KR100444986B1

KR100444986B1 - 조명계 및 이를 채용한 프로젝터

Info

Publication number: KR100444986B1
Application number: KR10-2001-0061035A
Authority: KR
Inventors: 김성하; 소콜로프키릴
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2001-09-29
Filing date: 2001-09-29
Publication date: 2004-08-21
Also published as: EP1298939A3; CN100350282C; CN1410784A; US20030063262A1; EP1298939A2; JP2003177353A; KR20030028308A; DE60219258D1; US6834963B2; JP3768179B2; EP1298939B1; DE60219258T2

Abstract

발광 소자 또는 발광 소자 어레이를 이용하여 칼라휠 없이 칼라 화상을 구현할 수 있는 조명계 및 이를 채용한 프로젝터가 개시되어 있다.

이 개시된 조명계는, 소정 파장의 광빔을 조사하는 복수개의 발광소자와, 상기 복수개의 발광소자로부터 조사된 빔의 단면적을 압축시키도록 광경로상에 배치된 홀로그램;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 개시된 프로젝터는, 소정 파장의 광을 출사하는 복수개의 발광소자와, 발광소자로부터 출사된 광의 단면적을 압축시키도록 광경로상에 배치된 홀로그램을 구비한 조명계; 상기 조명계부터 입사되는 광을 입력된 영상 신호에 따라 처리하여 화상을 형성하는 디스플레이 소자; 상기 디스플레이 소자에 의해 형성된 화상을 스크린쪽으로 확대 투사시키는 투사 렌즈 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

조명계 및 이를 채용한 프로젝터{Illumination system and a projector imploying it}

본 발명은 조명계 및 이를 채용한 프로젝터에 관한 것으로, 특히 발광 소자 또는 발광 소자 어레이를 이용하여 칼라휠 없이 칼라 화상을 구현할 수 있는 조명계 및 이를 채용한 프로젝터에 관한 것이다.

도 1을 참조하면, 종래의 프로젝터는 광원(100)과, 이 광원(100)으로부터 출사된 빔을 집속시키는 제1 릴레이 렌즈(102), 입사광을 R(Red),G(Green),B(Blue) 삼색빔으로 분리시키는 칼라휠(105), 상기 칼라휠(105)을 통과한 빔을 균일하게 만들어 주는 플라이 아이 렌즈(107), 상기 플라이 아이 렌즈(107)를 경유한 빔을 집속시키는 제2 릴레이 렌즈(110), 상기 칼라휠(105)을 통해 순차적으로 입사되는 R,G,B 삼색빔에 의해 칼라 화상을 형성하는 디스플레이 소자(112) 및 상기 디스플레이 소자(112)에 의해 형성된 화상을 스크린(118)으로 확대 투사시킨는 투사렌즈유닛(115)를 포함하여 구성된다.

상기 광원(100)은 크세논(xenon) 램프, 금속-할로겐(metal-halide) 램프,UHP 램프 등이 사용되는데, 이러한 램프들은 불필요한 적외선과 자외선이 많이 방출된다. 이로 인해 열이 많이 발생됨에 따라 열을 식혀주기 위한 냉각팬이 사용되는데 이 냉각팬은 소음 발생의 일요인이 된다. 또한, 램프 광원의 스팩트럼 분포를 보면 전 파장에 대하여 넓게 분포되어 있어 좁은 칼라 게멋(gamut)을 가지므로 칼라 선택의 폭이 줄고, 색순도가 불량할 뿐 아니라, 수명이 짧아 램프의 안정적인 사용이 제한되는 문제점이 있다.

한편, 종래의 단판식 프로젝터에서는 칼라 화상을 구현하기 위해 상기 칼라휠(105)을 구동 모터(미도시)에 의해 고속으로 회전시켜 R(Red),G(Green),B(Blue)를 순차적으로 상기 디스플레이 소자(112)에 조명하는 방식으로 칼라 화상을 구현한다. 그런데, 상기 칼라휠(105)은 R,G,B 삼색 필터가 휠 전체에 등분 배치되어, 상기 디스플레이 소자(112)의 응답 속도에 따라 상기 칼라휠(105)의 회전시 한 칼라씩 순차적으로 사용하게 되므로 2/3의 광손실이 발생된다. 또한, 바람직한 칼라 구현을 위해서 상기 칼라휠(105)의 각 칼라필터의 경계부분에서 소정 간격의 갭이 형성되어 있어 이 부분에서도 광손실이 야기된다.

