KR20080039753A - 레이저 광원용 방열 구조체 및 이를 구비하는 마이크로프로젝터 - Google Patents

Abstract

녹색, 적색 및 청색 레이저 광원에서 발생하는 열을 효율적으로 방출하며, 각 광원들을 서로 절연시키기 위하여, 본 발명은 (ⅰ)녹색 광을 발생시키는 제1 레이저 광원의 하우징을 접촉하도록 둘러싸는 제1 힛싱크; (ⅱ)적색 광을 발생시키는 제2 레이저 광원의 하우징을 접촉하도록 둘러싸는 제2 힛싱크; (ⅲ)청색 광을 발생시키는 제3 레이저 광원의 하우징을 접촉하도록 둘러싸는 제3 힛싱크;를 포함하며, 상기 제1 및 제2 힛싱크는 상기 제1 절연 부재를 사이에 두고 서로 인접하고, 상기 제2 및 제3 힛싱크는 상기 제2 절연 부재를 사이에 두고 서로 인접하는 마이크로 프로젝터용 방열 구조체 및 이를 구비하는 마이크로 프로젝터를 제공한다.

Description

레이저 광원용 방열 구조체 및 이를 구비하는 마이크로 프로젝터{Heat dissipation Structure body for laser light source and Micro projector comprising the same}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 프로젝터의 개략적인 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 마이크로 프로젝터의 측면에서 바라본 광학계의 개략적인 배치도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 광원용 방열 구조체의 사시도이다.

도 4는 도 3에 도시된 방열 구조체의 분해 사시도이다.

도 5는 도 4에 도시된 방열 구조체에 절연 부재가 구비되지 않았을 때의 전기 회로에 대한 회로도이다.

도 6은 도 5에 도시된 회로와 등가인 회로를 도시하는 회로도이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 광원용 방열 구조체의 사시도이다.

도 8은 도 3 및 도 7에 도시된 방열 구조체의 전기 회로에 대한 회로도이다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 힛싱크의 사시도이다.

도 10은 도 3에 도시된 방열 구조체의 저면 사시도이다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 광원용 방열 구조체의 사시도이다.

도 12a는 PBS(Polarizing Beam Splitter) 및 화상 표시패널을 입사하는 광 빔의 진행 방향 및 편광 방향을 도시하는 도면이다.

도 12b는 화상 표시패널에서 픽셀이 암 상태(black state)인 경우에 도 8a에서 입사된 광 빔의 진행 방향 및 편광 방향을 도시하는 도면이다.

도 12c는 화상 표시패널에서 픽셀이 명 상태(white state)인 경우에 도 8a에서 입사된 광 빔의 진행 방향 및 편광 방향을 도시하는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 *

1: 마이크로 프로젝터 10: 투사 광학계

20: 조명 광학계 21, 22, 23: 레이저 광원

24, 25, 26: 빔 포커싱 렌즈 27, 28, 29: 제1, 제2, 제3 미러

31: 반사 미러 35: 균일화 수단

36: PBS(polarizing beam splitter) 40: 화면 표시패널

50: 방열 구조체 51, 52, 53: 힛싱크

54, 55: 절연 부재 56, 57, 58: 렌즈 배럴

59, 159: 요철부 61, 62, 63: 렌즈 홀더

본 발명은 레이저 광원용 방열 구조체 및 이를 구비하는 마이크로 프로젝터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 휴대용 멀티미디어 기기, 예를 들면 디지털 카메라, 디지털 캠코더, PMP(portable multimedia player), 랩톱 컴퓨터, 휴대폰과 연결하여 외부의 스크린에 영상을 확대하여 표시하며, 휴대가 용이한 초소형의 마이크로 프로젝터에 내장된 레이저 광원에서 나오는 열을 방출시키는 방열 구조체 및 이를 구비하는 마이크로 프로젝터에 관한 것이다.

프로젝터는 광 빔이 화상 표시패널에 반사하는지 투과하는지 여부에 따라 반사형 프로젝터와 투사형 프로젝터로 구분된다. 또한, 프로젝터는 사용되는 화상 표시패널의 개수에 따라 단판식, 2판식 및 3판식 프로젝터로 구분될 수 있다. 또한, 광원의 종류에 따라 램프 광원을 사용하는 프로젝터와 레이저 광원을 사용하는 프로젝터로 구분될 수 있다.

램프 광원을 사용하는 프로젝터는 크기가 상당히 커서 휴대하기가 힘들다. 이를 극복하기 위하여 최근에는 레이저 광원을 이용한 프로젝터의 개발이 많이 진행되고 있다.

최근에 디지털 카메라, 디지털 캠코더, PMP(portable media player), PSP, 랩톱 컴퓨터 및 휴대폰과 같은 휴대용 멀티미디어 기기가 많이 사용되고 있다. 이 같은 휴대용 멀티미디어 기기의 활용도가 높아지면서 다른 사람과 함께 활용할 경우가 많아지고 있다. 특히, 휴대용 멀티미디어 기기는 이동성이 좋기 때문에 휴대용 멀티미디어 기기의 활용도를 높이기 위해서는 프로젝터의 휴대성 및 이동성도 좋아야 한다. 따라서, 프로젝터도 휴대성을 높이기 위하여 호주머니에 보관할 수 있을 정도의 초소형으로 제작될 필요성이 높아지고 있다.

