KR20130066281A - 프로젝션 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LED를 이용하는 프로젝터 시스템에 관한 것으로, 그 프로젝터 시스템은 제1 LED 소자 및 제1 LED 소자로부터 방출되는 제1 색상의 광을 집광시키는 제1 콜리메이터를 포함하는 제1 광원; 제2 LED 소자 및 제2 LED 소자로부터 방출되는 제2 색상의 광을 집광시키는 제2 콜리메이터를 포함하는 제2 광원; 제3 LED 소자 및 제3 LED 소자로부터 방출되는 제3 색상의 광을 집광시키는 제3 콜리메이터를 포함하는 제3 광원; 제2, 3 광원들로부터 방출되는 광을 집광시키는 제4 콜리메이터; 광원들로부터 방출되는 광이 모이는 렌즈; 렌즈로 모인 광이 반사되는 적어도 하나의 반사 미러; 및 반사 미러에 의해 반사된 광이 수광되어 영상 정보를 형성하는 DMD 어셈블리를 포함한다.

Description

프로젝션 시스템{Projection system}

본 발명은 LED 광원을 이용하는 프로젝션 시스템에 관한 것이다.

최근들어 고화질의 디스플레이 장치가 주요한 화제로 떠오르고 있으며, 이러한 고화질 디스플레이 장치로서 CRT(Cathode Ray Tube)텔레비젼, LCD(Liquid Crystal Display) 텔레비젼, 프로젝션(Projection) 텔레비전, PDP(Plasma Display Panel) 텔레비젼 등이 출시되고 있다.

그 중, 고화질의 요건을 충족시켜 주는 디스플레이 장치 중의 하나로서 상기 프로젝션 텔레비젼에 대한 수요와 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

일반적으로 알려진 프로젝션 시스템은 색을 표현하기 위해 광원 수단으로 백색광의 램프를 사용하고 있다. 즉, 램프에서 나온 백색광을 컬러 휠(color wheel)이나 DM(Digital Micro-mirror)을 이용하여 RGB(Red, Green, Blue)로 색을 분리한 후 재 배열함으로써 원하는 색을 재현하는 것이 일반적이다.

한편, 최근에는 광원 소자로서 LED(Light Emitting Diode)를 사용하여 색분리 없이 각각의 LED 소자에서 나오는 광이 하나로 모아지도록 설계되는 프로젝션 시스템이 등장하고 있다. 그리고, 소형 포켓용 LED 프로젝터의 개발이 활발하게 이루어지고 있는 상황이다.

본 발명은 소형화가 가능한 구조를 가지는 프로젝터 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 프로젝터 시스템은 제1 LED 소자 및 상기 제1 LED 소자로부터 방출되는 제1 색상의 광을 집광시키는 제1 콜리메이터를 포함하는 제1 광원; 제2 LED 소자 및 상기 제2 LED 소자로부터 방출되는 제2 색상의 광을 집광시키는 제2 콜리메이터를 포함하는 제2 광원; 제3 LED 소자 및 상기 제3 LED 소자로부터 방출되는 제3 색상의 광을 집광시키는 제3 콜리메이터를 포함하는 제3 광원; 상기 제2, 3 광원들로부터 방출되는 광을 집광시키는 제4 콜리메이터; 상기 광원들로부터 방출되는 광이 모이는 렌즈; 상기 렌즈로 모인 광이 반사되는 적어도 하나의 반사 미러; 및 상기 반사 미러에 의해 반사된 광이 수광되어 영상 정보를 형성하는 DMD 어셈블리를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, LED를 이용하는 프로젝터 시스템에서 구비되는 콜리메이터(collimator)의 개수를 감소시킴으로써, 프로젝터 시스템의 제조 비용을 감소시킴과 함께 크기를 소형화할 수 있다.

