KR101798158B1 - 광원 장치 및 이를 포함하는 영상투사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 적어도 세 개 색의 광을 조사하는 광원 장치 및 상기 광원 장치로부터 입사되는 광을 이용하여 이미지를 형성하는 이미지 변환 장치를 포함하되, 상기 광원 장치는, 적색 광을 조사하는 제1 광원 모듈을 포함하고, 상기 이미지 변환 장치는 단판식 디스플레이 패널을 이용하는 영상투사장치에 있어서, 상기 이미지 변환 장치에 교번하여 입사되는 상기 적어도 세 개 색의 듀티비를 제어하는 제어부를 더 포함하되, 상기 제어부는, 상기 제1 광원 모듈의 광량 부족에 따라 상기 적색 광의 듀티비를 증가시키는 것을 특징으로 하는 영상투사장치를 제공한다.

Description

광원 장치 및 이를 포함하는 영상투사장치 {LIGHT SOURCE DEVICE AND PROJECTOR COMPRISING THE SAME}

본 발명은, 광원 장치 및 이를 포함하는 영상투사장치에 관한 것이다.

정보화시대가 급속히 발전함에 따라 대화면을 구현하는 디스플레이 기기의 중요성이 강조되고 있다. 이러한 대화면을 구현하는 기기의 일 예로서 영상을 확대하여 투사하는 기능을 갖춘 프로젝터(projector)가 있다.

이러한 프로젝터는 점점 소형화, 경량화되고 있는 추세로서, 현재는 미니 프로젝터(mini projector)나 피코 프로젝터(pico projector)와 같은 초소형 프로젝터가 연구 개발되고 있다.

이와 같은 추세에서, 종래 프로젝터의 광학계는 광원으로 적색 엘이디(Red LED), 녹색 엘이디(Green LED), 청색 엘이디(Blue LED)를 모두 사용하고 있다.

도 1은 종래 광원 장치를 포함한 영상투사장치의 광학계를 나타낸 도면으로서, 구체적으로 반사형 디스플레이를 사용한 영상투사장치의 광학계를 나타낸 도면이다.

즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 종래 영상투사장치(1)는 광원으로서 적색 광원 모듈(11)(일 예로, 적색 엘이디(11a)를 포함할 수 있다), 녹색 광원 모듈(13)(일 예로, 녹색 엘이디(13a)를 포함할 수 있다) 및 청색 광원(12)(일 예로, 청색 엘이디(12a)를 포함할 수 있다)을 사용하고 있다.

그러나 종래와 같이, 광원으로서 적색 엘이디(11a)를 포함하는 경우 다음과 같은 문제가 발생할 수 있다.

도 2a는 적색 엘이디의 열적 특성을 나타낸 그래프로서, X축은 접합 온도(junction temperature)(Tj)를 가리키고, Y축은 25℃를 기준으로 한 광량을 가리킨다.

엘이디는 접합 온도에 의해 광량이 고정되기 때문에, 도 2a에 도시한 바와 같이, 적색 엘이디의 광량을 25℃ 기준으로 80% 이상을 유지하려면 엘이디의 접합 온도를 45℃ 이하로 유지하여야 한다.

따라서, 적색 엘이디에 대해서는 냉각이 잘 이루어져야 하기 때문에, 이러한 냉각 조건을 만족시키기 위해, 영상투사장치는 대용량의 냉각 장치가 요구되며, 그에 따라 대용량의 팬(fan)이 요구된다.

이러한 요구에 따라 종래 영상투사장치(1)의 경우, 영상투사장치를 소형화하거나 경량화하는 데에 한계에 부딪힐 수밖에 없으며, 또한 대용량 팬의 구동에 따라 진동이나 소음의 발생은 불가피한 문제가 있다.

따라서, 이러한 문제점을 효과적으로 해결할 수 있는 기술 구현 필요성이 대두하고 있다.

본 발명은, 고온에서 적색 엘이디의 열적 특성에 의해 발생하는 광량 부족현상을 해소할 수 있는 광원 장치 및 이를 포함한 영상투사장치를 제공하고자 한다.

