KR20030048562A - 영상 투사 장치 - Google Patents

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Abstract

광량증진을 위한 영상 투사 장치가 개시된다. 광원은 백색광을 방출한다. 광증진부는 백색광 중 특정 파장을 갖는 광의 광량을 증진하여 출력한다. 특히 광증진부는 가시광선 대역의 파장은 투과시키고, 상기 가시광선 대역 외의 파장을 흡수하여 상기 특정 파장을 갖는 광으로 변환하는 형광체로 이루어진다. 또한 광증진부는 외부로부터 특정 파장과 동일한 값을 갖는 파장을 입력받아 특정 파장을 증폭시킨다. 이로 인해 특정 파장에 대한 단색광의 광량은 증진되어 광이용 효율은 향상된다. 또한 광량증진부는 특정 파장의 중심파장을 소정 범위내에서 이동시킴으로써 광의 색순도는 개선된다.

Description

영상 투사 장치 {Apparatus for projection image}
본 발명은 영상 투사 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 형광체를 사용하여 광량을 증진하는 영상 투사 장치에 관한 것이다.
프로젝터(projector), 프로젝션 시스템(Projection System) 등은 광원으로부터 입력받은 광선을 영상신호로 변환하여 스크린상에 화상으로 투사하는 디스플레이 장치이다. 이러한 디스플레이 장치에 이용되는 빛은 전기장과 자기장이 진동하는 라디오 파, 마이크로 파와 같은 전자기파의 일종이다.
전자기파는 자외선(Ultraviolet ray), 가시광선(visible ray), 적외선 뿐만 아니라 라디오 또는 TV에서 신호를 전달하는 전파, X선도 포함한다. 이러한 전자기파는 전자기파의 진동수 또는 파장에 따라 구분된다.
광학에서 주로 이용되는 광선은 가시광선이며, 일부의 자외선과 적외선, X-선을 이용하기도 한다. 자외선은 10nm ∼ 400nm 범위의 파장을 갖는다. 적외선은 가시광선보다 긴 파장을 가지며, 0.7um ∼ 1mm의 범위를 갖는다. 파장이 짧은 경우에는 입자의 성격이 나타나므로 광자에너지로 표현하고, 파장이 긴 경우에는 파동의 성격이 주로 나타나기 때문에 진동수로 표현한다. 가시광선 대역의 빛은 이 두 가지 성격이 같이 나타난다.
가시광선은 인간의 눈으로 감지 가능한 파장으로 400nm(violet) ∼ 700nm(red)의 범위를 갖는다. 가시광선은 파장에 따라 색이 구분된다. 단색광인 경우 610nm∼700nm는 빨강, 590nm∼610nm는 주황, 570nm∼590nm는 노랑, 500nm∼570nm는 초록, 450nm∼500nm는 파랑, 400nm∼450nm는 보라로 보인다.
어떤 종류의 물질에 자외선, X선 또는 전자선 등을 쪼였을 때 각각 특정 빛을 내는 것을 루미네선스(Luminescence)라 하며 그 종류에는 형광(Fluorescence)과 인광(Phosphorescene)이 있다. 특히 물질이 가열되지 않은 상태에서 외부자극을 받아 여러 빛깔의 광선 즉, 가시광선을 내는 경우를 형광이라 하며, 이러한 물질을 형광물질이라 한다. 형광물질은 눈에 보이지 않는 자외선을 쐬면 눈에 보이는 빛을 낸다. 형광물질의 원자나 분자 등은 빛의 일부인 자외선·방사선 등을 흡수하여 들뜬 상태가 되며 높은 상태의 에너지를 생성한다. 그러나 들뜬 상태로 있는 시간은 극히 짧은 시간이며 원자나 분자는 다시 본래의 바닥상태로 돌아간다. 이때 흡수한 자외선의 에너지 및 생성된 에너지의 차이를 빛, 즉, 가시광선으로 방출한다. 이러한 형광물질은 형광등, 네온사인, 야광도료, 브라운관 등에 응용된다.
예를 들면, 형광등은 형광물질과 전기를 이용해 빛을 낸다. 전기장이 두 전극사이의 방전에 의해 발생된 전자와 수은증기를 자극하면 자외선이 발생한다. 이 자외선은 형광물질을 통과하면서 눈에 보이는 가시광선으로 바뀌며, 이로 인해 형광등은 빛을 발생하게 된다.