또한, 상기 칼라휠(105)은 고속으로 회전되므로 소음이 발생하고 구동 모터에 의한 기계적인 운동으로 인해 안정성에 불리할 뿐만 아니라, 구동 모터의 기계적인 한계 때문에 일정한 속도 이상의 속도를 얻기는 어려우므로 칼라 브레이크업(breakup) 현상이 초래된다. 더욱이 칼라휠 자체의 단가가 매우 고가이므로 제조비용 상승의 일요인이 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 발광 소자 또는 발광 소자 어레이와 홀로그램을 구비한 조명계를 이용하여 색순도 및 칼라 선택성이 향상되고, 칼라휠 없이 칼라 화상을 구현할 수 있는 조명계 및 이를 채용한 프로젝터를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 프로젝터의 개략적인 구성도를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조명계의 사시도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조명계의 정면도이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조명계의 평면도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명계의 광경로를 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조명계의 사시도이다.

도 7은 도 6의 평면도이다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 조명계를 채용한 프로젝터의 개략적인 구성도를 나타낸 도면이다.

<도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명>

10,20,10a,10b,10c,40a,40b,40c,50a,50b,50c...발광소자 어레이

15,25,45a,45b,45c,55a,55b,55c...콜리메이팅 렌즈 어레이

18,28,48a,48b,48c,58a,58b,58c...홀로그램

30a,30b,30c...다이크로익 필터

35...콜레스테릭 밴드 모듈레이션 필터

60...X 프리즘 61,62,63...입사면

64...출사면 65...플라이 아이 렌즈

70...릴레이 렌즈 75...디스플레이 소자

77...투사렌즈 유닛 80...스크린

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 조명계는, 소정 파장의 광빔을 조사하는 복수개의 발광소자; 상기 복수개의 발광소자로부터 조사된 빔의 단면적을 압축시키도록 광경로상에 배치된 홀로그램;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수개의 발광소자는, LED, 레이저 다이오드(LD), 유기 EL 및 FED 중 어느 하나로 된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발광소자로부터 조사된 광을 평행광으로 만들어 주기 위한 평행광 형성수단이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 평행광 형성수단은 콜리메이팅 렌즈 어레이 또는 프레넬 렌즈 어레이인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수개의 발광소자가 어레이로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 서로 다른 파장의 광빔을 출사하는 복수개의 발광소자 또는 발광소자 어레이가 수평방향으로 일렬로 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 홀로그램을 경유한 빔을 선택적으로 투과 또는 반사시킴으로써광진행 경로를 변환하는 광경로 변환 유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광경로 변환 유닛은, 상기 홀로그램을 경유한 빔을 파장에 따라 반사 또는 투과시키는 다이크로익 필터인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광경로 변환 유닛은, 상기 홀로그램에 의해 반사된 빔을 편광 방향 및 파장에 따라 반사 또는 투과시키는 콜레스테릭 밴드 모듈레이션 필터인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 콜레스테릭 밴드 모듈레이션 필터는, 소정 파장의 빔에 대해 우원편광의 광을 반사시키고 좌원편광의 광을 투과시키는 제1경면과, 우원편광의 광을 투과시키고 좌원편광의 광을 반사시키는 제2경면을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 서로 다른 파장의 광빔을 출사하는 복수개의 발광소자 또는 발광소자 어레이가 소정 각도로 이격되게 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 광경로 변환 유닛은, X프리즘 또는 X형 다이크로익 필터인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발광소자 또는 발광소자 어레이와 홀로그램이 복수층 구조로 더 배치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 조명계를 채용한 프로젝터는, 소정 파장의 광을 출사하는 복수개의 발광소자와, 상기 발광소자로부터 출사된 광의 단면적을 압축시키도록 광경로상에 배치된 홀로그램을 구비한 조명계; 상기 조명계부터 입사되는 광을 입력된 영상 신호에 따라 처리하여 화상을 형성하는 디스플레이 소자; 상기 디스플레이 소자에 의해 형성된 화상을 스크린쪽으로 확대 투사시키는 투사 렌즈 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 조명계로부터 출사된 광을 평행광으로 만들어 주는 플라이 아이 렌즈와, 이 플라이 아이 렌즈를 통과한 빔을 상기 디스플레이 소자쪽으로 집속시키는 릴레이 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조명계 및 이를 채용한 프로젝터에 대해 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 조명계의 사시도를 나타낸 것이다. 본 발명에 따른 조명계는, 소정 파장의 광을 조사하는 적어도 하나 이상의 발광 소자 또는 발광 소자 어레이(10)(20); 상기 발광 소자 또는 발광 소자 어레이(10)(20)로부터 조사된 광빔의 단면적을 최소화하도록 설계된 홀로그램(18)(28); 상기 홀로그램(18)(28)을 경유한 광을 선택적으로 투과 또는 반사시킴으로써 광경로를 변환하는 광경로 변환 유닛(30)을 구비하여 구성된다.

