KR20080112504A - 프로젝션 시스템 - Google Patents

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KR20080112504A
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윤찬영
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Abstract

본 발명은 적색, 녹색, 및 청색 LED로 이루어지는 광원과; 상기 광원의 일부 색을 투과 또는 반사하여 합성하는 합성부와; 상기 합성된 광이 입사되는 적분기와; 상기 적분기를 통과한 광이 포커싱되는 조명렌즈와; 상기 조명렌즈를 통과한 광을 소정 방향으로 반사시키는 반사면과; 상기 반사면을 통해 반사된 광이 입력되는 패널과; 상기 패널을 통과한 광이 포커싱되는 투사렌즈를 포함하여 이루어지는 프로젝션 시스템에 관한 것으로, 색순도를 높히고 제조 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
LED, 프로젝션, 적분기, 다이크로익 미러, 패널.

Description

프로젝션 시스템 {Projection system}
도 1은 종래의 투과형 단판식 프로젝션 광학계의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 프로젝션 시스템의 일 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 프로젝션 시스템의 다른 실시예를 나타내는 개략도이다.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
10 : 광원 11 : 적색 LED
12 : 녹색 LED 13 : 청색 LED
20 : 합성부 21 : 제1다이크로익 미러
22 : 제2다이크로익 미러 23 : 제3다이크로익 미러
30 : 적분기 40 : 조명렌즈
50 : 패널 60 : 반사면
70 : 투사렌즈 80 : 스크린
본 발명은 프로젝션 시스템에 관한 것으로 특히, 색순도를 향상시킬 수 있 고, 색 재현 영역을 확장시킬 수 있는 프로젝션 시스템에 관한 것이다.
최근 대화면, 고화질 디스플레이 장치는 가장 중요한 이슈(issue) 중 하나로 떠오르고 있으며, 현재까지 이러한 대화면 디스플레이 장치로 개발되어 상용화 된 것에는 대표적으로 직시형 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 프로젝션 TV, 프로젝터 등이 있다.
이중에서 프로젝션 TV와 프로젝터는 공통적으로 광학 엔진이라는 장치를 포함하며, 이 광학엔진 내에는 신호 처리된 영상정보를 표시해주는 CRT(Cathode Ray Tube), LCD(Liquid Crystal Display), DMD(Digital Micro-mirror Device) 등의 디스플레이 소자가 사용된다.
상기 LCD를 이용한 프로젝터는 다시 투과형 LCD를 이용하는 시스템과 반사형 LCD(LCoS)를 이용하는 시스템으로 나뉜다.
도 1은 투과형 단판식 프로젝션 광학계의 일례를 나타내는 것으로, 이러한 프로젝션 광학계의 구성은, 램프(1), 컬러휠(2), 적분기(3), 조명렌즈(4), 프리즘(5), 패널(6), 투사렌즈(7), 및 스크린(8)으로 구성된다.
램프(1)는 백색광을 생성하는 광원이고, 컬러휠(2)은 이러한 램프(1)의 광원에서 적색, 녹색, 및 청색 광을 순차적으로 분할하는 역할을 한다.
적분기(3)는 상기 램프(1)에서 출사된 빛이 균일한 광도를 가지면서 원하는 형태로 셰이핑하는데 사용된다.
조명렌즈(4)는 적분기(3)에서 나온 빛을 프리즘(5)을 통해 패널(6)로 조명시킨다.
이와 같이, 적분기(3)에서 균일한 조도를 가지거나, 원하는 형상으로 형상화된 출력광은 조명렌즈(4)를 통하여 포커싱되고, 이러한 조명렌즈(4)를 통과한 광을 패널(6)로 인가되기 위하여 프리즘(5)으로 입사된다.
이때, 이러한 프리즘(6)은 경계면을 지니게 되어, 상기 조명렌즈(4)에서 전달되는 빛은 프리즘(5)의 면에서 일차적으로 반사되어 패널(6)로 입사되나, 이러한 패널(6)에서 출사된 광은 프리즘(5)을 통과하여 투사렌즈(7)로 전달된다.
상기 패널(6)에서는 상기 램프(1)으로부터 출사된 빛이 도달할 때, 적절한 스위칭 또는 반사 등의 과정에 의하여 프로젝션 되기 위한 영상정보가 출력하고, 이러한 영상정보는 투사렌즈(7)를 거쳐 스크린(8)에 결상되게 된다.
이러한 단판식 프로젝션 시스템은 백색광을 시간 순차적으로 분리하는 방식을 사용하여 효율이 전체 광량의 1/3 이하이고, 컬러휠(2)에 의해 소음이 발생하며, 표현할 수 있는 컬러 영역에 제한이 있어 색순도가 좋지 않은 문제점이 있었다. 또한, 프리즘(6)을 사용함으로 인해 제조 단가가 올라가는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, LED(Light Emitting Diode; 이하 'LED'라 약칭함)와 반사면을 이용하여 색순도를 높히고 제조 단가를 낮출 수 있는 프로젝션 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프로젝션 시스템은, 적색, 녹색, 및 청색 LED로 이루어지는 광원과; 상기 광원의 일부 색을 투과 또는 반사하여 합 성하는 합성부와; 상기 합성된 광이 입사되는 적분기와; 상기 적분기를 통과한 광이 포커싱되는 조명렌즈와; 상기 조명렌즈를 통과한 광을 소정 방향으로 반사시키는 반사면과; 상기 반사면을 통해 반사된 광이 입력되는 패널과; 상기 패널을 통과한 광이 포커싱되는 투사렌즈를 포함하여 이루어진다.
