KR20100102630A - 프로젝션 시스템을 위한 광원 및 프로젝션 디스플레이 장치 - Google Patents

프로젝션 시스템을 위한 광원 및 프로젝션 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20100102630A
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Abstract

본 발명은 보충될 광원 및 레이저 광원을 포함하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치를 제공한다. 상기 레이저 광원으로부터 방사된 레이저와 상기 보충될 광원으로부터 방사된 광이 혼합되어 동일한 방향으로 출력된다.

Description

프로젝션 시스템을 위한 광원 및 프로젝션 디스플레이 장치{Light source for projection system and projection display apparatus}
본 발명은 광원 장치 및 프로젝션 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 프로젝션 디스플레이 시스템을 위한 광원 장치 및 프로젝션 디스플레이 장치에 관한 것이다.
종래의 프로젝션 시스템의 조명은 고압 수은 램프, 금속 할로겐화물 램프, 제논 램프, 할로겐 램프 등이 적용된다. 이러한 발광 광원들의 스펙트럼들은 모두 발광 물질들 및 그 형태에 의하여 제한을 받게 되며, 연속 또는 밴드(band) 모양 스펙트럼 특성을 가지고 있다. 예를 들어, 고압 수은 램프의 발광 스펙트럼의 도 7 을 보면，도면에 표시된 적색 주파대가 상당히 넓은 반면，그의 피크 값이 상대적으로 낮은데，적색, 녹색, 청색의 주요 색상의 강도(intensity)의 분포가 화이트 컬러 밸런스(white color balance)의 요구 사항을 만족하지 않는다. 그러므로, 고압 수은 램프는 조명상으로 프로젝션 시스템의 요구 사항을 만족시킬 수 없다. 현재 기존 기술들은 일반적으로 넓은 스펙트럼 방식으로 적색 광선 통과량과 조도문제를 해결하는데，단, 상기 방법을 활용할 경우, 색상 채도가 떨어지게 된다. 더우기, 종래 기술은 비디오 신호 처리면에서 콘트라스트와 색상 채도를 하락시켜 적색 조도를 강화시킬수 밖에 없다. 그러므로, 종래의 기술은 화면 색상을 부드럽게 만들수는 있으나，전반적으로 화면의 품질이 떨어지게 된다.
근래의 발광다이오드(LED) 기술의 발전과 더불어서 발광다이오드를 프로젝션 시스템 광원으로 사용하는 경우도 있다. 종래의 디스플레이 기술과 비교하여 발광 다이오드를 이용하는 프로젝션 디스플레이 기술은 보다 큰 색상 영역을 가진다. 또한, 발광다이오드는 보다 작은 선폭(line width)을 가지고 보다 높은 색상 채도를 가지며, 사실감이 우수하고 화사한 색상을 구현할 수 있다. 더우기, 발광다이오드는 사용 수명이 길고, 일종의 수은이 함유되지 않은 친환경 광원이다. 발광다이오드 프로젝션 디스플레이는 디스플레이 분야에서 주요한 개발 방향을 이룰 것이다.
하지만, 발광다이오드의 광학적으로 높은 에텐듀(etendue; 광원의 직선성)와 낮은 밝기로 인하여, 종래 발광다이오드 조명 기술은 낮은 광학적 에너지 효율 및 낮은 광학적 전력 출력이라는 결점을 가지고 있다.
발광다이오드의 광선속(luminous flux)과 밝기가 괄목할 정도로 증가되었다고는 하나, 아직은 프로젝터(projector) 장비나 특별히 높은 조명 밝기를 요구하는 상황에 적용할 만큼 충분하지는 않다. 이러한 프로젝터나 높은 조명 밝기를 요구하는 상황으로의 적용 요구 조건을 만족시키기 위하여, 종래 기술에서는 발광다이오드들의 배치나 조합을 변형시켜 광선속과 밝기를 증가시켰으나, 발광다이오드들이 램버티안(Lambertian) 광원이기 때문에 조합된 발광다이오드 광원의 광학적 에텐듀가 프로젝션 시스템의 광학적 에텐듀를 초과하게 되면, 이러한 과도한 빛이 프로젝션 시스템과 효과적으로 결합될 수 없다.
발광다이오드의 광학적 에텐듀(etendue)는,
ELed = n2 ㆍπㆍsin2(α)ㆍS
로 나타내어 진다.
여기서 n 은 발광 매체의 굴절률이고, α 는 광원의 방출 하프 각도(emission half-angle)이고, S 는 광원의 방사 영역이다. 상기 광원의 방출 하프 각도는 90˚이다. 발광 매체가 공기라 가정하면, 공기의 굴절률은 1 이 되므로, 1 mm2 에서의 발광다이오드의 광학적 에텐듀는 대략 3.14mm2 [sr] (sr; 스테라디안, 입체각의 단위)으로 산출된다.
0.79 인치 이미징 칩(chip)과 F2.4 의 프로젝션 렌즈를 사용하는 프로젝션 시스템은 그것의 광학적 에텐듀가 대략 Eprojector = 22 mm2 sr 이다. 대략 7mm2 의 영역내에서 다이오드 어레이(array)로부터의 광출력만이 프로젝션 시스템과 결합되고 최대한 이용될 수 있는 집합 광선속은 단지 수백 루멘(lumen; 광선속의 단위) 뿐이이며, 7mm2 의 영역 이외에 있는 발광다이오드 어레이와 같은 추가적인 영역으로부터 방출된 빛은 프로젝션 시스템과 모두 결합할 수 없다. 그러므로, 발광다이오드의 영역을 증가시키는 것으로서는 광선속을 증가시키기가 불가능하다.
더우기, 시판중인 종래의 고압 수은 램프는 6mm2 의 영역에서 수천 루멘의 광선속을 발생할 수 있으며, 그들의 밝기는 발광다이오드의 그것 보다 10 배 정도 더 높다. 그럼에도 불구하고, 고압 수은 램프는 중금속인 수은을 이용함으로써, 광원으로서 환경 친화적이지 못하다.
시판중인 발광다이오드 광원가운데는, 7mm2 의 광 방사 영역을 가지는 발광다이오드가 0.79 인치 이미징 칩과 F2.4 의 프로젝션 렌즈를 이용하는 프로젝션 시스템에 적용될 때, 이 프로젝션 시스템의 광학적 에텐듀가 제한되므로 프로젝션 시스템과 결합될 수 있는 적색광(red light)의 최대 광학 출력은 대략 1.6 W 이고, 녹색광(green light)의 최대 광학 출력은 대략 0.7 W 이고, 청색광(blue light)의 최대 광학 출력은 대략 1.8 W 이며, 프로젝션 시스템과 결합될 수 있는 적색광, 녹색광 및 청색광의 최대 광학 출력의 비는 대략 1:0.44:1.13 이다. 하지만, 색상 절대온도 6500K 인 백색 영역은 적색광, 녹색광 및 청색광의 최대 광학 출력의 비가 대략 1:0.87:1.73 으로 이루어질 것을 요구한다. 그러므로, 발광다이오드의 적색광 또는 청색광이 최대 광학 출력상 요구조건을 만족할 때, 녹색광의 광학 출력이 불충분하게 될 것이며, 녹색광이 가장 불충분하다. 녹색광의 불충분한 광학 출력은 전체적으로 낮은 광학 출력으로 귀결된다. 바로 이것이 발광다이오드 프로젝션 디스플레이의 불충분한 밝기의 중요 원인이다. 종래의 솔루션은 백색광에서의 녹색광의 시간 듀티 사이클(time duty cycle)을 증가시킴으로써 밝기를 증가시키는 방식이다. 이 솔루션은 적색광과 청색광의 광학 출력을 모두 이용할 수 없는 방식이다. 다른 솔루션으로서 적색광과 청색광의 광학 출력을 감소시킴으로써화이트 밸런스(white balance)을 얻는 방식도 있으나, 녹색광의 광학 출력을 제한함으로 인하여 이 솔루션은 결과적으로 백색광으로 귀결되는 낮은 광학 출력을 얻게 된다.
종래 기술로서 소개된 프로젝션 디스플레이를 위한 모든 종류의 광원들은 적색광, 녹색광 및 청색광의 광학 출력비가 백색 영역에서 필요로 되는 요구치와 격차를 보이고 있으며, 이는 불충분한 상태의 색상의 채도, 밝기 및 대비로 귀결되어 색상 채도, 밝기 및 대조를 증가시키는 통합적인 효과를 달성하는데 실패하였으며 동시에 비용을 조절하는데에도 어려움을 겪고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로서, 프로젝션 디스플레이 이미지의 밝기, 대비 및 색상 채도를 향상시킬 수 있는 보조 광원으로서 레이저 광원을 이용하는 프로젝션 시스템의 광원 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 프로젝션 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명은 보충될 광원 및 레이저 광원을 포함하고, 상기 레이저 광원으로부터 방사된 레이저와 상기 보충될 광원으로부터 방사된 광이 혼합되어 동일한 방향으로 출력되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치를 제공한다.
상술한 광원 장치는 바람직하게는 동일 축상에서 혼합되어 출력된다.
상기 레이저 광원은 광선 조절 시스템을 포함할 수 있다.
또한, 상기 광선 조절 시스템은 광섬유 및 상기 광섬유에 레이저를 연결시키는 결합 렌즈를 포함하고, 광선 확장 렌즈와 촛점 렌즈 등을 포함할 수 있다.
상술한 광원 장치는 보충될 광원으로서 발광다이오드 램프, 고압 수은 램프, 금속 할로겐화 램프, 제논 램프, 할로겐 램프 등의 여러가지의 프로젝션용 광원을 포함한다.
상기 보충될 광원은 발광다이오드 또는 발광다이오드 어레이인 경우, 상기 발광다이오드 또는 발광다이오드 어레이로부터 출력된 광의 발산 각도을 축소하는쐐기 형상의 직사각형 각뿔과 같은 빔 정형 장치를 포함한다.
상술한 광원 장치는 보충될 광원이 발광다이오드 광원이고, 발광다이오드 광원은 그들사이에 적어도 하나의 레이저 홀을 가진 다수개의 발광다이오드들을 포함하는 발광다이오드 광원이고, 상기 레이저 광원으로부터 방사된 레이저가 상기 레이저 홀을 통하여 출력되어 상기 발광다이오드 광원으로부터 방사된 광과 직접적으로 혼합되어 동일 방향으로 출력된다.
또한, 상기 다수개의 레이저 홀들은 상기 발광다이오드 광원 상에서 대칭적으로 배치된다.
상술한 광원 장치는 상기 보충될 광원으로부터의 광 출력 또는 상기 레이저 광원으로부터의 레이저 출력을 반사하는 반사체를 포함하고, 상기 반사체는 하나의 광원으로부터의 광 출력을 반사시키는 반사부와, 다른 하나의 광원으로부터의 광 출력을 직접적으로 투과시키는 투과부를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 반사부는 평평한 형태이거나, 포물면 또는 쌍곡면 또는 구면의 형태인 것을 특징으로 한다.
상술한 광원 장치는 상기 반사체의 반사부의 표면에는 반사되는 광선의 반사 효율을 향상시키기 위한 고-반사 필름이 입혀져 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 반사되는 출력광의 광원은 보충될 광원이고, 상기 반사체의 투과부는 상기 레이저 광원으로부터 방사된 레이저를 직접적으로 투과시키는 광 통과홀인 것을 특징으로 한다.
또한, 반사되는 출력광의 광원은 레이저 광원이고, 상기 반사체는 투명성 재질로 이루어진다.
또한, 상기 반사체의 투과부의 표면은 투과되는 광선의 투과 효율을 향상시키는 반사 방지 필름이 입혀져 있다.
또한, 상기 반사체는 반사체 프리즘을 이용하여 구현되며, 상기 반사체 프리즘은 두개의 프리즘으로 이루어지고, 각 프리즘은 하나의 접착 표면을 포함하고 있으며, 두개의 프리즘들의 접착 표면들은 중앙 부분들을 제외한 채 광학적 접착제로서 상호 완전히 결합되고, 상기 두개의 접착 표면들의 중앙 부분들에는 공극이 형성되어, 이 공극이 반사부로서 이용된다.
또한, 상기 공극은 레이저 광선의 촛점이 통과되는 것을 허용하기 위하여 가능한 작게 형성되어야 한다. 상기 공극의 단면은 원형 또는 사각형 또는 임의의 다른 형태일 수 있다.
