KR20050108074A - Illuminating unit and projection type image display apparatus employing the same - Google Patents

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Abstract

광원에서 조사된 광의 콜리메이팅 특성을 개선하면서도 소형 장치를 구현할 수 있도록 된 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치가 개시되어 있다.Disclosed are an illumination unit and an image projection apparatus employing the same, which can realize a compact apparatus while improving collimating characteristics of light emitted from a light source.

이 개시된 조명유니트는 베이스와; 이 베이스 상에 설치되며, 광을 생성 조사하는 하나 또는 복수개로 된 LED 칩과; 이 LED 칩을 감싸도록 베이스 상에 설치되어 LED 칩에서 조사된 광을 반사시켜 일 방향으로 향하도록 하는 것으로, 서로 다른 초점위치를 가지는 복수의 곡면으로 이루어진 반사경;을 포함하는 것을 특징으로 한다. This disclosed lighting unit comprises a base; An LED chip installed on the base and generating and irradiating light; It is installed on the base so as to surround the LED chip to reflect the light irradiated from the LED chip in one direction, reflecting mirror consisting of a plurality of curved surfaces having different focal positions; characterized in that it comprises a.

또한, 개시된 화상투사장치는 상기한 조명유니트를 복수개 포함하여, 일 방향으로 광을 조사하는 조명유니트 어레이와; 조명유니트 어레이로부터 입사된 광이 균일광이 되도록 하는 광인티그레이터와; 이 광인티그레이터에서 출사된 균일광을 선택적으로 반사시켜 화상을 형성하는 화상형성소자와; 조명유니트 어레이와 화상형성소자 사이에 배치되어, 조명유니트 어레이 쪽에서 입사된 빔은 화상형성소자 방향으로 향하도록 하고, 화상형성소자 쪽에서 입사된 빔은 스크린 방향으로 향하도록 입사빔의 경로를 변환하는 빔스프리터와; 빔스프리터에 마주하게 배치되어, 화상형성소자에서 형성된 화상을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈유니트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the disclosed image projection includes a plurality of the illumination unit, the illumination unit array for irradiating light in one direction; A light integrator for causing the light incident from the illumination unit array to be uniform light; An image forming element for selectively reflecting uniform light emitted from the light integrator to form an image; A beam disposed between the illumination unit array and the image forming element such that the beam incident from the illumination unit array is directed toward the image forming element, and the beam incident from the image forming element toward the screen is converted into a path of the incident beam A splitter; And a projection lens unit disposed to face the beam splitter to enlarge and project the image formed by the image forming element on the screen.

Description

조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치{Illuminating unit and projection type image display apparatus employing the same}Lighting unit and projection type image display apparatus employing the same}

본 발명은 광원에서 조사된 광을 조명하는 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치에 관한 것으로서, 상세하게는 비점광원에서 조사된 광의 콜리메이팅 특성을 개선하면서도 소형 장치를 구현할 수 있도록 된 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치에 관한 것이다.The present invention relates to an illumination unit for illuminating light irradiated from a light source and an image projection apparatus employing the same, and more particularly, to an illumination unit capable of realizing a compact device while improving collimating characteristics of light irradiated from a non-point light source and the same. It relates to an image projection apparatus adopted.

일반적으로 조명유니트는 균일한 백색광을 조명하는 조명시스템에 채용되어, 광원에서 조사된 빔을 집광시켜 일 방향으로 향하도록 한다. 이 조명유니트는 광원에서 조사된 빔을 집광시켜 콜리메이팅 광을 조명할 것이 요구된다. 한편, 이 조명유니트는 광원으로 발광소자(LED) 등의 비점광원(non-point light source)을 구비하는 바, 단일 곡률을 가지는 반사경을 통하여 반사시키는 경우는 콜리메이팅이 구조적으로 곤란하다는 문제점이 있다.In general, the lighting unit is employed in an illumination system that illuminates uniform white light, focusing the beam irradiated from the light source to be directed in one direction. This lighting unit is required to condense the beam irradiated from the light source to illuminate the collimating light. On the other hand, since the lighting unit includes a non-point light source such as a light emitting device (LED) as a light source, collimating is structurally difficult when reflecting through a reflector having a single curvature. .

도 1을 참조하면, 종래의 조명유니트는 백색광을 조사하는 LED 패키지(1)와, 이 LED 패키지(1)에서 조사된 광을 반사시키는 반사경(3)과, 입구 및 출구 어퍼쳐(5)(7)를 포함한다. LED 패키지(1)는 적색, 녹색, 청색 LED 칩을 반사경의 일 평면(3a)에 정렬시킨 구조로 되어 있어서, 각 LED 칩에서 조사된 빔을 합성함에 의해 백색 광을 조명한다. 이 LED 패키지(1)가 정렬된 평면(3a)은 상기 입구 어퍼쳐(5) 및 출구 어퍼쳐(7)와 평행하도록 배치된다. Referring to FIG. 1, a conventional lighting unit includes an LED package 1 for irradiating white light, a reflector 3 for reflecting light emitted from the LED package 1, and an inlet and an outlet aperture 5 ( 7). The LED package 1 has a structure in which red, green, and blue LED chips are aligned on one plane 3a of the reflector, thereby illuminating white light by synthesizing beams emitted from each LED chip. The plane 3a in which the LED package 1 is aligned is arranged parallel to the inlet aperture 5 and the outlet aperture 7.

상기 반사경(3)은 그 내측 단면 형상을 살펴 볼 때, 포물면에 가까운 다각형 구조로 되어 있다. 따라서, 이 반사경(3)에서 반사된 빔들이 콜리메이팅 특성을 비교적 잘 유지하면서도 색균일도를 확보한 채로 출구 어퍼쳐(7) 외부로 출사될 수 있다.The reflecting mirror 3 has a polygonal structure close to the parabolic surface when looking at its inner cross-sectional shape. Therefore, the beams reflected by the reflector 3 can exit the exit aperture 7 with color uniformity while maintaining the collimating characteristics relatively well.

