KR20060029820A

KR20060029820A - Ｌｅｄ 면광원 및 이를 이용한 투사표시장치

Info

Publication number: KR20060029820A
Application number: KR1020040078666A
Authority: KR
Inventors: 박찬영
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-10-04
Filing date: 2004-10-04
Publication date: 2006-04-07
Also published as: US20060072316A1; US7530708B2; KR100672357B1

Abstract

본 발명은 하나의 면발광면에 R,G,B 색광칩을 배열한 LED 면광원을 형성하고, 광학계를 간단히 구성하도록 한 투사표시장치에 관한 것으로서, 일평면상에 복수의 R,G,B LED 칩을 매트릭상으로 배열하여 면광원을 형성한 LED 면광원을 구비함을 특징으로 한다. 그리고 이 LED 면광원에 발광된 광의 방사각을 줄임과 동시에 균일한 광분포로 집속시키는 광집속 조명계와, 상기 LED 면광원의 R,G,B 광을 각각의 해당 영상색신호로 동기시킴과 동시에 각각의 광량을 영상신호로 변조하여 컬러영상을 생성하는 컬러영상 생성수단과, 상기 컬러영상 생성수단으로부터 출력되는 광을 투사확대하여 스크린에 공급하는 투사 광학계를 구비함을 특징으로 한다.

LED 면광원, 회절렌즈, 투사표시장치

Description

ＬＥＤ 면광원 및 이를 이용한 투사표시장치{LED suface emitting source and projection display system of the same}

도 1은 종래의 단판식 DMD 투사표시장치를 개략적으로 나타낸 도면

도 2(a)와 (b)는 각각 종래의 LED 면광원의 사시도 및 평면도

도 3은 종래의 LED 면광원을 적용한 단판식 DMD 투사표시장치를 개략적으로 나타낸 도면

도 4는 본 발명에 의한 LED 면광원을 적용한 투사표시장치를 개략적으로 나타낸 도면

도 5는 DMD와 광학계 크기 및 배율관계를 개략적으로 도시한 도면

도 6는 본 발명에 따른 LED 면광원의 배열을 개략적으로 나타낸 도면

도 7은 본 발명에 따른 LED 면광원의 LED칩의 단면도

도 8은 본 발명에 따른 색분리신호의 시간구성도를 나타낸 도면

* 주요 도면 부호의 부호 설명*

11 : 램프 12 : 집속렌즈

13 : 컬러휠 14 : 로드렌즈

15 : 조명렌즈 16 : TIR프리즘

17 : DMD 18 : 투사렌즈

21 : LED 모듈 22 : LED 모듈의 배열간격

23 : 구동전극라인 31-1 : R LED 면광원

31-2 : G LED 면광원 31-3 : B LED 면광원

32 : 합성프리즘 33 : 집속렌즈

34 : 컬러휠 35 : 로드렌즈

36 : 조명렌즈 37 : TIR프리즘

38 : DMD 39 : 투사렌즈

41 : 면광원 42 : 회절렌즈

43 : 로드렌즈 44 : 조명렌즈

45 : TIR프리즘 46 : DMD

47 : 투사렌즈 51 : 로드렌즈

52 : 조명렌즈 53 : DMD

60 : LED 베이스 61 : R LED 칩

62 : G LED 칩 63 : B LED 칩

71 : LED 기판 72 : LED p층

73 : 발광층 74 : LED n층

75 : 투명전극 76 : 반사층

77 : 전기신호라인 78 : 반사경

본 발명은 LED를 광원으로 적용하는 투사표시장치에 관한 것으로, 특히 하나의 면발광면에 R,G,B 3색광칩을 배열한 LED 면광원을 구성하고, 이를 이용한 광학계를 간단히 구성하도록 한 투사표시장치에 관한 것이다.

최근, 대화면, 고화질 표시장치는 가장 중요한 이슈중 하나로 떠오르고 있으며, 현재까지 대화면, 디스플레이장치로 개발되어 실용화된 것에는 대표적으로 직시형 액정디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 프로젝터 등이 있다.