도 1은 프로젝션 시스템의 광학 엔진 구조를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 2에 도시된 광학 엔진의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 3은 상기 광학 엔진의 기능을 설명하기 위한 시스템도이다.
도 4는 광원의 구조에 대한 일예를 나타내는 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 프로젝터 시스템의 구조를 나타내는 시스템도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 프로젝터 시스템에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 프로젝션 시스템의 광학 엔진 구조를 보여주는 사시도이고, 도 2는 상기 광학 엔진의 평면도이며, 도 3은 상기 광학 엔진의 기능을 설명하는 시스템도이다.

도 1 내지 도 3를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 프로젝션 시스템은 과원으로서 LED 소자를 이용하는 LED 프로젝션 시스템이다.

상세히, 상기 프로젝션 시스템의 광학 엔진(10)에는 각종 부품이 안착되는 베이스(11)와, 적색광을 방출하는 적색(R, Red) 광원(12)과, 청색광을 방출하는 청색(B, Blue) 광원(13) 및 녹색광을 방출하는 녹색(G, Green) 광원(14)과, 상기 적색 광원(12)으로부터 방출되는 적색광은 투과시키고 상기 녹색 광원(13)으로부터 방출되는 녹색광은 반사시키는 제1 다이크로익 미러(dichroic mirror, 15)와, 상기 청색 광원(14)으로부터 방출되는 청색광은 투과시키고 상기 적색 및 녹색광은 반사시키는 제2 다이크로익 미러(16)가 포함된다.

또한, 상기 광학 엔진(10)에는 상기 광원들(12,13,14)으로부터 방출되는 광을 집광시키는 공용 콜리메이터(common collimator, 17)와, 상기 공용 콜리메이터(17)에서 모아진 광을 반사시키는 전반사 미러(18)와, 상기 전반사 미러(18)에 의하여 반사된 광이 균일한 분포를 가지도록 광을 균등화하는 라이트 퍼넬(19 : light funnel)과, 상기 라이트 퍼넬(19)을 통과하면서 균일화된 광의 균일도(uniformity)를 향상시키는 제2 렌즈 어셈블리(20)와, 상기 제2 렌즈 어셈블리(20)를 통과한 광을 재차 반사시키는 폴딩 미러(21: folding mirror)가 더 포함된다.

또한, 상기 광학 엔진(10)에는 상기 폴딩 미러(21)에 의하여 반사된 광을 후술하게 될 DMD 어셈블리(Digital Micro-mirror Device assembly)로 집광되도록 하는 제3 렌즈(22)와, 상기 제3 렌즈(22)를 통과한 광을 투과 또는 반사시키는 전반사 프리즘(23)을 통과한 광이 모여서 영상 정보를 형성하는 DMD 어셈블리(24)와, 상기 DMD 어셈블리(24)로부터 반사되는 영상을 확대하는 투사 렌즈 어셈블리(25)가 포함된다.

이하에서는 상기 광학 엔진(10)의 작동에 대하여 개략적으로 설명한다.

먼저, 상기 광원들(12,13,14)은 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나의 단색광을 방출하는 LED 소자와, 상기 LED 소자로부터 방출되는 광을 집광하여 발산 각도를 축소시킨 평행 광으로 공용 콜리메이터(17)에 입사시키는 콜리메이터(Collimator)로 구성된다. 상세히, 상기 콜리메이터는 단부로 갈수록 폭이 확장되는 형태로 이루어질 수 있다.

광원들(12,13,14)로부터 방출되는 단색광은 제1, 2 다이크로익 미러em들(15,16)에 의하여 투과 또는 반사되어 공용 콜리메이터(17)로 모아질 수 있다.

상세히, 상기 공용 콜리메이터(17)는 광원들(12,13,14)들로부터 방출되는 광을 집광하여 라이트 퍼넬(19)로 입사되도록 한다. 그리고, 상기 전반사 미러(18)는 상기 제 1 렌즈(17)를 통과한 광을 반사시켜 상기 라이트 퍼넬(19)쪽으로 안내되도록 기능한다.

