KR100837770B1

KR100837770B1 - 광원장치 및 이것을 사용한 영상표시장치

Info

Publication number: KR100837770B1
Application number: KR1020067017038A
Authority: KR
Inventors: 타다오 쿄모토; 사카에 사이토; 아키노부 타케다
Original assignee: 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 2004-02-23
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2008-06-16
Also published as: US20070200473A1; EP1722270A4; EP1722270A1; KR20060122935A; JP2005234471A; CN1922543A; JP3877731B2; WO2005081056A1; CN100561331C

Abstract

간단하고 컴팩트한 구성이면서 소정 소 직경 영역으로의 집광 효율을 높일 수 있다. 본 발명은 한 쌍의 주전극(21, 22)을 갖는 발광관(20), 이 발광관(20)으로부터 출사되는 출사광을 반사하는 리플렉터(30)를 갖고 있고, 이들 주전극(21, 22)의 전극축(O1)을 상기 출사광의 광축(LA)과 교차시킨 것이고, 상기 리플렉터(30)에 발광관(20)의 발광점(LO)을 중심으로 하는 구면으로된 제1 리플렉터부(31), 이 제1 리플렉터부(31)와 상이한 곡면으로된 제2 리플렉터부(32)를 형성하고 있는 것과 함께 상기 발광관(20)으로부터 제2 리플렉터부(32) 이외를 향하여 출사된 출사광을 집광하고 또 집광된 출사광을 소정 방향 또는 영역에 조사하는 집광체(40)를 설치하고 있다.

리플렉터, 광원, 영상표시장치, 발광관, 발광점, 집광체, 광원장치, 집광 효율

Description

광원장치 및 이것을 사용한 영상표시장치{Light source device and video display apparatus using the same}

본 발명은 발광관으로부터 출사된 출사광을 반사하기 위한 리플렉터를 갖는 광원장치 및 이것을 사용한 영상표시장치에 관한 것이다.

도 17 내지 도 23을 참조하여 본 발명의 배경기술에 관하여 설명한다. 도 17(a), 17(b)는 발광관의 배치방향의 비교 설명도, 도 18은 광축 병행 배치형 광원장치의 개략 구성을 도시하는 평단면도, 도 19는 도 18에 도시하는 광축 병행 배치형 광원장치의 발광점으로부터 출사된 출사광의 거동을 도시하는 평단면도이다.

종래, 휘도가 높은 광원을 필요로 하는 투영형 표시장치 등에 사용되고 있는 광원장치에 있어서 메탈 할라이드나 크세논 쇼트 아크 램프, 고압형의 수은 램프 등 아크 방전을 발생시키는 것에 의해 조명을 실시하는 발광관이 사용되고 있다.

광원장치는 도 18에 도시한 바와 같이 발광관(1) 및 이 발광관(1)으로부터 출사된 출사광을 반사하는 내열 유리 기판이나 세라믹스 기재에 의해 구성되는 리플렉터(2)를 갖는 구성으로 되어 있다.

발광관(1)은 도 17(a), 도 17(b), 도 18에 도시한 바와 같이 발광점(발광중심)(L0)을 통하고 또 양측에 일적선상으로 배치된 애노드 전극(3)과 캐소드 전극 (4)을 유리관(5)내에 밀봉한 것이며, 이 발광관(1)을 배치하는 방향에 따라서 종래 기술인 광축 병행 배치형과 광축 수직 배치형으로 대별될 수 있다. 애노드 전극과 캐소드 전극을 통과하는 공통의 중심축을 "전극축O1"이라 한다.

애노드 전극(3)에는 애노드측 리드와이어(lead wire)(3A)가 접속되어 있는 것과 함께 그 애노드측 리드와이어(3A)에는 몰리브덴 시트(6)가 용접되어 있다.

또한 캐소드 전극(4)에는 캐소드측 리드와이어(4A)가 접속되어 있는 것과 함께 그의 캐소드측 리드와이어(4A)에는 몰리브덴 시트(7)가 용접되어 있다. 또한 5A, 5B는 애노드측 리드와이어(3A) 및 캐소드측 리드와이어(4A)를 밀봉한 밀봉부이다.

광축 병행 배치형이라는 것은 도 17(a)에 도시하는 X, Y, Z축에서 광축 LA를 X축에 일치시켰을 때 발광관(1)의 전극축(O1)이 X방향에 있는 것이다. 또한 광축 수직 배치형이라는 것은 도 17(b)에 도시한 바와 같이 발광관(1)의 전극축(O1)이 Z방향에 있는 것이다.

상기 구성에 있어서 발광관(1)으로부터 출사된 출사광은 리플렉터(2)에 의해 소정 방향 또는 영역에 조사되도록 되어 있다.

그런데, 상기 광축 병행 배치형의 경우, 도 18, 19에 도시한 바와 같이, 발광점(L0)로부터 보아서 출사광선의 조사방향으로 캐소드 전극(4)이 존재하기 때문에 발광관(1)의 일측의 밀봉부(5B)가 출사광선의 진로를 방해하는 방해물로 되어 광원으로부터 출사되는 출사광의 이용효율을 낮추는 문제가 있다.

이 문제점을 개선하기 위하여 일본 특개평 2-55325호 공보에는 광축 수직 배 치형 광원장치가 개시되어 있다. 이것을 "제1 선행기술"이라 한다.

그러나, 광축 수직 배치형 광원장치에서는 광의 출력 분포에 편중이 생기기 쉬워서 일본 특개평 4-242064호 공보, 특개평6-214115호 공보 등과 같이 전 출사광선의 출사범위에 콘덴서 렌즈나 프레넬(fresnel) 렌즈를 배치하는 것에 의해 광의 출력 분포를 개선하는 제안이 되어 있다. 이것을 "제2 선행기술"이라 한다.

제1 선행기술에 관련된 광원장치의 일례를 도 20, 21에 도시하고 있다. 도 20은 리플렉터의 반사면을 타원면으로 한 제1 선행 기술의 일례에 관한 광축 수직 배치형 광원장치의 상면도, 도 21은 리플렉터의 광반사면을 타원면으로 하고 또 광축에 대하여 발광관의 전극축을 거의 수직으로 배치한 제1 선행기술의 다른 예에 따른 광원장치의 측면도이다.

도 20, 도 21에 도시하는 광원장치는 발광관의 방향이 다른 점(광축 수직 배치형)을 제외하면 도 18, 19에 도시하는 광원장치와 동일한 구성으로 되어 있기 때문에 여기서는 이들과 동일한 것에 동일 부호를 붙여서 상세한 설명을 생략한다.

도 20, 21에서 X축은 광축 방향, Y축은 최종 조립품에서 본 경우의 높이 방향, Z축은 최종 조립품에서 본 경우의 뒤쪽 방향으로 하고, X-Z단면을 본 경우의 도면을 상면도, X-Y면을 본 경우의 도면을 측면도라 한다.

도 20에 도시하는 일례에 관한 광축 수직 배치형 광원장치는 발광점(LO)으로부터 출사되는 출사광선중 리플렉터(2)의 타원면으로 한 광반사면에서 반사되는 출사광선은 소정의 집광점(Sp)에 도달하는 성분과, 그 반대면 상의 반사점(2a)에서 반사되는 출사광선과 같이 애노드 전극(3)측의 몰리브덴 시트(6)에 조사되어 흡수 되어 버리는 성분이 있다.

즉, 광축방향(LA)으로부터 발광관(1)의 후방의 광반사면에 조사되는 출사광선은 애노드 전극(3), 캐소드 전극(4) 및 몰리브덴 시트(6,7)에 조사, 흡수되어 버리는 성분이 있기 때문에, 광원으로부터 출사되는 출사광의 이용효율의 저하와 관련되어 발광관(1)의 밀봉부(5A, 5B)의 온도 상승을 초래하게 된다.

또한 광축(LA)으로부터 θ Loss 광선은 상기 광반사면에 반사되지 않기 때문에 거의 집광점(Sp)에 도달하지 않고 로스(Loss)광으로 된다.

도 21에 도시하는 다른 예에 관련되는 광축 수직 배치형 광원장치는 광축(LA)에 대하여 발광관(1)의 전극축(O1)을 거의 수직으로 배치하고 또 리플렉터(2)의 광반사면을 타원면으로 한 광원장치의 측면도를 도시하는 것이다.