본 발명은, 적어도 세 개 색의 광을 조사하는 광원 장치 및 상기 광원 장치로부터 입사되는 광을 이용하여 이미지를 형성하는 이미지 변환 장치를 포함하되, 상기 광원 장치는, 적색 광을 조사하는 제1 광원 모듈을 포함하고, 상기 이미지 변환 장치는 단판식 디스플레이 패널을 이용하는 영상투사장치에 있어서, 상기 이미지 변환 장치에 교번하여 입사되는 상기 적어도 세 개 색의 듀티비를 제어하는 제어부를 더 포함하되, 상기 제어부는, 상기 제1 광원 모듈의 광량 부족에 따라 상기 적색 광의 듀티비를 증가시키는 것을 특징으로 하는 영상투사장치를 제공한다.

일 실시예에 따라, 상기 광원 장치는, 녹색 광을 조사하는 제2 광원 모듈을 더 포함하되, 상기 제2 광원 모듈은, 여기 광의 파장을 변환하여 녹색의 광을 발광하는 형광체층을 포함한 형광체 기판, 상기 형광체 기판으로 제1 여기 광(exitation light)을 조사하는 제1 여기 광원 및 상기 형광체 기판으로 제2 여기 광을 조사하는 제2 여기 광원을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 제1 여기 광원은, 상기 형광체 기판의 일 면에 위치하여 상기 형광체 기판으로 상기 제1 여기 광을 조사하고, 상기 제2 여기 광원은, 상기 형광체 기판의 타 면에 위치하여 상기 형광체 기판으로 제2 여기 광을 조사할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 제1 여기 광원은 청색 발광 다이오드이고, 상기 제2 여기 광원은 청색 레이저 다이오드일 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 광원 장치는, 상기 제2 여기 광원의 광 경로 상에 배치된 청색 이색성 거울을 더 포함하되, 상기 청색 이색성 거울은, 상기 제2 여기 광원으로부터 발광된 광을 상기 형광체층으로 반사시킬 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 광원 장치는, 청색 광을 조사하는 제3 광원 모듈을 더 포함하되, 상기 청색 이색성 거울은, 상기 제3 광원 모듈로부터 발광된 청색의 광을 상기 광원 장치 외부로 반사시킬 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 제1 광원 모듈의 온도를 감지하는 감지부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 감지부에 의해 감지된 상기 제1 광원 모듈의 온도를 근거로 상기 제1 광원 모듈의 광량을 판단할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 이미지 변환 장치는, 반사형 디스플레이 패널, 투과형 디스플레이 패널 및 디엘피(DLP: Digital Light Processor) 디스플레이 패널 중 어느 하나를 이용할 수 있다.

또한, 본 발명은, 적어도 세 개 색의 광을 조사하는 광원 장치에 있어서, 적색 광을 조사하는 제1 광원 모듈, 녹색 광을 조사하는 제2 광원 모듈 및 청색 광을 조사하는 제3 광원 모듈을 포함하되, 상기 제2 광원 모듈은 여기 광의 파장을 변환하여 녹색의 광을 발광하는 형광체층을 포함한 형광체 기판, 상기 형광체 기판으로 제1 여기 광을 조사하는 제1 여기 광원 및 상기 형광체 기판으로 제2 여기 광을 조사하는 제2 여기 광원을 포함하는 광원 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은, 적어도 세 개 색의 광을 조사하는 광원 장치 및 상기 광원 장치로부터 입사되는 광을 이용하여 이미지를 형성하는 이미지 변환 장치를 포함하되, 상기 광원 장치는, 적색 광을 조사하는 제1 광원 모듈을 포함하고, 상기 이미지 변환 장치는 단판식 디스플레이 패널을 이용하는 영상투사장치를 제어하는 방법에 있어서, 제어부가 상기 제1 광원 모듈의 광량 부족에 따라 적색 광의 듀티비를 증가하는 단계를 포함하는 영상투사장치의 제어방법을 제공한다.

일 실시예에 따라, 상기 제어부가 녹색 광의 듀티비가 감소시키는 단계, 및 상기 제어부가 제1 및 제2 여기 광이 녹색의 광을 발광하는 형광체층을 포함한 형광체 기판에 조사하도록 제1 및 제2 여기 광원을 구동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 감지부가 상기 제1 광원 모듈의 온도를 감지하는 단계 및 제어부가 상기 감지된 온도를 근거로 상기 제1 광원 모듈의 광량 부족을 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 고온에서 적색 엘이디의 열적 특성에 의해 발생하는 광량 부족현상을 적색 듀티비를 증가시킴으로써 해소할 수 있다.

