KR100694117B1 - 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치 - Google Patents

조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100694117B1
KR100694117B1 KR1020050045200A KR20050045200A KR100694117B1 KR 100694117 B1 KR100694117 B1 KR 100694117B1 KR 1020050045200 A KR1020050045200 A KR 1020050045200A KR 20050045200 A KR20050045200 A KR 20050045200A KR 100694117 B1 KR100694117 B1 KR 100694117B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
reflecting surface
light emitting
lighting unit
collector
Prior art date
Application number
KR1020050045200A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20060106545A (ko
Inventor
김종회
이원용
이영철
이계훈
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to JP2006091934A priority Critical patent/JP4524265B2/ja
Priority to NL1031476A priority patent/NL1031476C2/nl
Priority to EP20060111975 priority patent/EP1708513B1/en
Priority to CN2006100794181A priority patent/CN1841183B/zh
Priority to US11/392,633 priority patent/US7828448B2/en
Publication of KR20060106545A publication Critical patent/KR20060106545A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100694117B1 publication Critical patent/KR100694117B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/208—Homogenising, shaping of the illumination light
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F21K9/68—Details of reflectors forming part of the light source
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/18—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical projection, e.g. combination of mirror and condenser and objective
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/2006—Lamp housings characterised by the light source
    • G03B21/2013—Plural light sources
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/2066—Reflectors in illumination beam
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3141—Constructional details thereof
    • H04N9/315—Modulator illumination systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3141—Constructional details thereof
    • H04N9/315—Modulator illumination systems
    • H04N9/3152—Modulator illumination systems for shaping the light beam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F21K9/61—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction using light guides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • H01L33/60—Reflective elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S359/00—Optical: systems and elements
    • Y10S359/904—Micromirror

Abstract

입사되는 광을 반사시켜 진행시키는 제1반사면과; 조명광을 생성 출사하는 발광소자와; 기 발광소자로부터 출사되고 제1반사면을 벗어나는 영역으로 진행하는 광을 반사시켜, 이 반사광이 발광소자를 포함하는 광원면에 맞고 나서 제1반사면으로 유도되도록 하는 제2반사면;을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치가 개시되어 있다.