또한, 상기 광학적 접착제의 굴절률과 상기 프리즘 재질의 굴절률의 비는 0.98 내지 1.02 인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 각 프리즘들은 직각 형태의 프리즘이고, 그것의 접착 표면은 직각 형태의 프리즘의 바닥면인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 프리즘들의 표면에는 필름이 입혀져 있되, 상기 반사체 프리즘의 레이저 입사면(incidence plane) 상에는 레이저의 파장에 대응하는 반사 방지 필름이 입혀져 있으며, 상기 보충될 광원의 반사체 프리즘의 입사면(incidence plane)과 발생면(emergence plane)에는 보충될 광원의 광출력의 파장에 대응하는 반사 방지 필름이 입혀져 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상술한 어느 하나의 광원 장치를 프로젝터의 광원으로 사용하는 프로젝터를 제공한다.
본 발명은, 레이저 장치로부터의 레이저는 램프 또는 발광다이오드 광원을 가진 프로젝션 시스템으로 유입되어, 레이저 및 다른 광원들이 프로젝션 시스템을 위한 광원으로서 혼성되는 구성을 제안하고 있다.
상술한 기술적 구성을 이용함으로써, 고압 수은 램프, 금속 할로겐화물 램프, 제논 램프, 할로겐 램프 등의 램프로부터 방사되는 충분하지 못한 적색광 조명의 단점을 해소하고, 적색광의 밝기를 향상시켰으며, 세가지의 주요 색상- 적색, 녹색, 청색- 의 강도의 배분을 조절할 수 있으며, 색상의 채도, 대비 및 기타의 성능을 향상시킬 수 있으며, 따라서, 본 발명은 프로젝션 디스플레이 분야에서 고 부가가치가 있는 기술적 구성을 제공한다.
또한, 상술한 기술적 구성을 이용함으로써, 높은 밝기와 작은 광학적 에텐듀를 자닌 레이저가 낮은 밝기와 큰 광학적 에텐듀를 가진 발광다이오드 광을 보충하도록 이용된다. 따라서, 발광다이오드의 광학적 전력, 광원의 밝기 및 광학적 에너지의 효율적인 이용률이 증가되며, 발광다이오드의 녹색광 조명이 충분하지 못하고 적색광과 청색광등도 충분하게 이용되지 못하여 소용이 없었던 종래의 결점을 해소하였다. 또한, 본 발명의 따른 광원 장치는 광 대역의 색상 계열을 가지고, 수명이 길며, 수은을 사용하지 않아 친환경적인 특징을 가지고 있으며, 제조비용이 작다는 잇점도 가진다. 따라서, 본 발명은 프로젝션 디스플레이 분야에서 고 부가가치가 있는 기술적 구성을 제공한다.
도 1 은 레이저 및 발광다이오드 빛이 직접적으로 혼합되어 출력되는 광원 장치를 나타낸 도면,
도 2, 도 3 및 도 4 는 레이저와 발광다이오드 빛이 직접적으로 혼합되는 광원 장치를 나타낸 도면,
도 5 는 통상의 반사체를 이용하여 램프에 추가적으로 레이저가 보충될 광원 장치를 나타낸 도면,
도 6 은 통상의 반사체를 이용하여 발광다이오드에 추가적으로 레이저가 보충될 광원 장치를 나타낸 도면,
도 7 은 고압 수은 램프의 광 스펙트럼을 나타낸 도면,
도 8 은 반사체 구조의 평면도,
도 9 는 프로젝션 디스플레이를 위하여 통상의 반사체를 이용하여 램프에 추가적으로 레이저가 보충될 광원 장치를 나타낸 도면,
도 10 은 레이저의 빛과 고압 수은 램프가 혼합된 후를 나타내는 분광 사진,
도 11 은 레이저와 발광다이오드 빛이 혼합된 광원 장치를 나타낸 도면,
도 12 는 다른 실시예에 따른 반사체의 구조를 나타낸 도면,
도 13 은 프로젝션 디스플레이를 위하여 통상의 반사체를 이용하여 램프에 추가적으로 레이저가 보충될 광원 장치를 나타낸 도면,
도 14 는 레이저와 발광다이오드 빛이 혼합된 광원 장치를 나타낸 도면,
도 15 및 도 16 은 신규한 형태의 반사체 프리즘의 측면도 및 사시도,
도 17 은 다른 실시예의 반사체 프리즘을 나타낸 도면,
도 18 은 반사체 프리즘를 이용하여 램프에 추가적으로 레이저가 보충될 광원 장치를 나타낸 도면,
도 19 는 반사체 프리즘를 이용하여 발광다이오드에 추가적으로 레이저가 보충될 광원 장치를 나타낸 도면,
도 20 및 도 21 은 프로젝션 디스플레이 광원으로서 두가지 형태의 3개의 주요 색상의 발광다이오드램프와 RGB 레이저 광선이 결합된 각각의 광선들을 나타낸 도면,
도 22 는 싱글-DLP(single-DLP) 프로젝터의 광학적 구조를 나타낸 도면,
도 23 은 트라이-DLP(tri-DLP) 프로젝터의 광학적 구조를 나타낸 도면,
도 24 는 프로젝션 디스플레이 광원으로서 3개의 주요 색상의 발광다이오드램프와 RGB 레이저 광선이 결합된 광선을 가진 싱글-DLP 프로젝터의 광학적 구조를 나타낸 도면,
도 25 는 프로젝션 디스플레이 광원으로서 3개의 주요 색상의 발광다이오드램프와 모노크롬 레이저 광선이 결합된 광선을 가진 싱글-DLP 프로젝터의 광학적 구조를 나타낸 도면,
도 26 은 프로젝션 디스플레이 광원으로서 3개의 주요 색상의 발광다이오드램프와 모노크롬 레이저 광선이 결합된 광선을 가진 트라이-LCD(tri-LCD) 프로젝터의 광학적 구조를 나타낸 도면,
도 27 은 프로젝션 디스플레이 광원으로서 3개의 주요 색상의 발광다이오드램프와 모노크롬 레이저 광선이 결합된 광선을 가진 트리 LCOS(three LCOS) 프로젝터의 광학적 구조를 나타낸 도면,
도 28 은 트리 LCD (three LCD) 프로젝터의 광학적 구조를 나타낸 도면,
도 29 는 트리 LCOS (three LCOS) 프로젝터의 광학적 구조를 나타낸 도면이다.
레이저의 빔과 그 발산 각도는 모두 작기 때문에 레이저의 광학적 에텐듀도 작다. 하나의 광섬유로부터의 레이저 출력의 광학적 에텐듀는 다음의 식으로 정의된다.
Elaser = π2r2sin 2θ
여기서, r 은 광섬유 다발의 반지름이고, sinθ 는 광섬유의 구경 치수이다. 광섬유 다발은 하나 또는 그 이상의 광섬유들이 묶여진 것이다.
예를 들어, r=0.35mm 이고 sinθ=0.22 인 광섬유 다발의 레이저 출력의 광학적 에텐듀는 단지 5.22 x 10-2 mm2 sr 이며, 이는 발광다이오드의 에텐듀보다 2 차수(次數) 이상 낮은 것이다. 이 광학적 에텐듀에서의 광선속은 몇천 류멘에서 일만 루멘에 달한다. 그러므로, 레이저로써 작은 광학적 에텐듀를 가지고 광선속의 높은 출력을 획득할 수 있다.
발광다이오드와 레이저의 혼성 광원에 있어서, 발광다이오드의 광학적 에텐듀를 Eled, 레이저의 광학적 에텐듀를 Elaser, 상기 발광다이오드의 광학적 에텐듀와 레이저의 광학적 에텐듀의 합계인 혼성 광원의 총 광학적 에텐듀를 Etotal 라고 가정하고, Etotal = Eled + Elaser ≤ Eprojector 이라 한다면, 상기 혼성 광원의 광학적 출력은 모두가 효과적으로 프로젝션 시스템과 결합될 수 있게 된다. Elaser 가 Eled 보다 훨씬 작고 거의 무시해도 좋은 수치이기 때문에, 염가인 발광다이오드의 광학적 에너지를 최대한 이용하기 위하여 혼성 광원의 광학적 에텐듀의 대부분은 발광다이오드로 분배될 것이며, 적은 광학적 에너지를 가지고도 높은 밝기를 획득할 수 있는 레이저의 특성을 최대한 이용하기 위하여 혼성 광원의 광학적 에덴듀의 일부분은 레이저로 분배될 것이며, 이로 인하여 혼성 광원의 전체적인 밝기가 향상된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1 은 레이저 및 발광다이오드 광이 직접적으로 혼합된 광원 장치 및 출력을 나타낸 도면이다. 상기 광원 장치는 레이저 광원(106)과 두개의 발광다이오드(104,114)를 포함한다. 각 발광다이오드의 광학적 출력 경로상에는 빔 정형 장치(beam shaping device)로서 쐐기 형상의 직사각형 각뿔(wedge-shaped rectangular pyramid)이 배치되고, 이것은 상기 발광다이오드로부터의 광출력의 발산각도를 축소시킨다. 상기 레이저 광원(106)으로부터의 레이저 출력은 먼저 결합렌즈 그룹(107)을 통하여 광섬유(108)와 결합된다. 상기 광섬유(108)로부터의 레이저 출력은 촛점(focusing) 렌즈 그룹(109)을 통과하고, 상기 쐐기 형상의 직사각형 각뿔로부터의 발광다이오드 광출력의 방향과 동일한 방향으로 출력된다. 따라서, 상기 레이저와 발광다이오드 광이 혼합된다. 상기 레이저 장치는 고체 상태 레이저 장치나, 가스 상태 레이저 장치나, 광섬유 레이저 장치나, 반도체 레이저 장치 등일 수 있다.
일반적으로, 상기 광원 장치로부터의 광출력의 조리개각(aperture angle)은 상기 프로젝션 시스템의 조리개각과 동일한 것이 바람직하다. 상기 광원 장치로부터의 광출력의 조리개각이 상기 프로젝션 시스템의 조리개각보다 큰 경우의 광학적 에너지는 소용이 없게 되며, 상기 광원 장치로부터의 광출력의 조리개각이 상기 프로젝션 시스템의 조리개각보다 작은 경우에는 효율적으로 이용될 수 없게 된다. 그러므로, 본 발명 실시예에 있어서, 빔 정형 장치(105,106)들이 상기 발광다이오드의 렘버티안(Lambertian)의 형상에 있어서의 발산 각도를 축소시키기 위하여 이용되고, 축소된 발산 각도는 프로젝션 시스템의 조리개각보다 작던가 또는 동일하게 된다. 상기 쐐기 형상의 직사각형 각뿔에 추가하여, 발산 각도를 축소하는 기능을 가진 다른 광학적 장치가 이용될 수 있다. 상기 촛점 렌즈 그룹은 레이저가 발광다이오드 광과 더 좋게 혼합될 수 있도록 레이저 광선의 산란 특성을 향상시키기 위하여 레이저 광선을 확장시키는 광선 확산 렌즈를 포함할 수 있다. 실제로는, 실시 요구 사항에 따라서 상기 광선 확산 렌즈가 사용되거나 사용되지 않을 수도 있다. 레이저가 렌즈 그룹(107)을 통하여 광섬유(108)와 결합되는 것은 해당 분야의 통상적인 기술이다. 아울러, 당업자라면 실제 요구 사항에 따라서 상기 레이저를 상기 광섬유와 결합시킬 것인지도 결정할 수 있다. 도 1 에 도시된 두개의 발광다이오드들은 각각이 발광다이오드 어레이(array)이거나 발광다이오드 어레이의 일부일 수 있다. 상기 레이저 장치(106)는 레이저 장치 어레이의 하나 일 수 있다. 레이저 홀(112)이 레이저를 혼합하기 위한 발광다이오드들과 발광다이오드 광 사이에 위치한다. 상기 레이저 장치 또는 레이저 장치 어레이로부터의 레이저 출력은 상기 레이저 홀을 통과하여 발광다이오드 광들과 혼합된다. 상기 발광다이오드 어레이의 발광 영역이 프로젝션 시스템의 광학적 에텐듀에 의하여 제한을 받기 때문에, 발광다이오드 어레이에서의 발광다이오드 배열 밀도가 광선속을 증가시키기 위하여 증가되어야만 한다. 이러한 이유로 인하여 상기 레이저 홀의 크기는 너무 크게 할 수 없다. 레이저 광선이 상기 촛점 렌즈 그룹(109)을 통하여 더 작은 광점으로 촛점이 맞추어지면서 상기 레이저 홀로 진입한다. 그리고, 발광다이오드 어레이의 발광다이오드 배열 밀도 및 광원 장치의 광선속이 향상될 수 있다. 도 1 에 도시된 구조에 있어서, 발광다이오드들의 구역보다 더 큰 구역을 가지는 쐐기 형상의 직사각형 각뿔은 빔 정형 장치(beam shaping device)로서 이용되었으며, 간극(gap)(111)이 상기 두개의 쐐기 형상의 직사각형 각뿔 사이에 형성되고, 그럼으로써 레이저 광선의 촛점이 맞추어지면서 레이저가 상기 촛점 렌즈 그룹(109)을 통하여 간극(111)으로 어려움없이 빠져나갈 수 있게 된다. 이것은 상기 발광다이오드 어레이의 배치 밀도를 최대화할 수 있다.
