KR100582777B1 - 투사 장치용 냉각 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투사 장치에 관한 것으로, 특히 냉각 효율이 높인 투사 장치용 냉각 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 투사 장치의 냉각 장치에 있어서 고휘도의 램프를 냉각시키기 위한 냉각팬 주변에 발포 금속과 같은 고효율의 히트 싱크(heatsink)를 부재하여 램프에서 발생하는 복사열을 외부 케이스에서 히트싱크로 열을 전도하여 냉각시킴으로써 투사 장치의 외부 온도를 낮춰 냉각 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명은 발포 금속과 같은 히트싱크를 이용하여 간단히 제작할 수 있으므로 비용이 절감되는 효과가 있으며, 냉각효율을 높이기 위해 팬의 회전수를 증가시키지 않아도 되므로 소음이 줄어들게 되어 제품의 신뢰성을 향상시킨다.

투사 장치, 냉각팬, 발포 금속, 히트 싱크

Description

투사 장치용 냉각 장치 및 방법{a cooling device and the method for projection display}

도 1은 종래 3판식 액정 투사 장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면.

도 2는 도 1에 도시된 광학계를 냉각시키기 위한 종래의 냉각장치를 개략적으로 나타내는 도면.

도 3은 종래 투사 장치에서 램프와 단열 장치를 개략적으로 보여주는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 냉각 장치에서 사용하는 발포 금속을 보여주는 도면.

도 5는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 램프를 냉각시키기 위한 냉각 장치를 개략적으로 보여주는 부분 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 램프를 냉각시키기 위한 냉각 장치를 개략적으로 보여주는 부분 단면도.

도 7은 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 램프를 냉각시키기 위한 냉각 장치를 개략적으로 보여주는 부분 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

301, 401, 501 : 램프 302, 402, 502 : 금속 박판

303, 403, 503 : 돌기 304, 404, 504a, 504b : 외장 케이스

305, 405, 505 : 공기층 307, 407, 507 : 팬

308, 408, 508a, 508b : 히트 싱크(heat sink)

본 발명은 투사 장치에 관한 것으로, 특히 냉각 효율이 높인 투사 장치용 냉각 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 투사 장치는 투과형 또는 반사형 액정 투사 장치(액정 전면 투사 장치, 배면 투사 장치)와 DLP(Digital Light Process)가 있으며, 액정 투사 장치는 액정을 이용하여 계조값을 구현한 화상을 확대 투사하는 표시 장치이다.

이러한 액정 프로젝터는 액정 디스플레이 패널 수에 따라 단판식과 3판식으로 대별되며, 이러한 액정 투사 장치는 음극선관(CRT) 투사장치에 비하여 밝기와 경량화에서 유리한 잇점이 있다.

또한, 액정 투사장치는 해상도가 우수하므로 개인용 컴퓨터(PC)의 출력을 디스플레이하는 프리젠테이션 장비에 적합하다.

따라서, 최근에는 기존의 음극선관 투사장치가 액정 투사장치로 대체되어 가고 있다. 이 액정 투사 장치용 액정패널은 주로 투과형이 사용되어 왔지만, 최근에는 반사형도 사용되고 있다.

액정 투사장치는 액정패널을 몇 매 사용하는가에 따라 단판식과 3판식 투사장치로 대별될 수 있다.

도 1을 참조하면, 종래의 3판식 액정 투사장치의 광학계는 램프(102a) 및 반 사경(102b)과 제1 전반사미러(110) 사이에 설치된 제1 플라이아이렌즈(Flyeye-lens)(104), 제2 플라이아이렌즈(106) 및 편광 빔스프리터 어레이(108)와, 제1 전반사미러(110)와 적색용 액정패널(130) 사이에 설치된 제1 집광렌즈(112), 적색투과 다이크로익미러(Dichroic mirror)(114), 제2 전반사미러(118) 및 제2 집광렌즈(128)와, 적색투과 다이크로익미러(114)와 녹색용 액정패널(134) 사이에 설치된 청색투과 다이크로익미러(116) 및 제3 집광렌즈(132)와, 청색투과 다이크로익미러(116)와 청색용 액정패널(138) 사이에 설치된 제1 릴레이렌즈(120), 제3 전반사미러(122), 제4 전반사미러(126) 및 제4 집광렌즈(136)와, 적·녹·청색용 액정패널(130, 134, 138) 사이에 설치된 다이크로익 프리즘(140)과, 다이크로익 프리즘(140)의 광출사면에 대면되게 설치되는 투사렌즈(142)를 구비한다.