따라서, 상기 광원들(12,13,14)로부터 방출되어 공용 콜리메이터(17)에서 집광된 광은 전반사 미러(18)에 의하여 반사되어, 라이트 퍼넬(19)로 안내된다.

여기서, 라이트 퍼넬(19)은 단부쪽으로 갈수록 단면적이 좁아지는 형상을 이루며, 입사된 광이 난반사되어 밝기 분포가 균일하게 되도록 한다. 따라서, 전반사 미러(18)에 의하여 반사된 광은 라이트 퍼넬(19)을 통과하면서 밝기 분포가 균일하게 된다.

한편, 라이트 퍼넬(19)은 유사한 기능을 가지는 렌즈로 대체될 수 있으며, 예를 들어 FEL 렌즈로 대체될 수 있다.

또한, 라이트 퍼넬(19)을 통과하면서 균일하게 된 광은 제2 렌즈 어셈블리(20)를 통과하면서 광의 균일도가 더욱 향상된다. 상세히, 상기 제2 렌즈 어셈블리는 다수 장의 렌즈가 광의 이동 방향으로 배열되는 구조를 이루며, 예를 들어 3 장의 렌즈가 전후 방향으로 배열되는 구조를 이룰 수 있다. 이와 같이, 다수 장의 렌즈를 통과하면서 광의 균일도는 더욱 향상된다.

한편, 상기 제2 렌즈 어셈블리(20)를 통과한 광은 상기 폴딩 미러(21)에 의하여 한번 더 반사되어 상기 제3 렌즈(23)로 집광된다. 그리고, 상기 제 3 렌즈(23)를 통과하면서 광은 상기 DMD 어셈블리(24)쪽으로 집광된다. 상기 제 3 렌즈(23)를 통과한 광은 상기 전반사 프리즘(23)을 투과하게 되는데, 상기 전반사 프리즘(23)은 TIR 프리즘(Total Internal Reflection Prism)이라고도 한다.

상세히, 상기 전반사 프리즘(23)은 굴절율이 큰 프리즘과 상대적으로 굴절율이 작은 프리즘이 접합되어 형성된다. 그리고, 이러한 굴절율의 차이에 의해 상기 제 3 렌즈(22)를 통과한 광은 입사 각도에 따라 전반사되거나 투과된다.

더욱 상세히, 각각의 물체는 고유의 굴절율을 가지며, 이러한 굴절율의 차이에 의하여 광이 전반사되거나 투과되는 임계각이 정해질 수 있다. 그리고, 임계각 이상의 각도로 입사되는 광은 전반사 프리즘(23)에서 전반사되고, 임계각 이하의 각도로 입사되는 광은 전반사 프리즘(23)을 투과하게 된다.

따라서, 제3 렌즈(22)를 통과한 광은 전부 투과되어 DMD 어셈블리(24)로 집광되고, 상기 DMD 어셈블리(24)로부터 반사된 영상은 전반사 프리즘(23)에 의하여 반사되어 상기 투사렌즈 어셈블리(25)로 안내된다.

또한, DMD 어셈블리(24)는 DMD 패널과 드라이버 보드로 이루어지며, DMD 패널에는 디스플레이의 해상도와 동일한 양의 미세한 미러가 배열되어, 스크린과 1대1 대응이 이루어지도록 설계되어 있다.

즉, DMD 어셈블리(24)에서 광을 전달받아 스크린에 비추어질 영상을 형성하게 된다. 그리고, DMD 어셈블리(24)에서 형성된 영상은 상기 투사렌즈 어셈블리(25)에서 확대되어 최종적으로 스크린에 투사된다.

한편, 상기 광학 엔진(10)을 구성하는 구성 요소(도면부호 12~25)들은 엔진 케이스 내부에 수용된다.

도 4는 프로젝터 시스템에 구비되는 광원의 구조에 대한 일예를 측단면도로 도시한 것으로, 이하에서는 상기에서 설명된 적색 광원(12)과, 청색 광원(13) 및 녹색 광원(14)을 광원 어셈블리(50)로 통칭하여 설명하도록 한다.

