WO2018043994A1 - 프로젝터 및 프로젝터용 발광 모듈 - Google Patents

프로젝터 및 프로젝터용 발광 모듈 Download PDF

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Seoul Semiconductor Co Ltd
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    • H05K2201/10106—Light emitting diode [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a projector and a light emitting module for a projector, and more particularly, to a projector and a light emitting module for a projector using a light emitting module including a light emitting diode as a light source of the projector.
  • Projectors are often used as image projection apparatuses for projecting images such as computers, laptops, and the like, and video images onto the screen.
  • the projector collects the light emitted from the light source on a digital micro-mirror device (DMD) to display a color image on the screen.
  • DMD digital micro-mirror device
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a conventional projector.
  • This conventional projector 1 has a lamp 2, a reflector 3, a condenser lens 4, a mirror 5, a total reflection prism 6 (TIR prism, total internal reflection), as shown in FIG. It includes a color prism 7 (dichroic prism), a projection lens 8 and the first to third digital mirrors (D1, D2, D3, DMD, digital micro-mirror device).
  • the conventional projector 1 as described above is mainly used in a large projector installed in a theater or the like, and the lamp 2 is located in the reflector 3 so that the light emitted from the lamp 2 is reflected by the reflector 3 and emitted. It has a structure.
  • the lamp 2 may be a high output lamp such as a xenon lamp.
  • the light emitted from the lamp 2 condenses the light through the condenser lens 4 and converts the light into the RGB component light through the total reflection prism 6 and the color prism 7.
  • the light of the RGB component is projected onto the first to third digital mirrors D1, D2, D3, respectively, and projects the projected image through the projection lens 8 through the total reflection prism 6 onto the screen.
  • the optical design is complicated because a design considering the etendue, which is the product of the cross-sectional area of the luminous flux emitted from the light source and the light distribution solid angle, and the etendue in the optical system are complicated. There is a problem. In particular, the design of the condenser lens can be complicated.
  • An object of the present invention is to provide a projector and a light emitting module for a projector having a simple optical design while using a light emitting diode as a light source.
  • Another object of the present invention is to provide a projector and a light emitting module for a projector which can remove a condenser lens.
  • the housing has a longitudinal direction, the groove is formed in the upper;
  • a light emitting unit disposed in a groove of the housing and including a plurality of light emitting diode chips;
  • a lens disposed above the light emitting part, and an inner surface of the groove formed in the housing may be a curved surface having a predetermined curvature in the length direction.
  • the center of the inner surface may be deeper than both sides of the inner surface, the light emitting portion may be disposed along the curvature of the inner surface of the groove.
  • the substrate on which the light emitting unit is mounted, wherein the substrate may be disposed along the curvature of the inner surface of the groove, and the substrate may be flexible.
  • the substrate may include a terminal unit to which an external power source is connected at one side.
  • the inner surface curvature R1 of the groove may be determined by Equation 1 below.
  • R1 is the curvature of the inner surface of the groove
  • r is the distance from the projection surface to which the light emitted from the light emitting portion is concentrated
  • x is the width of the projection surface
  • the upper surface of the lens may be a curved surface having a predetermined curvature in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the housing.
  • the focal length F of the lens may be determined by Equation 2 below.
  • F is a focal length
  • r is a distance from the projection surface where the light emitted from the light emitting portion is collected to the light emitting portion
  • y is the width of the projection surface
  • the image surface curvature R2 of the lens may be determined by Equation 3 below.
  • R2 is the image surface curvature of the lens
  • N is the refractive index of the lens
  • F is the focal length of the lens.
  • a light emitting module including a housing, a light emitting unit including a plurality of light emitting diode chips and a lens; A mirror in which the light emitted from the light emitting module is collected and reflects the collected light; A total reflection prism for total reflection of the light reflected from the mirror; A color prism that decomposes the light totally reflected by the total reflection prism into red light, green light, and blue light; First to third digital mirrors reflecting the red, green, and blue light decomposed by the color prism toward the color prism; And a projection lens for projecting the light reflected from the first to third digital mirrors to the outside, wherein the housing is formed with a groove in which the light emitting part is disposed, and an inner side surface of the groove is predetermined in the longitudinal direction of the housing. It may be a curved surface having a curvature of.
  • the center of the inner surface may be deeper than both sides of the inner surface.
  • the light emitting module may further include a substrate on which the light emitting unit is mounted, the substrate may be disposed along the curvature of the inner surface of the groove, and the substrate may include a terminal unit to which an external power source is connected to one side. .
  • the inner surface curvature R1 of the groove may be determined by Equation 1 below.
  • R1 is the inner surface curvature of the groove
  • r is the distance from the light emitting portion to the mirror
  • x is the width of the light focused on the mirror.
  • the upper surface of the lens may be a curved surface having a predetermined curvature in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the housing.
  • the focal length F of the lens may be determined by Equation 2 below.
  • F is a focal length
  • r is a distance from the light emitting part to the mirror
  • y is a width of light focused on the mirror.