상기 램프(102a) 및 반사경(102b)으로부터 조사되는 백색광은 제1 플라이아이렌즈(104)에 의해 셀(cell) 단위로 분할되어 제2 플라이아이렌즈(106)의 입사면에 포커싱(focusing)된다.

상기 제2 플라이아이렌즈(106)는 자신에게 입사된 광을 평행광으로 변환하여 편광 빔스프리터 어레이(108) 쪽으로 투과시키게 된다.

여기서, 상기 편광 빔스프리터 어레이(108)는 자신에게 입사된 광을 어느 하나의 광축을 가지는 선편광(P파 또는 S파)으로 변환하여 제1 전반사미러(110) 쪽으로 투과시키게 된다.

또한, 상기 제1 전반사미러(110)는 자신에게 입사된 광을 제1 집광렌즈(112) 쪽으로 반사시키며, 그 반사광은 제1 집광렌즈(112)에 의해 적색투과 다이크로익미 러(114)에 집광된다.

상기 적색 투과 다이크로익미러(114)는 자신에게 입사된 광 중, 적색광을 제2 전반사미러(118) 쪽으로 투과시킴과 아울러 적색광 이외의 파장을 가지는 광을 청색투과 다이크로익미러(116) 쪽으로 반사시킨다.

상기 제2 전반사미러(118)는 적색투과 다이크로익미러(114)로부터 입사된 적색광을 제2 집광렌즈(128) 쪽으로 반사시키게 되며, 제2 집광렌즈(128)는 적색광을 적색용 액정패널(130)의 입사면에 집광시킨다.

그리고, 상기 청색 투과 다이크로익미러(116)는 제1 집광렌즈(114)로부터 입사된 광 중, 녹색광을 제3 집광렌즈(132) 쪽으로 반사시킴과 아울러 청색광을 제1 릴레이렌즈(120) 쪽으로 투과시키게 된다.

이어서, 상기 제3 집광렌즈(132)는 녹색광을 녹색용 액정패널(134)의 입사면에 집광시키게 된다.

그리고, 상기 제1 릴레이렌즈(120)에 입사된 청색광은 제3 전반사미러(122)에 의해 반사된 후, 제4 전반사미러(126)에 의해 제4 집광렌즈(136) 쪽으로 반사된다.

이어서, 상기 제4 집광렌즈(136)는 청색광을 청색용 액정패널(138)의 입사면에 집광시킨다.

상기 액정 패널들(130, 134, 138)은 데이터 신호레벨에 따라 광투과율을 조정함으로써 각각 자신에게 입사되는 적색광, 녹색광 및 청색광 각각에 대하여 투과량을 조정하게 된다.

이들 액정 패널들(130, 134, 138)의 출사면과 다이크로익 프리즘(140)의 입사면 그리고 액정 패널들(130, 134, 138)과 집광렌즈(128, 132, 136) 사이에는 광효율을 높이기 위한 편광판이 부착된다.

상기 다이크로익 프리즘(140)은 적색광, 녹색광 및 청색광을 합성하여 투사렌즈(142) 쪽으로 입사시키게 된다.

이를 위하여, 다이크로익 프리즘(140)에는 서로 교차하는 다이크로익 코팅면을 사이에 두고 4 개의 프리즘이 접합된다.

상기 다이크로익 프리즘(140), 액정 패널들(130, 134, 138) 및 도시하지 않은 편광판은 광합성계를 구성한다.

그리고, 상기 투사렌즈(142)는 다이크로익 프리즘(140)으로부터 입사되는 화상을 스크린에 확대 투사하게 된다.

이와 같은 액정 투사장치에는 광학계에 가해지는 열을 줄이기 위하여 냉각장치가 설치되고 있다.

도 2는 일반적인 투사 장치에서 채용하는 냉각 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.

이러한 액정 투사장치의 냉각 장치는 축류팬(146A,146B)과 덕트(144)를 포함하여, 강제 대류 냉각을 하게 된다.

여기서, 제1 축류팬(146A)은 편광 빔스프리터 어레이(108)의 아래쪽에 설치되며, 제2 축류팬(146B)은 다이크로익 프리즘(140)의 아래쪽에 설치된다.

상기와 같이 냉각을 위한 축류팬들(146A, 146B)은 도면에서는 2 개를 도시하 였지만 램프(102a), 전원회로, 안정기를 포함한 램프 구동회로 등도 냉각되어야 하기 때문에 적어도 4 개 이상이 필요하다.