도 2 는 레이저와 발광다이오드광이 직접적으로 혼합된 광원 장치를 나타낸 도면이다. 상기 광원 장치는 레이저 광원(206)과 두개의 발광다이오드(204,214)들을 포함한다. 각 발광다이오드의 광학적 출력 경로상에는 빔 정형 장치로서 쐐기 형상의 직사각형 각뿔(rectangular pyramid)이 배치되고, 이것은 상기 발광다이오드로부터의 광출력의 발산각도를 축소시킨다. 상기 레이저 광원(206)으로부터의 레이저 출력은 촛점 렌즈 그룹(209)을 통과한 후, 상기 쐐기 형상의 직사각형 각뿔(205,215)를 통하여 발광다이오드 광 출력과 혼합된다. 그리고, 혼합된 광은 동일한 방향으로 출력된다. 도 2 에 있어서, 도 1 에 도시된 결합 렌즈 그룹 또는 광섬유를 이용하지 않고도, 상기 레이저와 상기 발광다이오드 광이 혼합되어 출력된다. 마찬가지로, 촛점 렌즈 그룹도 광선 확산 렌즈를 포함할 수 있다. 실시예에서는 레이저 장치와 광학 구조에 종속되어 다양한 광선 조절 시스템(beam adjustment system)이 사용될 수 있다.
도 3 은 실시예에 따른 레이저와 발광다이오드 광이 직접적으로 혼합된 광원장치를 나타낸 도면이다. 상기 광원 장치는 두개의 동일한 레이저 광원 및 세개의 발광다이오드들을 포함한다. 각 발광다이오드의 광학적 출력 경로상에는 빔 정형 장치로서 쐐기 형상의 직사각형 각뿔(rectangular pyramid)이 배치되고, 이것은 상기 발광다이오드로부터의 광출력의 발산각도를 축소시킨다. 레이저 광원(306,316)으로부터의 레이저 출력은 먼저 결합렌즈 그룹(307,317)을 통하여 광섬유(308,318)들과 각각 결합된다. 상기 광섬유(308,318)로부터의 레이저 출력은 촛점 렌즈 그룹(309,319)에 의하여 촛점이 만들어지고, 레이저 홀(302,312)을 통하여 상기 발광다이오드(304,314,324)들의 광출력의 방향과 동일한 방향으로 각각 출력되고, 상기 쐐기 형상의 직사각형 각뿔(305,315,325)를 통하여 출력된다. 레이저 홀(302,312)들은 혼합된 광의 틈새를 보다 좋게 막는 효과를 가지도록 상호 대칭되게 배치된다.
도 4 는 레이저와 발광다이오드 광이 직접적으로 혼합된 광원장치의 다른 실시예를 도시한 것이다. 상기 광원 장치는 네개의 발광다이오드들을 포함하는 발광다이오드 어레이와 두개의 레이저 장치를 포함한 레이저 장치 어레이를 포함한다. 레이저와 발광다이오드 광을 혼합하는 형태는 도 1 에 도시된 형태와 동일하다. 레이저 장치(406)으로부터의 레이저가 첫번째 발광다이오드(404)와 두번째 발광다이오드(414) 사이의 레이저 홀(408)을 통과한다. 레이저 장치(416)로부터의 레이저가 세번째 발광다이오드(424)와 네번째 발광다이오드(434) 사이의 레이저 홀(418)을 통과하고 상기 발광다이오드 어레이로부터의 광 출력과 직접적으로 혼합된다. 레이저가 상기 발광다이오드 어레이로부터 출력된 광과 대칭적인 형태로 혼합되기 때문에 균일하게 혼합된 광이 수득될 수 있다.
또 다른 방법으로서, 단지 하나의 레이저 장치만이 상기 두번째 발광다이오드(414)와 세번째 발광다이오드(424) 사이에 설치될 수 있다. 또 다른 방법으로서, 세개의 레이저 장치들이 상기 첫번째 발광다이오드(404)와 두번째 발광다이오드(414) 사이 및 상기 두번째 발광다이오드(414)와 세번째 발광다이오드(424) 사이 및 상기 세번째 발광다이오드(424)와 네번째 발광다이오드(434) 사이의 레이저 홀들에 각각 설치될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 상기 레이저 홀들은 대칭적으로 배치된다. 하지만, 당업자라면 상기 레이저 홀들이 실제 요구 사항에 따라서 본발명의 기술 사상 범위에서 대칭적으로 배치될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
도 5 및 도 6 은 본 발명의 두개의 실시예에 따른 레이저와 설치된 광원으로부터 출력된 광이 통상의 반사체(reflector)를 이용하여 혼합된 광원 장치를 각각 도시한 것이다.
도 5 는 통상의 반사체를 이용하여 램프에 추가하여 레이저가 설치된 광원장치를 도시한 것이다. 이 광원 장치는 레이저 장치(502), 촛점 렌즈(503), 반사체(504) 및 광원으로서 보충될 램프(501)를 포함한다. 상기 레이저 장치(502)로부터 방사된 적색 레이저 광선은 상기 반사체(504)의 표면상 또는 이와 근접하는 면에서 상기 촛점 렌즈(503)에 의하여 촛점이 맞추어진다. 상기 반사체(504)의 표면에는 투사하는 적색 레이저의 파장(wavelength)에 높게 반사되는 고반사 필름(high-reflective film)이 입혀져 있다. 레이저 광선이 반사체(504)의 표면상에서 반사된 후, 그 반사 방향은 램프로부터의 방사된 광선의 방향과 동일한 방향으로 반사된다. 그러므로, 레이저 광원으로부터 출력된 광원과 램프가 혼합된다. 상기 촛점 렌즈(503)는 촛점을 맞추는 기능을 가진 촛점 렌즈 그룹 또는 다른 광학적 기구들로 대체될 수 있다. 또한, 상기 촛점 렌즈 그룹은 레이저 광선의 확장을 위한 광선 확장 렌즈들을 포함할 수 있는데, 이는 특정한 각도로 - 특히 반사된 레이저 광선이 램프 광선과 동일한 축을 가지는 각도로 - 발산된 레이저가 램프와 더 잘 혼합될 수 있도록 하기 때문이다. 상기 레이저 장치(502)는 고체 상태 레이저 장치나, 반도체 레이저 장치나 광섬유 레이저 장치나 가스 상태의 레이저 장치 등이 될 수 있다. 레이저 장치(502)는 바람직하게는 630nm ~ 670nm 의 파장을 가지는 적색 레이저를 발산하는 레이저 장치일 수 있다. 여기서, 상기 램프는 고압 수은 램프나, 금속 할로겐화물 램프나, 할로겐 램프 또는 제논 램프와 같은 공지의 램프가 이용될 수 있다. 상기 촛점 렌즈(503)으로부터의 레이저의 촛점은 상기 반사체(504)의 표면상 또는 이에 근접하여 위치되어야 하는데, 이는 램프로부터 광선 출력상에서 반사체의 충돌이 감소되는 동안에도 모든 투사되는 레이저가 반사될 수 있도록 하기 위함이다. 이러한 방법에 있어서, 상기 반사체(504)의 부피를 작게하는 것이 가능하고, 그럼으로써 반사체에 기인하여 상기 램프로부터의 광출력 방해 사항이 줄어든다.
도 6 은 통상의 반사체를 이용하여 발광다이오드에 추가하여 레이저가 설치된 광원 장치를 도시한 것이다. 이 광원 장치는 발광다이오드 광원(601), 빔 정형 장치(602), 반사체(603), 레이저 장치(607), 결합 렌즈 그룹(606), 광섬유(605) 및 촛점 렌즈 그룹(604)을 포함한다. 상기 발광다이오드 광원(601)로부터 방사된 빛이 상기 광선 형성장치(602)에 의하여 그 형태가 형성된 후, 램버티안(Lambertian) 형태의 발산각이 축소된다. 축소된 발산각은 차후의 프로젝션의 조리개각을 따라 결정될 수 있다. 상기 레이저 광원(607)로부터 방사된 레이저는 결합 렌즈 그룹(606)을 통하여 광섬유(605)로 진입하고, 상기 광섬유(605)로부터의 방사된 광은 상기 촛점 렌즈 그룹(604)에 의하여 촛점이 맞춰지고, 상기 레이저의 발산각 또한 프로젝션 시스템의 조리개각 이내에서 조절되어야 한다. 상기 광학적인 경로가 조정되고 그럼으로써 촛점 렌즈 그룹(604)에 의하여 촛점이 맞추어진 레이저 광선의 촛점이 상기 반사체(603)의 표면상 또는 근접면에 있게 된다. 반사체(603)에 의하여 반사가 이루어진 후에는, 상기 레이저 광선의 광학 축 및 상기 빔 정형 장치(602)로부터 출력된 발광다이오드 광선 출력의 광학축은 동일한 방향이며, 그러므로, 이 두개의 광원으로부터의 광선은 혼합되어 출력된다. 당업자라면 실제 적용에 있어서, 상기 발광아디오드 광원이 백색 발광다이오드 광원을 사용하거나 다른 모노크롬(monochrome) 발광다이오드 광원을 사용할 수 있다. 상기 발광다이오드 광원으로부터의 광 출력의 발산 각을 축소하기 위한 빔 정형 장치는 쐐기 형상의 직사각형 각뿔의 형태로 구현되거나 기타 다른 광학적 장치일 수 있다.
하지만, 도 5 및 도 6 에 도시된 바와 같은 반사체의 이용상의 단점이 있다. 즉, 보충될 광원으로부터 방사된 광선상의 일부의 광이 반사체에 의하여 차단된다는 점이다. 이 빔 에너지에 대한 반사체의 차단을 최소화하기 위하여, 상기 반사체는 가능한 한 작게 만들어져야 한다. 실제로 상기 반차체의 반사 표면은 레이저 광선의 단면(section)과 동일하게 하는 것으로 충분하다. 실질적인 응용례에서는, 레이저 광선의 촛점의 직경은 밀리미터(milimeter)의 수준이다. 그러한 작은 반사체는 고비용의 제조 비용을 요할 뿐만 아니라 매우 작은 부피로 인하여 실제의 광학 경로 상에 고정시키기가 어렵다. 더구나, 고정을 위한 장치 역시 광학 경로를 방해할 것이다. 고정을 위한 장치가 광학 경로상에 나타나게 되므로, 반사체가 차단하는 것보다 광선이 더 차단되게 된다.
도 8 은 반사체 구조를 나타내는 평면도이다. 상기 반사체는 반사부(801)를 포함하고, 이 반사부(801)는 보충될 광원으로부터의 광 출력을 반사한다. 또한, 상기 반사체는 광 통과홀(802)을 포함하고, 이 광 통과홀(802)은 레이저 광원으로부터 방사된 레이저를 직접적으로 통과하게 한다. 상기 반사체의 반사부(801)는 추가될 광원으로부터의 광선 출력의 반사를 향상시키기 위하여 고-반사 필름이 입혀져 있다. 상기 반사체는 디스크(disc), 사각형(rectangle), 판형(flat), 스트립(strip) 또는 기타 평탄한 형태일 수 있으며, 또는, 실제 적용처에 따라서는 포물면(paraboloid), 쌍곡면(hyperboloid) 또는 구면(sphere)과 같은 형태일 수 있다. 상기 광 통과홀(802)은 상기 반사체의 중앙에 있거나 필요에 따라서는 반사체의 어느 임의의 지점에 있을 수 있다.
도 9 및 도 11 은 도 8 에 도시된 구조로 이루어진 반사체를 사용함에 의하여 보충될 광원으로부터 방사된 광을 레이저와 혼합하는 광원 장치의 두개의 실시예들을 각각 나타낸 도면이다.