  • the image surface curvature R2 of the lens may be determined by Equation 3 below.
  • R2 is the image surface curvature of the lens
  • N is the refractive index of the lens
  • F is the focal length of the lens.
  • the light emitting module can be used without a separate condenser lens.
  • the light emitting module can emit light to condense the X-axis and the Y-axis independently, so that light can be sent to the digital mirror without a condenser lens.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a conventional projector.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a projector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a light emitting module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view illustrating a light emitting module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view for explaining an arrangement of a light emitting diode chip of a light emitting module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view for explaining a light emitting diode chip of the light emitting module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view for explaining a radiation pattern of light emitted in the X-axis direction in the light emitting module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view for explaining a radiation pattern of light emitted in the Y-axis direction in the light emitting module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a projector according to an embodiment of the present invention.
  • the projector 100 includes a light emitting module 110, a mirror 120, a total reflection prism 130, a total internal reflection prism, a color prism 140, and a dichroic prism 140. And a projection lens 150 and first to third digital mirrors D1, D2, D3, DMD, and digital micro-mirror devices.
  • Light emitted from the light emitting module 110 is focused on a predetermined area of the mirror 120.
  • the light focused on the mirror 120 is reflected and spectroscopically reflected into the red, green, and blue light components through the total reflection prism 130 and the color prism 140.
  • the spectroscopic light is projected onto the first to third digital mirrors D1, D2, and D3.
  • red light may be projected onto the first digital mirror D1, green light may be transparent to the second digital mirror D2, and blue light may be projected onto the third digital mirror D3.
  • the images projected from the first to third digital mirrors D1, D2, and D3 are reflected back to the total reflection prism 130 so as to be projected onto the screen through the projection lens 150.
  • the light emitted from the light emitting module 110 may be focused and emitted from the light emitting module 110. Accordingly, it can be applied to the existing projector 100 without any design change.
  • the light emitting module 110 according to the present embodiment will be described in more detail.
  • FIG 3 is a perspective view showing a light emitting module according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is an exploded perspective view showing a light emitting module according to an embodiment of the present invention.
  • the light emitting module 110 includes a housing 111, a substrate 113, a light emitting unit 115, a cover 117, and an optical lens 119. optical lens).
  • the housing 111 is provided to support the light emitting unit 115, and a pair of outer coupling holes 12 may be formed on both outer sides thereof.
  • the outer coupling hole 12 may be formed with a hole to couple the housing 111 to an external device through a bolt or the like, and a step may be formed.
  • the housing 111 has a predetermined length, and the light emitting groove 14 is formed in the longitudinal direction of the housing 111 at an upper portion thereof.
  • the light emitting groove 14 may be formed such that an inner surface thereof has a curved surface having a predetermined curvature in the longitudinal direction of the housing 111. That is, both ends of the light emitting groove 14 in the longitudinal direction of the housing 111 may be located on the same plane as the upper surface of the housing 111, and the light emitting groove 14 may have a shape in which the depth of the light emitting groove 14 becomes deeper.
  • terminal groove 16 may be formed at one side of the light emitting groove 14.
  • the terminal groove 16 may have a terminal portion 113a of the substrate 113 inserted therein and extend in one direction from the light emitting groove 14.
  • the housing 111 may be provided with a plurality of coupling grooves for coupling the substrate 113 and the cover 117 with bolts or the like.
  • the substrate 113 may have a shape corresponding to the shape of the light emitting groove 14 so that the light emitting unit 115 is mounted on the substrate 113 to be in close contact with the inner surface of the light emitting groove 14.
  • the substrate 113 may be deformed into a shape corresponding to the shape of the light emitting groove 14 by using the flexible substrate 113. That is, the substrate 113 may be in close contact with the inner surface of the light emitting groove 14 and may be disposed along the curvature of the inner surface.
  • the substrate 113 may have a rectangular shape to be inserted into the light emitting groove 14, and the terminal portion 113a may be formed at one side thereof.
  • the terminal unit 113a is provided to connect an external power source, and the power supplied through the terminal unit 113a may be supplied to the light emitting unit 115.
  • a plurality of conductive patterns may be formed on the upper surface of the substrate 113.
  • the light emitting unit 115 may include a plurality of light emitting devices, and may be mounted on the substrate 113, respectively. In the present exemplary embodiment, 90 light emitting elements included in the light emitting unit 115 will be described. However, the number of light emitting elements may be changed as necessary. The plurality of light emitting devices may be connected in series connection or in parallel connection, respectively. Details of the light emitting unit 115 according to the present embodiment will be described later.
  • the cover 117 may be made of an opaque material that does not transmit light, but is not limited thereto.
  • the optical lens 119 may be inserted into a hole formed between the pair of covers 117, may transmit light emitted from the light emitting unit 115, and may collect a portion of the light.
  • the optical lens 119 may be a curved surface having a predetermined length in the same direction (X-axis direction) as the longitudinal direction of the housing 111 and having an upper curvature.