이와 동시에, 타 색상의 듀티비가 상대적으로 감소하여 하나의 여기 광원이 가진 부족한 광 파워를 또 다른 여기 광원을 이용하여 충족시키되, 다른 여기 광원을 사용하지 않은 색상(적색 및/또는 청색)의 광원과 발광 크기 및 발광 각도와 같은 광 특성을 동일하게 하더라도, 광원 모듈의 크기를 소형화할 수 있고 제품 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 광원 장치를 포함한 영상투사장치의 광학계를 나타낸 도면이다.
도 2a는 적색 엘이디의 열적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 2b는 녹색 엘이디의 열적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 2c는 청색 엘이디의 열적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상투사장치의 광학계를 나타낸 도면이다.
도 4a는 일반적인 3판식 디스플레이 패널을 사용하는 광학계의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 4b는 일반적인 단판식 디스플레이 패널을 사용하는 광학계의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 단판식 디스플레이 패널에 입사되는 색상별 듀티비의 예시를 나타낸 도면이다.
도 6은 적색 광량을 증가시키기 위해 적색 듀티비를 증가시킨 예시를 나타낸 도면이다.
도 7은 청색 엘디의 열적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 8a 및 8b는 형광체 기판에 대한 예시도이다.
도 9a는 적색 이색성 거울의 빛 파장별 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 9b는 적색 이색성 거울을 투과 또는 반사하는 색상별 광경로를 나타낸 도면이다.
도 10a는 청색 이색성 거울의 빛 파장별 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 10b는 청색 이색성 거울을 투과 또는 반사하는 색상별 광경로를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상투사장치의 제어방법을 단계별 흐름도로 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성 요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

광원 장치 및 영상투사장치

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상투사장치의 광학계를 나타낸 도면이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상투사장치는 광원 장치(110, 120, 130), 색상 조합부(200), 조명계(300) 및 투사 렌즈부(400) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

다만, 도 3에 도시한 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 영상투사장치가 구현될 수 있음은 물론이다.

이하, 각 구성요소들에 대해 살펴보기로 한다.

광원 장치(110, 120, 130)는 서로 다른 파장의 빛을 출력할 수 있는 광원을 적어도 하나 포함할 수 있다. 이때, 광원은 발광 다이오드(LED)일 수 있으나, 이에 한정하지 않고, 레이저, 레이저 다이오드(LD), 유기 엘이디(OLED), 비-고체 광원, 적당한 수집기 또는 반사기를 갖는 초고압(UHP) 할로겐 또는 제논 램프일 수 있다. 이때, 광원 장치(110, 120, 130)는 적어도 하나의 광원으로부터의 빛을 모으기 위한 적어도 하나의 집광렌즈를 더 포함할 수 있다.

광원 장치(110, 120, 130)는 적색 광을 조사하는 제1 광원 모듈(110), 녹색 광을 조사하는 제2 광원 모듈(120) 및 청색 광을 조사하는 제3 광원 모듈(130)을 포함할 수 있다.

제1 광원 모듈(110)은 전술한 바와 같이, 적색 발광 다이오드를 사용하는 경우, 고온에서 광량이 떨어지는 문제가 있고, 이를 해결하기 위한 다양한 수단이 있을 수 있으나, 본 발명에서는 적색 발광 다이오드의 듀티비(duty ratio)를 증가시키고 상대적으로 듀티비가 감소하여 광량이 부족해지는 다른 광원에 광량을 증가시킴으로써, 종래와 같은 문제를 해소할 수 있다.

도 4a는 일반적인 3판식 디스플레이 패널을 사용하는 광학계의 일부 구성을 나타낸 도면이고, 도 4b는 일반적인 단판식 디스플레이 패널을 사용하는 광학계의 일부 구성을 나타낸 도면이다.

일반적으로 3판식 디스플레이 패널을 사용하는 경우에는 각각의 디스플레이 패널(11, 12, 13)에 의해 입사된 적색, 녹색 및 청색을 이용하여 형성된 적색, 녹색 및 청색의 이미지를 공간적으로 합성하고 투사 렌즈부(20)에 보내게 된다.

이와 대비적으로 단판식 디스플레이 패널을 사용하는 경우에는 단판식 디스플레이 패널(15)에 교번하여 순차적으로 입사된 적색, 녹색 및 청색을 이용하여 이미지를 형성하고 투사 렌즈부(20)에 보내게 된다.

즉, 3판식 디스플레이 패널의 경우 광을 공간적으로 합성을 하나, 단판식 디스플레이 패널의 경우 광을 시간적으로 합성한다고 할 수 있다.

