출사광을 얻을 수 있게 된다.As such, when LED chips are arranged to form a surface light source, the number of LED chips that can be integrated in a single area is much higher than that of conventional LED modules, so that high output light can be obtained and the spacing between the LEDs is small, resulting in uniformly distributed light emission. You will get

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 LED 면광원을 이용한 투사 표시장치의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation of the projection display device using the LED surface light source according to the present invention configured as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 5와 같이, R, G, B LED 면광원(511)(512)(513)은 각각의 색의 광을 출사 한다. 이때, 각각의 LED 면광원(511)(512)(513)에서 출사된 광은 합성프리즘(520)에서 백색광으로 합성되어 한 방향으로 진행한다.As shown in FIG. 5, the R, G, and B LED surface light sources 511, 512, and 513 emit light of each color. At this time, the light emitted from each of the LED surface light sources 511, 512, 513 is synthesized as white light by the synthesis prism 520 and proceeds in one direction.

이때, 상기 합성프리즘(520)은 빛의 경로를 바꿔주는 역할을 하는 것으로 청색 반사, 녹색 및 적색 투과 코팅으로 청색광은 반사시키고 녹색광과 적색광을 투과시키는 다이크로익 코팅면과, 적색 반사, 녹색 및 청색 투과 코팅으로 적색광은 반사시키고 녹색광과 청색광을 투과시키는 다이크로익 코팅면이 각각 45도 각도로 X자 형태로 구성된다.In this case, the synthetic prism 520 serves to change the path of light, and the dichroic coating surface for reflecting blue light and transmitting green light and red light with blue reflection, green and red transmission coating, and red reflection, green and The dichroic coating surface, which reflects red light and transmits green and blue light, is formed in an X shape at a 45 degree angle.

이에 따라, 상기 각각이 LED 면광원(511)(512)(513)에서 출사되는 각 색의 광이 합성프리즘(520)으로 서로 수직하게 입사되어 한 방향으로 합성된다.Accordingly, the respective colors of light emitted from the LED surface light sources 511, 512, and 513 are incident to the synthesis prism 520 perpendicularly to each other and synthesized in one direction.

즉, R 광은 합성프리즘(520)에 입사되어 45도 반사면에서 반사되어 합성프리즘(520)의 출사부로 진행한다. 그리고 G 광은 합성프리즘(520)에 입사되어 45도 반사면을 그대로 투과하여 출사부로 진행한다. 마지막으로 B 광은 합성프리즘(520)에 입사되어 45도 반사면에서 반사되어 합성프리즘(520)의 출사부로 진행한다.That is, the R light is incident on the composite prism 520, reflected at the 45 degree reflective surface, and proceeds to the exit portion of the composite prism 520. The G light is incident on the synthetic prism 520 and passes through the 45-degree reflective surface as it is and proceeds to the emission unit. Finally, the B light is incident on the composite prism 520, reflected at the 45 degree reflective surface, and proceeds to the exit portion of the composite prism 520.

이러한 합성프리즘(520)의 대표적인 예로 X-cube 프리즘이 있다.An example of such a synthetic prism 520 is an X-cube prism.

이와 같이 상기 LED 면광원(511)(512)(513)에서 출사되어 합성프리즘(520)에서 합성된 광은 로드렌즈(530)에 입사된다. As such, the light emitted from the LED surface light sources 511, 512, and 513 and synthesized by the synthesis prism 520 is incident on the rod lens 530.

이때, 상기 로드렌즈(530)의 입사부에 회절렌즈(Diffraction Optical Element : DOE)(540)가 접합되어 있어서 상기 DOE(540)를 투과한 광이 상기 로드렌즈(530)에 특정한 각도로 입사되게 된다. 여기서 상기 DOE(540)는 판형의 렌즈로써 일반적인 집속렌즈와 같은 역할을 하나 집속렌즈를 줄여 작은 크기로 만들고 있다.At this time, a diffraction lens (DOE) 540 is bonded to an incident part of the rod lens 530 so that light transmitted through the DOE 540 is incident on the rod lens 530 at a specific angle. do. The DOE 540 is a plate-shaped lens, which serves as a general focusing lens, but reduces the focusing lens to make it smaller in size.