  • the image plane of the optical lens 119 has a curvature based on the cross section in the Y-axis direction, and does not appear in the cross section in the X-axis direction.
  • the light emitted from the light emitting unit 115 may not be refracted in the X-axis direction but may be refracted only in the Y-axis direction and emitted to the outside.
  • the protrusion may be formed in the outward direction on the side of the optical lens 119.
  • the protrusion may be fitted into a groove formed in the side of the hole formed in the cover 117. Accordingly, the optical lens 119 may be fixed by the pair of covers 117.
  • FIG 5 is a view for explaining the arrangement of the light emitting diode chip 23 of the light emitting module according to an embodiment of the present invention
  • Figure 6 is a light emitting diode chip 23 of the light emitting module according to an embodiment of the present invention It is a figure for demonstrating.
  • the light emitting unit 115 may include a plurality of light emitting devices including the light emitting diode chip 23, and as illustrated in FIG. 5, a plurality of light emitting devices may be electrically connected.
  • 18 light emitting devices may be connected in series, and 18 light emitting device groups connected in series may be configured in parallel with 5 light emitting devices.
  • the light emitting unit 115 may include a total of 90 light emitting devices.
  • the number and the serial-to-parallel connection structure of the light emitting devices included in the light emitting unit 115 may be changed as necessary.
  • each of the plurality of light emitting devices includes a support substrate 21, a light emitting diode chip 23, a reflector 25, a phosphor in glass (PIG) 27, a heat radiation pad 29, and an electrode pad.
  • the light emitting diode chip 23 is mounted on the support substrate 21, and the reflector 25 is disposed to surround the side surface of the light emitting diode chip 23.
  • the PIG 27 may be disposed on the LED chip 23.
  • the heat dissipation pad 29 may be disposed under the support substrate 21 so as to correspond to the mounting position of the LED chip 23. Accordingly, heat generated from the light emitting diode chip 23 may be quickly released to the substrate 113 through the heat radiation pad 29 coupled to the support substrate 21.
  • Light emitted from the LED chip 23 may be wavelength-converted through the PIG 27 and emitted upward.
  • the light emitted from the light emitting diode chip 23 may be blue light or ultraviolet light, and the light emitted to the outside through the PIG 27 may be white light.
  • light emitted from the LED chip 23 may be reflected from the reflector 25 to the PIG 27 side.
  • the heat dissipation part 113b may protrude from the top surface of the substrate 113 to be in thermal contact with the heat dissipation pad 29. Accordingly, heat generated from the LED chip 23 may be easily transferred to the substrate 113 through the heat dissipation pad 29 and the heat dissipation part 113b. In addition, power supplied from the substrate 113 through the electrode pad may be supplied to the LED chip 23.
  • FIG. 7 is a view for explaining a radiation pattern of light emitted in the X-axis direction in the light emitting module according to an embodiment of the present invention.
  • light emitted from the light emitting device may be focused at a predetermined position.
  • the plurality of light emitting devices mounted on the substrate 113 may be disposed according to the curvature of the inner side of the light emitting groove 14 of the housing 111, and the light emitted from each light emitting device may be collected at a predetermined position (projection surface).
  • the curvature R1 of the light emitting groove 14 of the housing 111 is represented by Equation 1 using the distance r from the light emitting element to the projection surface and the width x in the X-axis direction of the projection surface. Can be expressed as:
  • the light emitted from the light emitting device may be emitted as it is, without being refracted in the X-axis direction while passing through the optical lens 119. That is, in this embodiment, the light condensing in the X-axis direction of the light emitted from the light emitting device may depend on the shape of the light emitting groove 14 of the housing 111.
  • FIG. 8 is a view for explaining a radiation pattern of light emitted in the Y-axis direction in the light emitting module according to an embodiment of the present invention.
  • the optical lens 119 is provided on the plurality of light emitting devices to collect the light emitted in the Y-axis direction.
  • the optical lens 119 may collect light emitted from each light emitting device and emit the light to a predetermined position (projection surface).
  • the focal length F of the optical lens 119 is as shown in Equation 2, and the focal length F is the distance r from the light emitting element to the projection surface and the width y in the Y-axis direction of the projection surface.
  • the curvature R2 of the image of the optical lens 119 may be determined by Equation 3 below.
  • N is the refractive index of the optical lens 119.
  • housing 12 outer coupling hole
  • D1 first digital mirror
  • D2 second digital mirror

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Abstract

본 발명은 프로젝터 및 프로젝터용 발광 모듈에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈은, 길이 방향을 가지고, 상부에 홈이 형성된 하우징; 상기 하우징의 홈에 배치되며, 복수의 발광 다이오드 칩을 포함하는 발광부; 및 상기 발광부 상부에 배치된 렌즈를 포함하고, 상기 하우징에 형성된 홈의 내측면은 상기 길이 방향으로 소정의 곡률을 갖는 곡면일 수 있다. 본 발명에 의하면, 발광 모듈에서 집광된 광이 방출됨에 따라 별도의 콘덴서 렌즈를 사용하지 않을 수 있는 효과가 있다.

