KR20100081194A - 조명 유닛 및 이를 구비한 투사영 조명장치 - Google Patents

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KR20100081194A
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Abstract

실시 예는 조명 유닛 및 이를 구비한 투사영 조명장치에 관한 것이다.
실시 예에 따른 투사영 조명장치는, 서로 다른 파장의 광을 발생하는 제1, 제2 및 제3발광 소자 어레이; 상기 각 파장의 광을 가이드하여 면 광원으로 변환하는 제1, 제 2 및 제3면 광원부; 상기 제1, 제2 및 제3면 광원부의 광을 표시 영상에 따라 제1, 제2 및 제3광 신호로 변환하는 제1, 제2 및 제3표시패널부; 및 입사되는 상기 제1, 제2 및 제3 표시패널부의 제1, 제2 및 제3광 신호를 합성하여 목적 경로로 출사하는 색 합성부를 포함한다.
투사영, 조명, LED

Description

조명 유닛 및 이를 구비한 투사영 조명장치{LIGHT ILLUMINATION UNIT AND PROJECTION LIGHT ILLUMINATION APPARATUS HAVING THESAME}
실시 예는 조명 유닛 및 이를 구비한 투사영 조명장치에 관한 것이다.
투사영 조명 장치는 광원에서 조사된 광을 이용하여 디스플레이 패널에서 화상을 형성하고, 상기 화상을 투사 렌즈 유닛을 통해 스크린에 확대 투사하는 시스템으로, 대형 스크린을 통해 화상을 시청하고자 하는 시청자들의 요구를 충족시킨다.
상기 투사영 조명장치에 사용되는 광원으로는 램프가 많이 사용되는데, 램프는 부피가 클 뿐만 아니라 제조 단가가 비싸고, 열이 많이 발생되며, 수명이 짧은 단점이 있다. 따라서, 램프 대신 레이저 광원이나 발광 다이오드(이하, LED라고 함)를 광원으로 채용하여 프로젝션 시스템을 구성한다.
상기 투사영 조명장치는 프로젝션 시스템으로서, 주로 회의실의 프리젠테이션, 극장의 영사기, 가정의 홈시어터 구현시 이용된다.
실시 예는 발광 소자 어레이를 이용한 조명 유닛 및 이를 구비한 투사영 조명장치를 제공한다.
실시 예는 발광소자 어레이 및 도광판을 이용하여 컬러별 면 광원으로 형성하고, 각 패널의 컬러별 광 신호를 합성하여 목적 경로로 출력할 수 있도록 한 조명 유닛 및 이를 구비한 투사영 조명장치를 제공한다.
실시 예에 따른 투사영 조명장치는, 서로 다른 파장의 광을 발생하는 제1, 제2 및 제3발광 소자 어레이; 상기 각 파장의 광을 가이드하여 면 광원으로 변환하는 제1, 제 2 및 제3면 광원부; 상기 제1, 제2 및 제3면 광원부의 광을 표시 영상에 따라 제1, 제2 및 제3광 신호로 변환하는 제1, 제2 및 제3표시패널부; 및 입사되는 상기 제1, 제2 및 제3 표시패널부의 제1, 제2 및 제3광 신호를 합성하여 목적 경로로 출사하는 색 합성부를 포함한다.
실시 예에 따른 조명 유닛은, 2차원 구조의 적색 LED를 포함하는 다수 행의 제1발광소자 어레이; 2차원 구조의 녹색 LED를 포함하는 다수 행의 제2발광소자 어레이; 2차원 구조의 청색 LED를 포함하는 다수 행의 제3발광소자 어레이; 상기 제1, 제2 및 제3발광소자 어레이의 행에 각각 대응되는 다수 행의 제1, 제2 및 제3라이트 터널; 및 상기 제1, 제2 및 제3라이트 터널의 행에 대응되며, 반사 패턴을 갖는 다층의 도광판을 포함하는 제1, 제2 및 제3면 광원부를 포함한다.
실시 예는 다수의 LED를 이용하여 광 손실을 최소화하는 조명계를 제공할 수 있다.
실시 예는 조명계에서 미러 및 렌즈 등을 사용하지 않을 수 있으며, 이로 인해 조명장치의 가격을 낮추어 줄 수 있다.
