KR102061593B1 - 광원유닛과 이를 포함하는 영상투사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광다발을 일방향으로 방출하는 광원, 상기 광다발 중 특정 파장의 특정 편광만 선택적으로 투과시키도록 형성되는 편광부 및 상기 편광부에 의하여 반사되도록 상기 편광의 위상을 지연시키고 상기 편광의 일부의 파장이 변환하며, 상기 편광을 상기 편광부를 향하여 반사하도록 형성되는 반사부를 포함하는 광원유닛을 제공한다.

Description

광원유닛과 이를 포함하는 영상투사장치{LIGHT SOURCE UNIT AND IMAGE PROJECTION APPARATUS}

본 발명은 영상을 출력하는 영상투사장치 및 그의 제어방법에 관한 발명입니다.

정보화시대가 급속히 발전함에 따라 대화면을 구현하는 디스플레이 기기의 중요성이 강조되고 있다. 이러한 대화면을 구현하는 기기의 일 예로서 영상을 확대 투사하는 기능을 갖춘 프로젝터가 있다.

최근에는 프로젝터의 성능이 중요시됨에 따라, 하드웨어 또는 소프트웨어의면에서 새로운 다양한 시도들이 적용되고 있다. 일 예로 레이저 다이오드(LD), 발광 다이오드(LED), 유기 EL(OLED) 및 형광체 등을 광원으로 사용하는 프로젝터를 구현하려는 시도가 있다.

예를 들어, 레이저 다이오드는 양단에 전압을 인가하면 유도 방출(stimulated emission) 및 보강 간섭을 통해 일정한 파장을 갖는 결 맞는(coherent) 빛, 즉, 레이저를 방출하도록 이루어진다. 복수의 레이저 다이오드에 서 각각 방출되는 레이저는 렌즈를 통해 집광되어 고휘도의 광원을 형성한다.

일반적으로 광원유닛은 블루광을 이용하여 여러가지 색을 포함하는 빛을 형성한다. 다만, 상기 블루광을 얻기 위하여, 별도의 블루광 경로가 필요하므로 상기 블루광의 경로를 형성하기 위한 광원유닛 내부의 공간이 필요하게 된다.

이에 본 발명의 기술적 과제는 보다 컴펙트한 광원유닛을 제공하는 것에 있다.

이와 같은 본 발명의 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원유닛은 광원, 편광부, 반사부를 구비한다. 상기 광원은 광다발을 일방향으로 방출한다. 상기 편광부는 상기 광다발 중 특정 파장의 특정 편광만 선택적을 투과시키도록 형성된다. 상기 편광부에 의하여 반사되도록 상기 편광의 위상을 지연시키고 상기 편광의 일부의 파장이 변환하며, 상기 편광을 상기 편광부를 향하여 반사하도록 형성된다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 편광부는 상기 광다발 중 P파 블루광을 통과시키도록 형성된다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 반사부는 상기 편광부에서 방출되는 상기 P파 블루광에서 S파 블루광으로 변환되도록 상기 블루광의 위상으 지연시키도록 형성되는 위상지연층을 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 위상지연층은 상기 블루광의 위상을 λ/4만큼 지연시키도록 형성된다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 반사부는 중심을 축으로 회전하고, 상기 블루광의 파장을 변환시키키는 형광체를 포함하는 형광영역을 구비하는 파장변환휠을 더 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 파장변환휠은 상기 중심으로부터 기설정된 각도로 구획되고, 상기 블루광을 서로 다른 파장으로 변환시키는 서로 다른 형광체를 포함하는 형광영영 및 상기 블루광을 반사시키도록 형성되는 반사영역을 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 파장변환휠은, 빛을 반사하도록 금속재질로 형성되는 원판형의 베이스부, 상기 베이스부의 가장자리를 따라 폐루프를 이루며 형성되며, 상기 블루광의 파장을 변환하기 위하여 적어도 하나의 형광체를 포함하는 형광영역 및 상기 가장자리를 따라 폐루프를 이루며 상기 형광영역과 인접하게 형성되고, 상기 블루광을 반사하는 반사영역을 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 파장변환휠은, 빛을 반사하도록 금속재질로 형성되는 원판형의 베이스부 및 상기 베이스부의 일면상에 형성되고, 기 설정된 폭으로 상기 베이스부의 가장자리를 따라 폐루프를 이루며, 적어도 하나의 형광체가 각각 형성되고 서로 중첩되는 적어도 하나의 형광층을 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 파장변환휠은 열을 방출시키도록 상기 베이스부의 타면으로부터 돌출되어 형성되는 히트싱크를 더 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 파장변환휠은 빛을 반사하도록 금속재질로 형성되는 원판형의 베이스부 및 상기 베이스부의 일면상에 형성되고, 기 설정된 폭으로 상기 베이스부의 가장자리를 따라 폐루프를 이루며 상기 블루광의 파장을 적어도 하나의 파장으로 변환시키도록 형성되는 형광층을 포함하고, 상기 형광층은 상기 블루광의 파장을 변화시키는 적어도 하나의 형광체가 혼합한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 복수의 색으로 형성되는 세그먼트로 구획되고 중심을 기준으로 회전하며, 상기 편광분할필름에서 반사된 광다발이 입사하여, 상기 복수의 색으로 분광되도록 형성되는 컬러휠을 더 포함하고. 상기 컬러휠의 회전속도는 상기 파장변화휠의 회전속도와 동일하도록 구동된다.