이때, 본 발명에 따른 프로젝션 시스템은 상기 광원과 합성부 사이에 위치하여, 상기 광원으로부터 출사되는 광을 평행한 광으로 변환하기 위한 시준기를 더 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 합성부는 상기 적색 LED 광을 투과하고 상기 녹색 LED 광을 반사하는 제1 다이크로익 미러와; 상기 적색 LED 광과 상기 녹색 LED 광을 투과하고 상기 청색 LED 광을 반사하는 제2 다이크로익 미러를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 제1 다이크로익 미러는 상기 적색 LED 광과 녹색 LED 광이 교차하는 위치에 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 다이크로익 미러는 상기 적색 LED 광과 청색 LED 광이 교차하는 위치에 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광원은 상기 적색 LED 광과 상기 적분기가 일직선상에 위치하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 적색 LED 광은 상기 제1 다이크로익 미러와 제2 다이크로익 미러를 투과하고, 상기 녹색 LED 광은 상기 제1 다이크로익 미러에서 반사되고 제2 다이크로익 미러를 투과하며, 상기 청색 LED 광은 상기 제2 다이크로익 미러에서 반사되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 합성부는 상기 녹색 LED 광을 투과하고 상기 적색 LED 광을 반사하는 제3 다이크로익 미러와; 상기 적색 LED 광과 상기 녹색 LED 광을 투과하고 상기 청색 LED 광을 반사하는 제2 다이크로익 미러를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 제3 다이크로익 미러는 상기 적색 LED 광과 녹색 LED 광이 교차하는 위치에 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광원은 상기 녹색 LED 광과 상기 적분기가 일직선상에 위치하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 녹색 LED 광은 상기 제3 다이크로익 미러와 제2 다이크로익 미러를 투과하고, 상기 적색 LED 광은 상기 제3 다이크로익 미러에서 반사되고 제2 다이크로익 미러를 투과하며, 상기 청색 LED 광은 상기 제2 다이크로익 미러에서 반사되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 프로젝션 시스템은 상기 합성부와 적분기 사이에 위치하여, 상기 합성부를 통해 합성된 광을 상기 적분기의 일 지점에 집광시키기 위한 집광렌즈를 더 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 패널은 DMD, LCoS, 및 LCD 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 적분기는 로드 렌즈 또는 광 터널인 것을 특징으로 한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 프로젝션 시스템의 일 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 2를 참조하면, 광원(10)을 통과한 광은 두 개의 다이크로익 미러(dichroic mirror: 21, 22)로 이루어지는 합성부(20)에서 합성된다.
상기 광원(10)은 발광 소자의 하나인 LED(light emitting diode; 이하 'LED'라 약칭함)가 이용되며, 각각 적색 LED(11), 녹색 LED(12), 및 청색 LED(13)로 구성된다.
광원(10)으로서, 상기와 같은 LED 이외에, 각각 적색, 녹색, 및 청색을 발광하는 레이저도 이용이 가능하며, 이러한 레이저는 레이저 다이오드(laser diode)를 이용하는 것이 바람직하다.
이와 같은 삼원색의 LED(11, 12, 13)로 이루어지는 광원(10)에서는 이러한 LED(11, 12, 13) 광이 합성되어 백색광을 포함한 컬러를 갖는 광이 출력될 수 있다.
이러한 광원(10)은 도 2에서와 같이, 두 개의 다이크로익 미러(21, 22)에서 합성될 수 있도록 배치된다.
상기 다이크로익 미러(21, 22)는 특정 파장을 갖는 빛만을 선택적으로 반사, 투과시켜 원하는 파장대의 빛을 얻을 수 있는 미러로서, 보통 빛의 간섭을 이용한다.
이러한 다이크로익 미러(21, 22)는, 도 2에서와 같이, 적색 LED(11) 광과 녹색 LED(12) 광이 교차하는 위치에 제1다이크로익 미러(21)가 위치하고, 또한 적색 LED(11) 광과 청색 LED(14) 광이 교차하는 위치에 제2다이크로익 미러(22)가 위치할 수 있다.