실시 예는 투과형 표시패널부와 조명 유닛 사이의 거리를 가깝게 배치하기 때문에, 조명 렌즈가 불 필요하게 된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 실시 예에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1은 실시 예에 따른 투사영 조명장치를 나타낸 도면이며, 도 2는 도 1의 조명부를 상세하게 나타낸 도면이며, 도 3은 면 광원부의 제1 및 제2도광판(Light Guide Plate)을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 투사영 조명장치(100)는 제1 내지 제3조명 유닛(101,102,103), 제1내지 제3표시패널부(117,127,137), 색 합성부(140) 및 투사렌즈부(150)를 포함한다.
상기 제1, 제2 및 제3조명 유닛(101,102,103)은 각각 서로 다른 파장의 광을 제1, 제2 및 제3표시 패널부(117,127,137)로 각각 출력하고, 상기 제1, 제2 및 제3표시 패널부(117,127,137)는 영상 정보에 따라 상기 입사되는 각 파장의 광을 이용하여 제1, 제2 및 제3광 신호로 출력하게 된다.
상기 제1, 제2 및 제3조명 유닛(101,102,103)은 제 1, 제2 및 제3발광 부(110,120,130)과 제1, 제 2 및 제3면 광원부(115,125,135)을 포함한다. 상기 제1, 제2 및 제3발광부(110,120,130)는 상기 제1, 제2 및 제3조명부(115,125,135)의 사이드에 배치되어, 서로 다른 파장의 광인 제1, 제2 및 제3광을 제공하게 된다.
상기 제1, 제2 및 제3발광부(110,120,130)은 제1, 제2 및 제3발광 소자 어레이(112,122,132) 및 제1, 제2 및 제3라이트 터널(114,124,134)을 포함하며, 발광 소자를 이용하여 서로 다른 파장의 광을 발생하게 된다.
여기서, 상기 제1발광소자 어레이(112)는 제1광을 발생하며, 상기 제2발광 소자 어레이(124)는 제2광을 발생하며, 상기 제3발광 소자 어레이(134)는 제3광을 발생하게 된다. 이때 상기 제1발광 소자는 복수개의 적색 LED(Light emitting diode)이며, 상기 제2발광 소자는 복수개의 녹색 LED이고, 상기 제3발광 소자는 복수개의 청색 LED이 될 수 있다. 이에 따라 상기 제1광, 제2광 및 제3광은 적색 파장의 광, 녹색 파장의 광 및 청색 파장의 광이 될 수 있다.
상기 제1, 제 2 및 제3라이트 터널(114,124,134)은 집광부로서, 상기 제1, 제2 및 제3발광소자 어레이(112,122,132)의 출사 광의 분포를 소정 각도 이내의 분포로 유도하여 전달한다. 각 라이트 터널(114,124,134)은 각 광의 분포를 소정 각도 분포로 완화시켜 줌으로써, 광 손실을 최소화하고, 광 가이드 효율과 균일도를 개선시켜 줄 수 있다.
상기 제1, 제2 및 제3면 광원부(115,125,135)는 입사되는 상기 제1광, 제2광 및 제3광을 내부로 가이드하여 면 광원 형태로 변환하여 상기 제1, 제2 및 제3표시 패널부(117,127,137)로 조사하게 된다.
상기 제 1, 제2 및 제3표시 패널부(117,127,137)은 LCD 패널로 이루어진 투과형 이미저(imager)로서, 표시 영상에 따라 입사되는 상기 제1, 제2광 및 제3광을 제1, 제2 및 제3광 신호로 변환하여 출력하게 된다.
상기 제1표시 패널부(117)는 상기 색 합성부(140)의 제1입사면(141)에 대응되게 배치되고, 상기 제2표시 패널부(127)는 상기 색 합성부(140)의 제2입사면(142)에 대응되게 배치되며, 상기 제3표시 패널부(137)는 상기 색 합성부(140)의 제3입사면(143)에 대응되게 배치된다. 상기 제 1, 제2 및 제3표시 패널부(117,127,137)는 상기 색 합성부(140)를 중심으로 90°간격으로 배치될 수 있다.
상기 색 합성부(140)는 X-프리즘 또는 다이크로익 필터로 구현될 수 있으며, 입사되는 제1, 제2 및 제3광을 합성하여 영상 신호로 만들어 진다. 상기 색 합성부(140)는 입사되는 상기 제 1, 제2 및 제3광 신호를 합성하여 목적 경로로 전환하여 출력하게 된다.