이와 같은 본 발명의 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상투사장치는 외관을 형성하는 바디부, 상기 바디부의 내부에 배치되고 적어도 하나의 색을 포함하는 광다발을 방출하는 광원유닛 및 상기 광다발을 이용하여 이미지를 형성하는 이미지 형성부를 포함한다. 상기 광원유닛은 광다발을 일방향으로 방출하는 광원, 상기 광다발 중 특정 파장의 특정 편광만 선택적으로 투과시키도록 형성되는 편광부 및 상기 편광부에 의하여 반사되도록 상기 편광의 위상을 지연시키고 상기 편광의 일부의 파장이 변환하며, 상기 편광을 상기 편광부를 향하여 반사하도록 형성되는 반사부를 포함한다.

이와 같은 본 발명의 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원유닛은 제1 위상을 갖는 블루광의 일부를 반사시키고, 나머지의 파장을 변환시키는 파장변환휠, 상기 파장변환휠에서 방출된 광의 상기 제1 위상을 제2 위상으로 변환하는 위상지연필름 및 상기 제2 위상의 광을 반사시키도록 형성되는 편광분할필름을 포함한다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 광원장치는 상기 제2 위상과 λ/2만큼 차이나는 제3 위상을 갖는 블루광을 상기편광분할필름에 제공하는 광원를 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 블루광을 반사하는 반사영역을 구비하는 편광분할필름 및 위상지연필름 이용하여 블루광의 특정 편광성분을 광원으로 활용하여, 블루광과 블루광을 이용한 복수의 광을 갖는 파장을 실질적으로 동일한 경로를 통하여 형성할 수 있다. 따라서, 블루광의 별도 경로를 형성하기 위한 구조가 불필요하므로, 광원유닛의 구조가 단순해진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 영상투사장치의 동작을 나타내는 개념도.
도 2a 및 도 2b는 각각 도 1의 영상투사장치를 전면 및 후면에서 바라본 사시도들.
도 3은 도 1의 영상투사장치의 분해도.
도 4는 도 3의 광원유닛의 구조를 설명하기 위한 개념도.
도 5는 광의 이동 경로를 설명하기 위한 광원유닛의 부분 개념도.
도 6은 일 실시예에 따른 파장변화휠의 개념도.
도 7은 다른 실시예에 따른 파장변화휠의 개념도.
도 8a 내지 도 8c는 또 다른 실시예에 따른 파장변화휠을 설명하기 위한 개념도.
도 9a 및 도 9b는 또 다른 실시예에 다른 파장변화휠을 설명하기 위한 개념도.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 영상투사장치의 동작을 나타내는 개념도이다.

본 발명의 영상투사장치(100)는 스크린(S)과 초근거리에 배치된 상태에서 상기 스크린(S)에 대화면의 영상을 투사한다.

영상투사장치(100)는 광원에서 발생한 광을 이용하여 영상을 구현하고, 구현된 영상을 투사하는 장치로서, 도시한 바와 같이 영상을 확대 투사하는 프로젝터(projector) 등이 될 수 있다. 이하, 본 발명과 관련된 영상투사장치(100)는 프로젝터를 기준으로 설명한다. 다만, 영상투사장치(100)는 이에 한정되지 않고, 예를 들어 프로젝션 텔레비전 등에 내장되는 투사 장치에도 적용이 가능하다. 이하, 본 명세서에서는 프로젝터를 기준으로 설명한다.

도시에 의하면, 영상투사장치(100)는 스크린(S)의 하단측(또는 상단측)에 인접 배치되며, 이 상태에서 상기 스크린(S)에 대화면의 영상을 결상시키도록 형성된다.

이하, 이러한 동작을 구현할 수 있는 영상투사장치를 예를 들어 설명한다. 도 2a 및 도 2b는 각각 도 1의 영상투사장치(100)를 전면 및 후면에서 바라본 사시도들이다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 영상투사장치(100)가 구현될 수도 있다.

본 도면들을 참조하면, 영상투사장치(100)의 외관은 상부 및 하부 케이스(111, 112)에 의해 형성된다. 상부 및 하부 케이스(111, 112)에 의해 형성된 공간에는 각종 광학부품 및 전자부품들이 내장된다. 상부 및 하부 케이스(111, 112)의 사이에는 적어도 하나의 중간 케이스들이 추가로 배치될 수도 있다.

상부 케이스(111)에는 조작부(113)가 배치될 수 있다. 조작부(113)는 사용자가 촉각적인 느낌을 가지면서 조작하게 되는 방식(tactile manner)이라면 어떤 방식이든 채용될 수 있다.

조작부(113)는 영상투사장치(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력 받는다. 기능적인 면에서, 조작부(113)는 시작, 종료 등과 같은 메뉴 등을 입력하기 위해 사용될 수 있다.

또한 조작부(113)는 영상투사장치(100)에서 투사되는 영상을 줌인(Zoom -In) 또는 줌아웃(Zoom-Out) 동작을 하기 위하여 조작될 수 있다. 조작부(113)는 영상투사장치(100)에서 투사되는 영상의 포커싱(Focusing)을 하기 위하여 조작될 수 있다.

하부 케이스(112)에는 공기 유동부(114), 인터페이스(115), 전원 공급부(116) 등이 배치될 수 있다.

공기 유동부(114)는 복수의 관통공들로 이루어져 영상투사장치(100)의 내부로 공기가 유동될 수 있도록 한다. 이를 통하여 강제 대류를 이용한 영상투사장치(100)의 냉각이 가능하게 된다.