여기서, 통상의 투사 장치에서는 밝기 문제의 해결을 위해 가능한 한 고휘도를 구현할 수 있는 램프를 채용하고 있으며 이를 위해 시스템 내에서 적용 가능한 최대 크기의 반사경을 적용하고 있다.

즉, 투사 장치 광학계의 높이는 램프의 반사경이 결정하게 되는 것이 통상적인데, 이런 경우 케이스와 램프의 이격 거리가 매우 가까워져서 램프의 열이 케이스에 바로 복사되어 상기 램프에서 발생되는 복사열에 의해서 케이스의 내면 온도뿐 아니라 케이스의 외부 온도(touch temperature)까지 상승하는 문제점이 있다.

최근의 투사 장치는 슬림(slim)형으로 소형 제작하므로 상기 케이스와 램프의 이격 거리는 더욱 가까워지고 있어 이와 같은 문제는 더욱 심각해지고 있다.

도 3은 종래 투사 장치에서 램프와 단열 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.

종래 투사 장치에서는 외장 케이스(202)의 외부 온도를 관리하기 위하여 알르미늄 재질의 테이프(203)를 외장 케이스(202)의 내면에 붙혀 램프(201)에서 발생되는 UV와 IR을 반사시켰다.

그러나, 이와 같은 경우에는 상기 알루미늄 테이프(203)가 UV와 IR을 반사시킨다 하더라도 램프(201)에서 발생되는 가시광선 대역과 흡수된 복사 에너지는 상기 알루미늄 테이프(203)와의 접착면을 통해서 외장 케이스(202)로 전도되어 외부 온도를 높이게 된다.

따라서, 상기 투사 장치의 케이스는 제품의 외장에 해당하는 부위로 사람과 빈번하게 접촉이 이루어지므로 사용자가 접촉하였을 때 뜨거움을 느끼지 않을 정도로 충분한 냉각이 이루어져야 한다.

이에 따라 케이스 내면 온도 및 외부 온도를 낯추기 위하여 상기 축류팬들의 회전수를 더욱 증가시키게 되면 풍량과 압력은 높일 수 있지만, 상기 축류팬들에서 발생하는 소음이 커지는 다른 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 투사 장치의 냉각 장치에 있어서 고휘도의 램프를 냉각시키기 위한 냉각팬 주변에 발포 금속과 같은 고효율의 히트싱크(heatsink)를 부재하여 외부 케이스에서 히트싱크로 열을 전도하여 냉각시킴으로써 투사 장치의 외부 온도를 낮춰 냉각 효율을 높이는 데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 투사 장치용 냉각 장치는, 램프에서 발생되는 열을 반사하는 금속 박판과; 상기 금속 박판 양면에서 층간 단열과 냉각을 위한 공기층(air gap)과; 상기 램프에서 복사되어 외장 케이스로 전달된 열을 전도시키는 히트싱크와; 상기 히트싱크를 냉각하기 위한 팬;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 금속 박판은 외장 케이스와 연결되는 돌기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 히트 싱크는 발포 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 발포 금속은 알루미늄, 마그네슘, 구리중 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 히트싱크는 팬과 램프 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.

상기 팬은 히트싱크와 램프 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.

상기 히트 싱크는 상부 케이스와 하부 케이스 각각에 부착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 투사 장치용 냉각 방법은, 램프에서 복사열이 발생되는 단계와; 상기 복사열이 외장 케이스로 전달되는 단계와; 상기 복사열이 외장 케이스에서 히트싱크로 전도되는 단계와; 상기 히트싱크로 전도된 복사열이 방열되는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 히트싱크는 팬에 의해서 냉각되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 히트 싱크는 발포 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 대해서 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 냉각 장치에서 사용하는 발포 금속을 보여주는 도면이다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 고효율의 히트싱크인 발포금속은 알루미늄, 마그네슘, 구리와 같이 열전도율이 좋은 금속을 발포하여 제조하며, 이와 같이 금속을 발포하면 매우 큰 표면적을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 유동에 대한 저항도 상대적 으로 적어 고효율의 히트싱크를 제조할 수 있다.