상기 색 합성부(140)가 X-프리즘인 경우, 상기 제1입사면(141)으로 입사되는 제1광 신호를 제1반사면(145)에 의해 출사면(144)으로 반사시켜 주고, 상기 제2입사면(142)으로 입사되는 제2광 신호를 투과하여 출사면(144)으로 전달하며, 상기 제3입사면(143)으로 입사되는 제3광 신호를 제2반사면(146)에 의해 출사면(144)으로 반사시켜 준다. 상기 제1 반사면(145)은 제1광 신호 이외의 광 신호는 투과시켜 주며, 상기 제2반사면(147)은 제3광 신호 이외의 신호는 투과시켜 준다.
상기 색 합성부(140)가 다이크로익 필터인 경우, 제1다이크로익 필터(예 : 145 영역)는 입사된 제1광 신호는 반사시키고 다른 파장의 광은 투과시키며, 제2다 이크로익 필터(예: 146 영역)는 입사된 제3광 신호는 반사시키고 다른 파장의 광은 투과시켜 준다. 이에 따라 상기 다이크로익 필터로 입사되는 제1, 제2 및 제3광 신호는 합성되어 출사된다. 상기 다이크로익 필터는 큐브형으로 구현될 수 있다.
상기 색 합성부(140)로부터 출사된 영상 신호는 상기 투사렌즈부(150)에 의해 스크린에 영상이 전달된다.
도 2를 참조하여 제 1내지 제3조명부에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 상기 발광부(110,120,130)의 발광 소자 어레이(112,122,132)와 상기 라이트 터널(114,124,134)은 다수개의 행으로 배치된다. 여기서, 상기 발광 소자 어레이(112,122,132)의 각 LED는 행 및 열의 행태인 2차원 구조 또는 매트릭스 구조로 배열될 수 있다. 또한 각 행의 발광 다이오드는 하나의 발광 소자 어레이(112,122,132)가 되며, 하나의 발광 소자 어레이에는 하나의 라이트 터널(114,124,134)이 대응된다. 상기 발광 소자 어레이(112,122,132)의 개수는 투사영 조명장치의 휘도 세기에 따라 달라질 수 있다.
상기 제 1, 제2 및 제3 라이트 터널(114,124,134)은 입사되는 광을 소정 각도(예: 30°) 이내의 분포로 유도하여 제1, 제2 및 제3면 광원부(115,125,135)로 입사시켜 준다. 상기 제1, 제2 및 제3라이트 터널(114,124,134)은 입사되는 제 1, 제2 및 제3광의 분포를 8~20°범위의 각도로 바뀌게 된다. 여기서, 상기 라이트 터널(114,124,134)은 광 가이드용 터널 구조가 아닌 렌즈로 구현될 수도 있다.
상기 제1, 제2 및 제3면광원부(115,125,135)는 다층 구조의 제1 및 제2도광판(115A,115B), 제1반사판(115D) 및 제2반사판(115E), 반사 편광판(115F)을 포함한 다.
상기 제1도광판(115A) 및 제2도광판(115B)은 1개의 쌍으로 접착되어 플레이트 형태로 배치되며, 이러한 플레이트 형태를 다층 구조로 적층하게 된다. 상기 각 쌍의 제1 및 제2도광판(115A,115B)은 상기 각 행의 라이트 터널(114,124,134)과 대응된다. 여기서, 상기 각 라이트 터널(114,124,134)은 상기 제1 및 제2도광판(115A,115B)에 입사되는 광의 분포를 소정 각도(8~20°범위)이내로 전달해 주기 때문에, 광 가이드 효율 및 균일도를 개선시켜 줄 수 있다.
도 4는 실시 예에 따른 도광판의 입사각도에 따른 효율과 균일도(uniformity)의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 도광판으로 입사되는 광의 입사각도가 커질수록 효율은 증가하지만, 균일도는 떨어진다. 이때 상기 균일도는 도광판의 광 입사각도가 30도 이상일 때 급격하게 감소됨을 알 수 있다. 이에 따라 라이트 터널을 도광판의 광 입사각도가 8~20°범위가 되도록 설계하게 된다.
