KR20150097098A

KR20150097098A - 편광 led 모듈과, 그것을 구비하는 조명 장치 및 프로젝터

Info

Publication number: KR20150097098A
Application number: KR1020140018251A
Authority: KR
Inventors: 차영덕; 김성태
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-02-18
Filing date: 2014-02-18
Publication date: 2015-08-26
Also published as: US9645477B2; US20150234260A1; WO2015126120A1

Abstract

광원과 반사형 편광부를 일체화하여 장치의 크기를 줄이고 구조를 간소화할 수 있게 한 편광 LED 모듈, 조명장치, 및 그것을 구비한 프로젝터가 개시된다. 편광 LED 모듈은, 일측에 개구를 구비한 케이싱과; 케이싱 내에 배치되고, 광을 발생하는 광원과; 케이싱 내에 배치되고, 광원에서 발생된 광 중에 포함된 제1 편광광(polarized light)을 투과하여 케이싱의 개구를 통해 외부의 편광변환부로 유도하고 제2 편광광을 반사하여 광원 쪽으로 유도하는 반사형 편광부와; 케이싱 내에서 광원에 배치되고, 반사형 편광부에서 반사되어 광원 쪽으로 진행하는 광을 반사형 편광부 쪽으로 반사하는 반사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

편광 LED 모듈과, 그것을 구비하는 조명 장치 및 프로젝터{POLARIZATION LED MODULE, AND LIGHTING DEVICE AND PROJECTOR HAVING THE SAME}

본 발명은 편광 LED 모듈과, 그것을 구비한 조명장치 및 프로젝터에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 광원과 반사형 편광부를 일체화하여 장치의 크기를 줄이고 구조를 간소화할 수 있게 한 편광 LED 모듈과, 그것을 구비한 조명장치 및 프로젝터에 관한 것이다.

일반적으로, 프로젝터에 이용되는 조명장치는 광원과, 광원에서 조사되는 광을 s 편광광 또는 p 편광광으로 변환하는 편광 빔스플리터(Polarizing beam splitter: PBS) 어셈블리와, 편광빔 스플리터 어셈블리에 의해 변환된 편광광을 특정 편광광, 예컨대, s 편광광 또는 p 편광광으로 변환하는 편광변환부를 구비한다.

광원은 통상 초고압 수은 램프, 메탈할라이드 램프, 크세논 램프 등이 사용되지만, 최근 초고압 수은 램프 등과 비교하여 수명이 길고 광 변환 효율이 높은 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED)를 이용하는 경우가 증가하고 있다.

하지만, LED는 초고압 수은 램프 등에 비교하여 발광량이 작다. 또한, 광원이 적용되는 프로젝터는 비교적 큰 광량의 광원을 필요로 한다. 따라서, LED를 프로젝터의 광원으로 사용하는 경우, 광량을 크게 하기 위해 복수의 LED를 어레이화하여 배치하는 방법이 제안되어 사용되고 있다.

그러나, 복수의 LED를 어레이화하여 배치할 때, 광량은 LED의 수량에 비례하여 증가한다. 또한, 복수의 LED를 어레이화하여 광량을 늘릴 경우, 광원의 면적(공간적인 넓이)도 커진다. 광원의 면적이 커지면, 조명장치로부터 프로젝터의 투과형 액정표시 장치와 같은 공간 광변조부로 입사하는 광 빔이 존재하는 공간적인 넓이가 커진다. 그러나, 공간 광변조부에 입사할 수 있는 각도는 한정되어 있기 때문에, 광원으로부터의 광 빔을 유효하게 사용하는 것은 어렵게 된다. 따라서, 프로젝터에 있어서, 단지 LED를 어레이화하여 광량을 증가시키더라도, 유효 광 빔이 존재하는 공간적인 넓이, 즉, 광원의 면적과 입체각의 곱으로 구해지는 에텐듀(Etendue)가 보존되기 때문에, 광원으로부터의 모든 광속을 유효하게 사용하는 것은 어려운 문제점이 있다.

또한, 종래의 조명장치는 광원과 편광빔 스플리터 어셈블리가 분리되어 구성되기 때문에, 장치의 크기가 커지고 구조가 복잡해 지는 문제점이 있다.