녹색, 적색, 청색의 레이저 광원을 내장한 마이크로 프로젝터 중 레이저 광원부에서 가장 많은 열이 발생하는데, 이 열을 효율적으로 방출하지 못하면 주변의 전기 소자가 오작동하거나 파손될 수 있다. 또한, 액정을 사용하는 화상 표시패널도 온도에 영향을 받으므로 레이저 광원에서 나온 열을 외부로 효율적으로 방출하여야 한다.

한편, 캔 타입의 레이저 광원의 경우, 제조사 또는 광원 별로 캔 타입 하우징에 걸리는 전위가 Vcc 또는 그라운드로 서로 다를 수 있다. 따라서, 초소형인 마이크로 프로젝터의 내부에서 부피를 많이 차지하지 않으면서도 각 광원 간에 단락이 발생하지 않도록 하는 방열 구조체가 요구된다.

본 발명은 녹색, 적색 및 청색 레이저 광원에서 발생하는 열을 효율적으로 방출하며, 각 광원 간에 절연되는 방열 구조체 및 이를 구비한 마이크로 프로젝터를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은, 녹색 광을 발생시키는 제1 레이저 광원의 하우징을 접촉하도록 둘러싸는 제1 힛싱크; 적색 광을 발생시키는 제2 레이저 광원의 하우징을 접촉하도록 둘러싸는 제2 힛싱크; 청색 광을 발생시키는 제3 레이저 광원의 하우징을 접촉하도록 둘러싸는 제3 힛싱크;를 포함하며, 상기 제1 및 제2 힛싱크는 상기 제1 절 연 부재를 사이에 두고 서로 인접하고, 상기 제2 및 제3 힛싱크는 상기 제2 절연 부재를 사이에 두고 서로 인접하는 마이크로 프로젝터용 방열 구조체를 개시한다.

상기 제1, 제2 및 제3 힛싱크의 각각은 내부에 공동(hollow)이 형성된 실질적으로 사각 육면체이고, 상기 제1, 제2 및 제3 레이저 광원은 상기 공동에 끼워지며, 상기 사각 육면체의 적어도 일 면에는 각 힛싱크의 외부 표면적을 증가시키도록 요철부가 형성될 수 있다. 이때, 요철부는 일 방향으로 연속적으로 반복되는 오목부와 돌출부로 이루어지거나 상기 일 방향과 상기 일 방향에 교차하는 방향으로 각각 연속적으로 반복되는 오목부와 돌출부로 이루어질 수 있다.

제1, 제2 및 제3 절연 부재는 절연 테이프일 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 본 발명은 녹색 광을 발생시키는 제1 레이저 광원의 하우징을 접촉하도록 둘러싸는 제1 힛싱크; 적색 광을 발생시키는 제2 레이저 광원의 하우징을 접촉하도록 둘러싸는 제2 힛싱크; 청색 광을 발생시키는 제3 레이저 광원의 하우징을 접촉하도록 둘러싸는 제3 힛싱크;를 포함하며, 상기 제1, 제2 및 제3 힛싱크는 서로 전기적으로 절연되도록 일방향으로 이격되게 배치되는 마이크로 프로젝터용 방열 구조체를 개시한다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 본 발명은 각 출사구가 하방을 향하며 전후 방향으로 일렬로 배치된 제1, 제2 및 제3 레이저 광원들, 상기 각 광원들의 하방에 배치되고 상기 각 광 빔들의 폭을 조절하는 제1 내지 제3 빔 포커싱 렌즈들, 상기 제1 내지 제3 빔 포커싱 렌즈들의 하방에 배치되고 광 빔들이 후방으로 향하도록 각 광 빔들을 약 90도 반사시키는 제1 내지 제3 미러들, 상기 반사된 광 빔들이 상방으로 향하도록 광 빔들을 약 90도 반사시키는 반사 미러, 상기 상방을 향하는 각 광 빔의 광 강도 분포를 균일화 시키는 균일화 수단, 및 상기 균일화된 광 빔들 중 소정 방향의 편광만 후방을 향하도록 약 90도 반사시키는 PBS(polarizing beam splitter)를 포함하는 조명 광학계; 복수 개의 행과 열을 이루는 픽셀들을 구비하며, 외부에서 입력된 화상 신호에 대응하여 선택된 특정 픽셀에 입사하는 상기 조명 광학계에서 나온 녹색, 적색, 청색 광 빔들의 편광 방향을 회전시키면서 반대 방향으로 반사시키는 화상 표시패널; 상기 화상을 형성한 광 빔이 외부의 스크린에 투사되도록 일렬로 배치된 복수 개의 렌즈들을 구비하는 투사 광학계; 및 상기한 방열 구조체를 포함하는 마이크로 프로젝터를 개시한다.

적색 및 청색 광원은 레이저 다이오드(LD)이고, 녹색 광원은 다이오드 펌핑 고체상 레이저(Diode Pumping Solid State)일 수 있다. 화상 표시패널은 LCoS(liquid crystal on Silicon)일 수 있다.

이하에서는, 첨부된 도면들에 도시된 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로 프로젝터의 개략적인 사시도이다. 마이크로 프로젝터(1)는 전체적으로 육면체의 형상이며, 외부 스크린으로 광 빔이 출사되는 출사구(2)가 마이크로 프로젝터(1)의 전면 상부에 배치된다. 그리고 마이크로 프로젝터(1)의 상면에는 프로젝터(1)를 조작하기 위한 메뉴 버튼부(2)가 배치된다. 도면에는 도시되지 않았으나, 휴대용 멀티미디어 기기로부터 화상 신호를 입력받는 입력 포트는 마이크로 프로젝터(1)의 후면에 배치된다.

