KR100677140B1 - 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치 - Google Patents

Abstract

중심 파장에 차이가 있는 특정 색광을 조사하는 적어도 두 광원유니트를 포함하여 적어도 두 종류 이상의 색광을 조사하도록 마련된 복수의 광원유니트와, 상기 복수의 광원유니트에서 조사된 색광을 합성하기 위한 복수의 합성기를 포함하는 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치가 개시되어 있다.

개시된 조명유니트에 의하면, 특정 색광의 광량을 증대시킬 수 있으므로, 화이트 밸런스를 향상시킬 수 있다.

Description

조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치{Light illuminator and image projection unit employing the same}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명유니트를 개략적으로 보여준다.

도 2는 도 1의 제1 내지 제4광원유니트의 소형 광원으로 사용될 수 있는 발광 다이오드의 스펙트럼 특성(LED Spectrum Characteristics)을 보여준다.

도 3은 도 1의 제1 내지 제4광원유니트의 소형 광원으로 사용될 수 있는 레이저 다이오드의 스펙트럼 특성을 보여준다.

도 4는 도 2에 도시된 스펙트럼 분포도를 나타내는 4개의 발광 다이오드를 사용할 때의 재현 가능한 색범위를, 램프 광원을 사용하는 경우와, 적색, 녹색, 청색광을 발생시키는 발광 다이오드를 각각 하나씩 사용할 때와 비교하여 보여준다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 조명유니트를 보여준다.

도 7은 도 5의 제1 내지 제4광원유니트로 사용되는 광모듈의 개략적으로 보여주는 분리 사시도이다.

도 8은 도 7의 광모듈의 단면도이다.

도 9은 도 6의 제1 내지 제4광원유니트로 사용되는 광모듈 어레이를 개략적으로 보인 사시도이다.

도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 조명유니트를 채용한 화상투사장치의 실 시예들을 보여준다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10,10',20,20',30,30',40,40'...광원유니트 11,21,31,41,160...소형 광원

12,22...제1 및 제2녹색광 32,42...적색광 및 청색광

50...제1합성기 60...제2합성기

70...콘덴싱 렌즈 150...반사면을 가지는 콜리메이터

151,153...제1 및 제2반사면 153...제2반사면

200...조명유니트 250,350,440...화상형성소자

260...투사렌즈유니트 270...스크린

본 발명은 광을 조명하는 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 소형 광원을 사용하는 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치에 관한 것이다.

일반적으로, 조명유니트는 광을 발생시키는 광원과, 이 광원으로부터 출사된 광을 전달하는 조명광학계로 구성되는 것으로, 수광형 표시소자 예컨대, 액정표시소자나 디지털 마이크로미러 소자 등을 이용하여 화상을 구현하는 화상투사장치 등에 널리 사용된다. 수광형 표시소자는 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고 외부로부터 광이 입사되어 화상을 형성하는 표시소자이다.

최근 들어, 소형 및 휴대용 화상투사장치에 사용하고자 할 경우, 램프 광원은 고 전력소모 및 크기에 따라 소형화가 힘들기 때문에, LED(Light-emitting Diode), 레이저 다이오드 등의 소형 광원을 광원으로 채용한 조명유니트 및 화상투사장치가 개발되고 있다.

이러한, LED나 레이저 다이오드 등의 소형 광원을 광원으로 사용하는 경우, 이 소형 광원의 특성상 소형화, 자연색 구현, 긴 수명 그리고 낮은 소비 전력을 실현할 수 있다.

소형 광원은 적, 청, 녹색광을 각각 조명할 수 있으므로, 1 패널 방식의 칼라 화상투사장치에 채용시 칼라 화상 구현을 위한 별도의 칼라휠 구조가 불필요하다는 이점이 있다. 이때, 각 색상의 광을 조명하기 위해서는 복수의 소형 광원이 구비될 것과, 각 색상의 광을 합성하기 위한 구성이 요구된다.

이러한 소형 광원을 사용하면, 일반적인 램프나 냉음극 형광램프(CCFL: cold cathode fluorescent lamp)를 사용하는 경우에 비해 소형화가 가능하며, 색 범위(color gamut)를 보다 넓게 하는 것이 가능하다.

