KR100658896B1 - 액정투사장치의 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 투사장치의 광학합성계의 냉각장치에 관한 것으로, 특히, 소음을 줄이고, 냉각효율을 증가시키기 위하여 합성계부품중 가장 열에 의한 손상이 큰 편광판을 국소냉각하는 것으로 문제를 해결한 것이다. 이를 위하여 광학합성계전체는 밀폐시킨 후, 저회전 원심 팬을 이용하여 냉각하고 합성계 내부에 발생된 열을 신속하게 이송시키는 써모모듈을 구성한다.

액정투사장치, 편광판, 액정표시소자, 펠티에, 냉각

Description

액정투사장치의 냉각장치{Apparatus for cooling a LCD Projctor}

도1은 통상의 3판식 액정 투사장치의 사시도

도2는 통상의 3판식 액정 투사장치의 합성계의 사시도

도3은 통상의 합성계의 냉각장치의 사시도

도4는 본 발명에 의한 냉각장치

도5는 펠티에 냉각소자의 원리 모사도

도6은 써모모듈의 상세한 사시도

도7은 본 발명의 냉각장치의 강제 대류를 나타내는 사시도

11,21: 투사렌즈, 14,24,34,44,74 : 광통 15,25,35,45,75:합성프리즘

16,26,36,41,71:편광판 17,27,37,42,72 :액정표시소자

48,64,78 : 팬 47,61,77:써모모듈 40,65,70 : 열파이프

49,62,79 : 내부방열핀 46, 63, 76 : 전열판

본 발명은, 광원으로부터의 빛을 공간적으로 변조하고, 스크린 등에 투사하는 영상표시장치 및 광원과 이 광원에서 출사된 빛이 통과하는 광학계를 가지는 광학장치에 이용되고, 광원에서 출사된 빛이 통과하는 광학계의 적어도 일부를 포함하는 피냉각부를 냉각하기 위한 액정투사장치용 냉각장치에 관한 것이다.

액정투사장치는 영상을 감상하는 등의 목적에 이용되는 영상표시장치로서, 광원으로부터의 빛을 액정표시소자에 조사하여 공간적으로 변조하고, 이 액정표시소자의 투과광을 투사렌즈에 의해 스크린 등에 투사하여 영상을 표시한다,

여기서, 도면을 참조하여 종래의 액정투사장치에 대하여 상세히 설명한다. 도1에 나타난 바와 같이, 3판식 액정투사장치는 도시하지 않은 케이스체와, 이 케이스체에 설치된 광원인 램프(13)와, 이 광원(13)에 의한 온도상승을 방지하는 냉각장치인 팬(12), 상기 광원(13)으로 부터 출사된 광을 복수개의 미러와 렌즈를 이용하여 확대투사하는 경로인 광통(14), 상기 출사광을 R,G,B로 분리하여 표시하는 라이트벌브인 3개의 액정표시소자(17), 상기 각 액정표시소자(17)에 대응해 각 R,G,B광을 편광시키는 편광판(16), 상기 R,G,B광을 합성하는 합성프리즘(15), 그리고 이 광을 최종적으로 스크린에 투사시키는 투사렌즈(11)로 구성된다.

이와같은 액정투사장치에서는, 광원(13)으로부터의 열이나 광원(13)으로부터의 빛에 의한 열에 의해 액정표시소자(17)나 편광판(16) 등의 각종 광학부품이 고온이 되는 것을 방지하기 위해, 이들을 냉각하기 위한 연구가 되고 있다.

도2는 상기 도1에서 편광판을 포함하는 합성계의 전형적인 구성을 좀더 자세히 나타내고 있다. 도면에서와 같이 합성계는 프리즘(25)과, 3개의 R,G,B액정표시소자(27), 상기 각 액정표시소자(27)에 대응하는 3개의 편광판(26), 이를 구조적으로 고정하여 전체적으로 덕트(28)의 모양을 갖추게 해주는 광통(24)으로 구성된다. 그림에서 (21)은 투사렌즈, (29)는 조명계에 포함되는 렌즈이다.

상술한 온도상승문제를 해결하기 위해 도2와 같이 합성계를 구성한 경우에서는, 도 3에 나타낸 바와같이 팬(38)을 사용하여 강제대류를 일으켜 냉각시킨다. 그림에서 나타난 바와 같이 팬(38)에서 비롯된 유동이 광통(34)에 가공된 구멍을 통해 합성계 내부로 유입되어 화살표방향으로 유동되어 편광판(36)과, 액정표시소자(37)을 냉각시키게 된다. 팬(38)에서 발생하는 열의 유입을 막기 위해서 팬(38)을 합성프리즘(35)위에 두는 경우도 있다. 도면의 39는 조명계에 포함된 렌즈이다.