도 2는 도 1에 도시된 마이크로 프로젝터(1)의 측면에서 바라본 광학계의 개 략적인 배치도이다. 도 2를 참고하면, 마이크로 프로젝터(1)의 광학계는 크게 조명 광학계(20)와 투사 광학계(10)로 구분된다. 조명 광학계(20)는 녹색(G) 광원(21), 적색(R) 광원(22), 청색(B) 광원(23), 제1 내지 제3 빔 포커싱 렌즈(24, 25, 26), 제1 내지 제3 미러(27, 28, 29), 반사 미러(31), 균일화 수단(35), PBS(Polarizing Beam Splitter)(36), 및 화상 표시패널(40)을 포함한다. 투사 광학계(10)는 화상 표시패널(40)을 거쳐 나온 광 빔이 통과하는 일련의 렌즈들을 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 프로젝터(1)는 제어부(미도시)와 방열 구조체(50)를 더 구비한다.

광원은 제1 레이저 광원으로서 G 광원(21), 제2 레이저 광원으로서 R 광원(22), 제3 레이저 광원으로서 B 광원(23)을 가진다. 본 발명의 일 실시예에 따른 G 광원(21)은 다이오드 펌핑 고체상 레이저(Diode Pumping Solid State, DPSS)이며, R 광원(22) 및 B 광원(23)은 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)이다. LD와 DPSS는 다른 레이저 광원에 비하여 크기가 작은 장점이 있다. DPSS에서 나오는 녹색 광 빔은 LD에서 나오는 적색 및 청색 광 빔에 비하여 직진성이 좋으므로 광 빔의 폭이 매우 작다. 이러한 G, R, B 광 빔들의 폭을 소정 크기로 조절하기 위하여 제1, 제2, 제3 빔 포커싱 렌즈(24, 25, 26)가 상기 G, R, B 광원(21, 22, 23)들의 하부에 배치된다.

이때, 각 광원들은 G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)의 순서로 균일화 수단(35)으로부터 멀리 배치된다. 즉, G 광원(21)이 균일화 수단(35)으로 부터 가장 멀리 배치된다. 왜냐하면, 상대적으로 폭이 좁은 G 광 빔의 폭을 제1 빔 포커싱 렌즈(24)를 이용하여 소정 크기로 넓히기에 충분한 진행거리를 확보하기 위함이다. 그리고, R 광 빔과 B 광 빔의 폭을 고려하였을 때 R 광 빔의 진행거리가 B 광 빔의 진행거리보다 커야 하기 때문에 R 광원(22)을 B 광원(23)보다 균일화수단으로 부터 멀리 배치한다. 그러나, 상기 각 광원의 배치는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 채택할 광원의 종류에 따라 배치는 변경될 수 있음을 이해하여야 한다.

제1 내지 제3 빔 포커싱 렌즈(24, 25, 26)의 하방에는 제1 내지 제3 미러(27, 28,29)가 각각 배치된다. 제1 미러(27)는 G 광 빔을 약 90도 만큼 시계 반대방향으로 반사시킨다. 즉, 하방으로 향하던 G 광 빔을 후방으로 향하게 한다. 제2 미러(28)는 다이크로익(dichroic) 필터로서, R 광 빔을 약 90도 만큼 후방으로 반사시키고, G 광 빔은 투과시킨다. 제3 미러(29)는 다이크로익 필터로서, B 광 빔을 약 90도 만큼 후방으로 반사시키고, G 광 빔과 R 광 빔은 투과시킨다. 그럼으로써 G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)으로부터 나온 G 광 빔, R 광 빔, B 광 빔은 모두 반사 미러(31)쪽으로 진행한다.

G 광원(21)은 대략 원형의 형상을 가지며, 진행 방향에 수직한 단면에서 상하 방향으로 진동하는 편광이다. R 광원(22)은 타원형의 형상을 가지며, 장축에 평행한 방향(진행 방향에 수직한 단면에서 상하 방향)의 편광이다. B 광원(23)은 타원형의 형상을 가지며, 단축에 평행한 방향(진행 방향에 수직한 단면에서 좌우 방향)의 편광이다.

그런데, 후술할 PBS(36)에서 광 손실을 감소시키기 위해서는 마이크로 플라이 아이 렌즈(32)에 입사되는 광 빔의 편광이 진행 방향에 수직한 단면에서 상하 방향으로 진동하는 편광이어야 한다. 따라서, 좌우 방향의 B 광 빔의 편광을 상하 방향의 편광으로 변환할 필요가 있으며, 이를 위하여 B 광원(23)의 하방에는 λ/2 필터(half wave plate)(30)가 배치된다. 그럼으로써, G 광 빔, R 광 빔, B 광 빔의 편광은 모두 진행방향에 수직한 단면에서 상하 방향으로 진동하는 편광이 되어 PBS(36)에서의 광 손실을 줄일 수 있다.

G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)은 외부로부터 입력채널을 통하여 입력되는 화상 신호에 따라 후술할 제어부의 출력 신호에 연동하여 작동된다. 즉, G 광 빔, R 광 빔, B 광 빔은 제어부의 출력 신호에 의하여 G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)으로부터 출사된다.

도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 광원용 방열 구조체(50)를 설명한다. 방열 구조체(50)는 제1 힛싱크(heat sink)(51), 제2 힛싱크(52), 제3 힛싱크(53), 제1 절연 부재(54) 및 제2 절연 부재(55)를 구비한다.