한편, LED는 전기적 신호에 의하여 빛을 발광하는 소자로서 저 전력 구동이 가능하며 소형 광부품과 표시장치에 많이 사용된다. LED는 발광효율이 증가하면서 밝기의 제한으로 사용되지 않던 광원분야에서 적용되기 시작했다. 그러나 LED는 투사표시장치의 광원에 적용하기에는 하나로는 광원이 부족하게 되어 적용할 수 없고 여러 개의 LED를 모아 사용하고 있는 실정이다.

도 1은 종래의 단판식 DMD 프로젝터의 구성을 개략적으로 도시한 것으로 광원으로 사용되는 램프(11), 상기 광원의 집속렌즈(12), 입사되는 광원을 R,G,B광으로 분해하는 컬러휠(13), 내부 전반사에 출사되는 광 분포를 균일하게 하는 로드(rod)렌즈(14), 및 상기 로드렌즈(14)에서 나온 광을 집속하는 조명렌즈(15), 및 기타 TIR프리즘(16), DMD(17), 및 투사렌즈(18)를 구비하여 이루어져 있다.

이와 같이 구성된 종래의 단판식 DMD 프로젝터의 동작을 설명한다.

먼저, 광원인 램프(11)에서 나온 백색광을 집속렌즈(12)로 집속하여 컬러휠(13)에 입사된다. 컬러휠(13)은 R,G,B를 각각 투과하는 필터의 조합으로 구성되어 있고, 빠르게 회전하면서 백색광을 순차적으로 R,G,B광으로 분해한다. 즉 컬러휠(13)의 R영역에 조사된 광은 적색광만을 투과하게 되고, 컬러휠(13)이 회전하면서 G영역에 광이 조사되면 녹색광만이 투과하게 되며, 컬러휠(13)이 다시 회전하면서 B영역 필터에 광이 조사되면 청색광만이 투과하게 된다. 결국, 컬러휠(13)에 입사된 백색광은 시간에 따라서 순차적으로 R,G,B광이 투과되어 진행하게 된다. 그 다음 컬러휠(13)에 투과한 광은 로드(rod)렌즈(14)에 입사되어 내부 전반사에 의해 불규칙한 전반사가 일어나서 출사되는 광의 광분포가 균일하게 된다.

그후, 로드렌즈(14)에서 나온 광은 조명렌즈(15)에 의해 소정의 특성 각도로 집속된 후 TIR프리즘(16)에 입사하게 된다. TIR프리즘(16)은 두 개의 프리즘 블록이 접합되어 있고, 그 경계면에 공기층이 형성되어 있다. TIR프리즘(16)에 입사된 광은 접합된 TIR프리즘(16)의 경계면에서 굴절률이 높은 프리즘에서 굴절률이 낮은 공기로 진행하므로 특정 각도 이상으로 입사되면 전반사가 일어난다.

TIR프리즘(16)의 접합된 경계면에서 전반사된 광은 DMD(17)에 조사된다. DMD(17)는 미세한 거울이 배열되어 픽셀을 이루는 반사형 표시소자로서, DMD(17)에 조사된 광은 입력되는 해당 영상신호에 따라서 위상이 변조되어 영상정보가 담겨지게 된다. 이렇게 영상정보가 담겨진 광은 TIR프리즘(16)과 투사렌즈(18)를 투과하여 스크린(도시생략)에 투사되어 화면을 구현하게 된다.

이때, DMD(17)에 조사되는 광은 컬리휠(13)의 동작에 의해 R,G,B색으로 순차적으로 조사되고 DMD에서 구현하는 영상은 DMD에서 조사되는 색의 광과 동기를 이루어 동일한 영상의 색신호를 표시하여 정확한 컬러영상을 구현하게 된다.

이와 같은, 투사표시장치에서는 광으로 사용하는 램프의 전체 광을 사용하는 것이 아니고, 컬러휠의 R,G,B 필터에서 필요한 파장의 광만을 사용하므로 광 이용효율이 작게 되고, 색재현에 제한이 있게 된다.