인터페이스(115)는 영상투사장치(100)가 외부 기기와 데이터 교환 등을 할 수 있게 하는 통로가 된다. 상기 인터페이스(115)를 통하여 영상투사장치(100)에서 투사할 영상에 해당하는 영상 데이터는 외부로부터 입력받을 수 있다. 본 도면을 참조하면, 인터페이스(115)는 영상 또는 음성 데이터를 공급 가능한 전자기기, 예를 들어 컴퓨터, 디브디(DVD) 플레이어 등과 전기적으로 연결될 수 있는 연결단자를 포함한다.

전원 공급부(116)는 상기 영상투사장치(100)에 전원을 공급하기 위한 하부 케이스(112)에 장착된다. 상기 전원 공급부(116)는, 예를 들어 교류인 가정용 전원을 공급받아 직류 전원으로 변환하도록 형성될 수 있다. 다만, 전원공급부(116)의 구성은 이에 한정되는 것은 아니며, 충전 가능한 배터리로서 충전 등을 위하여 착탈 가능하게 결합될 수도 있다.

상부 및 하부 케이스(111, 112) 중 어느 하나에는 음향 출력부가 스피커(speaker)의 형태로 구현될 수 있고, 방송신호 수신용 안테나 등이 추가로 배치될 수도 있다.

도시에 의하면, 투사부(117)는 영상을 상부 케이스(111)의 상면에서 외부로 투사하도록 형성된다. 투사부(117)는, 예를 들어 복수의 렌즈들 및 미러가 소정 간격으로 배치된 투사계(140, 또는 투사광학계, 도 3 참조)를 포함한다. 투사부(117)는 조작부(113)의 조작에 의하여 복수의 렌즈들 및 미러의 간격이 조절되게 형성될 수 있다. 이를 통하여 영상투사장치(100)의 줌 또는 포커싱 기능이 구현될 수 있다.

상기 영상투사장치(100)는 빛을 방출하는 광원유닛을 포함한다. 본 발명의 광원유닛은 블루광을 방출하는 광원을 구비하고, 블루광의 전달경로와 블루광과 파장이 다른 복수의 광의 이동경로가 동일하게 형성된다. 이하, 상기 광원유닛의 구체적인 구조를 설명한다.

도 3은 도 1의 영상투사장치의 분해도이고, 도 4는 도 3의 영상투사장치의 광원유닛의 구성을 설명하기 위한 개념도이며, 도 5는 광의 이동경로를 설명하기 위한 광원유닛의 부분 개념도이다.

도 3을 참조하면, 상기 영상투사장치(100)는 상부 케이스(111), 하부 케이스(112), 제어 회로기판(121), 광원유닛(300), 이미지 변환장치(130) 및 투사렌즈(140)를 포함한다.

상기 제어 회로기판(121)은 하부 케이스(112)에 장착될 수 있다. 상기 제어 회로기판(121)은 영상투사장치(100)의 각종 기능을 동작시키기 위한 제어부의 일 예로서 구성될 수 있다.

상기 광원유닛(300)은 상기 하부 케이스(112)에 장착될 수 있다. 상기 광원유닛(300)은 영상투사장치(100)에서 광의 반사나 굴절을 이용하여 물체의 영상을 구현하기 위한 광학부품들의 체계를 의미한다. 상기 광원유닛(300)과 하부 케이스(112) 사이에는 광원유닛(300)이 조립될 수 있는 구조물(미도시)가 추가로 배치될 수 있다.

상기 이미지 변환장치(130)는 상기 광원유닛(300)으로부터 입사되는 광을 이용하여 이미지를 형성하도록 이루어진다. 예를 들어, 이미지 변환장치(130)는 생성된 광을 색변환 또는 색분리하고, 디스플레이 소자를 이용하여 이미지로 변환하는 광학계가 될 수 있다. 상기 이미지 변환장치(130)에서 출력되는 이미지는 투사렌즈(114)를 통하여 스크린에 확대 투사된다.

상기 광원유닛(300)은 전기 에너지에 의한 광다발을 형성하도록 이루어진다. 이하, 본 발명이 실시예에 따른 광원유닛(300)의 구체적인 구조를 설명한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 광원유닛(300)은 광원(301), 제1 집광렌즈(302), 플라잉 아이 렌즈(303), 제2 집광렌즈(304), 편광분할필름(305), 위상지연필름(306), 제3 집광렌즈(307), 파장변화휠(310), 제4 집광렌즈(308) 및 컬러휠(309)를 포함할 수 있다.

상기 광원(301)은 전기에너지를 공급받아 빛 에너지로 변환시키고, 이를 통하여 광다발을 생성하도록 형성된다. 광원(301)은 발광다이오드(LED), 유기발광다이오드(OLDE), 형광체로 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 상기 광원(301)은 복수개의 레이저 다이오드(laser diode, LD)로 이루어질 수 있다. 본 발명의 광원(301)은 여러 개의 고출력 블루 레이저 다이오드를 배열한 LD 어레이로 형성된다.

상기 광원(301)에서 방출된 블루광을 집광 및 균일화 하기 위하여, 상기 블루광을 여러 종류의 렌즈에 통과시킨다. 상기 블루광이 통과하는 렌즈는 제1 집광렌즈(302), 플라이 아이 렌즈(Fly's Eye lens, 303), 제2 집광렌즈(303)을 포함한다.