도 9 는 프로젝션 디스플레이를 위하여 램프에 추가하여 보충되는 레이저를 가진 광원 장치를 나타낸 도면이다. 이 광원 장치는 레이저 광원(902), 촛점 렌즈(903), 램프(901) 및 반사체(904)를 포함한다. 상기 레이저 광원(902)은 적색광을 방사하는 레이저 장비이고, 상기 반사체(904)는 원형의 평평한 구조로 되어 있고, 광 통과홀(905)이 있으며, 광 통과홀의 직경은 3 mm 이고 반사체(904)의 중앙에 형성된다. 상기 반사체(904)의 나머지 부분은 반사부이고, 가시광선 영역의 광대역(wide-band)의 고-반사 필름을 가진 상태로 평평하게 이루어져 있다. 레이저 장치(902)의 적색 광으로부터 방사된 레이저 광선은 상기 촛점 렌즈(903)를 통과하고, 반사체(904)의 광 통과홀(905)을 통해 직접적으로 출력된다. 상기 램프(901)로부터 방사된 광선은 반사체(904)의 반사부에 의하여 반사되고, 상기 광 통과홀(905)을 직접 통과하는 레이저 광선과 동일한 방향으로 출력되어 레이저 광선과 램프로부터의 광선이 혼합된다. 또한, 이 두 종류의 광선의 광학 축은 혼합되는 동안에 상호 일치되며, 그리하여 적색 광이 보충된다. 촛점 렌즈(903)는 촛점 렌즈 그룹이나 촛점을 맞추는 기능을 가진 다른 광학적 요소로 대체될 수 있다. 광선 확산 렌즈 또는 상기 촛점 렌즈 그룹에 포함될 수 있으며, 이는 레이저의 발산을 증가시켜 혼합 효과를 보다 좋게 하기 위함이다. 또한, 반사된 램프 광선이 레이저 광선과 동일한 축을 가진다면, 혼합 효과가 보다 좋아질 수 있다. 레이저 장치(902)는 고체 상태의 레이저 장치이거나, 반도체 레이저 장치이거나 광섬유 레이저 장치이거나 가스 레이저 장치 등일 수 있다. 상기 레이저 장치(902)는 바람직하게는 630nm~670nm 의 파장을 가진 적색 레이저를 방사하는 레이저 장치일 수 있다. 여기서, 상기 램프는 고압 수은 램프나, 금속 할로겐화물 램프나, 할로겐 램프 또는 제논 램프일 수 있다. 상기 촛점 렌즈(903)으로부터의 레이저의 촛점은 상기반사체(904)의 광 통과홀(905)의 표면상 또는 이에 근접하여 위치되어야 하는데, 상기 램프(901)로부터의 광선 출력상에서의 반사체의 광 통과홀(905)의 충돌이 감소되는 동안에도 모든 투사된 레이저가 통과될 수 있도록 하기 위함이다. 이러한 방법에 있어서, 상기 반사체(904)의 광 통과홀의 크기를 작게하는 것이 가능하고, 이는 상기 램프로부터의 광 출력상에서의 광 통과홀의 충돌을 감소시키고, 램프에 의하여 반사되는 빛을 증가시킬 수 있도록 하기 위함이다. 도 7 과의 비교 대상인 도 10 은 RGB 의 주요한 세개의 색상의 분산도를 나타낸 도면이다. 적색 광의 강도는 실질적으로 향상되고, 광 분배를 위한 백색 영역 조건이 양호한 형태로 충족되고 있다.
이러한 광원에 있어서, 상기 반사체(904)의 광 통과홀(905)은 반사체의 중앙에 형성되거나 적절한 위치에 형성될 수 있다. 상기 반사체의 두께는 매우 작으며, 상기 반사체는 디스크(disc), 사각형(rectangle), 판형(flat), 스트립(strip) 또는 기타 평탄한 형태일 수 있으며, 또는, 실제 적용처에 따라서는 포물면(paraboloid), 쌍곡면(hyperboloid) 또는 구면(sphere)과 같은 형태일 수 있다.
도 11 은 보충될 광원으로서의 발광다이오드 광원과 레이저 광원이 프로젝션 디스플레이를 위하여 혼성된 광원 장치를 나타낸 도면이다. 반사체(1103)의 구조는 도 8 에 도시된 바와 동일하다. 발광다이오드 광원 (1101)은 백색 광을 방사하는 발광다이오드이다. 상기 발광다이오드로부터 방사된 광이 빔 정형 장치(1102)를 통과한 후, 램버티안(Lambertian)의 형태로 발산각이 축소된다. 축소된 발산각은 프로젝션 시스템의 조리개각(aperture angle)과 동일하며, 예를 들어 ±12˚이다. 상기 빔 정형 장치(112)로부터 광은, 가시광선 영역의 광대역(wide-band)의 고-반사 필름이 입혀진 반사체(1103)의 반사부에 의하여 반사된 후 출력된다. 레이저 광원(1107)은 녹색광을 방사하는 레이저 장치이고, 상기 레이저 광원(1107)으로부터 방사된 레이저는 결합 렌즈 그룹(1106)을 통하여 광섬유(1105)로 진입하고, 광섬유(1105)로부터의 광이 촛점 렌즈 그룹(1104)에 의하여 촛점이 잡혀지고, 광의 발산 각도가 프로젝션 시스템의 조리개각 내에서 조절된다. 광학적인 경로가 조절됨으로써 레이저 광선의 촛점이 반사체(1103)의 광 통과홀로 잡혀지고, 레이저 광선은 상기 광 통과홀을 직접적으로 통과하여 수렴성의 광을 발산성의 광으로 변환시키게 된다. 상기 반사체에 의하여 반사되는 백색 광을 방사하는 발광다이오드의 광은 통과된 녹색 레이저와 혼합되고, 혼합된 광은 동일한 방향으로 출력된다. 광원 장치는 혼성 광원으로 구현되고, 발광다이오드 광에 추가하여 녹색광이 추가된다. 또한, 반사된 레이저 광이 램프 광선의 축과 동일한 축을 가진다면, 혼합의 효과는 보다 좋아질 것이다. 광원 장치에 있어서, 촛점 렌즈 그룹(1104)를 통과한 후의 레이저 광선의 촛점의 넓이는 광 통과홀의 크기보다 작거나 같을 수 있다. 또 다른 형태로서는, 상기 촛점 렌즈 그룹(1104)의 촛점은 상기 광 통과홀에 근접한 지점에 있을 수 있으며, 광 통과홀에서의 레이저 광선의 광 촛점의 넓이는 광 통과홀의 단면 넓이보다 작거나 같을 수 있다. 레이저 광선의 광점의 넓이가 광 통과홀의 단면 넓이보다 크다면, 레이저의 광학적 에너지의 일부분은 이용할 수가 없게 된다. 상기 레이저 광선의 광점의 넓이가 상기 광 통과홀의 단면 넓이보다 매우 작다면, 상기 광 통과홀의 단면 넓이를 감소시킬 수 있게 되며, 발광다이오드 광의 반사를 최대화시킬 수 있게 되며, 그렇지 않으면 상기 발광다이오드의 광학적 전력을 범용적으로 이용할 수 없다. 발광다이오드 광원의 광출력의 발산 각도를 축소하기 위한 빔 정형 장치는 쐐기 형상의 직사각형 각뿔이거나 다른 형태의 광학적 장치로서 구현될 수 있다. 당업자라면 상기 발광다이오드 광원이 백색 발광다이오드 광원을 사용하거나 다른 모노크롬(monochrome) 발광다이오드 광원을 사용할 수 있다. 실시예에 있어서, 요구사항에 따라 상기 발광다이오드 광원을 발광다이오드 어레이로 형성할 수 있다.
도 12 는 다른 실시예에 따른 반사체의 구조를 도시한 측면도이다. 이 반사체는 레이저 광원으로부터 방사된 레이저를 반사시키는 반사부(1201)와, 보충될 광원으로부터 방사된 광선이 직접적으로 투과(transmit)되는 투과부(transmission part)를 포함한다. 반사부(1201)를 제외하고, 상기 반사체의 상부 표면(1202) 및 하부 표면(1203)은 모두 보충될 광원으로부터 방사된 광선의 투과 효율을 향상시키는 반사방지(anti-reflection) 필름으로 입혀져 있다. 상기 반사체의 반사부(1201)의 표면은 레이저반사를 향상시키는 고-반사 필름으로 입혀져 있다. 상기 반사체는 투과성의 재질로 이루어지고 평평한 플레이트(plate) 형상으로 되어있다. 상기 투과성의 재질로서는 유리(glass), 석영(quartz), 실리콘(silicon) 또는 투명성(transparent) 플라스틱일 수 있다. 상기 반사부는 반사체의 중앙에 위치하거나 말단에 위치되거나 필요로 되는 지점에 위치할 수 있다. 상기 반사부는 평평한 형태이거나, 포물면(paraboloid), 쌍곡면(hyperboloid) 또는 구면(sphere)과 같은 다른 형태일 수 있다.
도 13 및 도 14 는 도 12 에 도시된 반사체가 이용된 광원 장치의 실시예를 각각 나타낸 도면이다.
도 13 은 프로젝션 디스플레이를 위하여 램프에 더하여 레이저가 보충된 광원 장치를 나타낸 도면이다. 상기 광원 장치는 레이저 광원(1308), 촛점 렌즈(1305), 램프(1306) 및 반사체(1307)을 포함한다. 상기 레이저 광원(1308)은 적색 방사 레이저 장치이다. 상기 반사체(1307)은 유리재로 만들어진 평평한 구조이다. 상기 반사체의 중앙부(1304)는 적색 파장에 대하여 고반사적인 고-반사 필름이 입혀진 반사부이다. 상기 반사체(1307)의 나머지 부분은 투과부(transmission part)이다. 상기 적색 방사 레이저 장치(1308)로부터 방사된 레이저 광선은 촛점 렌즈(1305)를 통과하여 반사체(1307)의 반사부(1304)에 도달하고, 여기에서 반사되어 출력된다. 상기 램프(1306)으로부터 방사된 광선은 상기 반사체(1307)를 직접 투과하여 상기 반사부(1304)에 의하여 반사된 레이저 광선과 혼합된다. 혼합된 광에 있어서의 두 종류의 광의 광학적 축이 일치하고, 따라서 적색광이 보충된다. 상기 촛점 렌즈(1305)가 촛점을 맞추는 기능을 가진 촛점 렌즈 그룹 또는 다른 광학 장치로 대체될 수 있다. 광선 확장 렌즈가 상기 촛점 렌즈 그룹에 포함될 수 있으며, 이는 상기 레이저의 발산을 증가시켜 혼합 효과를 더 잘 구현하기 위함이다. 또한, 상기 반사된 레이저 광선이 램프 광선과 동일한 축상에 있다면 혼합 효과는 더 좋을 것이다. 상기 레이저 장치(1308)은 고체 상태의 레이저 장치나, 반도체 레이저 장치이나, 광섬유 레이저 장치이거나 가스 레이저 장치 등일 수 있다. 상기 레이저 장치(1308)은 바람직하게는 630nm~670nm 의 파장을 가진 적색광을 방사하는 레이저 장치일 수 있다. 여기서, 상기 램프는 고압 수은 램프나, 금속 할로겐화물 램프나, 할로겐 램프 또는 제논 램프일 수 있다.
상기 촛점 렌즈(1305)으로부터의 레이저의 촛점은 상기 반사체(1307)의 반사부(1304)의 표면상 또는 이에 근접하여 위치되어야 하는데, 상기 램프(1306)로부터의 광선 출력상에서의 반사체의 반사부의 충돌이 감소되는 동안에도 모든 투사된 레이저가 반사될 수 있도록 하기 위함이다. 이러한 방법에 있어서, 상기 반사체(1307)의 반사부의 크기를 작게하는 것이 가능한데, 이는 상기 램프로부터의 광 출력에 대한 반사부의 방해 작용을 감소시키기 위함이다.