그러나, 이러한 구성에서는 합성계를 구성하는 덕트의 형상이 복잡하므로 덕트의 시스템 저항이 매우 커서 각 부품의 냉각에 필요한 충분한 풍량이 전달되기가 매우 어려운 문제점이 있다. 이를 해결하기 위하여 유로 가이드등을 부착하는 경우도 있지만, 가장 손쉬운 해결책은 팬의 풍량과 압력을 높이는 것이다.그러나 이경우에는 팬에서 발생하는 소음이 커져 역시 문제가 된다.

한편, 액정표시소자나 편광판 등의 광학부품은 특히, 고온이 되면 특성열화를 발생한다. 구체적으로 액정표시소자는 고온이 되면 색 얼룩이 생기는 문제점이 생기고 특히, 편광판에서는 고온이 되면 편광기능자체가 없어져 정상적인 동작이 불가능해진다. 또한, 이런 치명적인 결함이 생기지 않는 온도이하라고 하더라도 액정표시소자나 편광판 등의 광학부품을 고온환경에서 사용하게 되면 수명이 짧아진다.

따라서, 작은 풍량만으로도 합성계냉각이 가능한 냉각장치를 개발하는 것이 필요하다.

저소음의 냉각팬을 이용하여 액정투사장치의 합성계를 효율적으로 냉각시키기 위한 장치를 제공한다.

합성계를 밀폐시킨 후, 합성계를 국부 냉각하고, 발생된 열은 외부로 배출시키는 구성을 제공한다.

본 발명에서는 상기의 문제점을 해결하기 위하여 작은 회전수의 저소음팬을 이용하면서도 편광판과 액정표시소자의 국소냉각을 용이하게 하는 냉각장치를 구성하는 것을 특징으로 한다.

이에 따른 특징은 액정투사장치의 합성계 냉각을 위해 합성계 내부를 밀폐시킨 후, 열교환을 위해 열전반도체를 이용한 마이크로 써모모듈을 사용하여 합성계를 국부냉각하고, 발생된 열은 열 파이프를 통해 외부의 방열핀으로 방출시키는 구성을 갖는 것이다.

이하, 도면을 이용하여 본 발명에 따른 냉각장치를 상세히 설명한다.

도4는 본발명의 기본적인 구성을 나타낸다. 우선 편광판(41)과, 액정표시소자(42), 렌즈(43), 합성프리즘(45)을 포함하는 광통(44)의 합성계부분을 밀폐한다. 합성계 내부에서 발생되는 열을 방출하는 냉각장치를 구성하기 위하여, 열교환을 위해 열전반도체(thermoelectric semiconductor)를 이용한 마이크로 써모모듈(Thermo-Module)을 사용하여 국부냉각부를 구성한다. 즉, 상기 광통(44)상 에 써모모듈(47)을 부착한다. 합성계 내부에 강제대류를 발생시키기 위해서 팬(48)을 형성하며 상기 팬(48)에 연결하여 열원쪽 내부 방열핀(49)에 구성된다.국부냉각장치에 의해 배출되는 열은 열저항이 작은 열파이프(40)를 통해 방열핀으로 방출된다. 상기 열파이프(40)를 상기 써모모듈(47)에 연결하기 위하여 전열기구(46)가 상기 써모모듈(47)위에 구성된다.

써모모듈의 원리에 대해서 보다 상세히 도5를 이용하여 설명한다. 써모모듈은 도5에 나타난 바와 같은 펠티에(Peltier)현상에 의해 나타나는 냉각효과를 이용하는 고체식 열 펌프이다.

일반적으로 온도제어용 반도체소자를 이용하여 흡열과 방열작용이 이루어지는 기술은 공지되어 있는 바, 예를들어 도 5에도시된 바와 같이 반도체소자의 일종인 펠티어소자(peltier element)에 DC전원(51)을 공급하면, 전기는 전선(52)을 통해 접촉금속판(53)을 거쳐 N형 반도체소자(54)로 전달되어 연결금속판(55)과 P형반도체소자(56)를 거쳐 다른 접촉금속판(57)을 흐르게 되는데, 이때 P형 반도체소자(56)와 N형 반도체소자(54)의 상기 접촉금속판(57) 쪽에는 방열현상이 일어나는반면, 상기 연결금속판(55) 쪽에서는 흡열현상이 이루어지게 된다.