LED는 발광하는 파장영역이 작으므로 색재현이 우수하고 소비전력이 작아 투사표시장치의 램프 대신 적용이 가능하다. 그런데, 투사표시장치의 광원으로 쓰기 위해서는 고출력의 광원이 필요하므로 하나의 LED로는 충분하지 않는다. 그래서 여러 개의 LED 모듈을 사용하여 광을 모아 사용해야 한다.

도 2(a), (b)는 종래의 LED 여러 개를 배열하여 면광원을 구성한 조명장치의 사시도 및 평면도를 나타낸 것이다. 도 2(a), (b)와 같이 LED 모듈 여러 개를 배열하여 면광원을 구성할 수 있으며, 각각의 LED에서 발광되는 광은 LED 모듈의 끝면에서 발광되는 것처럼 되어 전체적으로 면광원을 형성한다.

그런데, DMD와 같은 표시소자의 크기 대비 LED 모듈의 크기가 커서 단일 면적에 집속할 수 있는 LED의 수가 제한되고, 한정된 면적에서 고출력의 광을 얻을 수가 어려우며, LED 배열사이의 배열간격(22)이 많이 벌어져 광의 분포가 균일하지 못하여, 옥외 전광판과 같이 대면적의 화면을 구성하고 멀리서 보는 경우에는 LED 모듈의 배열이 화면표시에서 큰 문제가 되지 않으나, 소형 표시소자의 광원에 적용하거나 가까운 거리에서 소형화면을 표시하는 경우에는 광분포의 불균일에 의한 화면상의 밝기 균일도가 저하한다는 문제점이 있다.

또한 각각의 LED에 전압을 인가하기 위한 구동전극라인(23)을 연결해야 하므로 연결 회로 배선이 복잡해진다는 문제점이 있다.

도 3은 종래의 LED 면광원을 적용한 단판식 DMD 프로젝터의 구성을 나타낸 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 DMD 프로젝터는 R,G,B 광원(31-1, 31-2, 31-3)과 상기 각 R,G,B 면광원(31-1, 31-2, 31-3)의 광을 합성하여 백색광으로 만드는 합성프리즘(32)과 상기 합성된 백색광을 집속시키는 집속렌즈(33)와, 고속으로 회전하면서 순차적으로 R,G,B 광을 투과시켜서 색을 분리하는 컬러휠(34)과, 상기 컬러휠(34)로부터 입사하는 광의 분포를 균일하게 만드는 로드렌즈(35)와, 상기 로드렌즈(35)로부터 출사하는 광을 모아주는 조명렌즈(36)와, 조명렌즈(36)로부터 입사되는 광을 전반사시키는 TIR프리즘(37)과, 영상신호에 의해 광량을 변조하여 해당하는 색신호를 표시하여 컬러 영상을 구현하는 DMD(38)와, 영상을 확대투사시키는 투사렌즈(39)로 구성되어 있다. 이와 같이 구성된 종래의 단판식 DMD 프로젝터는, 각 R,G,B 면광원(31-1, 31-2, 31-3)에서 발광하는 광은 합성프리즘(32)에서 백색광으로 합성되어 한 방향으로 진행한다.

합성된 백색광은 집속렌즈(33)에 의해 컬러휠(34)로 집속되고, 컬러휠(34)은 고속으로 회전하면서 순차적으로 R,G,B광을 투과시켜 색을 분리한다. 컬러휠(34)를 투과한 광은 로드렌즈(35)에 입사되어 균일한 광분포로 만들어진 후 출사되며, 이 출사된 광은 조명렌즈(36)로 모아져서 TIR프리즘(37)으로 조사되고, TIR프리즘(37)에 조사된 광은 전반사되어 DMD(38)에 조사된다. DMD(38)에서는 순차적으로 조사되는 각 R,G,B 색에 해당하는 영상색신호를 표시하여 컬러영상을 구현한다. DMD(38)에서 구현된 영상은 TIR프리즘(37)을 투과하여 투사렌즈(39)에 의해 확대투사되어 스크린(도시생략)에 화면을 나타나게 된다.