Description

조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치{Illuminating unit and image projection apparatus employing the same}
도 1은 국내특허출원 제2004-0076902호에 개시된 조명유니트의 사시도를 개략적으로 보여준다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 조명유니트의 주요 구성을 개략적으로 보여주는 개념도이다.
도 4는 도 3의 사시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 조명유니트의 일 실시예 및 다른 실시예를 보여준다.
도 7에 본 발명에 따른 조명유니트가 어레이 형태로 형성된 실시예를 보여준다.
도 8 내지 도 10은 각각 본 발명에 따른 조명유니트를 적용한 화상투사장치의 실시예를 보여준다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100,100R,100G,100B...조명유니트 110...광 콜렉터
120...제1반사면 125...입광면
130...발광소자 140...제2반사면
150...광 가이드부 200...DLP 패널
201...색합성 프리즘 203...콘덴싱 렌즈
205...라이트 터널 207...릴레이 렌즈
209...TIR 프리즘 250...투사렌즈 유닛
300...반사형 액정표시소자 310...편광빔스프리터
320...플라이-아이 렌즈 330...편광변환소자
380...투과형 액정표시소자
본 발명은 광원의 집광 효율을 높일 수 있도록 된 조명 유닛 및 이를 채용한 화상투사장치에 관한 것이다.
일반적으로, 조명유니트는 광을 조사하는 광원과, 이 광원에서 조사된 광을 전달하는 조명광학계로 구성되는 것으로, 자체적으로 발광 능력이 없는 액정표시소자나 마이크로 미러가 2차원 어레이로 형성된 패널 일명, DLP(Digital Light Processing) 패널 등의 화상형성소자를 이용하여 화상을 구현하는 화상투사장치 등에 널리 채용된다.
조명유니트의 광원으로 통상적으로 사용되는 메탈 할라이드 램프나 초고압 수은 램프 등은 그 수명이 기껏해야 수 천 시간 정도여서, 램프를 자주 교환해야 하는 불편함이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 광원으로 상대적으로 수명이 긴 LED(Light-emitting Diode) 등의 소형 발광소자를 광원으로 사용하고자 하는 연구가 진행되고 있다. LED 광원에서는 발산광이 출사되기 때문에, 조명유니트는 LED에서 조사된 광을 집광시켜 일 방향으로 진행하도록 콜리메이팅 기능을 포함할 것이 요구된다.
한편, LED 광원은 일반적으로 메탈 할라이드 램프나 초고압 수은 램프에 비해 광량이 적다. 따라서, 화상투사장치의 광원으로 사용되려면, LED 광원을 어레이화한 LED 모듈 어레이가 필요하다.
LED 광원에서 출사된 발산광을 콜리메이팅하는데 일반적으로 렌즈를 사용하여 LED 모듈을 구성하는데, 이와 같이 일반적인 렌즈를 사용하는 LED 모듈의 어레이는 광효율이 낮은 문제점이 있다. 그 이유를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
LED 광원의 발광면적과 발광 각도의 입체각과의 곱이 보존량이 되며, 이를 에텐듀(etendue)라 한다. 에텐듀가 보존되기 위해서는 LED 광원의 발광면적과 그로부터 출사되는 광의 발광 각도의 입체각의 곱이 화상형성소자의 면적과 그에 입사되는 광의 입사각도의 입체각의 곱이 같아야 한다. 화상형성소자의 에텐듀는 기하학적으로 정해진다.
다수의 LED 모듈을 어레이화하여 사용하는 경우에는, LED 모듈 어레이의 발광면적은 하나의 LED 모듈을 사용하는 경우의 발광 면적보다 LED 모듈의 개수에 비례하여 커지게 된다.
이때, 각 LED 모듈과 LED 모듈 어레이의 발광각도의 입체각이 동일하며, 화상형성소자의 면적은 정해져 있다. 따라서, 에텐듀 보존에 따라, LED 모듈 어레이를 사용하는 경우에 화상형성소자에 입사되는 광의 입사각도의 입체각은 하나의 LED 모듈을 사용하는 경우에 비해 커지게 된다. 이에 따라 투사렌즈에 의해 유효하게 투사될 수 있는 각도 범위를 넘어서는 광이 존재하게 되어, 투사렌즈에 의해 유효하게 투사되지 못하는 광손실이 발생하게 된다. 이러한 광효율 저하는 결과적으로 LED 광원 개수의 증가에도 불구하고 화상투사장치의 밝기의 상승폭을 제한한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 광원의 집광효율을 높일 수 있도록 된 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조명유니트는, 입사되는 광을 반사시켜 진행시키는 제1반사면과; 조명광을 생성 출사하는 발광소자와; 상기 발광소자로부터 출사된 광을 반사시켜, 이 반사광이 상기 발광소자를 포함하는 광원면으로 유도되도록 하는 제2반사면;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 반사면은 상기 제 1 반사면을 벗어나는 영역으로 진행하는 광을 상기 발광소자를 포함하는 광원면으로 유도되도록 한다.
상기 조명유니트는 상기 제 2 반사면에 의해 반사된 반사광이 상기 광원면에 맞고 나서 상기 제 1 반사면으로 유도되도록 한다.
상기 제1반사면은 초점을 가지며, 상기 발광소자는 상기 제1반사면의 초점 또는 그 부근에 위치될 수 있다.
제1 및 제2반사면 중 적어도 어느 하나는 포물반사면, 구면 반사면, 타원 반사면 중 어느 하나일 수 있다.
일 예로서, 제1반사면은 포물반사면이고, 상기 제2반사면은 구면 반사면일 수 있다. 이 경우, 상기 제2반사면의 구면 중심과 상기 제1반사면의 초점은 서로 일치하도록 된 것이 바람직하다.
상기 발광소자는 OLED 및 LED 중 어느 하나일 수 있다.
상기 발광소자로부터 광이 입사되는 입광면 일부 영역에 상기 제2반사면이 형성되고, 일측 외측면에 상기 제1반사면이 형성된 투명 몸체의 광 콜렉터를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 광 콜렉터는, 상기 제1반사면에서 반사되어 진행하는 광을 가이드하는 광 가이드부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 광 콜렉터의 입광면은 오목하게 형성되어 있으며, 상기 발광소자와 상기 광 콜렉터의 입광면 사이에는 소정의 광학 매질이 존재하거나 공기층이 존재할 수 있다.
상기 광 콜렉터의 입광면은 돔형상으로 오목하게 형성될 수 있다.
상기 광 콜렉터의 2차원 배열과, 각 광 콜렉터에 대응되는 복수의 발광소자를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화상투사장치는, 본 발명에 따른 적어도 하나의 조명유니트와; 상기 조명유니트 쪽에서 조사되는 광으로부터 입력된 영상신호에 대응하는 화상을 형성하는 화상형성소자와; 상기 화상형성소자에서 형성된 화상을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 조명유니트는 복수개 구비되며, 이 복수의 조명유니트는 서로 다른 색광을 조사하며, 상기 복수의 조명유니트에서 출사되는 색광들을 합성하여 하나의 광경로로 통합하는 색합성 프리즘;을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 조명유니트에서 출사된 광이 균일광이 되도록 하는 광 인터그레이터;를 더 포함할 수 있다.