따라서, 복수의 LED(즉, 광원)를 포함하여 구성할 경우 에텐듀의 증가 없이 광 이용 효율을 증가시켜 고휘도의 광을 얻을 수 있을 뿐 아니라 장치의 크기를 줄이고 구조를 간소화할 수 있는 조명장치 및 프로젝터가 요구되고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 광원과 반사형 편광부를 일체화하여 장치의 크기를 줄이고 구조를 간소화할 수 있게 한 편광 LED 모듈과, 그것을 구비한 조명장치 및 프로젝터를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 복수의 편광 LED 모듈을 포함하여 구성하더라도 에텐듀의 증가 없이 광이용 효율을 증가시켜 고휘도의 광을 얻을 수 있게 한 조명장치 및 그것을 구비한 프로젝터를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시양상에 따르면, 편광 LED 모듈은, 일측에 개구를 구비한 케이싱과; 케이싱 내에 배치되고, 광을 발생하는 광원과; 케이싱 내에 배치되고, 광원에서 발생된 광 중에 포함된 제1 편광광(polarized light)을 투과하여 케이싱의 개구를 통해 외부의 편광변환부로 유도하고 제2 편광광을 반사하여 광원 쪽으로 유도하는 반사형 편광부와; 케이싱 내에서 광원에 배치되고, 반사형 편광부에서 반사되어 광원 쪽으로 진행하는 광을 반사형 편광부 쪽으로 반사하는 반사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

케이싱의 개구는 외부의 편광변환부의 입사면과 동일한 형상으로 형성될 수 있다.

반사형 편광부는 제2 편광광을 광원 쪽으로 반사하도록 광축에 대해 직각으로 배치된 반사형 편광판을 포함할 수 있다.

선택적으로, 반사형 편광부는 제2 편광광을 광원 쪽과 다른 방향으로 반사하도록 광축에 대해 45도 각도로 배치된 적어도 하나의 반사형 편광판과, 반사형 편광판의 일측에서 광축에 평행하게 배치되고 반사형 편광판에서 반사된 제2 편광광을 반사형 편광판으로 다시 반사하는 적어도 하나의 미러를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 편광 LED 모듈은 반사형 편광부와 반사부 사이에 배치되고, 반사형 편광부에서 반사된 제2 편광광이 2회 이상 반복적으로 통과할 때 제2 편광광을 제1 편광광으로 변환하는 파장판을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 파장판은 광원과 반사형 편광부 사이에서 광원에 인접하게 배치되거나 광원과 반사형 편광부 사이에서 반사형 편광부에 배치될 수 있다. 또한, 파장판은 λ/4 파장판을 포함할 수 있다.

본 발명의 편광 LED 모듈은, 반사형 편광부와 광원 사이에 배치되고 광원에서 발생된 광을 평형광으로 만들어 주는 콜리메이터 렌즈를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시양상에 따르면, 조명장치는, 광을 발생하고, 발생된 광 중에 포함된 제1 편광광과 제2 편광광을 각각 제1 편광광과 제2 편광광 중의 하나와 제1 편광광과 제2 편광광의 다른 하나로 변환하는 각각 위에 기재된 제1 및 제2 편광 LED 모듈을 포함하는 적어도 두 개의 편광 LED 모듈과; 제1 편광 LED 모듈에서 변환된 제1 편광광과 제2 편광광 중의 하나를 투과하고 제2 편광 LED 모듈에서 발생된 제1 편광광과 제2 편광광의 다른 하나를 반사하여 제1 편광광과 제2 편광광을 동일한 조명방향의 광로로 유도하는 편광광 합성부와; 동일한 조명방향의 광로로 유도되는 제1 편광광과 제2 편광광을 제1 편광광 또는 제2 편광광으로 변환하는 편광변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

편광광 합성부는 제1 편광광을 투과하고 제2 편광광을 반사하는 편광면을 구비하는 편광 빔 스플리터(beam splitter) 또는 반사형 편광판을 포함할 수 있다.

편광변환부는 투과형 액정 패널을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시양상에 따르면, 프로젝터는, 발생된 광 중에 포함된 제1 편광광과 제2 편광광으로부터 제1 편광광 또는 제2 편광광으로 변환된 조명광을 공급하는 위에서 기재된 적어도 하나의 조명장치와; 적어도 하나의 조명 장치로부터의 조명광을 화상신호에 따라 변조하는 공간 광변조부와; 변조된 광을 투사하는 투사렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 편광 LED 모듈을 구비한 조명장치의 구성을 도시한 개략도,
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 조명장치의 편광 LED 모듈의 변형예를 예시하는 개략도,
도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 조명장치의 편광 LED 모듈의 또 다른 변형예를 예시하는 개략도, 및
도 4는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 조명장치를 구비한 프로젝터의 구성을 도시하는 개략도이다.

이하, 본 발명의 실시예들에 따른 편광 LED 모듈과, 그것을 구비하는 조명 장치 및 프로젝터를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 편광 LED 모듈을 구비한 조명장치(100)의 구성을 도시한 개략도이다.

조명 장치(100)는 프로젝터에 사용되는 조명장치로써, 제1 편광 LED 모듈(110a)과, 제2 편광 LED 모듈(110b)과, 편광광 합성부(140)와, 편광변환부(150)를 포함한다.