상기 발광 소자(10)(20)는 LED(Light Emitting Diode), 레이저 다이오드(LD), 유기 EL(Electro Luminescent) 및 FED(Field Emission Display) 등에서 선택된 어느 하나로 구성될 수 있다. 또한, 상기 적어도 하나의 발광 소자가 어레이로 배열될 수 있다.

상기 발광 소자 또는 발광 소자 어레이(10)는 각각 다른 파장의 광을 출사하는 제1, 제2 및 제3 발광 소자 또는 발광 소자 어레이(10a)(10b)(10c)로 구성될 수 있다. 또한, 이러한 복수개의 발광 소자 어레이가 복수층 구조로 더 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 복수개의 발광 소자 어레이(10a)(10b)(10c)의 하부쪽에 또 다른 발광 소자 어레이(20)가 한 층 더 구비될 수 있다.

상기 발광 소자 어레이(10)와 또 다른 발광 소자 어레이(20) 사이에는 각각에 대응되는 홀로그램(18)(28)이 대칭되게 배치된다. 상기 홀로그램(18)(28)은 상기 발광 소자 어레이(10)(20)로부터 출사된 광이 그 단면적이 최소화되어 반사되도록 설계된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 발광 소자 어레이(10)(20)에서 조사된 광이 각각 상기 홀로그램(18)(28)을 통해 반사될 때, 상기 홀로그램(18)(28)을 향해 입사되는 광들의 전체적인 단면적보다 상기 홀로그램(18)(28)을 통해 반사된 후의 광들의 전체적인 단면적이 감소된다. 따라서, 동일 광량에 대해 조명계의 부피를 콤팩트화할 수 있으며, 광손실을 줄일 수 있다.

여기서, 상기 발광 소자 어레이(10)(20)와 상기 홀로그램(18)(28) 사이에는 상기 발광 소자 어레이(10)(20)로부터 출사된 광을 평행광으로 만들어 주는 콜리메이팅 렌즈 어레이 또는 프레넬 렌즈 어레이와 같은 평행광 형성수단(15)(18)을 더 구비할 수 있다.

상기 발광 소자 어레이(10)(20)는 상기 콜리메이팅 렌즈 어레이(15)(25), 홀로그램(18)(28)을 포함하여 대칭적으로 배치되어 있어 광학상 기능이 동일하므로 이중 하나의 발광 소자 어레이(10)에 대해서만 설명하기로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1, 제2 및 제3 발광 소자 어레이(10a)(10b)(10c)는 일렬로 배치될 수 있다. 이렇게 배치된 각각의 발광 소자 어레이(10a)(10b)(10c)로부터 출사된 광이 상기 콜리메이팅 렌즈어레이(15) 및 홀로그램(18)을 경유하여 상기 광경로 변환 유닛(30)으로 향한다. 상기 광경로 변환 유닛(30)은 입사광을 선택적으로 투과 또는 반사시킴으로써 서로 다른 광경로로 입사된 광을 같은 광경로로 향하도록 한다. 상기 광경로 변환 유닛(30)은 상기 제1, 제2 및 제3 발광 소자 어레이(10a)(10b)(10c)로부터의 광을 각각 파장에 따라 반사 또는 투과시키도록 된 제1, 제2 및 제3 다이크로익 필터(30a)(30b)(30c)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 발광 소자 어레이(10a)로부터 R 파장의 빔이, 제2 발광 소자 어레이(10b)로부터 G파장의 빔이, 제3 발광 소자 어레이(10c)로부터 B 파장의 빔이 조사될 수 있다.