발광관(1)의 배광분포는 LA-LO-2a(2b)에서 형성되는 각도 범위내의 것이고, 상술한 도 18에 도시하는 배광분포 θ lamp에 상당한다. 도 21에 도시하는 측면으로부터 본 경우에는 발광관(1)의 발광점(L0)을 중심으로 X-Y면의 전방향, 즉 360도의 광선 분포로 된다.

이 경우, 발광점(LO)으로부터 리플렉터(2)의 반사점(2c)에서 반사되는 출사광선, 즉 광축(LA)으로부터 보아서 발광관(1)의 후방에 위치하는 광반사면에서 반사되는 출사광선은 발광관(1)의 유리관(5)의 외표면에서 진행방향이 바뀌어 버려 소망하는 집광점(Sp)에 도달할 수 없기 때문에 로스광으로 된다.

이어 제2 선행기술에 관련되는 광원장치를 도 22, 23을 참조하여 설명한다. 도 22는 리플렉터의 반사면을 동심원면으로 하고 또 집광렌즈를 배치한 제2 선행 기술의 일례에 관련되는 광축 수직 배치형의 광원 장치의 상면도, 도23은 그 광원 장치의 측면도이다.

또한 도22, 23에 도시하는 광원 장치는 리플렉터(10)의 반사면(10a)이 구면으로 되어 있는 것과 집광렌즈(11)를 배치하고 있는 것을 제외하면, 도20, 21에 도시하는 광원 장치와 동등한 구성으로 되어 있기 때문에, 여기서는 이것과 동등한 것에 동일한 부호를 붙여서 상세한 설명을 생략한다.

도 22에 도시하는 광원장치의 구성은, 제1 선행 기술에 관련되는 광축 수직 배치형 광원장치(도20에 도시)에 있어서, 광축(LA)으로부터 보아 발광관(1) 보다후방에 위치하는 리플렉터(10)의 반사면(10a)을, 발광점(LO)를 중심으로 하는 구면으로 하고 또 광축(LA)으로부터 보아 발광관(1)의 전방에 집광렌즈(11)를 배치한 구성으로 되어 있다.

이 구성에 있어서 발광관(1)으로부터 출사된 출사광선은 발광점(LO)으로부터 집광 렌즈(11) 방향으로 각도 θ2(도 18의 θ lamp와 동일)의 배광분포로 출사된다.

발광점(LO)으로부터 리플렉터(10) 측에도 θ2의 출사각도로 조사되고, 이상적으로는 발광점(LO)을 다시 한 번 통과하고, 집광렌즈(11) 측에 각도 θ2의 발광 분포로 출사된다. 이때, 집광렌즈(11)은 발광관(1)의 배광분포를 기준하여 설계되고 있고, 각도 θ2의 분포각(angular spread)의 광선을 집광하여 집광렌즈(11)의 입사점(11a)에 입사된 출사광선은 집광점(Sp)에 도달한다.

도 22에서는 대부분의 출사광선이 소정의 집광점(Sp)에 도달하는 것처럼 보 이지만, 도 23에 도시하는 측면도를 보면, 발광관으로부터의 출사광은 발광점(LO)을 중심으로, X-Y면의 전방향, 즉 360도의 광선 분포로 된다.

이 때 발광관(1)으로부터 출사되는 광선으로서는 발광점(LO)으로부터 직접180°의 출사각도로 렌즈(11) 측으로 조사되는 성분과 발광점으로부터 직접 180°출사각도로 리플렉터(10)의 동심원면의 반사면(10a)쪽에 조사되고, 이상적으로는 다시 한번 발광점(LO)을 통과하여 집광 렌즈(11)측으로 조사되는 성분이 존재한다.

이들 출사광선 중, 집광 렌즈(11)에 입사되는 출사광선은 각도 θ2의 분포각 만큼, 즉 집광 렌즈(11)의 유효입경에 입사된 광선만 집광점(Sp)에 도달한다.

특허 문헌 1: 일본 특개평2-55325호 공보

특허 문헌 2: 일본 특개평4-242064호 공보

특허 문헌 3: 일본 특개평6-214115호 공보

발명의 개시

발명이 해결하고자하는 과제

그렇지만 제1 선행 기술로서 나타내는 광축 수직 배치형의 광원 장치에 있어서 리플렉터의 반사면을 타원면이나 쌍곡면 등의 비구면으로 한 방식에 있어서는,발광관으로부터 출사되는 출사광선 중, 리플렉터의 비구면으로 한 반사면에 조사되지 않는 성분은 소망하는 집광점 또는 영역에 도달하지 않으므로, 광의 수집 효율(collection efficiency)이 저하된다.

또한 제2 선행 기술로 나타내는 광축 수직 배치형 광원장치에 있어서는 그의 광축으로부터 보아 발광관으로부터 후방인 리플렉터의 반사면을 동심원면으로 하고 또 그의 광축으로부터 보아 해당 발광관의 전방에 렌즈 등의 집광 소자를 배치한 방식으로는 발광관 및 그의 동심원 면으로한 반사면으로부터 출사광을 집광 소자에서 받아들일 때 출사광의 수집 각에 한계가 있기 때문에 이 경우에도 광의 수집 효율이 저하되는 문제가 있다.

그래서 본 발명은 간단하고 또 콤팩트한 구성이면서도 소 직경 영역에서의 집광효율을 높일 수 있고 따라서 광의 수집 효율의 저하를 초래하지 않는 광원장치와 이것을 사용한 영상표시장치의 제공을 목적으로 하고 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 관한 광원장치 및 영상표시장치의 구성은 다음과 같다.

본 발명의 제1 요지에 관계되는 광원 장치는, 한 쌍의 주 전극을 갖는 발광관, 이 발광관으로부터의 출사광을 반사하는 리플렉터를 가지고 있고, 이들 주전극의 전극축을 상기 출사광의 광축과 교차시킨 구성의 것으로, 상기 리플렉터에 발광관의 발광점을 중심으로 하는 구면으로 된 제1 리플렉터부, 이 제1 리플렉터부와 상이한 곡면으로된 제2 리플렉터부를 형성하고 있는 동시에, 상기 발광관으로부터 상기 제2 리플렉터부 이외를 향해 출사되는 출사광을 집광하고 또 집광한 출사광을 소정 방향 또는 영역에 조사하는 집광체를 설치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2, 3, 4 요지는 제1 요지에 있어서, 제2 리플렉터부를 타원면, 쌍곡면 또는 구면과 곡율이 상이한 구면으로 하는 것이다.

본 발명의 제5 요지는 제1~4 요지의 어느 하나에 있어서, 발광관으로부터 출사되는 출사광을 목적하는 형상으로 성형하고 또 다중 반사에 의해 믹싱하는 것으로 광선의 면조도를 균일화(평탄)하는 조도 균일화 수단을 설치한 구성으로 하는 것이다.

본 발명의 제6 요지는 제1~4 요지중 어느 하나에 있어서 광원으로부터 출사되는 출사광을 목적하는 형상으로 성형하고 또 다중 반사에 의해 믹싱하는 것에 의해 광선의 면조도를 균일화(평탄)하는 조도 균일화 수단을 설치한 구성으로 하는 것이다.

이들 경우에서 리플렉터와 조도 균일화 수단을 일체로 형성할 수 있다.

본 발명의 제 7 요지는 제5 또는 제6 요지에서 발광관의 발광점 양측에 주 전극을 밀봉한 밀봉부가 형성되어 있고 이들 밀봉부와 리플렉터의 사이에 방열재를 배치한 구성으로 된 것이다.

본 발명의 제8 또는 제9 요지는 제1 ~ 7 요지의 어느 하나에서 리플렉터를 광축에 직교하는 면에서 분할할 수 있는 분할 구조나 광축과 평행한 면에서 분할 할 수 있는 분할 구조로 하는 것이다.

본 발명의 제10 요지에 관련되는 영상표시장치는 상술한 제1 내지 제9 요지중 어느 하나에 관련된 광원장치를 사용하는 것을 특징으로 하고 있다.