따라서, 단판식 디스플레이 패널을 이용하는 경우, 도 5에 도시한 바와 같이, 단위 시간 동안 적색, 녹색 및 청색이 디스플레이 패널에 조명되는 시간 비율(또는 듀티비(duty ratio))이 형성되게 된다.

이때, 적색 광을 조사하는 제1 광원 모듈(110)은 전술한 바와 같이, 적색 발광 다이오드를 사용하는 경우 45℃ 이상의 고온에서는 광량이 25℃ 기준으로 80% 이하로 낮아지기 때문에, 제어부(미도시)는 적색의 광량이 부족해질 때 적색의 듀티비를 증가시키는 것이 바람직하다.

한편, 제어부(미도시)는 영상투사장치 내 적어도 일부 구성에 대한 동작을 제어하기 위한 구성으로서, 각종 입력 데이터를 처리하거나 연산을 수행할 수 있다. 제어부는 제1 내지 제3 광원 모듈(110, 120, 130)의 동작을 제어하여 적색, 녹색 및 챙색 중 적어도 하나의 듀티비를 조절할 수 있다.

제어부는 공지의 각종 수단에 의해 적색의 광량 부족을 판단할 수 있고, 특별히 한정하지 않으나, 일 실시예에 따라, 제1 광원 모듈(자세하게는 적색 발광 다이오드)의 온도를 감지하는 감지부(미도시)에 의해 출력된 온도 데이터와 저장부(미도시)에 저장된 도 2a에 도시한 것과 같은 적색 엘이디의 열적 특성 데이터를 이용하여, 제1 광원 모듈(또는 적색)의 광량 부족을 판단할 수 있다.

일 예로, 제어부는 적색의 광량이 부족해질 때, 도 6에 도시한 바와 같이, 적색의 광량을 증가시킬 수 있다. 즉, 제어부는 적색의 광량이 충분할 때에는 적색, 녹색, 청색 각각 듀티비를 30%, 50%, 20%로 할 수 있으나, 적색의 광량이 부족하다고 판단한 경우에는 적색, 녹색, 청색 각각의 듀티비를 40%, 40%, 20%로 조절할 수 있다.

이와 같이, 제1 광원 모듈(110)의 온도 증가에 따라 적색 듀티비를 증가시키면 상대적으로 녹색이나 청색 듀티비는 줄어들어, 녹색이나 청색의 광량이 부족해지는 문제가 발생하게 된다.

이와 같은 문제를 해소하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 장치는 녹색 광을 조사하는 제2 광원 모듈(120)을 포함하되, 상기 제2 광원 모듈(120)은, 녹색의 광을 발광하는 형광체 층을 포함한 형광체 기판(121) 및 상기 형광체 기판(121)으로 제1 여기 광(exitation light)을 조사하는 제1 여기 광원(120a) 및 상기 형광체 기판(121)으로 제2 여기 광을 조사하는 제2 여기 광원(120b)을 포함하는 것이 바람직하다

여기 광원(120a, 120b)은 여기 광(extation light)을 조사하는 광원으로서, 일 예로, InGaN계의 재료를 이용한 유브이(UV) 혹은 블루(Blue) 발광 다이오드(LED)나 레이저 다이오드(LD) 등일 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따라, 여기 광원(111)은 블루 레이저 다이오드(Blue Laser Diode)인 것이 바람직하다.

블루 레이저 다이오드(또는 청색 엘디)의 열적 특성은, 도 7에 도시한 바와 같이, 온도(Tc)가 증가함에 따라 블루 레이저 다이오드가 동일 광량(Po)을 출력하기 위해 블루 레이저 다이오드에 인가하기 위한 전류(If)만 변화될 뿐, 블루 레이저 다이오드가 출력하는 광량을 최대까지 도달시키는 것이 불가능한 것은 아니다.

형광체 기판(121)은 상기 여기 광의 파장을 변환하여 녹색의 광을 발광하는 형광체층을 포함하여, 상기 여기 광원(120a, 120b)으로부터 입사된 광의 파장을 가시광으로 변환할 수 있다.

형광체층은 형광 물질(phosphor)이 투명 기판(substrate)의 적어도 일부 영역에 도포되어 형성된 층이거나(도 8a 참조), 실리콘과 같은 유기 바인더(binder)에 혼합된 파우더 형태의 형광체가 경화되어 일정 형상을 갖는 층일 수 있다(도 8b 참조).