제1 편광 LED 모듈(110a)은 제1 파장영역의 제1 진동방향의 편광광, 예컨대, 녹색광(Green light)의 p 편광광(P)을 형성한다. 이를 위해, 제1 편광 LED 모듈(110a)은 제1 케이싱(111a)과, 제1 광원(120a)과, 제1 콜리메이트 렌즈(Collimate lens)(121a)와, 제1 반사형 편광부(123a)와, 제1 반사부(125a)와, 제1 파장판(127a)을 포함한다.

제1 케이싱(111a)은 몸체(113)와 커버 글래스(118)을 구비한다. 몸체(113)는 일측이 개방된 직육면체 형태로 형성된다. 커버 글래스(118)는 몸체(113)의 개방된 일측(도 1의 우측)을 밀폐하도록 개구(116)을 구비하는 커버 고정부(115)에 의해 몸체(113)의 개방된 일측에 고정된다.

커버 고정부(115)의 개구(116)는 제1 편광 LED 모듈(110)에서 출사되는 광 빔의 손실을 방지하기 위해 후술하는 편광변환부(150)의 투과형 액정패널(151)의 입사면과 동일한 형상, 예컨대, 4:3 또는 16:9의 직사각형 형상으로 형성된다.

제1 광원(120a)은 제1 케이싱(111a)의 몸체(113) 내에서 몸체(113)의 밀폐된 타측(도 1의 좌측)에 배치되고, 제1 파장영역의 광, 즉, 녹색광을 출사한다.

본 실시 예에서, 제1 광원(120a)은 적어도 한 개의 녹색 발광 다이오드(Light emitting diode: LED)를 구비하는 LED 칩(chip)으로 구현될 수 있다.

제1 콜리메이트 렌즈(121a)는 제1 케이싱(111a)의 몸체(113) 내에서 제1 광원(120a)과 제1 파장판(127a) 사이에 배치된다. 제1 콜리메이트 렌즈(121a)는 광축(OX)에 직각으로 배치되어 제1 광원(120a)으로부터 입사되는 녹색광을 평행광으로 변환하여 출사한다.

제1 반사형 편광부(123a)는 제1 케이싱(111a)의 몸체(113) 내에서 커버 글래스(118)와 제1 파장판(127a) 사이에 배치된 반사형 편광판(124)으로 구성된다. 반사형 편광판(124)은 광축(OX)에 직각으로 배치되어, 제1 콜리메이트 렌즈(121a)로부터 입사되는 평행광 중에 포함된 제1 진동방향의 편광광, 예컨대, p 편광광(P)을 투과하여 제1 케이싱(111a) 외부의 조명방향(LD)으로 유도하고 다른 제2 진동방향의 편광광, 예컨대, s 편광광(S)을 반사하여 제1 광원(120a) 쪽으로 유도한다.

본 실시 예에서, 반사형 편광판(124)은 광학적으로 투명한 유리부재로 이루어지는 기판상에 금속, 예컨대, 알루미늄으로 구성되는 와이어를 격자 형상으로 설치한 와이어 그리드형 편광판(Wire grid type polarization plate)으로 구현될 수 있다. 와이어 그리드형 편광판은 진동방향이 와이어에 수직인 편광광을 투과하고, 진동방향이 와이어에 평행한 편광광을 반사한다. 본 실시 예에서, 와이어 그리드형 편광판은 제1 진동방향의 편광광, 예컨대, p 편광광(P)을 투과하도록 p 편광광(P)의 진동방향에 대해 와이어가 수직이 되도록 설치되도록 형성된다.

제1 반사부(125a)는 제1 케이싱(111a)의 몸체(113) 내에서 몸체(113)의 밀폐된 타측과 제1 광원(120a) 사이에 배치되고, 제1 반사형 편광부(123a)에서 반사되어 제1 광원(120a) 쪽으로 진행하는 광빔을 제1 반사형 편광부(123a) 쪽으로 반사한다. 제1 반사부(125a)는 제1 광원(120a)의 녹색 발광 다이오드 칩에 전원을 공급하기 위한 리드 프레임 등을 가지는 반사 기판으로 구현될 수 있다.

제1 파장판(127a)은 제1 콜리메이트 렌즈(121a)와 제1 반사형 편광부(123a) 사이에서 제1 반사형 편광부(123a)의 제1 광원(120a) 쪽 면에 광학적 투명 접착제로 부착된다. 제1 파장판(127a)은 제1 광원(120a)에서 출사되어 1차 투과한 광빔 중에서 제1 반사형 편광부(123a)에 의해 2차 투과하여 제1 광원(120a) 쪽으로 반사된 s편광광(S)이 제1 반사부(125a)에 의해 반사되어 다시 3차 투과할 때 s 편광광(S)을 p 편광광(P)으로 변환한다. 따라서, 광빔의 흡수, 손실을 고려하지 않으면, 제1 파장판(127a)에 의해 반복 반사되는 광빔은 최종적으로는 모두 p 편광광(P)이 되어 제1 반사형 편광판(124) 쪽으로 출사된다. 따라서, 광 이용 효율이 극대화된다.