집광렌즈는 빛을 원하는 방향 및 장소로 집중시키는 역할을 한다. 플라이 아이렌즈는 장방형의 단면형상을 가지는 미소렌즈로 구성되고, 상기 미소렌즈의 긴 측의 방향은 발광부와 초점의 배열방향에 대응된다.

상기 제1 집광렌즈(302), 상기 플라이 아이 렌즈(303) 및 상기 제2 집광렌즈(303)을 통과한 상기 블루광은 편광부에 도달한다. 상기 편광부는 상기 편광분할 필름(305)으로 형성된다. 상기 편광분할 필름(Polarizing Beam splitter Film, PBF, 305)은 특정 파장의 특정 편광 성분만 선택적으로 반사 혹은 투과시키는 광학계장치다.

예를 들어 본원발명의 편광분할 필름(305)은 상기 광다발 중 블루광의 파장영역(약 380nm ~ 약 480nm)의 P파만을 선택적으로 투과시킨다. 또한, 상기 레드광(R), 그린광(G) 및 엘로우광(Y)을 반사하고, 블루광의 S파도 반사한다.

이 경우, 상기 편광분할필름(305)은 파장이 약 420nm 이상 약 470nm 이하인 광의 P파의 투과율이 약 90%이상이고, S파의 투과율이 약 10%인 것이 바람직하다. 또한, 파장이 약 470nm 이상 약 800nm 이하인 광의 투과율이 약 10%이하(반사율이 약 90%이상)로 형성되는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명에서 상기 편광분할필름(305)을 통과하는 광이 최종적으로 제공되는 광이 되므로, 효율성을 향상시키기 위하여 상기 LD어레이에서 방출되는 광은 P파 블루광으로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 편광분할 필름(305)을 통과한 상기 P파 블루광은 반사부에 의하여 반사되어 다시 상기 편광분할 필름(305)에 도달한다. 상기 반사부는 상기 위상지연필름(306), 제3 집광렌즈(307) 및 파장변화휠(310)을 포함할 수 있다. 상기 P파 블루광은 상기 위상지연필름(306), 제3 집광렌즈(307)를 통과하여 상기 파장변화휠(310)에 의하여 반사되고, 상기 제3 집광렌즈(307) 및 상기 위상지연필름(306)을 다시 거쳐서 상기 편광분할 필름(305)에 도달한다.

상기 P파 블루광은 상기 위상지연필름(306)을 통과하면서, 위상이 λ/4만큼 지연되도록 형성되는 λ/4 파장판으로 형성될 수 있다. 상기 위상지연필름(306)은 상기 블루광의 위상 λ/4만큼 지연시킨다.

상기 위상지연필름(306)을 통과한 상기 블루광은 상기 제3 집광렌즈(307)을 관통한다. 상기 제3 집광렌즈(307)에 의하여 집광된 상기 블루광은 상기 파장변화휠(310)에 의하여 반사된다.

상기 파장변화휠(310)은 상기 블루광의 파장을 레드(R), 그린(G), 엘로우(Y)의 파장으로 변화시키는 파장변환물질이 포함되어 있다. 일반적으로 상기 파장변화휠(310)은 상기 광을 반사시키는 물질로 형성되는 판형상이고, 상기 판형상에 수직하고 상기 판형상의 중앙을 관통하는 축을 기준으로 회전하도록 형성된다. 따라서, 상기 회전하는 파장변화휠(310)에 상기 블루광이 입사하여, 상기 파장변화휠(310)로부터 블루광(B), 레드광(R), 그린광(G), 엘로우광(Y)이 반사된다.

상기 파장변화휠(310)은 금속재질로 형성된 반사거울로 이루어진 각각의 RGBY영역으로 형성된다. 본 발명의 다양한 실시예에 따른 상기 파장변화휠(310)의 구조는 이하에서 구체적으로 설명한다.

상기 파장변화휠(310)로부터 반사된 블루광(B), 레드광(R), 그린광(G), 엘로우광(Y)은 상기 제3 집광렌즈(307)에 의하여 집광되고, 상기 위상지연필름(306)에 입사된다.

도 5를 참조하면, 상기 위상지연필름(306)에 의하여 상기 블루광(B), 레드광(R), 그린광(G), 엘로우광(Y)의 위상이 λ/4만큼 지연된다. 다만, 이 경우 상기 위상지연필름(306)에 입사된 각광의 파장은 변환되지 아니한다.

상기 위상지연필름(306)에 의하여 다시 한번 λ/4만큼 지연되고, 이에 따라 상기 블루광(B), 레드광(R), 그린광(G), 엘로우광(Y)은 S파로 편광변환된다. 상기 S파 블루광(B), 레드광(R), 그린광(G), 엘로우광(Y)은 상기 편광분할필름(305)에 도달한다.

상기에서 설명한 바와 같이 상기 편광분할필름(305)은 상기 P파 블루광만 통과하게 하므로, 상기 S파 블루광(B), 레드광(R), 그린광(G), 엘로우광(Y)은 상기 편광분할 필름(305)에 의하여 반사된다.

상기 편광분할 필름(305)은 상기 위상지연필름(306)을 기준으로 기 설정된 각도를 이루면서 기울어지도록 배치된다. 예를 들어, 상기 편광분할필름(305)은 상기 위상지연필름(306)을 기준으로 약 45˚기울어지도록 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 방향(D1)의 반대방향을 따라 상기 편광분할필름(305)으로 입사된 빛은 상기 제1 방향(D1)과 수직한 제2 방향(D2)로 반사될 수 있다.