발명의 효과

본 발명의 제1~11 요지에 의하면, 리플렉터로, 발광관의 발광점을 중심으로 하는 구면으로된 제1 리플렉터부 및 이 제1 리플렉터부와 상이한 곡면으로된 제2 리플렉터부를 형성하고 또 상기 발광관으로부터 상기 제2 리플렉터부 이외를 향하여 출사된 광을 집광하는 집광체를 설치하고 있기 때문에 간단한 구성에 의해 소망하는 소 직경 영역으로의 집광 효율을 높일 수 있다. 환언하면, 발광관의 발광점으로부터의 출사광을 효율좋게 이용할 수 있다.

본 발명의 제1 ~ 11 요지에서 얻을 수 있는 상기 공통 효과에 더하여 각 요지에 관련되는 발명에 의하면 다음 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 제2 요지에 따르면, 제2 리플렉터부를 타원면으로 하고 있기 때문에 단초점화를 도모할 수 있는 것과 함께 결상 배율을 작게 설계할 수 있기 때문에 집광 효율이 양호한 소형 스포트화를 도모할 수 있어 광원 장치의 소형화에 기여할 수 있다.

본 발명의 제3 요지에 따르면, 제2 리플렉터부를 쌍곡면으로 하고 있기 때문에 발광관으로부터 출사된 출사광 중 제2 리플렉터부(42)에서 반사된 성분을 광축과 거의 평행한 출사광선으로 할 수 있다.

본 발명의 제5 요지에 따르면, 발광관으로부터 출사되는 출사광을 목적하는 형상으로 성형하고 또 다중 반사에 의해 믹싱하는 것에 의해 광선의 면조도를 균일화(평탄)하는 조도균일화 수단을 설치하고 있기 때문에 조도 얼룩이 없는 표시영상을 얻을 수 있다.

본 발명의 제6 요지에 따르면, 광원으로부터 출사되는 출사광을 목적하는 형상으로 성형하고 또 다중반사에 의해 믹싱하는 것에 의해 광선의 면조도를 균일화하는 조도균일화 수단을 설치하고 있기 때문에 조도 얼룩이 없는 표시 영상을 얻을 수 있다.

본 발명의 제7 요지에 따르면, 리플렉터와 조도 균일화 수단을 일체로 형성하고 있기 때문에 간단한 구조로 할 수 있다.

본 발명의 제8 요지에 따르면, 발광관의 발광점의 양측에 주전극을 밀봉한 밀봉부가 형성되어 있고 이들 밀봉부와 리플렉터 사이에 방열재를 배치하고 있기 때문에 최종 조립품으로 한 경우의 광원장치와 조도 균일화 수단의 광축 위치 맞춤 등의 작업이 없어도 발광관으로부터 출사되는 광선을 효율 좋게 스크린 까지 조사할 수 있고, 광이용 효율을 향상시킬 수 있으며 또 최종 조립품 단위의 조도 불균일을 방지할 수 있어 유효하다.

또한 연속 점등 중의 발광관 자체의 온도를 최적으로 제어할 수 있는 동시에 보조 전극을 상기 방전관의 배광분포 외의 영역에 설치할 수 있기 때문에 광원으로부터 출사되는 출사광의 이용효율을 저해하는 일이 없다.

본 발명의 제9 요지에 의하면, 리플렉터가 광축에 직교하는 면에서 분할할 수 있는 분할구조로 되어 있기 때문에, 증착시에 증착 소스와 리플렉터의 반사막 형성면의 법선이 형성하는 각, 즉 증착 분자의 입사각이 작게되는 것과 함께 증착 분자의 비행 거리가 균일하게 된다. 이 때문에 복잡한 형상이어도 유전체 반사 다층막이나 전 반사막 등의 증착이나 스퍼터링 시의 성막 정도가 향상되고 리플렉터의 반사율이 향성되기 때문에 광원으로부터 출사되는 출사광의 이용 효율을 높일 수 있다.

본 발명의 제10 요지에 따르면, 리플렉터가 광축과 평행한 면에서 분할될 수 있는 분할 구조로 되어 있기 때문에, 증착시에 증착 소스와 리플렉터의 반사막 형성면의 법선이 형성하는 각, 즉 증착 분자의 입사각이 작게되는 것과 함께 증착 분자의 비행 거리가 균일하게 된다. 이 때문에 복잡한 형상이어도 유전체 반사 다층막이나 전 반사막 등의 증착이나 스퍼터링 시의 성막 정도가 향상되고 리플렉터의 반사율이 향상되기 때문에 광원으로부터 출사되는 출사광의 이용효율을 높일 수 있다. 또한 소형이고 깊이가 긴 형상의 리플렉터에 특히 유효하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광원 장치의 기본적 구성을 나타내는 평단면도이다.

도 2는 도 1의 광원장치의 측단면도이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 광원장치의 평단면도이다.

도 4(a)는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광원장치에 설치된 렌즈를 지지하는 구체적인 렌즈 기구의 일례를 도시하는 평단면도, 도 4(b)는 렌즈 기구만의 정면도이다.

도 5(a)는 구체적인 렌즈 기구의 다른 예를 나타내는 평단면도, 도 5(b)는 다른 예에 따른 렌즈 기구만의 정면도이다.

도 6은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광원 장치의 발광관으로부터 출사된 출사광의 거동과 집광체의 배치 개소를 설명하기 위한 평단면도이다.

도 7은 렌즈의 초점 거리와 결상 배율의 설명도이다.

도 8은 소정 영역의 대각 치수를 가변시킨 경우의 광원으로부터 출사되는 출 사광의 이용효율의 결과를 도시하는 비교도이다.

도 9는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 광원장치의 기본적인 구성을 도시하는 평단면도이다.

도 10은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 광원장치의 평단면도이다.

도 11은 본 발명의 제5 실시형태에 따른 광원장치의 평단면도이다.

도 12는 본 발명의 제6 실시형태에 따른 광원장치의 평단면도이다.

도 13은 제1 변형예에 따른 리플렉터의 개략도이다.

도 14(a)는 제2 변형예에 따른 리플렉터의 개략 평단면도이고, 도 14(b)는 도 14(a)에 도시하는 I-I선을 따른 단면도이다.

도 15(a)는 제3 변형예에 따른 리플렉터의 개략 평단면도이고, 도 15(b)는 도 15(a)에 도시하는 II-II선에 따른 단면도이다.

도 16은 본 발명의 일 실시형태에 따른 영상표시장치의 개략적 구성을 도시하는 모식도이다.

도 17(a), 도 17(b)는 발광관의 배치 방향의 비교 설명도이다.

도 18은 광축 병행 배치형의 광원장치의 개략 구성을 도시하는 평단면도이다.

도 19는 도 18에 도시하는 광축 병행 배치형 광원장치의 발광점으로부터 출사되는 출사광의 거동을 도시하는 평단면도이다.

도 20은 리플렉터의 반사면을 타원면으로 한 제1 선행 기술의 일례에 따른 광축 수직 배치형 광원장치의 상면도이다.

도 21은 리플렉터의 광산사면을 타원면으로 하고 또 광축에 대하여 발광관의 도전축을 거의 수직으로 배치시킨 제1 선행 기술의 다른 예에 따른 광원장치의 측면도이다.

도 22는 리플렉터의 반사면을 동심원면으로 하고 또 집광 렌즈를 배치한 제2 선행 기술의 일례에 따른 광축 수직 배치형 광원장치의 상면도이다.

부호의 설명

20 발광관 21,22 주 전극

23a,23b 밀봉부 30,44,70,80,90 리플렉터

31 제1 리플렉터부 32 제2 리플렉터부

40 렌즈(집광체) 44a 조도 균일화 수단

60 방열재 B,C,D,E,F,G 광원 장치

O1 전극축 LA 광축

LO 발광점 H 영상표시장치

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 실시형태에 관하여 도1~ 도 16을 참조하여 설명한다. 우선, 도 1, 도 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광원 장치를 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광원 장치의 기본 구성을 나타내는 평단면도, 도 2는 그 광원 장치의 측단면도이다.

본 발명의 제1 실시형태에 따른 광원 장치(B)는 도 1에 도시하는 바와 같이 광원인 발광관(20),이 발광관(20)으로부터 출사된 출사광을 반사하는 리플렉터(30) 및 집광체(40)를 갖춘 구성으로 되어 있다.

발광관(20)은 전술한 발광관(1)과 동일한 구성으로 되어 있는 것이지만, 그 구성에 관해서 상세하게 설명한다.