그런데, 단순히 적, 청, 녹색의 3개의 소형 광원을 사용하는 경우에는, 각 칼라별로 요구되는 광량을 적절히 확보하기가 어려워 화이트 밸런스(white balence)를 맞추기가 어려운 단점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 복수의 소형 광원을 사용하며 양호한 화이트 밸런스를 구현할 수 있도록 된 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조명유니트는, 중심 파장에 차이가 있는 특정 색광을 조사하는 적어도 두 광원유니트를 포함하여, 적어도 두 종류 이상의 색광을 조사하도록 마련된 복수의 광원유니트와; 상기 복수의 광원유니트에서 조사된 색광을 합성하기 위한 복수의 합성기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 광원유니트는, 중심 파장에 차이가 있는 제1 및 제2녹색광을 조사하는 제1 및 제2광원유니트와; 적색광을 조사하는 제3광원유니트와; 청색광을 조사하는 제4광원유니트;를 포함할 수 있다.

상기 복수의 광원유니트 각각은, 발광 다이오드 및 레이저 다이오드 중 어느 하나를 구비하며, 소정 색광을 조사하는 소형 광원과; 상기 소형 광원에서 조사되는 광을 콜리메이팅하는 콜리메이팅부재;를 포함한다.

이때, 상기 콜리메이팅부재는, 콜리메이팅렌즈 및 반사면을 가지며, 상기 소형 광원과 광모듈화되는 콜리메이터 중 어느 하나일 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화상투사장치는, 상기한 조명유니트와; 상기 조명유니트 쪽에서 입사된 광으로부터 입력된 영상신호에 대응되는 화상을 형성하는 화상형성소자와; 상기 화상형성소자에서 형성된 화상을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈유니트;를 포함하며, 상기 화상형성소자는, 반사형 액정표시소자, 투과형 액정표시소자 및 디지털 마이크로미러 디바이스 중 어느 하나를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 조명 유니트 및 이를 채용한 화상투사장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명유니트를 개략적으로 보여준다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명유니트는, 복수의 광원유니트와, 상기 복수의 광원유니트에서 조명된 광을 합성하기 위한 합성기를 포함하여 구성된다.

상기 복수의 광원유니트는, 특정 색광의 광량을 증대시켜 화이트 밸런스를 향상시킬 수 있도록, 중심 파장에 차이가 있는 특정 색광을 조사하는 적어도 두 광원유니트를 포함하여, 적어도 두 종류 이상의 색광을 조사하도록 마련된다. 중심 파장에 차이가 있는 특정 색광은, 그 분류되는 색광의 종류가 동일한 것으로, 그 파장 범위는 서로 다를 수 있다.

예를 들어, 상기 복수의 광원유니트는, 중심 파장이 서로 다른 제1 및 제2녹색광(12)(22)을 출사하는 제1 및 제2광원유니트(10)(20)와, 적색광을 출사하는 제3광원유니트(30)와, 청색광을 출사하는 제4광원유니트(40)를 포함할 수 있다.

상기 제1 내지 제4광원유니트(10)(20)(30)(40)는 각각, 소형 광원(11)(21)(31)(41)과, 이 소형 광원(11)(21)(31)(41)에서 출사된 광을 각각 콜리메이팅하는 콜리메이팅부재(13)(23)(33)(43)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 1은 상기 콜리메이팅부재(13)(23)(33)(43)로 소형 광원(11)(21)(31)(41)에서 출사된 광을 콜리메이팅시키는 콜리메이팅렌즈를 구비한 예를 보여준다.

상기 소형 광원(11)(21)(31)(41)으로는 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다 이오드 등의 반진폭이 작은 광원을 구비할 수 있다.

상기 제1 및 제2광원유니트(10)(20)의 소형 광원(11)(21)은, 서로 중심 파장이 대략 10 내지 50nm 정도 차이가 있는 제1 및 제2녹색광(12)(22)을 출사하도록 마련될 수 있다.

여기서, 녹색광을 출사하는 광원유니트를 2개 구비하는 이유는, 적색광 및 청색광을 출사하는 광원유니트에 비해 상대적으로 발광량이 작은 경우를 고려한 것이다. 광원유니트에 사용되는 소형 광원의 적색광 및 청색광 중 어느 한 색광의 발광량이 나머지 색광과 녹색광의 발광량보다 작아, 화이트 밸런스를 향상시키기 위해 이 한 색광의 광량을 높여야 하는 경우에는, 이 한 색광을 출사하는 광원유니트를 2개 이상 구비할 수도 있다. 이하에서는, 본 발명에 따른 조명유니트가 중심 파장이 서로 다른 녹색광을 출사하는 제1 및 제2광원유니트(10)(20)를 구비하는 것으로 예를 들어 설명한다.

도 2는 상기 제1 내지 제4광원유니트(10)(20)(30)(40)의 소형 광원(11)(21)(31)(41)으로 각각 발광 다이오드를 사용할 때, 발광 다이오드에서 출사되는 광의 세기의 피크치를 동일 크기로 나타낸 상태에서의 그 발광 다이오드의 스펙트럼 특성(LED Spectrum Characteristics)을 보여준다.