이러한 광원 장치에 있어서, 상기 반사체(1307)의 반사부는 상기 반사체의 중앙 또는 모서리(edge) 또는 적절한 위치에 형성될 수 있다. 상기 반사부의 표면 형태는 도 10 에 도시된 바와 같이 평평하거나, 실제 적용처에 따라서는 포물면(paraboloid), 쌍곡면(hyperboloid) 또는 구면(sphere)과 같은 형태일 수 있다. 상기 반사체(1307)는 유리(glass), 석영(quartz), 실리콘(silicon) 슬라이스(slice) 또는 투명성 플라스틱을 포함하는 투과성의 재질로서 이루어진다. 상기 반사체(1307)의 두께는 매우 작으며, 스트립(strip)이나 디스크(disc)와 같은 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 당업자라면, 상기 반사부의 면적이 투사되는 레이저 광선의 단면의 직경보다 더 크다면 레이저의 반사가 보장될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 이 경우에 있어서, 보충될 광원으로부터 방사된 광은 상기 반사체를 통하여 부분적으로 투과될 가능성이 있는데, 그 나머지 부분이 상기 반사체를 통과하지 않고 레이저 광선과 직접적으로 혼합되는 동안에 그러할 가능성이 있다.
도 14 는 보충될 광원으로서의 발광다이오드 광원과 레이저 광원이 프로젝션 디스플레이를 위하여 혼성된 광원 장치를 나타낸 도면이다. 발광다이오드 광원 (1401)은 백색 광을 방사하는 발광다이오드이다. 상기 발광다이오드 광원(1401)으로부터 방사된 광이 빔 정형 장치(1402)를 통과한 후, 램버티안(Lambertian)의 형태로 발산각이 축소된다. 축소된 발산각은 프로젝션 시스템의 조리개각(aperture angle)과 동일하며, 예를 들어 ±12˚이다. 빔 정형 장치(1402)로부터의 광이 상기 반사체(1403)를 통하여 직접적으로 투과된다. 반사부를 제외하고, 상기 반사체(1403)의 표면은 가시광선 영역의 광대역(wide-band)의 반사방지(anti-reflection) 필름이 입혀져 있다. 레이저 광원(1407)은 녹색광을 방사하는 레이저 장치일 수 있다. 상기 레이저 광원으로부터 방사된 레이저는 결합 렌즈 그룹(1406)을 통하여 광섬유(1405)로 진입한다. 상기 광섬유(1405)로부터의 광은 촛점 렌즈 그룹(1404)을 통하여 촛점이 잡혀지고, 광의 발산 각도가 프로젝션 시스템의 조리개각 범위내에서 조절된다. 레이저가 투사되는 반사체(1403)의 표면은 레이저의 파장에 높은 반사성을 가진 고-반사 필름이 입혀지고 이 표면은 상기 반사체의 반사부로서 사용된다. 광학적인 경로가 조절되고, 그럼으로써 레이저 광선의 촛점이 레이저가 반사되고 수렴성의 광을 발산성의 광으로 변환시키는 반사체(1403)의 반사부에 잡히게 된다. 상기 백색광을 방사하는 발광다이오드로부터 방사된 광은 반사체를 통하여 투과된 후에 반사체에 반사된 녹색 레이저와 혼합된다. 그러므로, 광원이 혼성 광원으로 구현되고, 상기 발광다이오드 광원에 더하여 녹색광이 보충된다. 광원 장치에 있어서, 상기 레이저 광선의 촛점의 넓이는 반사부의 크기보다 작거나 같을 수 있다. 또 다른 형태로서는, 상기 레이저 광선의 촛점은 상기 반사부의 표면에 근접한 지점에 있고, 레이저 광선의 촛점의 넓이는 상기 반사부의 넓이보다 작거나 같다. 만일, 레이저 광선의 광점의 넓이가 반사부의 넓이보다 크다면, 광학적 에너지는 이용할 수가 없게 된다. 상기 레이저 광선의 광점의 넓이가 상기 반사부보다 매우 작다면, 상기 반사부의 크기를 작게하여 발광다이오드 광의 방해를 최소화하는 것이 바람직하며, 그렇지 않게 되면 상기 발광다이오드의 광학적 전력을 범용적으로 이용할 수 없게 된다. 발광다이오드 광원의 광출력의 발산 각도를 축소하기 위한 빔 정형 장치는 쐐기 형상의 직사각형 각뿔이거나 다른 형태의 광학적 장치로서 구현될 수 있다. 당업자라면 실제 적용예에 따라서 상기 발광다이오드 광원을 백색 발광다이오드 광원을 사용하거나 다른 모노크롬(monochrome) 발광다이오드 광원을 사용할 수 있다.
도 15 및 도 16 은 신규한 형태의 구조를 가진 반사체 프리즘을 도시한 것이다. 이 반사체 프리즘은 두개의 직각 삼각형 프리즘(right-triangular)(1507,1508)을 포함한다. 중앙 부분을 제외하고 상기 두개의 직각 삼각형 프리즘(1507,1508)의 경사면은 광학적 접착제(optical adhesive)(1506)로 상호 접합되어 있다. 상기 광학적 접착제(1506)가 일정한 두께를 가지기 때문에, 공극(air gap)(1505)이 두 접합면의 중앙 부분에 형성된다. 상기 공극(1505)의 크기는 투사되는 레이저 광선 또는 촛점이 맞추어진 레이저 광선을 전체적으로 반사할 수 있는 크기로서 형성된다. 상기 공극(1505)의 단면은 원형, 사각형 또는 적합한 다른 형태일 수 있다. 원형 단면을 가진 공극의 접합이 사각형 단면을 가진 공극의 접합보다 더 어렵다. 사각형 단면을 가진 공극이 그것의 두개의 표면들이 직접적으로 공기와 접촉되는 반면, 원형의 단면을 가진 공극은 접착 영역이 사각형의 단면을 가지는 공극의 접착 영역보다 더 크기 때문에 보충될 광원으로부터의 광이 보다 더 많이 원형 단면을 가진 공극을 통과할 수 있게 된다. 상기 공극의 형태는 실제 적용에 따라서 결정된다. 실시예에 있어서, 프리즘의 표면은 광선의 통과를 위하여 필요로 되는 요구 사항에 따라서 다른 재질의 필름으로 입혀질 수 있다. 예를 들어, 반사체 프리즘 상의 레이저 투사면은 레이저의 파장에 따라서 고 투과성을 가지는 반사방지 필름(anti-reflection film)으로 입혀질 수 있으며, 상기 투사면 및 반사체 프리즘 상으로 보충될 광원의 입사면이 모두 보충될 광원의 고 투과성을 가진 비-반사 필름으로 입혀질 수도 있다. 상기 공극(1505)의 단면이 투사되는 레이저 광선의 광점 보다 더 크다는 조건하에서, 반사체 프리즘의 두께(d)는 가능하면 작으면 좋으며, 그럼으로써 보충될 광원으로부터의 광출력상의 간섭이 줄어들 수 있게 된다. 상기 반사체 프리즘의 구조는 그것의 큰 부피를 고려하여 보다 용이하게 고정될 수 있는 구조이다. 또한, 고정 장치는 광학 경로를 방해할 수도 있기 때문에, 광학 경로상에서 전혀 필요하지 않다.
도 17 은 도 15 및 도 16 에 도시된 반사체 프리즘의 구성을 변형시킨 다른 실시예의 반사체 프리즘의 구성을 도시한 것이다. 이 다른 실시예의 반사체 프리즘은, 두개의 직각 사다리꼴 프리즘(right-trapezoid prism)이 도 15 및 도 16 에 도시된 직각 삼각형 프리즘을 대체하여 이용되고 있다. 직각 사다리꼴 프리즘의 경사면과 직각면과의 경사는 45˚이다. 그외의 다른 구성들은 도 15 및 도 16 에 도시된 반사체 프리즘의 구성들과 동일하다. 물론, 예를 들어 도 16 에 도시된 측면부분 b 의 및 측면 부분 c 의 길이는 변화될 수 있으며, 측면의 형태도 그것이 보충될 광원으로부터의 광의 통과에 영향을 미치지 않는 것이라면 상이한 형태를 가질 수 있다. 상기 반사체 프리즘의 형태는 그것이 프리즘의 기본적인 역할에 영향을 미치지 않는 범위에서 본 발명의 기술적 사상 범위에서 자유롭게 변형이 가능하다.
도 18 은 도 15 및 도 16 에 도시된 신규한 구성의 반사체 프리즘을 이용함에 의하여 램프에 추가하여 보충될 레이저를 가지는 광원 장치를 나타낸 도면이다. 상기 광원 장치는 레이저 광원(1808), 촛점 렌즈(1805), 고압 수은 램프(1806) 및 반사체 프리즘(1807)을 포함한다. 상기 레이저 광원(1808)은 635nm 의 파장을 가지는 적색 광을 방사하는 고체 상태의 레이저 장치이다. 상기 반사체 프리즘의 두개의 직각 프리즘들은 모두 1.51 의 굴절률을 가지는 K9 글라스(glass)로 이루어지고, 그들 사이에 있는 광학적 접착제는 1.51 의 굴절률을 가지는 자외선 경화 접착제(UV curing adhesive)이다. 적색광 방사 고체 상태 레이저 장치로부터 방사된 레이저 광선이 촛점 렌즈(1805)를 통과한 후, 그 레이저 광선은 635nm (투과율 > 99%)의 파장을 가진 레이저에 대한 반사방지 필름이 입혀진 직각 프리즘의 직각면을 통하여 수직 방향으로 진입한다. 상기 촛점 렌즈(1805)에 의하여 잡혀진 촛점은 공극(1804)으로 수렴되고, 이 공극(1804)의 위치에서 전체적인 반사가 일어나며, 레이저 광선은 이 직각 프리즘의 다른 직각면으로부터 수직 방향으로 빠져 나간다. 상기 고압 수은 램프(1806)으로부터 방사된 광선은 다른 직각 프리즘의 직각면으로 진입하여 반사체 프리즘(1807)을 통하여 직접 투과되고, 상기 레이저 광선의 광학적 축과 동일한 축을 형성하게 된다. 따라서, 적색광이 보충된다. 상기 고압 수은 램프에 대한 반사체 프리즘(1807) 상에서의 입사와 출사를 위한 직각면들은 모두 광이 보여지는 광대역(wide-band)의 반사 방지 필름이 입혀져 있다.
이러한 광원 장치에 있어서, 상기 반사체 프리즘의 두께(d)는 매우 작다. 당업자라면 두께(d)가 공극 상으로 투사되는 레이저 광선의 광점의 직경보다 더 크면 클수록 레이저 광선의 전체적인 반사가 더 보장된다는 것을 알 수 있을 것이다. 이 조건하에서, 두께(d)는 매우 작을 수 있을 것이다. 이 경우에 있어서는, 보충될 광원으로부터 방사된 광의 일부분만이 상기 반사체 프리즘을 통과하는 반면, 그 나머지 부분은 상기 반사체 프리즘을 통하여 투과되지 않고 레이저 광선과 혼합된다.
도 19 는 프로젝션 디스플레이를 위하여 보충될 광원으로서의 발광다이오드 광원과 레이저 광원의 혼성(hybrid) 광원 장치를 나타낸다. 상기 광원 장치의 구조는 도 15 및 16 에 도시된 구조의 반사체(reflector)로서 사용되는 반사체 프리즘을 제외하고 도 14 에 도시된 바와 비슷하다. 상기 발광다이오드 광원(1901)은 백색광 방출 발광다이오드이다. 상기 발광다이오드 광원(1901)으로부터 방출된 광이 빔 정형 장치(beam shaping device)(1902)를 지난 다음, 램버시안 형태의 발산각(divergence angle)은 압축된다. 상기 압축된 발산각은 프로젝션 시스템의 조리개각(aperture angle)과 동일하다, 예를 들어, ±12도 이다. 상기 빔 정형 장치(1902)로부터의 발생광(emergent light)은 즉시 상기 반사체 프리즘(1903)을 통과한다. 반사체 프리즘(1903)상의 발광다이오드 빔의 입사면(incidence plane) 및 발생면(emergence plane)들은 가시광선을 위한 광대역 반사방지 필름(wide-band anti-reflection film)으로 도금된다. 상기 레이저 광원(1907)은 532nm의 파장을 갖는 녹색 레이저를 방출하는 고체상태의 레이저 장치가 될 수 있다. 상기 레이저 광원(1907)으로부터 방출되는 레이저는 결합 렌즈(coupling lens group)을 통하여 광섬유(1905)로 들어간다. 상기 광섬유(1905)로부터의 발생광은 결합 렌즈 그륩(1904)을 통하여 초점이 맞춰진다. 그리고, 그것의 발산각은 상기 프로젝션 시스템의 조리개각의 범위내에서 조절된다. 상기 반사 프리즘(1903)의 레이저 입사면은 532nm의 파장(투과율>99%)을 가지는 레이저를 위한 반사방지 필름으로 도금된다. 상기 광학적 경로(optical path)는 조절되고, 그러함으로써 상기 레이저 빔의 초점이 상기 반사 프리즘(1903)의 공극(air gap)에 있게 되며, 레이저가 상기 공극의 지점에서 전부 반사되고 수렴성 빔으로부터 발산성 빔으로 전환되도록 조정된다. 상기 백색광 방출 발광다이오드로부터 방출된 광은, 상기 반사 프리즘을 통과한 후, 반사된 녹색 레이저와 혼합된다. 따라서, 상기 광원 장치는 혼성 광원으로서 구현된다. 그리고, 녹색광은 상기 발광다이오드광이 추가 보충된다. 상술한 광원 장치에서, 상기 레이저 빔의 초점 영역은 상기 공극의 크기와 같거나 작을 수 있다. 다른 실시예로서, 상기 레이저 빔의 초점은 상기 공극의 표면 근처이고, 상기 공극에서의 레이저 광선의 광점(light spot)의 넓이는 상기 공극의 넓이보다 같거나 작다. 만일, 상기 광선의 초점의 넓이가 상기 공극의 넓이보다 크다면, 광학 에너지가 낭비된다. 만일, 상기 레이저 빔의 광점의 넓이가 상기 공극의 넓이보다 더 작다면, 상기 공극의 크기를 줄이고, 상기 발광다이오드 광의 방해물을 최소화하는 것이 바람직하다. 그렇지 않다면, 상기 발광다이오드의 광학적 전력을 최대량(largest extent)으로 사용할 수 없게 된다.