발광관(20)은 직경 10 (mm) 정도의 직류 점등 형으로 고압형의 수은 램프이며, 한 쌍의 주전극인 애노드 전극(21), 캐소드 전극(22)을 유리관(23) 내에 밀봉한 것이다. 발광관의 투입 전력은 150(W) 내지 200(W)이다. (23a)는 애노드 전극측 리드와이어(24)를 밀봉한 밀봉부, 23b는 캐소드 전극측 리드와이어(27)을 밀봉한 밀봉부이다.

캐소드 전극(22)에는 전자방출을 활성화할 목적으로 일함수를 높인 돌출 형상 부분(22a)과 그 일함수를 제어하고 전자방출을 제어하는 코일상 부분(22b)이 형성되어 있다.

유리관(23)은 1000℃ 이상의 내열성을 갖는 석영으로 되어 있기 때문에 발열점(LO)의 밀봉 공간에는 증기압을 조절하기 위한 수은과 아르곤 가스, 크세논 가스 등의 시동 가스가 밀봉되어 있다.

애노드 전극(21)과 캐소드 전극(22)은 발광점(LO)을 통하는 1개의 전극축(O1)에 일치되고 또 그의 발광점(LO)의 양측에 배치되어 있다. 이들 애노드 전극(21)과 캐소드 전극(22)의 전극간 거리(아크 갭)은 1.0 mm 내지 1.3mm 정도이다.

발광관(20)과 도시되지 않은 발광관 점등 제어장치(일반적으로는「밸러스트」로 칭한다)는 유리관(23)으로부터 외부에 노출된 애노드 전극측 리드와이어(24) 및 캐소드 전극측 리드와이어(27)와 전기적으로 접속되어 있다.

즉, 점등 시동시에는 애노드 전극(21)과 캐소드 전극(22) 사이에 수 kv 내지 수십 kv의 전위차를 발생시켜, 이들 애노드 전극(21)과 캐소드 전극(22) 사이의 절연파괴를 유발하며, 글로우(glow) 방전을 개시하며 아크 방전으로 되어 안정 점등의 계속 상태로 이행한다. (25, 26)은 애노드 전극측 리드와이어(24) 및 캐소드 전극측 리드와이어(27)의 일부에 용접된 몰리브덴 시트이다.

리플렉터(30)는 발광관(20)으로부터 출사된 출사광을 소정 방향으로 반사시키기 위한 것으로, 발광관(20)의 발광점(LO)을 중심으로 하는 구면으로된 제1 리플렉터부(31)와, 이 제1 리플렉터부(31)와 상이한 곡면으로된 제2 리플렉터부(32)가 형성되어 있다.

본 실시형태에서는 유리의 200배의 열도전을 갖는 알루미늄 기재를 사용하여 형성되어 있다. 종래에서는 리플렉터를 상술한 내열 유리 기재 이외에 세라믹스 기재에 의해 형성하고 있다.

"제 1 리플렉터(31)와 상이한 곡면"은 본 실시형태에서는 타원면이지만, 이들에 한정되지 않고, 예컨대 상기 제1 리플렉터부(31)의 구면과 곡율이 상이한 구면으로 하여도 좋고 또 쌍곡면 등의 구면 이외의 곡면으로된 것이어도 좋다.

제1 리플렉터부(31)와 제2 리플렉터부(32) 사이에는 소요 간격(W)으로 한 광원배치 홈(groove)(33)이 형성되어 있고, 여기에 발광관(20)이 배치되어 있다.「소요 간격(W)」은, 발광관(20)의 밀봉부(23a, 23b) 사이에 간극이 형성되는 정도이고, 그 발광관(20)의 방열 정도를 감안하여 설정할 수 있다.

상술한 발광관(20)으로부터 출사된 광선을 반사시키는 광반사면, 구체적으로는 제1 리플렉터부(31)와 제2 리플렉터부(32)에는 TiO₂와 SiO₂의 적층막으로 이루어지는 유전체 반사막(도시되지 않음)을 형성하고 있다.

즉, 리플렉터(30)의 방열 대책을 고려하고, 산화 알루미늄이나 크롬 도금,흑색 도료 등으로 적외선 성분을 열변환하는 층을 마련하는 것에 의해 리플렉터(30)에 효율좋게 열을 흡수, 방사하는 구성으로 하여, 앞에서 기술한 적외선을 열변환하는 층위에 완충·평탄화 용도의 베이스 코트를 실시한 후 TiO₂와 SiO₂로 이루어진 유전체 반사 다층막을 형성하여 가시광선을 소정의 집광점에 도달시키고 있다.

본 실시형태에서는 연속 점등 중의 발광관(20)의 열을 리플렉터(30)에 흡수, 방사시키도록 하고 있지만, 이들에 한정되지 않고 금속 기재의 반사면을 연마하는 구성으로 하여도 좋다. 또한 금속 기재로 은, 알루미늄의 전반사막과 상반사막을 성막한 구성으로 하는 것에 의해 별도 자외선이나 적외선을 흡수 또는 방출시키도록 하여도 좋다.

이어, 전술한 리플렉터(30)와 발광관(20)의 위치 관계에 관하여 설명한다.

발광관(20)의 애노드 전극(21), 캐소드 전극(22)의 전극축(O1)을 광축(LA)에 대하여 거의 직교하는 배치로 하고 있다. 이 경우, 상기 타원면으로 한 반사면(제2 리플렉터부(32))를 발광관(20)의 발광점(LO)을 제1 초점(F1)으로 하고, 소정 집광점(Sp)를 제2 초점(F2)으로 하여 다음 식에 의해 설계하고 있다.

하기 식(1) 내지 (4)에 나타내는 각 부호는 X-Y 좌표에서 x, y가 타원원주상 에 있는 좌표, a는 X-Y 좌표 원점으로부터의 타원장축(X=O)의 길이, b는 타원 단축(Y=O)의 길이, e는 타원 이심율이다.

x²/a² + y²/b² = 1 ...(1)

e = (a² - b²)^1/2 /a ...(2)

Fl= a x e = (LO) … (3)

F2= (-a) × e = Sp … (4)

발광관(20)의 발광점(LO)으로부터 출사된 출사광 중에 제2 리플렉터부(32)에 조사되지 않는, 즉 각도 θ1의 분포각의 영역에 어떤 출사광선을 소망 집광점(Sp)에 도달시키는 집광체으로서의 렌즈(40)의 유효직경을 설계하고 있다.

다음으로, 제2 실시형태에 따른 광원 장치에 대해서 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 제2 실시형태에 따른 광원 장치의 평단면도이다.

제2 실시형태에 따른 광원 장치(C)는 리플렉터의 구성을 제외하고, 상술한 제1 실시형태에 따른 광원 장치(B)와 동등한 구성으로 된 것이고, 이들과 동일한 구성인 것에 대해 동일 부호를 붙여 상세한 설명을 생략하며, 여기서는 구성이 상이한 리플렉터에 관해서만 설명한다.

다른 예에 따른 리플렉터(50)는 발광관(20)의 발광점(LO)를 중심으로 하는 구면으로 이루어지는 제1 리플렉터부(41)와 이 제1 리플렉터부(41)와 상이한 곡면으로된 제2 리플렉터부(42)가 형성되어 있는 점에서 상기 리플렉터(30)와 동일한 구성으로 되어 있다.

이 밖의 예에 따른 리플렉터(50)에 있어서 「제1 리플렉터부(41)와 상이한 곡면」은 쌍곡면 (포물선 면)이다.

즉, 발광관(20)의 발광점(LO)부터의 출사광 중 제2 리플렉터부(42)에 반사된 성분은, 광축(LA)과 거의 평행인 광선이 되어 소정 영역(Sp)에 조사된다. 이 때, 렌즈(40)를 조립하지 않으면 출사광선의 대부분은 상기 소정 영역(Sp)에 도달하지 않기 때문에 로스(loss) 광으로 된다. 환원하면, 본 실시형태에서는 렌즈(40)을 배치하고 있기 때문에 로스 광이 생기지 않는다.

또한, 본 실시형태에 나타낸 바와 같이 제2 리플렉터부(42)를 쌍곡면으로 한 경우에는 상기 소정 영역(Sp)의 조도 얼룩을 개선하기 위하여 광원장치와 소정 영역의 광로 상에 플라이 어레이 등을 배치하여도 좋다.