도 2에 예시한 바와 같이, 상기 제1 및 제2광원유니트(10)(20)의 소형 광원(11)(21)으로 그 중심 파장이 각각 약 522nm, 약 558nm인 제1 및 제2녹색광(12)(22)을 출사하는 발광 다이오드를 사용하고, 제3 및 제4광원 유니트(30)(40)의 소형 광원(31)(41)으로 그 중심 파장이 각각 약 635nm, 약 460nm인 적색광(32) 및 청색광(42)을 출사하는 발광 다이오드를 사용할 수 있다.

또한, 상기 제1 내지 제4광원유니트(10)(20)(30)(40)의 소형 광원(11)(21)(31)(41)으로, 도 3에 보여진 바와 같은 스펙트럼 특성을 가지는 레이저 다이오드를 사용할 수도 있다. 도 2 및 도 3을 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 레이저 다이오드는 발광 다이오드에 비해 그 발광 파장 범위가 아주 좁아, 발광 다이오드들은 그 파장 범위가 일부 중복되는 반면에, 레이저 다이오드들의 경우에는 발광 파장 범위가 서로 중복되지 않게 하는 것이 가능하다.

한편, 상기 합성기는, 제1 및 제2합성기(50)(60)를 포함한다.

한편, 상기 제1합성기(50)는 제1 및 제2광원유니트(10)(20)에서 조사된 제1 및 제2녹색광(12)(22)이 동일 광경로로 진행하도록 하기 위한 것으로, 이 제1합성기(50)로는 이색 필터(dichroic filter)를 구비할 수 있다.

상기 제1합성기(50)로 사용되는 이색 필터는 제1광원유니트(10)에서 조사된 제1녹색광(12)은 투과시키고, 제2광원유니트(20)에서 조사되고 상기 제1녹색광(12)과는 중심파장이 다른 제2녹색광(22)은 반사시켜 제1 및 제2녹색광(12)(22)을 동일 광경로로 진행시키도록 마련된다.

도 1에서는 상기 제1합성기(50)로 사용되는 이색 필터가 플레이트형인 것으로 도시되어 있는데, 이 이색 필터는 그 경사면이 이색 필터로서 기능을 하도록 형성된 프리즘 구조일 수도 있다.

상기 제2합성기(60)는, 제1 및 제2광원유니트(10)(20)에서 조사되는 제1 및 제2녹색광(12)(22)은 투과시키고, 제3 또는 제4광원유니트(30)(40)에서 조사되는 적색광(32) 또는 청색광(42)은 반사시켜, 모든 색광들이 동일 방향으로 진행하도록 하기 위한 것으로, 이 제2합성기(60)로는 이색 x-플레이트 또는 이색 필터를 구비할 수 있다.

도 1은 상기 제2합성기(60)로 이색 x-플레이트를 구비한 예를 보여준다. 상기 제2합성기(60)로 사용되는 이색 x-플레이트는 도 1에 보여진 바와 같이, 제3광원유니트(30)에서 조사된 적색광(32)은 반사시키며 나머지 색광은 투과시키는 제1이색 플레이트(61)와, 제4광원유니트(40)에서 조사된 청색광(42)은 반사시키며 나머지 색광은 투과시키는 제2이색 플레이트(65)로 이루어질 수 있다.

상기 제2합성기(60)로 이색 필터를 구비할 수도 있는데, 이때, 이색 필터는 x-자형을 이루는 두 이색 필터면이 각각 상기 제1 및 제2이색 플레이트(61)(65)와 실질적으로 기능이 동일한 이색 필터로서 기능을 하도록 형성된 프리즘 구조일 수도 있다. 또한, 제2합성기(60)는 플레이트형 또는 프리즘 구조의 이색 필터 2매가 인접되게 배치된 구조일 수도 있으며, 이 경우, 제3 및 제4광원유니트(30)(40)는 이에 대응되게 배치가 변경된다.

상술한 바와 같이, 상기 제1 또는 제2합성기(50)(60)는 도 1의 구조에 한정되는 것이 아니라, 다양하게 변형될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 조명유니트는, 제1 및 제2합성기(50)(60)에 의해 동일 방향으로 진행하는 제1 및 제2녹색광(12)(22), 적색광(32) 및 청색광(42)을 모아주기 위한 콘덴싱 렌즈(70)를 더 구비할 수 있다. 이 콘덴싱 렌즈(70)는 예를 들어, 화상투사장치의 투사렌즈로 광을 모아준다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 조명유니트는 제1 및 제2광원유니트(10)(20)와, 제3광원 유니트(30) 및 제4광원유니트(40)를 동시 또는 순차로 구동하여, 광을 조사함에 의하여, 제1 및 제2녹색광(12)(22), 적색광(32), 청색광(42을 조사함과 아울러, 이들의 조합으로 이루어진 풀 칼라의 광을 조명할 수 있다.