그런데, 이와 같은 구성은 각 R,G,B 광을 합성후 분리해야 하므로 광학계의 구성이 복잡하고 크게하는 문제점이 있다. 특히, LED의 발광반사각이 커서 LED 광원으로부터 거리가 멀어질수록 광의 단면적이 매우 커지므로 그에 대응되는 렌즈나 프리즘등의 광학계가 커져야 한다. 이러한 제약조건은 투사시스템의 전체 크기를 크게 만드는 원인이 된다. 또한 컬러휠의 동작에 의한 소음 문제가 있고, 사용시간에 한계를 갖게 되며 입사되는 백색광중 1/3만을 투과시키므로 광이용 효율이 작게 된다는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 본 발명의 목적은 LED를 고집적의 면광원으로 적용할 수 있도록 LED 구조를 개선하여 고집적, 고출력의 면광원을 구성하고, 하나의 LED 광원이 R,G,B 광원을 배치하여 하나의 LED 면광원에서 각 색의 광 및 백색광을 발광하도록 함으로써 소형의 투사표시장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 기계적 작동에 의해 구동되는 컬러휠이 필요없게 되어서, 소음발생을 방지하고 사용시간을 증대시키도록 하는 투사표시장치를 제공함에 있다.

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 투사표시장치는, 일평면상에 복수의 R,G,B LED칩을 매트릭스상으로 배열하여 면광원을 형성한 LED 면광원과, 상기 LED 면광원에 발광된 광의 방사각을 줄임과 동시에 균일한 광분포를 집속시키는 광 집속 조명계와 상기 LED 면광원의 R,G,B 광을 각각의 해당 영상색신호에 동기시킴과 동시에 각각의 광량을 영상신호로 변조하여 컬러영상을 생성하는 컬러영상 생성수단과, 상기 컬러영상 생성수단으로부터 출사되는 광을 투사확대하여 스크린에 공급하는 투사광학계를 구비함을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 투사표시장치에서, 상기 LED 면광원은 투명기판상에 적층된 LED p층과, 상기 LED p층의 일부 절개부에 적층된 LED 활성층과, 상기 LED 활성층 위에 상기 LED p층의 잔여부분과 동일 높이로 적층된 LED n층과 상기 LED p층 및 LED n층에 각각 형성된 양전극 및 음전극과, 상기 양전극 및 음전극 위에 적층된 반사층과, 상기 반사층 내에 형성된 상기 양전극과 음전극과의 전기신호라인과, LED 칩으로부터 출사하는 광을 소정 각도 이내의 반사시키는 반사경을 구비하여 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 투사표시장치는 상기 광집속수단은 LED 면광원에서 발생된 광의 방사각을 줄이면서 집속시키는 회절렌즈(DOE)와, 광의 밝기 분포를 균일하게 하여 주는 로드렌즈와, 로드렌즈에서 출사되는 광을 모아 컬러영상 생성수단에 조사시켜 주는 조명렌즈를 구비하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기 회절렌즈(DOE)는 판상으로 형성되고, LED의 출사면과 로드렌즈의 임사면에 각각 접합되도록 함으로써, 일정 각도로 커지며 진행하는 광을 모아 로드렌즈에 입사시키는 집속렌즈의 기능을 수행함을 특징으로 한다.

상기 LED 면광원의 각 R,G,B 광소자의 칩은 p층 전극과 n층 전극이 모두 같은 방향으로 배치되고, LED 베이스에 접합되게 연결하도록 구성함을 특징으로 한 다.

상기 LED 면광원은 표면 발광하는 LED 칩을 R,G,B 별로 규칙적으로 배열하도록 함을 특징으로 한다.

상기 LED 면광원에서 R,G,B LED 광원을 순차적으로 온/오프하여 R,G,B 광을 발광하고 DMD에서 해당 색의 영상색신호를 동기하여 표시함으로써 컬러영상을 구현함을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 표면을 참조한 실시예의 상세한 설명을 통하여 명백해질 것이다.