Description

프로젝터 및 프로젝터용 발광 모듈
본 발명은 프로젝터 및 프로젝터용 발광 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 프로젝터의 광원으로 발광 다이오드를 포함하는 발광 모듈이 이용된 프로젝터 및 프로젝터용 발광 모듈에 관한 것이다.
컴퓨터, 노트북 등의 화면이나 비디오 화상 등의 화상을 스크린에 투영하기 위한 화상 투영 장치로, 프로젝터가 많이 이용된다. 프로젝터는 광원에서 사출된 광을 DMD(digital micro-mirror device)에 집광시켜 스크린에 컬러 화상을 표시한다.
도 1은 종래의 프로젝터를 도시한 개략도이다.
이러한 종래의 프로젝터(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 램프(2), 반사기(3), 콘덴서 렌즈(4), 미러(5), 전반사 프리즘(6, TIR prism, total internal reflection), 컬러 프리즘(7, dichroic prism), 프로젝션 렌즈(8) 및 제1 내지 제3 디지털미러(D1, D2, D3, DMD, digital micro-mirror device)를 포함한다.
상기와 같은 종래의 프로젝터(1)는 통상 극장 등에 설치된 대형 프로젝터에 주로 사용되고 있으며, 반사기(3) 내에 램프(2)가 위치하여 램프(2)에서 방출된 광이 반사기(3)에 반사되어 방출되는 구조를 갖는다. 이때, 램프(2)는 제논(zenon) 램프 등의 고출력 램프가 이용될 수 있다. 그리고 램프(2)에서 방출된 광은 콘덴서 렌즈(4)를 통해 광을 집광시켜 전반사 프리즘(6)과 컬러 프리즘(7)을 통해 RGB 성분의 광으로 변환시킨다. RGB 성분의 광은 각각 제1 내지 제3 디지털미러(D1, D2, D3)로 투영되며, 투영된 이미지를 전반사 프리즘(6)을 통해 프로젝션 렌즈(8)를 통해 스크린에 투영한다.
상기와 같은 종래의 프로젝터에 광원으로 발광 다이오드를 적용하는 경우, 광원에서 방출된 광속의 단면적과 배광 입체각의 곱인 에텐듀(etendue) 및 광학 시스템에서의 에텐듀를 고려한 설계가 필요하여 광학 설계가 복잡해지는 문제가 있다. 특히, 콘덴서 렌즈의 설계가 복잡해질 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 발광 다이오드를 광원으로 이용하면서도 광학 설계가 단순한 프로젝터 및 프로젝터용 발광 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 콘덴서 렌즈를 제거할 수 있는 프로젝터 및 프로젝터용 발광 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈은, 길이 방향을 가지고, 상부에 홈이 형성된 하우징; 상기 하우징의 홈에 배치되며, 복수의 발광 다이오드 칩을 포함하는 발광부; 및 상기 발광부 상부에 배치된 렌즈를 포함하고, 상기 하우징에 형성된 홈의 내측면은 상기 길이 방향으로 소정의 곡률을 갖는 곡면일 수 있다.
이때, 상기 홈은 내측면의 중앙이 상기 내측면의 양측보다 깊을 수 있으며, 상기 발광부는 상기 홈 내측면의 곡률을 따라 배치될 수 있다.
그리고 상기 발광부가 실장된 기판을 더 포함하고, 상기 기판은 상기 홈 내측면의 곡률을 따라 배치될 수 있으며, 상기 기판은 가요성(flexible)일 수 있다. 또한, 상기 기판은 일 측에 외부 전원이 연결되는 단자부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 홈의 내측면 곡률(R1)은 하기 수학식 1에 의해 결정될 수 있다.
[수학식 1]
R1 ≒ r - (1/2)x
이때, 상기 R1은 상기 홈의 내측면 곡률이고, 상기 r은 상기 발광부에서 방출된 광이 집광되는 투영면에서 상기 발광부까지의 거리이며, 상기 x는 상기 투영면의 너비이다.
그리고 상기 렌즈의 상면은 상기 하우징의 길이 방향에 수직한 방향으로 소정의 곡률을 갖는 곡면일 수 있다.
여기서, 상기 렌즈의 초점 거리(F)는 하기 수학식 2에 의해 결정될 수 있다.
[수학식 2]
F = r - (1/2)y
이때, 상기 F는 초점 거리이고, 상기 r은 상기 발광부에서 방출된 광이 집광되는 투영면에서 상기 발광부까지의 거리이며, 상기 y는 상기 투영면의 너비이다.
또한, 상기 렌즈의 상면 곡률(R2)은 하기 수학식 3에 의해 결정될 수 있다.
