KR20120073888A - Ｌｅｄ 광원 모듈 및 그를 이용한 프로젝션용 디스플레이 장치 - Google Patents

Ｌｅｄ 광원 모듈 및 그를 이용한 프로젝션용 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20120073888A
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Abstract

본 발명은 LED 광원 모듈을 구비하는 프로젝션용 디스플레이 장치에 관한 것으로, 그 LED 광원 모듈은 적어도 하나의 광원; 반사층이 형성된 내부면에 광원이 실장되고 광원으로부터 출사되는 광이 상기 내부면의 반사층에서 반사되어 개구를 통해 외부로 출력되도록 광원을 둘러싸는 반사 커버; 및 광원에 신호를 전달하기 위한 와이어를 포함하고, 광원에 인접한 반사 커버는 와이어가 통과하기 위한 적어도 하나의 개구부를 포함한다.

Description

ＬＥＤ 광원 모듈 및 그를 이용한 프로젝션용 디스플레이 장치{LED light source module and projection type display apparatus thereof}
본 발명은 LED 광원을 이용하는 프로젝션용 디스플레이 장치에 관한 것이다.
프로젝터는 작은 영상을 큰 사이즈의 영상으로 확대한 후 스크린에 조사하는 전기 장치이다. 이러한 프로젝터는 점점 소형화되고 있는 추세로서, 현재는 마이크로 프로젝터라는 초소형 프로젝터가 핸드폰 또는 피디에이(PDA)와 같은 휴대용 영상 장치의 영상을 확대해 주기 위한 용도로 연구 개발되고 있는 것으로 알려져 있다.
이러한 마이크로 프로젝터를 사용화시키기 위해서는 전력 소비를 최소화하여야 하고, 부피를 줄여야 하는 등 여러 가지 기술이 필요하다. 이중 부피를 감소시키기 위해 종래 액정 프로젝터에서는 액정 소자를 세 개 사용하는 삼판식을 적용하였으나 마이크로 프로젝터에서는 액정 소자를 한 개만 사용하는 단판식이 주로 적용되고 있다.
한편 프로젝터의 부피를 줄이기 위한 또 다른 방식으로는 적은 사이즈의 광원을 사용하는 것이다. 광원 사이즈가 줄어들면 이에 따라 집광 렌즈를 포함한 광학 엔진의 부피를 줄일 수 있게 된다.
본 발명은 LED 광원을 이용한 프로젝션용 디스플레이 장치의 효율을 향상시킬 수 있는 LED 광원 모듈 및 그를 이용한 프로젝션용 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 LED 광원 모듈은, 적어도 하나의 광원; 반사층이 형성된 내부면에 상기 광원이 실장되고, 상기 광원으로부터 출사되는 광이 상기 내부면의 반사층에서 반사되어 개구를 통해 외부로 출력되도록 상기 광원을 둘러싸는 반사 커버; 및 상기 광원에 신호를 전달하기 위한 와이어를 포함하고, 상기 광원에 인접한 반사 커버는 상기 와이어가 통과하기 위한 적어도 하나의 개구부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 프로젝션용 디스플레이 장치는, 상기 LED 광원 모듈; 상기 LED 광원 모듈로부터 출력되는 광을 이용하여 이미지를 형성하는 이미지 변환부; 및 상기 이미지 변환부로부터 출력되는 이미지를 확대 투사하는 투사 렌즈를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, LED 광원을 둘러싸는 반사 커버에 와이어가 통과하기 위한 개구부를 형성함으로써, LED 광원 모듈의 면적을 감소시켜 광원의 에텐듀(etendue)를 감소시킬 수 있으며, 그에 따라 LED 광원 모듈을 구비하는 프로젝션용 디스플레이 장치의 크기를 줄임과 동시에 고효율의 광출력을 확보할 수 있다.
도 1은 프로젝션용 디스플레이 장치의 간략한 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 프로젝션용 디스플레이 장치의 구성에 대한 일실시예를 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 5는 LED 광원 모듈의 구성에 대한 일실시예를 나타내는 도면들이다.