따라서, 후술하는 화상투사장치에 적용시, 칼라 구현을 위한 칼라휠(color wheel)장치 없이도, 칼라 광을 조명할 수 있다. 이때, 광량이 부족할 수 있는 특정 색광 예컨대, 녹색광을 출사하는 광원유니트는 다른 색광을 출사하는 광원유니트보다 많은 수를 구비하며, 이때의 복수의 녹색광은 그 중심 파장이 서로 다르도록 되어 있으므로, 화이트 밸런스가 우수한 칼라 광을 조명할 수 있다.

도 4는 도 2에 도시된 스펙트럼 분포도를 나타내는 4개의 발광 다이오드를 사용할 때의 재현 가능한 색범위를, 램프 광원을 사용하는 경우와, 적색, 녹색, 청색광을 발생시키는 발광 다이오드를 각각 하나씩 사용할 때와 비교하여 보여준다.

도 4를 참조하면, 중심 파장이 서로 다른 녹색광을 출사하는 2개의 발광 다이오드와, 적색 발광 다이오드 및 청색 발광다이오드를 사용하는 경우(도 4에서 색좌표가 "2녹색광"으로 표현됨)에는, 적색, 녹색, 청색 발광다이오드를 각각 하나씩 사용하는 경우(도 4에서 색좌표가 "1녹색광"으로 표현됨)와 비교해볼 때, 중심 파장이 대략 10-50nm 정도 차이가 나는 2개의 녹색 발광 다이오드를 사용하여 두 녹색광을 이색 필터 등의 제1합성기(50)에 의해 합성시, 그 일부 겹쳐지는 파장 범위의 광이 필터링되어 녹색 색좌표는 다소 감소하지만, 전체적으로 화이트 밸런스를 향상시킬 수 있으며, 연색지수 또한 향상시킬 수 있다. 또한, 램프 광원을 사용할 때와 비교해보면, 색범위가 램프 광원을 사용할 때보다 훨씬 넓어질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 조명유니트는, 발광다이오드에서 광량이 부족한 소형 광원 즉, 주로 녹색 소형 광원으로 중심 파장이 다른 2개의 발광다이오드를 사용하므로, 광량을 증가시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 조명유니트에 소형 광원으로 레이저 다이오드 사용시에는, 도 3의 스펙트럼 분포도로부터 알 수 있는 바와 같이, 파장 범위가 작으므로, 중심 파장이 서로 다른 두 레이저광의 파장 범위가 서로 겹치는 부분이 없으므로, 이색 필터 등으로 이루어진 합성기에 의해 합성시 손실되는 부분이 없어 발광 다이오드보다 효율적으로 광량을 증가시킬 수 있다.

상기와 같이, 본 발명에 따른 조명유니트는, 발광 다이오드나 레이저 다이오드 등의 소형 광원을 사용하여 램프 광원을 대치하는 경우에, 현재의 특정 색광의 소형 광원의 광량이 부족한 문제를 해결하기 위해, 광량이 부족한 광원을 중심 파장이 다른 동일 종류의 색광을 출사하는 2개의 발광 다이오드 또는 레이저 다이오드를 사용하고, 이색 필터 등의 합성기를 사용하여 2개의 광원을 결합하여 광량을 확보하는 구조를 가진다.

따라서, 본 발명에 따른 조명유니트는, 각 색광별로 단품 소형 광원을 사용할 경우, 특정 색광 예컨대, 녹색광의 광량이 부족하여 화이트 밸런스 및 휘도가 낮은 문제를 제거하여, 휘도 및 화이트 밸런스가 향상될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 조명유니트는, 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 실질적인 색범위(color gamut) 손실이 거의 없이 광량을 증가시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 조명유니트는, 램프 광원을 대체함으로써 소형화가 가능하며, 넓은 색범위를 실현할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 조명유니트에 있어서, 상기 제1 내지 제4광원유니트(10)(20)(30)(40)는 콜리메이팅부재(13)(23)(33)(43)로, 콜리메이팅렌즈 대신에 반사형 콜리메이터를 구비하여, 소형 광원과 이 콜리메이터가 모듈화된 광모듈을 구조일 수도 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 조명유니트를 보인 것으로, 광원유니트로 적어도 하나의 광모듈을 구비하는 예를 보여준다. 여기서, 도 1에서와 실질적으로 동일한 기능을 하는 부재는 동일 참조부호로 표현하고, 그 반복되는 설명은 생략한다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 조명유니트는, 제1 내지 제4광원유니트(10')(20')(30')(40') 각각으로, 반사면을 가지는 콜리메이터(150)와, 소정 색광을 조사하는 소형 광원(160)을 포함하여 구성된 적어도 하나 이상의 광모듈을 구비한다. 도 5는 제1 내지 제4광원유니트(10')(20')(30')(40')로 도 7 및 도 8에 보여진 단일 광모듈을 구비하는 실시예를 보여주며, 도 6은 제1 내지 제4광원유니트(10')(20')(30')(40')로 도 9에 보여진 광모듈 어레이를 구비하는 실시예를 보여준다.