도 1은 종래의 칼라휠을 이용한 투사형 영상 장치의 기본적인 구성을 나타낸 도면, 도 2는 종래의 광원에서 방출된 백색광의 스펙트럼 에너지 분포를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 칼라휠을 이용한 투사형 영상 장치(100)는 광원(110), 칼라휠(120), DMD(Digital Micromirro Device) 패널(130) 및 투사렌즈부(140)를 갖는다. 도 1에서 백색광의 광경로는 일점쇄선으로 나타낸다. 광원(110)은 아크 램프(Arc lamp), 또는 레이저 등이 이용되며 백색광을 방출한다.칼라휠(120)은 회전수단에 의해 회전하며(화살표 방향으로 도시됨), R(red)·G(green)·B(blue) 영역으로 구분되어 있다. 광원(110)에서 방출된 백색광은 칼라휠(120)의 R·G·B 영역에 의해 R·G·B 빔으로 구분된다. DMD 패널(130)은 다수의 마이크로미러(130a)로 이루어져 있다. 파장별로 구분된 R·G·B 빔은 DMD 패널(130)로 투과되어 마이크로미러(130a)에서 반사된다. 반사된 각각의 R·G·B 빔은 투사렌즈부(140)를 투과하여 스크린(screen)에 영상을 구현한다.
종래의 투사형 영상 장치(100)와 같은 광학계에서 사용되는 광원(110)은 대개 R·G·B 빔을 포함하는 백색광을 사용한다. 도 2를 참조하면 가로축은 파장, 세로축은 스펙트럼 분포를 나타내며, 백색광은 가시광선(R·G·B 빔) 및 자외선(UV)을 포함한다. 이 중 가시광선은 영상 구현에 이용되는 반면 자외선은 영상 구현에 이용되지 않고 소멸된다. 이에 반해, R·G·B를 포함하는 가시광선에서 R 빔 및 B 빔, 특히 R 빔은 G 빔에 비해 광량이 부족하다.
이러한 종래의 투사형 영상 장치는 R 빔의 광량이 절대적으로 부족함으로써 스크린에 구현되는 영상의 색순도 및 휘도가 떨어지는 문제점이 있다. 또한 백색광에 포함된 자외선이 소멸됨으로써 자외선에 포함되어 있는 여분의 R 빔도 소멸하게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광원에서 방출되는 가시광선 이외의 광을 형광함으로써 백색광의 광량을 증진시키는 영상 투사 장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 칼라휠을 이용한 투사형 영상 장치의 기본적인 구성을 나타낸 도면,
도 2는 종래의 광원에서 방출된 백색광의 스펙트럼 에너지 분포를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 영상 투사 장치의 실시예에 대한 기본적인 구성을 도시한 블럭도,
도 4는 본 발명에 따른 광량증진부를 투과한 백색광의 스펙트럼 에너지 분포를 도시한 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
300 : 영상 투사 장치 310 : 광원
320 : 광량증진부330 : 광분리부
340 : 면광원화부342 : 라이트 튜브
350 : DMD 패널360 : 투사렌즈
상기의 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명에 따른 영상 투사 장치는, 백색광을 방출하는 광원; 상기 백색광 중 특정 파장을 갖는 광의 광량을 증진하여 출력하는 광량증진부; 상기 광량증진부로부터 상기 백색광을 입력받아 복수의 단색광으로 분리하는 광분리부; 및 상기 단색광을 소정의 각도로 반사시키는 디지털 마이크로미러(Digital Micromirror Device : DMD) 패널;을 포함한다.
보다 상세하게는, 상기 광량증진부는 가시광선 대역의 파장은 투과시키고, 상기 가시광선 대역 외의 파장을 흡수하여 상기 특정 파장을 갖는 광으로 변환하는 형광체이다. 또한, 상기 광량증진부는 상기 특정 파장의 중심파장을 소정 범위내에서 이동시킨다.