이하 본 발명의 투사표시장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

[실시예]

도 4는 본 발명에 따른 투사표시장치의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 투사표시장치는 일평면상에 복수의 R,G,B LED 칩을 매트릭상으로 배열하여 면광원을 형성한 LED 면광원(41)과, 상기 LED 면광원(41)에서 발광된 광의 방사각을 줄이면서 집속시키는 회절렌즈(DOE)(42)와, 광의 밝기 분포를 균일하게 하는 로드렌즈(43)와 로드렌즈(43)에서 출사되는 광을 모아 조사시키는 조명렌즈(44)와, 입사된 광을 전반사시키는 TIR프리즘(45)과, 영상신호에 의해 광량을 변조하여 영상을 표시하는 DMD(46)와, 영상을 확대투사시키는 투사렌즈(47)로 구성되어 있다.

상기 LED 면광원(41)과 로드렌즈(43)은 상기 회절렌즈(DOE)(42)를 개재하여 밀착되는 구조로 형성되어 있으며, LED 면광원(41)의 발광면적은 로드렌즈(43)의 입사부 면적과 같게 되도록 구성되어 있다.

이와 같이 회절렌즈(DOE)(42)를 LED 면광원(41)과 로드렌즈(43)에 개재시키는 이유는 LED 면광원에서 발광하는 광의 방사각이 크므로 DMD의 조명광원으로 쓰기 위해서는 방사각을 줄어 주어야 하며, 이와 같이 LED 면광원의 방사각을 줄이기 위해서는 집속렌즈를 사용하여야 하는데, 집속렌즈를 사용하기 위해서는 배치할 공간과 거리가 필요하게 된다. 또한, LED 면광원으로부터 거리가 멀어질수록 단면적이 커지므로 대응하는 렌즈도 그 만큼 커져야 하는 문제점이 있으므로 이를 가장 효과적으로 해결하기 위해, LED 면광원(41)과 로드렌즈(43) 사이에 방사각을 경감시키는 회절렌즈(42)를 두어서 접합하도록 구성한 것이다.

그리고 상기 LED 면광원에서의 R,G,B LED 칩을 상기 DMD(46)의 해당하는 색의 영상색신호와 동기하여 순차적으로 온/오프하여 R,G,B 광을 순차적으로 발광케 함으로써 컬러영상을 구현하도록 구성되어 있다.

또한, 상기 회절렌즈(42), 로드렌즈(43)와 조명렌즈(44)로 광 집속조명계를 구성하고, 상기 TIR프리즘(45)과 DMD(46)로 컬러영상 생성장치를 구성한다.

한편, 상기 LED 면광원(41)은 도 6에 도시된 바와 같이, 얇은 판형의 LED 베이스(60)에 각각 R,G,B LED 칩(61, 62, 63)을 매트릭상으로 교대로 배열하여 평면 구조를 이루도록 구성함으로써 평면상에서 균일한 밝기 분포의 광이 평면발광하게 되도록 구성되어 있다.

또한, LED 칩의 구성은 도 7에 도시된 바와 같이, LED 기판(71) 위에 LED p 층(72), LED 발광층(73) 및 LED n층(74)이 순차적으로 적층되어 있다.

LED 기판(71)은 투명한 재질을 이용하여 광이 투과할 수 있도록 하여, LED p층의 가장자리 한 부분을 LED n층의 높이와 같도록 구성되어 있다. 이와 같이 구성된 LED를 거꾸로 뒤집어 투명전극(75)에 접합하도록 구성한다. 이때, LED p층과 LED n층은 투명전극의 양전극 패턴과 음전극 패턴이 각각 접촉되어 전기가 통할 수 있도록 구성되어 있다. 다음으로 상기 투명전극(75) 아래에 금속코팅이 된 반사층(76)상에는 상기 투명전극의 양전극 패턴과 음전극 패턴에 접속되는 전기신호라인(77)이 형성되어 있어 입력된 전기신호에 의해 LED의 p층(72)과 n층(74)에서 전압차가 발생하여 LED 발광층(73)에서 광이 발생하게 된다. 그리고 LED 칩에서 출사된 광을 반사시켜 특정 각도내의 광으로 진행시키는 반사경(78)이 형성되어 있다.