따라서, 상기와 같은 발포 금속을 이용하면 저비용으로 구현이 가능하며 그 표면적이 크므로 매우 작은 크기로도 큰 냉각 효과를 기대할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 램프를 냉각시키기 위한 냉각 장치를 개략적으로 보여주는 부분 단면도이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 투사 장치용 냉각 장치는 외장 케이스로(304)의 열전도를 방지하기 위하여 램프(301)에서 발생되는 열을 반사하는 금속 박판(302)과, 상기 금속 박판(302) 양면에서 강제 대류 냉각에 의해서 복사열을 냉각시키는 공기층(air gap, 305)과, 상기 금속 박판(302)에서 반사되지 않고 일부 복사되어 외장 케이스(304)로 전달되고 상기 금속 박판(302)의 전열 면적을 최소화하여 외장 케이스(304)와 연결되는 돌기(303)를 통해서 외장 케이스(304)로 전달되는 열이 전도되어 방열되는 히트싱크(308)와, 상기 히트싱크(308)에 전도된 열을 강제 대류시켜 열 손실을 발생시키는 팬(307)을 포함하여 이루어진다.

도시한 바와 같이, 상기 히트싱크(308)는 팬(307)과 램프(301) 사이에 위치하고 있다.

상기 팬(307)은 히트싱크(308)의 방열 효과를 더욱 높여주는 역할을 하고 있으며, 상기 램프(301)에서 발생되는 복사열이 외장 케이스(304)로 전달되고, 이 열이 금속 재질의 히트 싱크(308)로 전도되어 방열시킴으로써 상기 외장 케이스(304)의 표면 온도를 현저히 낮출수 있게 된다.

여기서, 상기 히트싱크(308)로는 알루미늄, 마그네슘, 구리와 같이 열전도율 이 좋은 금속을 발포하여 제조한 발포 금속을 사용한다.

상기 발포 금속은 매우 큰 표면적을 가지고 있어 상기 외장 케이스(304)로부터 전도된 열을 효과적으로 방열 시킴으로써 상기 외장 케이스(304)의 표면 온도를 낮추게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 램프를 냉각시키기 위한 냉각 장치를 개략적으로 보여주는 부분 단면도이다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 투사 장치용 냉각 장치는 외장 케이스(404)로의 열전도를 방지하기 위하여 램프(401)에서 발생되는 열을 반사하는 금속 박판(402)과, 상기 금속 박판(402) 양면에서 강제 대류 냉각에 의해서 복사열을 냉각시키는 공기층(air gap, 405)과, 상기 금속 박판(402)에서 반사되지 않고 일부 복사되어 외장 케이스(404)로 전달되고 상기 금속 박판(402)의 전열 면적을 최소화하여 외장 케이스(404)와 연결되는 돌기(403)를 통해서 외장 케이스(404)로 전달되는 열이 전도되어 방열되는 히트싱크(408)와, 상기 히트싱크(408)와 램프(401) 사이에 위치하며 상기 히트싱크(408)에 전도된 열을 강제 대류시켜 열 손실을 발생시키는 팬(407)을 포함하여 이루어진다.

즉, 상기 냉각 장치는 히트 싱크(408)와 램프(401) 사이에 팬(407)이 위치하도록 하여도 외장 케이스(404)의 외부 온도를 효과적으로 낮출 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 또 다른 실시예로서, 램프를 냉각시키기 위한 냉각 장치를 개략적으로 보여주는 부분 단면도이다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 투사 장치용 냉각 장치는 외장 케 이스로(504a, 504b)의 열전도를 방지하기 위하여 램프(501)에서 발생되는 열을 반사하는 금속 박판(502)과, 상기 금속 박판(502) 양면에서 강제 대류 냉각에 의해서 복사열을 냉각시키는 공기층(air gap, 505)과, 상기 금속 박판(502)에서 반사되지 않고 일부 복사되어 외장 케이스(504a, 504b)로 전달되고 상기 금속 박판(502)의 전열 면적을 최소화하여 외장 케이스(504a, 504b)와 연결되는 돌기(503)를 통해서 외장 케이스(504a, 504b)로 전달되는 열이 전도되어 방열되는 히트싱크(508a, 508b)와, 상기 히트싱크(508a, 508b)에 전도된 열을 강제 대류시켜 열 손실을 발생시키는 팬(507)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 히트 싱크(508a, 508b)는 외장 케이스(504a, 504b)에서 상부 케이스(504a)와 하부 케이스(504b) 각각에 구성되어 있다.

따라서, 본 발명에 따른 냉각 장치를 포함하여 투사 장치를 조립시에 외장 케이스의 상부 케이스와 하부 케이스 각각에 히트 싱크가 부착되어 있으므로 유동 저항이 감소되어 조립성이 좋아지는 효과가 있다.