상기한 종래 기술에 따른 조명유니트는 다각형 구조의 반사경(3)을 채용한 점에 특징이 있는 것으로, 이와 같이 다각형 구조의 반사경(3)을 채용하는 경우에는 포물경, 구면경 또는 타원경에 비하여 콜리메이팅 특성을 개선할 수 있다는 이점이 있다.The lighting unit according to the prior art is characterized in that it adopts a polygonal reflector 3, and in the case of employing the polygonal reflector 3, a collie compared to a parabolic, spherical or ellipsoidal mirror. The advantage is that the mating properties can be improved.

하지만, 다각형 구조 제조 특성 상 조명장치의 크기를 줄이는데 한계가 있다. 이에 따라, 이 조명유니트에서 조사된 빔 스폿이 화상투사장치에 직접 적용하기에는 적합하지 않은 크기를 가진다는 단점이 있다. 따라서, 화상투사장치의 조명장치로 이용하고자 하는 경우 별도의 집광 광학계가 요구되는 단점이 있다. 또한, 반사경 구조의 특성 상 소형화가 곤란하여 소형 조명장치를 구성하기 곤란하다는 단점이 있다.However, there is a limit in reducing the size of the lighting device due to the manufacturing characteristics of the polygonal structure. Accordingly, there is a disadvantage that the beam spot irradiated from this lighting unit has a size that is not suitable for direct application to the image projection apparatus. Therefore, there is a disadvantage that a separate condensing optical system is required when using it as an illuminating device of the image projection apparatus. In addition, due to the characteristics of the reflector structure, it is difficult to miniaturize, it is difficult to configure a small lighting device.

본 발명은 상기한 바와 같은 점들을 감안하여 안출된 것으로서, 비점광원에서 조사된 광의 콜리메이팅 특성을 개선하면서도 소형화 할 수 있는 조명유니트를 제공하는데 일 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a lighting unit that can be miniaturized while improving the collimating characteristics of light irradiated from a non-point light source.

또한, 본 발명은 상기한 조명유니트를 채용하여 균일한 영상을 제공하면서도 크기를 소형화할 수 있도록 된 화상투사장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to provide an image projection device that can be reduced in size while providing a uniform image by employing the above-described lighting unit.

상기한 일 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 조명유니트는 베이스와; 상기 베이스 상에 설치되며, 광을 생성 조사하는 하나 또는 복수개로 된 LED 칩과; 상기 LED 칩을 감싸도록 상기 베이스 상에 설치되어 상기 LED 칩에서 조사된 광을 반사시켜 일 방향으로 향하도록 하고, 서로 다른 초점 위치를 가지는 복수의 곡면을 이루어진 반사경;을 포함하는 것을 특징으로 한다.Lighting unit according to the present invention for achieving the above object is a base; An LED chip installed on the base and generating and irradiating light; It is installed on the base to surround the LED chip to reflect the light irradiated from the LED chip to be directed in one direction, a reflector consisting of a plurality of curved surfaces having different focal positions; and characterized in that it comprises a.

또한, 상기한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화상투사장치는 서로 다른 파장의 빔 각각이 입사되는 제1 내지 제3입사면과, 출사면과, 특정 파장의 빔은 반사시키고 다른 파장의 빔은 투과시키는 제1 및 제2필터를 포함하는 칼라 프리즘과; 각각 상기한 구조의 조명유니트를 복수개 포함하는 것으로, 상기 제1 내지 제3입사면 각각에 마주하게 배치되어 상기 제1 내지 제3입사면 쪽으로 서로 다른 파장의 광을 각각 조사하는 제1 내지 제3조명유니트 어레이와; 상기 제1 내지 제3입사면과 상기 제1 내지 제3조명유니트 어레이 각각의 사이에 배치되어, 상기 제1 내지 제3조명유니트 어레이 각각에서 조명된 각 칼라의 광을 선택적으로 투과시켜 칼라 화상을 형성하는 화상형성소자와; 상기 칼라 프리즘의 출사면에 마주하게 배치되어, 상기 화상형성소자에서 형성되고, 상기 칼라 프리즘에서 합성된 화상을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈유니트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the image projecting device according to the present invention for achieving the above-mentioned other objects reflects the first to third incidence surface, the exit surface, and the beam of a specific wavelength, each of which beams of different wavelengths are incident A color prism comprising a first and a second filter for transmitting the beam; A first to third light emitting unit having a plurality of lighting units having the above-described structure, each of which is disposed to face each of the first to third entrance planes and irradiates light having different wavelengths toward the first to third entrance planes, respectively; An illumination unit array; A color image is disposed between the first to third entrance surfaces and each of the first to third lighting unit arrays to selectively transmit the light of each color illuminated in each of the first to the third lighting unit arrays. An image forming element to form; And a projection lens unit disposed to face the exit surface of the color prism, the projection lens unit formed in the image forming element and configured to enlarge and project the image synthesized by the color prism onto a screen.