이러한 제1 파장판(127a)은 A/4 파장판으로 구현될 수 있다.

이와 같이, 제1 편광 LED 모듈(110a)은 제1 광원(120a)에서 출사된 광빔에 포함된 p 편광광(P) 뿐 아니라 s 편광광(P)를 p 편광광으로 변환하여 출사하므로 제1 광원(120a)로부터의 광빔을 고효율로 이용할 수 있다.

또한, 제1 편광 LED 모듈(110a)은 제1 광원(120a), 제1 콜리메이트 렌즈(121a), 제1 반사형 편광부(123a), 제1 반사부(125a), 제1 파장판(127a) 등을 제1 케이싱(111a) 내에 일체화하여 구성함으로써 조명장치(100)의 크기를 줄이고 구조를 간소화할 수 있게 한다.

제2 편광 LED 모듈(100b)은 제1 파장영역의 제2 진동방향의 편광광, 예컨대, 녹색광(Green light)의 s 편광광(S)을 형성한다. 이를 위해, 제2 편광 LED 모듈(110b)은 제2 케이싱(111b)과, 제2 광원(120b)과, 제2 콜리메이트 렌즈(121b)와, 제2 반사형 편광부(123b)와, 제2 반사부(125b)와, 제2 파장판(127b)을 포함한다.

제2 편광 LED 모듈(100b)은 제2 콜리메이트 렌즈(121b)가 제2 진동방향의 편광광, 즉, s 편광광(S)을 투과하여 제2 케이싱(111b) 외부의 조명방향(LD)으로 유도하고 제1 진동방향의 편광광, 즉, p 편광광(P)을 반사하여 제2 광원(120b) 쪽으로 유도하도록 형성되는 점과, 제2 파장판(127b)이 p 편광광(P)을 s 편광광(S)으로 변환하는 점을 제외하고는 제1 편광 LED 모듈(100a)과 동일하다.

제1 편광 LED 모듈(100a)의 제1 광원(120a)과 제2 편광 LED 모듈(100b)의 제2 광원(120b)은 조명 방향(LD)으로부터 조명장치(100)를 보았을 때 광학적으로 등가의 위치가 되도록 배치된다.

또한, 제1 편광 LED 모듈(100a)의 제1 광원(120a)과 제2 편광 LED 모듈(100b)의 제2 광원(120b)는 소정 주기로 교대로 구동될 수 있다.

편광광 합성부(140)는 제1 편광 LED 모듈(110a)에서 입사된 p 편광광(P)을 투과하고 제2 편광 LED 모듈(110b)에서 입사된 s 편광광(S)을 반사함으로써 p 편광광(P)과 s 편광광(S)을 합성하여 조명방향(LD)으로 유도한다. 따라서, 편광광 합성부(140)는 에텐듀의 증가 없이 제1 및 제2 편광 LED 모듈(110a)으로부터의 광빔을 동일한 조명방향(LD)의 광로로 유도할 수 있다.

본 실시 예에서, 편광광 합성부(140)는 편광면(141)이 광축(OX)에 대해 약 45°로 형성된 편광 빔 스플리터로 구현될 수 있다. 편광면(141)은 p 편광광을 투과하고, s 편광광을 반사한다. 따라서, 제1 편광 LED 모듈(110a)로부터 입사된 p 편광광(P)은 편광광 합성부(140)을 투과하여 조명 방향(IL)으로 출사된다. 또한, 제2 편광 LED 모듈(110b)로부터 입사된 s 편광광(S)은 편광광 합성부(140)에 의해 반사되어 조명방향(LD)으로 출사된다.

선택적으로, 편광광 합성부(140)는 편광 빔 스플리터 대신 금속제, 예컨대, 알루미늄제의 편광판과 같은 반사형 편광판으로 구현될 수도 있다.

녹색광 편광변환부(150)는 편광광 합성부(140)에서 입사되는 p 편광광과 s 편광광을 입력신호에 따라 변조하여 출사한다. 본 실시 예에서, 녹색광 편광변환부(150)는 투과형 액정 패널(151)로 구현될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 조명장치(100)는 편광광 합성부(140)가 제1 및 제2 편광 LED 모듈(110a)으로부터의 광빔을 동일한 조명방향(LD)의 광로로 유도함으로써 에텐듀의 증가 없이 광량을 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 조명장치(100)는 제1 및 제2 편광 LED 모듈(110a, 110b)이 각각 제1 및 제2 광원(120a, 120b), 제1 및 제2 콜리메이트 렌즈(121a, 121b), 제1 및 제2 반사형 편광부(123a, 123b), 제1 및 제2 반사부(125a, 125b), 제1 및 제2 파장판(127a, 127b) 등을 제1 및 제2 케이싱(111a, 111b) 내에 일체화하여 구성함으로써 장치의 크기가 감소되고 구조가 간소화될 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 조명장치(100)는 제1 및 제2 반사형 편광부(123a, 123b)는 커버 글래스(118)와 제1 파장판(127a) 사이에 배치된 반사형 편광판(124)으로 구성된 것으로 예시 및 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 조명장치(100)의 제1 및 제2 반사형 편광부(123a', 123b')는 각각 적어도 하나의 반사형 편광판(163)과, 적어도 하나의 미러(165)를 포함할 수 있다.