즉, 상기 LED 면광원(511)(512)(513)에서 출사된 광은 특정한 각도의 방사각으로 출사되어 진행되므로 광원으로부터 멀어질수록 광 단면적의 크기가 커지게 된다. 이렇게 큰 단면적의 광을 모두 수용하기 위해서는 큰 로드렌즈(530)가 필요하게 되는데 이것은 전체 시스템의 크기를 크게 만드는 원인이 된다.That is, since the light emitted from the LED surface light sources 511, 512, 513 is emitted at a specific angle of radiation, the light cross-sectional area becomes larger as it moves away from the light source. In order to accommodate all the light having such a large cross-sectional area, a large rod lens 530 is required, which causes the size of the entire system to be large.

따라서, 광의 방사각을 줄이기 위해 집속렌즈를 쓰게 되는데, 이렇게 집속렌즈를 사용하게 되는 경우는 상기 집속렌즈가 위치하는 공간과 거리가 추가로 필요하게 되므로 이 또한 시스템의 전체 크기를 크게 만드는 원인이 된다.Therefore, a focusing lens is used to reduce the radiation angle of the light. When the focusing lens is used in this way, the space and the distance where the focusing lens is located are additionally required, which also causes a large overall size of the system. .

따라서, 본원발명과 같이 회절렌즈(DOE)(840)를 적용하면 종래의 집속렌즈와 동일한 효과를 갖도록 광의 방사각을 줄이면서도, 집속렌즈가 위치하는 공간과 거리가 필요하지 않아서 보다 작은 크기의 로드렌즈(830)를 사용할 수 있고, 아울러 전체 투사 표시장치에 따른 시스템을 더욱 작게 구성할 수 있게 된다.Therefore, when the diffractive lens (DOE) 840 is applied as in the present invention, while reducing the radiation angle of the light so as to have the same effect as the conventional focusing lens, the space and the distance where the focusing lens is located are not required, so that the rod having a smaller size The lens 830 can be used, and the system according to the entire projection display can be made smaller.

이와 같이 상기 DOE(840)를 투과하여 특정한 각도로 로드렌즈(830)로 입사된 광은 상기 로드렌즈(830) 내에서 불규칙한 반사에 의해 출사되는 광의 광분포가 균일하게 된다.As such, the light incident through the DOE 840 and incident on the rod lens 830 at a specific angle becomes uniform in the light distribution of the light emitted by the irregular reflection in the rod lens 830.

이렇게 상기 로드렌즈(830)에서 출사한 광은 컬러휠(550)에 의해 순차적으로 R, G, B 광으로 분리된다. 그리고 각 분리된 색의 광은 조명렌즈(560)에 의해 집속되어 TIR 프리즘(570)에 입사된다.The light emitted from the rod lens 830 is sequentially divided into R, G, and B light by the color wheel 550. Light of each separated color is focused by the illumination lens 560 and is incident on the TIR prism 570.

이어 상기 TIR 프리즘(570)을 통과하는 광은 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 공기로 진행하므로 TIR 프리즘(570)의 경계면에서 전반사된다. 그리고 상기 TIR 프리즘(570)에서 전반사된 광은 DMD(580)에 조사된다.The light passing through the TIR prism 570 is then totally reflected at the interface of the TIR prism 570 because the light passes through the medium having the high refractive index to the air having the small refractive index. The light totally reflected by the TIR prism 570 is irradiated to the DMD 580.

다음으로 상기 DMD(580)는 영상신호에 의해 반사광의 광량을 변조하여 영상을 표시한다. 이때 상기 컬러휠(550)을 순차적으로 투과한 R, G, B 광이 DMD(580)에 순차적으로 조명이 되면, 상기 DMD(580)는 해당 색과 동일한 영상 색신호를 표시하여 정확한 컬러영상을 구현하게 된다.Next, the DMD 580 displays an image by modulating the amount of light reflected by the image signal. In this case, when the R, G, and B lights sequentially passing through the color wheel 550 are sequentially illuminated on the DMD 580, the DMD 580 displays the same image color signal as the corresponding color to implement an accurate color image. do.