그리고, 상기 제1 다이크로익 필터(30a)는 R 파장의 빔만을 반사시키고 나머지 다른 파장의 G,B 빔은 투과시키며, 상기 제2 다이크로익 필터(30b)는 G 파장의빔광만을 반사시키고 나머지 다른 파장의 R,B 빔은 투과시킨다. 또한, 상기 제3 다이크로익 필터(30c)는 B 파장의 빔은 반사시키고, 나머지 다른 파장의 R,G 빔은 투과시킨다. 따라서, 상기 제1 발광 소자 어레이(10a)에서 조사된 R 빔이 상기 콜리메이팅 렌즈 어레이(15) 및 홀로그램(18)을 통해 상기 제1 다이크로익 필터(30a)로 입사되면, 도면상 A 방향으로 반사되어 나간다. 또한, 상기 제2 발광 소자 어레이(10b)에서 조사된 G 빔이 상기 콜리메이팅 렌즈 어레이(15) 및 홀로그램(18)을 통해 상기 제2 다이크로익 필터(30b)로 입사되면, 상기 제2 다이크로익 필터(30b)에 의해 반사되고 상기 제1 다이크로익 필터(30a)를 통과해 도면상 A 방향으로 직진한다. 상기 제3 발광 소자 어레이(10c)에서 조사된 B 빔은 상기 콜리메이팅 렌즈 어레이(15) 및 홀로그램(18)을 통해 상기 제3 다이크로익필터(30c)로 입사되면, 상기 제3 다이크로익미러(30c)에 의해 반사되고 상기 제2 및 제1 다이크로익 필터(30b)(30a)를 통과해 도면상 A 방향으로 직진한다. 이와 같이 하여 서로 다른 경로의 R,G,B 삼색빔이 같은 경로로 진행하게 된다.

이와 달리, 상기 광경로 변환 유닛으로 도 5에 도시된 바와 같이 입사광의 편광 방향에 따라 선택적으로 반사 또는 투과시키는 콜레스테릭 밴드 모듈레이션 필터(35)를 이용할 수 있다. 상기 콜레스테릭 밴드 모듈레이션 필터(35)는 소정 파장의 광에 대해 예를 들어, 우원편광의 광은 반사시키고, 좌원편광의 광은 투과시킴으로써 광경로를 변환시킬 수 있으며, 반대로 우원편광의 광은 투과시키고, 좌원편광의 광은 반사시킬 수 있다. 상기 콜레스테릭 밴드 모듈레이션 필터(35)는 R 파장의 빔, G 파장의 빔, B 파장의 빔에 대해 각각 원편광의 방향에 따라 선택적으로 투과 또는 반사시키는 제1, 제2 및 제3 콜레스테릭 밴드 모듈레이션 필터(35a)(35b)(35c)로 구성될 수 있다.

한편, 상기 제1,2 및 제3 콜레스테릭 밴드 모듈레이션 필터(35a)(35b)(35c)에는 각각 우원편광과 좌원편광의 광을 모두 사용할 수 있도록 함으로써 광효율을 향상시키기 위해 각각의 필터에 대응되는 파장에 대해 우원편광의 광을 반사시키고 좌원편광의 광을 투과시키는 제1경면(37)과, 우원편광의 광을 투과시키고 좌원편광의 광을 반사시키는 제2경면(38)이 적절히 배치되어 구비된다. 여기서, 우원편광의 광에 대해서는 +, 좌원편광에 대해서는 -로 표기하기로 한다. 예를 들어, R+는 우원편광의 R 빔을, R-는 좌원편광의 R빔을 나타낸다.