[수학식 3]
R2 = (1/N)/F
이때, 상기 R2는 상기 렌즈의 상면 곡률이고, 상기 N은 상기 렌즈의 굴절률이며, 상기 F는 상기 렌즈의 초점 거리이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터는, 하우징, 복수의 발광 다이오드 칩을 포함하는 발광부 및 렌즈를 포함하는 발광 모듈; 상기 발광 모듈에서 방출된 광이 집광되고, 집광된 광을 반사하는 미러; 상기 미러에서 반사된 광을 전반사하는 전반사 프리즘; 상기 전반사 프리즘에서 전반사된 광을 적색광, 녹색광 및 청색광으로 분해하는 컬러 프리즘; 상기 컬러 프리즘에서 분해된 적색광, 녹색광 및 청색광 각각을 상기 컬러 프리즘 측으로 반사하는 제1 내지 제3 디지털미러; 및 상기 제1 내지 제3 디지털미러에서 반사된 광을 외부로 투사하는 프로젝션 렌즈를 포함하고, 상기 하우징은 상기 발광부가 배치되는 홈이 형성되며, 상기 홈의 내측면은 상기 하우징의 길이 방향으로 소정의 곡률을 갖는 곡면일 수 있다.
이때, 상기 홈은 내측면의 중앙이 상기 내측면의 양측보다 깊을 수 있다.
그리고 상기 발광 모듈은, 상기 발광부가 실장된 기판을 더 포함하고, 상기 기판은 상기 홈 내측면의 곡률을 따라 배치될 수 있으며, 상기 기판은 일 측에 외부 전원이 연결되는 단자부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 홈의 내측면 곡률(R1)은 하기 수학식 1에 의해 결정될 수 있다.
[수학식 1]
R1 ≒ r - (1/2)x
이때, 상기 R1은 상기 홈의 내측면 곡률이고, 상기 r은 상기 발광부에서 상기 미러까지의 거리이며, 상기 x는 상기 미러에 집광된 광의 너비이다.
그리고 상기 렌즈의 상면은 상기 하우징의 길이 방향에 수직한 방향으로 소정의 곡률을 갖는 곡면일 수 있다.
여기서, 상기 렌즈의 초점 거리(F)는 하기 수학식 2에 의해 결정될 수 있다.
[수학식 2]
F = r - (1/2)y
이때, 상기 F는 초점 거리이고, 상기 r은 상기 발광부에서 상기 미러까지의 거리이며, 상기 y는 상기 미러에 집광된 광의 너비이다.
그리고 상기 렌즈의 상면 곡률(R2)은 하기 수학식 3에 의해 결정될 수 있다.
[수학식 3]
R2 = (1/N)/F
이때, 상기 R2는 상기 렌즈의 상면 곡률이고, 상기 N은 상기 렌즈의 굴절률이며, 상기 F는 상기 렌즈의 초점 거리이다.
본 발명에 의하면, 발광 모듈로부터 집광된 광이 방출됨에 따라 별도의 콘덴서 렌즈 없이 발광 모듈을 사용할 수 있다.
또한, 디지털미러(DMD)를 이용한 프로젝터 등에 이용하더라도, 발광 모듈이 X축과 Y축을 독립적으로 집광하도록 광을 방출할 수 있으므로, 컨덴서 렌즈 없이 디지털미러로 광을 보낼 수 있다.
도 1은 종래의 프로젝터를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈을 도시한 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈의 발광 다이오드 칩의 배열을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈의 발광 다이오드 칩을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈에서 X축 방향으로 방출되는 광의 방사 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈에서 Y축 방향으로 방출되는 광의 방사 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터를 도시한 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터(100)는, 발광 모듈(110), 미러(120, mirror), 전반사 프리즘(130, TIR prism, total internal reflection prism), 컬러 프리즘(140, dichroic prism), 프로젝션 렌즈(150) 및 제1 내지 제3 디지털미러(D1, D2, D3, DMD, digital micro-mirror device)를 포함한다.
발광 모듈(110)에서 방출된 광은 미러(120)의 소정의 영역에 집속된다. 미러(120)에 집속된 광은 반사되어 전반사 프리즘(130)과 컬러 프리즘(140)을 통해 적색광, 녹색광 및 청색광 성분으로 분광된다. 분광된 광은 제1 내지 제3 디지털미러(D1, D2, D3)로 투영된다. 이때, 제1 디지털미러(D1)로 적색광이 투영되고, 제2 디지털미러(D2)로 녹색광이 투명되며, 제3 디지털미러(D3)로 청색광이 투영될 수 있다. 그리고 제1 내지 제3 디지털미러(D1, D2, D3)에서 투영된 이미지를 다시 전반사 프리즘(130)으로 반사하여 프로젝션 렌즈(150)를 통해 스크린에 투영되도록 한다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈(110)에서 방출된 광은 발광 모듈(110)에서 집광되어 방출될 수 있다. 그에 따라 기존의 프로젝터(100)에 별다른 설계 변경 없이 적용할 수 있다. 본 실시예에 따른 발광 모듈(110)에 대해 보다 자세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈을 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈을 도시한 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈(110)은, 하우징(111), 기판(113), 발광부(115), 커버(117) 및 옵틱 렌즈(119, optical lens)를 포함한다.