도 4(a)는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 광원장치에 설치한 렌즈를 지지하는 구체적인 렌즈 기구의 일례를 도시하는 평단면도, 도 4(b)는 렌즈 기구만의 정면도, 도 5(a)는 상기 구체적인 렌즈 기구의 다른 예를 도시하는 평단면도, 도 5(b)는 다른 예에 따른 광원 장치의 발광관으로부터 출사된 출사광의 거동과 집광체의 배치 개소를 설명하기 위한 평단면도이다.

도4 내지 도 6에 있어서, 제1 실시형태에 따른 광원 장치(B)에서 설명 한 것과 동일한 것에는 그것들과 동일한 부호를 첨부하여 상세한 설명을 생략한다.

도 4에 도시하는 집광체인 렌즈 기구(41)는 상기 제2 리플렉터부(32)에 조사되지 않는 광원(도 6에서 점선 영역으로 표시한 제2 리플렉터부(32)에 조사되는 광선 군을 제외한 성분)을 집광시키는 양 볼록 렌즈(41a)와 평탄한 기판의 중앙부에 렌즈(41a)의 직경 상당분의 공을 형성한 도넛형 렌즈(41b)로 이루어져 있다.

상기 양 볼록 렌즈(41a)와 도넛형 렌즈(41b)는 도넛형 렌즈(41b)의 공(41a)의 부분에 상기 양 볼록 렌즈(41a)를 감입하는 것과 함께 내열성 고착제에 의해 접착하고 있다.

이 렌즈 기구(41)는 제2 리플렉터부(32)의 소정 위치 전체 원주에 걸쳐 형성된 고정 홈(fitting groove)(32a)에 상기 도넛형 렌즈(42b)의 에지를 고정하는 것에 의해 고정하고 있다.

도 5에 도시하는 다른 예에 관계되는 렌즈 기구(집광체)(43)은, 렌즈 지지 부재(43a,43a)와 이들의 렌즈 지지 부재(43a,43a)의 개방 단부 사이에 지지된 렌즈(40)로 이루어진다.

렌즈 지지 부재(43a, 43a)는 제2 리플렉터부(32)에 기단부(proximal end)를 고정시키고 또 양 개방단부를 서로 소요 간격으로 대향시켜 형성되어 있다.

이 구성에 의하면, 발광관(20)의 배광분포가 θ1(도 18에 도시하는 θ lamp 참고)로 하면, 렌즈(40)의 유효 직경을 θ1 보다 크게 하는 것에 의해 렌즈 지지 부재(43a, 43a)에 출사 광선의 조사는 없고 광원으로부터 출사되는 출사광의 이용 효율을 저하시키지 않는다. 렌즈 지지 부재(43a, 43a)는 제2 리플렉터부(32)와 일체로 형성되지 않아도 좋다.

도 6을 참조하여 렌즈의 배치 방법을 설명한다. 출사 광선의 거동은 광축(LA)을 중심으로 하여 상방향(+Y 방향)과 하방향(-Y 방향)이 대칭하기 때문에 편의상 상하 방향만에서 설명한다.

발광관(20)의 발광점(LO)으로부터 출사된 출사광 중, 광축(LA)으로부터 보아 발광관(20)의 후방의 제1 리플렉터부(31)에서 반사된 광은 발광점(LO)을 다시 통과하여 광축(LA)으로부터 보아서 발광관(20)의 전방으로 출사하여 간다.

이때, 상기 광축(LA)으로부터 보아 발광관(20)의 전방으로 출사하는 출사광선 중 제2 리플렉터부(32)의 최내부에 조사하는 광선(LO-a)과 그 제2 리플렉터부(32)의 최외부(개구부 부근)에 조사하는 광선(LO-b)이 형성하는 각도(a-LO-b) 내를 통과하는 광선이 제2 리플렉터부(32)에 조사된다.

상기 제2 리플렉터부(32)의 최내부에 조사되는 광선(LO-a) 및 제2 리플렉터부(32)의 최외부(개구부 부근)에 조사되는 광선(LO-b)이 제2 리플렉터부(32)의 제2초점인 집광점(Sp)에 조사된다.

렌즈(40)가 없는 경우, b-LO-Sp가 형성하는 각도 범위의 광선의 대부분은 상술한 제2 리플렉터부(32)에 조사되지 않는다. 여기서, 발광관(20)의 발광점(LO)으로부터 출사하여 제2 리플렉터부(32)의 최외부(개구부 부근)에 조사되는 출사광선(LO-b)과 제2 리플렉터부(32)의 a점에서 반사되는 광선(a-Sp)이 교차되는 점을 c로 하고, 렌즈(40)의 주요점(H)(두께가 얇은 렌즈를 상정)을 광축(LA)상에 잡으면, c-H의 길이가 배치되는 렌즈의 유효 반경으로 된다.

도 7은 렌즈의 초점거리와 결상배율의 설명도이다.

발광관(20)의 발광점(LO)을 상 높이(y)의 물체면, 또 집광점(Sp)을 상 높이(yd)의 상면(image surface)으로 한 경우, 배치되는 렌즈(40)의 전측 초점을 F, 후측 초점을 Fd, 또 렌즈의 전측 곡율 반경을 Rl, 후측 곡율반경을 R2로 하여, 주요점(H)으로부터 전측 초점(F)까지의 거리 및 그 주요점(H)으로부터 후측 초점(Fd) 까지의 거리를 f, 또 전측 초점(F)으로부터 물체면까지의 거리를 Z, 후측 초점(Fd)으로부터 상면(Sp)까지의 거리를 Zd로 할 때 이하의 관계가 성립되도록 렌즈를 설계하였다.

1/ f = (N-1)〔(1/Rl) + (1/R2)〕

단, N은 렌즈 유리 재료의 굴절율

y/yd = Z/f ... (5)

y/yd = f/Zd ... (6)

여기서, 결상 배율 M = yd/y로 하면,

Z = f/M ... (7)

Zd = f x M ... (8)

또한, C-LO-Sp = U(광 수집 각), C-Sp-LO = Ud(집광각)으로 하고, C- H = h로 하면,

U = h/(1+1/ M)×f〕…(9)

Ud = h/(110M)×f〕 …(10)

(9),(10)식으로부터,

U/Ud = (1+M)/(1+1/M) = M(1+M)/(1+M)

= M

= yd/y ... (11)

여기서, 각 실시형태에서 사용한 고압형 수은 램프의 아크 갭은 1.05 (m

m)이고, 로드 인데그레이터(rod integrator)의 입사각의 치수인 3.0×4.0 (mm)로부터 상기 렌즈(40)의 결상 배율 M = 2.5 ~4 사이로 설계하였다. 또한 사용한 렌즈 유리 재료는 석영이고, 그 굴절율은 1.46 내지 렌즈(40)의 곡율로 설정하였다.

도 3에 도시한 바와 같이, 제2 리플렉터부(42)를 쌍곡면으로 한 경우에는 상기와 동일하게 렌즈(40)를 주요점(H)으로 설정하고, 발광관(20)으로부터 출사광이 렌즈(40)에 입사된 후, 소정 영역(Sp)에 거의 수직(광축(LA)에 대하여 거의 평행)하게 조사하도록 설계하면 좋다.

본 발명에서 소정 영역의 대각 치수를 가변시켰을 때의 광원으로부터 출사되는 출사광의 이용효율 결과를 도 8에 도시하였다. 도 8은 소정 영역의 대각치수를 가변시켰을 때의 광원으로부터 출사되는 출사광의 이용효율의 결과를 비교하는 비교도이다.

도 중에서 "흑색 원"은 실용화되어 있는 광축에 대해 발광관의 전극축을 평행 배치로 하고 또 리플렉터에 타원면으로 한 반사면을 구비한 종래의 광원장치이고, "흑색 사각형"은 선행 기술로 제안되어 있는 광축에 대하여 발광관의 전극축을 거의직교 배치하고 타원면으로 한 리플렉터를 구비한 광원장치(제1 선행기술)이며, 또한 "X"는 광축에 대하여 발광관의 전극축을 거의 직교 배치하고 리플렉터에 구면으로한 반사면을 가지며 또 렌즈를 설치한 광원장치(제2 선행기술)을 나타내고 있다.