상기 제1, 제2 및 제3 발광 소자 어레이(10a)(10b)(10c)로부터 출사되어 상기 콜리메이팅 렌즈 어레이(15) 및 홀로그램(18)을 경유한 광이 각각 제1, 제2 및 제3 콜레스테릭 밴드 모듈레이션 필터(35a)(35b)(35c)로 향한다, 상기 제1, 제2 및 제3 콜레스테릭 밴드 모듈레이션 필터(35a)(35b)(35c)는 광이 입사되는 방향으로부터 제1 경면(37)과 제2 경면(38)이 대각선 방향으로 구비된다. 먼저, R빔의 진행 경로에 대해 살펴본다. 상기 홀로그램(18)으로부터 반사된 R빔 중 우원편광의 광(R+)이 처음에 상기 제1경면(37)을 만나면 이 제1경면(37)에 의해 반사된 후 진행 경로상에서 제2경면(38)을 만났을 때 그대로 투과되어 도면상 A' 방향으로 나아간다. 한편, 처음에 상기 제2경면(38)을 만나면 이 제2경면(38)을 통과해 투과된 후에 상기 제1경면(37)에 의해 반사되어 도면상 A'방향으로 진행한다. 또한, 상기 홀로그램(18)으로부터 반사된 R빔 중 좌원편광(R-)이 처음에 상기 제1경면(37)을 만나면 이 제1경면(37)을 통해 투과되고, 진행 경로상에서 제2경면(38)을 만났을 때 반사되어 A' 방향으로 진행하는 한편, 처음에 상기 제2경면(38)을 만나면 이 제2경면(38)에 의해 반사되어 A'방향으로 향한다.

상기와 같은 작용은 G 빔의 우원편광(G+) 및 좌원편광(G-), B광의 우원편광(B+) 및 좌원편광(B-)에 대해 동일하게 적용되며, 결국 모두 같은 방향(A')으로 진행되도록 된다. 상기 제1, 제2 및 제3 콜레스테릭 밴드 모듈레이션 필터(35a)(35b)(35c)는 각각에 대응되는 파장의 광에 대해서만 선택적으로 투과 또는 반사 작용을 하며 다른 파장의 광에 대해서는 편광 방향에 관계없이 모두 투과시킨다. 이와 같이 하여 우원편광의 광과 좌원편광의 광 모두를 유효하게 사용할 수 있으므로 광효율면에서 매우 유리하다.

또 다른 실시예로서, 본 발명에 따른 발광 소자 조명계는 도 6에 도시된 바와 같이, 서로 다른 파장의 빔을 조사하는 제1, 제2 및 제3 발광 소자 어레이(40a)(40b)(40c), 상기 제1, 제2 및 제3 발광 소자 어레이(40a)(40b)(40c)로부터 출사된 빔을 각각 평행하게 만들어 주는 제1, 제2 및 제3 콜리메이팅 렌즈 어레이(45a)(45b)(45c) 또는 프레넬 렌즈 어레이와 같은 평행광 형성 수단, 상기 평행광 형성 수단(45a)(45b)(45c)을 경유하여 입사되는 광을 그 단면적이 압축되도록 반사시키는 제1, 제2 및 제3 홀로그램(48a)(48b)(48c), 서로 다른 방향에서 입사되는 광의 진행경로를 변환하는 광경로 변환 유닛을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 제1 발광 소자 어레이(40a), 제1 콜리메이팅 렌즈 어레이(45a) 및 제1 홀로그램(48a)에 대해 대칭되게 제4 발광 소자 어레이(50a), 제4 콜리메이팅 렌즈 어레이(55a) 및 제4 홀로그램(58a)이 더 구비될 수 있다. 이는 상기 제2 발광 소자 어레이(40b), 및 제3 발광 소자 어레이(40c)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다. 즉, 상기 제2 및 제3 발광 소자 어레이(40b)(40c), 제2 및 제3 콜리메이팅 렌즈 어레이(45b)(45c), 제2 및 제3 홀로그램(48a)(48c)에 대해 대칭되게 제5 및 제6 발광 소자 어레이(50b)(50c), 제5 및 제6 콜리메이팅 렌즈 어레이(55b)(55c), 제5 및 제6 홀로그램(58b)(58c)이 한 층씩 더 구비된다. 이와 같이 발광 소자 어레이를 복수층 구조로 구비함으로써 최소의 공간 활용으로 최대의 광량을 확보할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 발광 소자 어레이(40a)(40b)(40c)의 작용은 상기 제4 내지 제6 발광 소자 어레이(50a)(50b)(50c)와 동일하므로 여기서는 제1 내지 제3 발광 소자 어레이(40a)(40b)(40c)의 작용에 대해서만 설명하기로 한다.