상기 제1 및 제2도광판(115A,115B)에는 적어도 일면에 소정 형상의 반사 패턴(115C)이 형성되며, 상기 반사 패턴(115C)은 내부로 진행하는 광을 거의 수직한 방향으로 반사시켜 주기 위한 형상으로 형성될 수 있는 데, 예컨대, 톱니 형태 또는 요철 형태로 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1도광판(115A)은 하면이 반사 패턴(115C)이 형성되고, 상기 제2도광판(115B)은 상면이 반사패턴(115C)이 형성되므로, 제1도광판(115A)의 반사패턴(115C)과 제2도광판(115B)의 반사 패턴(115C)을 서로 밀착시 킨 후, 접착제(예: 실리콘 또는 에폭시)(C1)를 이용하여 접촉시켜 주게 된다. 이에따라 상기 제1도광판(115A) 또는 제2도광판(115B)의 굴절률(n1)과 상기 접착제(C1)의 굴절률(n2)이 다르기 때문에, 상기 서로 접착된 반사 패턴(115C)의 계면으로 진행하는 광의 일부는 수직 하 방향 또는 수직 상 방향으로 반사된다.
상기 제1 및 제2도광판(115A,115B)에 의해 반사된 광 중에서 일부 광은 표시 패널부 방향으로 진행하고, 일부 광은 제1반사판 방향으로 진행하게 된다. 상기 표시 패널부 방향으로 진행하는 광의 일부는 반사 편광판(115F)을 투과하여 상기 표시 패널부(117,127,137)로 조사되고, 나머지 광은 상기 반사 편광판(115F)에 의해 반사되어 제1반사판 방향으로 진행하게 된다. 상기 제1반사판(115E)은 도광판(115A,115B)을 통해 입사되는 광을 반사하여 상기 표시 패널부 방향으로 전달함으로써, 광량을 개선시켜 줄 수 있다.
상기 도광판(115A,115B)을 투과하는 일부 광은 상기 제2반사판(115E)에 의해 반사되며, 상기 제2반사판(115E)에 의해 반사된 광은 상기 도광판(115A,115B)의 반사 패턴(115C)에 의해 반사되어 표시 패널부 방향으로 진행할 수 있다. 이때 상기 제2반사판(115E)에는 요철 패턴이 형성될 수 있으며, 상기 요철 패턴은 반사되는 광의 임계각을 변화시켜 준다.
이에 따라 상기 제1 및 제2도광판(115A,115B)를 통해 조사되는 광은 면 광원의 분포로 제공될 수 있다.
상기 반사 편광판(115F)은 파장판(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 파장판은 1/4파장판으로 구현될 수 있으며, 상기 1/4파장판은 광의 편광 방향으로 90도 변화 시켜 준다.
상기 도광판(115A,115B)에 의해 입사되는 광의 일부는 상기 1/4파장판을 거치게 되는 데, 이때 반사 편광판(115F)은 상기 1/4파장판을 통과한 광의 편광 방향이 상기 반사 편광판(115F)의 편광축과 일치하면 상기 광을 투과시켜 주고, 상기 1/4파장판을 통과한 광의 편광 방향이 상기 반사 편광판(115F)의 편광축과 수직하면 반사하게 된다. 이때 상기 반사 편광판(115F)를 투과한 광은 표시패널부로 입사되며, 상기 반사 편광판(115F)에 의해 반사된 광은 상기 1/4파장판을 통과하면서 원형 편광이 되며, 이 원형 편광의 광은 제1반사판에 의해 반사되어 상기 1/4파장판을 통과하면서 상기 반사 편광판(115F)와 동일한 편광축으로 변환된다. 이에 따라 상기 반사 편광판(115F)을 투과한 광은 각 표시 패널부(117,127,137)로 입사된다.
상기 제1,제2 및 제3패시 패널부(117,127,137)는 LCD 패널로서, 그 양면에 제1 및 제2편광판(미도시)이 부착될 수 있다. 상기 제1편광판은 상기 반사 편광판(115F)과 대응되고 상기 반사 편광판(115F)과 동일한 편광 축으로 형성되어 있어서, 상기 반사 편광판(115F)을 투과한 광은 상기 제1편광판을 투과하게 된다. 이에 따라 상기 제1편광판은 제거할 수 있다.
상기 제1, 제2및 제3표시 패널부(117,127,137)는 노말 블랙 또는 노말 화이트로 동작할 수 있으며, 표시 영상에 따라 상기 입사되는 광을 제1, 제2 및 제3 광 신호로 형성시켜 준다. 즉, 제1내지 제3표시 패널부(117,127,137)는 제1 내지 제3광 신호로 출력하게 된다.
상기 제1내지 제3광 신호는 색 합성부(140)의 각 입사면(141,142,143)으로 입사되어 영상 신호로 합성되며, 상기 합성된 영상 신호는 출사면을 통해 투사 렌즈부(150)로 입사된다. 상기 투사렌즈부(150)는 상기 영상 신호를 스크린에 일정 배율로 확대 투사하게 된다. 상기 투사 렌즈부(150)은 비대칭형의 조리개를 포함할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다.