적어도 하나의 반사형 편광판(163)은 광축(OX)에 대해 약 45도 각도로 배치된다. 적어도 하나의 반사형 편광판(163)은 제1 또는 제2 콜리메이트 렌즈(121a, 또는 121b)로부터 제1 또는 제2 파장판(127a, 또는 127b)을 1차 투과하여 입사되는 평행광 중에 포함된 p 편광광(P) 또는 s 편광광(S)을 투과하여 편광광 합성부(140)를 통해 조명방향(LD)으로 유도하고 s 편광광(S) 또는 p 편광광(P)을 반사하여 제1 또는 제2 광원(120a, 또는 120b) 쪽으로 유도한다.

적어도 하나의 미러(165)는 반사형 편광판(163)의 일측에서 광축(OX)과 평행하게 배치되고 반사형 편광판(163)에서 반사된 s 편광광 또는 p 편광광을 반사형 편광판(163)으로 다시 반사한다. 반사형 편광판(163)은 다시 입사된 s 편광광 또는 p 편광광은 반사형 편광판(163)에 의해 제1 또는 제2 파장판(127a, 또는 127b)을 2차 투과하면서 제1 또는 제2 광원(120a, 또는 120b)을 통해 제1 또는 제2 반사부(125a, 또는 125b) 쪽으로 반사된다. 제1 또는 제2 반사부(125a, 또는 125b)에 입사된 s 편광광 또는 p 편광광은 제1 또는 제2 반사부(125a, 또는 125b)에 의해 반사되면서 제1 또는 제2 파장판(127a, 또는 127b)을 3차 투과하여 p 편광광(P) 또는 s 편광광(S)으로 변환된다. 변환된 p 편광광(P) 또는 s 편광광(S)은 반사형 편광판(163)을 투과하여 편광광 합성부(140)를 통해 조명방향(LD)으로 투사된다.

또한, 본 발명에 따른 조명장치(100)는 제1 및 제2 편광 LED 모듈(110a, 110b)의 제1 및 제2 파장판(127a, 127b)이 각각 제1 및 제2 콜리메이트 렌즈(121a, 121b)와 제1 및 제2 반사형 편광부(123a, 123b) 사이에서 제1 및 제2 반사형 편광부(123a, 123b)의 제1 및 제2 광원(120a, 120a) 쪽 면에 부착된 것으로 예시 및 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 조명장치(100")의 제1 및 제2 파장판(127a', 127b')은 각각 제1 및 제2 광원(120a, 120b)과 제1 및 제2 콜리메이트 렌즈(121a, 121b) 사이에서 제1 및 제2 광원(120a, 120b)에 인접하게 배치될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 조명장치(100)는 제1 및 제2 편광 LED 모듈(110a, 110b)이 각각 제1 및 제2 콜리메이트 렌즈(121a, 121b)와 제1 및 제2 파장판(127a, 127b)을 모두 구비하는 것으로 예시 및 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 제1 및 제2 콜리메이트 렌즈(121a, 121b) 및/또는 제1 및 제2 파장판(127a, 127b)은 사용하지 않을 경우 편광변환 효율이 다소 저하되지만 설계에 따라 생략될 수도 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 조명장치(100)를 구비한 프로젝터(200)의 구성을 예시하는 개략도이다.

본 발명의 프로젝터(200)는 제1 조명장치(201R)와, 적색광용 공간 광변조부(260R)와, 제2 조명장치(100)와, 녹색광용 공간 광변조부(260G)와, 제3조명장치(201B)와, 청색광용 공간 광변조부(260B)와, 크로스 다이크로익 프리즘(270)와, 투사 렌즈(280)와, 스크린(290)을 포함한다.

제1 조명장치(201R)는 제1 색광인 적색광(Red light)을 공급하기 위한 것으로, 적색광 LED 모듈(210R)과, 적색광 편광변환부(250R)로 구성된다.

적색광 LED 모듈(210R)은 적색광 케이싱(211R)과, 적색 광원(220R)과, 적색광 콜레메이트 렌즈(221R)를 구비한다

적색광 케이싱(211R)은 몸체(213)와 커버 글래스(218)을 구비한다. 몸체(213)는 일측(도 4의 하측)이 개방된 직육면체 형태로 형성된다. 커버 글래스(218)는 몸체(213)의 개방된 일측을 밀폐하도록 개구(216)을 구비하는 커버 고정부(215)에 의해 몸체(213)의 개방된 일측에 고정된다.