설계 조건으로서는 발광관의 아크 갭 1.05 (mm), 광원장치의 개구부로부터의 광의 최대 출사각을 30°, 광원으로부터 집광점까지의 거리를 50 (mm)로 하였다. 또한 리플렉터의 개구 직경, 렌즈 유효 직경을 40 (mm) 이하로 하였다.

상기 종래 기술(흑색 삼각형으로 표시)은 일부 광축 방향에 위치하는 발광관의 밀봉부에 광선이 조사되어 로스광으로 되지만, 광원으로부터 출사된 출사광의 이용효율은 제1, 제2 선행기술의 광원장치와 비교하여 높다.

상기 제1 선행기술은 주로 리플렉터의 타원면에서 반사된 광선 만이 수집되지 않고 소망하는 집광점(Sp)의 대각 치수 5 ~ 10 (mm) 사이에서는 본 발명의 광원장치에 비하여 10(%) 로스 광이 있다.

제2 선행기술에 관해서는 미소 집광점 상의 조사용으로는 바람직하지 않고; 소망하는 집광점(Sp)의 대각치수가 10(mm)일 때, 광원으로부터 출사되는 출사광의 이용효율은 20(%) 정도이었다.

상기 제2 선행기술의 렌즈로서는 굴절율 1.46 내지 1.98의 유리 재료를 사용하여 계산하였다. 도 8에서 상기 굴절율 1.98일 때 데이터이지만, 발광관의 근방의 고습 분위기 중에서 열화가 생기지 않는 유리 재료로서는 석영, 합성 석영이 있고, 그 굴절율은 1.46 정도이고, 또한 광원으로부터 출사되는 출사광의 이용 효율은 떨어진다. 그 외의 유리 재료로서는 사파이어(굴절율 1.77), 다이아몬드(굴절율 2.4)가 있지만, 고가이기 때문에 실용적이지 않다.

제1 실시형태에 따른 광원장치(B)는 실용화되어 있는 종래 기술에 따른 광원장치와 동일한 광원으로부터 출사되는 출사광의 이용효율을 얻을 수 있고, 소망하는 영역의 치수가 소경인 경우에는 그 종래 기술 보다도 광원으로부터 출사되는 출사광의 이용 효율을 10(%) 향상시킬 수 있다.

이어 본 발명의 제3 실시형태에 따른 광원장치(D)에 관하여 도 9를 참조하여 설명한다.

도 9는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 광원장치(D)의 기본적 구성을 나타내는 평단면도이다.

제3 실시형태에 따른 광원장치(D)는 리플렉터의 구성을 제외하고는 상술한 제1 실시형태에 따른 광원장치와 동등한 구성으로 되어 있기 때문에 이들과 동일한 것에는 동일 부호를 붙여서 상세한 설명을 생략하며, 여기서는 구성이 상이한 리플렉터에 관해서만 설명한다.

리플렉터(44)는 발광관(20)의 발광점(LO)를 중심으로 하는 구면으로 이루어지는 제1 리플렉터부(45)와 이 제1 리플렉터부(45)와 상이한 곡면으로된 제2 리플렉터부(46)와 함께 조도균일화 수단(44a)을 일체로 형성되어 있다.

"제1 리플렉터부(45)와 상이한 곡면"은 본 실시형태에 있어서는 타원면이지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 상술한 제1 리플렉터부(45)의 구면과 곡율의 상이한 구면으로 하여도 좋고, 또 쌍곡면 등의 구면 이외의 곡면으로 된 것으로 하여도 상술한 바와 같다.

제1 리플렉터부(45)와 제2 리플렉터부(46)의 사이에는 소요 간격(W)으로한 광원 배치홈(47)이 형성되어 있고, 여기에 발광관(20)이 배치되어 있다."소요 간격(W)"은 발광관(20)의 밀봉부(23a, 23b) 사이에 간극이 형성되는 정도이고, 그 발광관(20)의 방열 정도를 감안하여 설정할 수 있는 것에 대해서도 상술한 바와 같다. 즉, 리플렉터(44)는, 경로LO-d-Sp를 진행하는 출사 광선이 해당 리플렉터 (44)에 조사되는 출사 광선 중 최대의 출사각(LO-Sp-d이 형성하는 각도)으로 한 경우, 경로 d-Sp의 출사광선의 진로를 방해하지 않도록, 리플렉터(44)의 제2 리플렉터부(46)의 개구부에서 원추체를 연장시키고, 집광점(Sp) 근방에서 조도 균일화 수단(44a)에 연결시킨 구성으로 되어 있다.

조도균일화수단(44a)은 발광관(20)으로부터 출사되는 출사광을 목적하는 형상으로 성형하며 또한 다중 반사에 의해 믹싱하는 것으로 광선의 면조도를 균일화(평탄화)하는 기능을 갖는 것이며, 리플렉터(44)의 전단부에 소요 길이를 갖는 원통형으로 형성되어 있다. 환언하면, 광원으로부터 출사되는 출사광을, 목적하는 형상으로 성형하고 또 다중반사에 의해 믹싱함으로써 광선의 면조도를 균일화하는 기능을 가지고 있다.

"목적하는 형상"이라는 것은 라이트 진공관의 유사 형상(여기에서는 DMD의 형상= 4각)을 의미한다.

상기 조도 균일화 수단(44a)의 개구 형상은 후술하는 도 16에 도시한 투영형 영상표시장치에 있어서 광원장치로부터 출사각과 라이트 버블(106)의 영역과 입사각으로부터 결정되는 결상 배율에 의해 결정되는 것이다.

조도 균일화 수단(44a)의 내면은 다음과 같이 형성할 수 있다.

제2 리플렉터부(46), 제1 리플렉터부(45)와 동일하게 적외선 성분의 열변환층과 평탄화층과 TiO₂ 와 SiO₂ 로 이루어지는 유전체 반사 다층막을 형성한다.

상기 유전체 반사 다층막 이외는 알루미늄 기재(금속 기재)를 연마한 구성이 나 알루미늄 기재에 은 등의 전반사막 증착과 증반사박을 실시하여도 좋다.

또한, 상기 조도균일화 수단(44a)의 내면에 렌즈 로드 인테그레이터를 조립한 것으로 조도 균일화 수단(44a)의 내면에 성막처리를 할 필요가 없게되어 방폭 (anti-explosion) 기구가 용이하게 실현될 수 있다.

또한 상기 렌즈 로드 인테그레이터로서 형석과 같은 자외선이나 적외선을 가시광선으로 변환하는 유리 재료를 사용하는 것으로 광원으로부터 출사되는 출사광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

제4 실시형태에 따른 광원장치(E)에 관하여 도 10을 참조하여 설명한다. 도 10은 제4 실시형태에 따른 광원장치(E)의 평단면도이다.

제4 실시형태에 따른 광원장치(E)는 방열재를 설치한 것을 제외하고는 상술한 제3 실시형태에 따른 광원장치와 동등한 구성으로 되어 있기 때문에, 이들과 동등한 것에 동일 부호를 붙여서 상세한 설명을 생략하고, 여기서는 방열재에 관해서만 설명한다.

방열재(60,60)는 밀봉부(23a, 23b)의 외경과 거의 동일한 내경으로 되고, 또 리플렉터(44)의 간극(W)에 거의 일치하는 외경으로 하는 것과 함께 밀봉부(23a, 23b)에 대하여 대향하는 리플렉터(44)의 벽면의 길이에 합하여 길이(L1, L2)로 되도록 한쪽의 단부를 경사지게 하고, 또는 단순하게 길이(L1)의 원통형의 것이고 열도전이 좋은 금속이나 세라믹스(알루미나)를 함유하는 재질이나 시멘트 등에 의해 형성하고 있다. 또한 리플렉터(44)와 방열재(60,60), 밀봉부(23a, 23b)와 방열재(60,60)에 간극이 생길 때에는 필요에 따라서 내열성의 시멘트나 그리스, 오일 컴 파운드를 상기 간극에 충진하면 좋다.

이것에 의해 연속 점등 중의 발광관(20) 자체의 온도를 효율 좋게 리플렉터(44)에 전도시킬 수 있기 때문에, 그 발광관(20)을 최적 점등할 수 있는 온도 제어가 가능하다. 이와 같은 방열재를 도 1 내지 도 6에서 설명한 각 실시형태에 따른 광원장치에 적용할 수 있는 것은 물론이다.