또한, 상기한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화상투사장치는 상기한 조명유니트를 복수개 포함하여, 일 방향으로 광을 조사하는 조명유니트 어레이와; 상기 조명유니트 어레이로부터 입사된 광이 균일광이 되도록 하는 광인티그레이터와; 상기 조명유니트 어레이로부터 입사된 광을 선택적으로 반사시켜 화상을 형성하는 화상형성소자와; 상기 조명유니트 어레이와 상기 화상형성소자 사이에 배치되어, 상기 조명유니트 어레이 쪽에서 입사된 빔은 상기 화상형성소자 방향으로 향하도록 하고, 상기 화상형성소자 쪽에서 입사된 빔은 스크린 방향으로 향하도록 입사빔의 경로를 변환하는 빔스프리터와; 상기 빔스프리터에 마주하게 배치되어, 상기 화상형성소자에서 형성된 화상을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈유니트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, an image projection apparatus according to the present invention for achieving the above-mentioned other objects include a plurality of the above lighting unit, the illumination unit array for irradiating light in one direction; An optical integrator for causing the light incident from the illumination unit array to be uniform light; An image forming element for selectively reflecting light incident from the illumination unit array to form an image; Disposed between the illumination unit array and the image forming element such that the beam incident from the illumination unit array is directed toward the image forming element, and the beam incident from the image forming element is directed toward the screen direction; A beam splitter for converting a path; And a projection lens unit disposed to face the beam splitter to enlarge and project an image formed by the image forming element on a screen.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조명유니트 및 이를 채용한 화상투사장치를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a lighting unit and an image projection using the same according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 조명유니트는 베이스(10)와, 광을 생성 조사하는 광원(20) 및, 상기 광원(20)에서 조사된 빔을 반사시켜 일방향으로 향하도록 하는 반사경(30)을 포함한다.2 to 4, the lighting unit according to the first embodiment of the present invention reflects the base 10, the light source 20 for generating and irradiating light, and the beam irradiated from the light source 20. It includes a reflector 30 facing in one direction.

상기 광원(20)은 한 개 또는 복수의 LED 칩(Light emitting device chip)으로 구성되는 것이 바람직하다. 여기서, LED 칩 각각은 적색, 녹색, 청색 LED의 조합으로 구성되는 것으로서, 백색광을 포함한 풀칼라 구현이 가능하다.The light source 20 is preferably composed of one or a plurality of LED chips (Light emitting device chip). Here, each of the LED chip is composed of a combination of red, green, blue LED, it is possible to implement a full color including white light.

상기 광원(20)은 상기 베이스(10) 상에 설치되는 것으로, 도 2 및 도 3 각각에 도시된 바와 같이 베이스(10)에 대하여 서로 다른 각도로 배치되는 것이 바람직하다. The light source 20 is installed on the base 10 and is preferably disposed at different angles with respect to the base 10 as shown in FIGS. 2 and 3.

즉, 상기 광원(20)은 도 2에 도시된 바와 같이, 베이스(10) 상에 수평 배치된다. 따라서, 이 광원(20)에서 출사된 빔은 그 광축(OC)이 상기 베이스(10)의 상부 평면에 대해 직교한다. 또한, 상기 광원(20)은 도 3에 도시된 바와 같이, 베이스(10) 상에 경사 배치되어, 출사되는 빔의 광축(OC)이 베이스 상부 평면에 대해 소정 경사각 θ0 (θ0 < 90°)를 갖도록 배치되는 것도 가능하다. 이와 같이, 광원(10)을 기울여 배치함에 의하여 반사경(30)에서 반사된 빔의 진행 경로를 바꿀 수 있어서, 그 기울기를 조절함에 의하여 조명광의 진행방향을 설정할 수 있다.That is, the light source 20 is horizontally disposed on the base 10, as shown in FIG. 2. Thus, the beam emitted from this light source 20 has its optical axis O C orthogonal to the upper plane of the base 10. In addition, as shown in FIG. 3, the light source 20 is inclinedly disposed on the base 10, such that the optical axis O C of the emitted beam has a predetermined inclination angle θ 0 (θ 0 <90 with respect to the base upper plane). It is also possible to arrange to have a). As such, the path of the beam reflected by the reflector 30 may be changed by tilting the light source 10 so that the direction of illumination of the illumination light may be set by adjusting the tilt.

상기 반사경(30)은 상기 광원(20)을 감싸도록 상기 베이스(10) 상에 설치되어 상기 광원(20)에서 조사된 광을 반사시켜 일 방향으로 향하도록 한다. 이 반사경(30)은 서로 다른 초점위치를 가지는 복수의 곡면으로 이루어진 점에 특징이 있다. 즉, 상기 반사경(30)은 그 반사경(30)에서 반사되어 출사되는 빔의 진행방향 DA 으로 복수의 구간으로 구획되어 있으며, 적어도 어느 한 구간의 곡면이 다른 구간의 곡면과 다른 곡률을 가진다.The reflector 30 is installed on the base 10 to surround the light source 20 so as to reflect the light irradiated from the light source 20 to face in one direction. This reflector 30 is characterized in that it consists of a plurality of curved surfaces having different focal positions. That is, the reflector 30 is divided into a plurality of sections in the traveling direction D A of the beam reflected from the reflector 30, and the curved surface of at least one section has a different curvature from the curved surface of the other section.

도 2 내지 도 3은 반사경(30)이 제1 내지 제3구간(30a)(30b)(30c)으로 구획된 것을 예로 들어 나타낸 것으로 각 구간(30a)(30b)(30c)은 서로 다른 곡률을 가진다. 이 구획된 복수의 구간 각각의 곡면은 포물면, 타원 또는 자유 곡면으로 된 것이 바람직하다. 도면에서는 구획된 제1 내지 제3구간(30a)(30b)(30c)이 그 각각의 초점 f1, f2, f3이 상기 베이스(10) 상의 서로 다른 곳에 각각 위치되는 포물면들로 이루어진 것을 예로 들어 나타낸 것이다. 이와 같이, 서로 다른 곡률을 가지는 복수의 구간으로 구획하여, 각 구간으로 입사된 빔의 반사각도를 다르게 함으로써, LED 칩 등의 비점광원에서 조명되는 광의 콜리메이팅 특성을 개선할 수 있다.2 to 3 illustrate that the reflector 30 is divided into first to third sections 30a, 30b, and 30c, and each section 30a, 30b, and 30c has different curvatures. Have It is preferable that the curved surface of each of the divided sections is a parabolic surface, an ellipse or a free curved surface. In the drawing, the partitioned first to third sections 30a, 30b and 30c are made up of paraboloids whose respective focal points f 1 , f 2 and f 3 are respectively located at different positions on the base 10. It is shown as an example. As described above, by dividing into a plurality of sections having different curvatures, and by varying the angle of reflection of the beam incident on each section, the collimating characteristics of the light illuminated from non-point light sources such as LED chips can be improved.