이때, 제1 내지 제4광원유니트(10')(20')(30')(40')로 사용되는 광모듈의 소형 광원(160) 각각은 예컨대, 제1 및 제2녹색광(12)(22), 적색광(32) 및 청색광(42)을 출사하도록 마련된다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 상기 콜리메이터(150)는 하방으로부터 입사되는 광을 측방으로 반사시키는 포물면 형상의 제1반사면(151)과, 상기 제1반사면(151)의 반대쪽에 위치된 제2반사면을 구비한다. 상기 제2반사면(153) 일측에는 상기 소형 광원(160)으로부터 광이 입사되는 입사영역이 마련되어 있다.

상기 콜리메이터(150)는 투명 재질의 투명 몸체(157) 외측을 반사 코팅함에 의해 상기 제1 및 제2반사면(151)(153)을 형성한 구조를 가질 수 있다.

상기 투명 몸체(157)의 상기 제1반사면(151)을 형성할 부분을 포물면 형태로 가공하고, 그 외면에 반사코팅을 함에 의하여 제1반사면(151)을 형성할 수 있다. 그리고, 투명 몸체(157)의 상기 제2반사면(153)을 형성할 부분의 평평한 외면에 반사 코팅을 함에 의해 제2반사면(153)을 형성할 수 있다.

상기 제2반사면(153)은 제1반사면(151)의 주축(a)에 대해 각도 D 만큼 경사지게 형성될 수 있다. 이때, 상기 제2반사면(153)이 제1반사면(151)의 주축(a)에 대해 이루는 각도는 대략 0도보다 크고 35보다 작은 각도 범위일 수 있다. 이와 같이 제2반사면(153)을 경사지게 형성하면, 제2반사면(153)을 제1반사면(151)의 주축(a)과 평행하게 형성한 경우에 비해 콜리메이터(150)의 출사면(155)의 크기를 줄이는 효과가 있다. 이와 같이 출사면(155)의 크기를 줄이면, 다수의 소형 광모듈을 어레이화할 때 유리하다.

상기 제1 내지 제4광원유니트(10')(20')(30')(40')를 위한 광모듈의 소형 광원(160)은 각각 앞선 실시예와 마찬가지로, 제1녹색광(12), 제2녹색광(22), 적색광(32) 및 청색광(42)을 출사하도록 마련될 수 있다.

이때, 상기 소형 광원(160)은 적어도 하나의 발광다이오드(LED)나 레이저 다이오드로 구성되는 것으로, 그 발광소자 칩(161)의 발광부분이 상기 제1반사면(151)의 초점(F) 및 그 주변에 위치된다.

상기 소형 광원(160)은 그 광축(c)이 상기 제1반사면(151)의 주축(a)에 거의 수직이 되거나 제2반사면(153)에 대해 거의 수직이 되도록 설치된다. 소형 광원(160)이 그 광축(c)이 제2반사면(153)에 대해 거의 수직이 되도록 설치되는 경우에는, 결과적으로 소형 광원(160)의 광축(c)은 제1반사면(151)의 주축에 대해 각도 D 만큼 경사지게 된다.

상기와 같이 구성된 광모듈에 있어서, 상기 소형 광원(160)에서 조사된 광 중 소정 방사각 범위 내의 광은 상기 제1반사면(151)에서 반사 된 후 대략적으로 평행광이 되고, 이 평행광은 그 투명 몸체(157)의 내부를 진행한 후 출사면(155)을 통하여 출사된다.