하우징(111)은 발광부(115)를 지지하기 위해 구비되며, 외측 양측에 각각 한 쌍의 외부 결합홀(12)이 형성될 수 있다. 외부 결합홀(12)은 하우징(111)을 외부 장치에 볼트 등을 통해 결합할 수 있게 홀이 형성되고, 단차가 형성될 수 있다.
또한, 하우징(111)은 도 4에 도시된 바와 같이, 소정의 길이를 가지며, 상부에 하우징(111)의 길이 방향으로 발광홈(14)이 형성된다. 발광홈(14)은 내측면이 하우징(111)의 길이 방향으로 소정의 곡률을 갖는 곡면을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 발광홈(14)은 하우징(111)의 길이 방향 양 끝단은 하우징(111)의 상면과 동일한 평면상에 위치할 수 있고, 중앙으로 갈수록 발광홈(14)의 깊이가 깊어지는 형상을 갖는다.
그리고 발광홈(14)의 일 측에 단자홈(16)이 형성될 수 있다. 단자홈(16)은 기판(113)의 단자부(113a)가 삽입되며, 발광홈(14)에서 일 측 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다.
여기서, 하우징(111)에는 기판(113) 및 커버(117)를 볼트 등으로 결합시키기 위한 복수의 결합홈이 구비될 수 있다.
기판(113)은 상부에 발광부(115)가 실장되고, 발광홈(14)의 내측면에 밀착되도록 발광홈(14)의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 또는, 기판(113)은 가요성(flexible) 기판(113)이 이용되어 발광홈(14)의 형상에 대응되는 형상으로 변형될 수 있다. 즉, 기판(113)은 발광홈(14)의 내측면에 밀착되어 내측면의 곡률을 따라 배치될 수 있다.
기판(113)은 발광홈(14)에 삽입되도록 직사각형 형상을 가질 수 있고, 일 측에 단자부(113a)가 형성될 수 있다. 단자부(113a)는 외부 전원이 연결되기 위해 구비되며, 단자부(113a)를 통해 공급된 전원이 발광부(115)에 공급될 수 있다. 이를 위해 기판(113)은 상면에 다수의 도전형 패턴이 형성될 수 있다.
발광부(115)는 복수의 발광소자를 포함하고, 기판(113)에 각각 실장될 수 있다. 본 실시예에서 발광부(115)에 포함된 복수의 발광소자는 90개가 이용된 것에 대해 설명하지만, 발광소자의 수는 필요에 따라 변경될 수 있다. 그리고 복수의 발광소자는 직렬연결 또는 병렬연결로 각각 연결될 수 있다. 본 실시예에 따른 발광부(115)에 대한 자세한 사항은 후술한다.
커버(117)는 기판(113)이 설치된 하우징(111)의 발광홈(14)을 덮도록 배치된다. 본 실시예에서 커버(117)는 두 개가 구비된 것을 도시하였지만, 하나의 커버(117)가 구비될 수 있다. 커버(117)는 볼트에 의해 하우징(111)에 결합될 수 있고, 발광부(115)에서 방출된 광이 외부로 조사될 수 있게 홀이 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 중앙에 홀이 형성된 한 쌍의 커버(117)가 발광홈(14)의 상부에 결합될 수 있다.
커버(117)는 광이 투과되지 않는 불투명한 소재로 제조될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
옵틱 렌즈(119)는 한 쌍의 커버(117) 사이에 형성된 홀에 끼워져 배치되고, 발광부(115)에서 방출된 광을 투과하며, 광의 일부를 집광시킬 수 있다. 본 실시예에서 옵틱 렌즈(119)는 하우징(111)의 길이 방향과 동일한 방향(X축 방향)으로 소정의 길이를 가지며, 상면이 곡률을 가지는 곡면일 수 있다. 옵틱 렌즈(119)의 상면은 Y축 방향으로의 단면을 기준으로 곡률을 가지며, X축 방향으로의 단면에서 나타나지 않는다.
즉, 발광부(115)에서 방출된 광이 옵틱 렌즈(119)를 투과할 때, X축 방향으로 굴절되지 않고, Y축 방향으로만 굴절되어 외부로 방출될 수 있다.
도면에는 상세히 도시하지 않았지만, 옵틱 렌즈(119)의 측면에 외측 방향으로 돌출부가 형성될 수 있다. 돌출부는 커버(117)에 형성된 홀의 측면에 형성된 홈에 끼워질 수 있다. 그에 따라 옵틱 렌즈(119)는 한 쌍의 커버(117)에 의해 고정될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈의 발광 다이오드 칩(23)의 배열을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈의 발광 다이오드 칩(23)을 설명하기 위한 도면이다.
발광부(115)는 발광 다이오드 칩(23)을 포함하는 복수의 발광소자를 포함할 수 있고, 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 발광소자가 전기적으로 연결된 구성을 가질 수 있다. 본 실시예에서 18개의 발광소자가 직렬로 연결되고, 직렬연결된 18개의 발광소자 그룹이 5개가 병렬연결되어 구성될 수 있다. 그에 따라 발광부(115)는 총 90개의 발광소자를 포함할 수 있다. 여기서, 발광부(115)에 포함된 발광소자의 개수 및 직병렬 연결구조는 필요에 따라 변경될 수 있다.