그리고, 전기신호라인(77)을 통하여 전기신호가 LED의 p층(72)과 n층(74)에 공급되면 전압차가 생겨서 LED 발광층(73)에서 광이 발생하게 된다.

이렇게 LED 발광층(73)에서 발광된 광은 사방으로 발산하게 되는데, 상기 LED p층(72) 방향으로 발광한 광은 투명한 LED 기판(71)을 투과하여 진행하고, LED n층(74) 방향으로 발광한 광은 투명전극(75)을 투과하여 진행한 후 반사층(76)에서 반사되어 반대방향으로 진행하게 된 후 LED 기판(71)을 투과하여 출사하게 된다. 따라서 LED 칩에서 발광된 광은 LED 기판(71) 방향으로 모두 출사하게 된다.

이렇게 LED 칩에서 출사된 광은 반사경(78)에서 반사되어서 특정한 각도내의 광으로 진행한다.

상기 반사경(78)은 이웃한 LED 칩과 공용하여 사용할 수 있고, 확장되어 LED 베이스(60)를 이루게 된다. 그리고 상기 LED 칩은 p층의 전극과 n층의 전극이 모두 같은 방향으로 배치되고, LED 베이스(60)에 접합연결하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 종래의 LED 보다 전극간 배선등이 제거되게 도 7과 같이 구성함으로써 LED의 크기를 크게 줄일 수 있다.

이때, 상기 출사되는 LED 광의 출력과 출사 각도는 반사경(78)과 LED 베이스(60)의 형상을 관계에 따라 조정할 수 있다.

이와 같이 LED 칩을 일 평면상에 매트릭상으로 배열하여 면광원을 구성하면 단일 면적에 집적할 수 있는 LED 칩의 수가 기존의 LED 모듈보다 월등이 많고 고출력의 광을 얻을 수 있고, LED 사이의 간격이 작아 균일한 분포의 출사광을 얻을 수 있게 된다.

상술의 LED 면광원을 이용한 투사표시장치의 동작을 첩부도면을 참조하여 설명한다.

도 6에 도시된 바와 같이 전기신호라인(77)를 통해 전기신호가 공급되면, R,G,B LED 면광원(41)중 해당하는 R,G,B LED가 발광하여 광을 출사하게 된다. 이때 상기 전기신호는 후술하는 바와 같이 DMD에서의 해당하는 색의 영상색신호에 동기되어서 LED 면광원에서의 R,G,B 광원을 순차적으로 온/오프함으로써 R,G,B 광을 발생한다.

도 4에 도시된 바와 같이, LED 면광원(41)의 R,G,B 광이 발생되어 회절렌즈(42)로 출사하게 되면 회절렌즈(DOE)(42)는 온/오프함으로써 R,G,B 광을 발생한다.

이와 같이 LED 면광원(41)의 R,G,B 광이 DMD(46)의 영상색신호에 의해 동기 되어 발생하면, 인접의 회절렌즈(DOE)(42)을 출사하게 된다. 회절렌즈(42)에서는 입사된 광의 방사각을 줄이면서 집속시켜서 인접의 로드레즈(43)로 출사한다. 상기 방사각을 줄이는 것은 후술의 DMD(46)의 조명광원으로 사용하기 위한 것이다. 즉 방사각을 줄이지 않으면 로드렌즈(43)를 경유하여 DMD(46)로 입사하는 광이 LED 면광원의 일부분만을 이용할 수 밖에 없게 되어 이용 광효율이 크게 낮아지기 때문이다.