상기 3색 광원의 구조가 동일하므로, 하나의 광원 어셈블리(50)로 통칭하며, 도 1 내지 도 3에서 설명된 광원들(12,13,14)은 각각 도 4에 도시된 광원 어셈블리(50)와 동일한 구성임을 밝혀 둔다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광원 어셈블리(50)에는 하우징(51)과, 상기 하우징(51)에 수용되고 적,청,녹색 중 어느 하나의 색을 방출하는 LED 소자(52)와, LED 소자(52)로부터 방출되는 광을 넓게 분산시키는 제1 콜리메이터(53)와, 상기 제1 콜리메이터(53)로부터 분산되는 광을 모아서 직선광으로 균일화하는 제2 콜리메이터(54)가 포함될 수 있다.

제1 콜리메이터(53)에 의하여 광이 종래의 단일 콜리메이터를 사용하는 경우보다 넓게 퍼지다가 제2 콜리메이터(54)에 의하여 직선광으로 균일하게 되므로, 광의 활용도가 높아지게 되는 장점이 있다. 그리고, 제2 콜리메이터(54)의 구조에 의하여 LED 소자(52)로부터 방출되는 광을 최대로 수용할 수 있는 특징이 있다.

도 4를 참조하여 설명한 바와 같이 광원들(12,13,14) 각각이 2개의 콜리메이터들을 포함하는 경우, 프로젝터 시스템의 광학 엔진(100)은 적색, 청색 및 녹색의 광원들을 위해 6개의 콜리메이터들을 구비하고, 그와 함께 도 1 내지 도 3을 참조여 설명한 바와 같은 공용 콜리메이터(17)를 구비하여, 총 7개의 콜리메이터들을 포함하여 구성될 수 있다.

상기와 같은 콜리메이터들의 개수 증가에 따라, 프로젝터 시스템의 제조 비용이 상승하고, 프로젝터 시스템을 소형화하기 용이하지 않은 문제가 있을 수 있다.

그에 따라, 본 발명의 일실시예에 따르면, 복수의 광원들(12,13,14) 중 DMD 어셈블리(24)에 가장 인접하게 배치된 광원에 대해서는 하나의 콜리메이터를 이용해 광을 집광시키고, DMD 어셈블리(24)에서 멀리 떨어진 광원에 대해서는 2 이상의 콜리메이터를 이용해 광을 집광시킴으로써, 프로젝터 시스템의 광 효율을 유지하면서 프로젝터 시스템에 구비되는 콜리메이터들의 개수를 감소시킬 수 있다.

이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 프로젝터 시스템의 구조에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 5에 도시된 프로젝터 시스템의 구성 중 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 것과 동일한 것에 대한 설명은 이하 생략하기로 한다.

도 5를 참조하면, 프로젝터 시스템의 광학 엔진(100)에 구비된 광원들(12,13,14) 중 DMD 어셈블리(24)에 가장 인접하게 배치된 적색 광원(12)은 하나의 콜리메이터(110)를 포함하고, 상기 적색 광원(12)으로부터 방출되는 적색 광은 제1 다이크로익 미러(15)를 통과한 후 라이트 퍼넬(19)으로 입사될 수 있다.

예를 들어, 적색 광원(12)으로부터 방출되는 광이 DMD 어셈블리(24)까지 도달하는 경로가 상대적으로 짧기 때문에, 하나의 콜리메이터(110)를 이용하여 집광하여도 프로젝터 시스템의 광 효율이 크게 감소하지 않고 유지될 수 있다.

상기 적색 광원(12)보다 DMD 어셈블리(24)로부터 상대적으로 멀리 떨어져 배치된 청색 광원(13) 및 녹색 광원(14)은 각각 하나의 콜리메이터(120, 130)를 포함하며, 상기 청색 광원(13)과 녹색 광원(14)으로부터 방출되는 광은 공용 콜리메이터(140)에 의해 집광될 수 있다.