제1 힛싱크(51)는 방열 성능이 우수하도록 열 전도성이 우수한 금속, 예를 들면 알루미늄으로 만들어진다. 제1 힛싱크(51)는 내부에 공동(hollow)이 형성되어 있고, G 광원(21)은 제1 힛싱크(51)의 내부에 접촉되도록 공동에 끼워진다. 이때, G 광원(21)은 캔 타입의 레이저 광원으로서, Vcc 단자, 그라운드 단자, 피드백 단자와 같은 세 개의 단자를 가지며, 캔 타입 하우징(21a)의 극성은 Vcc이다. 따라서, 제1 힛싱크(51)는 Vcc의 극성을 가진다. 여기서, 피드백 단자는 피드백 신호를 전달하는 단자이다.

유사하게, 제2 힛싱크(52) 및 제3 힛싱크(53)도 알루미늄과 같은 재질로 만 들어지며, 공동이 형성되어 R 광원(22) 및 B 광원(23)이 공동을 통하여 끼워진다. 이때, R 광원(22)과 B 광원(23)도 캔 타입의 레이저 광원으로서, Vcc 단자, 그라운드(GND) 단자, 피드백 단자와 같은 세 개의 단자를 가진다. 그러나, R 광원(22)의 하우징(22a)의 극성은 Vcc인 반면, B 광원(23)의 하우징(23a)의 극성은 그라운드이다. 또한, G 광원(21)의 Vcc 단자에는 1.2V가 인가되는 반면, R 광원(22)의 Vcc 단자에는 2.5V가 인가된다.

제1 및 제2 절연 부재(54, 55)를 구비하지 않은 방열 구조체(50)의 전기 회로도가 도 5에 도시되어 있다. 즉, 제1, 제2 및 제3 힛싱크(51, 52, 53)가 서로 접촉하면서 일 방향으로 배치되는 경우 도 5에 도시된 바와 같이, G 광원(21)의 Vcc 단자에 인가된 1.2V 전위가 제1 힛싱크(51)에도 인가되고, R 광원(22)의 Vcc 단자에 인가된 2.5V 전위가 제2 힛싱크(52)에도 인가되며, B 광원(23)의 그라운드 단자에 인가되는 0V 전위가 제3 힛싱크(53)에도 인가된다.

좀 더 쉽게 설명하기 위해, 도 5에 도시된 회로와 등가인 회로가 도시된 도 6을 참조하여 설명한다. R 광원(21)과 G 광원(22)의 Vcc 단자가 거의 저항이 없는 상태로 서로 직접 연결되어 있다. 그러나 이 두 광원의 작동 전압은 서로 다르므로 각 광원(21, 22)에 인가되는 작동 전압이 달라지는 문제가 발생한다. 그리고, G 광원(22)의 Vcc 단자와 B 광원(23)의 그라운드 단자가 거의 저항이 없는 상태로 서로 연결되므로 전기적인 단락(short) 현상이 발생한다.

따라서, 각 광원(21, 22, 23)을 둘러싸는 제1, 제2 및 제3 힛싱크(51, 52, 53)는 전기적으로 절연시킬 필요가 있다. 절연 수단의 일 실시예로서, 도 4에 도시 된 바와 같이, 제1 및 제2 절연 부재(54, 55)가 사용될 수 있다. 제1 절연 부재(54)는 제1 힛싱크(51) 및 제2 힛싱크(52)의 사이에 개재된다. 제2 절연 부재(55)는 제2 힛싱크(52) 및 제3 힛싱크(53)의 사이에 개재된다. 이때, 제1 및 제2 절연 부재(54, 55)는 내열성과 내절연성을 지닌 절연 물질, 예를 들면 PVC와 같은 물질로 된 절연 테이프일 수 있다.

PVC 절연 테이프(54, 55)의 두께는 약 0.05mm로 매우 얇으므로 방열 구조체(50)의 부피를 거의 증가시키지 않는다. 따라서 본 발명의 방열 구조체(50)는 마이크로 프로젝터의 소형, 박형화에 유리하다. 한편, 절연 테이프의 두께나 재질에는 다양한 변형이 가능하다.

절연 수단의 다른 실시예로서, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 힛싱크(51)와 제2 힛싱크(52) 및 제3 힛싱크(53)가 서로 이격되게 배치될 수 있다.

이와 같이, 제1, 제2 및 제3 힛싱크(51, 52, 53)가 서로 절연되어 있는 경우의 방열 구조체(50)의 전기 회로가 도 8에 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 각 광원(21, 22, 23)은 서로 전기적으로 절연됨으로써 각 레이저 광원에 인가되는 작동 전압이 달라지는 문제나 단락이 발생하는 문제가 발생하지 않는다.

한편, G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)이 캔 타입의 레이저 광원으로서, Vcc 단자, 그라운드 단자, 피드백 단자와 같은 세 개의 단자를 가지고, 모든 광원의 하우징(21a, 22a, 23a)이 동일한 전위를 가진다면, 모든 힛싱크(51, 52, 53)를 서로 직접 접촉하도록 배치해도 됨은 물론이다. 즉, 절연 부재(54, 55)를 사용하거나 각 힛싱크(51, 52, 53)를 이격시킬 필요가 없다.