상기 로드렌즈(43)로 광이 입사되면 로드렌즈(43)내에서 불규칙한 반사에 의해 출사되는 광의 분포가 균일하게 된다. 이렇게 로드렌즈(43)에서 균일한 광의 분포로 출사된 광은 조명렌즈(44)에 의해 집속되어 TIR프리즘(45) 및 DMD(46)에 입사하게 된다.

그런데, 본 실시예의 투사표시장치에서 로드렌즈로부터 출사된 광이 집속되어 DMD로 입사되는 과정의 조명광학계를 살펴보면 도 5에 도시된 바와 같다(이때, TIR프리즘은 광의 방향만을 전반사에 의해 바꾸어 주는 기능만을 가지므로 간단히 하기 위해 생략한다).

즉, 균일한 광분포를 갖는 광이 로드렌즈(51)에서 출사되어 특정배율을 갖는 조명렌즈(52)에 의해 반사형 소자인 DMD(53)에 조사된다.

이때, DMD의 특성상 DMD(53)에 입사되는 광중 ±12도 이내의 광만이 유효한 광으로 된다.

DMD의 크기가 고정되었고, 조명렌즈(52)의 배율에 의해 대응되는 로드렌즈(51)의 크기가 결정된다. 예를 들면, DMD(53)의 크기가 17.51mm×9.85mm라 하고, 조명렌즈(52)의 배율을 2.5배라 하면, 로드렌즈(51)의 크기는 7.00mm×3.94mm가 된다.

또한, 로드렌즈(51)에서 출사되는 광의 각도도 결정된다. 즉, 조명렌즈(52)의 배율이 2.5배라고 할 때, 로드렌즈(51)에서 출사되는 광의 각도는 ±30도이다. DMD(53)의 크기와 입사광의 각도가 정해지므로 조명렌즈(52)의 배율을 크게하는 경우 로드렌즈(51)의 크기는 작아지고, 로드렌즈(51)에서 출사되는 광의 각도는 커지게 되며, 조명렌즈(52)의 배율을 작게 하는 경우, 로드렌즈(51)의 크기가 커지게 되고 로드렌즈(51)에서 출사되는 광의 각도는 작아지게 된다. 그런데, 로드렌즈의 크기가 커지면 입사된 광의 불규칙한 반사횟수가 줄어들어 광의 균일도가 떨어지게 된다.

다시, 도 4를 참조한다. 상기 TIR프리즘(45)에 광이 입사하게 되면, 상술한 바와 같이, TIR프리즘(45)은 두 개의 프리즘이 접합되어 있고, 접합경계면에 공기층이 형성되어 있으므로, TIR프리즘(45)에 입사된 광은 접합경계면의 공기층에서 굴절률이 큰 프리즘에서 굴절률이 작은 공기로 진행하게 되므로 특정 각도 이상에서 전반사가 일어나게 되어서, TIR프리즘(45)에 입사된 광은 전바사되어 DMD(46)방향으로 진행하게 된다.

DMD(46)는 영상신호에 의해 반사광의 광량을 변조하여 영상을 표시한다, 이때, LED 면광원(41)에서 각 R,G,B LED 칩이 순차적으로 온/오프되어 R,G,B 광이 발광하게 되고, 이 발광된 광을 중간의 조명계를 경유하여 DMD(46)에 조명된다. DMD(46)에서 순차적으로 조명되는 R,G,B 광에 대응하여 DMD(46)는 해당 색과 동일 한 영상색신호를 동기화하여 표시하게 되어 정확한 컬러영상이 타나나게 된다.

DMD(46)에서 구현된 영상은 TIR프리즘(45)를 투과하고 투사렌즈(47)에 의해 확대투사되어 소정의 스크린(도시생략)에 화면을 표시하게 된다. 이러한 LED 면광원과 DMD의 순차적인 색구현은 도 8에 도시된 바와 같이, LED 면광원(41)의 각 R,G,B LED 칩(61, 62, 63)을 영상신호의 한 화면을 구성하는 동기신호인 1/60초 동안 3분할하여 순차적으로 발광시킴과 동시에 DMD(46)에서 구현하는 영상색신호와 동기시키도록 함으로써 컬러화면을 구현한다.