이때, 형광체층은 여기 광을 적색의 가사광으로 변환하기 위한 것으로서, (Ca, Sr, Ba)2Si5(N, O)8:Eu, (Ca, Sr, Ba)Si(N, O)2:Eu, (Ca, Sr, Ba)AlSi(N, O)8:Eu, (Sr, Ba)3SiO5:Eu, (Ca, Sr)S:Eu, (La, Y)2O2S:Eu, K2SiF6:Mn, CaAlSiN:Eu의 물질이 사용될 수 있다.

제1 여기 광원(120a)은 형광체 기판(121)으로 제1 여기 광을 조사하는 광원으로서, 전술한 바와 같이 유브이(UV) 혹은 청색 발광 다이오드나 레이저 다이오드 등일 수 있으나, 제1 광원 모듈(110) 및/또는 제3 광원 모듈(130)의 광원과 동일한 것이 바람직하며, 일 예로 제1 광원 모듈(110) 및/또는 제3 광원 모듈(130)이 발광 다이오드를 이용하는 경우 상기 제1 여기 광원(120a)는 청색 발광 다이오드인 것이 바람직하다. 이와 달리, 제1 여기 광원(120a)은 청색 레이저 다이오드를 이용할 수 있으나, 제2 광원 모듈(120)을 소형화할 경우 발광 크기 및 발광 각도 등과 같은 특성을 변환하기 위하여 광을 확산시키기 위한 추가 광학계가 필요할 수 있다.

제2 광원 모듈(120)은 하나의 여기 광원만으로 부족한 광 파워(optical power)를 해소하기 위해 제2 여기 광원(120b)을 더 포함할 수 있다. 제2 여기 광원(120b)은 형광체 기판(121)으로 제2 여기 광을 조사하는 광원으로서, 전술한 바와 같이 유브이(UV) 혹은 청색 발광 다이오드나 레이저 다이오드 등일 수 있으나, 청색 레이저 다이오드인 것이 바람직하다.

이때, 제1 여기 광원(120a)는 형광체 기판(121)의 일 면에 위치하여 상기 일 면의 형광체 기판(112)으로 제1 여기 광을 조사하고, 제2 여기 광원(120b)는 형광체 기판(121)의 타 면에 위치하여 상기 타 면의 형광체 기판(122)으로 제2 여기 광을 조사하는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 제3 광원 모듈(130)에 의해 발광된 청색 광을 광원 장치 외부로 출력하기 위해 청색 이색성 거울(blue dichroic mirror)(220)을 포함하는 경우, 제2 여기 광이 제2 여기 광원(120b)에서 형광체 기판(121)까지 형성되는 광 경로 상에 청색 이색성 거울(220)이 위치되도록 제2 여기 광원(120b)이 배치될 수 있다.

즉, 제1 여기 광원(120a) 및 제2 여기 광원(120b)은 형광체 기판(121)을 사이에 두고 배치되어, 제1 여기 광원(120a)에 의한 제1 여기 광은 청색 이색성 거울(220)을 거치지 않고 형광체 기판(121)에 조사되도록 하고, 제2 여기 광원(120b)에 의한 제2 여기 광은 청색 이색성 거울(220)에 의해 반사되어 형광체 기판(121)에 조사되도록 할 수 있다.

이에 따라, 형광체 기판(121)에 의해 발광된 녹색 광은 청색 이색성 거울(220)을 투과하여 광원 장치 외부로 발할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 적색 듀티비를 증가시킴으로써 상대적으로 감소되는 타 색상의 광량을 보완하기 위하여 제2 광원 모듈(120)은 형광체 기판(121), 제1 여기 광원(120a) 및 제2 여기 광원(120b)을 포함함으로써, 광학계의 크기를 소형화하고 제품 단가를 낮춤과 동시에, 부족한 광 파워 문제를 해소할 수 있게 된다.

한편, 색상 조합부(200)는 적어도 둘 이상의 색상을 조합하기 위한 수단으로서, 광원 장치(110, 120, 130)와 이미지 변환 장치를 포함하는 조명계(300) 사이에 배치되어, 광원으로부터 출사되는 빛을 조합하여 이미지 변환 장치로 전달할 수 있다.

즉, 색상 조합부(200)는 서로 다른 둘 이상의 색이 조합된 유색 광 또는 백색 광일 수 있고, 상기 복수의 광원 모듈에 의해 조사된 광이 시간에 따라 교차 출력된 광일 수 있다. 이때, 색상 조합부(200)가 출력하는 광은 가시광에 한하지 않고, 적외선 광 또는 자외선 광일 수도 있음은 물론이다.