도 6은 LED 광원 모듈의 와이어 연결 구조를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 LED 광원 모듈의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 7은 LED 광원 모듈의 구성에 대한 일실시예를 나타내는 평면도이다.
도 9 내지 도 12는 LED 광원 모듈의 반사 커버에 형성된 개구부의 단면 형상에 대한 실시예들을 나타내는 단면도들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 레이저 디스플레이 장치에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 프로젝션용 디스플레이 장치의 간략한 구성을 블록도로 도시한 것으로, 도시된 디스플레이 장치는 LED 광원 모듈(10), 이미지 변환부(20) 및 투사 렌즈(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
LED 광원 모듈(10)은 복수의 LED(Ligth Emitting Diode)들을 포함하여, 본 발명의 실시예에 따른 프로젝션용 디스플레이 장치에 필요한 광을 출사한다.
상기 LED는 수명이 길고 소형화, 경량화가 가능하며 빠른 응답속도, 저전압 구동, 넓은 색 표현 범위가 가능하다는 특성이 있다.
한편, 이미지 변환부(20)는 LED 광원 모듈(10)로부터 출력되는 광을 이용하여 이미지를 형성하고, 투사 렌즈(30)는 이미지 변환부(20)로부터 출력되는 이미지를 확대하여 스크린(40)에 투사한다.
예를 들어, 이미지 변환 장치(20)는 투과형 LCD인 HTPS-LCD를 이용할 수 있으며, LED 광원 모듈(10)로부터 출력되는 광을 투과형 LCD(미도시)에서 이미지를 형성한 후 투사 렌즈(30)를 이용하여 확대 투사할 수 있다.
또는, 이미지 변환 장치(20)는 DLP(Digital Light Processing)를 이용할 수 있으며, LED 광원 모듈(10)로부터 출력되는 광을 DLP(Digital Lighting Processing, 미도시)에서 이미지를 형성한 후 TIR(Total Internal Reflection) 프리즘(미도시)을 이용하여 반사시킨 후, 투사 렌즈(30)를 이용하여 확대 투사할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 도 1에 도시된 프로젝션용 디스플레이 장치의 구성에 대한 일실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, LED 광원 모듈(10)에서 나오는 백색광은 칼라 휠(Color Wheel)(21)을 통해 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 광을 순차적으로 투과될 수 있다.
칼라 휠(21)에 의해 색 분리된 광은 인터그레이터(integrator, 22)로 입사되어 내부에서 여러 번 전반사됨으로써 출사광을 균일하게 성형할 수 있다.
또한, 인터그레이터(22)로부터 출사된 광은 균일하게 조명계 렌즈(23)로 진행되어 광이 집속될 수 있다.
한편, 조명계 렌즈(23)를 통해 집속된 광은 LCD 패널(24) 이전에 PBS(25)에서 편광 분리되어, S 편광 상태의 광은 LCD 패널(24)로 향하고, P 편광 상태의 광은 제거될 수 있다.
LCD 패널(24)의 인가 전압에 따라 변조된 광들은 PBS(25)를 통과한 후, 투사 렌즈(30)를 통해서 스크린(40) 상에 투사될 수 있다.
상기 LED는 특성상 조명하는 출사각이 커서 상기한 바와 같이 프로젝션용 디스플레이 장치에 사용할 경우, 에텐듀(etendue) 문제가 발생하여 효율적으로 광이 이용되지 못할 수 있다.
상기 에텐듀는 다음의 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00001
상기 수학식 1에서, 상기 dA는 광원의 단위면적이고, 상기 dΩ는 광원의 단위 입체각(solid angle)이며, 상기 θ는 광원의 법선 방향과 상기 입체각 중심이 이루는 각이다.
상기 수학식 1에 따른, 평면에서의 에턴듀는 다음의 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00002
상기 수학식 2에서 볼 수 있듯이, 상기 에텐듀는 광원의 면적과 입체각의 제곱에 비례하므로, LED 광원의 면적이 넓고 출사하는 광이 큰 각을 이루는 경우 에텐듀가 증가할 수 있다.