이렇게 상기 DMD(580)에서 구현된 영상은 TIR 프리즘(570)을 투과하고 투사렌즈(590)에 의해 확대 투사되어 스크린(미도시)에 화면을 구현하게 된다.The image implemented in the DMD 580 passes through the TIR prism 570 and is enlarged and projected by the projection lens 590 to implement a screen on a screen (not shown).

도 8 은 본 발명에 따른 투사 표시장치의 구성도로 제 2 실시예를 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하여 제 2 실시예에 따른 내용을 상세히 설명하면 다음과 같다.8 is a diagram illustrating a second embodiment of the construction of a projection display device according to the present invention. Referring to FIG. 8, the contents according to the second embodiment will be described in detail as follows.

이때, 본 제 2 실시예의 기본적인 구성은 상술한 제 1 실시예와 동일하다. 다만, 본 제 2 실시예에서는 상술한 제 1 실시예와는 달리 컬러휠(550)을 대체하여 LED 면광원(511)(512)(513)의 순차적 온(on)/오프(off)로 색분리를 하여 투사표시장치를 구성하고 있다.At this time, the basic configuration of this second embodiment is the same as that of the first embodiment described above. However, in the second embodiment, unlike the first embodiment described above, color separation is performed by sequentially turning on / off the LED surface light sources 511, 512, and 513 by replacing the color wheel 550. To configure the projection display device.

즉, 도 8과 같이 제 1 실시예에서의 컬러휠(550)을 대체하여 LED 면광원(811)(812)(813)의 순차적 온(on)/오프(off)로 색분리를 하여 투사 표시장치를 구성하고 있다.That is, as shown in FIG. 8, the color wheel 550 in the first embodiment replaces the color light sources 811, 812, and 813 by sequentially turning on / off the projection display device. Consists of.

이 경우 상기 R, G, B LED 면광원(811)(812)(813)은 항상 온 상태가 아니고 영상신호에 맞추어 순차적으로 온(on)/오프(off) 되어 DMD(870)에 조사된다.In this case, the R, G, and B LED surface light sources 811, 812, and 813 are not always on, but are sequentially turned on / off in accordance with an image signal and irradiated to the DMD 870.

즉, 상기 DMD(870)의 R 색신호에 R LED만 켜고 G, B LED는 끄며 DMD의 G 색신호에 G LED만 켜고 R, B LED는 끈다.That is, only the R LED is turned on to the R color signal of the DMD 870 and the G and B LEDs are turned off, and only the G LED is turned on to the G color signal of the DMD and the R and B LEDs are turned off.

이러한 순차적 색신호는 도 9에서 시간 구성도로 나타내고 있다.This sequential color signal is shown in FIG.

즉, 도 9와 같이 각각의 R, G, B LED 면광원(811)(812)(813)에서 영상신호의 한 화면을 구성하는 동기 신호인 1/60초 동안 3분할되어 순차적으로 발광되고, 이는 상기 DMD(870)에서 구현하는 영상 색신호와 동기시켜 동일하게 된다.That is, as shown in FIG. 9, each of the R, G, and B LED surface light sources 811, 812, and 813 is sequentially divided into three parts for 1/60 second, which is a synchronization signal constituting one screen of an image signal, and sequentially emits light. This is the same in synchronization with the image color signal implemented in the DMD (870).

본 발명을 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가지 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified by those skilled in the art as can be seen from the appended claims, and such modifications are within the scope of the present invention.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 LED를 이용한 조명장치와 이를 이용한 투사 표시장치의 효과를 설명하면 다음과 같다. The effects of the illumination device using the LED and the projection display device using the same according to the present invention described above are as follows.

첫째, 고출력, 고집적의 LED 면광원을 구현할 수 있다.First, high output, high integration LED surface light source can be realized.

둘째, 투사표시장치의 표시소자의 광원으로 적용하고 광학계를 간단히 구성하여 시스템을 소형화할 수 있다.Second, the system can be miniaturized by applying as a light source of the display element of the projection display device and simply configuring the optical system.