색상 조합부(200)는 도 3에 도시한 바와 같이, 적어도 둘 이상의 이색성 거울을 포함할 수 있으며, 일 실시예에 따라 적색 이색성 거울(210) 및 청색 이색성 거울(220)을 포함할 수 있다.

적색 이색성 거울(210) 및 청색 이색성 거울(220)에 대해 구체적으로 살펴보면, 도 9a는 적색 이색성 거울의 빛 파장별 투과율을 나타낸 그래프이고, 그에 따라 이색성 거울을 투과 또는 반사하는 색상별 광경로를 도 9b에 도시하였다.

도 9a 및 9b에 도시한 바와 같이, 적색 이색성 거울(210)은 입사되는 빛의 파장에 따라 빛을 투과시키거나 반사시키기 때문에, 색상에 따라 적색은 반사, 청색 및 녹색은 투과시키게 된다.

마찬가지로, 도 10a는 청색 이색성 거울의 빛 파장별 투과율을 나타낸 그래프이고, 도 10b는 청색 이색성 거울을 투과 또는 반사하는 색상별 광경로를 나타낸 도면으로서, 청색은 반사, 적색 및 녹색은 투과시킨다.

이에 따라, 청색 이색성 거울(220)은, 제2 여기 광원 모듈(120b)에 의해 조사된 광이 상기 청색 이색성 거울(220)에 의해 반사되어 형광체층(121)으로 출사되도록 하고, 제3 광원 모듈(130)에 의해 조사된 청색 광은 상기 청색 이색성 거울(220)에 의해 반사되어 광원 장치 외부로 출사될 수 있다.

적색 이색성 거울(210)은, 제1 광원 모듈(110)에 의해 출사된 적색 광을 반사시켜 광원 장치 외부로 출사되도록 배치되되, 도 3에 도시한 바와 같이, 제2 여기 광원(120b)의 광 경로 상에 배치될 수 있으나, 이에 한하지 않고 청색 이색성 거울(220)을 투과한 녹색 광이 다시금 적색 이색성 거울(210)을 투과하여 광원 장치 외부로 출사하도록 적색 이색성 거울(210)이 조명계(300) 측에 배치될 수도 있다.

이색성 거울의 색상 조합 및 배치에 대해서는 반드시 이에 한하지 않으며, 광원 모듈의 배치에 따라 서로 다른 종류의 이색성 거울을 포함하거나 그 배치를 달리할 수 있음은 물론이다.

조명계(300)는 이미지 변환 장치를 포함할 수 있고, 광원 장치(110, 120, 130)로부터 입사되는 광을 이용하여 이미지를 형성할 수 있도록 이루어질 수 있다. 이때, 이미지 변환 장치는, 예를 들어 광원 장치(110, 120, 130)로부터 입사되는 광을 색변환 또는 색분리하고, 디스플레이 소자를 이용하여 이미지로 변환할 수 있다.

이미지 변환 장치는 광에 이미지를 부여하기 위해 다양한 방법을 사용할 수 있다. 일 예로, 이미지 변환 장치는, 반사형 디스플레이 패널(일 예로, LCOS 등), 투과형 디스플레이 패널(일 예로, HTPS-LCD 등), 디엘피(DLP: Digital Light Processor) 디스플레이 패널 중 어느 하나를 이용할 수 있다.

이하에서는, 조명계(300)가 반사형 디스플레이 패널(350)을 이용한 경우를 기준으로 설명하기로 하되, 본 발명의 범위를 이에 한정하고자 하는 의도가 아님을 밝혀 둔다.

조명계(300)는 색상 조합부(200)로부터 방출된 광에 대한 조도(illumination) 및 색상 균일성을 개선하기 위해 상기 색상 조합부(200)로부터 방출된 광을 광학적으로 균질화하는 플라이 아이 어레이(FEA: Fly's Eye Array)(310)를 포함할 수 있다. 플라이 아이 어레이는 표면이 볼록한 형태(convex)의 미소렌즈들이 다수 배열되어 이루어진 방형일 수 있으며, 다수의 미소렌즈가 배열된 플라이 아이 어레이는, 광원으로부터의 빛이 입사되는 순서대로 배치된 오브젝티브 어레이(objective array)와 필드 어레이(field array)로 구성될 수 있다.