다만, 상기 광원장치로부터 최종적으로 방출되는 빛의 방향은 상기 제2 방향(d2)에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 편광분할 필름(305)의 각도를 조절하여 상기 광원장치로부터 최종적으로 방출되는 빛의 방향을 조절할 수 있다.

즉, 상기 특정 파장 및 특정 편광성분만을 투과시키는 편광분할 필름과 상기 편광성분을 변환하는 위상지연필름을 이용하여 블루광의 경로를 바꿀 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 광원장치는 광원에서 발생하는 상기 블루광(B)이 상기 파장변화휠(310)로부터 형성된 레드광(R), 그린광(G), 엘로우광(Y)과 동일한 경로로 전달된다. 즉, 상기 블루광(B)과 상기 레드광(R), 그린광(G), 엘로우광(Y)은 동일한 경로로 전달되므로, 블루광(B)이 나머지 파장을 갖는 빛들과 함께 방출되기 위한 별도의 구조가 불필요하다.

이에 따라, 광원장치의 내부 구조물을 단순화하고, 광원장치의 전체적인 부피를 줄일 수 있다.

상기 광원장치는 상기 제2 방향(D2)으로 전달되는 블루광(B), 레드광(R), 그린광(G), 엘로우광(Y)을 집광하는 제4 집광렌즈(308)을 더 포함한다. 상기 제4 집광렌즈(308)에 의하여 집광된 상기 광다발은 상기 컬러휠(309)에 의하여 색분할되고, 상기 광원장치의 외부로 방출된다.

상기 컬러휠(309)는 적어도 상기 블루, 레드, 그린, 엘로우로 분류된 복수의 세그먼트(segment)가 반복적으로 구획되고, 고속으로 회전하도록 형성된다. 상기 컬러휠(309)을 회전시키기 위하여 상기 컬러휠(309)에 장착된 모터(미도시)가 형성될 수 있다.

상기 컬러휠(309)은 소정의 직경을 가지는 디스크 형상으로 형성되고, 상기 제4 집광렌즈(308)로부터 제공되는 광다발은 상기 컬러휠(309)의 색에 의하여 레드, 그린, 블루, 엘로우 중 어느 한 색상의 빛으로 분광된다.

상기 설명한 바와 같이, 반사영역과 형광영역을 포함하는 파장변화휠에 의하여 상기 블루광과 나머지 파장을 갖는 광다발이 동일한 경로로 전달된다. 상기 형광영역에는 상기 블루광의 파장을 변화시키는 다양한 종류의 형광물질이 형성되며, 상기 형광물질은 다양한 구조로 형성된다. 이하, 다양한 실시예에 따른 파장변화휠의 구체적인 구조를 설명한다.

도 6은 일실시예에 따른 파장변화휠의 개념도이다. 도 6에 따른 파장변화휠은 복수의 세그먼트(segment)로 구성되고 회전함으로 인하여 복수의 색을 갖는 빛을 순차적으로 방출하도록 형성된다.

상기 파장변화휠(310)은 원판형으로 형성되고, 상기 원판형의 중앙에 상기 원판형에 수직한 방향으로 연장되는 축을 기준으로 회전하도록 형성된다. 상기 원판형 파장변화휠(310)은 금속성의 디스크(disk)로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 파장변화휠(310)로 입사하는 상기 블루광은 상기 파장변화휠(310) 금속성의 디스크에 의하여 반대방향을 향하여 반사된다.

상기 반사영역(311)은 알루미늄(Al) 반사층을 포함할 수 있다. 상기 반사영역(311)은 상기 파장변화휠(310)로 전달되는 블루광을 반사하도록 형성된다. 상기 블루광이 상기 반사영역(311)에 의하여 반사되는 동안 상기 블루광의 파장 및 위상은 변하지 아니한다. 즉, 상기 반사영역(311)에 의하여 상기 블루광은 이동 경로만 변화하게 된다.

상기 반사영역(3110)은 상기 파장변화휠(310)의 중앙으로부터 연장되는 원판형 디스크의 중심부와 일체로 형성될 수 있다. 즉, 상기 디스크 전체는 알루미늄 재질로 형성될 수 있다.

상기 반사영역(311) 및 상기 형광영역(312)은 파장변화휠(310)의 외주로부터 중심방향으로 기 설정된 너비로 형성된다. 상기 기 설정된 너비는 상기 광원유닛 내에서 상기 블루광이 상기 파장변화휠(310)에 도달한 가능성이 있는 영역(BA)을 포함하도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 반사영역(3110)과 상기 형광영역(312)가 구획되는 각각의 크기는 각각의 파장으로 변환시키는 형광체의 색좌표에 의하여 결정될 수 있다. 즉, 상기 세그먼트(segment)의 각도는 상기 형광체의 색좌표와 밝기에 따라 상기 블루광이 도달하는 시간을 계산한 값에 의한다.

상기 형광영역(312)은 상기 블루광의 파장을 서로 다른 파장으로 변화시키는 서로 다른 색상의 형광물질이 형성되는 복수의 영역으로 구획될 수 있다. 예를 들어, 상기 형광영역(312)는 레드영역(312R), 그린영역(312G) 및 엘로우영역(312Y)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 반사영역(311)이 형성되는 각도는 약 29˚, 레드영역(312R)이 형성되는 각도는 약 63˚, 그린영역(G)이 형성되는 각도는 약 52˚, 엘로우영역(312Y)가 형성되는 각도는 약36 ˚로 설정될 수 있다.