커버 고정부(215)의 개구(216)는 적색광 LED 모듈(210R)에서 출사되는 광빔의 손실을 방지하기 위해 후술하는 적색광 편광변환부(250R)의 입사면과 동일한 형상, 예컨대, 4:3 또는 16:9의 직사각형 형상으로 형성된다.

적색 광원(220R)은 제2 파장영역의 광, 즉, 적색광을 출사한다. 본 실시 예에서, 적색 광원(220R)은 적어도 한 개의 적색 발광 다이오드를 구비하는 LED 칩으로 구현될 수 있다.

적색광 콜리메이트 렌즈(221R)는 적색광 케이싱(211R)의 몸체(213) 내에서 적색 광원(220R)과 커버 글래스(218) 사이에 배치된다. 적색광 콜리메이트 렌즈(221R)는 광축(OX)에 직각으로 배치되어 적색 광원(220R)으로부터 입사되는 적색광을 평행광으로 변환하여 출사한다.

적색광 편광변환부(250R)는 적색광 콜리메이트 렌즈(221R)로부터 입사되는 적색광을 특정한 진동 방향을 갖는 편광광, 예컨대, p 편광광으로 변환한다. 본 실시 예에서, 적색광 편광변환부(250R)는 투과형 액정 패널(251R)로 구현될 수 있다.

편광 변환된 적색광은 적색광용 공간 광변조 장치인 적색광용 공간 광변조부(260R)에 입사된다.

적색광용 공간 광변조부(260R)는 적색광을 화상신호에 따라 변조하는 투과형의 액정표시장치이다. 적색광용 공간 광변조부(260R)는, 액정 패널(265R)과 제1 편광판(266R)과, 제2 편광판(267R)을 구비한다.

제1 편광판(266R)은 p편광광으로 변환된 적색광을 투과시켜 액정 패널(265R)에 입사시킨다. 액정 패널(265R)은, p 편광광을 화상신호에 따라 변조하고, s 편광광으로 변환한다. 제 2편광판(267R)은 액정 패널(265R)에서 s 편광광으로 변환된 적색광을 출사한다.

이와 같이, 적색광용 공간 광변조부(260R)는 제1 조명장치(201R)로부터의 적색광을 변조한다. 적색광용 공간 광변조 장치(260R)에서 s 편광광으로 변환된 적색광은 크로스 다이크로익 프리즘(Cross dichroic prism)(270)에 입사한다.

제2 조명장치(100)는 제2 색광인 녹색광을 공급하기 위한 것으로, 도 1의 실시예에서 설명한 조명 장치(100)와 동일하다.

제2 조명장치(100)로부터 투사되는 녹색광은 녹색광 조명장치(100)의 편광 변환부(260G)에 의해 특정한 진동 방향을 갖는 편광광, 예컨대, s편광광으로 변환되어 제2색광용 공간 광변조 장치인 녹색광용 공간 광변조부(260G)에 입사한다.

녹색광용 공간 광변조부(260G)는 녹색광을 화상신호에 따라 변조하는 투과형 액정표시장치로써, 액정 패널(265G)과, 제1 편광판(266G)과, 제2 편광판(267G)을 구비한다.

제l 편광판(266G)은 s편광광으로 변환된 녹색광을 투과시켜 액정 패널(265G)에 입사시킨다. 액정 패널(265G)은 s 편광광을 화상신호에 따라 변조하고, p 편광광으로 변환한다. 제2 편광판(267G)은, 액정 패널(265G)에서 p편광광으로 변환된 녹색광을 투사한다.

이와 같이, 녹색광용 공간 광변조부(260G)는 제2 광원부(100)로부터의 녹색광을 변조한다. 녹색광용 공간 광변조부(260G)에서 p편광광으로 변환된 녹색광은, 크로스 다이크로익 프리즘(270)에 입사한다.

제3 조명장치(201B)는 제3 색광인 청색광(Blue lught)을 공급하기 위한 것으로, 청색광 LED 모듈(210B)과, 청색광 편광변환부(250B)로 구성된다.

청색광 LED 모듈(210B)은 청색광 케이싱(211B)과, 청색 광원(220B)과, 청색광 콜레메이트 렌즈(221B)를 구비한다

청색광 케이싱(211B)은 몸체(213)와 커버 글래스(218)을 구비한다. 몸체(213)는 일측(도 4의 상측)이 개방된 직육면체 형태로 형성된다. 커버 글래스(218)는 몸체(213)의 개방된 일측을 밀폐하도록 개구(216)을 구비하는 커버 고정부(215)에 의해 몸체(213)의 개방된 일측에 고정된다.

커버 고정부(215)의 개구(216)는 청색광 LED 모듈(210B)에서 출사되는 광빔의 손실을 방지하기 위해 후술하는 청색광 편광변환부(250B)의 입사면과 동일한 형상, 예컨대, 4:3 또는 16:9의 직사각형 형상으로 형성된다.