기판(113) 상에 복수의 발광소자는 도 6에 도시된 바와 같이, 각각 기판(113) 상에 결합될 수 있다. 이때, 복수의 발광소자는, 각각 지지기판(21), 발광 다이오드 칩(23), 리플렉터(25), PIG(27, phosphor in glass), 방열 패드(29) 및 전극 패드를 포함한다. 지지기판(21) 상에 발광 다이오드 칩(23)이 실장되고, 발광 다이오드 칩(23)의 측면을 둘러싸도록 리플렉터(25)가 배치된다. 그리고 발광 다이오드 칩(23)의 상부에 PIG(27)가 배치될 수 있다. 그리고 발광 다이오드 칩(23)이 실장된 위치에 대응되도록 지지기판(21)의 하부에 방열 패드(29)가 배치될 수 있다. 그에 따라 발광 다이오드 칩(23)에서 발생된 열이 지지기판(21)에 결합된 방열 패드(29)를 통해 기판(113) 측으로 빠르게 방출될 수 있다.
그리고 발광 다이오드 칩(23)에서 방출된 광은 PIG(27)를 통해 파장 변환되어 상부로 방출될 수 있다. 본 실시예에서 발광 다이오드 칩(23)에서 방출된 광은 청색광 또는 자외선일 수 있고, PIG(27)를 통해 외부로 방출되는 광은 백색광일 수 있다. 또한, 발광 다이오드 칩(23)에서 방출된 광은 리플렉터(25)에서 PIG(27) 측으로 반사될 수 있다.
그리고 기판(113)의 상면에는 방열 패드(29)와 열접촉할 수 있게 방열부(113b)가 돌출 형성될 수 있다. 그에 따라 발광 다이오드 칩(23)에서 발생된 열은 방열 패드(29)와 방열부(113b)를 통해 기판(113) 측으로 용이하게 전달될 수 있다. 그리고 전극 패드를 통해 기판(113)으로부터 공급된 전원이 발광 다이오드 칩(23)으로 공급될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈에서 X축 방향으로 방출되는 광의 방사 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈(110)은 발광소자에 방출된 광이 소정의 위치에 집광될 수 있다. 기판(113)에 실장된 복수의 발광소자들이 하우징(111) 발광홈(14)의 내측 곡률에 따라 배치되어 각 발광소자에서 방출된 광은 소정의 위치(투영면)에 집광될 수 있다.
이때, 본 실시예에서 하우징(111)의 발광홈(14)의 곡률(R1)은 발광소자에서 투영면까지의 거리(r)와 투영면의 X축 방향의 너비(x)를 이용하여 하기 수학식 1과 같이, 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
R1 ≒ r - (1/2)x
그리고 도 7에 도시된 바와 같이, 발광소자에서 방출된 광은 옵틱 렌즈(119)를 투과하면서 X축 방향으로 굴절되지 않고, 그대로 방출될 수 있다. 즉, 본 실시예에서 발광소자에서 방출된 광의 X축 방향으로의 집광은 하우징(111)의 발광홈(14)의 형상에 의존할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 모듈에서 Y축 방향으로 방출되는 광의 방사 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에서 복수의 발광소자는 Y축 방향으로 수평 방향에 동일한 위치에 배치됨에 따라 각 발광소자에서 방출된 광은 하우징(111)이 설치된 면에 수직 방향으로 방출된다. 그에 따라 Y축 방향으로 방출된 광을 집광하기 위해 복수의 발광소자 상부에 옵틱 렌즈(119)가 구비된다. 옵틱 렌즈(119)는 각 발광소자에서 방출된 광을 집광하여 소정의 위치(투영면)로 방출할 수 있다.
이때, 옵틱 렌즈(119)의 초점 거리(F)는 수학식 2에 도시된 바와 같으며, 초점 거리(F)는 발광소자에서 투영면까지의 거리(r)와 투영면의 Y축 방향의 너비(y)에 의해 결정될 수 있다.
[수학식 2]
F = r - (1/2)y
그리고 옵틱 렌즈(119)의 상면이 가지는 곡률(R2)은 수학식 3에 의해 결정될 수 있다.
[수학식 3]
R2 = (1/N)/F
여기서, N은 옵틱 렌즈(119)의 굴절률이다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이므로, 본 발명이 상기 실시예에만 국한되는 것으로 이해돼서는 안 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어야 할 것이다.