상기와 같이 다양한 실시예를 가지는 투사 장치용 냉각 장치를 이용한 냉각 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 최근의 투사 장치는 슬림(slim)형으로 소형 제작하므로 상기 케이스와 램프의 이격 거리는 더욱 가까워지고 있으며, 고휘도를 구현할 수 있는 램프를 채용하고 있다.

따라서, 상기와 같은 램프에서 발생되는 복사열은 케이스와 램프의 이격 거리가 매우 가까우므로 램프의 열이 외장 케이스에 복사된다.

여기서, 상기 램프에서 발생되는 복사열이 외장 케이스로 복사되기까지 외장 케이스로의 열전도를 방지하기 위하여 램프에서 발생되는 열을 반사하는 금속 박판과, 상기 금속 박판 양면에서 강제 대류 냉각에 의해서 복사열을 냉각시키는 공기층(air gap)에 의해서 단열되나, 상기 금속 박판에서 반사되지 않고 일부 복사되어 외장 케이스로 복사열이 전달되고 상기 금속 박판의 전열 면적을 최소화하기 위한 돌기를 통해서 외장 케이스로 열이 전도되게 된다.

이와 같이 외장 케이스로 전달된 열은 외장 케이스와 연결되어 있는 히트싱크로 전도되게 된다.

여기서, 상기 히트싱크로 알루미늄, 마그네슘, 구리와 같이 열전도율이 좋은 금속을 발포하여 매우 큰 표면적을 가지고 있으며 상기 외장 케이스로부터 전도된 열을 효과적으로 방열 시켜 상기 외장 케이스의 표면 온도를 낮추게 된다.

또한, 상기 히트 싱크로 전도된 열은 주변에 위치하고 있는 팬에 의해서 냉각되어 상기 히트싱크의 방열 효과를 더욱 높여주게 된다.

즉, 상기 팬은 히트싱크를 냉각시켜 램프에서 발생되는 복사열이 외장 케이스로 전달되고, 이 열이 금속 재질의 히트 싱크로 전도되어 방열시킴으로써 냉각 효율을 높여 상기 외장 케이스의 표면 온도를 현저히 낮출수 있도록 한다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 투사 장치용 냉각 장치 및 그 방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명은 투사 장치용 냉각 장치에서 고효율의 발포 금속을 이용한 히트 싱크를 팬과 함께 사용하여 램프에서 발생하는 복사열을 외부 케이스에서 히트싱크로 열을 전도하여 팬에 의해 냉각시킴으로써 투사 장치의 외부 온도를 낮춰 냉각 효율을 높이는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 발포 금속과 같은 히트싱크를 이용하여 간단히 제작할 수 있으므로 비용이 절감되는 효과가 있으며, 냉각효율을 높이기 위해 팬의 회전수를 증가시키지 않아도 되므로 소음이 줄어들게 되어 제품의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 램프에서 발생되는 열을 반사하는 금속 박판과;

   상기 금속 박판 양면에서 층간 단열과 냉각을 위한 공기층(air gap)과;

   상기 램프에서 복사되어 외장 케이스로 전달된 열을 전도시키는 히트싱크와;

   상기 히트싱크를 냉각하기 위한 팬;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 투사 장치용 냉각 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 금속 박판은 외장 케이스와 연결되는 돌기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투사 장치용 냉각 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 히트 싱크는 발포 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투사 장치용 냉각 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 발포 금속은 알루미늄, 마그네슘, 구리 중 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 투사 장치용 냉각 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 히트싱크는 팬과 램프 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 투사 장치용 냉각 장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 팬은 히트싱크와 램프 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 투사 장치용 냉각 장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 히트 싱크는 상부 케이스와 하부 케이스 각각에 부착되는 것을 특징으로 하는 투사 장치용 냉각 장치.
8. 램프에서 복사열이 발생되는 단계와;

   상기 복사열이 외장 케이스로 전달되는 단계와;

   상기 복사열이 외장 케이스에서 히트싱크로 전도되는 단계와;

   상기 히트싱크로 전도된 복사열이 방열되는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 투사 장치용 냉각 방법.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 히트싱크는 팬에 의해서 냉각되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투사 장치용 냉각 방법.
10. 제 8항에 있어서,

    상기 히트 싱크는 발포 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투사 장치용 냉각 방법.

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