도 7에 도시된 바와같이, 힛싱크(51)의 일면에는 그 표면적을 증가시키기 위하여 일 방향(광원에서 나온 광 빔의 진행 방향에 교차하는 방향)으로 오목부(59b)와 돌출부(59a)가 연속적으로 반복되도록 요철부(59)가 형성될 수 있다. 다른 실시예로서, 도 9에 도시된 바와 같이, 힛싱크(151)의 일면에는 그 표면적을 증가시키기 위하여 광 빔의 진행 방향 및 그 교차 방향으로 각각 오목부(159b)와 돌출부(159a)가 연속적으로 반복되도록 요철부(159)가 형성될 수 있다. 이와 같은 요철부(59, 159)에 의하여 방열 구조체(50, 150)의 표면적이 넓어짐으로써 방열 구조체(50, 150)로 전달된 열의 외부로의 방출량이 증가된다.

상기 요철부(59, 159)는 힛싱크(51, 151)의 일 면 뿐만 아니라, 다른 면에도 형성될 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 제1, 제2 및 제3 힛싱크(51, 52, 53)의 각 저면에는 가이드 핀(51a)들이 형성되어 있다. 가이드 핀(51a)을 마이크로 프로젝터의 엔진 베이스(미도시)의 홈에 위치시킨 후 각 힛싱크(51, 52, 53)를 엔진 베이스에 고정시킨다. 따라서, 각 광원을 수용하는 힛싱크(51, 52, 53)의 정렬을 정확하게 조절할 수 있게 됨으로써 정확한 광축 정렬이 가능하다.

또한, 각 레이저 광원의 빔 형상과 편광은 밀접한 관계에 있으므로, 제1 힛싱크(51)에 대한 R 광원(21)의 고정 위치, 제2 힛싱크(52)에 대한 G 광원(22)의 고정 위치, 제3 힛싱크(53)에 대한 B 광원(23)은 고정 위치는 정확하게 맞춰져야 한다. 이를 위하여 도 4에 도시된 바와 같이 레이저 광원(23)에는 정렬을 용이하게 맞추기 위한 홈(23b)이 형성되어 있고, 힛싱크(53)의 내부에는 상기 홈(23b)에 대 응하는 돌출부(미도시)가 형성된다. 그럼으로써 정확하게 광축을 정렬할 수 있다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 각 광원(21, 22, 23)에서 나온 광 빔이 진행하는 방향 즉, 각 힛싱크(51, 52, 53)의 하방측에는 렌즈 배럴(56, 57, 58), 빔 포커싱 렌즈(24, 25, 26) 및 렌즈 홀더(61, 62, 63)가 결합될 수 있다. 렌즈 배럴(56, 57, 58)은 힛싱크(51, 52, 53)에 지지되며, 빔 포커싱 렌즈(24, 25, 26)는 렌즈 홀더(61, 62, 63)를 통하여 렌즈 배럴(56, 57, 58)에 지지 고정된다. 제1, 제2 및 제3 빔 포커싱 렌즈(24, 25, 26)의 기능은 앞서 설명한 내용을 참조하면 된다.

한편, 각 힛싱크(251)는 도 11에 도시된 바와 같이, 상부 힛싱크(251a)와 하부 힛싱크(251b)로 이루어진 분리형일 수 있다. 즉, 분리형 힛싱크(251)의 경우, 하부 힛싱크(251b)에 레이저 광원을 위치시키고 상부 힛싱크(251a)를 하부 힛싱크(251b)에 체결수단(미도시)을 이용하여 결합하여 조립한다. 따라서, 분리형 힛싱크(251)는 도 4에 도시된 일체형 힛싱크(51)에 비하여, 레이저 광원을 조립하기가 용이한 장점이 있다. 그러나, 일체형 힛싱크(51)는 분리형 힛싱크(251)에 비하여 부품의 수고, 조립 공차가 적으며, 광축 정렬 정밀도가 더 좋은 장점이 있다.

반사 미러(31)는 각 광원으로부터 출사되어 제1 내지 제3 미러들(27, 28, 29) 각각에 반사되는 G 광 빔, R 광 빔, B 광 빔을 약 90도 만큼 시계 반대방향으로 굴절시킨다. 즉, 후방으로 향하는 각 광 빔을 상방으로 향하게 한다. 이때, 반사 미러(31)는 G 광 빔, R 광 빔, B 광 빔을 모두 반사시키는 미러이다. 반사 미러(31)에서 반사된 각 광 빔은 균일화 수단(35)에 입사된다.

균일화 수단(35)의 일 실시예로서 마이크로 플라이 아이 렌즈(micro fly-eye lens)(32), 제4 포커싱 렌즈(33) 및 콜리메이션 렌즈(collimation lens)(34)가 사용된다. 마이크로 플라이 아이 렌즈(32)는 반사 미러(31)의 상방에 배치되며, 제4 포커싱 렌즈(33)는 마이크로 플라이 아이 렌즈(32) 상방에 배치되며, 콜리메이션 렌즈(34)는 제4 포커싱 렌즈(33)의 상방에 배치된다.

각 광 빔은 마이크로 플라이 아이 렌즈(32)의 유효영역 전체로 정확히 입사되어야 한다. 이것은 각 광원의 하방에 배치된 포커싱 렌즈(24, 25, 26)들을 조절함으로써 달성될 수 있다.

마이크로 플라이 아이 렌즈(32)에 입사되는 광 빔의 광 강도 분포는 중심부에서 크고, 주변부에서 작다. 입사된 광 빔은 마이크로 플라이 아이 렌즈(32)에 의하여 분할된다. 분할된 각 광 빔은 제4 포커싱 렌즈(33)를 통과하면서 콜리메이션 렌즈(34) 전체에 걸쳐 입사된다. 즉, 중심부 및 양 주변부에서 분할된 광 빔들이 제4 포커싱 렌즈(33)에 의하여 모두 콜리메이션 렌즈(34) 전체에 걸쳐 입사됨으로써 콜리메이션 렌즈(34)를 통과하는 광 빔의 광 강도 분포를 전체적으로 균일해 진다. 따라서, PBS(36)에 입사되는 광 빔의 광 강도 분포는 균일해진다.

