KR20140002950A - 프로젝터 모듈의 조명 장치 - Google Patents

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KR20140002950A
KR20140002950A KR1020120069971A KR20120069971A KR20140002950A KR 20140002950 A KR20140002950 A KR 20140002950A KR 1020120069971 A KR1020120069971 A KR 1020120069971A KR 20120069971 A KR20120069971 A KR 20120069971A KR 20140002950 A KR20140002950 A KR 20140002950A
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이상걸
김영한
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파워옵틱스 주식회사
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Abstract

본 발명은 프로젝터 모듈의 조명 장치에 관한 것이다. 이러한 프로젝터 모듈의 조명 장치의 한 예는 각각 적색 광, 녹색 광, 및 청색 광을 출력하는 적색 광원, 녹색 광원 및 청색 광원, 상기 적색 광원, 상기 녹색 광원 및 상기 청색 광원 각각에서 출력되는 상기 적색 광, 상기 녹색 광 및 청색 광을 집광하여 평행광으로 변환하는 제1 내지 제3 콜리메이터부, 상기 제1 내지 제3 콜리메이터부를 각각 통과한 상기 적색 광, 상기 녹색 광 및 상기 청색 광의 광로를 조합하는 다이크로익 미러부, 그리고 상기 다이크로익 미러부에서 출력되는 광의 조도 분포를 균일하게 하고 원형의 광을 사각 형태의 광으로 변환하는 플라이 아이 렌즈(fly-eye lens)와 필드 렌즈를 포함한다.

Description

프로젝터 모듈의 조명 장치{LIGHTING APPARATUS OF PROJECTOR MODULE}
본 발명은 프로젝터 모듈의 조명 장치에 관한 것이다.
최근 휴대 전화, 휴대형 멀티미디어 재생 장치(PMP, portable multimedia player), 넷북(netbook), 노트북(note book) 등 휴대용 정보통신기기들의 사용이 늘어나고 그 종류도 많아지고 있다.
그에 따른 휴대용 정보통신기기에 사용되는 표시장치가 더욱 중요해지고 그 성능 향상에 대한 소비자의 요구도 점점 높아지고 있다. 특히, 휴대용이지만 표시장치의 크기는 대형화를 원하는 소비자들이 증가하고 있다.
현재 많이 사용되는 휴대용 표시장치는 액정 표시 장치(LCD, liquid crystal display), 유기발광 표시 장치(OLED, organic light emitting display)나 발광 다이오드(LED, light emitting diode)가 주로 사용되지만, 이러한 휴대용 표시장치의 크기를 증가시키는 것은 한계가 있다.
따라서, 현재로서 휴대용 표시장치를 위한 소형의 크기를 가지면서 대화면의 표시를 가능하게 하는 것은 프로젝터 모듈이다. 하지만, 이런 프로젝터 모듈 역시 그 크기를 소형화하기에 문제점이 많다.
즉, 프로젝션(projection) 기능이 휴대 전화기와 같은 모바일(mobile) 기기 속에 내장되기 위해서는 프로젝터 모듈의 초소형 조명 장치가 필수이다.
하지만, 종래의 초소형 프로젝트에 사용되는 조명 장치의 경우, 크기는 소형이지만 여전히 휴대 전화기와 같은 모바일 기기에 내장되기 어려운 크기이며, 밝기 또한 실내의 조명 상태에서 영상을 보기에는 어두운 상태이다.
밝기 문제를 해소하기 위해 소비전력을 높이거나 광변조 소자로 실리콘 액정표시 장치(LCOS, liquid crystal on silicon) 대신 디지털 광학 기술(DLP, digital light processing)을 사용하는 장치를 이용할 수 있다.
하지만, 소비전력을 높일 경우, 배터리(battery)의 사용 시간이 급속히 줄어들어 사용하기에 불편하며, 레이저나 광원에 과도한 전류에 따른 영상의 열화와 같은 문제점이 발생한다.
또한, 광변조 소자를 디지털 광학 기술을 사용하는 장치로 변경할 경우, 밝기는 개선되지만 프로젝터 모듈의 단가가 비싸지는 문제점이 있다.