Claims (9)

기판과,Substrate, 상기 기판 위에 편평한 면과 이 면 가장자리에 적어도 한 부분 이상이 소정 높이로 형성되어 양전극과 접합되는 p층과,A p layer formed on the substrate and having a flat surface and at least one portion formed at a predetermined height at an edge thereof to be bonded to the positive electrode; 상기 p층의 편평한 면 위에 전기적 신호를 통해 빛을 발생하는 발광층과,A light emitting layer for generating light through an electrical signal on a flat surface of the p layer; 상기 발광층 위에 상기 소정 높이로 형성되는 p층과 동일한 높이로 형성되어 음전극과 접합되는 n층과,An n layer formed on the light emitting layer at the same height as the p layer formed at the predetermined height and bonded to a negative electrode; 상기 p층 및 n층과 접촉되어 양전극 및 음전극을 각각 제공하는 투명전극과,A transparent electrode in contact with the p layer and the n layer to provide a positive electrode and a negative electrode, respectively; 상기 투명전극 하부에 형성되어 상기 발광층에서 발생되는 빛을 반사하는 반사층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 조명장치.And a reflective layer formed under the transparent electrode to reflect light generated from the light emitting layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반사층과 둔각을 이루도록 형성되어 상기 발광층에서 발생되는 빛을 기판 쪽으로 진행되도록 반사시키는 반사경을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 조명장치.And a reflector formed to form an obtuse angle with the reflective layer to reflect the light generated from the light emitting layer to travel toward the substrate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 항과 같이 구성되는 다수개의 LED칩과,A plurality of LED chips configured as described in claim 1, 상기 다수개의 LED칩을 수평, 수직 방향으로 소정 간격으로 배열하여 상기 LED칩에서 발생되는 빛이 면발광되도록 면 구조로 형성하는 LED 베이스를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 조명장치.And arranging the plurality of LED chips at predetermined intervals in a horizontal and vertical direction to form a surface structure such that light generated from the LED chips is surface-emitted. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 LED칩과 LED 베이스 사이에 상기 LED칩에서 발생되는 빛을 일 방향으로 진행되도록 반사시키는 반사경을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 조명장치.Lighting device further comprises a reflector reflecting the light generated from the LED chip to proceed in one direction between the LED chip and the LED base. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 LED칩은 200㎛ 이하의 크기로 구성되는 것을 특징으로 하는 조명장치.The LED chip is an illumination device, characterized in that consisting of a size of less than 200㎛. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 다수개의 LED칩은 영상신호의 한 화면을 구성하는 동기 신호 동안 분할되어 적색, 녹색, 청색광을 순차적으로 발광하는 것을 특징으로 하는 조명장치.The plurality of LED chips are divided during the synchronization signal constituting one screen of the image signal, characterized in that for sequentially emitting red, green, blue light. 상기 제 1 항 또는 제 3 항과 같이 구성되는 조명장치와,The lighting device is configured as described in claim 1 or 3, 상기 조명장치에서 출사되는 광을 합성하는 합성프리즘과,A synthetic prism for synthesizing light emitted from the lighting device; 상기 합성프리즘에서 합성된 광을 집속시키고 편광을 일정한 면적으로 광을 발생하는 조명계와,An illumination system that focuses the light synthesized in the synthesis prism and generates light with a constant polarization; 상기 조명계로부터 출사되는 광을 영상신호에 따라 변조 및 합성하여 영상을 표시하는 광학계와, An optical system for displaying an image by modulating and synthesizing the light emitted from the illumination system according to an image signal; 상기 광학계로부터의 영상을 확대 투사시키는 투사렌즈계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투사 표시장치.And a projection lens system for magnifying and projecting an image from the optical system. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 조명계는 판형의 렌즈로 구성되어 상기 합성프리즘에서 합성된 광의 방사각을 줄이는 회절렌즈(DOE)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투사 표시장치.And the illumination system comprises a diffractive lens (DOE) configured to have a plate-shaped lens to reduce the radiation angle of the light synthesized by the synthesizing prism. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 광학계는 상기 조명계에서 출사한 광을 순차적으로 R, G, B 광으로 분리하는 컬러휠을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투사 표시장치.And the optical system comprises a color wheel that sequentially divides the light emitted from the illumination system into R, G, and B lights.
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