제5 실시형태에 따른 광원장치(F)에 관하여 도 11을 참조하여 설명한다. 도 11은 제5 실시형태에 따른 광원장치(F)의 평단면도이다.

제5 실시형태에 따른 광원장치(F)는 보조전극을 설치한 것 및 리플렉터를 접지시킨 것을 제외하고는 상술한 제4 실시형태에 따른 광원장치와 동일한 구성으로 되어 있기 때문에, 이들 동등한 것에 동일 부호를 붙여서 상세한 설명을 생략하고, 여기서는 상위점만을 설명한다.

보조전극(61,61)은 발광관(20)의 밀봉부(23a, 23b)의 기단측을 둘러싸는 링형의 것이고, 리플렉터(44)의 제1 리플렉터부(45)의 양단 근방에 도통 접속되어 있다. 이것에 의해 발광관(20)의 시동성을 개선할 수 있는 것과 함께 발광관(20)의 배광 분포 이외의 공간에 상기 보조 전극을 형성할 수 있기 때문에 광원으로부터 출사되는 출사광의 이용효율을 저해함이 없다.

제6 실시형태에 따른 광원장치(G)에 관하여 도 12를 참조하면서 설명한다. 도 12는 제6 실시형태에 따른 발광장치(G)의 평단면도이다.

제6 실시형태에 따른 광원장치(G)는 보조전극을 리플렉터와 일체로 형성한 것을 제외하고 상술한 제5 실시형태에 따른 광원장치와 동등한 구성으로 되어 있기 때문에, 이들 동등한 것에 동일 부호를 붙여서 상세한 설명을 생략하고, 여기서는 상위점만을 설명한다.

리플렉터(44)의 제1 리플렉터부(45)의 양단부 근방에는 소요 길이를 갖는 직방체형의 보조전극 부재(48,48)가 일체로 되어 돌출 형성되어 있다.

보조 전극 부재(48,48)에는 발광관(20)의 밀봉부(23a, 23b)의 외경에 일치하는 원형의 고정 공(48a, 48a)이 형성되어 있다. 이들에 의해 발광관(20)의 시동성을 개선할 수 있는 것과 함께 발광관(20)의 배광 분포 이외의 공간에 상기 보조 전극을 형성할 수 있기 때문에 광원으로부터 출사되는 출사광의 이용효율을 저해함없이 이것은 상술한 제5 실시형태에서와 동일하다.

도 13 내지 도 15를 참조하여 리플렉터의 변형예에 관하여 설명한다. 도 13은 제1 변형예에 따른 리플렉터의 개략도, 도 14(a)도는 제2의 변형예에 따른 리플렉터의 개략 평단면도, 도 14(b)는 (a)에 도시하는 I-I선을 따른 단면도, 도 15는 제3 변형예에 따른 리플렉터의 개략 평단면도, (b)는 (a)에 나타내는 II-II선을 따른 단면도이다.

도 13에 도시하는 제1 변형예에 따른 리플렉터(70)는 발광관(20)의 발광점(L0)을 중심으로 하는 구면으로된 제1 리플렉터부(71a)로 형성된 리플렉터 분할체(71)와 그 제1 리플렉터부(71a)와 상이한 곡면으로된 제2 리플렉터부(72a)로 형성된 리플렉터 분할체(72)로 구성된다.

리플렉터 분할체(71, 72)는 전극축(O1)을 포함하는 평면을 경계로 하여 분할되도록 되어 있다. 즉, 광축(LA)에 대하여 직교하는 방향에서 리플렉터 분할체(71) 와 리플렉터 분할체(72)로 분할된 구조로 되어 있다.

리플렉터 분할체(71)의 분할면에는 나선부가 형성되지 않은 볼트공(71c)을 형성시킨 플랜지(71b)가 돌출되어 형성되어 있고 또 리플렉터 분할체(72)의 분할면에는 나선부가 형성된 볼트공(72c)을 형성시킨 플랜지(72b)가 돌출되어 형성되어 있으며, 이들 플랜지(71b, 72b)를 통하여 볼트 등에 의해 연결, 분리가 용이하게 실시되도록 되어 있다.

본 실시형태에서는 리플렉터(70)의 기재와 동질인 볼트(나사)에 의해 나사고정되어 있다. 이들은 상이한 재질의 볼트(나사)를 사용하면, 열팽창율이 상이하기 때문에 변형, 나사 파쇄가 생기기 때문이다. 즉, 리플렉터(70)의 기재와 동질의 볼트(나사)를 사용함으로써 변형, 나사 파쇄를 방지하고 있다.

그외의 구성으로서는 커플링하는 요철을 설계하고, 단순하게 리플렉터 분할체 덩어리를 고정하는 구성으로 하는 것과 함께 별도 지지 기구를 설치하여 양자를 고정할 수 있다.

"제1 리플렉터부(71a)와 상이한 곡면"은 타원면이지만, 상기 제1 리플렉터부(71a)의 구면과 곡율이 상이한 구면으로 하여도 좋고, 또 쌍곡면 등의 구면 이외의 곡면으로 된 것이어도 좋다.

복합 형상의 리플렉터에 증착막을 부착시킬 경우에는 곡율의 상위와 증착분자의 비행거리, 막형성 면으로의 증착 분자의 입사각에 따라서 막의 적층 두께나 막 밀도가 불균일하게 된다. 이 때문에 도 13에 도시하는 리플렉터(70)에는 동일 곡율의 반사면 단위로 분할하고 동심원면 부분과 타원면 부분에서 각각의 증착 조 건을 실시하여 성막하는 것에 의해 가시 광선 영역의 반사율이 좋은 리플렉터가 실현될 수 있어, 광원으로부터 출사되는 출사광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

도 14(a), 도 14(b)에 도시하는 제2 변형예에 따른 리플렉터(80)는 발광관(20)의 발광점(LO)을 중심으로 하는 구면으로 이루어지는 제1 리플렉터부(82)의 상측반부(82a) 및 그의 제1 리플렉터부(82)와 상이한 곡면으로된 제2 리플렉터부(83)의 상측반부(83a)를 형성시킨 상측 리플렉터 분할체(81), 상기 발광관(20)의 발광점(LO)을 중심으로 하는 구면으로 이루어지는 제1 리플렉터부(82)의 하측반부(82b) 및 그의 제1 리플렉터부(82)와 상이한 곡면으로된 제2 리플렉터부(83)의 하측반부(83b)를 형성시킨 하측 리플렉터 분할체(84)로 구성된다.

다시말해, 광축(LA)에 대하여 병행하게 리플렉터(80)를 분할한 구성으로 되어 있다. 이와 같은 분할 구조에서는 소형이고 깊이가 긴 리플렉터에 특히 유효하다.

그러나, 증착 소스(So)와 반사막 형성면의 위치(e)를 연결하는 직선(SO-e)과 반사막 형성면의 법선이 이루는 각 θ sa가 비교적 크다. 이것은 반사막 형성면의 위치 e로의 증착 분자의 입사각이 큰 것을 의미하며, 이 부분으로의 막의 부착은 반사막 형성면의 위치(f)에 비하여 좋지 않다.

제3 변형예에 따른 리플렉터(90)는 광축(LA)을 중심으로 하여 90도 간격으로 분할한 4개의 리플렉터 분할체(91~94)로 구성된 것이다.

각 리플렉터 분할체(91)(92~94)에는 발광관(20)의 발광점(LO)을 중심으로 하는 구면으로된 제1 리플렉터부(95)의 4반부(95a) 및 그의 제1 리플렉터부(95)와 상 이한 곡면으로된 제2 리플렉터부(96)의 4반부(96a)가 형성되어 있다.

이와 같이, 리플렉터 분할체의 수(분할수)를 증가하는 것으로, 증착 소스(S0)로부터 반사막 형성면의 위치(g, h, i)까지의 증착 분자의 비행거리는 균일하게 되고, 아울러 증착분자의 입사각도 균일화될 수 있다.

반사막 형성면의 위치(i)에서의 성막 결과는 도 14에 도시하는 반사막 형성면(j)에 비하여 2배의 정밀도를 얻을 수 있다. 또한 분할된 리플렉터 분할체 끼리서로 동일 형상으로 하고 있기 때문에, 1회의 증착 뱃치 처리로 다수의 리플렉터 분할체를 성막할 수 있어, 분할 구조로 하면서도 비용 관점에서 종래와 변함없다.