상기 화상형성소자는 상기 조명유니트에서 조명된 광을 선택적으로 반사시켜 화상을 형성하는 반사형 화상형성소자로서 복수의 마이크로 미러가 어레이로 배열되어 이루어진 소자 및 반사형 액정표시소자 및 투과형 액정표시소자 중 어느 하나를 구비할 수 있다.
상기 조명유니트는, 돔형상으로 오목하게 형성된 입광면과, 상기 제1반사면에서 반사된 광을 가이드하는 광 가이드부를 가지는 투명 몸체의 광 콜렉터를 포함하며, 상기 광 콜렉터의 상기 발광소자로부터 광이 입사되는 상기 입광면 일부 영역에 상기 제2반사면이 형성되고, 상기 광 콜렉터의 일측 외측면에 상기 제1반사면이 형성되어 있고, 상기 발광소자와 상기 광 콜렉터의 입광면 사이는 소정의 광학 매질이 존재하거나 공기층이 존재하며, 상기 조명유니트는 복수개 구비되며, 이 복수의 조명유니트는 서로 다른 색광을 조사하며, 상기 복수의 조명유니트에서 출사 되는 색광들을 합성하여 하나의 광경로로 통합하는 색합성 프리즘과; 상기 복수의 조명유니트에서 출사된 광이 균일광이 되도록 하는 광 인터그레이터;를 더 포함하며, 상기 화상형성소자로 상기 조명유니트에서 조명된 광을 선택적으로 반사시켜 화상을 형성하는 반사형 화상형성소자로서 복수의 마이크로 미러가 어레이로 배열되어 이루어진 소자 및 반사형 액정표시소자 및 투과형 액정표시소자 중 어느 하나를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 조명유니트는, 본 출원인에 의해 제안된 국내특허출원 제2004-0076902호(발명의 명칭:LED를 채용한 조명유닛 및 이를 채용한 화상투사장치)의 발명에서의 조명유니트에 비해 집광 효율을 보다 높일 수 있도록 된 구조를 가진다.
도 1은 국내특허출원 제2004-0076902호에 개시된 조명유니트(50)의 사시도를 개략적으로 보여주며, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 조명유니트(50)는 LED 모듈(10)과 투명소재의 로드(20)를 구비한다. 상기 로드(20)는 포물반사면(21)과, 상기 포물반사면(21)에서 반사된 광을 가이드하는 광 가이드부(24)를 구비한다. 로드(20)의 입광면에는 요부(23)가 형성되어 있다. 광 가이드부(24)는 사각단면을 가진다.
LED 모듈(10)은 광을 방출하는 LED칩(11)을 구비한다. LED 모듈(10)은 돔 렌즈(또는 캡)(12)를 더 구비할 수 있다. LED 모듈(10)은 포물반사면(21)의 초점에 위치된다.
LED 칩(11)에서 출사되어 포물반사면(21)으로 입사되는 광은 그 포물반사면(21)에 의해 반사되면서 대략적인 평행광으로 콜리메이팅되고, 광가이드부(24)에 의해 가이드되어 출사된다.
이러한 조명유니트(50)에 따르면, LED 칩(11)에서 출사된 광 중 포물반사면(21)으로 바로 입사되는 광(la)은 대략적으로 평행광으로 콜리메이팅된다. 이 광은 광 가이드부(24)를 따라 상기 로드(20)의 광 출사면(20')까지 인도된다. 그런데, LED 칩(11)에서 출사되어 포물반사면(21)을 벗어나는 영역(도 1에서 LED 칩(11) 오른쪽 부분)으로 진행하는 발산광(lb)은 포물반사면(21)을 거지지 않고 바로 광 가이드부(24)로 진행하므로 평행광으로 콜리메이팅되지 못한다. 따라서, 이 영역으로 발산된 광은 집광을 하기가 어려워 집광 효율이 떨어지게 된다.
이에 비해, 본 발명에 따른 조명유니트는 포물반사면(21)을 벗어나는 영역으로 진행하는 광도 콜리메이팅할 수 있어, 상기 조명유니트(50)에 비해 집광 효율을 높일 수 있도록 되어 있다.
도 3은 본 발명에 따른 조명유니트의 주요 구성을 개략적으로 보여주는 개념도이고, 도 4는 도 3의 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 조명유니트(100)는, 입사되는 광을 반사시켜 진행시키는 제1반사면(120)과, 조명광을 생성 출사하는 발광소자(130)와, 상기 발광소자(130)로부터 출사되고 상기 제1반사면(120)을 벗어나는 영역(Lb)으로 진행하는 광을 반사시켜 상기 발광소자(130)를 포함하는 광원면(도 5 및 도 6 의 131 참조)에 다시 도달시키는 제2반사면(140)을 포함하여 구성된다.
상기 제1반사면(120)은 곡면 형태로 형성되어 초점을 가진다. 상기 제1반사면(120)은 포물반사면, 구면 반사면 및 타원 반사면 중 어느 한 형태로 형성될 수 있다. 이때, 상기 제1반사면(120)은, 상기 발광소자(130)쪽에서 입사되는 발산광을 반사시키면서 대략적인 평행광으로 콜리메이팅하도록 마련된다.
상기 발광소자(130)는 상기 제1반사면(120)의 초점 또는 그 부근에 위치하는 것이 바람직하다. 상기 발광소자(130)로는 OLED(Organic Light Emitting Diode, 유기 EL이라고도 한다) 또는 LED 등의 발산광을 출력하는 발광소자 칩을 구비할 수 있다.
상기 발광소자(130)는 반사 특성을 가져 외부에서 입사되는 광을 반사시키도록 된 것이 바람직하다. 일반적인 LED 등의 발광소자 칩은 잘 알려져 있는 바와 같이, 그 표면의 매끄럽기 때문에 어느 정도 반사율을 가진다. 상기 발광소자(130)는 이러한 발광소자 칩의 기본적인 반사 특성을 가지도록 마련될 수 있다.
다른 예로서, 상기 발광소자(130)는 발광소자 칩의 기본적인 반사 특성을 가지며, 이에 부가하여 입사되는 외부광에 대한 반사율을 보다 높일 수 있도록, 반사층(미도시)을 더 구비할 수 있다. 예를 들어, 반사층은 발광소자(130)의 기판과 그 위에 적층되는 반도체 층 사이에 형성될 수 있다. 상기 발광소자(130)에 이러한 반사 특성을 부가하면, 상기 제2반사면(140)에 의해 반사되어 발광소자(130)에 다시 도달한 광이 발광소자(130)에 의해 반사된 후 상기 제1반사면(120) 쪽으로 다시 진행하는 비율을 보다 높일 수 있다.
한편, 상기 발광소자(130)는 점광원이 아니라 실질적으로 면광원에 해당하므로, 제2반사면(140)에 반사된 광 중 일부는 발광소자(130)로 입사되지 않고 그 바깥으로 입사될 수도 있다. 따라서, 상기 발광소자(130)는 후술하는 도 5 및 도 6에 도시된 실시예에서와 같이, 베이스(135)에 설치될 수도 있는데, 이때, 이 베이스(135)의 면은 제2반사면(140)에서 반사되어 그 베이스(135)로 입사된 광을 반사시켜 제1반사면(120)으로 유도할 수 있도록 반사면인 것이 바람직하다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 광원면(131)은, 발광소자(130)의 출사영역(130a) 자체 또는 그에 대응하는 영역 또는 이 발광소자(130)의 출사영역(130a) 자체 또는 그에 대응하는 영역과 베이스(135)의 입사광을 반사시키는 영역(135a)을 합친 것에 해당할 수 있다.
상기 제2반사면(140)은 제1반사면(120)을 벗어나는 영역으로 진행하는 광(Lb)을 반사시켜, 이 반사광이 상기 발광소자(130)를 포함하는 광원면(131)에 맞고 나서 상기 제1반사면(120)으로 유도되도록 한다. 도 3에서 점선은 제2반사면(140)이 없을 때에 예상되는 제1반사면(120)을 벗어나는 영역으로 진행하여, 평행빔으로 유도될 수 없는 일부 광의 경로를 나타낸다.
상기 제2반사면(140)도, 제1반사면(120)과 마찬가지로, 포물 반사면, 구면 반사면 및 타원 반사면 중 어느 한 형태로 형성될 수 있다.
상기 제2반사면(140)에 의해 반사되어 발광소자(130)에 맞고 나서 제1반사면(120)으로 유도된 광은 제1반사면(120)에 의해 상당량이 평행광으로 콜리메이팅된다.
따라서, 상기와 같은 본 발명에 따른 조명유니트(100)는, 제1반사면(120)을 벗어나는 영역으로 진행하는 광(Lb)을 반사시켜 발광소자(130)쪽으로 피드백시키도록 제2반사면(140)을 구비함에 의해 특허출원 제2004-0076902호에 개시된 조명유니트(50)에 비해 높은 집광 효율을 가질 수 있다.