청색 광원(220B)은 제2 파장영역의 광, 즉, 적색광을 출사한다. 본 실시 예에서, 청색 광원(220B)은 적어도 한 개의 청색 발광 다이오드를 구비하는 LED 칩으로 구현될 수 있다.

청색광 콜리메이트 렌즈(221B)는 청색광 케이싱(211B)의 몸체(213) 내에서 적색 광원(220B)과 커버 글래스(218) 사이에 배치된다. 청색광 콜리메이트 렌즈(221B)는 광축(OX)에 직각으로 배치되어 청색 광원(220B)으로부터 입사되는 청색광을 평행광으로 변환하여 출사한다.

청색광 편광변환부(250B)는 청색광 콜리메이트 렌즈(221B)로부터 입사되는 적색광을 특정한 진동 방향을 갖는 편광광, 예컨대. p 편광광으로 변환한다. 본 실시 예에서, 청색광 편광변환부(250B)는 투과형 액정 패널(251B)로 구현될 수 있다.

편광 변환된 청색광은 청색광용 공간 광변조 장치인 청색광용 공간 광변조부(260B)에 입사된다.

청색광용 공간 광변조부(260B)는 청색광을 화상신호에 따라 변조하는 투과형의 액정표시장치로써, 액정 패널(265B)과 제1 편광판(266B)과, 제2 편광판(267B)을 구비한다.

제l 편광판(266B)은 p편광광으로 변환된 청색광을 투과시켜 액정 패널(265B)에 입사시킨다. 액정 패널(265B)은 p 편광광을 화상신호에 따라 변조하고, s 편광광으로 변환한다. 제2 편광판(267B)은, 액정 패널(265GB)에서 s 편광광으로 변환된 청색광을 투사한다.

이와 같이, 청색광용 공간 광변조부(260B)는 제3 조명장치(201B)로부터의 청색광을 변조한다. 청색광용 공간 광변조부(260B)에서 s 편광광으로 변환된 청색광은, 크로스 다이크로익 프리즘(270)에 입사한다.

크로스 다이크로익 프리즘(270)은 제1 및 제2 다이크로익 막(271, 273)을 구비한다. 제1 및 제2 다이크로익 막(271, 273)은, X자형으로 직교로 배치되어 있다. 제1 다이크로익 막(271)은 s 편광광인 적색광을 반사하고, p 편광광인 녹색광을 투과한다. 제2 다이크로익 막(273b)은 s 편광광인 청색광을 반사하고, p 편광광인 녹색광을 투과한다. 이와 같이, 크로스 다이크로익 프리즘(270)은 적색광용 공간 광변조부(260R)와, 녹색광용 공간 광변조부(260G)와, 청색광용 공간 광변조부(260B)에 의해 각각 변조된 적색광, 녹색광 및 청색광을 합성한다.

투사 렌즈(280)는 크로스 다이크로익 프리즘(270)에서 합성된 광을 스크린(290)에 투사한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 프로젝터(200)에 따르면, 광 이용 효율을 증가시켜 고휘도의 광을 공급하는 제2 조명장치(100)를 사용하므로, 밝은 고품질의 양호한 투사 화상을 얻을 수 있다.

특히, 적색광과 녹색광과 청색광을 투사하여 전체적으로 백색의 투사 화상을 얻기 위해서는 녹색광의 광빔량을 전체의 광빔량에 대하여 60% 내지 80%정도로 높이는 것이 필요하다. 이를 위해, 본 발명의 프로젝터(200)는 제2 조명장치(100)의 광원(120a, 120b)을 제1 조명장치(201R)의 적색 광원(220R)이나 제3 조명장치(201B)의 청색 광원(220B) 보다 하나 더 많도록 구성하고, 소정주기로 교대로 구동한다. 그 결과, 제2 조명장치(100)의 녹색광의 광빔량은 제1 조명장치(201R)의 적색광이나 제3 조명장치(201B)의 청색광의 광 빔량 보다 크게 할 수 있다.

또한, 제2 조명 장치(100)은 편광광 합성부(140)가 제1 및 제2 광원(120a, 120b)으로부터의 광 빔을 합성하여 동일한 조명방향(LD)의 광로로 유도하므로, 녹색광에 관해 에텐듀를 증가시키지 않고도 고휘도의 조명광을 얻을 수 있다. 이 결과, 양호한 투사 화상을 얻을 수 있다.

또한, 제2 조명 장치(100)은 제1 및 제2 편광 LED 모듈(110a, 110b)이 각각 제1 및 제2 광원(120a, 120b), 제1 및 제2 콜리메이트 렌즈(121a, 121b), 제1 및 제2 반사형 편광부(123a, 123b), 제1 및 제2 반사부(125a, 125b), 제1 및 제2 파장판(127a, 127b) 등을 제1 및 제2 케이싱(111a, 111b) 내에 일체화하여 구성함으로써 장치의 크기가 감소되고 구조가 간소화될 수 있다.