한편, 상기 반사경(30)은 그 제조의 용이성을 고려하여, 광원(20)을 감싸는 투명 재질의 캡(31)과, 이 캡(31)의 외면에 코팅 등에 의해 형성된 반사부재(35)를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 반사경(30)의 내부 공간(37)에는 액상의 투명부재가 충진되어, 에어 갭(air gap)을 제거할 수 있도록 된 것이 바람직하다. 이 투명부재는 소정 점성을 가지는 액체로서 상기 투명부재의 굴절률과 같거나 유사한 굴절률을 가진다. 따라서, 광원(20)에서 조사된 빔이 반사경(30) 내부와 반사부재(35) 사이에서 실질상 굴절이 일어나지 않으므로, 조명 빔의 신뢰성을 높일 수 있다.On the other hand, the reflector 30 includes a cap 31 of a transparent material surrounding the light source 20 in consideration of its ease of manufacture, and a reflecting member 35 formed by coating or the like on the outer surface of the cap 31. It is desirable to. In addition, the inner space 37 of the reflector 30 is filled with a transparent transparent member, it is preferable to be able to remove the air gap (air gap). The transparent member is a liquid having a predetermined viscosity and has a refractive index equal to or similar to that of the transparent member. Therefore, since the beam irradiated from the light source 20 does not substantially refract between the inside of the reflector 30 and the reflecting member 35, the reliability of the illumination beam can be improved.

본 발명의 제2실시예에 따른 조명유니트는 베이스(11)와, 광을 생성 조사하는 광원(21) 및, 상기 광원(21)에서 조사된 빔을 반사시켜 일방향으로 향하도록 하는 반사경(40)을 포함한다. 여기서, 상기 반사경(40)의 곡면 형상을 제외한 나머지 구성요소는 제1실시예에 따른 조명유니트와 실질상 동일하다. 그러므로, 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.The lighting unit according to the second embodiment of the present invention includes a base 11, a light source 21 for generating and irradiating light, and a reflector 40 for reflecting the beam irradiated from the light source 21 to be directed in one direction. It includes. Here, the remaining components except for the curved shape of the reflector 40 are substantially the same as the lighting unit according to the first embodiment. Therefore, detailed description thereof will be omitted.

상기 반사경(40)은 서로 다른 초점위치를 가지는 복수의 곡면으로 이루어진 점에 특징이 있다. 즉, 상기 반사경(40)은 상기 광원(20)에서 조사되어 반사경(40)으로 향하는 빔의 진행방향 DB으로 복수의 구간으로 구획되어 있으며, 적어도 어느 한 구간의 곡면이 다른 구간의 곡면과 다른 곡률을 가진다.The reflector 40 is characterized in that it consists of a plurality of curved surfaces having different focal positions. That is, the reflector 40 is divided into a plurality of sections in the traveling direction D B of the beam irradiated from the light source 20 toward the reflector 40, and the curved surface of at least one section is different from the curved surface of the other section. Has curvature.

도 5a 및 도 5b는 반사경(40)이 제1 내지 제3구간(40a)(40b)(40c)으로 구획된 것을 예로 들어 나타낸 것으로, 각 구간(40a)(40b)(40c)은 서로 다른 곡률을 가진다. 이 구획된 복수의 구간 각각의 곡면은 포물면, 타원 또는 자유 곡면으로 이루어 질 수 있으며, 본 실시예에서는 포물면으로 이루어진 것을 예로 나타내었다. 도면에서는 구획된 제1 내지 제3구간(40a)(40b)(40c)이 그 각각의 초점 f1', f2', f3'이 상기 베이스(10)와 상기 반사경(40) 사이의 공간 상의 서로 다른 곳에 각각 위치된다. 이와 같이, 서로 다른 곡률을 가지는 복수의 구간으로 구획하여, 각 구간으로 입사된 빔의 반사각도를 다르게 함으로써, LED 칩 등의 비점광원에서 조명되는 광의 콜리메이팅 특성을 개선할 수 있다.5A and 5B illustrate that the reflector 40 is divided into first to third sections 40a, 40b, and 40c, and each section 40a, 40b, and 40c has different curvatures. Has The curved surface of each of the partitioned plurality of sections may be formed of a parabolic surface, an ellipse, or a free curved surface. In the drawing, the divided first to third sections 40a, 40b, and 40c are spaces between the base 10 and the reflector 40, respectively, with their respective focal points f 1 ′, f 2 ′, f 3 ′. Each in different places on the image. As described above, by dividing into a plurality of sections having different curvatures, and by varying the angle of reflection of the beam incident on each section, the collimating characteristics of the light illuminated from non-point light sources such as LED chips can be improved.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 조명유니트는 반사경(50)의 곡면 형상을 변경한 것에 특징이 있는 것으로, 상기 반사경(50)의 곡면 형상을 제외한 나머지 구성요소는 제1실시예에 따른 조명유니트와 실질상 동일하다. 도면을 참조하면, 반사경(50)은 제1 내지 제3구간(50a)(50b)(50c)으로 구획되며, 각 구간(50a)(50b)(50c)은 자유 곡면을 가진다. 또한, 각 구간(50a)(50b)(50c) 사이의 경계는 자유 곡선으로 되어 있다.6A and 6B, the lighting unit according to the third embodiment of the present invention is characterized in that the curved shape of the reflector 50 is changed, and the remaining components except for the curved shape of the reflector 50 are provided. Is substantially the same as the lighting unit according to the first embodiment. Referring to the drawings, the reflector 50 is divided into first to third sections 50a, 50b, and 50c, and each section 50a, 50b, and 50c has a free curved surface. In addition, the boundary between each section 50a, 50b, 50c becomes a free curve.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 조명시스템은 조명유니트 어레이(110)와, 이 조명유니트 어레이(100)로부터 입사된 광이 균일광이 되도록 하는 광인티그레이터(optical integrator)(115)를 포함한다.Referring to FIG. 7, an illumination system according to an embodiment of the present invention includes an illumination unit array 110 and an optical integrator 115 such that light incident from the illumination unit array 100 becomes uniform light. ).