상기 제1 및 제2반사면(120)(140)의 다양한 실시예에 대해, 조명유니트(100)로부터 대략적인 평행광이 나오도록 콜리메이팅하는 관점에서, 광의 진행 과정을 설명하면 다음과 같다.
예를 들어, 상기 제1반사면(120)은 포물반사면, 제2반사면(140)은 구면 반사면으로 형성될 수 있다. 이때, 발광소자(130)는 제1반사면(120)의 초점 또는 그에 근접되게 위치하는 것이 바람직하다. 또한, 발광소자(130)는 제2반사면(140)의 구면 중심에 위치하는 것이 바람직하다. 따라서, 이상적으로는 상기 제1반사면(120)의 초점과 제2반사면(140)의 구면 중심이 서로 일치하고, 발광소자(130)가 제1반사면(120)의 초점(제2반사면(140)의 구면 중심)에 위치하는 것이 바람직하다.
이 경우, 제1반사면(120)의 초점에 위치한 발광소자(130)에서 출사되어 포물반사면 형태인 제1반사면(120)쪽으로 진행하는 광(La)은 이 제1반사면(120)에 의해 반사되면서 대략적인 평행광으로 콜리메이팅되어 진행한다. 발광소자(130)에서 출사되어 구면 반사면 형태인 제2반사면(140)쪽으로 진행하는 발산광(Lb)은 이 제2반사면(140)에서 반사된 후 발광소자(130) 상에 포커싱된다. 이 포커싱된 광은 발광소자(130)에서 반사되어 발산광 형태로 제1반사면(120)쪽으로 진행하고, 이 발산광은 제1반사면(120)에 의해 대략적인 평행광으로 콜리메이팅되어 발광소자(130)에서 출사되어 제1반사면(120)에 바로 입사되는 광(La)과 같은 방향으로 진행한다.
상기와 같이, 제1반사면(120)이 포물반사면, 제2반사면(140)이 구면 반사면으로 형성되는 경우에는 발광소자(130)에서 출사된 발산광이 대략적인 평행광으로 콜리메이팅되어 출사되는 비율을 최대화할 수 있다.
여기서, 제1반사면(120)이 포물반사면이고, 제1반사면(120)의 초점에 발광소자(130)가 위치되는 경우에도, 발광소자(130)에서 출사되고 제1반사면(120)에 의해 콜리메이팅된 광이 완전 평행광이 아니라 대략적인 평행광이 되는 이유는 상기 발광소자(130)가 점광원이 아니라 실질적으로 면광원이기 때문이다. 마찬가지로, 상기 발광소자(130)는 면광원이므로, 제2반사면(140)이 구면 반사면일 때에도, 이 제2반사면(140)에 의해 반사된 모든 광이 발광소자(130) 상의 한 점에 포커싱되는 것은 아니다. 하지만, 상당량의 광이 발광소자(130) 상에 포커싱된다.
추가적으로, 본 발명에 따른 조명유니트(100)에서는 발광소자(130)에서 생성출사된 발산광이 대략적인 평행광으로 콜리메이팅되어 진행하는 것으로 표현할 수 있는데, 이때의 대략적인 평행광은, 진짜 평행광 뿐만 아니라, 후속의 광학 부품들에 의해 집광될 수 있는 범위내의 발산각 또는 수렴각을 갖는 거의 평행광에 가까운 광도 포함하는 의미를 가진다.
한편, 다른 예로서, 제1반사면(120)이 포물 반사면, 구면 반사면 및 타원 반사면 중 어느 한 형태로 형성되고, 제2반사면(140)이 포물 반사면, 구면 반사면 및 타원 반사면 중 어느 한 형태로 형성되는 조합의 범위내에서 다양한 실시예가 가능하다.
예를 들어, 제1반사면(120)은 구면 반사면으로서, 이 제1반사면(120)의 초점 또는 그 부근에 위치되는 발광소자(130)쪽에서 입사되는 발산광을 반사시켜 대략적인 평행광으로 콜리메이팅하도록 형성될 수 있다.
또한, 제1반사면(120)은 타원 반사면으로서, 이 제1반사면(120)의 초점 또는 그 부근에 위치되는 발광소자(130)쪽에서 입사되는 발산광을 반사시켜 대략적인 평행광으로 콜리메이팅하도록 형성될 수 있다.
잘 알려져 있는 바와 같이, 타원은 두 초점을 가진다. 따라서, 일 초점에 위치된 발광소자(130)로부터 타원 반사면에 발산광이 입사되면, 이 발산광은 타원 반사면에 의해 반사되어 타원 반사면의 다른 초점으로 포커싱된다.
따라서, 제1반사면(120)을 두 초점사이의 거리가 아주 먼 타원 반사면으로 형성하면, 제1반사면(120)에 의해 반사된 광은 평행광에 근접한 광으로 콜리메이팅 될 수 있다. 또한, 제1반사면(120)을 포물반사면에 가까운 타원 반사면으로 형성하여도, 제1반사면(120)에 의해 반사된 광은 대략적인 평행광으로 콜리메이팅 될 수 있다. 또한, 제1반사면(120)은 구면 반사면에 가까운 타원 반사면으로 형성하여도, 제1반사면(120)에 의해 반사된 광은 대략적인 평행광으로 콜리메이팅 될 수 있다. 여기서, 구면 반사면은 타원반사면의 특별한 경우로, 구면 반사면은 두 초점이 겹치는 타원 반사면에 해당한다.
이와 같이, 제1반사면(120)을 타원 반사면으로 형성하는 경우에도 발광소자(130)쪽에서 입사되는 광을 대략적인 평행광으로 콜리메이팅할 수 있다. 제1반사면(120)을 어떤 타원도를 가지는 타원 반사면으로 형성하느냐에 따라 집광될 수 있는 대략적인 평행광으로 변하는 비율이 달라질 뿐이다.
한편, 상기 제2반사면(140)은 구면 반사면인 경우가 가장 바람직하며, 제2반사면(140)을 포물 반사면이나 타원 반사면으로 형성하는 것도 가능하다. 제2반사면(140)을 포물 반사면이나 타원 반사면으로 형성하는 경우, 구면 반사면으로 형성하는 경우에 비해, 제2반사면(140)에서 반사된 후 발광소자(130)를 포함하는 광원면(131)에 맞고 나서 제1반사면(120)으로 유도되고, 이 제1반사면(120)에 의해 반사되어 대략적인 평행광으로 콜리메이팅되는 비율이 낮아질 수는 있지만, 제2반사면(140)을 구비하는 않는 경우에 비해서는 전체적인 집광 효율이 크게 향상될 수 있음은 분명하다.
이상에서 포물 반사면은, 원추계수(conic coefficient) K = -1인 엄밀한 포물면 만을 의미하는 것은 아니다. 본 발명에 따른 조명유니트(100)에서 사용되는 포물반사면은 K가 -0.4 내지 -2.5 범위, 바람직하게는 -0.7 내지 -1.6 범위의 비구면을 의미한다. 포물반사면을 위한 K값은 발광소자(130)로부터 방사되는 광을 조명하고자 하는 대상체에 유효하게 조명될 수 있는 방사각도 범위로 콜리메이팅시키기 위하여 상기의 범위 내에서 적절히 선정될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 조명유니트(100)에 따르면, 발광소자(130)에서 출사되어 제1반사면(120)쪽으로 진행하는 발산 광(La)은 제1반사면(120)에서 반사되면서 콜리메이팅된다. 상기 반사되는 광은 제1반사면(120)의 구조에 따라 평행광으로 형성되게 된다.
발광소자(130)에서 출사되고 제1반사면(120)을 거치지 않고 진행하는 광(Lb) 은 평행광으로 사용할 수 없기 때문에 집광 효율이 나쁜 점을 개선하기 위하여, 본 발명에 따른 조명유니트(100)에 따르면, 제2반사면(140)을 형성하여, 상기 광을 제2반사면(140)으로 유도시키고, 이 제2반사면(140)에서 반사된 광은 광원면(131)에서 반사되어 제1반사면(120)쪽으로 유도되어, 이 제1반사면(120)에 의해 평행광으로 형성되도록 한다.
본 발명에 따른 조명유니트(100)는, 상기 광(Lb)과 같이 평행광으로 유도할 수 없었던 광의 적어도 일부분을 제2반사면(140)으로 반사시켜, 이 반사광이 광원면(131)에 다시 도달하도록 하므로, 광의 집광 효율이 높아지게 된다.