이어, 상기 각 실시형태에 따른 광원장치를 사용한 영상표시장치에 관하여 도 16을 참조하면서 설명한다. 도 16은 본 발명의 일실시형태에 따른 영상표시장치의 개략적 구성을 도시하는 모식도이다. 도 16에서는 도 1에 도시하는 광원장치(B)를 사용하고 있는 예에 관하여 나타내고 있지만, 그 광원장치(B) 대신 광원장치(C, D, E, F, G)를 채용할 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 영상표시장치(H)는 광원장치(B), 컬러 호일(100), 로드 인테그레이터(101), 렌즈(102~104), 미러(105), 라이트 벌브(106) 및 투영 렌즈(107)를 가지고 구성되어 있다. 108은 스크린이다.

광원장치(B)의 발광관(20)으로부터 출사된 출사광은 리플렉터(30)에서 반사되고, 로드 인테그레이터(101)의 입사면에서 집광된다.

컬러 호일(100)은 로드 인테그레이터(P4)의 입사면의 전방에는 R(레드: 적색) 필터, G(그린: 녹색) 필터, B(블루: 청색) 필터가 원주 방향으로 배열되어 원 판 형상으로 형성되어 있다.

로드 인테그레이터(101)는 이것에 입사된 입사광을 라이트 벌브(106)의 평면 형상(이 경우 화살형 또는 정방형)에 대응한 소망하는 단면 형상의 광속이고 각 부의 조도가 균일한 광속을 출사하는 것이다.

컬러 호일(100)이 회전하는 것에 의해 상기 리플렉터(30)의 반사광이 각 필터(R, G, B)를 투과하고, 이들 필터(R, G, B)의 색에 따라서 투과광이 순차 상기 로드 인테그레이터(101)에 입사된다.

라이트 벌브(106)는 투영 영상을 형성하는 투영매체이고, DMD(Digital Micro-mirror Device)를 사용하여 구성된 것이다. DMD의 경우, 소망하는 투영화상에 따라서 미소 구획 마다 미러가 반사 방향을 제어하고, 각 필터(R, G, B)에 의해 형성된 각 색광의 투영 광상을 형성한다.

로드 인테그레이터(101)에 의해 광선 군은 소망하는 면의 조도를 균일화할 수 있고, 렌즈(102~104), 미러(105)의 광학계를 진행하고, 라이트 벌브(106)에 입사하여 투영 광상을 형성한다.

그렇게하여 라이트 벌브(106)에서 형성된 투영 광상은 투영 렌즈(107)를 통과하고 스크린(108)에 조사되어 영상을 투영한다.

또한 본 발명은 전술한 각 실시형태에 한정되지 않고 다음과 같은 변형 실시가 가능하다.

상술한 각 실시형태에 따른 광원장치는 투영형 영상표시장치에 사용되는 광원장치로서 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, 그외의 장치의 광원으로서 사용 할 수 있다.

또한 투영형 영상표시장치는 도 16에 도시한 것 이외에, 광로를 상이하게 한 구성이나 라이트 벌브(106)에 액정을 사용한 구성인 것에도 본 발명의 각 실시형태에 따른 광원장치를 적용할 수 있다.

또한 상기 실시형태에 있어서 발광관을 광원으로서 표시하였지만, 이것에 한정되지 않고, 그외의 공지된 광원도 채용할 수 있다.

본 발명은 메탈 할라이드나 램프, 크세논 쇼트 아크 램프 고압형 수은 램프 등 아크 방전을 발생시키는 것에 의해 조명을 실시하는 발광관을 사용한 휘도가 높은 광원장치에 있어서, 간단하고 또 컴팩트한 구성이면서 소정의 소 직경 영역으로의 집광 효율을 높일 수 있고, 따라서 광의 수집 효율 저하를 초래하지 않는 광원장치와 그와 같은 휘도가 높은 광원장치를 필요로 하는 투영형 표시장치에 이용할 수 있다.

Claims

밀봉부에 의해 밀봉된 주 전극의 리드(lead)와 함께 한 쌍의 주 전극을 1개의 전극축 상에 배치한 발광관, 이 발광관으로부터 출사된 출사광을 반사하고 또 반사된 광을 전방으로 출사하는 리플렉터를 가지고 있고, 이들 주전극의 전극축을 상기 출사광의 광축과 교차시킨 광원장치에 있어서,

상기 리플렉터는 금속 기재로 형성됨과 동시에, 발광관의 밀봉부를 배치하기 위한 간극이 형성되도록 구성되며,

발광관의 발광점을 중심으로 하는 구면으로된 제1 리플렉터부가 발광관으로부터 경계인 후측에 형성되고, 타원면으로된 제2 리플렉터부는 발광관의 경계의 전방에 형성되며, 또 발광관으로부터 출사된 출사광은 제1 리플렉터부와 제2 리플렉터부에 의해 반사되어, 반사된 광이 소정 집광점에 도달하도록 하는 구성으로 되어 있고; 또

상기 발광관으로부터 상기 제2 리플렉터부 이외를 향해 출사되는 출사광을 집광하고 또 집광한 출사광을 소정 집광점으로 보내며 또 발광관의 근방에서 고온 분위기하에서 열화되지 않는 유리 재료로 구성되는 렌즈가 제2 리플렉터부 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 광원장치.
제 1항에 있어서, 상기 렌즈는 그의 주요점이 광축 상에 위치하도록 배치되는 한편, 렌즈의 주변은 출사된 출사광 비임이 발광관으로부터 전방으로 진행하는 위치에 배치되며, 제2 리플렉터부의 개구 근방을 조사하는 광 비임은, 제2 리플렉터의 최내부 위치에서 반사되어 집광점에 도달하는 광 비임과 교차하는 것을 특징으로 하는 광원장치.
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제 1항 또는 제 2항에 있어서, 발광관으로부터 출사되어 집광점에 도달하는 출사광을, 제1 리플렉터부 및 제2 리플렉터부에 의해 반사된 후 또는 렌즈에 의해 집광한 후, 목적하는 형상으로 성형하고 또 다중 반사에 의해 믹싱하는 것에 의해 광선의 면조도를 균일화하는 조도 균일화 수단을 리플렉터의 전단부에 일체로 설치하여, 밀봉된 구조의 리플렉터를 형성하는 것을 특징으로 하는 광원장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 리플렉터는 알루미늄 기재로 형성되고, 적외선 성분을 열로 전환하는 층은 제1 리플렉터부 및 제2 리플렉터부의 반사면 상에 형성되며, 유전체 반사 다층 막은 중간에 설치된 평탄층과 함께 열 변환을 위한 층 상에 형성됨으로써, 가시광선이 소정 집광점에 도달하는 것을 특징으로 하는 광원장치.
제 5항에 있어서, 조도 균일화 수단은 원통 구조이고 리플렉터와 동일 재료인 금속 기재로 형성되며, 또 조도 균일화 수단의 금속 기재의 내부는 적외선 성분을 열로 변환하기 위한 층, 열 변환을 위한 층 상의 평탄층 및 상기 평탄층 상의 유전체 반사 다층막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광원장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 주 전극의 리드를 밀봉하는 밀봉부는 발광관의 발광점의 양측에 형성되며, 상기 밀봉부와 리플렉터의 사이에 방열재를 배치하고 있는 것을 특징으로 하는 광원장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

리플렉터는, 발광관의 전극축을 함유하는 경계에서, 제1 리플렉터부를 형성하는 제1 리플렉터부 및 제2 리플렉터부를 형성하는 제2 리플렉터부로 분할할 수 있는 분할 구조로 되어 있고,

발광관의 밀봉부가 배치되어 있는 광원 배치 홈은 분할 구조의 분할면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광원장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 리플렉터가 광축과 평행한 면에서 분할될 수 있는 분할구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 광원장치.
제 8항에 있어서, 리플렉터는 접지되며, 발광관의 밀봉부의 기단부 측을 밀봉하는 원형 보조전극이 설치되며 또 보조전극은 리플렉터와 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 광원장치.
제 1항 또는 제 2항에 기재된 광원장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.