KR20060014345A

KR20060014345A - 화상투사장치

Info

Publication number: KR20060014345A
Application number: KR1020040088980A
Authority: KR
Inventors: 김수군; 김대식; 이계훈
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2004-11-03
Publication date: 2006-02-15
Also published as: US7455409B2; US20060033886A1; KR100667769B1

Abstract

광학적 배치를 변경하여 소형화 할 수 있도록 된 구조의 LED 광원을 이용한 화상투사장치가 개시되어 있다.

이 개시된 화상투사장치는 광을 생성하는 LED 광원을 구비하는 것으로, LED 광원에서 생성된 광이 일 방향으로 향하도록 조명하는 조명 광학계와; 조명 광학계에서 조명된 광의 진행방향을 바꾸어 줌과 아울러 출사광이 균일광이 되도록 하는 것으로, 제1광경로 상에 배치된 균일광 조명유니트와; 균일광 조명유니트에서 출사된 광으로부터 화상을 형성하는 디스플레이소자와; 디스플레이소자에서 형성된 화상을 스크린 쪽으로 확대 투사시키는 것으로, 제2광경로 상에 배치된 투사 광학계;를 포함하며, 제1광경로와 제2광경로가 평행 또는 실질상 평행을 이루도록 균일광 조명유니트와 투사 광학계가 배치된 것을 특징으로 한다.

Description

화상투사장치{Projection type image display apparatus}

도 1은 종래 화상투사장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화상투사장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

도 3은 도 2의 균일광 조명유니트의 다른 실시예를 보인 도면.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화상투사장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면.

도 5는 도 4의 균일광 조명유니트의 다른 실시예를 보인 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100...조명 광학계 110...LED 광원

120...합성유니트 121...제1이색미러

125...제2이색미러 200...균일광 조명유니트

210, 230...글래스 로드 221, 251...제1반사경

225, 255...제2반사경 231, 271...제1반사부

235, 275...제2반사부 240, 260...광터널

241, 261...경통 245, 265...반사부

301...디스플레이소자 305...반사미러

400...투사광학계

I...제1광경로 Ⅱ...제2광경로

본 발명은 LED 광원을 이용한 화상투사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광학적 배치를 변경하여 소형화 할 수 있도록 된 구조의 화상투사장치에 관한 것이다.

일반적으로 화상투사장치는 디스플레이소자에서 형성된 화상을 광원에서 조사된 광을 이용하여 스크린에 맺히도록 함으로써 영상을 제공한다. 이 화상투사장치는 대화면을 구현하면서도 전체 크기의 소형화를 위하여, 발광소자(LED : Light Emitting Diode)가 새로운 광원으로 대두되고 있다. 이 발광소자를 광원으로 이용시, LED의 특성 상 조명시스템의 소형화가 가능하고, 자연색 구현이 용이하다. 또한, 아크 방전에 의하여 광을 생성하는 램프에 비하여 수명이 길며, 낮은 전력에서 구동할 수 있다는 이점이 있다.

한편, LED의 광출력이 적어, 대화면 화상형성장치를 구현하고자 하는 경우, 다수의 LED가 광원으로 이용되어야 하는 바, 다수의 LED 광원에서 조사된 광을 투사렌즈 광학계에 조명하기 위해서는 조명 광학계의 구성이 대형화되는 단점이 있다.

도 1을 참조하면, 종래의 화상투사장치는 소정 칼라의 빔을 조명하는 조명 광학계(10)와, 입사광을 혼합하여 균일광이 되도록 하는 글래스 로드(20)와, 화상을 생성하는 디스플레이소자(31)와, 상기 조명 광학계(10)에서 조명된 광이 상기 디스플레이소자(31)로 향하도록 하는 반사미러(35) 및, 상기 디스플레이소자(31)에서 생성된 화상을 스크린(50)에 투사하는 투사광학계(40)를 포함하여 구성된다.

상기 조명광학계(10)는 청색, 적색, 녹색 광을 각각 조명하는 제1 내지 제3LED 광원(11)(12)(13)과, 상기 제1 내지 제3LED 광원(11)(12)(13) 사이에 배치되어 청색, 적색, 녹색의 광이 동일 경로로 진행하도록 하는 제1 및 제2이색미러(15)(16) 및, 입사광을 집속시키는 콘덴싱렌즈(17)를 포함한다.