이상과 같이 예시된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100,100', 100", 201B, 201R: 조명장치 110a, 110b: 편광 LED 모듈
111a, 111b: 케이싱 120a, 120b: 광원
121a, 121b: 콜리메이트 렌즈 123a, 123b: 반사형 편광부
124, 163: 반사형 편광판 125a, 125b: 반사부
127a, 127b: 파장판 110b: 제2 편광 LED 모듈 140: 편광광 합성부 150, 250R, 250B: 편광변환부
165: 미러 200: 프로젝터
260R, 260G, 260B: 공간 광변조부 280: 투사 렌즈

Claims

일측에 개구를 구비한 케이싱과;
상기 케이싱 내에 배치되고, 광을 발생하는 광원과;
상기 케이싱 내에 배치되고, 상기 광원에서 발생된 광 중에 포함된 제1 편광광을 투과하여 상기 케이싱의 개구를 통해 외부의 편광변환부로 유도하고 제2 편광광을 반사하여 상기 광원 쪽으로 유도하는 반사형 편광부와;
상기 케이싱 내에서 상기 광원에 배치되고, 상기 반사형 편광부에서 반사되어 상기 광원 쪽으로 진행하는 광을 상기 반사형 편광부 쪽으로 반사하는 반사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 LED 모듈.
제1항에 있어서,
상기 케이싱의 개구는 상기 외부의 편광변환부의 입사면과 동일한 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 편광 LED 모듈.
제1항에 있어서,
상기 반사형 편광부는 상기 제2 편광광을 상기 광원 쪽으로 반사하도록 광축에 대해 직각으로 배치된 반사형 편광판을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 LED 모듈.
제1항에 있어서,
상기 반사형 편광부는,
상기 제2 편광광을 상기 광원 쪽과 다른 방향으로 반사하도록 광축에 대해 45도 각도로 배치된 적어도 하나의 반사형 편광판과;
상기 반사형 편광판의 일측에서 상기 광축에 평행하게 배치되고 상기 반사형 편광판에서 반사된 제2 편광광을 상기 반사형 편광판으로 다시 반사하는 적어도 하나의 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 LED 모듈.
제1항에 있어서,
상기 반사형 편광부와 상기 반사부 사이에 배치되고, 상기 반사형 편광부에서 반사된 제2 편광광이 2회 이상 반복적으로 통과할 때 상기 제2 편광광을 제1 편광광으로 변환하는 파장판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 LED 모듈.
제5항에 있어서,
상기 파장판은 상기 광원과 상기 반사형 편광부 사이에서 상기 광원에 인접하게 배치된 것을 특징으로 하는 편광 LED 모듈.
제5항에 있어서,
상기 파장판은 상기 광원과 상기 반사형 편광부 사이에서 상기 반사형 편광부에 배치된 것을 특징으로 하는 편광 LED 모듈.
제5항에 있어서,
상기 파장판은 λ/4 파장판을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 LED 모듈.
제1항에 있어서,
상기 반사형 편광부와 상기 광원 사이에 배치되고 상기 광원에서 발생된 광을 평형광으로 만들어 주는 콜리메이터 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 LED 모듈.
광을 발생하고, 상기 발생된 광 중에 포함된 제1 편광광과 제2 편광광을 각각 상기 제1 편광광과 제2 편광광 중의 하나와 상기 제1 편광광과 제2 편광광의 다른 하나로 변환하는 각각 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 따른 제1 및 제2 편광 LED 모듈을 포함하는 적어도 두 개의 편광 LED 모듈과;
상기 제1 편광 LED 모듈에서 변환된 상기 제1 편광광과 제2 편광광 중의 하나를 투과하고 상기 제2 편광 LED 모듈에서 발생된 상기 제1 편광광과 제2 편광광의 다른 하나를 반사하여 상기 제1 편광광과 제2 편광광을 동일한 조명방향의 광로로 유도하는 편광광 합성부와;
상기 동일한 조명방향의 광로로 유도되는 제1 편광광과 제2 편광광을 상기 제1 편광광 또는 제2 편광광으로 변환하는 편광변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제10항에 있어서,
상기 편광광 합성부는 상기 제1 편광광을 투과하고 상기 제2 편광광을 반사하는 편광면을 구비하는 편광 빔 스플리터와 반사형 편광판 중의 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
제10항에 있어서,
상기 편광변환부는 투과형 액정 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
발생된 광 중에 포함된 제1 편광광과 제2 편광광으로부터 제1 편광광 또는 제2 편광광으로 변환된 조명광을 공급하는 제10항에 따른 적어도 하나의 조명장치와;
상기 적어도 하나의 조명 장치로부터의 조명광을 화상신호에 따라 변조하는 공간 광변조부와;
상기 변조된 광을 투사하는 투사렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.