한편, 상기 광경로 변환 유닛은 X 프리즘(60) 또는 X형 다이크로익 필터 필름으로 구성될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 발광 소자 어레이(40a)(40b)(40c)는 상기 X프리즘(60)을 중심으로 소정 각도로 이격되게 배치된다. 상기 X 프리즘(60)은 상기 제1, 제2 및 제3 홀로그램(48a)(48b)(48c)에서 반사되는 광을 수광할 수 있도록 각각의 홀로그램(48a)(48b)(48c)에 대해 대향되게 위치된 제1, 제2 및 제3 입사면(61)(62)(63)과, 하나의 출사면(64)을 가진다. 그리고, 상기 제1 입사면(61)을 통해 입사된 광은 반사시키고 제2 및 제3 입사면(62)(63)을 통해 입사된 광은 투과시키는 제3경면(60a)과, 상기 제3 입사면(63)을 통해 입사된 광은 반사시키고 제1 및 제2 입사면(61)(62)을 통해 입사된 광은 투과시키는 제4경면(60b)을 가진다. 상기 제3 및 제4 경면(60a)(60b)은 X자형으로 교차되어 입사광을 그 파장에 따라 선택적으로 투과 또는 반사시킴으로써 광경로를 변환시킨다. 예를 들어, 상기 제3경면(60a)은 R빔을 반사시키고 다른 파장의 G,B 빔은 투과시키는 한편, 상기 제4경면(60b)은 B빔을 반사시키고 다른 파장의 R,G 빔은 투과시킨다.

도 7은 도 6을 위에서 바라본 평면도로서, 상기 제1 내지 제3 발광 소자 어레이(40a)(40b)(40c)로부터 각각 출사되어 상기 제1 내지 제3 홀로그램(48a)(48b)(48c)을 경유한 R,G,B 삼색빔은 각각 상기 X 프리즘(60)의 대응되는 제1 내지 제3 입사면(61)(62)(63)으로 입사된다. 이와 같이 각각 다른 경로로 입사된 R,G,B 삼색빔은 상기 제3 및 제4 경면(60a)(60b)을 통해 투과 또는 반사되어 상기 출사면(64)을 통해 같은 방향으로 모아진다.

상술한 실시예에 따라 발광 소자 어레이를 다양하게 배치할 수 있고, 그 배치에 적합하게 광경로 변환 유닛(30)(35)(60)을 선택하여 구성할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기와 같은 발광 소자 조명계를 채용한 프로젝터를 제공한다.

본 발명에 따른 발광 소자 조명계를 채용한 프로젝터는, 도 8에 도시된 바와 같이 광을 조사하는 조명계, 이 조명계로부터 출사된 R,G,B 삼색빔을 이용하여 화상을 형성하는 디스플레이 소자(75) 및 상기 디스플레이 소자(75)에 의해 형성된 화상을 스크린(80)으로 향하게 하는 투사렌즈 유닛(77)을 포함하는 프로젝터에 있어서, 상기 조명계는 소정 파장의 광을 조사하는 적어도 하나 이상의 발광 소자로 이루어진 복수개의 발광 소자 어레이(10)(20); 상기 발광 소자 어레이(10)(20)로부터 조사된 광이 그 단면적을 최소화되어 반사되도록 설계된 홀로그램(18)(28); 상기 홀로그램(18)(28)을 경유한 광을 선택적으로 투과 또는 반사시킴으로써 광경로를 변환하는 광경로 변환 유닛(30)을 구비한다.

상기 발광 소자 어레이(10)는 각각 R,G,B 삼색빔을 출사하는 제1 내지 제3 발광 소자 어레이(10a)(10b)(10c)로 구성되며, 충분한 광량을 확보할 수 있도록 동일한 구성을 갖는 또 다른 발광 소자 어레이(20)가 대칭적으로 한 층 이상 더 구비될 수 있다. 그리고, 상기 제1 내지 제3 발광 소자 어레이(10a)(10b)(10c)가 일렬로 배치된 경우 상기 홀로그램(18)에 의해 반사된 R,G,B 삼색빔은 모두 평행하게 같은 방향으로 출사된다. 이를 파장에 따라 선택적으로 투과 또는 반사시킴으로써 R,G,B 삼색빔의 진행 경로를 변환하기 위해 상기 광경로 변환 유닛(30)은 제1 내지 제3 다이크로익 필터(30a)(30b)(30c)를 제공한다.