상기 글래스 로드(20)는 광이 입사 또는 출사되는 입사면(21) 및 출사면(25)을 구비하며, 입사면(21)에서 출사면(25)까지의 길이가 상기 입사면(21)의 대각선 길이에 비하여 긴 직육면체 형상을 가진다. 이 글래스 로드(20)의 배치를 살펴볼 때, 도 1에 도시된 바와 같이, 입사광축 상에 배치되는 것으로 화상형성장치의 앞, 뒤 폭방향(도면에서는 상하방향)으로 길게 배열된다.

상기 투사광학계(40)는 출사광축 상에 배열되는 것으로, 입사된 화상을 확대 투사시킨다. 여기서, 상기 글래스 로드(20)가 위치된 입사광축과 상기 투사렌즈유니트(40)가 위치된 출사광축의 배치를 살펴보면, 상호 직각을 이루도록 배치되어 있다.

따라서, 상기한 바와 같이 구성된 화상투사장치는 상기 글래스 로드(20)가 입사광축을 따라 길이방향 배치되어 있으므로, 글래스 로드(20)가 점유하는 공간이 커서 전체 구성의 앞, 뒤 폭을 줄이는데 한계가 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, LED 광원과 글래스 로드 또는 광터널 타입의 광인티그레이터를 이용하면서도 전체 광학계의 구성을 소형화할 수 있도록 된 구조의 화상투사장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광을 생성하는 LED 광원을 구비하는 것으로, 상기 LED 광원에서 생성된 광이 일 방향으로 향하도록 조명하는 조명 광학계와; 상기 조명 광학계에서 조명된 광의 진행방향을 바꾸어 줌과 아울러 출사광이 균일광이 되도록 하는 것으로, 제1광경로 상에 배치된 균일광 조명유니트와; 상기 균일광 조명유니트에서 출사된 광으로부터 화상을 형성하는 디스플레이소자와; 상기 디스플레이소자에서 형성된 화상을 스크린 쪽으로 확대 투사시키는 것으로, 제2광경로 상에 배치된 투사 광학계;를 포함하며, 상기 제1광경로와 상기 제2광경로가 평행 또는 실질상 평행을 이루도록 상기 균일광 조명유니트와 상기 투사 광학계가 배치된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화상투사장치를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화상투사장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화상투사장치는 소정 칼라의 빔을 조명하는 조명 광학계(100)와, 광의 진행경로를 바꾸어 줌과 아울러 균일광을 조명하는 균일광 조명유니트(200)와, 이 균일광 조명유니트(200)에서 출사된 광으로부터 화상을 형성하는 디스플레이소자(301)와, 상기 디스플레이소자(301)에서 생성된 화상을 스크린(450)에 투사하는 투사광학계(400)를 포함하여 구성된다.

상기 조명광학계(100)는 소정 파장의 광을 생성 조명하는 LED 광원(110)과, 이 LED 광원(110)에서 조명된 광을 합성하는 합성유니트(120)를 포함한다. 상기 LED 광원(110)은 청색, 적색, 녹색 광을 각각 조명하는 제1 내지 제3LED 광원(111)(113)(115)을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 합성유니트(120)는 상기 제1 내지 제3LED 광원(111)(113)(115) 사이에 배치되어 청색, 적색, 녹색의 광을 합성하여 동일 경로 진행하도록 한다. 이를 위하여, 상기 합성유니트(120)는 제1 및 제2LED 광원(111)(113)에서 조사된 청색과 적색 광을 합성하는 제1이색미러(121)와, 이 합성된 광과 제3LED 광원(115)에서 조사된 녹색 광을 합성하는 제2이색미러(125)를 포함한다. 또한, 상기 조명 광학계(100)는 상기 합성유니트(120)에 의해 합성된 광을 집속시키는 콘덴싱렌즈(131)를 더 포함한다.

상기 균일광 조명유니트(200)는 제1광경로(I) 상에 배치되어, 상기 조명 광학계(100)에서 조명된 광의 진행방향을 바꾸어 주고, 균일한 출사광이 상기 디스플레이소자(301)에 입사되도록 한다.