또한, 조명계(300)는, 상기 이미지 변환 장치에 반사형 디스플레이 패널(350)이 이용되는 경우, 상기 플라이 아이 어레이(310)의 일 면 측(구체적으로 디스플레이 패널측)에 광 손실을 줄이기 위한 편광 변환 장치(320)가 더 포함될 수 있다. 이 편광 변환 장치는 편광 빔 스플리터를 다수 나열하여 이루어지는 편광 빔 스플리터 어레이(PBSA: Polarization Beam Splitter Array)에 의해 구성될 수 있고, 편광 빔 스플리터 어레이는 편광 분리막과 위상차판(1/2λ)을 구비할 수 있다. 편광 빔 스플리터 어레이의 각 편광 분리막은 플라이 아이 렌즈(310)로부터의 빛 중 예를 들어 P 편광을 통과시키고, S 편광을 90°광로 변경할 수 있다. 광로 변경된 S 편광은 인접한 편광 분리막으로 반사되어 그대로 출사되고 편광 분리막을 투과한 P 편광은 전방측(광출사측)에 설치되어 있는 위상차판에 의해 S 편광으로 변환되어 출사된다. 즉, 일 예에 따라 플라이 아이 렌즈(310)로부터의 빛은 S 편광으로 편광될 수 있다.

이에 따라, 조명계(300)는 상기 편광 빔 스플리터 어레이로부터 출사된 빛을 반사형 디스플레이 패널(350)로 투과하고, 반사형 디스플레이 패널(350)에 의해 형성된 이미지를 갖는 빛을 입사시켜 투사 렌즈부(400)로 반사시키기 위한 편광 빔 스플리터 큐브(360)를 더 포함할 수 있다.

한편, 반사형 디스플레이 패널 중 디엠디(DMD)의 경우에는 편광을 사용하지 않으므로 편광 빔 스플리터 어레이는 사용되지 않으며, 플라이 아이 어레이만을 포함할 수 있다. 그리고 빔 스플리터 큐브(360)는 빔의 경로를 각도에 따라 분리해 주는 내부 전반사 프리즘(Total Internal Reflection Prism)으로 대체 될 수 있다.

투사 렌즈부(400)는 상기 조명계(300) 구체적으로, 편광 빔 스플리터 큐브(360)로부터 입사된 이미지를 외부 스크린 따위에 확대 투사할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 실시예는 조명계(300)가 반사형 디스플레이 패널을 이용한 이미지 변환 장치를 이용한 경우를 기준으로 한 것이나 본 발명의 범위를 이에 한하고자 하는 것은 아니며, 투과형 디스플레이 패널이나, 디엘피 디스플레이 패널을 이용한 경우에도 적용가능함은 물론이며, 서로 다른 색을 광원으로 하는 광원 장치 및 이를 포함하는 영상투사장치이면 본 발명이 적용될 수 있다.

영상투사장치의 제어방법

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상투사장치의 제어방법을 단계별 흐름도로 나타낸 도면이다.

도 11에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상투사장치의 제어방법은, 감지부(미도시)가 제1 광원 모듈(110)의 온도를 감지하는 단계(S10), 제어부(미도시)가 상기 감지된 온도를 근거로 상기 제1 광원 모듈(110)의 광량 부족을 판단하는 단계(S20), 상기 제1 광원 모듈(110)의 광량 부족에 따라 적색 광의 듀티비를 증가하는 단계(S100), 녹색 광의 듀티비를 감소시키는 단계(S210), 및 제1 및 제2 여기 광이 녹색 광을 발광하는 형광체층을 포함한 형광체 기판(121)에 조사하도록 제1 및 제2 여기 광원을 구동시키는 단계(S220)를 포함할 수 있다.

각 단계에 대한 설명은 전술한 내용과 중복되므로, 그에 갈음하고 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

110, 120, 130: 광원 장치 110: 제1 광원 모듈
120: 제2 광원 모듈 120a: 제1 여기 광원
120b: 제 여기 광원 121: 형광체 기판
130: 제3 광원 모듈 200: 색상 조합부
210: 적색 이색성 거울 220: 청색 이색성 거울
300: 조명계 310: 플라이 아이 어레이
320: 편광 변환 장치 350: 반사형 디스플레이 패널
360: 편광 빔 스플리터 큐브 400: 투사 렌즈부

Claims (12)