상기 조명유니트 어레이(110)는 이웃되게 배열된 복수의 조명유니트(111)를 포함하여 구성되는 것으로, 상기 광인티그레이터(115) 방향으로 광을 조사한다. 이 조명유니트 어레이(110)를 구성하는 조명유니트(111)는 콜리메이팅 성능이 향상된 광을 조명하는 것으로, 앞서 설명된 제1 내지 제3실시예에 따른 조명유니트의 구성과 실질상 동일 하므로, 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.The lighting unit array 110 includes a plurality of lighting units 111 arranged to be adjacent to each other, and irradiates light toward the light integrator 115. The lighting unit 111 constituting the lighting unit array 110 illuminates light having improved collimating performance, and is substantially the same as the configuration of the lighting units according to the first to third embodiments described above. Detailed description will be omitted.

상기 광인티그레이터(115)는 공기와의 굴절률 차이에 의해 입사빔을 전반사시킴에 의해 균일광이 출사되도록 하는 글래스 로드(glass rod)로 구성되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 조명유니트 어레이(110)와 상기 광인티그레이터(115) 사이에는 상기 조명유니트 어레이(110)에서 출사된 광을 집속시키는 집속렌즈(113)가 배치된다.The optical integrator 115 is preferably composed of a glass rod that emits uniform light by total reflection of the incident beam due to a difference in refractive index with air. Here, a focusing lens 113 for converging the light emitted from the lighting unit array 110 is disposed between the lighting unit array 110 and the light integrator 115.

이와 같이 구성된 조명시스템은 조명유니트(111)의 구조를 변경하고, 광인티그레이터(115)를 이용함에 의하여, 콜리메이팅 성능이 향상된 균일광을 조명할 수 있다. 따라서, 상기한 조명시스템을 요구하는 프로젝션 텔레비전 등의 화상투사장치에 널리 응용될 수 있다.The lighting system configured as described above may illuminate uniform light having improved collimating performance by changing the structure of the lighting unit 111 and using the optical integrator 115. Therefore, it can be widely applied to an image projection apparatus such as a projection television that requires the above illumination system.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 화상투사장치는 칼라빔을 조명하는 제1 내지 제3조명유니트 어레이(121)(123)(125)와, 이 제1 내지 제3조명유니트 어레이(121)(123)(125) 각각에서 조명된 각 칼라의 광을 선택적으로 투과시켜 칼라 화상을 형성하는 화상형성소자(130)와, 입사된 각 칼라 화상을 합성하여 일 방향으로 향하도록 안내하는 칼라프리즘(140)과, 합성된 칼라 화상을 스크린(160)에 확대 투사시키는 투사렌즈유니트(150)를 포함한다.Referring to FIG. 8, an image projection device according to a first embodiment of the present invention includes first to third lighting unit arrays 121, 123, 125 for illuminating a color beam, and first to third illuminations. The image forming element 130 which selectively transmits the light of each color illuminated by each of the unit arrays 121, 123, and 125 to form a color image, and synthesizes each incident color image to face one direction. Guiding color prisms 140 and a projection lens unit 150 for projecting the synthesized color image on the screen 160 in an enlarged manner.

상기 제1 내지 제3조명유니트 어레이(121)(123)(125) 각각은 조명유니트를 복수개 포함하는 것으로, 그 각각은 서로 다른 파장의 빔을 조사한다. 여기서, 조명유니트(120)는 도 2 내지 도 6b를 참조하여 설명된 바와 같은 구조의 조명유니트와 실질상 동일하므로, 그 자세한 설명을 생략하기로 한다. 따라서, 개선된 구조의 조명유니트(120)를 채용함에 의하여, 콜리메이팅 성능이 향상된 광을 조명할 수 있다.Each of the first to third lighting unit arrays 121, 123, and 125 includes a plurality of lighting units, each of which irradiates beams having different wavelengths. Here, the lighting unit 120 is substantially the same as the lighting unit of the structure as described with reference to Figures 2 to 6b, a detailed description thereof will be omitted. Thus, by employing the lighting unit 120 of the improved structure, it is possible to illuminate the light with improved collimating performance.

상기 칼라프리즘(140)은 서로 다른 파장의 빔 각각이 입사되는 제1 내지 제3입사면(141)(143)(145)과, 하나의 출사면(147)을 포함한다. 여기서, 상기 제1 내지 제3조명유니트 어레이(121)(123)(125)는 상기 제1 내지 제3입사면(141)(143)(145) 각각에 마주하게 배치되어 있다. 또한, 상기 칼라 프리즘(140)은 특정 파장의 빔은 반사시키고 다른 파장의 빔은 투과시키는 제1 및 제2필터(148)(149)를 포함한다.The color prism 140 includes first to third incident surfaces 141 and 143 and 145 to which beams of different wavelengths are incident, and one emission surface 147. The first to third lighting unit arrays 121, 123, and 125 are disposed to face the first to third incident surfaces 141, 143, and 145, respectively. The color prism 140 also includes first and second filters 148 and 149 for reflecting beams of a particular wavelength and transmitting beams of other wavelengths.

상기 화상형성소자(130)는 상기 제1 내지 제3입사면(141)(143)(145)과, 상기 제1 내지 제3조명유니트 어레이(121)(123)(125) 각각의 사이에 배치되어, 상기 제1 내지 제3조명유니트 어레이(121)(123)(125) 각각에서 조명된 각 칼라의 광을 선택적으로 투과시켜 칼라 화상을 형성한다. 여기서, 바람직하게는 상기 화상형성소자(130)는 제1 내지 제3투과형 액정표시소자(131)(133)(135)로 구성되며, 이들은 제1 내지 제3조명유니트 어레이(121)(123)(125)와 제1 내지 제3입사면(141)(143)(145) 사이에 각각 배치된다.The image forming element 130 is disposed between the first to third incident surfaces 141, 143 and 145, and the first to third lighting unit arrays 121, 123 and 125, respectively. The light of each color illuminated by each of the first to third lighting unit arrays 121, 123, and 125 is selectively transmitted to form a color image. Here, preferably, the image forming element 130 is composed of first to third transmissive liquid crystal display elements 131, 133, and 135, which are first to third lighting unit arrays 121 and 123. It is disposed between the 125 and the first to third incident surface 141, 143, 145, respectively.