상기 디스플레이소자(301)는 상기 균일광 조명유니트(200)를 투과한 광을 선택적으로 투과 또는 반사시켜 화상을 형성한다. 이 디스플레이소자(301)는 입사광을 각 화소단위로 선택적으로 반사시킴에 의해 화상을 형성하는 디지털 마이크로미 러 소자, 반사형 액정표시소자(LCOS : Liquid Crystal on Silicon) 등의 반사형 화상형성 유니트와, 입사광을 각 화소 단위로 선택적으로 투과시킴에 의해 화상을 형성하는 투과형 액정표시소자 등의 투과형 화상형성 유니트로 구분할 수 있다. 도 2에서는 상기 디스플레이소자(301)로 반사형 화상형성 유니트를 예로 들어 나타낸 것이다. 이 경우, 상기 디스플레이소자(301)와 상기 투사 광학계(400) 사이에 반사미러(305)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 반사미러(305)는 상기 균일광 조명유니트(200)에서 출사된 광을 반사시켜 상기 디스플레이소자(301)로 향하도록 하는 것으로, 제2광경로(Ⅱ)에 대해 편심되는 위치에 경사 배치된 것이 바람직하다. 한편, 상기 디스플레이소자는 도시된 바와 같은 구조의 반사형 화상형성 유니트에 한정되는 것은 아니며, 투과형 화상형성 유니트로의 변형 사용도 가능하다.

한편, 상기 투사 광학계(400)는 제2광경로(Ⅱ) 상에 배치되어, 상기 디스플레이소자(301)에서 형성된 화상을 스크린(450) 쪽으로 확대 투사시킨다. 여기서, 본 발명에 따른 화상투사장치가 차지하는 공간 배치를 최소화하기 위하여, 상기 제1광경로(I)와 상기 제2광경로(Ⅱ)는 평행 또는 실질상 평행을 이루도록 배치되어 있다. 여기서, 제1광경로(I)는 상기 조명 광학계()에서 조사된 광의 광축에 대해 실질상 수직을 이룬다.

이와 같이, 제1광경로(I) 상에 상기 균일광 조명유니트(200)를 배치하기 위하여, 상기 균일광 조명유니트(200)는 후술하는 바와 같이 다양한 구성을 가진다.

도 2를 참조하면, 제1실시예에 따른 균일광 조명유니트(200)는 제1 및 제2반사경(221)(225)과, 이들 사이에 배치된 글래스 로드(210)를 포함한다.

상기 제1반사경(221)은 상기 조명 광학계(100)에서 합성되어 입사광축을 따라 진행하는 광을 반사시켜 상기 제1광경로(I)로 향하도록 광경로 상에 경사 배치되어 있다.

상기 글래스 로드(210)는 상기 제1광경로(I) 상에 배치되는 것으로, 광이 입사 또는 출사되는 입사면(211) 및 출사면(215)을 구비하며, 입사면(211)에서 출사면(215)까지의 길이가 상기 입사면(211)의 대각선 길이에 비하여 긴 직육면체 형상을 가진다. 이 글래스 로드(210)는 주변과의 굴절률 차이에 의하여 내부에 소정 각도로 입사된 광이 전반사되면서 진행하도록 가이드한다. 여기서, 상기 글래스 로드(210) 내부에서의 전반사는 글래스 로드(210)를 구성하는 유리의 굴절률이 주변 매질(예를 들어, 공기)의 굴절률 보다 크므로, 이들 사이의 굴절률 차이에 의해 임계각 θ_c 보다 큰 각도로 글래스 로드(210)의 내부에서 그 측벽에 입사 될 때 일어난다. 이와 같이, 전반사되면서 상기 글래스 로드(210)를 통과한 광은 균일한 광이 된다.

상기 제2반사경(225)은 광경로 상에 경사 배치되는 것으로, 상기 글래스 로드(210)에서 출사된 광을 반사시켜 상기 디스플레이소자(301) 방향으로 향하도록 한다.

이와 같이, 균일광 조명유니트(200)를 글래스 로드(210)와 광의 경로를 변환하는 제1 및 제2반사경(221)(225)으로 구성함으로써, 글래스 로드(210)의 길이 방향이 입사광축에 대해 수직한 방향으로 이루도록 배치할 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 화상투사장치에 비하여, 화상투사장치의 폭을 줄일 수 있어서, 종래의 화상투사장치와 동일한 구성을 채용하면서도 소형화 할 수 있다.

도 3을 참조하면, 제2실시예에 따른 균일광 조명유니트(200)는 글래스 로드(230)와, 이 글래스 로드(230)의 단부 각각에 일체로 마련된 제1 및 제2반사부(231)(235)를 포함한다.