상기 파장변화휠(310)의 시간에 따른 흐름에 따라 다양한 색이 방출되기 위하여 상기 그린영역(312G), 레드영역(312R) 및 엘로우영역(312Y)은 순차적으로 배열되는 것이 바람직하다. 상기 파장변화휠(310)이 회전하는 동안 상기 블루광은 상기 그린영역(312G), 레드영역(312R) 및 엘로우영역(312Y) 및 반사영역(311) 중 어느 하나의 영역으로 입사하게 되고, 블루광, 그린광, 레드광 및 엘로우광 중 어느 하나의 광이 형성된다.

다만, 상기 파장변화휠(310)의 회전하는 속도에 의하여 상기 복수의 색을 갖는 각각의 빛이 혼합되어 화이트광으로 방출될 수 있다. 상기 화이트 광으로 방출된 광다발은 상기 제4 집광렌즈(308)및 상기 컬러휠(309)을 통과하면서 각 색이 구현되어 방출되게 된다.

상기 컬러휠(309)은 상기 파장변화휠(310)의 반사영역(311), 그린영역(312G), 레드영역(312R) 및 엘로우영역(312Y)와 대응되도록 블루(B), 그린(G), 레드(R) 및 엘로우(Y) 세그먼트가 형성될 수 있다. 또한, 상기 파장변화휠(310)의 회전속도와 상기 컬러휠(309)의 회전속도가 실질적으로 동일하도록 구동될 수 있다. 상기 파장변화휠(310)과 상기 컬러휠(309)에 의하여 상기 광이 영상 또는 이미지를 형성하는 경우 발생하는 스페클(speckle)현상을 방지할 수 있다.

상기 그린영역(312G), 레드영역(312R) 및 엘로우영역(312Y)에 는 각각의 형광물질이 도포될 수 있다. 즉, 상기 파장변화휠(310)은 상기 금속성의 디스크의 일면 상에 미러층이 형성된다. 실리콘과 같은 유기 바인더(binder)에 혼합된 파우더 형태의 형광체가 상기 미러층 상에 도포되어 각 형광영역(312)이 형성될 수 있다.

상기 실리콘 수지 외의 다른 폴리머(polymer) 또는 유리 분말이 사용될 수 있다.

상기 엘로우 파장변환물질로는 (Y1-x-yGdxCey)3Al5O12, (Y1-xCex)3Al5O12, (Y1-xCex)3(Al1-yGay)5O12, (Y1-x-yGdxCey)3(Al1-zGaz)5O12과 같은 YAG계 형광체 와 (Y1-x-yLuxCey)3Al5O12 과 같은 LuAG계 형광체, (Sr,Ca,Ba,Mg)2SiO4:Eu 과 같은 Silicate계 또한 (Ca,Sr)Si2N2O2:Eu 과 같은 산질화물 형광체 또한 가능 하다.

그린 파장변환물질로는 Y3(Al,Ga)5O12:Ce, CaSc2O4:Ce, Ca3(Sc,Mg)2Si3O12:Ce, (Sr,Ba)2SiO4:Eu,(Si,Al)6(O,N)8:Eu (β sialon), (Ba,Sr)3Si6O12N2:Eu, SrGa2S4:Eu, BaMgAl10O17:Eu,Mn 이 바람직하다. 더 바람직 하게는 (Y1-x-yLuxCey)3Al5O12 과 같은 LuAG계 형광체가 사용될 수 있다.

레드 파장변환물질로는 (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:Eu가 사용가능하다.

다만, 상기 파장변환물질은 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 형광체 물질이 사용될 수 있다. 상기 파장변환물질에 의하여 각 파장대역을 반사한다.

한편, 상기 형광영역(312)은 혼합된 실리콘 수지 대신 광세라믹(Optoceramic) 형태로 형성될 수 있다. 광세라믹은 벌크(bulk)형태의 형광막으로 상기 미러층에 직접적으로 접착할 수 있다. 상기 광세라믹 물질은 형광체에 의하여 파장이 변화된 광의 특정 파장 대역을 흡수 또는 반사(또는 투과)하는 무기 또는 유기 안료가 혼합된 것이다.

상기 광세라믹은 세라믹 재질로서 그 자체로 휠(wheel)에 직접본딩하므로 제작이 간편하고, 유기물인 실리콘 수지에 비하여 상대적으로 열적안정성이 향상될 수 있다.

광세라믹(Optoceramic)물질은 기본적으로 (Y1-x-yGdxCey)3Al5O12, (Y1-xCex)3Al5O12, (Y1-xCex)3(Al1-yGay)5O12, (Y1-x-yGdxCey)3(Al1-zGaz)5O12 과 같은 YAG 계 와 (Y1-x-yLuxCey)3Al5O12 과 같은 LuAG계 Y3(Al,Ga)5O12:Ce,(Si,Al)6(O,N)8:Eu (β sialon) 으로 가능하다.

상기 광세라믹 물질은 제공되는 몰드이 형태에 따라 부채꼴 형태, 디스크(Disc)형태와 같이 다양한 형태로 제작될 수 있으며, 그 두게는 0.2t까지 가공이 가능하다.

도 7는 다른 실시예에 따른 파장변화휠을 도시한 개념도들이다.