따라서, 서로 다른 위치에 배치된 제1 내지 제3조명유니트 어레이(121)(123)(125)에서 조사되고, 상기 제1 내지 제3투과형 액정표시소자(131)(133)(135) 각각을 투과하면서 형성된 화상은 상기 칼라프리즘(140)에서 합성되고 상기 출사면(147)을 통하여 상기 투사렌즈유니트(150) 방향으로 출사된다.Therefore, the first to third illumination unit arrays 121, 123, 125 are irradiated from different positions, and each of the first to third transmissive liquid crystal display elements 131, 133, and 135 is disposed. An image formed while being transmitted is synthesized by the color prism 140 and exits toward the projection lens unit 150 through the emission surface 147.

상기 투사렌즈유니트(150)는 상기 출사면(147)에 마주하게 배치되는 것으로, 입사된 화상을 스크린(160)에 확대 투사시킨다.The projection lens unit 150 is disposed to face the exit surface 147, and enlarges and projects the incident image on the screen 160.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 화상투사장치는 조명유니트 어레이(210)와, 균일광이 입사되도록 하는 광인티그레이터(220)와, 화상형성소자(25)와, 입사빔의 경로를 변환하는 빔스프리터(240) 및 투사렌즈유니트(250)를 포함한다.Referring to FIG. 9, the image projection device according to the second embodiment of the present invention is an illumination unit array 210, an optical integrator 220 for allowing uniform light to be incident, an image forming element 25, and an incident A beam splitter 240 and a projection lens unit 250 for converting a beam path are included.

상기 조명유니트 어레이(210)는 이웃되게 배열된 복수개의 조명유니트(211)를 포함하는 것으로, 콜리메이트 된 광을 조명한다. 여기서, 상기 조명유니트(211)는 적, 녹, 청색의 빔을 각각 조사하는 LED들로 이루어진 LED 칩을 광원으로 이용한다. 따라서, 적, 녹, 청색의 빔을 순차로 조명함에 의하여, 통상의 단판형 화상투사장치에 채용되어 칼라를 구현하는 칼라휠(color wheel) 등의 구성요소 없이도 상기 화상형성소자(25)를 통하여 칼라 화상을 구현할 수 있다. The lighting unit array 210 includes a plurality of lighting units 211 arranged adjacent to each other, and illuminates collimated light. Here, the lighting unit 211 uses an LED chip made of LEDs irradiating red, green, and blue beams, respectively, as a light source. Accordingly, by sequentially illuminating the red, green, and blue beams, the image forming element 25 is used without any component such as a color wheel which is adopted in a conventional single-plate type image projection apparatus and implements color. Color images can be implemented.

상기 조명유니트(211)는 도 2 내지 도 6b를 참조하여 설명된 바와 같은 구조의 조명유니트와 실질상 동일하므로, 그 자세한 설명을 생략하기로 한다.Since the lighting unit 211 is substantially the same as the lighting unit having the structure described with reference to FIGS. 2 to 6B, detailed description thereof will be omitted.

상기 광인티그레이터(220)는 조명유니트 어레이(211)와 빔스프리터(240) 사이에 배치되어, 상기 조명유니트 어레이(210)로부터 입사된 광을 변환하여 균일광이 조사되도록 한다. 이 광인티그레이터(220)는 조명유니트 어레이(211)에 마주하게 배치된 파리눈렌즈 어레이(220)로 이루어진다.The light integrator 220 is disposed between the lighting unit array 211 and the beam splitter 240 so as to convert the light incident from the lighting unit array 210 to uniform light. The optical integrator 220 is composed of a fly's eye lens array 220 disposed to face the illumination unit array 211.

또한, 본 실시예는 상기 광인티그레이터(220)의 출사면에 마주하게 배치되어, 상기 파리눈렌즈 어레이를 투과한 균일광을 전달하는 적어도 일 매의 릴레이렌즈(230)를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the present embodiment may further include at least one relay lens 230 disposed to face the exit surface of the optical integrator 220 to transmit uniform light transmitted through the fly's eye lens array. Do.

상기 화상형성소자(250)는 상기 광인티그레이터(220)를 투과하여 조명된 균일광을 선택적으로 반사시켜 화상을 형성한다. 이 화상형성소자(250)는 반사형 액정표시소자 또는 디지털 마이크로미러 디바이스 등으로 구성되는 것으로, 그 구성 자체는 널리 알려져 있으므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.The image forming element 250 forms an image by selectively reflecting uniform light illuminated through the light integrator 220. The image forming element 250 is composed of a reflective liquid crystal display device or a digital micromirror device, and since its configuration is well known, its detailed description will be omitted.

상기 빔스프리터(240)는 상기 조명유니트 어레이(210)와 상기 화상형성소자 (250) 사이에 배치된다. 이 빔스프리터(240)는 상기 조명유니트 어레이(210) 쪽에서 입사된 빔은 상기 화상형성소자(250) 방향으로 향하도록 하고, 상기 화상형성소자(250) 쪽에서 입사된 빔은 스크린(260) 방향으로 향하도록 입사빔의 경로를 변환한다. 이 빔스프리터(240)는 임계각 특성을 이용하여 빔의 경로를 변환하는 구조의 임계각 프리즘, 소정 광량비로 빔을 분할하는 구조 내지는 편광 방향에 따라 빔의 경로를 변환하는 편광빔스프리터 등으로 구성될 수 있다.The beam splitter 240 is disposed between the illumination unit array 210 and the image forming device 250. The beam splitter 240 directs the beam incident from the illumination unit array 210 toward the image forming element 250, and the beam incident from the image forming element 250 toward the screen 260. Convert the path of the incident beam to face. The beam splitter 240 may include a critical angle prism having a structure for converting a beam path using a critical angle characteristic, a structure for splitting a beam with a predetermined light quantity ratio, or a polarizing beam splitter for converting a beam path according to a polarization direction. have.