한편, 상기 소형 광원(160)의 발광부분은 하나의 점을 이루는 것이 아니라 소정 면적을 가지므로, 이 발광부분 전체가 상기 제1반사면(151)의 초점 위치(F)에 배치될 수는 없다. 따라서, 상기 소형 광원(160)에서 조사되고 상기 제1반사면(151)에서 반사된 광의 일부는 상기 제2반사면(153)으로 진행된다. 이때, 상기 제2반사면(153)은 입사된 광을 반사시켜 출사면(155) 쪽으로 향하도록 한다.

상기 광모듈은 소형 광원(160)에서 조명된 광을 렌즈 대신 제1반사면(151)을 이용하여 콜리메이팅시킨다.

이상에서는 투명 몸체(157)를 가지는 콜리메이터(150)에 대하여 설명하였지 만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 이 투명 몸체(157) 대신 속이 빈 광터널(미도시)의 일측에 포물 반사면을 형성하고, 그 내부를 반사 처리함으로써 반사면을 형성하는 것도 가능하다. 이때, 광터널 내부는 소정의 광을 투과시키는 광학 재질로 충진될 수도 있다.

또한, 상기 콜리메이터(150)는 상기 제1 및 제2반사면(151)(153)과, 사각형상의 단면을 가지는 글래스로드(미도시)를 포함하는 구조로 형성될 수도 있다. 이 경우, 출사면(155)은 글래스로드의 일면이 되며, 제1 및 제2반사면(151)(153)에서 반사된 광은 글래스로드를 내부를 통과한 후 출사면을 통하여 출사된다.

한편, 본 발명에 따른 조명유니트는 상기 제1 내지 제4광원유니트(10')(20')(30')(40')를 구성함에 있어서, 도 9에 도시된 바와 같이, 복수의 광모듈을 구비하고, 이들을 어레이 형태로 배열할 수도 있다. 이 경우, 제1 내지 제4광원유니트(10')(20')(30')(40')를 이루는 어레이 형태의 광모듈 각각은 제1녹색광(12), 제2녹색광(22), 적색광(32), 청색광(42)을 조명한다.

이와 같이 제1 내지 제4광원유니트(10')(20')(30')(40')로 어레이 형태로 배열된 복수의 광모듈을 구비하는 경우에는 다음과 같은 이점이 있다. 일반적으로는 소형 광원은 그 발광량이 통상의 메탈 할라이드 램프나 초고압 수은 램프보다 적은데, 상기와 같이 복수의 광모듈을 어레이화한 광모듈 어레이를 상기 제1 내지 제4광원유니트(10')(20')(30')(40')로 사용하면, 예컨대, 화상투사장치의 조명광으로 사용하기에 충분한 광량을 얻을 수 있다. 물론, 소형 광원의 발광량이 화상투사장치의 조명광으로 사용될 수 있을 정도로 충분하다면, 도 5, 도 7 및 도 8에 보여진 바와 같은 단일 광모듈이 상기 제1 내지 제4광원유니트(10')(20')(30')(40')로 사용될 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 조명유니트를 채용한 화상투사장치에 대해 설명한다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화상투사장치는 조명유니트(200)와, 이 조명유니트(200) 쪽에서 입사된 광으로부터 입력된 영상신호에 대응되는 화상을 형성하는 화상형성소자(250)와, 상기 화상형성소자(250)에서 형성된 화상을 스크린(270)에 확대 투사시키는 투사렌즈유니트(260)를 포함한다.

상기 조명유니트(200)는 중심 파장이 서로 다른 특정 색광 예컨대, 녹색광을 조사하는 적어도 2개의 광원유니트를 포함하는 복수의 광원유니트에서 조사된 광을 복수의 합성기를 이용하여 단일 경로로 합성하여 조명하는 것으로, 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 조명유니트 중 어느 한 조명유니트와 실질적으로 동일한 구성을 가진다. 이 조명유니트(200)에 대해서는 전술한 바를 참조하는 것으로 하고 그 반복되는 설명을 생략한다.

한편, 조명유니트(200)를 구성하는 복수의 광원유니트는 순차적으로 온/오프 구동되면서 색광들을 순차적으로 조사한다. 예를 들어, 상기 조명유니트(200)를 구성하는 제1 내지 제4광원유니트(10)(20)(30)(40)는 순차적으로 온/오프 구동되면서, 제1녹색광(12), 제2녹색광(22), 적색광(32) 및 청색광(42)을 순차적으로 조사한다. 따라서, 1패널 구조의 화상형성소자를 이용한 화상투사장치를 구성함에 있어서, 칼라 화상 구현에 이용되는 칼라휠(미도시) 등의 구성을 상기 조명유니트(200) 가 대체할 수 있다.