한편, 상기와 같이 광원의 에텐듀가 증가하는 경우, LED 광원 모듈(10)의 효율이 감소하여, 그로 인해 LED 광원 모듈(10)이 프로젝션용 디스플레이 장치에서 요구하는 크기의 광출력을 내지 못할 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 프로젝션용 디스플레이 장치에 구비되는 LED 광원 모듈의 구성에 대한 일실시예를 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, LED 광원 모듈(10)은 LED 광원(12) 및 LED 광원(12)을 둘러싸는 반사 커버(11)를 포함하여 구성될 수 있다.
반사 커버(11)의 내부면에는 반사층이 형성되고, 상기 내부면에 복수의 LED 광원들(12)이 실장될 수 있다.
한편, LED 광원 모듈(10) 중 광이 출사되는 일측면, 예를 들어 상측면은 반사 커버(11)가 없는 개구(opening)가 형성될 수 있으며, 광원들(12)으로부터 출사되는 광이 반사 커버(11) 내부면의 반사층에서 반사 및 재반사되어 상기 개구를 통해 외부로 출력될 수 있다.
즉, 반사 커버(11)의 내부면은 높은 반사율을 가지는 반사층을 포함하고, 반사 커버(11)는 한 면이 개구인 정육면체 형태로 형성외며, 그 내부면에 적어도 하나 이상의 LED 광원(12)이 실장될 수 있다.
그를 위해 반사 커버(11)의 내부면은 반사율이 높은 금속이나 거울로 형성될 수 있으며, 상기 내부면의 반사율은 70 % 내지 90% 일 수 있다.
반사 커버(11)로부터 빛이 출사하는 면의 면적이 내부면에 장착되어 있는 전체 광원(12) 각각의 에텐듀를 구성하는 전체 표면적의 합보다 작게 구성될 수 있다. 따라서 반사 커버(11)의 개구에서 출사되는 광원(12)의 에텐듀는 내부면에 형성된 광원 각각의 에텐듀의 합보다 작아질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 LED 광원 모듈(10)을 개구의 상측에서 바라본 평면도를 나타내고, 도 5는 LED 광원 모듈(10)의 측면에서 바라본 사시도를 나타낸다.
상기에서는 LED 광원 모듈(10)에 3개의 광원이 실장된 것을 예로 들어 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 그에 따라 상기 광원의 개수 및 배치는 도 3 내지 도 5에 도시된 것과 상이하게 변경될 수 있다.
한편, 3개 광원이 모두 백색광인 경우 개구로부터 출력되는 광은 백색광일 수 있고, 백색광이 반사 커버(11) 내에서 파장 변환되면 다른 색의 광이 개구로 출력될 수 있다. 출력되는 혼합색은 반사 커버(11) 내의 빛의 파장 변환 비율에 의존적일 수 있다.
또한, 3개 광원이 각각 다른 색을 출력하는, 즉, 다른 파장의 빛을 출력하는 광원으로 구성될 수 있다. 예컨대, 청색 광원 2개와 녹색 광원 1개를 반사 커버(11) 내에 실장한 경우, 이들이 혼합된 색으로 출력될 수 있다. 또한, 청, 녹, 적색 광원 각각을 실장한 경우, 백색광으로서 출력될 수 있다.
결론적으로, 본 발명에 따른 조명 장치(10)의 반사 커버(11) 내에 실장되는 광원의 개수 및 출력 파장을 다양화함으로써 개구로부터 출력되는 혼합색의 종류를 조절할 수 있다.
도 6은 LED 광원 모듈의 와이어 연결 구조를 단면도도 도시한 것으로, 도 6에 도시된 LED 광원 모듈(10)의 구성 중 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한 것과 동일한 것에 대한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 6을 참조하면, LED 광원 모듈(10)은 LED 광원(12)에 신호를 공급하기 위한 와이어(14)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 와이어(14)는 LED 광원(12)과 반사 커버(11a)에 형성된 전극(미도시)을 연결하여, 상기 전극을 통해 공급되는 구동 신호를 반사 커버(11a)에 실장된 LED 광원(12)으로 전달할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 프로젝션용 디스플레이 장치는 입력되는 비디오 신호를 처리하는 비디오 프로세서(미도시)와, 상기 비디오 프로세서로부터 출력되는 신호에 따라 LED 광원(12)을 제어하기 위한 구동 신호를 출력하는 드라이버(미도시)를 구비할 수 있다.