상기 글래스 로드(230)는 상기 제1광경로(I) 상에 배치된 것으로, 주변과의 굴절률 차이에 의하여 내부에 소정 각도로 입사된 광이 전반사 되면서 진행하도록 가이드한다. 이 글래스 로드(230)는 도 2의 글래스 로드(230)와 비교하여 볼 때, 그 양단부의 형상을 변경한 것에 구분되는 것으로, 다른 부분은 실질상 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 제1반사부(231)는 상기 글래스 로드(230)의 광 입사단부에 일체로 형성된다. 즉, 상기 글래스 로드(230)의 측벽에 대해 소정 기울기로 경사지게 배치된다. 이와 같이 구성된 제1반사부(231)는 상기 조명 광학계(100)에서 조사된 광을 반사시켜 상기 글래스 로드(230) 내부로 향하도록 한다.

상기 제2반사부(235)는 상기 글래스 로드(230)의 광 출사단부에 일체로 형성되는 것으로, 상기 글래스 로드의 측벽에 대해 소정 기울기로 경사지게 배치된다. 이 제2반사부(235)는 상기 글래스 로드에서 출사된 광을 반사시켜 상기 디스플레이소자 방향으로 향하도록 한다.

이와 같이, 균일광 조명유니트(200)를 글래스 로드(230)와 이에 일체로 형성되어 광의 경로를 변환하는 제1 및 제2반사부(231)(235)로 구성함으로써, 글래스 로드(230)의 길이 방향이 입사광축에 대해 수직한 방향으로 이루도록 배치할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화상투사장치의 광학적 배치를 보인 개략적인 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 화상투사장치는 소정 칼라의 빔을 조명하는 조명 광학계(100)와, 광의 진행경로를 바꾸어 줌과 아울러 균일광을 조명하는 균일광 조명유니트(200)와, 이 균일광 조명유니트(200)에서 출사된 광으로부터 화상을 형성하는 디스플레이소자(301)와, 상기 디스플레이소자(301)에서 생성된 화상을 스크린(450)에 투사하는 투사광학계(400)를 포함하여 구성된다. 본 실시예에 따른 화상투사장치는 상기 균일광 조명유니트(200)의 구조를 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 변경한 것에 특징이 있는 것으로, 다른 구성요소의 광학적 구성 및 배치는 도 2를 참조로 설명된 제1실시예에 따른 화상투사장치와 실질상 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 4를 참조하면, 상기 균일광 조명유니트(200)는 제1 및 제2반사경(251)(255)과, 이들 사이에 배치된 광터널(240)을 포함한다.

상기 광터널(240)은 상기 제1광경로(I) 상에 배치되는 것으로, 속이 빈 경통(241)과, 상기 경통(241)의 내측벽에 형성된 반사부(245)를 구비한다. 따라서, 이 광터널(240)에 소정 경사각으로 입사된 광은 상기 반사부(245)에서 내측으로 전반사 되면서 스크램블(scramble)된 상태로 진행한다. 그러므로, 상기 광터널(240)을 통과한 광은 입사광의 빔 프로파일과는 달리 균일한 광이 된다.

상기 제2반사경(255)은 광경로 상에 경사 배치되는 것으로, 상기 광터널(240)에서 출사된 광을 반사시켜 상기 디스플레이소자(301) 방향으로 향하도록 한다.

이와 같이, 균일광 조명유니트(200)를 광터널(240)과 광의 경로를 변환하는 제1 및 제2반사경(251)(255)으로 구성함으로써, 광터널(240)의 길이 방향이 입사광축에 대해 수직한 방향으로 이루도록 배치할 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 화상투사장치에 비하여, 화상투사장치의 폭을 줄일 수 있어서, 종래의 화상투사장치와 동일한 구성을 채용하면서도 소형화 할 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 균일광 조명유니트(200)는 광터널(260)과, 이 광터널(260)의 단부 각각에 일체로 마련된 제1 및 제2반사부(271)(275)를 포함한다.

상기 광터널(260)은 상기 제1광경로(I) 상에 배치되는 것으로, 속이 빈 경통(261)과, 이 경통(261)의 내측벽에 형성된 반사부(265)를 구비하여 입사광이 균일광이 되도록 한다.

상기 제1반사부(271)는 상기 광터널(260)의 입사단부에 소정 기울기로 경사 배치되는 것으로, 상기 조명 광학계(100)에서 입사된 광을 반사시켜 상기 경통(261) 내부로 향하도록 한다.