이에 따라 연결금속판(55)쪽에 놓인 열원(58)에서는 열을 뺏기게 되므로 냉각이 일어나게 되고, 접촉금속판(57)쪽에는 발생되는 열을 흡수하기 위한 열싱크(59)를 구성한다.

상기와 같은 펠티에소자등을 이용한 도4의 써모모듈(46)에서도 마찬가지로 합성계내부의 열을 빼앗는 냉각효과를 갖게 된다.

본 발명에 의한 써모모듈의 구성을 좀더 자세히 도6을 이용하여 설명한다. 도6에서 나타낸 바와 같이, 소형의 원심팬(64)에 의해서 합성계 내부에는 강제대류가 발생하는 데, 이 대류에 의해 내부의 열이 방열핀(62)을 통해서 써모모듈(61)로 전달된다. 써모모듈(61)은 앞서 설명했듯이 열을 흡입하는 기능을 가지므로 방열핀(62)을 통해 전달된 열을 빼앗아 결과적으로 합성계 내부의 열을 냉각시킨다. 써모모듈(61)의 열을 흡수하여 외부로 송출하기 위해서 열파이프(65)가 이용되며 써모모듈(61)과 열파이프(65)사이에는 열전도율이 높은 전열판(63)이 구성된다.

이하, 도7에 의해서 본 발명의 구성에 의해 합성계의 냉각이 이루어지는 작용에 대해서 설명한다. 도7은 도4의 구성에 의한 대류의 방향을 표시한 것으로 편광판(71)과, 액정표시소자(72), 렌즈(73), 합성프리즘(75)을 포함하는 밀폐된 광통(74), 상기 광통(74)상에 부착된 써모모듈(77), 합성계 내부에 강제대류를 발생시키기 위한 팬(78), 방열핀(79), 상기 써모모듈(77)에 의해 흡수된 열을 송출하는 열파이프(70), 상기 열파이프(70)를 써모모듈(77)에 연결하기 위한 전열기구(76)등을 갖는다.이 구성중에서 편광판(71)과 액정표시소자(72), 합성프리즘(75)은 모두 열원에 해당한다. 합성계의 형상은 도면에서 보듯이 복잡하므로 각 부품간의 밀도차에 의한 자연대류만으로는 충분한 열전달은 어렵다. 이에 상기 팬(78)에서 발생하는 강제대류에 의해 화살표방향으로 유동장을 형성하게 된다. 그림에서와 같이 발생된 열은 상기 팬(78)의 회전에 따른 대류에 의해 합성계 내부의 방열핀(79)으로 전달되며, 전달된 열은 써모모듈(77)로 흡수되고,열 파이프(70)에 의해 송출되어 외부방열핀을 통해 외부로 배출된다. 한편, 합성계 내부에서 냉각된 공기는 화살표 방향의 대류에 의해 액정표시소자(72)와, 편광판(71)을 냉각시키게 된다.

본 발명의 냉각장치를 적용함에 따라 액정투사장치의 합성계내부의 액정표시소자 및 편광판의 열을 국부적으로 냉각시키게 되므로 작은 용량의 팬만을 이용하여도 냉각효율을 현저하게 향상시킬 수 있다. 이에 따라 큰용량의 팬 채용에 따른 소음을 줄일 수 있게 되며, 편광판의 열적 열화로 인한 시스템의 성능저하를 방지할 수 있다. 또한 합성계 내부가 밀폐되어 있으므로 내부의 소음이 외부로 전달되지 않아 소음을 저감하는 효과도 가진다. 또한, 밀폐된 구조로 이하여 강제대류방식에서 생길 수 있는 먼지의 유입등이 차단된다.

Claims (3)

1. 편광판, 액정표시소자 및 합성프리즘이 형성된 광통;

   상기 광통의 일측에 형성되어 상기 광통 내부에 강제대류를 발생시키는 팬;

   상기 팬의 송풍방향과 대면하고, 상기 팬에 의해 송풍된 공기에 의해 직접적으로 상기 광통 내부의 열이 전달되는 내부 방열핀;

   상기 내부 방열핀으로부터 열을 흡수하는 써머모듈; 및

   상기 써머모듈의 열을 송출하는 열 파이프;를 포함하는 액정투사장치의 냉각장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 써모모듈은 펠티에 소자인 것을 특징으로 하는 액정투사장치의 냉각장치

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