도 7를 참조하면, 상기 파장변화휠(320)은 동시다발적으로 복수의 색을 갖는 빛을 반사하도록 형성된다. 상기 파장변화휠(320)은 각각 폐루프를 이루는 링형상의 반사영역(321) 및 형광영역(322)을 포함한다. 본 실시예에 따르는 파장변화휠(320)은 상기 반사영역(321)과 상기 형광영역(322)의 형상 및 배치구조를 제외하고, 도 6의 파장변화휠(310)과 실질적으로 동일한 특징을 포함한다. 따라서, 중복되는 설명은 도 6의 설명으로 갈음한다.

상기 파장변화휠(320)은 판형상으로 형성되고, 반사영역(321)과 레드영역(322R), 그린영역(322G) 및 엘로우영역(322Y)를 포함하는 형광영역을 포함한다. 상기 반사영역(321)과 상기 형광영역(322)은 상기 판형상의 외주로부터 상기 판형상의 중심을 향하여 기 설정된 너비로 형성되며, 이는 상기 블루광이 도달하는 영역(BA)을 포함하도록 설정되는 것이 바람직하다.

상기 레드영역(322R)은 상기 판형상의 외주를 따라 형성되며, 폐곡선을 이루도록 형성된다. 상기 레드영역(322R)는 기 설정된 너비로 형성된다. 상기 레드영역(322R)의 내주면을 따라 그린영역(322G)이 폐루프형상으로 형성된다. 이와 마찬가지로 반사영역(321)과 엘로우영역(322Y)가 폐루프형상을 이루며 형성된다. 예를 들어, 상기 각 영역은 링(Ring) 또는 밴드(Band)형상으로 형성될 수 있다.

상기 각 영역의 너비는 실질적으로 동일하게 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 블루광이 도달하는 영역(BA), 판형상의 원주 등에 따라 다르게 형성될 수 있다.

상기 레드영역(322R)에서부터 상기 엘로우영역(322Y)에 동시에 상기 블루광이 입사할 수 있다. 따라서, 상기 블루광이 상기 파장변환휠(320)에 도달하면, 블루광, 그린광, 레드광, 엘로우광이 동시다발적으로 반사되어 화이트광이 방출될 수 있다.

본 실시예에 따른 파장변환휠(320)이 회전하는 동안, 여러 색을 갖는 여러종류의 광이 한번에 방출되므로, 광다발 방출의 효율이 향상될 수 있다.

도 8a 내지 도 8c는 또 다른 실시예에 따른 파장변환휠(330)을 설명하기 위한 개념도들이다. 도 8a는 파장변환휠(330)의 개념도이고, 도 8b는 도 8a의 파장변환휠(330)울 B-B따라 절단한 부분단면도이다. 본 실시예에 다른 파장변환휠(330)은 상기 블루광이 입사하는 방향으로 반사층(331)과 형광층(332)이 중첩되도록 형성되어, 상기 블루광은 각 층에 반사되어 서로다른 색을 갖는 빛이 반사된다.

즉, 도 8b에서 도시된 바와 같이, 빛을 반사하는 반사층(331) 상에 레드형광층(332R)가 형성되고, 상기 레드형광층(332R)에 그린형광층(332G)가 형성되며, 상기 그린형광층(332G) 상에 엘로우형광층(332Y)이 형성된다. 상기 반사층(331) 및 상기 형광층(332)은 상기 판형상의 외주를 따라 폐루프를 이루며 형성될 수 있다. 또한, 상기 반사층(331) 및 상기 형광층(332)은 블루광이 입사하는 영역(BA)을 포함하도록 기 설정된 너비를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 블루광이 상기 파장변환휠(330)에 입사하여 상기 엘로우형광층(332Y)에 상기 엘로우형광층(332Y)에 포함되는 형광체에 의하여 파장이 변환된 엘로우광이 상기 파장변화휠(330)의 외부로 반사된다. 상기 그린형광층(332G), 레드형광층(332R)도 마찬가지로 상기 블루광의 파장을 변환한 후 반사시킨다. 또한, 상기 형광층(332)에 의하여 파장이 변환되지 아니한 블루광은 상기 반사층(331)에 의하여 반사된다. 이에 따라서, 상기 파장변환휠(330)에 블루광이 입사한 영역(BA)에서 상기 블루광, 그린광, 레드광 및 엘로우광이 방출되어, 화이트광으로 제공될 수 있다. 따라서 빛의 방출효율을 향상시킬 수 있다.

도 8c는 히트싱크가 장착된 파장변환휠을 설명하기 위한 개념도이다. 도 8c를 참조하면, 히트싱크(333)이 상기 반사층(331)의 후면에 배치된다. 상기 히트싱크부(333)는 금속재질로 형성될 수 있다.

한편, 상기 히트싱크부(333)는 상기 반사층(331)과 동일재질로 형성되고, 상기 반사층(331)과 상기 히트싱크부(333)가 일체로 형성될 수 있다.

즉, 상기 반사층(331)의 일면에는 상기 형광층(332)이 형성되고, 상기 반사층(331)의 타면에는 열을 방출하기 위하여 적어도 하나의 돌출부를 구비하는 히트싱크부(333)가 형성될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 파장변환휠의 일면이 금속재질로 형성되므로 별도 제작 단계 없이 상기 히트싱크부를 형성할 수 있으므로 제조방법이 단순해질 수 있다.

도 9a 및 도 9c는 또 다른 실시예에 따른 파장변환휠을 설명하기 위한 개념도들이다. 도 9a는 파장변환휠의 개념도이고, 도 9b는 도 9a의 파장변환휠의 C-C를 따라 절단한 단면도이다.