도 20 및 도 21 은 두개의 개별적인 실시예에 따른 3원색 발광다이오드 램프(three-primary-color LED lamps)들로부터의 광선과 상기 RGB 광선이 프로젝션 디스플레이 광원으로서 결합되는 것을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 20 에 도시된 상기 프로젝션 디스플레이 광원은 적색, 녹색 및 청색의 발광다이오드 램프, 적색, 녹색 및 청색광 방출 레이저 장치, 두개의 이색분광기(dichroscopes) 및 도 15 및 도 16 에 도시된 구조를 가지는 세개의 반사체 프리즘들을 포함한다. 상기 적색광 방출 발광다이오드 램프(2001)로부터 방출되는 적색광은 상기 적색광 방출 레이저 장치(2007)로부터 방출되는 적색 레이저와 혼합되고, 상기 녹색광 방출 발광다이오드 램프(2002)로부터 방출되는 녹색광은 상기 녹색광 방출 레이저 장치(2008)로부터 방출되는 녹색 레이저와 혼합되고, 상기 청색광 방출 발광다이오드 램프(2003)로부터 방출되는 청색광은 상기 청색광 방출 레이저 장치(2009)로부터 방출되는 청색 레이저와 혼합된다. 각각 같은 색의 상기 발광다이오드광 및 레이저광은 도 19 에 도시된 방법으로 혼합된다. 상기 혼합된 적색광과 혼합된 녹색광은 제1이색분광기(2019)를 통하여 결합되고, 그리고, 상기 적색-녹색 혼합광은 제2이색분광기(2020)을 통하여 상기 혼합된 청색광과 결합되며, 상기 프로젝션 디스플레이에 의하여 요구된 백색광은 획득된다. 다른 실시예로서, 상기 적색광 방출 발광다이오드 및 상기 청색광 방출 발광다이오드의 위치들이 교환될 수 있으며, 상기 보충된 적색광 방출 레이저장치와 청색광 방출 레이저장치들의 위치는 교환될 수 있다. 그리고, 상기 제1이색분광기 및 제2이색분광기는 교환될 수 있음은 기술 범위 내에서 이해될 수 있다.
도 21 에 도시된 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 내에서, 색 조합 프리즘(x-큐브)(2122)는 도 20 에 도시된 상기 두개의 이색분광기들을 대체하는데 사용될 수 있다. 다른 구조는 도 20에 도시된 바와 대체적으로 동일하다. 동일한 색에서 상기 빔들은 도 19 에 도시된 방법으로 혼합된다. 또한, 상기 프로젝션 디스플레이에서 요구된 백색광은 획득될 수 있다. 또한, 도 20 과 같이, 상기 적색광과 청색광의 광학적 경로상의 위치들은 교환될 수 있다. 그러나, 녹색광은 반사없이 상기 엑스큐브(2122)의 중심을 곧바로 통과해야 한다. 이것은 기술 범위 내에서 이해될 수 있다.
도 20 및 도 21 의 결합된 백색광은 단일 디지털 광 프로세서(DLP, Digital Light Processor), 단일 실리콘 액정 표시 장치(LCOS, Liquid Crystal on Silicon) 또는 단일 액정 표시장치(LCD, Liquid Crystal Display)와 함께 프로젝션 광원 내에서 사용될 수 있다. 게다가, 상기 광원은 상기 발광다이오드 램프 및 레이저 장치에 의하여 완전히 제공되기 때문에, 시간은 전기적으로 제어될 수 있으며, 종래 기술의 색상환(color wheel)은 제거될 수 있다. 더욱이, 하나 이상의 색의 광은 필요하다면 선택적으로 보충될 수 있다.
도 20 및 도 21 에 사용된 상기 반사체(reflector)는 도 15 및 도 16 의 반사체 프리즘이다. 동일한 색에서 상기 광선들은 또한 도 1 내지 4, 도 6, 도 11, 도 14 및 도 19에 도시된 방법으로 혼합될 수 있다. 광은 도 20 및 도 21을 참조하여 기술된 방법 및 구조를 사용하여 결합된다.
도 22 내지 29는 본 발명의 실시예에 따른 상술한 광원 장치를 사용하는 프로젝터를 위한 광학적인 구성들을 나타낸다.
도 22 는 본 발명의 실시예에 따른 단일 디지털 광 프로세서 프로젝터를 위한 광학적 구성을 나타낸다. 상기 단일 디지털 광 프로세서 프로젝터는, 광원으로서 보충되어야 하는 고압 수은램프(ultra high-pressure mercury lamp)(2209), 광선 확장 렌즈(beam expanding lens)(2217), 촛점 렌즈(focusing lens)(2218), 반사체(2207), 광학 적분기(optical integrator)(2210), 촛점 렌즈 그룹(focusing lens group)(2211), 색상환(2212), 릴레이 렌즈 그룹(relay lens group)(2213), 디지털 마이크로미러 장치(DMD, Digital Micro-mirror Device)(2214), 프로젝션 렌즈 그룹(projection lens group)(2215) 및 스크린(2216)을 포함한다. 상기 반사체(2207)의 구조는 도 8 에 도시된 바와 같다. 상기 고압 수은램프(2209)로부터 방출되는 백색 광선은 상기 반사체(2207)의 반사부에 도달하여 반사된다. 상기 레이저 장치(2208)은 635nm의 파장을 갖는 적색 레이저를 방출하는 고체상태 레이저 장치가 될 수 있다. 상기 적색 레이저 광선은 광선 확장 렌즈(2217)에 의하여 확장되고, 확장된 적색 레이저 광선은 상기 촛점 렌즈(2218)로 들어간다. 그리고, 상기 반사체(2207)의 광 통과홀(light passing hole)로 들어간다. 상기 적색 레이저 광선의 촛점은 상기 반사체(2207)의 광 통과홀에 있다. 상기 레이저 광선은 상기 반사체(2207)의 광 통과홀을 곧바로 통과하고, 상기 고압 수은 램프(2209)로부터의 반사된 광선 출력과 함께 동일한 축상에서 동일한 방향으로 출력된다. 따라서, 프로젝션 디스플레이를 위한 혼성(hybrid) 광원이 획득된다. 상기 광선 확장 렌즈(2217)는 상기 촛점 렌즈(2218)로부터의 레이저 출력의 발산을 증가시키고, 혼합 효과(mixing effect)를 향상시킨다. 상기 레이저 장치 그 자체의 광점이 혼합의 요구사항을 만족할 때 상기 광선 확장 렌즈는 필요하지 않다. 상기 반사체(2207)의 반사부는 가시광선을 위한 광대역 고반사 필름(wide-band high-reflective film)으로 도금된다. 상기 혼합된 광선은 광학적 경로 내에서 상기 광학 적분기(2210)에 의하여 그 틈새가 매워지고(shimmed), 상기 촛점 렌즈 그룹(2211)에 의하여 집중된다. 그리고, 상기 녹색광, 청색광 및 적색광은 상기 색상환의 순서 세트에 따라 출력된다. 상기 릴레이 렌즈 그룹(2213)을 통한 이미지 순환 후, 상기 광선은 디지털 마이크로미러 장치(2214)에 도달한다. 상기 디지털 마이크로미러 장치(2214)에 의하여 다루어지는 광선은 상기 프로젝션 렌즈 그룹(2215)를 통과하고, 결국에는 이미지를 형성하기 위하여 스크린(2216)상에서 비춰지게 된다. 이러한 실시예에서, 레이저 광원(2208)은 프로젝션 디스플레이에서 적색광의 밝기를 향상시키기 위하여 적색 레이저를 방출하고, 세개의 주요 색들 - 적색, 청색, 녹색의 분포 강도를 조절하고, 따라서, 이미지의 채도(saturation) 및 대조(contrast)를 향상시킨다.
도 23 은 본 발명의 일 실시예에 따른 3-디지털 광 프로세서를 나타낸다. 상기 3-디지털 광 프로세서는 보충될 광원으로서의 제논 램프(2309), 레이저 광원(2308), 결합 렌즈(2318), 광섬유(2319), 촛점렌즈(2311), 반사체(2307), 광학적분기(2310), 촛점 렌즈 그룹(2312), 평면 반사체(2320), 전반사(TIR, Total Interface Reflection) 프리즘(2321), 분색/재결합 프리즘(2322), 적색, 녹색 및 청색 디지털 마이크로미러 장치(2323,2324 및 2325) 및 프로젝션 렌즈 그룹(2315)을 포함한다. 상기 레이저 및 제논램프의 빔들은 도 12 에 도시된 구조의 반사체를 사용하여 혼합된다. 상기 반사체(2307)의 두께 및 폭은 2mm이다. 상기 폭이 작기 때문에, 상기 제논 램프(2309)로부터 방출되는 광의 일부만이 상기 반사체에 도달한다. 상기 레이저 장치 광원(2308)은 635nm의 파장을 가지는 적색 레이저를 방출하는 반도체 레이저 장치가 될 수 있다. 상기 레이저 광선은 상기 결합 렌즈(2318)을 통과하고, 상기 광섬유(2319)로 들어간다. 상기 광섬유(2319)로부터 나타난 레이저 광선은 상기 촛점 렌즈(2311)로 들어가고, 상기 반사체(2307)의 반사부 상의 반사되는 곳에 초점이 맞춰진다. 상기 반사체(2307)의 폭이 작기 때문에, 보충되기 위한 광원으로서 상기 제논 램프(2309)로부터 방출되는 광의 일부분은 상기 반사체(2307)로 도달하고 이를 통하여 전달되며, 레이저 광선과 혼합된다. 그리고, 나머지 부분은 곧바로 레이저 광선과 혼합된다. 상기 반사체(2307)의 반사부는 635nm의 파장을 가지는 레이저를 위한 고반사 필름으로 도금된다. 상기 반사체(2307)의 투과부(transmission part)는 가시광선을 위한 광대역 반사 방지 필름으로 도금된다. 상기 혼합된 광선은 상기 광학 적분기(2310)에 의하여 틈새가 매워지고(shimmed), 상기 촛점 렌즈 그룹(2312)에 의하여 수렴하며, 상기 평면 반사체(2320)에 의하여 반사되고, 전반사 프리즘(2321)으로 들어간다. 상기 전반사 프리즘(2321)은 상기 입사광이 전부 반사되고, 상기 발생광이 서로간의 방해 없이 전송되도록 하도록 상기 입사광으로부터 발생광을 분리하기 위하여 존재한다. 상기 입사 혼합광은 상기 전반사 프리즘(2321)에 의하여 분색/재결합 프리즘(2322)으로 반사된다. 상기 분색/재결합 프리즘(2322)은 차례로 상기 혼합된 광을 청색, 녹색 및 적색으로 분할한다. 상기 분할된 광은 적색, 녹색 및 청색 디지털 마이크로미러 장치(2323,2324 및 2325)로 각각 들어간다. 그 다음에, 적색과 녹색 광선들이 먼저 결합되고, 그후, 상기 청색 광이 적색-녹색 혼합 광과 결합된다, 그리고 최종적으로 상기 결합된 광이 전반사 프리즘(2321)을 통과하고, 발생광으로 출력되며, 이미지를 형성하기 위하여 상기 프로젝션 렌즈 그룹(2315)으로 들어간다. 상기 전반사 프리즘(2321) 및 상기 분색/재결합 프리즘(2322)은 기술 범위 내의 공지된 광학 장치들이다. 그리고, 미국 특허 US6863401B2 의 1 페이지의 2 문단의 기재된 구조가 참조될 수 있다.