상기 제1 내지 제3 다이크로익 필터(30a)(30b)(30c)를 통해 같은 방향으로 진행되는 R,G,B 삼색빔을 균일하게 분포되도록 해주는 플라이 아이 렌즈(65)와 상기 디스플레이 소자(75)쪽으로 광을 집속시키는 릴레이 렌즈(70)가 더 구비될 수 있다. 이에, R,G,B 삼색빔을 이용하여 상기 디스플레이 소자(75)에 의해 칼라 화상을 형성한다. 상기 디스플레이 소자(75)는 화상 신호에 따라 마이크로미러의 on-off 스위칭 동작에 의해 칼라 화상을 구현하는 가동 미러 장치이거나 입사광을 편광 변조시킴으로써 칼라 화상을 구현하는 액정 표시 소자일 수 있다.

여기서는, 상기 광경로 변환 유닛(30)으로서 제1 내지 제3 다이크로익 필터(30a)(30b)(30c)를 사용한 예를 설명하였지만, 이외에 앞서 설명한 바와 같이 입사광의 원편광의 방향에 따라 투과 또는 반사되도록 하는 콜레스테릭 밴드 모듈레이션 필터(35)를 사용할 수도 있다.

또한, 광의 파장에 따라 입사광을 반사 또는 투과시킴으로써 서로 다른 방향에서 입사되는 R,G,B 삼색빔이 같은 방향으로 진행하도록 광경로를 변환해주는 X프리즘(60) 또는 X형 다이크로익 필터를 사용할 수 있다. 이때에는 R,G,B 삼색빔을 조사하는 제1 내지 제3 발광 소자 어레이(40a)(40b)(40c)가 도 7에 도시된 바와 같이 상기 X 프리즘(60) 또는 X형 다이크로익 필터를 중심으로 소정 각도를 가지고 이격되게 배치된다. 이와 같이 구성된 조명계가 상기 제1 내지 제 3 발광 소자 어레이(10a)(10b)(10c)와 다이크로익 필터(30a)(30b)(30b)를 포함하는 조명계 대신 대체되어 구성될 수 있다.

상기와 같은 조명계로부터 출사되는 R,G,B 삼색빔은 상기 플라이 아이렌즈(65)와 릴레이 렌즈(70)를 경유하여 상기 디스플레이 소자(75)에 입사되어 칼라 화상이 형성된다. 그리고, 이 칼라 화상은 상기 투사렌즈 유닛(77)에 의해 확대되어 스크린(80)에 맺힌다.

본 발명에 따른 발광 소자 조명계는 원하는 파장대의 좁은 스팩트럼을 갖는 광을 조사하므로 색순도가 향상되고, 보다 넓은 분포를 갖는 칼라 게멋을 확보할 수 있을 뿐 아니라, 홀로그램에 의해 출사되는 광빔의 단면적을 최소함으로써 조명계를 컴팩트화하고 광손실을 줄일 수 있다. 또한, 종래의 램프 광원에 비해 열의 발생이 적고 수명이 연장되는 이점도 있다. 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 발광 소자 조명계를 채용한 프로젝터에서는 발광 소자 조명계 자체에 의한 타임 시퀀셜(time sequential) 구동이 가능하므로 칼라휠이 필요없고 칼라휠의 회전속도보다 빠른 on-off 스위칭이 가능하기 때문에 높은 프레임 레이트(frame rate)를 구현할 수 있으며 전력 소모도 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 발광 소자 조명계를 채용한 프로젝터는 고선명도 및 고화질의 화면을 제공할 수 있다.

Claims

소정 파장의 광빔을 조사하는 복수개의 발광소자;

상기 복수개의 발광소자로부터 조사된 빔의 단면적을 압축시키도록 광경로상에 배치된 홀로그램;

상기 홀로그램을 경유한 빔을 선택적으로 투과 또는 반사시킴으로써 광진행 경로를 변환하는 광경로 변환 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명계.
제 1항에 있어서, 상기 복수개의 발광소자는,

LED, 레이저 다이오드(LD), 유기 EL 및 FED 중 어느 하나로 된 것을 특징으로 하는 조명계.
제 2항에 있어서,

상기 발광소자로부터 조사된 광을 평행광으로 만들어 주기 위한 평행광 형성수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 조명계.
제 3항에 있어서,

상기 평행광 형성수단은 콜리메이팅 렌즈 어레이 또는 프레넬 렌즈 어레이인 것을 특징으로 하는 조명계.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 복수개의 발광소자가 어레이로 이루어진 것을 특징으로 하는 조명계.
제 6항에 있어서,