프로젝터 모듈은 일반적으로 크게 광원을 구비한 조명장치, 영상 발생부 및 투사계로 이루어진다.
광원은 메탈 핼라이드 램프(metal halide lamp)나 초고압 램프[UHP(ultra high pressure) lamp]가 주로 사용되며, 최근에는 발광 다이오드를 사용하는 소형 프로젝터 모듈의 개발이 많아지고 있다.
조명장치는 렌즈와 같은 여러 가지의 광학 부품을 사용하여 광원에서 출사된 광을 균일하고 평행하게 형성하여 영상 발생부에 입사하는 역할을 한다.
영상 발생부는 일반적으로 액정 표시 장치, 실리콘 액정 표시 장치, 또는 DMD(digital micromirror device)가 주로 사용된다.
투사계는 영상 발생부를 통해 나오는 영상을 스크린(screen)에 상을 맺혀주는 역할을 한다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 프로젝터 모듈의 조명 장치의 크기를 감소시키고 성능을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 프로젝터 모듈의 조명 장치의 각각 적색 광, 녹색 광, 및 청색 광을 출력하는 적색 광원, 녹색 광원 및 청색 광원, 상기 적색 광원, 상기 녹색 광원 및 상기 청색 광원 각각에서 출력되는 상기 적색 광, 상기 녹색 광 및 청색 광을 집광하여 평행광으로 변환하는 제1 내지 제3 콜리메이터부, 상기 제1 내지 제3 콜리메이터부를 각각 통과한 상기 적색 광, 상기 녹색 광 및 상기 청색 광의 광로를 조합하는 다이크로익 미러부, 그리고 상기 다이크로익 미러부에서 출력되는 광의 조도 분포를 균일하게 하고 원형의 광을 사각 형태의 광으로 변환하는 플라이 아이 렌즈(fly-eye lens)와 필드 렌즈를 포함한다.
상기 제1 내지 제3 콜리메이터부 각각은, 상기 적색 광원, 상기 녹색 광원 또는 상기 청색 광원에 인접하고 위치한 제1 콜리메이터 렌즈, 그리고 상기 제1 콜리메이터 렌즈와 인접하게 위치한 제2 콜리메이터 렌즈를 구비하고, 상기 제1 및 제2 콜리메이터 렌즈는 양의 굴절률을 갖는 것이 좋다.
상기 제1 콜리메이터 렌즈의 지름과 상기 제2 콜리메이터 렌즈의 지름의 크기는 각각 상기 적색 광원, 상기 녹색 광원 또는 상기 청색 광원의 지름의 2배 내지 3배인 것이 바람직하다.
상기 제1 콜리메이터 렌즈의 볼록면은 2 내지 3의 곡률 반경을 가질 수 있다. 상기 다이크로익 미러부는, 상기 청색 광원 앞에 위치한 제3 콜리메이터 렌즈부와 상기 녹색 광원 앞에 위치한 제2 콜리메이터 렌즈부 앞 위치하고, 녹색 파장 대역의 빛은 반사시키고 나머지 파장 대역의 빛은 투과시키는 제1 다이크로익 미러, 그리고 상기 적색 광원 앞에 위치한 제1 콜리메이터 렌즈부 앞에 위치하고, 적색 파장 대역의 빛은 투과시키고 나머지 파장 대역의 빛은 반사시키는 제2 다이크로익 미러를 포함할 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 복수의 콜리메이터 렌즈를 이용하여 각 광원에서 출력되는 광을 집광하여 평행광으로 변형하므로, 집광 효율이 향상되어 프로젝터 모듈의 조명 장치의 효율이 향상된다. 또한 복수의 콜리메이터 렌즈로 인해 순차적으로 발산각이 감소되어 평행광이 되므로, 콜리메이터 렌즈의 크기가 감소하므로, 프로젝터 모듈의 조명 장치의 크기는 감소한다.