본 발명에서는 균일화 수단(35)이 마이크로 플라이 아이 렌즈(32)를 구비하고 있으나, 이와 달리 DOE(diffraction optical element)(미도시)를 구비할 수 있다.

화상 표시패널(40)은 외부로부터 입력된 화상 신호에 따라 광 빔을 변조하여 화상을 형성하는 역할을 한다. 화상 표시패널(40)의 예로서, DMD(Digital Micromirror Display) 패널, LCD 패널, LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 패널, 회절 광학 표시 소자등이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 화상 표시패널(40)은 LCoS 패널이다.

도면에는 도시되지 않았으나, LCoS 패널은 ITO 유리(indium tin oxide glass), 액정, 알루미늄 픽셀, 및 CMOS 기판을 구비한다. ITO 유리를 통하여 입사한 광은 각 픽셀의 액정의 분자 배열에 따라 편광 방향을 90도 회전한 상태로 반사되어 나오기도 하고, 편광 방향을 유지한 상태로 반사되어 나오기도 한다. 그리고 액정의 분자 배열은 CMOS 기판을 통하여 각 픽셀의 전극들에 인가되는 전압에 따라 제어된다. 즉, 제어부가 외부로부터 입력된 화상 신호에 대응하여 특정 픽셀에 전압을 인가하고, 상기 전압의 인가 여부에 따라 특정 픽셀에 대응하는 액정의 분자 배열이 바뀌면서 광 빔의 편광 방향이 제어된다.

LCoS 패널(40)은 투과형 LCD와 달리 액정을 통하여 입사된 광 빔이 반사되어 다시 출사된다. 즉, CMOS를 투과하지 않기 때문에 개구율이 높다. 따라서 LCoS 패널(40)은 투과형 LCD에 비해 광 투과율이 높고, 휘도가 좋다.

도 12a 내지 12c를 참조하여 PBS(36)와 화상 표시패널(40)이 균일화 수단(35)으로부터 나온 각 광 빔을 투사 광학계(10)로 진행시키는 동작 원리를 설명한다. 도 12a에 도시된 바와 같이, 균일화된 광 강도를 가지고 진행방향에 수직한 단면에서 상하 방향으로 진동하는 편광을 가진 각 광 빔들이 PBS(36)에 입사된다. PBS(36)는 균일화 수단(35)을 통하여 나온 광 빔들 중 소정 방향의 편광, 본 발명의 실시예의 경우 광 빔의 진행방향에 수직한 단면에서의 상하 방향으로 진동하는 편광만 약 90도 만큼 시계 방향으로 반사시킨다. 즉, 상하 방향으로 진동하는 편광만 후방으로 향하게 하고, 나머지 편광은 투과시킨다. 반사된 상하 방향으로 진동하는 편광은 화상 표시패널(40)로 입사한다.

도 12b에 도시된 바와 같이, 화상 표시패널(40)의 픽셀 중 암 상태(black state)인 픽셀에 입사하는 광 빔은 편광 방향을 동일하게 유지한 상태로 화상 표시패널(40)에 반사되어 나온다. 그 결과, 다시 PBS(36)에 반사되므로 투사 광학계(10)쪽으로 광 빔이 진행되지 못한다. 따라서 암 상태인 픽셀에 대응하는 외부 스크린에는 G, R, B 광이 형성되지 않는다.

도 12c에 도시된 바와 같이, 화상 표시패널(40)의 픽셀 중 명 상태(white state)인 픽셀에 입사하는 광 빔은 편광 방향이 90도 회전된 상태로 화상 표시패널(40)에 반사되어 나온다. 그 결과, 반사되어 나온 광 빔은 진행방향에 수직한 단면에서의 좌우 방향으로 진동하는 편광이므로 PBS(36)를 투과하여 투사 광학계(10)쪽으로 광 빔이 진행된다. 따라서 명 상태인 픽셀에는 대응하는 외부 스크린에는G, R, B 광이 형성된다.

이때, 전압이 인가된 픽셀이 명 상태가 되도록 설정할 수도 있으며, 이와 달리 전압이 인가된 픽셀이 암 상태가 되도록 설정할 수도 있다.

한편, 균일화 수단(35)을 통과한 광 빔은 원칙적으로 PBS(36)의 입사면(36a)에 수직하게 입사되어야 한다. 그러나 실제로는 입사면(36a)에 수직하지 않은 스큐 레이(skew ray)가 발생하게 되고, 이 스큐 레이는 PBS(36)의 반사면(36b)에서 편광 방향이 약간 회전한 상태로 반사되어 나온다. 이를 보정하기 위하여, PBS(36)와 화상 표시패널(40) 사이의 광 빔 경로에는 λ/4 필터(37)가 추가적으로 배치될 수 있다.

또한, PBS(36)와 투사 광학계(10) 사이에는 편광자(polarizer)(38)가 추가적으로 배치될 수 있다. 편광자(38)는 광 빔의 진행방향에 수직한 단면에서 좌우 방향으로 진동하는 편광만 통과시킨다. 즉, 원하는 편광 이외의 편광을 걸러준다. 따라서, λ/4 필터(37) 및/또는 편광자(38)는 화상의 콘트라스트(contrast)를 개선해준다.