1. 삭제
2. 적어도 세 개 색의 광을 조사하는 광원 장치; 및
   상기 광원 장치로부터 입사되는 광을 이용하여 이미지를 형성하는 이미지 변환 장치;
   를 포함하되, 상기 광원 장치는, 적색 광을 조사하는 제1 광원 모듈을 포함하고, 상기 이미지 변환 장치는 단판식 디스플레이 패널을 이용하는 영상투사장치에 있어서,
   상기 이미지 변환 장치에 교번하여 입사되는 상기 적어도 세 개 색의 듀티비를 제어하는 제어부;
   를 더 포함하되,
   상기 제어부는, 상기 제1 광원 모듈의 광량 부족에 따라 상기 적색 광의 듀티비를 증가시키는 것을 특징으로 하고,
   상기 광원 장치는, 녹색 광을 조사하는 제2 광원 모듈을 더 포함하되,
   상기 제2 광원 모듈은, 상기 적색 광의 듀티비 증가에 따른 녹색 광의 듀티비 감소를 보강하기 위해
   여기 광의 파장을 변환하여 녹색의 광을 발광하는 형광체층을 포함한 형광체 기판;
   상기 형광체 기판으로 제1 여기 광(exitation light)을 조사하는 제1 여기 광원; 및
   상기 형광체 기판으로 제2 여기 광을 조사하는 제2 여기 광원;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상투사장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 여기 광원은, 상기 형광체 기판의 일 면에 위치하여 상기 형광체 기판으로 상기 제1 여기 광을 조사하고,
   상기 제2 여기 광원은, 상기 형광체 기판의 타 면에 위치하여 상기 형광체 기판으로 제2 여기 광을 조사하는 것을 특징으로 하는 영상투사장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1 여기 광원은 청색 발광 다이오드이고,
   상기 제2 여기 광원은 청색 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 영상투사장치.
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 광원 장치는,
   상기 제2 여기 광원의 광 경로 상에 배치된 청색 이색성 거울;
   을 더 포함하되,
   상기 청색 이색성 거울은, 상기 제2 여기 광원으로부터 발광된 광을 상기 형광체층으로 반사시키는 것을 특징으로 하는 영상투사장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 광원 장치는,
   청색 광을 조사하는 제3 광원 모듈을 더 포함하되,
   상기 청색 이색성 거울은, 상기 제3 광원 모듈로부터 발광된 청색의 광을 상기 광원 장치 외부로 반사시키는 것을 특징으로 하는 영상투사장치.
7. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 광원 모듈의 온도를 감지하는 감지부;
   를 더 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 감지부에 의해 감지된 상기 제1 광원 모듈의 온도를 근거로 상기 제1 광원 모듈의 광량을 판단하는 것을 특징으로 하는 영상투사장치.
8. 제 2 항에 있어서,
   상기 이미지 변환 장치는,
   반사형 디스플레이 패널, 투과형 디스플레이 패널 및 디엘피(DLP: Digital Light Processor) 디스플레이 패널 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 영상투사장치.
9. 제 2 항에 있어서,
   상기 광원장치는
   상기 제1 여기 광원은 상기 형광체 기판의 일 면에 위치하고
   상기 제2 여기 광원은 상기 형광체 기판의 타 면에 위치하는
   것을 특징으로 하는 영상투사장치.
   
10. 삭제
11. 적어도 세 개 색의 광을 조사하는 광원 장치 및 상기 광원 장치로부터 입사되는 광을 이용하여 이미지를 형성하는 이미지 변환 장치를 포함하되, 상기 광원 장치는, 적색 광을 조사하는 제1 광원 모듈을 포함하고, 상기 이미지 변환 장치는 단판식 디스플레이 패널을 이용하는 영상투사장치를 제어하는 방법에 있어서,
    제어부가, 상기 제1 광원 모듈의 광량 부족에 따라 적색 광의 듀티비를 증가하는 단계;
    녹색 광의 듀티비를 감소시키는 단계; 및
    제1 및 제2 여기 광이 녹색의 광을 발광하는 형광체층을 포함한 형광체 기판에 조사하도록 제1 및 제2 여기 광원을 구동시키는 단계;
    를 포함하는 영상투사장치의 제어방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    감지부가, 상기 제1 광원 모듈의 온도를 감지하는 단계; 및
    상기 제어부가, 상기 감지된 온도를 근거로 상기 제1 광원 모듈의 광량 부족을 판단하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상투사장치의 제어방법.

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