본 발명의 실시예는 예시하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 특허청구범위에 나타난 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 여러 가지 수정 및 변형이 가능하고, 이와 같은 수정 및 변형은 본 발명에 속하는 것임을 유념하여야 한다.

이상과 같이 본 발명의 투사표시장치에 의하면, 하나의 평면내에 고출력 R,G,B LED 칩을 고집적의 매트릭상으로 배열하여 LED 면광원을 형성함과 동시에 이 LED 면광원을 회절렌즈(DOE) 및 로드렌즈에 접합시켜서 조명계를 구성함으로써, 조명계를 소형으로 만들 수 있을 뿐만 아니라 기계적으로 구동하는 구동부인 컬러휠이 제거됨으로써 소음이 방지되고 제품수명이 길어지는 등의 효과가 있다.

Claims

단일 베이스의 일평면의에 R LED 칩,G LED 칩 및 B LED칩 중 적어도 2개 이상의 색을 갖는 다수개의 LED 칩을 매트릭상으로 배열하여 면광원을 형성하는 것을 특징으로 하는 LED 면광원.
제 1 항에 있어서,

상기 LED 칩은, 투명기판상에 적층된 LED p층과, 상기 LED p층의 일부 절개부에 적층된 LED 활성층과, 상기 LED 활성층 위에 상기 LED p층의 잔여부분과 동일 높이로 적층된 LED n층과, 상기 LED p층 및 LED n층에 각각 형성된 양전극 및 음전극과, 상기 양전극 및 음전극 위에 적층된 반사층과, 상기 반사층 내에 형성된 상기 양전극과 음전극과의 전기신호라인과, LED 칩으로부터 출사하는 광을 소정 각도 이내의 반사시키는 반사경을 구비하여 이루어지는 LED 면광원.
일평면상에 복수의 R,G,B LED 칩을 매트릭상으로 배열하여 면광원을 형성한 LED 면광원과,

상기 LED 면광원에 발광된 광의 방사각을 줄임과 동시에 균일한 광분포로 집속시키는 광집속 조명계와,

상기 LED 면광원의 R,G,B 광을 각각의 해당 영상색신호로 동기시킴과 동시에 각각의 광량을 영상신호로 변조하여 컬러영상을 생성하는 컬러영상 생성수단과,

상기 컬러영상 생성수단으로부터 출력되는 광을 투사확대하여 스크린에 공급하는 투사 광학계를 구비함을 특징으로 하는 투사표시장치.
제 3 항에 있어서,

상기 LED 면광원은, 투명기판상에 적층된 LED p층과, 상기 LED p층의 일부 절개부에 적층된 LED 활성층과, 상기 LED 활성층 위에 상기 LED p층의 잔여부분과 동일 높이로 적층된 LED n층과, 상기 LED p층 및 LED n층에 각각 형성된 양전극 및 음전극과, 상기 양전극 및 음전극 위에 적층된 반사층과, 상기 반사층 내에 형성된 상기 양전극과 음전극과의 전기신호라인과, LED 칩으로부터 출사하는 광을 소정 각도 이내의 반사시키는 반사경을 구비하여 이루어지는 투사표시장치.
제 3 항에 있어서,

상기 LED 면광원의 R,G,B LED 칩은 상기 DMD에서의 해당 색의 영상색신호에 동기되어 온/오프되도록 한 투사표시장치.
제 3 항에 있어서,

상기 광집속 조명계는 입사되는 광을 소정의 방사각으로 줄이면서 집속시키는 회절렌즈와, 광의 밝기 분포를 균일하게 하는 로드렌즈와, 입사되는 광을 모아 출사시키는 조명렌즈로 구성되는 투사표시장치.
제 6 항에 있어서,

상기 LED 면광원은, 상기 회절렌즈(DOE)를 개재하여 로드렌즈에 밀착되게 접합되어 있는 투사표시장치.
제 3 항에 있어서,

상기 컬러영상 생성수단은 TIR프리즘과 DMD로 형성되는 투사표시장치.