지금까지는, 화상 표시패널(40)로서 반사형 화상 표시패널(40)에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 다른 실시예로서 투과형 화상 표시패널, 예를 들면 투과형 LCD 패널이 사용될 수 있다.

제어부는 외부로부터 입력되는 화상 신호에 따라 G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)의 동작을 제어하고, 화상 표시패널(40)의 동작을 제어한다.

이어서 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 마이크로 프로젝터(1)가 외부 스크린에 화상을 확대 투사하는 과정을 설명한다.

마이크로 프로젝터(1)가 그 입력 포트를 통하여 외부 멀티미디어 기기와 연결 되면, 멀티미디어 기기로부터 나온 화상 신호가 마이크로 프로젝터의 제어부에 입력된다. 제어부는 입력된 화상 신호에 따라 화상 표시패널(40)을 제어한다. 그러면, 화상을 형성하기 위해 동작되어야 하는 특정 픽셀에 대응하는 액정(42)의 배열이 변화된다. 한편, G 광원(21), R 광원(22), B 광원(23)은 제어부에 의하여 화상 표시패널(40)과 연동되어 작동되고, 각 광원(21, 22, 23)으로부터 G 광 빔, R 광 빔, B 광 빔이 순차적으로 출사된다.

각 광 빔은 제1 내지 제3 포커싱 렌즈(24, 25, 26)를 각각 통과하고, 제1 내지 제3 미러(27, 28, 29)에서 각각 반사되어 반사 미러(31)에서 입사된다. 반사 미러(31)에 반사된 각 광 빔은 균일화 수단(35)에 의하여 균일한 광 강도를 가지게 된다. 균일한 광 강도를 가진 각 광 빔은 PBS(36)에서 소정 방향의 편광만 반사되어 LCoS와 같은 반사형 화상 표시패널(40)로 입사된다.

LCoS(40)에서 화상 신호에 따라 특정 셀들에 입사된 광 빔들은 편광 방향이 90도 회전한 상태로 정반대 방향으로 반사되어 PBS(36) 통과하고, 투사 광학계(10)로 입사된다. 입사된 각 광 빔은 투사 광학계(10)를 통과하면서 확대되고, 그럼으로써 외부 스크린에 확대된 화상이 투사된다. 이때, 외부 스크린에는 G 광 빔, R 광 빔, B 광 빔은 극히 짧은 시간에 순차적으로 투사된다. 즉, 외부 스크린에는 G 화상, R 화상, B 화상이 극히 짧은 시간 간격으로 순차적으로 투사된다. 그 결과 투사된 R 화상, G 화상, B 화상이 중첩됨으로써 하나의 화상을 형성한다. 또한, 이와 같이 형성된 각 화상이 연속적으로 투사됨으로써 움직이는 영상이 형성된다.

본 발명의 레이저 광원의 방열 구조체는 각 광원 간에 전기적인 단락이 발생하지 않도록 함과 동시에 광원에서 발생된 열을 효율적으로 방출시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 방열 구조체는 부피를 적게 차지하기 때문에 이를 구비한 마이크로 프로젝터는 소형화 및 박형화 될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (17)

1. 녹색 광을 발생시키는 제1 레이저 광원의 하우징을 접촉하도록 둘러싸는 제1 힛싱크;

   적색 광을 발생시키는 제2 레이저 광원의 하우징을 접촉하도록 둘러싸는 제2 힛싱크;

   청색 광을 발생시키는 제3 레이저 광원의 하우징을 접촉하도록 둘러싸는 제3 힛싱크;를 포함하며,

   상기 제1 및 제2 힛싱크는 상기 제1 절연 부재를 사이에 두고 서로 인접하고, 상기 제2 및 제3 힛싱크는 상기 제2 절연 부재를 사이에 두고 서로 인접하는 마이크로 프로젝터용 방열 구조체.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 제1, 제2 및 제3 힛싱크의 각각은 내부에 공동(hollow)이 형성된 실질적으로 사각 육면체이고, 상기 제1, 제2 및 제3 레이저 광원은 상기 공동에 끼워지며, 상기 사각 육면체의 적어도 일 면에는 각 힛싱크의 외부 표면적을 증가시키도록 요철부가 형성된 레이저 광원용 방열 구조체.
3. 제2 항에 있어서,

   상기 요철부는 일 방향으로 연속적으로 반복되는 오목부와 돌출부로 이루어 진 레이저 광원용 방열 구조체.
4. 제2 항에 있어서,

   상기 요철부는 상기 일 방향과 상기 일 방향에 교차하는 방향으로 각각 연속적으로 반복되는 오목부와 돌출부로 이루어진 레이저 광원용 방열 구조체.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 제1, 제2 및 제3 레이저 광원 각각은 Vcc단자, 그라운드 단자, 피드백 단자를 구비하며, 상기 제1 및 제2 레이저 광원의 하우징은 각각 상기 제1 및 제2 레이저 광원의 각 Vcc 단자와 전기적으로 연결되며, 상기 제3 레이저 광원의 하우징은 상기 제3 레이저 광원의 그라운드 단자와 전기적으로 연결되는 레이저 광원용 방열 구조체.
6. 제1 항에 있어서,