상기 제2반사부(275)는 상기 광터널(260)의 광 출사단부에 소정 기울기로 경사 배치되는 것으로, 상기 광터널(260)에서 출사된 광을 반사시켜 상기 디스플레이소자(301) 방향으로 향하도록 한다.

이와 같이, 균일광 조명유니트(200)를 광터널(260)과, 이 광터널(260)에 일체로 형성된 제1 및 제2반사부(271)(275)로 구성함으로써, 광터널(260)의 길이 방향이 입사광축에 대해 수직한 방향으로 이루도록 배치할 수 있다.

상기한 바와 같이 구성된 화상투사장치는 균일광 조명유니트를 구성하는 글래스 로드 또는 광터널을 배치함에 있어서, 그 길이 방향이 투사 광학계의 배치 방향과 평행 또는 실질상 평행하도록 배치함으로써, 화상투사장치의 전체 크기를 소형화할 수 있다는 이점이 있다.

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.

Claims

광을 생성하는 LED 광원을 구비하는 것으로, 상기 LED 광원에서 생성된 광이 일 방향으로 향하도록 조명하는 조명 광학계와;

상기 조명 광학계에서 조명된 광의 진행방향을 바꾸어 줌과 아울러 출사광이 균일광이 되도록 하는 것으로, 제1광경로 상에 배치된 균일광 조명유니트와;

상기 균일광 조명유니트에서 출사된 광으로부터 화상을 형성하는 디스플레이소자와;

상기 디스플레이소자에서 형성된 화상을 스크린 쪽으로 확대 투사시키는 것으로, 제2광경로 상에 배치된 투사 광학계;를 포함하며, 상기 제1광경로와 상기 제2광경로가 평행 또는 실질상 평행을 이루도록 상기 균일광 조명유니트와 상기 투사 광학계가 배치된 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
제1항에 있어서, 상기 균일광 조명유니트는,

상기 조명 광학계에서 조사된 광을 반사시켜 상기 제1광경로로 향하도록 하는 제1반사경과;

상기 제1광경로 상에 배치되는 것으로, 주변과의 굴절률 차이에 의하여 내부에 소정 각도로 입사된 광이 전반사 되면서 진행하도록 가이드하는 글래스 로드와;

상기 글래스 로드에서 출사된 광을 반사시켜 상기 디스플레이소자 방향으로 향하도록 하는 제2반사경;을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
제1항에 있어서, 상기 균일광 조명유니트는,

상기 제1광경로 상에 배치된 것으로, 주변과의 굴절률 차이에 의하여 내부에 소정 각도로 입사된 광이 전반사 되면서 진행하도록 가이드하는 글래스 로드와;

상기 글래스 로드의 광 입사단부에 일체로 형성되는 것으로, 상기 글래스 로 드의 측벽에 대해 소정 기울기로 경사지게 배치되어, 상기 조명 광학계에서 조사된 광을 반사시켜 상기 글래스 로드 내부로 향하도록 하는 제1반사부와;

상기 글래스 로드의 광 출사단부에 일체로 형성되는 것으로, 상기 글래스 로드의 측벽에 대해 소정 기울기로 경사지게 배치되어, 상기 글래스 로드에서 출사된 광을 반사시켜 상기 디스플레이소자 방향으로 향하도록 하는 제2반사부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
제1항에 있어서, 상기 균일광 조명유니트는,

상기 조명 광학계에서 조사된 광을 반사시켜 상기 제1광경로로 향하도록 하는 제1반사경과;

상기 제1광경로 상에 배치되는 것으로, 속이 빈 경통과 상기 경통의 내측벽에 형성된 반사부를 구비하여 입사광이 균일광이 되도록 하는 광터널과;

상기 광터널에서 출사된 광을 반사시켜 상기 디스플레이소자 방향으로 향하도록 하는 제2반사경;을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.
제1항에 있어서, 상기 균일광 조명유니트는,

상기 제1광경로 상에 배치되는 것으로, 속이 빈 경통과 상기 경통의 내측벽에 형성된 반사부를 구비하여 입사광이 균일광이 되도록 하는 광터널과;

상기 광터널의 입사단부에 소정 기울기로 경사지게 배치되는 것으로, 상기 조명 광학계에서 입사된 광을 반사시켜 상기 경통 내부로 향하도록 하는 제1반사부 와;

상기 광터널의 출사단부에 소정 기울기로 경사지게 배치되는 것으로, 상기 광터널에서 출사된 광을 반사시켜 상기 디스플레이소자 방향으로 향하도록 하는 제2반사부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상투사장치.