상기와 같이 본 발명에 따른 조명유니트(100)는 본 출원인에 의해 제안된 국내특허출원 제2004-0076902호에 개시된 조명유니트(100)에 비해 높은 집광 효율 특성을 가질 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 조명유니트(100)의 일 실시예 및 다른 실시예를 보여준다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 조명유니트(100)는, 발광소자(130)로부터 광이 입사되는 입광면(125)을 가지는 투명 몸체의 광 콜렉터(110)를 구비할 수 있다. 이 광 콜렉터(110)의 입광면(125)의 일부 영역에는 상기 제2반사면(140)이 형성되고, 일측 외측면에는 상기 제1반사면(120)이 형성될 수 있다.
상기 입광면(125)은 오목하게 형성된다. 이 입광면(125)은 돔 형상으로 오목하게 형성될 수 있다. 상기 입광면(125)을 오목하게 형성함으로써, 예를 들어, 제1반사면(120)의 초점에 발광소자(130)를 배치하고, 입광면(125) 일부 영역에 돔 형 상의 제2반사면(140)을 형성하는 것이 가능하게 된다. 상기 발광소자(130)는 베이스(135)에 설치되고, 이 베이스(135)가 광 콜렉터(110)에 결합될 수 있다. 상기 베이스(135)는 전술한 바와 같이 제2반사면(140)에서 반사되어 입사되는 광을 제1반사면(120)쪽으로 유도할 수 있도록 된 반사면일 수 있다. 이 베이스(135)의 면은 반사 코팅될 수 있다.
본 발명에 따른 조명유니트(100)에서, 상기 발광소자(130)와 입광면(125) 사이는 도 5에 도시된 바와 같이 공기보다 굴절율이 큰 소정의 광학 매질(137)이 위치될 수 있다. 또한, 상기 발광소자(130)와 입광면(125) 사이에는 도 6에 보여진 바와 같이 공기층(137')이 존재할 수도 있다.
여기서, 상기 광학 매질(137)은 발광소자(130)를 위한 돔 렌즈 또는 캡일 수 있다. 또한, 상기 광학 매질은 발광소자(130)와 입광면(125) 사이에 추가적으로 충진된 광학 매질일 수도 있다. 상기 발광소자(130)가 돔 렌즈 또는 캡을 구비하는 타입이면서, 상기 광학 매질(137)이 존재하는 구조라면, 상기 광학 매질(137)의 굴절율은 광 콜렉터(110)의 투명 몸체의 굴절율과 동일하거나, 돔렌즈(또는 캡)의 굴절율과 광 콜렉터(110)의 투명 몸체의 굴절율 사이인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 조명유니트(100)에 있어서, 상기 광 콜렉터(110)는 그 투명 몸체로부터 연장된 광가이드부(150)를 더 구비할 수 있다. 상기 광 가이드부(150)는 제1반사면(120)에서 반사되면서 대략적인 평행광으로 콜리메이팅된 광을 인도한다. 상기 광 가이드부(150)는 사각단면을 가지는 것이 바람직하다.
이때, 상기 광 가이드부(150)는 광 콜렉터(110)의 발광소자(130)가 결합되는 부분에 대해 광 가이드부(150)의 단면 크기를 축소하는 방향으로 단차지게 형성된 것이 바람직하다. 즉, 광 콜렉터(110)는 발광소자(130)가 광 가이드부(150)에 비해 아래로 돌출되게 결합될 수 있도록 형성된 것이 바람직하다. 이는 제2반사면(140)에 의해 광가이드부(150)쪽으로 광이 진행하는 것을 차단하는 영역이 존재하므로, 광 가이드부(150)의 출사면에서의 광량 분포가 그 출사면의 중심으로부터 위쪽으로 치우친 형태로 나타나지 않고, 출사면의 중심으로 집중될 수 있도록 하기 위함이다.
이때, 광 콜렉터(110)의 발광소자(130)가 결합되는 부분에 대한 광 가이드부(150)의 단차량은 제2반사면(140)에 의한 광 차단 영역의 크기를 고려하여, 그 광가이드부(150)의 출사면에서 고른 광량 분포를 얻을 수 있는 범위내에서 적절히 조절될 수 있다.
상기와 같이 광 가이드부(150)를 광 콜렉터(110)의 발광소자(130)가 결합되는 부분에 비해 위쪽으로 단차지게 형성하면, 상기 발광소자(130) 및 광 콜렉터(110) 모듈을 어레이화할 경우, 어레이화가 보다 용이하며, 광 콜렉터(110) 어레이의 출사면에서 보다 균일화된 광량 분포를 얻을 수 있는 이점이 있다.
한편, 상기 발광소자(130)로 사용되는 LED 등은 일반적으로 메탈 할라이드 램프나 초고압 수은 램프에 비해 광량이 적기 때문에 광원으로 사용될 때에는 어레이 형태로 사용되는 것이 바람직하다.
따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 조명유니트(100)도, 예를 들면, 어레이 형태로 형성될 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 조명유니트(100)는 발 광소자(130) 및 광 콜렉터(110) 모듈의 2차원 어레이 배열로 이루어져, 2차원으로 배열된 복수의 광 콜렉터(110)와, 각 광 콜렉터(110)에 대응되는 복수의 발광소자(130)를 포함하여 구성된다. 여기서, 발광소자(130)와 베이스(135)는 발광소자 모듈을 이룬다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 조명유니트(100)는 제2반사면(140)의 사용에 의해 발광소자(130)에서 출사된 광 중 소실될 수 도 있는 광의 적어도 일부를 리사이클(recycle) 함에 의해, 발광소자(130)에서 출사된 광의 대부분을 대략적인 평행광으로 콜리메이팅할 수 있으므로, 우수한 집광 효율을 가질 수 있으며, 다양한 시스템의 조명용 광원으로 사용할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 조명유니트(100)는 화상투사장치용 조명광원이나 자동차의 헤드 라이트(Head Light)로 사용될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 조명유니트(100)를 조명용 광원으로 사용하는 화상투사장치의 다양한 실시예에 대해 설명한다.
도 8은 본 발명에 따른 조명유니트(100)를 적용한 화상투사장치의 일 실시예를 보여준다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화상투사장치는, 제1 내지 제3조명유니트(100R)(100G)(100B)와, 상기 제1 내지 제3조명유니트(100R)(100G)(100B)쪽에서 입사된 광으로부터 입력된 영상신호에 대응하는 화상을 형성하는 화상형성소자와, 상기 화상형성소자에서 형성된 화상을 스크린(s)에 확대 투사시키는 투사렌즈유닛(250)을 포함하여 구성된다.
본 실시예에서, 제1 내지 제3조명유니트(100R)(100G)(100B)로는 각각, 도 7에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 어레이 구조의 조명유니트(100)를 구비할 수 있다. 즉, 제1 내지 제3조명유니트(100R)(100G)(100B)는 각각 2차원 어레이로 배열된 복수의 광 콜렉터(110)와, 각 광 콜렉터(110)에 대응되는 복수의 발광소자(130)을 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같이, LED 등의 발광소자는 일반적으로 메탈 할라이드 램프나 초고압 수은 램프에 비해 광량이 적기 때문에 이를 광원으로 사용될 때에는 어레이 형태로 사용되는 것이 바람직하다.
상기 제1 내지 제3조명유니트(100R)(100G)(100B)는 예컨대, 적색, 녹색, 청색광을 조사하도록 마련될 수 있다.
서로 다른 색광을 조사하는 제1 내지 제3조명유니트(100R)(100G)(100B)를 구비하는 경우, 이 제1 내지 제3조명유니트(100R)(100G)(100B)로부터 출사되는 색광들을 합성하여 단일 광경로로 통합하기 위한 색합성 프리즘(201) 예컨대, 엑스큐브 프리즘(X-cube prism)을 더 구비하는 것이 바람직하다. 여기서, 본 발명에 따른 화상투사장치는 백색광을 조사하는 단일 조명유니트를 구비할 수도 있는데, 이 경우에는, 색합성 프리즘(201)은 불필요하다.