상기 투사렌즈유니트(260)는 상기 빔스프리터에 마주하게 배치되어, 상기 화상형성소자에서 형성된 화상을 스크린에 확대 투사시킨다.The projection lens unit 260 is disposed to face the beam splitter to enlarge and project the image formed by the image forming element on a screen.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 조명유니트는 반사경의 곡면을 변경함에 의하여 LED 칩 등의 비점광원에서 조사된 광의 콜리메이팅 특성을 개선하면서도, 그 전체 크기를 소형화 할 수 있다는 이점이 있다. 또한, 각 곡면의 배치를 다양하게 변형실시함에 의하여 플렉시블한 집광특성을 얻을 수 있다.The lighting unit according to the present invention configured as described above has the advantage that the overall size can be reduced while improving the collimating characteristics of light irradiated from a non-point light source such as an LED chip by changing the curved surface of the reflector. In addition, flexible condensing characteristics can be obtained by variously modifying the arrangement of each curved surface.

또한, 본 발명에 따른 화상투사장치는 상기한 조명유니트를 채용함으로써, 전체 크기를 소형화 할 수 있다. 또한, 비점광원에서 조사된 광의 콜리메이팅 성능이 개선되므로, 화상표시소자에 평행광에 가까운 광을 조명할 수 있다. 따라서, 화상표시소자에서의 빔의 선택적 투과에 의해 형성된 화상이 일정 비율로 확대되어 스크린에 투영되므로, 스크린에 맺히는 화상의 품질을 향상시킬 수 있다.In addition, the image projecting value according to the present invention can be reduced in size by employing the above-described lighting unit. In addition, since the collimating performance of the light irradiated from the non-point light source is improved, it is possible to illuminate light close to parallel light to the image display element. Therefore, since the image formed by selective transmission of the beam in the image display element is magnified at a certain rate and projected on the screen, the quality of the image formed on the screen can be improved.

상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.The above embodiments are merely exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments are possible from those skilled in the art. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the invention described in the claims below.

도 1은 종래의 조명장치를 보인 개략적인 도면.1 is a schematic view showing a conventional lighting device.

도 2는 수평 배치 구조의 광원을 가지는 본 발명의 제1실시예에 따른 조명유니트를 보인 개략적인 단면도.2 is a schematic cross-sectional view showing a lighting unit according to a first embodiment of the present invention having a light source having a horizontally arranged structure;

도 3은 경사 배치 구조의 광원을 가지는 본 발명의 제1실시예에 따른 조명유니트를 보인 개략적인 단면도.3 is a schematic cross-sectional view showing a lighting unit according to a first embodiment of the present invention having a light source having an inclined arrangement structure;

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 조명유니트의 외형을 보인 개략적인 사시도.Figure 4 is a schematic perspective view showing the appearance of the lighting unit according to the first embodiment of the present invention.

도 5a 및 도 5b 각각은 본 발명의 제2실시예에 따른 조명유니트의 외형을 보인 개략적인 사시도 및 측면도.5A and 5B are each a schematic perspective view and a side view showing the appearance of a lighting unit according to a second embodiment of the present invention.

도 6a 및 도 6b 각각은 본 발명의 제3실시예에 따른 조명유니트의 외형을 보인 개략적인 사시도 및 측면도.6A and 6B are each a schematic perspective view and a side view showing the external appearance of a lighting unit according to a third embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 조명시스템의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.7 is a schematic view showing an optical arrangement of an illumination system according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 화상투사장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.8 is a schematic view showing an optical arrangement of the image projection apparatus according to the first embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 화상투사장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.9 is a schematic view showing an optical arrangement of an image projection apparatus according to a second embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10...베이스 20...광원10 ... base 20 ... light source

30, 40, 50...반사경 110, 120, 210...조명유니트 어레이30, 40, 50 ... reflectors 110, 120, 210 ... light unit array

111, 211...조명유니트 113...집속렌즈111, 211. Lighting unit 113. Focusing lens

115, 220...광인티그레이터 121...제1조명유니트 어레이115, 220 ... light integrator 121 ... lighting unit array

123...제2조명유니트 어레이 125...제3조명유니트 어레이123 ... 2nd lighting unit array 125 ... 3rd lighting unit array

130, 250...화상형성소자 140...칼라프리즘130, 250 ... Image forming element 140 ... Color prisms

150, 260...투사렌즈유니트 160...스크린150, 260 ... projection lens unit 160 ... screen

230...릴레이렌즈 240...빔스프리터230 ... relay lens 240 ... beam splitter

Claims (10)