서로 다른 파장의 광빔을 출사하는 복수개의 발광소자 또는 발광소자 어레이가 수평방향으로 일렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 조명계.
제 1항에 있어서, 상기 광경로 변환 유닛은,

상기 홀로그램을 경유한 빔을 파장에 따라 반사 또는 투과시키는 다이크로익 필터인 것을 특징으로 하는 조명계.
제 1항에 있어서, 상기 광경로 변환 유닛은,

상기 홀로그램에 의해 반사된 빔을 편광 방향 및 파장에 따라 반사 또는 투과시키는 콜레스테릭 밴드 모듈레이션 필터인 것을 특징으로 하는 조명계.
제 9항에 있어서, 상기 콜레스테릭 밴드 모듈레이션 필터는,

소정 파장의 빔에 대해 우원편광의 광을 반사시키고 좌원편광의 광을 투과시키는 제1경면과, 우원편광의 광을 투과시키고 좌원편광의 광을 반사시키는 제2경면을 가지는 것을 특징으로 하는 조명계.
제 6항에 있어서,

서로 다른 파장의 광빔을 출사하는 복수개의 발광소자 또는 발광소자 어레이가 소정 각도로 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 조명계.
제 11항에 있어서, 상기 광경로 변환 유닛은,

X프리즘 또는 X형 다이크로익 필터인 것을 특징으로 하는 조명계.
제 1항, 제 6항 또는 제 11항에 있어서,

상기 발광소자 또는 발광소자 어레이와 홀로그램이 복수층 구조로 더 배치된 것을 특징으로 하는 조명계.
소정 파장의 광을 출사하는 복수개의 발광소자와, 상기 복수개의 발광소자로부터 출사된 광의 단면적을 압축시키도록 광경로상에 배치된 홀로그램, 상기 홀로그램을 경유한 빔을 선택적으로 투과 또는 반사시킴으로써 광진행 경로를 변환하는 광경로 변환 유닛을 구비한 조명계; 상기 조명계부터 입사되는 광을 입력된 영상 신호에 따라 처리하여 화상을 형성하는 디스플레이 소자; 상기 디스플레이 소자에 의해 형성된 화상을 스크린쪽으로 확대 투사시키는 투사 렌즈 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
제 14항에 있어서, 상기 복수개의 발광소자는,

LED, 레이저 다이오드, 유기 EL 및 FED 중 어느 하나로 된 것을 특징으로 하는 프로젝터.
제 15항에 있어서,

상기 발광소자로부터 조사된 광을 평행광으로 만들어 주기 위한 평행광 형성수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
제 16항에 있어서,

상기 평행광 형성수단은 콜리메이팅 렌즈 어레이 또는 프레넬 렌즈 어레이인 것을 특징으로 하는 프로젝터.
제 14항에 있어서,

상기 복수개의 발광소자가 어레이로 이루어진 것을 특징으로 하는 프로젝터.
삭제
제 14항에 있어서,

상기 조명계로부터 출사된 광을 평행광으로 만들어 주는 플라이 아이 렌즈와, 이 플라이 아이 렌즈를 통과한 빔을 상기 디스플레이 소자쪽으로 집속시키는 릴레이 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
제 14항에 있어서,

서로 다른 파장의 광빔을 출사하는 복수개의 발광소자 또는 발광소자 어레이가 일렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
제 14항에 있어서, 상기 광경로 변환 유닛은,

상기 홀로그램을 경유한 빔을 파장에 따라 반사 또는 투과시키는 다이크로익 필터인 것을 특징으로 하는 프로젝터.
제 14항에 있어서, 상기 광경로 변환 유닛은,

상기 홀로그램에 의해 반사된 빔을 편광 방향 및 파장에 따라 반사 또는 투과시키는 콜레스테릭 밴드 모듈레이션 필터인 것을 특징으로 하는 프로젝터.
제 14항에 있어서,

서로 다른 파장의 광빔을 출사하는 복수개의 발광소자 또는 발광소자 어레이가 소정 각도로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 프로젝터.
제 24항에 있어서, 상기 광경로 변환 유닛은,

X 프리즘 또는 X형 다이크로익 필터인 것을 특징으로 하는 프로젝터.
제 14항, 제 21항 또는 제 24항에 있어서,

상기 발광소자 또는 발광소자 어레이 및 홀로그램이 복수층 구조로 더 배치된 것을 특징으로 하는 프로젝터.