한편, 본 발명에 따른 화상투사장치는, 입사되는 광이 균일광이 되도록 하는 광 인터그레이터(integrator:)를 더 구비할 수 있다. 상기 광 인터그레이터는 제1 내지 제3조명유니트(100R)(100G)(100B)쪽에서 동일 광경로로 통합되어 입사되는 광빔이 균일광이 되도록 한다.
이 광 인터그레이터로는 도 8에 보여진 바와 같은 직육면체 형상의 라이트 터널(205)을 구비할 수 있다. 상기 라이트 터널(205)은 안이 비어있는 구조이거나, 직육면체 형상의 광학 매체 블록일 수 있다. 여기서, 상기 광 인터그레이터로서 라이트 터널(205) 대신에 한쌍의 플라이 아이 렌즈(도 9의 320)를 구비할 수도 있다.
상기 제1 내지 제3조명유니트(100R)(100G)(100B)는 출사면을 가지고, 라이트 터널(205)은 입사면을 가지는데, 제1 내지 제3조명유니트(100R)(100G)(100B)의 광 출사면과 라이트 터널(205)의 입사면은 닮음꼴인 것이 바람직하다. 이때, 상기 제1 내지 제3조명유니트(100R)(100G)(100B)의 광 출사면과 상기 라이트 터널(205)의 입사면은 화상형성소자(200)의 가로 세로 비율과 동일한 직사각형 구조인 것이 바람직하다.
이를 위하여, 상기 제1 내지 제3조명유니트(100R)(100G)(100B)에서 광 콜렉터(110)의 광 가이드부(150)는 라이트 터널(205)의 가로 세로 비율과 동일한 직사각형 구조를 이루도록 2차원 어레이로 배열된다.
한편, 본 발명에 따른 화상투사장치는, 색합성 프리즘(201)과 라이트 터널(205) 사이의 광로 상에, 상기 제1 내지 제3광원유니트(10a)(10b)(10c)로부터 출사되고 색합성 프리즘(201)에 의해 단일 광경로로 통합된 광빔의 크기가 축소되어 라이트 터널(205)로 입사시키도록 콘덴서 렌즈(203)를 더 구비할 수 있다.
본 실시예에서, 화상형성소자는 반사형 화상형성소자로서, 입사된 균일한 조명광을 화소단위로 제어하여 화상을 형성한다.
도 8에서는 반사형 화상형성소자로 마이크로 미러가 어레이로 형성된 디바이 스 패널 일명, DLP(Digital Light Processing) 패널(200)(또는 DMD라고도 함)을 사용하는 예를 보여준다. 다른 예로서, 후술하는 실시예에서와 같이, 반사형 화상형성소자로 반사형 액정표시소자를 사용할 수도 있다. 또한, 화상형성소자로 투과형 액정표시소자를 사용할 수도 있다.
상기 DLP 패널(200)은 독립적으로 구동되는 2차원 배열 구조의 마이크로미러 어레이를 포함하는 것으로, 입력된 화상신호에 따라 각 화소별 반사광의 각도를 바꿈으로써 화상을 형성한다.
한편, 화상형성소자로 반사형 화상형성소자를 구비하는 경우에는, 라이트 터널(205)과 반사형 화상형성소자 사이에 라이트 터널(205)로부터 입사되는 광은 반사형 화상형성소자로 향하도록 하고, 반사형 화상형성소자에서 반사된 화상 정보를 나타내는 광은 투사렌즈유닛(250)쪽으로 진행하도록 입사광의 진행 경로를 변환하는 광로변환기를 더 구비하는 것이 바람직하다. 반사형 화상형성소자로 DLP 패널(200)을 구비하는 경우에는, 도 8에 보여진 바와 같이 광로변환기로 내부 전반사(TIR:Total Internal Reflection) 프리즘(70)을 사용할 수 있다.
한편, 광 인터그레이터와 광로변환기 즉, 라이트 터널(205)과 TIR 프리즘(70) 사이의 광로 상에는 광 인터그레이터로부터 출사되는 광을 화상형성소자의 유효 면적에 맞추어 확대 또는 축소하는 릴레이 렌즈(207)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 화상투사장치에서, DLP 패널(200)에서 형성된 화상 정보를 포함하는 광은 TIR 프리즘(70)을 투과 하여 투사렌즈유닛(250)으로 향하고, 투사렌즈유닛(250)은 DLP 패널(200)에서 형성된 화상을 스크린(s)에 확대 투사한다.
도 9는 본 발명에 따른 조명유니트(100)를 적용한 화상투사장치의 다른 실시예를 보여준다. 여기서, 전술한 실시예들에서와 실질적으로 동일 또는 유사한 기능을 하는 부재는 동일 참조부호로 표시하고 그 반복적인 설명은 생략한다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 화상투사장치는 도 8의 화상투사장치와 비교할 때, 화상형성소자로 반사형 액정표시소자(300)를 구비한다. 이때, 본 실시예에 따른 화상투사장치는 광 인터그레이터로 볼록렌즈 또는 실린드리컬 렌즈 형상의 복수의 렌즈셀 어레이를 가지는 한쌍의 플라이-아이 렌즈(320)를 구비하는 것이 바람직하다. 대안으로, 광인터그레이터로서, 상기 플라이-아이 렌즈(320) 대신에 라이트 터널(도 8의 205)을 구비할 수도 있다.
반사형 액정표시소자(300)는 입사되는 균일한 조명광을 화소단위로 선택적으로 반사시켜 화상을 형성한다. 이 반사형 액정표시소자(300)는 화상신호에 따라 화소단위로 입사광의 편광을 변화시켜 반사광을 온,오프 시킴으로써 화상을 형성한다.
화상형성소자로 반사형 액정표시소자(300)를 적용하는 경우, 입사광의 진행 경로를 변환하기 위한 광로변환기로, 편광빔스프리터(310)를 구비하는 것이 바람직하다. 편광빔스프리터(310)는 제1 내지 제3조명유니트(100R)(100G)(100B) 쪽에서 입사된 일 편광의 광은 반사형 액정표시소자(300) 방향으로 향하도록 하고, 반사형 액정표시소자(300)에서 반사되어 입사되는 다른 편광의 광은 투사렌즈유닛(250)쪽 으로 향하도록 입사광의 경로를 변환한다.
상기 플라이-아이 렌즈(320)와 편광빔스프리터(310) 사이의 광로 상에는 광효율을 높이기 위해, 제1 내지 제3조명유니트(100R)(100G)(100B)로부터 조사된 광이 단일 편광의 광으로 되어 편광빔스프리터(310)로 입사되도록 하는 편광변환소자(330)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 편광변환소자(330)는 복수의 소형 편광빔스프리터에 의해 광을 편광에 따라 분리하고, 소정 편광의 광의 경로 상에만 반파장판을 배치함으로써, 편광변환소자(330)로 입사된 무편광의 광 대부분을 특정 편광의 광으로 바꾸어준다. 이러한 편광변환소자에 대해서는 본 기술분야에서 잘 알려져 있다.
도 10은 본 발명에 따른 조명유니트(100)를 적용한 화상투사장치의 또 다른 실시예를 보여준다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 화상투사장치는 도 9의 화상투사장치와 비교할 때, 화상형성소자로 투과형 액정표시소자(380)를 구비하는 점에 차이가 있다. 화상형성소자로 투과형 액정표시소자(380)를 구비하는 경우, 광로변환기로서 기능을 하는 편광빔스프리터(도 9의 310)는 불필요하다.
상기 투과형 액정표시소자(380)는 화상신호에 따라 화소단위로 입사되는 균일한 조명광의 편광을 변화시켜 투과광을 온,오프 시킴으로써 화상을 형성한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 조명유니트(100)는 다양한 실시예의 화상투사장치에 적용될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치에 의하면, 렌즈를 이용하지 않고, 발광소자쪽에서 입사되는 광을 반사시키는 제1반사면과, 발광소자에서 출사되고 제1반사면을 벗어나는 영역으로 진행하는 광을 반사시켜 발광소자에 맞고 나서 제1반사면쪽으로 유도되도록 하는 제2반사면 구비하는 구조에 의해, 발광소자에 출사된 광의 대부분을 대략적인 평행광으로 콜리메이팅할 수 있으므로, 우수한 집광 효율을 가질 수 있다.