예를 들어, 본 발명의 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 실시 예에 따른 투사영 조명장치를 나타낸 도면.
도 2는 도 1의 조명부를 상세하게 나타낸 도면.
도 3은 도 2의 제1 및 제2도광판의 접착 형태를 나타낸 도면.
도 4는 실시 예에 있어서, 도광판 입사각도에 따른 효율 및 균일도의 관계를 나타낸 그래프.

Claims (16)

  1. 서로 다른 파장의 광을 발생하는 제1, 제2 및 제3발광 소자 어레이;
    상기 각 파장의 광을 가이드하여 면 광원으로 변환하는 제1, 제 2 및 제3면 광원부;
    상기 제1, 제2 및 제3면 광원부의 광을 표시 영상에 따라 제1, 제2 및 제3광 신호로 변환하는 제1, 제2 및 제3표시패널부;
    입사되는 상기 제1, 제2 및 제3 표시패널부의 제1, 제2 및 제3광 신호를 합성하여 목적 경로로 출사하는 색 합성부를 포함하는 투사영 조명장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3발광 소자 어레이와 제1, 제2 및 제3면 광원부 사이에 각각 배치된 복수개의 라이트 터널 또는 렌즈를 포함하는 투사영 조명장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 라이트 터널은 상기 제1, 제2 및 제3발광 소자 어레이의 각 발광소자로부터 발생된 광의 분포를 임계각도 범위로 상기 제1, 제2 및 제3면 광원부로 입사시켜 주는 투사영 조명장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1, 제 2 및 제3발광 소자 어레이는 2차원으로 배치된 복수개의 적색 LED, 녹색 LED 및 청색 LED를 포함하는 투사영 조명장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3발광 소자 어레이는 복수의 행으로 배치되며,
    상기 제1, 제2 및 제3면 광원부는 다층의 도광판을 포함하며,
    상기 각 라이트 터널은 각 행의 발광 소자 어레이와 각 층의 도광판 사이에 대응되게 배치되는 투사영 조명장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 면 광원부는 하면 반사 패턴을 갖는 제1도광판; 상기 제1도광판의 반사 패턴과 접착되는 상면 반사 패턴을 갖는 제2도광판이 한 쌍으로 하여 다층으로 배열되는 투사영 조명장치.
  7. 제6에 있어서,
    상기 제1도광판의 반사패턴과 상기 제2도광판의 반사패턴은 접착제로 접착되며,
    상기 제1 및 제2반사 패턴은 요철 패턴 또는 톱니 형태로 형성되는 투사영 조명장치.
  8. 제6에 있어서,
    상기 면 광원부는 상기 다층으로 배열된 도광판 하부에 배치된 제1반사판; 상기 도광판 후방에 배치된 제2반사판을 포함하는 투사영 조명장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 면 광원부 위에 1/4파장판 및 반사 편광판 중 적어도 하나를 포함하는 투사영 조명장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 색 합성부는 X-프리즘 또는 다이크로익 필터를 포함하는 투사영 조명장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 색 합성부의 출사측에 배치된 투사렌즈부를 포함하는 투사영 조명장치.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 라이트 터널은 상기 입사 광의 분포를 8~20°의 임계각도로 전달하는 투사영 조명장치.
  13. 2차원 구조의 적색 LED를 포함하는 다수 행의 제1발광소자 어레이;
    2차원 구조의 녹색 LED를 포함하는 다수 행의 제2발광소자 어레이;
    2차원 구조의 청색 LED를 포함하는 다수 행의 제3발광소자 어레이;
    상기 제1, 제2 및 제3발광소자 어레이의 행에 각각 대응되는 다수 행의 제1, 제2 및 제3라이트 터널;
    상기 제1, 제2 및 제3라이트 터널의 행에 대응되며, 반사 패턴을 갖는 다층의 도광판을 포함하는 제1, 제2 및 제3면 광원부를 포함하는 조명 유닛.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3라이트 터널은 입사 광의 분포를 30도 이내로 상기 도광판으로 전달하는 조명 유닛.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1,제2 및 제3면 광원부은 일면에 반사패턴이 형성된 도광판의 반사 패턴을 서로 접착하여 다층 구조로 형성하는 조명 유닛.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3면광원부는 상기 도광판 아래에 제1반사판, 상기 도광판 후방에 제2반사판을 포함하는 조명 유닛.
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