상기 광분리부는 적·녹·청색 영역으로 분리된 회전가능한 휠(Wheel)이며, 상기 백색광을 복수의 단색광으로 분리한다. 또한 본 발명에 따른 영상 투사 장치는 상기 광분리부로부터 입력받은 상기 단색광을 균일하게 면광원화하는 면광원화부;를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 가시광선 대역의 파장을 갖는 광의 광량 특히 R 또는 B 대역의 광량을 증진시켜 광이용 효율을 향상시키는 것이 가능하다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 영상 투사 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 영상 투사 장치의 실시예에 대한 기본적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 영상 투사 장치(300)는 광원(310), 광량증진부(320), 광분리부(330), 면광원화부(340) 및 DMD 패널(350)을 갖는다. 광원(310)은 백색광 또는 레이저를 방출한다. 광원(310)에는 레이저(laser), 아크 램프(Arc lamp), 메탈할라이드 램프(Metal Halide Lamp), 할로겐 램프(Halogen Lamp) 및 크세논 램프(Xenon lamp) 등이 이용된다.
광량증진부(320)는 방출된 백색광 중 특정 파장을 갖는 광의 광량을 증진하여 출력한다. 보다 상세하게 설명하면, 광량증진부(320)는 백색광 중 가시광선 대역의 파장은 투과시키며, 가시광선 대역 외의 파장은 흡수한다. 가시광선 대역 외의 파장에는 자외선, X선 등이 있다. 흡수된 파장은 광량증진부(320)에서 가시광선 대역 내의 특정 파장으로 변한다. 특정 파장은 가시광선 대역에 합쳐지며, 이로 인해 특정 파장에 대한 광량은 증진된다.
광량증진부(320)는 광량증진을 위해 형광체를 사용하며, 형광체에는 형광물질이 도포되어 있다. 형광물질은 단파장을 갖는 빛 특히, 자외선 또는 X선을 흡수하여 가시광선을 방출하도록 하는 물질을 말한다. 이 때 형광체는 광선의 자극 복사(Stimulation of radiation)에 의해 가시광선을 방출한다. 또한, 형광체는 아미노산(Amino Acid), 아크리딘(Acridine), 시아닌 다이(Cyanine Dye) 등 다양한 종류의 형광물질을 사용할 수 있다. 형광물질의 종류에 따라 서로 다른 파장을 갖는 가시광선의 생성이 가능하다. 이는 형광체를 변경함에 따라 다양한 발광색을 생성할 수 있음을 말한다.
이와 더불어 광량증진부(320)는 하나 이상의 형광체를 구비할 수 있다. 이때 각각의 형광체에 도포되는 형광물질의 특성을 다르게 함으로써 서로 다른 파장을 갖는 광의 광량을 증진할 수 있다.
또한, 형광체에 흡수된 자외선이 광량증진이 필요한 R 대역내의 파장으로 변하는 경우, 광량증진된 R 대역의 중심 파장은 R의 색감이 더 좋은 쪽으로 이동가능하다. 이 때 중심파장은 R 대역이 갖는 파장의 범위내에서 이동하며, 이동범위는 610nm∼700nm이다.
상술한 실시예에서는 형광물질이 도포된 형광체로 구성된 광량증진부에 대해 설명하였다. 반면 본 발명에 따른 광량증진부(320)는 선택부(미도시) 및 증진부(미도시)를 가질수 있다. 선택부는 입사된 백색광으로부터 광량증진이 필요한 광의 파장 대역을 추출하여, 파장 대역의 중심파장을 선택한다. 증진부는 선택된 중심파장과 동일한 파장을 외부로부터 공급받거나, 또는, 자체적으로 파장을 생성하여 중심파장의 파장을 증폭시킨다. 이러한 방식으로 파장을 증폭시키는 경우 광량증진부(320)는 간단한 구성을 갖는다. 즉, 선택부에서 선택된 파장과 동일한 값을 갖는 파장을 외부로부터 공급받거나 자체적으로 생성함으로써, 증진부의 내부 구성 교체없이 광의 파장을 증폭시키는 효과를 갖는다.
형광체를 이용하거나 파장을 공급받아 중심 파장에 대한 단색광의 광량이 증진됨으로써 도 4와 같은 스펙트럼 에너지 분포를 갖게 된다. 이러한 증진된 단색광을 포함하는 백색광은 광분리부(330)로 출사된다.
도 4는 본 발명에 따른 광량증진부를 투과한 백색광의 스펙트럼 에너지 분포의 실시예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 광량증진부(320)는 R 특성의 단색광을 생성하는 형광체를 사용한 경우이다. 가시광선 대역은 크게 R(red), G(green) 및 B(blue)대역으로 구분된다. R 대역은 도 4에서 가로축은 파장, 세로축은 스펙트럼 에너지 분포를 나타낸다. 백색광이 광량증진부(320)를 통과한 후, 스펙트럼 에너지 분포 변화를 도 2와 비교하여 살펴보면, R 대역의 스펙트럼 에너지는 큰 폭으로 향상된 반면 낮은 파장의 자외선은 소멸된다. 이는 광량증진부(320)에 의해 상대적으로 부족한 R 단색광의 광량이 증진된 것이다.