예를 들어, 청색 광원(13) 및 녹색 광원(14)으로부터 방출되는 광이 DMD 어셈블리(24)까지 도달하는 경로가 적색 광원(12)에 비해 상대적으로 길기 때문에, 각 광원에 구비된 콜리메이터들(120, 130)과 또 하나의 공용 콜리메이터(140)를 이용해 집광함으로써, 프로젝터 시스템의 광 효율을 향상시킬 수 있다.

이를 위해, 공용 콜리메이터(140)가 청색/녹색 광원들(13,14)과 적색 광원(12) 사이에 배치되며, 광원들(12,13,14)에 각각 구비된 콜리메이터들(110,120,130)은 도 3에 도시된 콜리메이터보다 작은 곡률 반경을 가지도록 형성되어 프로젝터 시스템의 광 효율을 더욱 높일 수 있다.

상기에서는 도 5를 참조하여 복수의 광원들(12,13,14) 중 적색 광원(12)이 DMD 어셈블리(24)에 가장 인접하게 배치된 경우를 예로 들어 본 발명의 일실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.

즉, 복수의 광원들(12,13,14) 중 청색 광원(13)이 DMD 어셈블리(24)에 가장 인접하게 배치될 수도 있으며, 이 경우 청색 광원(13)으로부터 방출되는 광은 하나의 콜리메이터를 이용해 집광되고, 나머지 적색/녹색 광원들(12,14)로부터 방출되는 광은 2개의 콜리메이터들을 이용해 집광될 수 있다.

한편, 복수의 광원들(12,13,14) 중 녹색 광원(14)이 DMD 어셈블리(24)에 가장 인접하게 배치될 수도 있으며, 이 경우 녹색 광원(14)으로부터 방출되는 광은 하나의 콜리메이터를 이용해 집광되고, 나머지 적색/청색 광원들(12,13)로부터 방출되는 광은 2개의 콜리메이터들을 이용해 집광될 수 있다.

그에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 프로젝터 시스템의 광학 엔진(100)은 광원들(12,13,14) 각각에 포함되는 3개의 콜리메이터들과, 하나의 공용 콜리메이터를 구비하여, 총 4개의 콜리메이터를 이용해 광 효율을 유지하면서 프로젝터 시스템의 제조 비용을 절감시킬 수 있다.

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 (6)

1. LED 광원을 이용하는 프로젝션 시스템에 있어서,
   제1 LED 소자 및 상기 제1 LED 소자로부터 방출되는 제1 색상의 광을 집광시키는 제1 콜리메이터를 포함하는 제1 광원;
   제2 LED 소자 및 상기 제2 LED 소자로부터 방출되는 제2 색상의 광을 집광시키는 제2 콜리메이터를 포함하는 제2 광원;
   제3 LED 소자 및 상기 제3 LED 소자로부터 방출되는 제3 색상의 광을 집광시키는 제3 콜리메이터를 포함하는 제3 광원;
   상기 제2, 3 광원들로부터 방출되는 광을 집광시키는 제4 콜리메이터;
   상기 광원들로부터 방출되는 광이 모이는 렌즈;
   상기 렌즈로 모인 광이 반사되는 적어도 하나의 반사 미러; 및
   상기 반사 미러에 의해 반사된 광이 수광되어 영상 정보를 형성하는 DMD 어셈블리를 포함하는 프로젝션 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1, 2, 3 광원들 중 제1 광원이 상기 DMD 어셈블리에 가장 인접하게 배치되는 프로젝션 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 광원으로부터 방출되는 광은 제1 다이크로익 미러(dichroic mirror)를 통과하여 상기 렌즈로 입사되는 프로젝션 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2, 3 광원들로부터 방출되는 광은 제2 다이크로익 미러를 통과하여 상기 제4 콜리메이터로 입사되는 프로젝션 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 제4 콜리메이터는
   상기 제2, 3 광원들과 상기 제1 광원 사이에 배치되는 프로젝션 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1, 2, 3 색상들은 각각 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)인 프로젝션 시스템.

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