더욱이, 플라이 아이 렌즈와 필드 렌즈에 의해 광의 조도 분포가 균일해고, 프로젝터 모듈의 영상 생성부의 센서면의 형상의 형상과 동일하게 광의 형상으로 사각 형상으로 변경되므로, 프로젝터 모듈에서 출력되는 영상의 화질이 크게 향상된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 프로젝터 모듈의 조명 장치의 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 프로젝터 모듈의 조명 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 프로젝터 모듈의 조명 장치는 적색(R)의 광(적색 광), 녹색(G)의 광(녹색 광) 및 청색(B)의 광(청색 광)을 각각 발광하는 적색 광원(11), 녹색 광원(12) 및 청색 광원(13)을 구비한 광원부(110), 적색 광원(11), 녹색 광원(12) 및 청색 광원(13) 각각에서 나오는 광을 집광시켜 평행광을 만드는 제1 내지 제3 콜리메이터 렌즈(collimator lens)부(21-23), 제1 내지 제3 콜리메이터 렌즈부(21-23) 각각에 의해 집광된 적색 광, 녹색 광 및 청색 광을 기구적으로 하나로 모아 제1 내지 제3 콜리메이터부(21-23)를 각각 통과한 적색 광, 상기 녹색 광 및 청색 광의 광로를 조합하는 다이크로익 미러(dichroic mirror)부(40), 그리고 다이크로익 미러부(40)를 통과하거나 다이크로익 미러부(40)에 의해 반사되어 평행광으로 집광된 광을 균일한 분포로 변환시켜 주는 플라이 아이 렌즈(FEL, fly-eye lens)(이하, 'FEL'이라 함)(51) 및 필드 렌즈(field Lens)(61)를 구비한다.
제1 내지 제3 콜리메이터 렌즈부(21-23)는 각각 적색 광원(11), 녹색 광원(12) 및 청색 광원(13)의 앞에 위치하고, 각 광원(11-13)의 앞에 위치하는 콜리메이터 렌즈부(21-23)의 구조는 동일하다.
각 광원(11-13) 앞에 위치한 제1 내지 제3 콜리메이터 렌즈부(21-23) 각각은 각 광원(11-13) 앞에 차례로 위치한 2매의 콜리메이터 렌즈(211 및 212, 221 및 222, 231 및 232)를 구비하고 있다.
이때, 각 콜리메이터 렌즈(211, 212, 221, 222, 231, 232)는 효과적인 집광을 위해 양의 굴절력을 갖고 있다.
본 실시예의 경우, 각 콜리메이터 렌즈부(21-23)에서, 각 광원(11-13)과 인접하게 위치한 콜리메이터 렌즈인 제1 콜리메이터 렌즈(211,221, 231)의 볼록면의 곡률 반경(r)은 2 내지 3이고, 제1 콜리메이터 렌즈(211,221, 231)와 인접하게 위치한 제2 콜리메이터 렌즈(212, 222, 232)의 볼록면의 곡률 반경(r)은 제1 콜리메이터 렌즈(211, 221, 231)의 곡률 반경보다 클 수 있다.
이때, 제1 및 제2 콜리메이터 렌즈(211, 221, 231, 212, 222, 232)는 비구면 렌즈이다.
따라서, 발산각이 120도 이상인 램버시안(lambertian) 배광 분포(light distribution) 특성을 갖는 제1 내지 제3 광원(11-13)에서 출력되는 광은 제1 및 2 콜리메이터 렌즈(211, 221, 231, 212, 222, 232)에 순차적으로 발산각이 감소되어 집광이 이루어지고 평행광으로 변하므로, 각 광원(11-13)에서 출력되는 광의 집광 효율이 향상되고 빛의 밝기가 향상되며, 제1 및 제2 콜리메이터 렌즈(211, 221, 231, 212, 222, 232)의 지름(D2, D3)의 크기는 하나의 콜리메이터 렌즈를 사용할 때보다 훨씬 감소하게 된다.
일반적으로 콜리메이터 렌즈부가 하나의 콜리메이터 렌즈만을 구비할 경우, 콜리메이터 렌즈의 지름은 각 광원(11-13)의 지름(D1)보다 약 5배 내지 10배가 된다.
하지만, 본원의 경우, 제1 및 제2 콜리메이터 렌즈(211, 221, 231, 212, 222, 232) 각각의 지름(D2, D3)은 각 광원(11-13)의 지름(D1)의 약 2배 내지 3배 정도밖에 되지 않는다.