* 부호의 설명
100: 프로젝터
110: 발광 모듈
111: 하우징 12: 외부 결합홀
14: 발광홈 16: 단자홈
113: 기판 113a: 단자부
113b: 방열부
115: 발광부 21: 지지기판
23: 발광 다이오드 칩 25: 리플렉터
27: PIG 29: 방열 패드
117: 커버 119: 옵틱 렌즈
120: 미러 130: 전반사 프리즘
140: 컬러 프리즘 150: 프로젝션 렌즈
D1: 제1 디지털미러 D2: 제2 디지털미러
D3: 제3 디지털미러

Claims (18)

  1. 길이 방향을 가지고, 상부에 홈이 형성된 하우징;
    상기 하우징의 홈에 배치되며, 복수의 발광 다이오드 칩을 포함하는 발광부; 및
    상기 발광부 상부에 배치된 렌즈를 포함하고,
    상기 하우징에 형성된 홈의 내측면은 상기 길이 방향으로 소정의 곡률을 갖는 곡면인 발광 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 홈은 내측면의 중앙이 상기 내측면의 양측보다 깊은 발광 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광부는 상기 홈 내측면의 곡률을 따라 배치된 발광 모듈.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 발광부가 실장된 기판을 더 포함하고,
    상기 기판은 상기 홈 내측면의 곡률을 따라 배치된 발광 모듈.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 기판은 가요성(flexible)인 발광 모듈.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 기판은 일 측에 외부 전원이 연결되는 단자부를 포함하는 발광 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 홈의 내측면 곡률(R1)은 하기 수학식 1에 의해 결정되는 발광 모듈.
    [수학식 1]
    R1 ≒ r - (1/2)x
    이때, 상기 R1은 상기 홈의 내측면 곡률이고, 상기 r은 상기 발광부에서 방출된 광이 집광되는 투영면에서 상기 발광부까지의 거리이며, 상기 x는 상기 투영면의 너비임.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 렌즈의 상면은 상기 하우징의 길이 방향에 수직한 방향으로 소정의 곡률을 갖는 곡면인 발광 모듈.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 렌즈의 초점 거리(F)는 하기 수학식 2에 의해 결정되는 발광 모듈.
    [수학식 2]
    F = r - (1/2)y
    이때, 상기 F는 초점 거리이고, 상기 r은 상기 발광부에서 방출된 광이 집광되는 투영면에서 상기 발광부까지의 거리이며, 상기 y는 상기 투영면의 너비임.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 렌즈의 상면 곡률(R2)은 하기 수학식 3에 의해 결정되는 발광 모듈.
    [수학식 3]
    R2 = (1/N)/F
    이때, 상기 R2는 상기 렌즈의 상면 곡률이고, 상기 N은 상기 렌즈의 굴절률이며, 상기 F는 상기 렌즈의 초점 거리임.
  11. 하우징, 복수의 발광 다이오드 칩을 포함하는 발광부 및 렌즈를 포함하는 발광 모듈;
    상기 발광 모듈에서 방출된 광이 집광되고, 집광된 광을 반사하는 미러;
    상기 미러에서 반사된 광을 전반사하는 전반사 프리즘;
    상기 전반사 프리즘에서 전반사된 광을 적색광, 녹색광 및 청색광으로 분해하는 컬러 프리즘;
    상기 컬러 프리즘에서 분해된 적색광, 녹색광 및 청색광 각각을 상기 컬러 프리즘 측으로 반사하는 제1 내지 제3 디지털미러; 및
    상기 제1 내지 제3 디지털미러에서 반사된 광을 외부로 투사하는 프로젝션 렌즈를 포함하고,
    상기 하우징은 상기 발광부가 배치되는 홈이 형성되며,
    상기 홈의 내측면은 상기 하우징의 길이 방향으로 소정의 곡률을 갖는 곡면인 프로젝터.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 홈은 내측면의 중앙이 상기 내측면의 양측보다 깊은 프로젝터.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 발광 모듈은,
    상기 발광부가 실장된 기판을 더 포함하고,
    상기 기판은 상기 홈 내측면의 곡률을 따라 배치된 프로젝터.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 기판은 일 측에 외부 전원이 연결되는 단자부를 포함하는 프로젝터.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 홈의 내측면 곡률(R1)은 하기 수학식 1에 의해 결정되는 프로젝터.
    [수학식 1]
    R1 ≒ r - (1/2)x
    이때, 상기 R1은 상기 홈의 내측면 곡률이고, 상기 r은 상기 발광부에서 상기 미러까지의 거리이며, 상기 x는 상기 미러에 집광된 광의 너비임.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 렌즈의 상면은 상기 하우징의 길이 방향에 수직한 방향으로 소정의 곡률을 갖는 곡면인 프로젝터.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 렌즈의 초점 거리(F)는 하기 수학식 2에 의해 결정되는 프로젝터.
    [수학식 2]
    F = r - (1/2)y
    이때, 상기 F는 초점 거리이고, 상기 r은 상기 발광부에서 상기 미러까지의 거리이며, 상기 y는 상기 미러에 집광된 광의 너비임.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 렌즈의 상면 곡률(R2)은 하기 수학식 3에 의해 결정되는 프로젝터.
    [수학식 3]
    R2 = (1/N)/F
    이때, 상기 R2는 상기 렌즈의 상면 곡률이고, 상기 N은 상기 렌즈의 굴절률이며, 상기 F는 상기 렌즈의 초점 거리임.
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