이때, 제1다이크로익 미러(21)는 도 3과 같이, 적색(R) 광을 투과하고, 녹색(G) 광은 반사시킬 수 있다. 이러한 제1다이크로익 미러(21)에서 청색(B) 광은 투과되지 않고 반사되는 것이 바람직하다.
한편, 제2다이크로익 미러(22)는 녹색(G) 광과 적색(R) 광은 투과시키고, 청색(B) 광은 반사시킨다.
따라서, 적색(R) 광은 상기 제1다이크로익 미러(21)와 제2다이크로익 미러(22)를 모두 통과하고, 녹색(G) 광은 상기 제1다이크로익 미러(21)에서 반사되어 적분기(30)를 향하고, 제2다이크로익 미러(22)는 통과한다.
또한, 청색(B) 광은 상기 제2다이크로익 미러(22)에서 반사되어 적분기(30)를 향한다.
이와 같이, 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 광은 두 개의 다이크로익 미러(21, 22)를 통과하면서 합성되어 결상하여야 할 이미지에 따라 다양한 컬러의 광으로 합성된다.
상술한 과정에서 합성된 출력광은 적분기(30)를 통과하면서 광원(10)에서 출사된 광이 균일한 조도를 가지게 된다. 또한, 이러한 적분기(30)를 통과하면서 원하는 형상으로 형상화될 수 있다.
이러한 적분기(30)는 막대형의 로드 렌즈(rod lens) 또는 상자형의 미러로 이루어지는 광 터널 등이 이용될 수 있다.
이와 같이, 적분기(30)에서 균일한 조도를 가지거나, 원하는 형상으로 형상화된 출력광은 조명렌즈(40)를 통하여 포커싱되고, 이러한 조명렌즈(40)를 통과한 광은 패널(50)로 인가되기 위하여 반사면(60)으로 입사된다.
상기와 같은, 반사면(60)은 종래의 프리즘을 대체한 것으로, 상기 조명렌즈(40)를 통과한 광을 패널(50)로 반사시킨다.
상기 패널(50)에서는 상기 반사면(60)에 의해 반사된 광이 도달할 때, 적절한 스위칭 또는 반사 등의 과정에 의하여 프로젝션 되기 위한 영상정보가 출력하고, 이러한 영상정보는 투사렌즈(70)를 거쳐 스크린(80)에 결상되게 된다.
이러한 패널(50)은 DMD(digital micromirror device), LCoS(liquid crystal on silicon), 및 LCD(liquid crystal device) 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 이러한 패널(50)은 마이크로 스위칭 소자라고 할 수 있다.
상기 투사렌즈(70)는 상술한 패널(50)로부터의 이미지를 대략 80 내지 130배 정도 확대하여 스크린(80)으로 보낸다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 청색(B)을 반사하는 다이크로익 미러와, 적색(R)을 투과하는 다이크로익 미러를 이용하여 LED 프로젝션 시스템을 구성한다.
이는, 청색(B) 투과 다이크로익 미러가 청색 영역 파장대에서 제작할 수 있는 투과율에 한계가 있어 시스템을 구현하는데 제약이 있기 때문이다.
도 3은 본 발명의 프로젝션 시스템의 다른 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 3을 참조하면, 녹색 LED(12)가 적분기(30)와 대략적으로 일직선이 되도록 위치하여, 녹색 LED(12) 광이 두 개의 다이크로익 미러(23, 22)를 투과하여 적분기(30)로 입사되도록 구성할 수도 있다.
이때, 적색 LED(11) 광은, 녹색을 투과하고 적색은 반사하는 제3 다이크로익 미러(23)를 통하여 반사되어 출사되도록 구성된다.
상술한 바와 같이, 녹색 LED(12) 광은 상기 제3 다이크로익 미러(23)를 그대로 투과하게 된다.
이러한 제3 다이크로익 미러(23)는, 녹색 광이 투과되도록 구성되고, 청색 광도 투과되도록 구성될 수 있다.
그러나, 이러한 제3 다이크로익 미러(23)를 통하여 청색 광은 조사되지 않기 때문에 청색 영역 파장대에서 제작할 수 있는 투과율은 문제되지 않는다.
한편, 청색 LED(13) 광은 제2 다이크로익 미러(22)에서 반사되어 적분기(30)로 입사된다.
이와 같이, 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 광은 두 개의 다이크로익 미러(23, 22)를 통과하면서 합성되어 결상하여야 할 이미지에 따라 다양한 컬러의 광으로 합성된다.
상술한 바와 같이, 적분기(30)로 입사된 광은, 조명렌즈(40), 반사면(60), 패널(50), 및 투사렌즈(70)를 통하여 스크린(80)에 결상되며, 이러한 과정은 도 2의 경우와 동일하다.
상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 변형이 가능하고, 이러한 기술적 사상의 여러 실시 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.
본 발명에 따른 프로젝션 시스템은 이하와 같은 효과가 있다.
첫째, 색순도가 향상되고, 색 재현 영역이 확장되어 보다 고품질의 이미지 표현이 가능하다.
둘째, 컬러휠을 이용하지 않으므로 소음이 없다.
셋째, 기존의 프리즘 대신에 반사면을 사용하기 때문에 전체 시스템 크기가 축소될 수 있고, 제작 비용이 절감될 수 있다.