예를 들어, 상기 비디오 프로세서는 비디오 신호 출력 장치로부터 입력되는 비디오 신호를 수신하며, 상기 입력 비디오 신호는 색 신호 표준인 R, G, B 규격, Y, Pb, Pr 규격 또는 합성 신호(composite signal) 형태 등 다양한 규격으로 입력될 수 있고, VGA, SVGA, XGA 또는 SXGA 등 다양한 해상도로 입력될 수 있다.
상기 비디오 프로세서는 상기 입력되는 비디오 신호로부터 녹색(G), 적색(R), 및 청색(B) 각각의 비디오 신호, 수평 동기 신호(H) 및 수직 동기 신호(V)를 생성할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 상기 비디오 프로세서는 상기 각각의 비디오 신호를 두 수평 스캔 주기 마다 한 주기씩 시간적으로 반전시켜, 녹색, 적색, 및 청색 각각의 비디오 라인 인버전(line inversion) 신호(G_v, R_v, B_v)를 생성할 수 있으며, 상기 비디오 라인 인버전 신호들(G_v, R_v, B_v)은 레이저 구동 신호의 생성에 기초가 될 수 있다.
상기 수평 동기 신호(H)와 상기 수직 동기 신호(V)는 상기 드라이버로 입력되고, 상기 드라이버는 상기 수평 동기 신호(H)와 상기 수직 동기 신호(V)를 이용하여 LED 광원(12)을 구동시키기 위한 구동 신호를 생성할 수 있다.
한편, 상기 생성된 구동 신호는 와이어(14)를 통해 LED 광원(12)으로 전달될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, LED 광원(12)이 실장된 반사 커버(11a)와 교차하는 방향으로 인접한 반사 커버들(11b, 11c)은, LED 광원(12)에 연결된 와이어(14)와의 간섭을 피하기 위해, LED 광원(12)과 일정 간격(d)을 두고 배치될 수 있다.
이 경우, 상기와 같은 LED 광원(12)과 반사 커버들(11b, 11c) 사이의 간격(d)에 의해 LED 광원 모듈(10)의 개구 폭(W)이 증가하게 되며, 그에 따라 에텐듀가 증가하여 프로젝션용 디스플레이 장치의 효율 및 광출력이 감소될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, LED 광원(12)에 인접한 반사 커버(11b, 11c)에 와이어(14)가 통과되기 위한 적어도 하나의 개구부를 형성하여, LED 광원(12)과 반사 커버들(11b, 11c) 사이의 간격(d)을 감소시켜 LED 광원 모듈(10)의 개구 크기를 감소시킬 수 있다.
그에 따라, 에텐듀가 감소하여 본 발명의 실시예에 따른 프로젝션용 디스플레이 장치의 효율 및 광출력이 향상될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 LED 광원 모듈의 구성을 단면도로 도시한 것으로, 도시된 LED 광원 모듈(10)의 구성 중 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한 것과 동일한 것에 대한 설명은 이하 생략하기로 한다.
도 7을 참조하면, LED 광원(12)에 인접한 반사 커버들(11b, 11c)에 와이어들(14a, 14b)이 통과하기 위한 개구부들(111a, 111b)이 각각 형성될 수 있다.
예를 들어, LED 광원(12)에 연결된 와이어들(14a, 14b)은 인접한 반사 커버들(11b, 11c)의 하단에 형성된 개구부들(111a, 111b)을 통과한 후 반사 커버(11a)의 외곽 영역까지 연장되어 연결될 수 있다.
상기한 바와 같은 반사 커버들(11b, 11c)에 형성된 개구부들(111a, 111b)을 이용하여, LED 광원(12)과 반사 커버들(11b, 11c) 사이의 간격(d)이 감소시킬 수 있으며, 그로 인해 LED 광원 모듈(10)의 개구 폭(W)을 감소시킬 수 있다.
한편, LED 광원 모듈(10)의 개구 크기가 감소됨에 따라, 에텐듀가 감소하여 LED 광원 모듈(10)을 구비하는 프로젝션용 디스플레이 장치의 효율 및 광출력을 향상시킬 수 있다.