광분리부(330)는 광량증진부(320)로부터 백색광을 입력받아 복수의 단색광으로 분리한다. 광분리부(330)는 칼라휠, 다이크로익미러(Dichroic mirror), 홀로그램소자(Hologram element) 등의 색분리수단을 사용할 수 있다. 도 3을 참조한 실시예에서는 칼라휠(330)을 예로 들어 설명한다. 칼라휠(330)은 회전수단에 의해 회전하며(화살표 방향으로 도시됨), R(red)·G(green)·B(blue) 영역으로 구분되어 있다. 증진된 백색광은 칼라휠(330)을 투과하면서 각각의 R·G·B 빔으로 구분된다.
면광원화부(340)는 라이트 튜브(light tube)(342) 및 렌즈(344)를 갖는다. 라이트 튜브(342)는 육면체 형상이며 내부는 통공이다. 라이트 튜브(342)의 내부 4면은 거울로 이루어져 있다. 통공인 라이트 튜브(342)의 내부로 각각의 R·G·B 빔이 입사된다. 라이트 튜브(342)는 각각의 R·G·B 빔을 균일하게 면광원화한다. 렌즈(342)는 면광원화된 각각의 R·G·B 빔을 평행광으로 출력하여 DMD 패널(350)로 투사한다. DMD 패널(350)은 투사된 각각의 R·G·B 빔을 변조하여 소정의 각도로 반사시킨다. 투사렌즈(360)는 반사된 각각의 R·G·B 빔을 차례대로스크린(screen)에 투사하여 영상을 구현한다.
상술한 실시예에서는 단색 형광물질을 이용함으로써 단색광의 광량을 증진하는 영상 투사 장치를 설명하였다. 그러나 단색 형광물질뿐만 아니라 R·G·B의 3파장 대역에 대한 형광물질을 사용하여 R·G·B 빔의 광량을 증진하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 영상 투사 장치에 의하면, 가시광선 대역, 즉, R·G·B 파장 대역의 형광체를 사용함으로써 가시광선 대역의 특정 파장을 증폭시킬 수 있다. 이로 인해 특정 파장에 대한 단색광의 광량은 증진된다. 즉, 백색광 중 소멸되는 자외선, X선 등의 파장을 형광체에 의해 가시광선 대역의 특정 파장으로 바꾼 후, 특정 파장을 가시광선과 합침으로써 광량은 증진되며 광이용 효율은 향상될 수 있다. 광이용 효율이 향상되면 색순도 또한 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 또한 형광체는 가시광선 외의 광선만 흡수하며, 가시광선은 투과시킨다. 이로 인해 본 발명에 따른 영상 투사 장치의 광경로는 간소화될 수 있다. 나아가 본 발명에 따른 형광체를 사용함으로써 광량증진이 필요한 단색광의 중심 파장은 이동가능하다. 중심 파장이 이동함으로써 화면에 표시되는 단색광의 색감은 향상된다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (5)

  1. 백색광을 방출하는 광원;
    상기 백색광 중 특정 파장을 갖는 광의 광량을 증진하여 출력하는 광량증진부;
    상기 광량증진부로부터 상기 백색광을 입력받아 복수의 단색광으로 분리하는 광분리부; 및
    상기 단색광을 소정의 각도로 반사시키는 디지털 마이크로미러(Digital Micromirror Device : DMD) 패널;을 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 투사 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광량증진부는 가시광선 대역의 파장은 투과시키고, 상기 가시광선 대역 외의 파장을 흡수하여 상기 특정 파장을 갖는 광으로 변환하는 형광체인 것을 특징으로 하는 영상 투사 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 광량증진부는 상기 특정 파장의 중심파장을 소정 범위내에서 이동시키는 것을 특징으로 하는 영상 투사 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 광분리부는 적·녹·청색 영역으로 분리된 회전가능한 휠(Wheel)이며, 상기 백색광을 복수의 단색광으로 분리하는 것을 특징으로 하는 영상 투사 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 광분리부로부터 입력받은 상기 단색광을 균일하게 면광원화하는 면광원화부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 투사 장치.
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