Claims (14)

  1. 적색, 녹색, 및 청색 LED로 이루어지는 광원;
    상기 광원의 일부 색을 투과 또는 반사하여 합성하는 합성부;
    상기 합성된 광이 입사되는 적분기;
    상기 적분기를 통과한 광이 포커싱되는 조명렌즈;
    상기 조명렌즈를 통과한 광을 소정 방향으로 반사시키는 반사면;
    상기 반사면을 통해 반사된 광이 입력되는 패널; 그리고
    상기 패널을 통과한 광이 포커싱되는 투사렌즈를 포함하여 이루어지는 프로젝션 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광원과 합성부 사이에 위치하여, 상기 광원으로부터 출사되는 광을 평행한 광으로 변환하기 위한 시준기를 더 포함하여 이루어지는 프로젝션 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 합성부는,
    상기 적색 LED 광을 투과하고 상기 녹색 LED 광을 반사하는 제1 다이크로익 미러; 그리고
    상기 적색 LED 광과 상기 녹색 LED 광을 투과하고 상기 청색 LED 광을 반사하는 제2 다이크로익 미러를 포함하여 이루어지는 프로젝션 시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제1 다이크로익 미러는,
    상기 적색 LED 광과 녹색 LED 광이 교차하는 위치에 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 제2 다이크로익 미러는,
    상기 적색 LED 광과 청색 LED 광이 교차하는 위치에 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  6. 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 상기 광원은,
    상기 적색 LED 광과 상기 적분기가 일직선상에 위치하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 적색 LED 광은 상기 제1 다이크로익 미러와 제2 다이크로익 미러를 투과하고, 상기 녹색 LED 광은 상기 제1 다이크로익 미러에서 반사되고 제2 다이크로익 미러를 투과하며, 상기 청색 LED 광은 상기 제2 다이크로익 미러에서 반사되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 합성부는,
    상기 녹색 LED 광을 투과하고 상기 적색 LED 광을 반사하는 제3 다이크로익 미러; 그리고
    상기 적색 LED 광과 상기 녹색 LED 광을 투과하고 상기 청색 LED 광을 반사하는 제2 다이크로익 미러를 포함하여 이루어지는 프로젝션 시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제3 다이크로익 미러는,
    상기 적색 LED 광과 녹색 LED 광이 교차하는 위치에 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  10. 제 1항 또는 제 8항에 있어서, 상기 광원은,
    상기 녹색 LED 광과 상기 적분기가 일직선상에 위치하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 녹색 LED 광은 상기 제3 다이크로익 미러와 제2 다이크로익 미러를 투과하고, 상기 적색 LED 광은 상기 제3 다이크로익 미러에서 반사되고 제2 다이크로익 미러를 투과하며, 상기 청색 LED 광은 상기 제2 다이크로익 미러에서 반사되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 합성부와 적분기 사이에 위치하여, 상기 합성부를 통해 합성된 광을 상기 적분기의 일 지점에 집광시키기 위한 집광렌즈를 더 포함하여 이루어지는 프로젝션 시스템.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 패널은,
    DMD, LCoS, 및 LCD 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 적분기는,
    로드 렌즈 또는 광 터널인 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100125563A (ko) * 2009-05-21 2010-12-01 엘지전자 주식회사 투사 표시 장치
KR101021033B1 (ko) * 2009-07-13 2011-03-09 엘지이노텍 주식회사 프로젝션 시스템
WO2015029738A1 (ja) 2013-08-28 2015-03-05 日本精機株式会社 バックライトユニット、及び表示装置

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