도 8을 참조하면, 반사 커버(11)에 의해 둘러싸인 캐비티(cavity)의 내부에 LED 광원(12)이 배치되고, 상기 캐비티의 외부에 와이어(14)가 연결되기 위한 전극이 형성될 수 있다.
즉, 와이어(14)는 일단이 LED 광원(12)에 연결되고, 반사 커버(11b, 11c)에 형성된 개구부(111a, 111b)를 통과하여 상기 캐비티의 외부로 연장되며, 타단은 반사 커버(11b, 11c) 중 상기 캐비티의 외부에 위치한 영역에 형성된 전극에 연결될 수 있다.
한편, 개구부(111)의 개수 및 배치는 LED 광원(12)에 연결되는 와이어(14)의 개수 및 배치에 상응하도록 반사 커버(11b, 11c)에 형성될 수 있다.
이하, 도 9 내지 도 12를 참조하여 LED 광원 모듈의 반사 커버에 형성된 개구부의 단면 형상에 대한 실시예들을 설명하기로 한다.
도 9를 참조하면, 반사 커버(11b)에 형성된 개구부(111a)는 사각형의 단면 형상을 가질 수 있으며, LED 광원(12) 중 반사 커버(11b)에 인접한 측에 연결된 와이어(14)들의 개수에 따라 일정 간격을 가지고 배치된 4개의 개구부들(111a)로 구성될 수 있다.
한편, 개구부(111a)의 형상, 폭 또는 높이 등은 와이어(14)의 개수, 두께 또는 형상 등에 의해 그에 상응하도록 변경될 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 반사 커버(11b)에 형성된 개구부(111a)는 반원형 또는 삼각형의 단면 형상을 가질 수 있으며, 그 이외에 사다리꼴 등과 같은 다양한 단면 형상을 가질 수도 있다.
또는, 도 12에 도시된 바와 같이, 반사 커버(11b)가 복수의 와이어들이 통과하는 하나의 개구부(111a)를 포함할 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 광원;
    반사층이 형성된 내부면에 상기 광원이 실장되고, 상기 광원으로부터 출사되는 광이 상기 내부면의 반사층에서 반사되어 개구를 통해 외부로 출력되도록 상기 광원을 둘러싸는 반사 커버; 및
    상기 광원에 신호를 전달하기 위한 와이어를 포함하고,
    상기 광원에 인접한 반사 커버는 상기 와이어가 통과하기 위한 적어도 하나의 개구부를 포함하는 LED 광원 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 와이어를 통해 상기 광원에 신호를 공급하기 위한 적어도 하나의 전극을 더 포함하고,
    상기 전극은 상기 반사 커버에 의해 둘러싸인 캐비티(cavity)의 외부에 형성되는 LED 광원 모듈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 와이어는
    상기 반사 커버에 형성된 상기 개구부를 통과하여, 상기 광원과 상기 캐비티의 외부에 형성된 전극을 연결하는 LED 광원 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 개구부는
    상기 와이어의 개수에 상응하도록 상기 반사 커버에 복수 개 형성되는 LED 광원 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수 개의 개구부들은
    상기 반사 커버의 하단에 일정한 간격을 가지고 형성되는 LED 광원 모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 반사 커버는
    제1 광원이 배치된 제1 면과, 상기 제1 면과 교차하는 방향으로 인접하게 형성된 제2 면 및 제3 면을 포함하고,
    상기 제1 광원에 연결된 와이어들이 통과되는 상기 개구부가 상기 제2면 및 상기 제3 면에 각각 형성되는 LED 광원 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 개구부의 단면 형상은 사각형, 삼각형, 원형 및 사다리꼴 중 적어도 하나인 LED 광원 모듈.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 LED 광원 모듈;
    상기 LED 광원 모듈로부터 출력되는 광을 이용하여 이미지를 형성하는 이미지 변환부; 및
    상기 이미지 변환부로부터 출력되는 이미지를 확대 투사하는 투사 렌즈를 포함하는 프로젝션용 디스플레이 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20170003746U (ko) 2016-04-21 2017-10-31 장용주 형강류 측정장치

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