따라서, 콜리메이터 렌즈부(21-23)의 크기가 크게 감소하므로, 프로젝터 모듈에 사용되는 조명 장치의 크기가 크게 줄어든다.
이로 인해, 조명 장치를 구비한 프로젝터 모듈의 크기 역시 감소하여 소형 모바일 기기에 본 실시예의 프로젝터 모듈의 적용이 용이해진다.
또한, 콜리메이터 렌즈부가 하나의 콜리메이터 렌즈만을 구비할 때보다 복수 개의 콜리메이터 렌즈(211, 221, 231, 212, 222, 232)를 이용하여 각 광원(11-13)에서 출력되는 광을 집광할 때, 곡률 반경(r)이 증가하므로 제1 및 제2 콜리메이터 렌즈(211, 221, 231, 212, 222, 232)의 제작과 가공성이 좀더 용이해진다.
다이크로익 미러부(40)는 제1 및 제2 다이크로익 미러(41, 42)를 구비한다.
제1 다이크로익 미러(41)는 청색 광원(13) 앞에 위치한 제3 콜리메이터 렌즈부(23)와 녹색 광원(12) 앞에 위치한 제2 콜리메이터 렌즈부(22) 앞에 비스듬히 경사지게 위치하고 있다.
따라서, 제1 다이크로익 미러(41)의 한 면은 제3 콜리메이터 렌즈부(23) 쪽을 행해 있고, 한 면과 반대편에 위치한 다른 면은 제2 콜리메이터 렌즈부(23) 쪽을 향해있다.
제2 다이크로익 미러(42)는 적색 광원(11) 앞에 위치한 제1 콜리메이터 렌즈부(21) 앞에 비스듬히 경사지게 위치하고 있고, 제1 다이크로익 미러(41)와 나란한 방향으로 제1 다이크로익 미러(41)와 나란하게 이격되어 위치한다.
이때, 제1 다이크로익 미러(41)는 녹색 파장 대역의 빛은 반사시키고 나머지 파장 대역의 빛은 투과시키는 녹색 미러이고, 제2 다이크로익 미러(42)는 적색 파장 대역의 빛은 투과시키고 나머지 파장 대역의 빛은 반사시키는 적색 미러이다.
따라서, 청색 광원(13)에서 출사되어 제3 콜리메이터 렌즈부(23)에 의해 평행광으로 변한 청색 광은 제1 다이크로익 미러(41)를 투과하여 제2 다이크로익 미러(42) 쪽으로 전송되지만, 녹색 광원(12)에서 출사되어 제2 콜리메이터 렌즈부(22)에 의해 평행광으로 변한 녹색 광은 제1 다이크로익 미러(41)의 다른 면에 반사되어 제2 다이크로익 미러(42) 쪽으로 전송된다.
이러한 제1 다이크로익 미러(41)에 의해 청색광과 녹색광이 혼합되어 제2 다이크로익 미러(42) 쪽으로 이동한다.
또한, 적색 광원(11)에서 출사되어 제1 콜리메이터 렌즈부(21)에 의해 평행광으로 변한 적색 광은 제2 다이크로익 미러(42)를 투과하여 FEL(51)쪽으로 전송한다.
이때, 제2 다이크로익 미러(42) 쪽으로 녹색광과 청색광이 입사되므로, 제2 다이크로익 미러(42)는 또한 녹색광과 청색광을 반사시켜 FEL(51) 쪽으로 전송한다.
FEL(51)과 필드 렌즈(61)는 원형의 가우시안(Gaussian) 조도 분포를 갖는 광을 균일한 조도 분포를 갖고 직사각형과 같은 사각 형태를 갖는 광을 변환시켜 준다.
따라서, 프로젝터 모듈의 광의 조도 분포가 균일해서 광의 밝기가 균일해져 프로젝터 모듈에서 출력되는 화질이 향상된다.
이때, FEL(51)은 단일 렌즈로 활용하지 않고 추가적으로 필드 렌즈(61)를 필요로 한다. 따라서, FEL(51)를 통해 일정한 각도로 발산하는 빛을 필드 렌즈(61)를 통해 원하는 방향으로 집광된다.