기술 범위내의 이러한 기술들은 상기 제논 램프, 발광다이오드램프(발광다이오드 어레이 포함), 고압 수은 램프, 금속 할로겐화물 램프, 할로겐 램프 또는 그 외의 프로젝션 디스플레이의 광원으로서 사용될 수 있는 것들로 인정될 수 있다.
도 24 는 3원색 발광다이오드 램프로부터의 광선과 RGB 레이저 광선이 프로젝션 디스플레이 광원으로서 결합되는 단일 디지털 광 프로세서 프로젝터를 위한 광학 구성을 나타내는 개략도이다. 프로젝션 광원으로서의 상기 발광다이오드와 상기 레이저의 결합된 광의 부분은 도 21 에 도시된 광로와 동일하다. 상기 혼합된 광의 틈새가 메워질(shimmed) 경우에 촛점 렌즈 그룹(2423)에 의하여 광학 적분기(2424)로 수렴된다. 릴레이 렌즈 그룹(2425)의 이미지 순환 후, 광선은 전반사 프리즘(2427)으로 들어간다. 디지털 마이크로미터 장치(2426)상의 처리 후, 그것은 반사되고, 상기 전반사 프리즘(2427)을 나와서 프로젝션 렌즈 그룹(2428)으로 향하며 스크린(2429)상에서 이미지를 형성한다. 이러한 광학적 경로상에서, 시간은 전기적으로 제어된다. 따라서, 종래의 단일 디지털 광 프로세서 광로 내의 색상환은 제거된다. 레이저와 함께 혼합 및 보충 후, 프로젝션 시스템 내의 적색, 녹색 및 청색의 밝기는 현저하게 향상된다. 또한, 다른 파워를 가지는 상기 적색, 녹색 및 청색광 방출 레이저 장치는 백색광의 광 분포율(light distribution ratio)의 요건들에 의하여 선택될 수 있다. 특히, 높은 파워를 가지는 녹색 광 방출 레이제 장치는 녹색광이 불충분한 상황을 위하여 사용될 수 있다.
도 25 는 3원색 발광다이오드 램프로부터의 광선과 단색 레이저 광선이 프로젝션 디스플레이 광원으로서 결합되는 단일 디지털 광 프로세서 프로젝터를 위한 광학 구성을 나타내는 개략도이다. 프로젝션 광원으로서의 상기 발광다이오드와 상기 레이저의 결합된 광의 부분은 도 20 에 도시된 바와 동일하다. 차이점은 단지 적색과 청색은 보충되지 않는 동시에 발광다이오드 램프의 광으로 녹색광의 보충을 위하여 녹색광 방출 레이저 장치가 사용된다는 것과, 녹색광 방출 레이저 장치는 도 8 에 도시된 구조의 반사체를 사용하여 보충된다는 것이다. 상기 혼합된 백색광은 촛점 렌즈 그룹(2523)에 의하여 수렴되고, 광학 적분기(2524) 내에서 그 틈새가 메워진다(shimmed). 릴레이 렌즈 그룹(2525)에 의하여 이미지 순환 후, 광은 전반사 프리즘(2527)로 들어간다. 디지털 마이크로미터 장치(2526)상의 처리 후, 그것은 반사되고, 상기 전반사 프리즘(2527)을 나와서 프로젝션 렌즈 그룹(2528)으로 향하며 스크린(2529)상에서 이미지를 형성한다. 이러한 광학적 경로상에서, 시간은 전기적으로 제어된다. 이러한 프로젝션 디스플레이 광원에서, 6500K의 색온도에서 프로젝션 시스템은 0.79인치의 이미징 칩을 사용하고, F2.4의 프로젝션 렌즈가 사용된다. 그리고, 모든 발광다이오드램프는 발광다이오드 어레이들이며, 상기 발광 영역은 7mm2이다. 상기 녹색광 방출 레이저 장치의 보충 전, 상기 적색, 녹색 및 청색광 방출 발광다이오드 어레이들의 광학 파워는 대략 적색광은 0.8W, 녹색광은 0.7W 청색광은 1.4W이다. 상기 녹색광이 그것의 최고 광학 파워에 도달되기 때문에 상기 적색광과 청색광의 광학 파워는 제한된다. 이러한 프로젝션 디스플레이 광원에서, 532nm의 파장과 0.65W의 광학 파워를 가지는 녹색 레이저를 방출하는 상기 레이저 장치가 보충된 후, 상기 적색, 녹색 및 청색 광학 파워는 대략 적색광은 1.2W, 녹색광은 1.1W 청색광은 1.8W로 증가된다. 녹색광 방출 레이저 장치가 보충된 후, 광원 장치로부터 출력되는 상기 백색광의 밝기는 대략 50% 증가한다. 이러한 방법은 녹색광의 밝기와 채도를 현저하게 향상시키고, 그것에 의하여 백색광의 전체적인 밝기가 향상된다.
도 26 은 3원색 발광다이오드 램프로부터 나오는 광선과 단색 레이저 광선이 프로젝션 디스플레이 광원으로서 결합된 3-LCD 프로젝터를 위한 광학 구성의 실시예이다. 도 26에서, 녹색 발광다이오드 어레이(2601)의 광선과 녹색광 방출 레이저 장치(2604)의 광선이 도 1 에 도시된 방법으로 결합된다. 그리고, 적색 발광다이오드 어레이(2611)과 청색 발광다이오드 어레이(2621)은 레이저에 의하여 보충되지 않으며, 적색광 방출 발광다이오드 어레이(2611) 또는 청색광 방출 발광다이오드 어레이(2621)를 위한 상기 두 발광다이오드들은 평행하게 배열되고, 빔 정형 장치(2612, 2622)를 각각 공유한다. 상기 혼합된 녹색광은 조준렌즈(collimating lens)(2631), 반사형 편광판(reflective polarizer)(2632), λ/2판(2630), 촛점 렌즈(2633), 광학 적분기(2634), 릴레이 렌즈 그룹(2635) 및 녹색 LCD 액정광밸브(2608)을 차례로 통과하고, X-큐브(2638)로 들어간다. 상기 적색 및 청색 발광다이오드 어레이(2611, 2621)들은 각각 조준렌즈(2613, 2623), 반사형 편광판(2614, 2624), λ/2판(2610, 2620), 촛점 렌즈(2615, 2625), 광학 적분기(2616, 2626), 릴레이 렌즈 그룹(2617, 2627) 및 LCD 액정광밸브(2618, 2628)을 차례로 통과하고, X-큐브(2638)로 들어간다. X-큐브(2638)은 상기 RBG의 3원색을 재결합한다. 상기 광은 프로젝션 렌즈 그룹(2639)을 통과하여 스크린(2640) 상의 이미지들을 형성한다. 광선의 이용효율을 향상시키기 위하여, 발광다이오드 램프로부터 출력되는 광선의 발산각을 압축하기 위한 빔 정형 장치로서 쐐기형상의 직사각형 각뿔(wedge-shaped rectangular pyramid)이 사용될 수 있다. 이 경우, 반사형 편광판은 P광이 통과할 수 있게 하는데 사용될 수 있다. 상기 P광은 상기 λ/2판을 통과한 후 S광으로 변환된다. 상기 반사형 편광판을 통과하지 않는 상기 S광은 V자형의 직각 피라미드로 반사될 것이다. 상기 v자형의 직각 피라미드와 발광다이오드의 표면에 의하여 여러차례 반사된 후, 상기 광은 자연광으로 감극되고(depolarized), 그것에 의하여 S광의 부분적인 재이용(reutilization)을 실현한다.
도 27 은 3원색 발광다이오드 램프로부터 나오는 광선과 레이저 광선이 프로젝션 디스플레이의 광원으로서 결합되는 3-실리콘 액정 프로젝터(three LCOS projector)의 광학 구성의 실시예이다. 도 27 에서, 상기 청색광 방출 발광다이오드 어레이(2701)와 녹색광 방출 발광다이오드 어레이의 광선들과 상기 청색광 방출 레이저 장치(2704)와 녹색광 방출 레이저 장치(2705)의 광선들은 도 1 에 도시된 방법으로 각각 결합된다. 그리고, 적색광 방출 발광다이오드 어레이(2703)은 레이저에 의하여 보충되지 않는다. 상기 혼합된 청색광은 조준렌즈(2711), 반사형 편광판(2712), 촛점 렌즈(2713), 광학 적분기(2714), 릴레이 렌즈 그룹(2715), PBS(2742) 및 청색광 방출 실리콘 액정(2741)을 차례로 통과하고, X-큐브(2740)로 들어간다. 상기 혼합된 녹색광은 조준렌즈(2721), 반사형 편광판(2722), 포커싱렌즈(2723), 광학 적분기(2724), 릴레이 렌즈 그룹(2725), 평면 반사기(planar reflector)(2726), PBS(2752) 및 녹색광 방출 실리콘액정(2751)을 차례로 통과하고, X-큐브(2740)로 들어간다. 상기 적색광은 곧바로 조준렌즈(2731), 반사형 편광판(2732), 촛점 렌즈(2733), 광학 적분기(2734), 릴레이 렌즈 그룹(2735), PBS(2762) 및 적색광 방출 실리콘액정(2761)를 차례로 레이저 장치의 보충 없이 들어가고, X-큐브(2740)로 들어간다. X-큐브(2740)은 상기 RBG의 3원색을 재결합한다. 프로젝션 렌즈 그룹(2750)을 통과하여, 상기 광은 스크린에 프로젝트되고, 따라서, 이미지들의 프로젝션 디스플레이가 실현된다. 빔의 이용효율을 향상시키기 위하여, 발광다이오드 램프로부터 출력되는 빔의 발산각을 압축하기 위한 빔 정형 장치로서 쐐기 형상의 직사각형 각뿔(wedge-shaped rectangular pyramid)이 사용될 수 있다. 이 경우, 반사형 편광판은 P광이 통과할 수 있게 하는데 사용될 수 있다. 상기 반사형 편광판을 통과하지 않는 S광은 V자형의 직각 피라미드로 반사될 것이다. 상기 v자형의 직각 피라미드와 발광다이오드의 표면에 의하여 여러차례 반사된 후, 상기 광은 자연광으로 감극되고(depolarized), 그것에 의하여 S광의 부분적인 재이용을 실현한다. 상기 PBS의 기능은, 입사광의 P 편광된 광이 반사된 후, 상기 실리콘 액정의 표면상에서 상기 입사광이 S 편광된 광으로 조정되고 변환되도록 하는 것이다. 상기 S 편광된 광은 PBS를 통과하고, X-큐브로 들어간다.