Claims (25)

  1. 입사되는 광을 반사시켜 진행시키는 제1반사면과;
    조명광을 생성 출사하는 발광소자와;
    상기 발광소자로부터 출사되는 광을 반사시켜, 이 반사광이 상기 발광소자를 포함하는 광원면으로 유도되도록 하는 제2반사면과;
    상기 발광소자로부터 광이 입사되는 입광면 일부 영역에 상기 제2반사면이 형성되고, 일측 외측면에 상기 제1반사면이 형성된 투명 몸체의 광 콜렉터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명유니트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제 2 반사면은 상기 제 1 반사면을 벗어나는 영역으로 진행하는 광을 상기 발광소자를 포함하는 광원면으로 유도되도록 하는 것을 특징으로 하는 조명유니트
  3. 제1항에 있어서, 상기 조명유니트는 상기 제 2 반사면에 의해 반사된 반사광이 상기 광원면에 맞고 나서 상기 제 1 반사면으로 유도되는 것을 특징으로 하는 조명유니트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1반사면은 초점을 가지며,
    상기 발광소자는 상기 제1반사면의 초점 또는 그 부근에 위치되는 것을 특징으로 하는 조명유니트.
  5. 제4항에 있어서, 제1 및 제2반사면 중 적어도 어느 하나는 포물반사면, 구면 반사면, 타원 반사면 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 조명유니트.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제1반사면은 포물반사면이고, 상기 제2반사면은 구면 반사면인 것을 특징으로 하는 조명유니트.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2반사면의 구면 중심과 상기 제1반사면의 초점은 서로 일치하는 것을 특징으로 하는 조명유니트.
  8. 제7항에 있어서, 상기 발광소자는 OLED 및 LED 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 조명유니트.
  9. 제1항에 있어서, 상기 발광소자는 OLED 및 LED 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 조명유니트.
  10. 삭제
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 콜렉터는, 상기 제1반사면에서 반사되어 진행하는 광을 가이드하는 광 가이드부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 조명유니트.
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 콜렉터의 입광면은 오목하게 형성되어 있으며,
    상기 발광소자와 상기 광 콜렉터의 입광면 사이에는 소정의 광학 매질이 존재하거나 공기층이 존재하는 것을 특징으로 하는 조명유니트.
  13. 제12항에 있어서, 상기 광 콜렉터의 입광면은 돔형상으로 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 조명유니트.
  14. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광 콜렉터의 2차원 배열과, 각 광 콜렉터에 대응되는 복수의 발광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명유니트.
  15. 청구항 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 조명유니트와;
    상기 조명유니트 쪽에서 조사되는 광으로부터 입력된 영상신호에 대응하는 화상을 형성하는 화상형성소자와;
    상기 화상형성소자에서 형성된 화상을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
  16. 삭제
  17. 제15항에 있어서, 상기 광 콜렉터는, 상기 제1반사면에서 반사되어 진행하는 광을 가이드하는 광 가이드부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
  18. 제15항에 있어서, 상기 광 콜렉터의 입광면은 오목하게 형성되어 있으며,
    상기 발광소자와 상기 광 콜렉터의 입광면 사이에는 소정의 광학 매질이 존재하거나 공기층이 존재하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 광 콜렉터의 입광면은 돔형상으로 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
  20. 제15항에 있어서, 상기 광 콜렉터의 2차원 배열과, 각 광 콜렉터에 대응되는 복수의 발광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
  21. 제15항에 있어서, 상기 조명유니트는 복수개 구비되며,
    이 복수의 조명유니트는 서로 다른 색광을 조사하며,
    상기 복수의 조명유니트에서 출사되는 색광들을 합성하여 하나의 광경로로 통합하는 색합성 프리즘;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 복수의 조명유니트에서 출사된 광이 균일광이 되도록 하는 광 인터그레이터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
  23. 제20항에 있어서, 상기 화상형성소자는 상기 조명유니트에서 조명된 광을 선택적으로 반사시켜 화상을 형성하는 반사형 화상형성소자로서 복수의 마이크로 미러가 어레이로 배열되어 이루어진 소자 및 반사형 액정표시소자 및 투과형 액정표시소자 중 어느 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
  24. 제15항에 있어서, 상기 광 콜렉터는, 상기 제1반사면에서 반사된 광을 가이드하는 광 가이드부를 가지며, 그 입광면이 돔형상으로 오목하게 형성되고,
    상기 발광소자와 상기 광 콜렉터의 입광면 사이는 소정의 광학 매질이 존재하거나 공기층이 존재하며,
    상기 조명유니트는 복수개 구비되며, 이 복수의 조명유니트는 서로 다른 색광을 조사하며,
    상기 복수의 조명유니트에서 출사되는 색광들을 합성하여 하나의 광경로로 통합하는 색합성 프리즘과;
    상기 복수의 조명유니트에서 출사된 광이 균일광이 되도록 하는 광 인터그레이터;를 더 포함하며,
    상기 화상형성소자로 상기 조명유니트에서 조명된 광을 선택적으로 반사시켜 화상을 형성하는 반사형 화상형성소자로서 복수의 마이크로 미러가 어레이로 배열되어 이루어진 소자 및 반사형 액정표시소자 및 투과형 액정표시소자 중 어느 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 조명유니트 각각은 상기 광 콜렉터의 2차원 배열과, 각 광 콜렉터에 대응되는 복수의 발광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
KR1020050045200A 2005-03-30 2005-05-27 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치 KR100694117B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006091934A JP4524265B2 (ja) 2005-03-30 2006-03-29 照明ユニット及びそれを採用した画像投射装置
NL1031476A NL1031476C2 (nl) 2005-03-30 2006-03-30 Verlichtingseenheid en beeldprojectie-inrichting voorzien van verlichtingseenheid.
EP20060111975 EP1708513B1 (en) 2005-03-30 2006-03-30 Illumination unit and image projection apparatus employing the same
CN2006100794181A CN1841183B (zh) 2005-03-30 2006-03-30 照明单元和采用该照明单元的图像投影装置
US11/392,633 US7828448B2 (en) 2005-03-30 2006-03-30 Illumination unit and image projection apparatus employing the same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US66618105P 2005-03-30 2005-03-30
US60/666,181 2005-03-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060106545A KR20060106545A (ko) 2006-10-12
KR100694117B1 true KR100694117B1 (ko) 2007-03-12