상기 화상형성소자(250)는 입사된 균일한 조명광을 화소단위로 선택적으로 반사시켜 화상을 형성한다. 이 화상형성소자(250)는 반사형 액정표시소자 또는 디지털 마이크로미러 디바이스 등으로 구성된다. 여기서, 반사형 액정표시소자는 입사광의 편광특성을 이용하여 화상을 구현하는 반면, 디지털 마이크로미러 디바이스의 경우는 편광특성을 이용하지 않는다. 그러므로, 화상형성소자(250)로 디지털 마이크로미러 디바이스를 채용한 경우에는 별도의 편광소자가 불필요하다.

한편, 본 실시예는 디지털 마이크로미러 디바이스를 화상형성소자(250)로서 채용한 것을 예로 들어 나타낸 것이다. 상기 디지털 마이크로미러 디바이스는 독립적으로 구동되는 2차원 배열 구조의 마이크로미러 어레이를 포함하는 것으로, 입력된 화상신호에 따라 각 화소별 반사광의 각도를 독립적으로 제어함에 의해 화상을 형성한다. 이 경우, 입사광의 진행 경로를 변환하기 위한 수단으로서, 상기 조명유니트(200), 상기 화상형성소자(250) 및 상기 투사렌즈유니트(260) 사이에 배치되는 빔스프리터(240)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 상기 빔스프리터(240)는 상기 조명유니트(200) 쪽에서 입사된 빔은 상기 화상형성소자(250) 방향으로 향하도록 하고, 상기 화상형성소자(250) 쪽에서 입사된 빔은 스크린(270) 방향으로 향하도록 입사빔의 경로를 변환한다. 이 빔스프리터(240)는 임계각 전반사 특성을 이용하여 빔의 경로를 변환하는 구조의 임계각 프리즘인 것이 바람직하다.

상기 투사렌즈유니트(260)는 상기 빔스프리터(240)에 마주하게 배치되어, 상기 화상형성소자(250)에서 형성되고, 상기 빔스프리터(240)를 경유하여 입사된 화 상을 확대하여 스크린(270) 쪽으로 투사시킨다.

또한, 본 실시예에 따른 화상투사장치는 조명유니트(200)와 상기 빔스프리터(240) 사이에 배치되어, 상기 조명유니트(200)로부터 입사된 광이 균일광이 되도록 하는 광인터그레이터(220)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 광인터그레이터(220)는 내부에 입사된 광을 전반사시키면서 전달하는 직육면체 구조의 글래스 로드로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 조명유니트(200)에 콘덴싱렌즈(도 1의 70)가 구비되지 않은 경우에는, 광원유니트(200)와 상기 광인터그레이터(220) 사이에 입사광을 집속시키는 콘덴싱렌즈(미도시)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 콘덴싱렌즈는 1매 이상의 렌즈로 구성되는 것으로, 입사된 평행광을 집속시켜 상기 광인터그레이터(220)에 입사되도록 한다.

또한, 본 실시예에 따른 화상투사장치는 상기 광인터그레이터(220)와 빔스프리터(240) 사이에 배치되는 릴레이렌즈 유닛(230)을 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 릴레이렌즈 유닛(230)은 상기 광인터그레이터(220)에서 출력된 균일광을 결상위치인 디지털 마이크로미러 디바이스로 릴레이하는 1매 이상의 렌즈로 구성된다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화상투사장치를 보여준다. 여기서, 도 10에서와 실질적으로 동일 또는 유사한 기능을 하는 부재는 동일 참조부호로 나타내고, 그 반복적인 설명은 생략한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 화상투사장치는, 입사된 균일한 조명광을 화소단위로 선택적으로 반사시켜 화상을 형성하는 화상형성소자로, 편광특성을 이용하여 화상을 구현하는 반사형 액정표시소자를 채용하며, 이에 적합한 광학적 구성 을 가진다.

본 실시예에서는, 입사광의 진행 경로를 변환하기 위한 수단으로, 조명유니트(200), 상기 화상형성소자(350) 및 상기 투사렌즈유니트(260) 사이에 배치되는 편광빔스프리터(340)를 구비할 수 있다. 상기 편광빔스프리터(340)는 상기 조명유니트(200) 쪽에서 입사된 빔은 상기 화상형성소자(350) 방향으로 향하도록 하고, 상기 화상형성소자(350) 쪽에서 입사된 빔은 스크린(270) 방향으로 향하도록 입사빔의 경로를 변환한다.