프로젝터 모듈의 영상 발생부로서 실리콘 액정 표시 장치가 이용될 경우, 실리콘 액정 표시 장치의 센서면이 와이드브이지에지(WVGA, Wide-VGA)인 직사각형 형상을 갖는다.
따라서, 실리콘 액정 표시 장치에 조사되는 빛의 조도 분포를 실리콘 액정 표시 장치와 동일하게 직사각형 형상으로 만들어 줘야 실리콘 액정 표시 장치에서 출력되는 화질이 향상된다.
따라서 이미 설명한 것처럼, FEL(51)과 필드 렌즈(61)에 의해, 조명 장치에서 출력되어 프로젝터 모듈의 영상 발생부로 인가되는 광의 형태는 직사각형 형상을 갖고 있으므로, 프로젝터 모듈에서 출력되는 영상의 화질이 크게 향상된다.
이때, FEL(51)은 FEL(51)의 각 화소 셀의 장변과 단변의 비율은 실리콘 액정 표시 장치의 센서면의 장변과 단변의 비율과 동일하게 설계한다. 이 경우 최종적으로 본 실시예의 조명장치를 통해 나오는 광의 조사 면적과 실리콘 액정 표시 장치의 센서면이 일치하여 광효율은 극대화된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
11-13: 광원 21-23: 콜리메이터 렌즈부
211, 212, 221, 222, 231, 232: 콜리메이터 렌즈
41, 42: 다이크로익 미러 51: 플라이 아이 렌즈
61: 필드 렌즈

Claims (5)

  1. 각각 적색 광, 녹색 광, 및 청색 광을 출력하는 적색 광원, 녹색 광원 및 청색 광원,
    상기 적색 광원, 상기 녹색 광원 및 상기 청색 광원 각각에서 출력되는 상기 적색 광, 상기 녹색 광 및 청색 광을 집광하여 평행광으로 변환하는 제1 내지 제3 콜리메이터부,
    상기 제1 내지 제3 콜리메이터부를 각각 통과한 상기 적색 광, 상기 녹색 광 및 상기 청색 광의 광로를 조합하는 다이크로익 미러부, 그리고
    상기 다이크로익 미러부에서 출력되는 광의 조도 분포를 균일하게 하고 원형의 광을 사각 형태의 광으로 변환하는 플라이 아이 렌즈(fly-eye lens)와 필드 렌즈
    를 포함한 프로젝터 모듈의 조명 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 내지 제3 콜리메이터부 각각은,
    상기 적색 광원, 상기 녹색 광원 또는 상기 청색 광원에 인접하고 위치한 제1 콜리메이터 렌즈, 그리고
    상기 제1 콜리메이터 렌즈와 인접하게 위치한 제2 콜리메이터 렌즈
    를 구비하고,
    상기 제1 및 제2 콜리메이터 렌즈는 양의 굴절률을 갖는
    프로젝터 모듈의 조명 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 콜리메이터 렌즈의 지름과 상기 제2 콜리메이터 렌즈의 지름의 크기는 각각 상기 적색 광원, 상기 녹색 광원 또는 상기 청색 광원의 지름의 2배 내지 3배인 프로젝터 모듈의 조명 장치.
  4. 제2항에서,
    상기 제1 콜리메이터 렌즈의 볼록면은 2 내지 3의 곡률 반경을 갖는 프로젝터 모듈의 조명 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 다이크로익 미러부는,
    상기 청색 광원 앞에 위치한 제3 콜리메이터 렌즈부와 상기 녹색 광원 앞에 위치한 제2 콜리메이터 렌즈부 앞 위치하고, 녹색 파장 대역의 빛은 반사시키고 나머지 파장 대역의 빛은 투과시키는 제1 다이크로익 미러, 그리고
    상기 적색 광원 앞에 위치한 제1 콜리메이터 렌즈부 앞에 위치하고, 적색 파장 대역의 빛은 투과시키고 나머지 파장 대역의 빛은 반사시키는 제2 다이크로익 미러
    를 포함하는 프로젝터 모듈의 조명 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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