   상기 제1, 제2 및 제3 절연 부재는 절연 테이프인 레이저 광원용 방열 구조체.
7. 제1 항에 있어서,

   상기 제1, 제2 및 제3 힛싱크 각각은 상부 힛싱크와 하부 힛싱크를 구비하는 레이저 광원용 방열 구조체.
8. 제1 항에 있어서,

   상기 제1, 제2 및 제3 레이저 광원에서 나온 각 빛이 진행하는 방향의 상기 제1, 제2 및 제3 힛싱크의 각 일측에는 렌즈 배럴, 상기 렌즈 배럴내에 수용되는 빔 포커싱 렌즈, 및 상기 빔 포커싱 렌즈를 상기 렌즈 배럴에 지지하는 렌즈 홀더가 더 결합되는 레이저 광원용 방열 구조체.
9. 녹색 광을 발생시키는 제1 레이저 광원의 하우징을 접촉하도록 둘러싸는 제1 힛싱크;

   적색 광을 발생시키는 제2 레이저 광원의 하우징을 접촉하도록 둘러싸는 제2 힛싱크;

   청색 광을 발생시키는 제3 레이저 광원의 하우징을 접촉하도록 둘러싸는 제3 힛싱크;를 포함하며,

   상기 제1, 제2 및 제3 힛싱크는 서로 전기적으로 절연되도록 일방향으로 이격되게 배치되는 마이크로 프로젝터용 방열 구조체.
10. 제9 항에 있어서,

    상기 제1, 제2 및 제3 힛싱크의 각각은 내부에 공동(hollow)이 형성된 실질적으로 사각 육면체이고, 상기 제1, 제2 및 제3 레이저 광원은 상기 공동에 끼워지며, 상기 사각 육면체의 적어도 일 면에는 각 힛싱크의 외부 표면적을 증가시키도 록 요철부가 형성된 레이저 광원용 방열 구조체.
11. 제9 항에 있어서,

    상기 제1, 제2 및 제3 레이저 광원 각각은 Vcc단자, 그라운드 단자, 피드백 단자를 구비하며, 상기 제1 및 제2 레이저 광원의 하우징은 각각 상기 제1 및 제2 레이저 광원의 각 Vcc 단자와 전기적으로 연결되며, 상기 제3 레이저 광원의 하우징은 상기 제3 레이저 광원의 그라운드 단자와 전기적으로 연결되는 레이저 광원용 방열 구조체.
12. 제9 항에 있어서,

    상기 제1, 제2 및 제3 힛싱크 각각은 상부 힛싱크와 하부 힛싱크를 구비하는 레이저 광원용 방열 구조체.
13. 제9 항에 있어서,

    상기 제1, 제2 및 제3 레이저 광원에서 나온 각 빛이 진행하는 방향의 상기 각 제1, 제2 및 제3 힛싱크 일측에는 렌즈 배럴, 상기 렌즈 배럴내에 수용되는 빔 포커싱 렌즈, 및 상기 빔 포커싱 렌즈를 상기 렌즈 배럴에 지지하는 렌즈 홀더가 더 결합되는 레이저 광원용 방열 구조체.
14. 각 출사구가 하방을 향하며 전후 방향으로 일렬로 배치된 제1, 제2 및 제3 레이저 광원들, 상기 각 광원들의 하방에 배치되고 상기 각 광 빔들의 폭을 조절하는 제1 내지 제3 빔 포커싱 렌즈들, 상기 제1 내지 제3 빔 포커싱 렌즈들의 하방에 배치되고 광 빔들이 후방으로 향하도록 각 광 빔들을 약 90도 반사시키는 제1 내지 제3 미러들, 상기 반사된 광 빔들이 상방으로 향하도록 광 빔들을 약 90도 반사시키는 반사 미러, 상기 상방을 향하는 각 광 빔의 광 강도 분포를 균일화 시키는 균일화 수단, 및 상기 균일화된 광 빔들 중 소정 방향의 편광만 후방을 향하도록 약 90도 반사시키는 PBS(polarizing beam splitter)를 포함하는 조명 광학계;

    복수 개의 행과 열을 이루는 픽셀들을 구비하며, 외부에서 입력된 화상 신호에 대응하여 선택된 특정 픽셀에 입사하는 상기 조명 광학계에서 나온 녹색, 적색, 청색 광 빔들의 편광 방향을 회전시키면서 반대 방향으로 반사시키는 화상 표시패널;

    상기 화상을 형성한 광 빔이 외부의 스크린에 투사되도록 일렬로 배치된 복수 개의 렌즈들을 구비하는 투사 광학계; 및

    상기 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항의 방열 구조체를 포함하는 마이크로 프로젝터.
15. 제14 항에 있어서,

    상기 적색 및 청색 광원은 레이저 다이오드(LD)이고, 상기 녹색 광원은 다이오드 펌핑 고체상 레이저(Diode Pumping Solid State)인 마이크로 프로젝터.
16. 제14 항에 있어서,

    상기 화상 표시패널은 LCoS(liquid crystal on Silicon)인 마이크로 프로젝터.
17. 제14 항에 있어서, 상기 균일화 수단은,

    상기 반사 미러와 상기 PBS 사이의 광 빔 경로상에 배치되며, 상기 반사 미러에 반사된 각 G, R, B 광 빔들을 분할하는 마이크로 플라이 아이 렌즈(micro fly-eye lens); 및

    상기 마이크로 플라이 아이 렌즈와 상기 PBS 사이의 광 빔 경로상에 배치되며, 상기 분할된 광 빔을 집광하여 상기 PBS에 입사되는 광 빔의 광강도 분포를 균일화시키는 제4 포커싱 렌즈와 콜리메이션 렌즈;를 포함하는 마이크로 프로젝터.

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