본 실시예에 따른 파장변환휠(340)은 반사층(341)과 형광층(342)을 구비한다. 상기 형광층(342)은 적어도 하나의 형광체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 형광층(342)은 레드형광체(342R), 그린형광체(342G) 및 엘로우형광체(342Y)를 포함할 수 있다.

즉, 하나의 층에 반사층(341) 및 상기 형광층(342)가 혼합되도록 형성된다. 상기 각 형광체에 상기 블루광이 입사하면, 상기 블루광의 파장이 변환되어 반사된다.

본 발명의 광원유닛은 영상투사장치뿐만 아니라 조명장치에 장착될 수 있다. 예를 들어, 시간의 흐름에 따라 실질적으로 색이 동일한 화이트광을 방출하는 조명장치에 장착되는 경우 상기 컬러휠의 구성이 생략될 수 있다. 상기 광원유닛을 장착하여, 좁은 공간에 장착되면서 발광효율성이 향상되는 조명을 구현할 수 있다.

상기와 같이 설명된 광원유닛 및 이를 포함하는 영상투사장치와 조명장치 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (14)

1. 광다발을 일방향으로 방출하는 광원;
   상기 광다발 중 특정 파장의 특정 편광을 선택적으로 투과시키도록 형성되는 편광부; 및
   상기 편광부에 의하여 반사되도록 상기 편광의 위상을 지연시키고 상기 편광의 일부의 파장이 변환하며, 상기 편광을 상기 편광부를 향하여 반사하도록 형성되는 반사부를 포함하고,
   상기 편광부는 상기 광다발 중 P파 블루광을 통과시키도록 형성되는 편광분할필름으로 형성되며,
   상기 반사부는, 상기 편광부에서 방출되는 상기 P파 블루광에서 S파 블루광으로 변환되도록 상기 블루광의 위상을 지연시키도록 형성되는 위상지연층; 및
   중심축을 기준으로 회전하는 파장변환휠을 포함하며,
   상기 파장변환휠은,
   빛을 반사하도록 금속재질로 형성되는 원판형의 베이스부;
   상기 베이스부의 가장자리를 따라 폐루프를 형성되며, 상기 블루광의 파장을 변환하기 위하여 적어도 하나의 형광체를 포함하는 형광영역; 및
   상기 가장자리를 따라 폐루프를 이루며 상기 형광영역과 인접하게 형성되고, 상기 블루광을 반사하는 반사영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원유닛.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 형광영역은, 상기 중심으로부터 기설정된 각도로 구획되고, 상기 블루광을 서로 다른 파장으로 변환시키는 서로 다른 형광체를 포함하며,
   상기 반사영역은, 상기 블루광을 반사시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광원유닛.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제5항에 있어서,
   상기 파장변환휠은, 상기 베이스부의 일면상에 형성되고, 기 설정된 폭으로 상기 베이스부의 가장자리를 따라 폐루프를 이루며, 적어도 하나의 형광체가 각각 형성되고 서로 중첩되는 적어도 하나의 형광층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원유닛.
9. 삭제
10. 제8항에 있어서,
    상기 형광층은 상기 블루광의 파장을 변화시키는 적어도 하나의 형광체가 혼합된 것을 특징으로 하는 광원유닛.
11. 제5항에 있어서,
    복수의 색으로 형성되는 세그먼트로 구획되고 중심을 기준으로 회전하며, 상기 편광분할필름에서 반사된 광다발이 입사하여, 상기 복수의 색으로 분광되도록 형성되는 컬러휠을 더 포함하고.
    상기 컬러휠의 회전속도는 상기 파장변환휠의 회전속도와 동일하도록 구동되는 것을 특징으로 하는 광원유닛.
12. 외관을 형성하는 바디부;
    상기 바디부의 내부에 배치되고 적어도 하나의 색을 포함하는 광다발을 방출하는 광원유닛; 및
    상기 광다발을 이용하여 이미지를 형성하는 이미지 형성부를 포함하고,
    상기 광원유닛은,
    광다발을 일방향으로 방출하는 광원;
    상기 광다발 중 특정 파장의 특정 편광만 선택적으로 투과시키도록 형성되는 편광부; 및
    상기 편광부에 의하여 반사되도록 상기 편광의 위상을 지연시키고 상기 편광의 일부의 파장이 변환하며, 상기 편광을 상기 편광부를 향하여 반사하도록 형성되는 반사부를 포함하며,
    상기 편광부는 상기 광다발 중 P파 블루광을 통과시키도록 형성되는 편광분할필름으로 형성되며,
    상기 반사부는,
    상기 편광부에서 방출되는 상기 P파 블루광에서 S파 블루광으로 변환되도록 상기 블루광의 위상을 지연시키도록 형성되는 위상지연층; 및
    중심축을 기준으로 회전하는 파장변환휠을 포함하며,
    상기 파장변환휠은,
    빛을 반사하도록 금속재질로 형성되는 원판형의 베이스부;
    상기 베이스부의 가장자리를 따라 폐루프를 형성되며, 상기 블루광의 파장을 변환하기 위하여 적어도 하나의 형광체를 포함하는 형광영역; 및
    상기 가장자리를 따라 폐루프를 이루며 상기 형광영역과 인접하게 형성되고, 상기 블루광을 반사하는 반사영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상투사장치.
13. 삭제
14. 삭제

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