도 28 은 3-액졍광밸브를 사용하는 프로젝터를 위한 광학 구성의 실시예이다. 광원에서 출력되는 보충되어야 하는 광과 레이저의 혼합은 도 15 및 도 16 에 도시된 반사기 프리즘의 이용에 의하여 실현된다. 상기 반사기 프리즘은 1.51의 굴절률(refractive index)을 갖는 K9 글래스(glass)로 만들어질 수 있다. 광학적 접착제(optical adhesive)는 1.51의 굴절률을 갖는 자외선 경화 접착제(UV curing adhesive)일 수 있다. 레이저 광원(2808)은 635nm의 파장을 갖는 적색 레이저를 방출하는 고체상태의 레이저 장치가 될 수 있다. 상기 레이저 빔은 제 1 촛점 렌즈 그룹(2811)을 통하여 반사체 프리즘(2807)의 공극으로 초점이 맞춰진다. 전반사 후, 상기 광은 존재한다. 보충될 수 있는 광원으로서의 광원 램프는 고압 수은 램프(2809)일 수 있다. 수렴성 광선을 출력하는 상기 고압 수은 램프(2809)의 촛점 평면(F)은 상기 레이저 광선의 촛점이 상기 촛점 평면(f)상에 존재하고, 상기 고압 수은 램프(2809)로부터 출력돠는 광의 촛점이 상기 반사체 프리즘(2807)의 공극 상에 존재하지 않는 동시에, 가능한 상기 고압 수은 램프(2809)로부터 출력되는 광의 초점에 가깝도록 하기 위하여 조절된다. 상기 반사체 프리즘(2807)을 통과한 후, 상기 두 광선들은 동일한 방향으로 출력된다. 따라서, 혼합이 실현된다. 광선 확장 렌즈는 제1촛점 렌즈 그룹에 포함될 수 있다. 상기 반사체 프리즘(2807)의 레이저 입사면은 635nm의 파장을 가지는 레이저를 위한 반사방지 필름으로 도금될 수 있다. 상기 고압 수은 램프(2809)으로부터 출력되는 광에 대응하는 상기 반사체 프리즘(2807)의 입사면과 발생면은 가시광선을 위한 광대역 반사방지 필름으로 도금될 수 있다. 상기 혼합된 광선은 제2촛점 렌즈 그룹(2817)을 통과한 후 병렬 또는 준병렬(quasi-parallel)광이 된다. 상기 병렬 또는 준병렬광은 제1플라이아이 렌즈(2826)를 통하여 심되고, 그 후 제1 평면 반사기(2827), 제2플라이아이 펜즈(2836), PBS 어레이(2834) 및 제3촛점렌즈그룹(2851)을 차례로 통과한다. 상기 제1평면 반사기(2827)은 광을 반사하는데 사용된다. 제2플라이아이 렌즈(2836) 또한 틈새를 매꾸기(shimming) 위하여 사용된다. PBS어레이(2834)는 자연적으로 혼합된광을 편광된 광으로 전환한다. 상기 제3촛점 렌즈 그룹(2851)로부터 나오는 상기 편광된 광은 제1이색분광기(2828)상에서 청색과 적색-녹색 혼합광으로 분리된다. 상기 청색광은 상기 제2평면 반사기(2840), 제1 필드 렌즈(2841) 및 제1액정광밸그(2831)를 차례로 통과하고, 상기 X-큐브(2830)으로 들어간다. 상기 적색-녹색 혼합광은 제2이색분광리 상에서 녹색광과 적색광으로 더 분리된다. 상기 녹색광은 제2필드렌즈(2842) 및 제2 액정디스플레이 보드(2832)를 통과하고, 상기 X-큐브(2830)로 들어간다. 상기 적색광은 제1릴레이 렌즈(2829), 제3평면 반사기(2850), 제2릴레이 렌즈(2839), 제4평면 반사기(2820) 제3필드렌즈(2843) 및 제3 액정디스플레이 보드(2833)를 통과하고, 상기 X-큐브(2830)로 들어간다. 이 방법에서, 상기 RGB의 세 빔들은 X-큐브(2830) 내에서 재결합된다. 그리고, 프로젝션 렌즈 그룹(2815)에 의하여 스크린상에 비춰진다. 따라서, 이미지 디스플레이가 실현된다. 상기 청색광과 녹색광은 동일한 광학적 경로 길이를 가진다. 그리고 적색광의 광학적 경로 길이는 이보다 길다. 상기 릴레이 렌즈는 청색 및 녹색광의 광학적경로 길이와 동일한 효과를 적색광에게 주는데 사용된다.
도 29 는 3 실리콘 액정 프로젝터의 광학 구성의 실시예이다. 상기 세 실리콘 액정 프로젝터는 보충될 광원으로서의 고압 수은 램프(2909), 635nm의 파장을 갖는 적색 레이저를 방출하는 레이저 광원(2908), 제1촛점 렌즈 그룹(2911), 도 12의 구조를 갖는 반사체(2907), 제2촛점 렌즈 그룹(2917), 제1 및 제2플라이아이 렌즈(2926, 2936), 제1평면반사기(2927), PBS어레이(2934), 제3촛점 렌즈 그룹(2921), 제1 및 제2 이색분광기(2940, 2960), 제1 및 제2 릴레이 렌즈(2929, 2939), 세 실리콘 액정(2941, 2951, 2961), 세 PBS(2942, 2952, 2962), X-큐브(2930) 및 프로젝션 렌즈 그룹(2915)를 포함한다. 이 실시예에서, 상기 프로젝션 디스플레이 광원의 제1부분 내의 광선 혼합을 위한 광학 구조는 종래의 세 실리콘액정의 구성을 차용함과 동시에 도 28에 도시된 바와 유사하다. 다시말해서, 상기 광학 구조의 다음부분에서, 상기 PBS어레이(2934)는 자연광을 P 편광된 빛으로 변환하고, 그 광은 제3포커싱 렌즈 그룹(2921)을 통과하여 상기 제1이색분광기(2940)에 도달하고, 상기 제1이색분광기(2940)은 P 편광된 입사광을 적색광과 청색-녹색 혼합광으로 분리한다. 상기 적색광은 상기 제1릴레이 렌즈(2929), 제2 평면 반사체(2950), 제2릴레이 렌즈(2939) 및 상기 제1필드렌즈(2963)을 순차적으로 통과하고, 상기 제1PBS(2962)에 도달한다. 상기 제1PBS(2962)는 상기 P편광된 입사적색광을 반사한다. 그 후, 상기 적색광은 적색 방출 실리콘액정(2961)의 표면상에서 편광된 광으로 조정되고 변환된다. 그리고, 상기 S 편광된 적색광은 상기 제1PBS(2962)를 통과하고 상기 X-큐브(2930)에 들어간다. 청색-녹색 혼합광은 상기 제2이색분광기(2960)을 통과하고, 청색광과 녹색광으로 분리된다. P편광된 청색광은 먼저 상기 제2렌즈(2943)를 통과하고, , 상기 제2PBS(2942)에 의하여 반사되며, 청색광 방출 실리콘액정(2941)의 표면상에서 S 편광된 광으로 조정되고 변환된다. 그리고, 상기 제2PBS(2942)를 통과하고, 상기 X-큐브(2930)으로 들어간다. 상기 청색광과 비슷하게, P편광된 녹색광은 먼저 상기 제3렌즈(2953)를 통과하고, 상기 제3PBS(2952)에 의하여 반사되며, 녹색광 방출 실리콘액정(2951)의 표면상에서 S 편광된 광으로 조정되고 변환된다. 그리고, 상기 제3PBS(2952)를 통과하고, 상기 X-큐브(2930)으로 들어간다. 상기 X-큐브(2930)가 RGB의 3원색을 재결합한 후, 상기 광은 프로젝션 렌즈 그룹(2915)에 의하여 스크린상에 비춰지고, 따라서, 이미지들의 프로젝션 디스플레이가 실현된다. 청색광과 녹색광이 동일한 광학적 경로 길이를 가지고, 적색광의 광학적 경로 길이가 더 길기 때문에, 상기 릴레이렌즈는 청색 및 녹색광의 광학적 경로 길이와 동일한 효과를 적색광에게 주는데 사용된다.
비록 도 22 내지 29가 몇몇 프로젝터들의 바람직한 실시예를 도시하고 있다 하더라도, 상기 프로젝터를 위한 광원은 본 발명의 다양한 광원장치의 사용에 의하여 교체되거나 수정될 수 있다는 것은 프로젝션 광학 구조에 영향을 미치지 않는 실제의 적용에 따른 기술 범위 내에서 이해될 수 있다.
각각의 상술한 광원장치들 및 프로젝터들에서, 상기 적색, 녹색 및 청색 광학적 경로들은 기술 범위 내에서 명백한 동일한 광학적 경로 길이를 가져야 한다는 것에 주의해야 한다.
실제의 적용의 요구사항에 따라, 본 발명의 광원 장치에서, 다른 파장 또는 색상을 가지는 레이저는 램프 또는 발광다이오드로부터 방출된 광과 함께 혼합될 수 있다. 상술한 도면들의 실시예는 본 발명의 광원장치의 구조들과 기술적 구성들을 나타내기 위함이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니라는 것에 주의해야 한다. 비록, 본 발명이 실시예에 관련하여 상세하게 설명되었다 하더라도, 본 발명의 기술적 구성이 본 발명의 기술적 구성의 사상과 범위를 벗어나지 않도록 하는 모든 변경 또는 동일한 범주의 대체는 본 발명의 청구범위에 있게 된다.

Claims (26)

  1. 보충될 광원 및 레이저 광원을 포함하고,
    상기 레이저 광원으로부터 방사된 레이저와 상기 보충될 광원으로부터 방사된 광이 혼합되어 동일한 방향으로 출력되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 보충될 광원으로부터 방사된 광과 상기 레이저 광원으로부터 방사된 레이저가 혼합되어 동일한 축을 따라서 출력되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 레이저 광원은 광선 조절 시스템을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 광선 조절 시스템은 광섬유 및 상기 광섬유에 레이저를 연결시키는 결합 렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 광선 조절 시스템은 촛점 렌즈를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 광선 조절 시스템은 광선 확장 렌즈를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 보충될 광원은 발광다이오드 램프, 고압 수은 램프, 금속 할로겐화 램프, 제논 램프, 할로겐 램프로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 램프인 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 보충될 광원은 발광다이오드 또는 발광다이오드 어레이이고,
    상기 발광다이오드 또는 발광다이오드 어레이로부터 출력된 광의 발산 각도을 축소하는 빔 정형 장치를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 빔 정형 장치는 쐐기 형상의 직사각형 각뿔 형태인 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 보충될 광원은 그들사이에 적어도 하나의 레이저 홀을 가진 다수개의 발광다이오드들을 포함하는 발광다이오드 광원이고,
    상기 레이저 광원으로부터 방사된 레이저가 상기 레이저 홀을 통하여 출력되어 상기 발광다이오드 광원으로부터 방사된 광과 직접적으로 혼합되어 동일 방향으로 출력되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 다수개의 레이저 홀들은 상기 발광다이오드 광원 상에서 대칭적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 보충될 광원으로부터의 광 출력 또는 상기 레이저 광원으로부터의 레이저 출력을 반사하는 반사체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 반사체는 하나의 광원으로부터의 광 출력을 반사시키는 반사부와, 다른 하나의 광원으로부터의 광 출력을 직접적으로 투과시키는 투과부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 반사부는 평평한 형태이거나, 포물면 또는 쌍곡면 또는 구면의 형태인 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 반사체의 반사부의 표면에는 반사되는 광선의 반사 효율을 향상시키기 위한 고-반사 필름이 입혀져 있는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항중 어느 한 항에 있어서, 반사되는 출력광의 광원은 보충될 광원이고, 상기 반사체의 투과부는 상기 레이저 광원으로부터 방사된 레이저를 직접적으로 투과시키는 광 통과홀인 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  17. 제 13 항 내지 제 15 항중 어느 한 항에 있어서, 반사되는 출력광의 광원은 레이저 광원이고, 상기 반사체는 투명성 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 투명성 재질은 유리, 석영, 실리콘 슬라이스, 투명성 플라스틱으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 재질인 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 반사체의 투과부의 표면은 투과되는 광선의 투과 효율을 향상시키는 반사 방지 필름이 입혀져 있는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  20. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 반사체는 반사체 프리즘을 이용하여 구현되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 반사체 프리즘은 두개의 프리즘으로 이루어지고,
    각 프리즘은 하나의 접착 표면을 포함하고 있으며,
    두개의 프리즘들의 접착 표면들은 중앙 부분들을 제외한 채 광학적 접착제로서 상호 완전히 결합되고,
    상기 두개의 접착 표면들의 중앙 부분들에는 공극이 형성되어, 이 공극이 반사부로서 이용되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 공극의 단면은 원형 또는 사각형인 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 광학적 접착제의 굴절률과 상기 프리즘 재질의 굴절률의 비는 0.98 내지 1.02 인 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  24. 제 21 항에 있어서, 상기 각 프리즘들은 직각 형태의 프리즘이고, 그것의 접착 표면은 직각 형태의 프리즘의 바닥면인 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  25. 제 21 항에 있어서, 상기 프리즘들의 표면에는 필름이 입혀져 있되,
    상기 반사체 프리즘의 레이저 입사면(incidence plane) 상에는 레이저의 파장에 대응하는 반사 방지 필름이 입혀져 있으며,
    상기 보충될 광원의 반사체 프리즘의 입사면(incidence plane)과 발생면(emergence plane)에는 보충될 광원의 광출력의 파장에 대응하는 반사 방지 필름이 입혀져 있는 것을 특징으로 하는 프로젝션 디스플레이를 위한 광원 장치.
  26. 제 1 항 내지 제 25 항중 어느 하나의 광원 장치를 프로젝터의 광원으로 사용하는 프로젝터.
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