Family

ID=37030262

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050045200A KR100694117B1 (ko) 2005-03-30 2005-05-27 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7828448B2 (ko)
KR (1) KR100694117B1 (ko)
NL (1) NL1031476C2 (ko)

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101057996B1 (ko) * 2003-10-27 2011-08-19 삼성전자주식회사 투사형 화상표시장치
KR100644632B1 (ko) * 2004-10-01 2006-11-10 삼성전자주식회사 Ｌｅｄ를 채용한 조명유닛 및 이를 채용한 화상투사장치
JP4524265B2 (ja) * 2005-03-30 2010-08-11 三星電子株式会社 照明ユニット及びそれを採用した画像投射装置
KR100694117B1 (ko) 2005-03-30 2007-03-12 삼성전자주식회사 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치
JP2007329053A (ja) * 2006-06-08 2007-12-20 Casio Comput Co Ltd 光源装置及びこの光源装置を用いたプロジェクタ
US7588187B2 (en) * 2007-02-09 2009-09-15 Barkan Edward D Non-imaging light collector for electro-optical scanner
JP5446861B2 (ja) * 2007-04-17 2014-03-19 株式会社ニコン 照明装置、プロジェクタ、およびカメラ
JP2008305940A (ja) * 2007-06-07 2008-12-18 Showa Denko Kk 表示装置、キャップ、発光装置、およびこれらの製造方法
CN101453659B (zh) * 2007-12-04 2010-12-29 深圳Tcl新技术有限公司 照明系统及其在视频显示单元中运行的方法
US9348208B2 (en) * 2008-01-22 2016-05-24 Nikon Corporation Projector having a light-emitting element, image forming unit and reflecting member
JP4593649B2 (ja) * 2008-05-23 2010-12-08 株式会社ホンダアクセス 車両用照明装置
JP2009301988A (ja) * 2008-06-17 2009-12-24 Rohm Co Ltd 照明装置
JP5387897B2 (ja) * 2009-06-19 2014-01-15 スタンレー電気株式会社 車両用灯具
US8500307B2 (en) * 2009-09-15 2013-08-06 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Directional lambertian optic illumination apparatus
JP2011221504A (ja) * 2010-03-26 2011-11-04 Panasonic Corp 照明装置及びそれを用いた投写型画像表示装置
JP5562120B2 (ja) * 2010-05-21 2014-07-30 スタンレー電気株式会社 車両用灯具ユニット
DE102010038363A1 (de) * 2010-07-23 2012-01-26 Trilux Gmbh & Co. Kg OLED Leuchte
WO2012015819A2 (en) * 2010-07-30 2012-02-02 Kla-Tencor Corporation Oblique illuminator for inspecting manufactured substrates
TWI418920B (zh) * 2011-03-31 2013-12-11 Young Optics Inc 投影裝置
AT513341B1 (de) * 2012-09-03 2015-06-15 Zizala Lichtsysteme Gmbh Leuchteinheit für einen Scheinwerfer
DE102013013456B4 (de) * 2012-10-14 2023-03-30 Docter Optics Se Optisches Element für einen Fahrzeugscheinwerfer
CN104956179B (zh) * 2012-12-31 2018-10-26 Iee国际电子工程股份公司 利用折射或反射光的结构化元件从光源阵列生成结构化光场的光学系统
JP6169183B2 (ja) 2013-11-18 2017-07-26 日立マクセル株式会社 固体光源装置とこれを用いた車両用灯具、映像表示装置、及び固体光源装置の駆動方法
TWI512334B (zh) 2013-11-28 2015-12-11 Delta Electronics Inc 光源系統及顯示裝置
CN105570819A (zh) * 2014-10-15 2016-05-11 富泰华工业（深圳）有限公司 背光源
US9651211B2 (en) * 2014-10-16 2017-05-16 Valeo North America, Inc. Multi-function optical system with shared exit optic
DE102016214193A1 (de) * 2016-08-02 2018-02-08 Robert Bosch Gmbh Optisches Modul zum Leiten eines elektromagnetischen Strahls, entsprechendes Herstellungsverfahren und optisches System umfassend eine Vielzahl von optischen Modulen
JP7298094B2 (ja) * 2019-09-09 2023-06-27 株式会社東海理化電機製作所 車両用投射装置及び車両用視認装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5278731A (en) 1992-09-10 1994-01-11 General Electric Company Fiber optic lighting system using conventional headlamp structures
JPH06174935A (ja) * 1992-12-02 1994-06-24 Kuraray Co Ltd 面光源
JPH0876034A (ja) * 1994-09-05 1996-03-22 Olympus Optical Co Ltd 視覚表示装置
JP2001014919A (ja) * 1999-06-25 2001-01-19 Matsushita Electric Works Ltd ライトガイド
KR20020033112A (ko) * 1999-07-01 2002-05-04 추후제출 광을 수집 및 집속시키기 위한 시스템

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69128810T2 (de) * 1990-05-08 1998-05-28 Canon Kk Polarisationsumsetzungsapparat
JPH0463321A (ja) 1990-07-03 1992-02-28 Canon Inc 照明系および該照明を備えた画像表示装置
JPH05107643A (ja) 1991-10-18 1993-04-30 Fujitsu General Ltd 照明装置
JPH06308611A (ja) 1993-04-20 1994-11-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光源装置
JP4154780B2 (ja) 1998-12-18 2008-09-24 ソニー株式会社 プロジェクション照明装置
JP2002189263A (ja) 2000-12-21 2002-07-05 Seiko Epson Corp 投射型表示装置
US6856727B2 (en) 2001-03-02 2005-02-15 Wavien, Inc. Coupling of light from a non-circular light source
DE60227079D1 (de) 2001-04-25 2008-07-24 Wavien Inc Lichtwiedergewinnung für projektionsanzeigen
JP2003005168A (ja) 2001-06-18 2003-01-08 Nec Corp 液晶表示装置の製造方法
JP3960377B2 (ja) 2002-07-19 2007-08-15 Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社 光源装置及び投写型表示装置
JP2004170630A (ja) 2002-11-19 2004-06-17 Victor Co Of Japan Ltd 照明装置
JP2004228143A (ja) 2003-01-20 2004-08-12 Seiko Epson Corp 固体光源照明装置、プロジェクタ及び光学装置
EP1631855B1 (en) 2003-06-10 2015-08-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Compact led module and projection display adopting the same
KR100611972B1 (ko) * 2003-06-10 2006-08-11 삼성전자주식회사 소형광원모듈 및 이를 채용한 투사형 화상표시장치
KR100636179B1 (ko) 2004-09-24 2006-10-19 삼성전자주식회사 Ｌｅｄ를 채용한 조명유닛 및 이를 채용한 화상투사장치
KR100619070B1 (ko) 2005-03-08 2006-08-31 삼성전자주식회사 조명유닛 및 이를 채용한 화상투사장치
JP2006267579A (ja) 2005-03-24 2006-10-05 Seiko Epson Corp 光源装置、照明装置及びプロジェクタ
KR100694117B1 (ko) 2005-03-30 2007-03-12 삼성전자주식회사 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5278731A (en) 1992-09-10 1994-01-11 General Electric Company Fiber optic lighting system using conventional headlamp structures
JPH06174935A (ja) * 1992-12-02 1994-06-24 Kuraray Co Ltd 面光源
JPH0876034A (ja) * 1994-09-05 1996-03-22 Olympus Optical Co Ltd 視覚表示装置
JP2001014919A (ja) * 1999-06-25 2001-01-19 Matsushita Electric Works Ltd ライトガイド
KR20020033112A (ko) * 1999-07-01 2002-05-04 추후제출 광을 수집 및 집속시키기 위한 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
NL1031476A1 (nl) 2006-10-03
NL1031476C2 (nl) 2011-01-04
KR20060106545A (ko) 2006-10-12
US7828448B2 (en) 2010-11-09
US20060221310A1 (en) 2006-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100694117B1 (ko) 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치
JP4524265B2 (ja) 照明ユニット及びそれを採用した画像投射装置
KR100636179B1 (ko) Ｌｅｄ를 채용한 조명유닛 및 이를 채용한 화상투사장치
KR101109592B1 (ko) 광원 모듈 및 이를 채용한 화상투사장치
US20060238720A1 (en) Illumination unit and image projection apparatus having the same
US7267446B2 (en) Projection display
KR100611972B1 (ko) 소형광원모듈 및 이를 채용한 투사형 화상표시장치
KR100994767B1 (ko) 투사형 화상표시장치
JP4186918B2 (ja) 画像表示装置
JP4550721B2 (ja) 照明ユニット及びこれを採用した画像投射装置
KR100601708B1 (ko) 반사형 콜리메이터를 구비한 조명장치 및 이를 채용한화상투사장치
US7648244B2 (en) Illuminating unit and projection-type image display apparatus employing the same
JP2005208571A (ja) 照明装置及びプロジェクタ
KR100975057B1 (ko) 투사형 화상표시장치
KR100584554B1 (ko) 투사형 화상표시장치
KR100608065B1 (ko) Ｌｅｄ를 채용한 조명유닛 및 이를 채용한 화상투사장치
KR100667759B1 (ko) 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치
KR100619017B1 (ko) 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치
KR100677140B1 (ko) 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130227

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140227

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150226

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160226

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170224

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180227

Year of fee payment: 12

LAPS Lapse due to unpaid annual fee