베이스와;A base; 상기 베이스 상에 설치되며, 광을 생성 조사하는 하나 또는 복수개로 된 LED 칩과;An LED chip installed on the base and generating and irradiating light; 상기 LED 칩을 감싸도록 상기 베이스 상에 설치되어 상기 LED 칩에서 조사된 광을 반사시켜 일 방향으로 향하도록 하는 것으로, 서로 다른 초점위치를 가지는 복수의 곡면으로 이루어진 반사경;을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명유니트.It is installed on the base to surround the LED chip to reflect the light irradiated from the LED chip to be directed in one direction, reflector made of a plurality of curved surfaces having different focal positions; Lighting unit. 제1항에 있어서, 상기 LED 칩은,The method of claim 1, wherein the LED chip, 그 출사광의 광축이 상기 베이스의 상면에 대해 소정 기울기를 갖도록, 상기 베이스 상에 수평 또는 경사지게 배치된 것을 특징으로 하는 조명유니트.And an illumination unit arranged horizontally or inclined on the base such that the optical axis of the emitted light has a predetermined inclination with respect to the upper surface of the base. 제1항에 있어서, 상기 반사경은,The method of claim 1, wherein the reflector, 그 반사경에서 반사되어 출사되는 빔의 진행방향으로 복수의 구간으로 구획되며, 적어도 어느 한 구간의 곡면이 다른 구간의 곡면과 다른 것을 특징으로 하는 조명유니트.The lighting unit is partitioned into a plurality of sections in the traveling direction of the beam reflected from the reflector, wherein at least one curved surface is different from the curved surface of the other section. 제1항에 있어서, 상기 반사경은,The method of claim 1, wherein the reflector, 상기 광원에서 조사되어 그 반사경으로 향하는 방향으로 복수의 구간으로 구획되며, 적어도 어느 한 구간의 곡면이 다른 구간의 곡면과 다른 것을 특징으로 하는 조명유니트.The illumination unit is partitioned into a plurality of sections in the direction irradiated from the light source toward the reflector, wherein the at least one curved surface is different from the curved surface of the other sections. 제3항 또는 제4항에 있어서,The method according to claim 3 or 4, 상기 구획된 복수의 구간 각각의 곡면은,The curved surface of each of the partitioned plurality of sections, 포물면 또는 타원인 것을 특징으로 하는 조명유니트.Lighting unit, characterized in that the parabolic surface or ellipse. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사경은,The reflector according to any one of claims 1 to 4, wherein 상기 LED 칩을 감싸는 것으로, 투명한 재질로 된 캡과;A cap made of a transparent material to surround the LED chip; 상기 캡의 외부면에 형성된 반사부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명유니트.And a reflection member formed on an outer surface of the cap. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 반사경의 내부에 충진된 투명한 액상의 투명부재를 더 포함하여, 상기 LED 칩과 반사경 사이의 에어 갭을 제거할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 조명유니트.The lighting unit further comprises a transparent liquid member filled with a transparent liquid inside the reflector to remove the air gap between the LED chip and the reflector. 서로 다른 파장의 빔 각각이 입사되는 제1 내지 제3입사면과, 출사면과, 특정 파장의 빔은 반사시키고 다른 파장의 빔은 투과시키는 제1 및 제2필터를 포함하는 칼라 프리즘과;A color prism including first to third incidence planes to which beams of different wavelengths are incident, an exit plane, and first and second filters to reflect beams of a specific wavelength and to transmit beams of different wavelengths; 각각 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 구조의 조명유니트를 복수개 포함하는 것으로, 상기 제1 내지 제3입사면 각각에 마주하게 배치되어 상기 제1 내지 제3입사면 쪽으로 서로 다른 파장의 광을 각각 조사하는 제1 내지 제3조명유니트 어레이와;A plurality of lighting units having a structure according to any one of claims 1 to 4, respectively, and are disposed facing each of the first to third incidence surface and different wavelengths toward the first to third incidence surface First to third lighting unit arrays respectively irradiating the light; 상기 제1 내지 제3입사면과 상기 제1 내지 제3조명유니트 어레이 각각의 사이에 배치되어, 상기 제1 내지 제3조명유니트 어레이 각각에서 조명된 각 칼라의 광을 선택적으로 투과시켜 칼라 화상을 형성하는 화상형성소자와;A color image is disposed between the first to third entrance surfaces and each of the first to third lighting unit arrays to selectively transmit the light of each color illuminated in each of the first to the third lighting unit arrays. An image forming element to form; 상기 칼라 프리즘의 출사면에 마주하게 배치되어, 상기 화상형성소자에서 형성되고, 상기 칼라 프리즘에서 합성된 화상을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈유니트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.And a projection lens unit disposed to face the exit surface of the color prism, the projection lens unit being formed in the image forming element and configured to enlarge and project the image synthesized by the color prism onto a screen. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 조명유니트를 복수개 포함하여, 일 방향으로 광을 조사하는 조명유니트 어레이와; An illumination unit array including a plurality of illumination units according to any one of claims 1 to 4, for irradiating light in one direction; 상기 조명유니트 어레이로부터 입사된 광이 균일광이 되도록 하는 광인티그레이터와;An optical integrator for causing the light incident from the illumination unit array to be uniform light; 상기 광인티그레이터에서 출사된 균일광을 선택적으로 반사시켜 화상을 형성하는 화상형성소자와;An image forming element for selectively reflecting uniform light emitted from the light integrator to form an image; 상기 조명유니트 어레이와 상기 화상형성소자 사이에 배치되어, 상기 조명유니트 어레이 쪽에서 입사된 빔은 상기 화상형성소자 방향으로 향하도록 하고, 상기 화상형성소자 쪽에서 입사된 빔은 스크린 방향으로 향하도록 입사빔의 경로를 변환하는 빔스프리터와;Disposed between the illumination unit array and the image forming element such that the beam incident from the illumination unit array is directed toward the image forming element, and the beam incident from the image forming element is directed toward the screen direction; A beam splitter for converting a path; 상기 빔스프리터에 마주하게 배치되어, 상기 화상형성소자에서 형성된 화상을 스크린에 확대 투사시키는 투사렌즈유니트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.And a projection lens unit disposed to face the beam splitter to enlarge and project the image formed by the image forming element on a screen. 제9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 광인티그레이터는 상기 조명유니트 어레이에 마주하게 배치되어, 입사광이 균일광이 되도록 하는 파리눈렌즈 어레이로 되고,The optical integrator is arranged to face the illumination unit array, so that the light integrator is a fly's eye lens array so that incident light becomes uniform light, 상기 파리눈렌즈 어레이의 출사면에 마주하게 배치되어, 상기 파리눈렌즈 어레이를 투과한 균일광을 전달하는 적어도 일 매의 릴레이렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.And at least one relay lens disposed to face an exit surface of the fly's eye lens array and transmitting uniform light transmitted through the fly's eye lens array.
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