본 실시예에 따른 화상투사장치는, 상기 조명유니트(200)와 상기 편광빔스프리터(340) 사이에 조명유니트(200)쪽에서 입사되는 광이 단일 편광의 광으로 되어 상기 편광빔스프리터(340)로 향하도록 하는 편광정렬기(polarization converter system:330)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 편광정렬기(330)는 복수의 소형 편광빔스프리터와, 1/4파장판을 포함하여 구성되는 것으로, 입사된 무편광의 광 대부분을 특정 편광의 광으로 바꾸어준다. 이 편광변환소자(330) 자체의 구성은 잘 알려져 있으므로 그 자세한 설명은 생략한다.

한편, 도 11에 보여진 바와 같이, 조명유니트(200)로부터 입사된 광이 균일광이 되도록 하는 광인터그레이터(320)는 서로 이웃되게 배열된 볼록 형상 또는 실린드리컬 형상의 복수의 렌즈셀을 각각 포함하는 적어도 1매의 렌즈를 포함하는 플라이-아이 렌즈어레이로 구성될 수 있다. 이 경우, 조명유니트(200)는 대략적으로 평행광이 광인터그레이터(320)로 입사되도록 콘덴싱렌즈가 배제된 상태로 구성될 수 있다.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화상투사장치를 보여준다. 여기서, 앞선 실시예에서와 실질적으로 동일 또는 유사한 기능을 하는 부재는 동일 참조부호로 나타내고 그 반복되는 설명은 생략한다.

도 12를 참조하면, 화상형성소자(440)는 입사된 균일한 조명광을 화소단위로 선택적으로 투과시켜 화상을 형성한다. 본 실시예는 입사광의 편광특성을 이용하여 화상을 구현하는 투과형 액정표시소자를 화상형성소자(740)로서 채용한 경우를 예로 들어 보여준다. 이 경우, 입사광의 진행 경로를 변환하기 위한 수단이 불필요하므로, 앞서 설명된 실시예들에 따른 화상투사장치와는 달리 광의 진행 경로 변환용 빔스프리터 또는 편광빔스프리터가 불필요하다는 이점이 있다.

한편, 상기한 투과형 액정표시소자는 편광특성을 이용하여 화상을 형성하므로, 도 11을 참조로 설명한 본 발명의 다른 실시예의 경우와 마찬가지로, 조명유니트(200)와 상기 화상형성소자(440) 사이에 편광정렬기(330)를 구비하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 조명유니트는, 중심 파장에 차이가 있는 특정 색광을 조사하는 적어도 두 광원유니트를 포함하여, 적어도 두 종류 이상의 색광을 조사하도록 마련된 복수의 광원유니트를 구비하므로, 특정 색광의 광량을 증대시켜 화이트 밸런스를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 조명유니트는, 표현하고자 하는 색 범위를 넓게 할 수 있으며, 소형 광원을 사용함으로써, 그 크기를 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 화상투사장치는 상기한 조명유니트를 채용함으로써, 그 구성을 콤팩트화 할 수 있고, 우수한 화이트 밸런스 특성을 가지는 광을 조명할 수 있으며, 별도의 칼라 휠 장치 없이도, 칼라 화상을 구현할 수 있다는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 중심 파장에 차이가 있는 특정 색광을 조사하는 적어도 두 광원유니트를 포함하여, 적어도 두 종류 이상의 색광을 조사하도록 마련된 복수의 광원유니트와;

   상기 복수의 광원유니트에서 조사된 색광들을 합성하여 이 색광들이 동일 방향으로 진행하도록 하는 복수의 합성기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명유니트.
2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 광원유니트는,

   중심 파장에 차이가 있는 제1 및 제2녹색광을 조사하는 제1 및 제2광원유니트와;

   적색광을 조사하는 제3광원유니트와;

   청색광을 조사하는 제4광원유니트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명유니 트.
3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 광원유니트 각각은,

   발광 다이오드 및 레이저 다이오드 중 어느 하나를 구비하며, 소정 색광을 조사하는 소형 광원과;

   상기 소형 광원에서 조사되는 광을 콜리메이팅하는 콜리메이팅부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명유니트.
4. 제3항에 있어서, 상기 콜리메이팅부재는,

   콜리메이팅렌즈 및 콜리메이터 중 어느 하나이고,

   상기 콜리메이터는 반사면을 가지며 상기 소형 광원과 광모듈화되는 것을 특징으로 하는 조명유니트.
5. 청구항 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 따른 조명유니트와;

   상기 조명유니트 쪽에서 입사된 광으로부터 입력된 영상신호에 대응되는 화상을 형성하는 화상형성소자와;

   상기 화상형성소자에서 형성된 화상을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈유니트;를 포함하며,

   상기 화상형성소자는, 반사형 액정표시소자, 투과형 액정표시소자 및 디지털 마이크로미러 디바이스 중 어느 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.

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