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KR20180017995A - 프로젝터 - Google Patents

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KR20180017995A
KR20180017995A KR1020160102803A KR20160102803A KR20180017995A KR 20180017995 A KR20180017995 A KR 20180017995A KR 1020160102803 A KR1020160102803 A KR 1020160102803A KR 20160102803 A KR20160102803 A KR 20160102803A KR 20180017995 A KR20180017995 A KR 20180017995A
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lens
light source
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강신규
정준호
신희철
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엘지전자 주식회사
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Abstract

프로젝터가 개시된다. 본 발명의 프로젝터는, 형광휠, 상기 형광휠을 향해 광을 방출하는 적어도 하나의 제 1 광원, 및 상기 형광휠을 투과한 광을 균일화하는 플라이 아이 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 라이트 터널 대신 플라이 아이 렌즈를 사용하며, 투과 형광휠을 사용하여 투과하는 광과 반사하는 광의 렌즈구성을 나눌 필요가 없다. 이에 따라, 광학계의 개수가 줄어들어 프로젝터의 효율이 높으며 프로젝터의 사이즈 및 제조비용이 줄어들 수 있다.

Description

프로젝터{PROJECTOR}
본 발명은 프로젝터에 관한 것이다.
영상 또는 화면 데이터를 스크린에 투영하는 투영장치로 프로젝터가 많이사용되고 있다. 프로젝터는 광원으로부터 방출된 광을 패널에 집광하여 스크린 상에 표시할 수 있다.
또한, 최근에는 휴대용 기기에 저장된 영상 또는 화면을 외부에 투사하여 표시하는 초소형 프로젝터에 관한 기술 개발이 급속도로 이루어지고 있다.
이와 같은 프로젝터는 백색광을 방출하는 램프가 주로 사용되어 왔으나 최근에는 LED 광원이 사용되고 있다. 이는 광원 제조 기술이 발달하여 수명이 길며, 효율이 높아지고 소형화가 용이하기 때문이다. 그러나 LED 광원도 상대적으로 밝기가 낮다는 단점이 있다. 이에 따라, 최근의 프로젝터는 광원의 밝기가 높고 수명이 긴 레이저 다이오드를 이용한 프로젝터가 사용되고 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 광학계의 개수가 줄어들어 프로젝터의 효율이 높으며 프로젝터의 사이즈 및 제조비용이 줄어들 수 있는 프로젝터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 형광휠, 상기 형광휠을 향해 광을 방출하는 적어도 하나의 제 1 광원, 및 상기 형광휠을 투과한 광을 균일화하는 플라이 아이 렌즈를 포함하는 프로젝터를 제공할 수 있다.
상기 적어도 하나의 제 1 광원은 청색광을 방출하는 레이져 다이오드일 수 있다.
상기 플라이 아이 렌즈를 통과한 광의 비율을 변화하는 아나모픽 렌즈를더 포함할 수 있다.
상기 형광휠은 광이 투과되는 투과형일 수 있다.
상기 형광휠은 투과되는 광을 확산하는 확산영역과, 입사하는 광을 다른 파장의 광으로 변환시키는 방출영역을 포함할 수 있다.
상기 형광휠과 상기 플라이 아이 렌즈 사이에 위치한 다이크로익 미러, 및 상기 제 1 광원과 직교하는 방향에 위치하며, 상기 다이크로익 미러를 향해 광을 방출하는 적어도 하나의 제 2 광원을 더 포함할 수 있다.
상기 플라이 아이 렌즈를 통과한 광의 비율을 변화하는 아나모픽 렌즈를더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 제 2 광원은 적색광을 방출하는 발광 다이오드일 수 있다.
상기 다이크로익 미러는 적색광을 반사하며, 다른색상의 광은 투과할 수 있다.
본 발명에 따른 프로젝터의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 라이트 터널 대신 플라이 아이 렌즈를 사용하며, 투과 형광휠을 사용하여 투과하는 광과 반사하는 광의 렌즈구성을 나눌 필요가 없다. 이에 따라, 광학계의 개수가 줄어들어 프로젝터의 효율이 높으며 프로젝터의 사이즈 및 제조비용이 줄어들 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터의 외관을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터의 조명광학계를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광휠을 나타내는 도면들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라이 아이 렌즈를 투과하는 빛의 변화를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로젝터의 조명광학계를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터의 외관을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 프로젝터(10)는 렌즈부(20), 전원부(15), 초점부(30), 및 커넥팅부(25)를 포함할 수 있다. 프로젝터(10)는 직육면체 형상을 가질 수 있다. 프로젝터(10)는 입력된 영상이나 화면을 외부에 투사하여 표시할 수 있다. 프로젝터(10)는 조명 광학계와 투사 광학계를 포함할 수 있다. 조명 광학계는 광원에서 디스플레이 패널까지의 광경로 상에 배치되는 광학계이며, 투사 광학계는 디스플레이 패널에서 투사 렌즈까지의 광경로 상에 배치되는 광학계일 수 있다.
렌즈부(20)는 프로젝터(10)의 전면 일측에 위치할 수 있다. 렌즈부(20)는 영상 또는 화면을 전방에 투사하는 부분일 수 있다. 렌즈부(20)는 원형의 형상을 가질 수 있다.
전원부(15)는 프로젝터(10) 상면에 위치할 수 있다. 전원부(15)는 프로젝터(10)의 전원을 On/Off하는 부분일 수 있다. 또한, 전원부(15)는 또한 전후 및 좌우 방향으로 일단이 움직일 수 있다. 즉, 전원부(15)는 조이스틱의 기능을 할 수 있다. 이에 따라, 전원부(15)는 메뉴 선택, 채널 조절 등의 기능을 할 수 있다.
초점부(30)는 프로젝터(10) 상면의 렌즈부(20)와 인접한 부분에 위치할 수 있다. 초점부(30)는 레버가 프로젝터(10)의 상측으로 돌출된 형상일 수 있다. 초점부(30)를 좌우방향으로 회전이동시키면 영상 또는 화면의 초점을 조절할 수 있다. 본 발명에 따른 프로젝터(10)는 초점부(30)가 렌즈부(20)와 이격되어 있기 때문에, 초점을 조절할 때 렌즈에 손상을 입지 않을 수 있다.
커넥팅부(25)는 프로젝터(10)의 후면에 위치할 수 있다. 커넥팅부(25)는 프로젝터(10)에 신호를 전달하는 부분일 수 있다. 예를 들어, 커넥팅부(25)는 화상, 전원 등의 신호를 전달할 수 있다. 예를 들어, 커넥팅부(25)는 USB 단자, HDMI/MHL 단자, AV 단자, 이어폰 홀, RGB 단자를 포함할 수 있다.
프로젝터(10)의 양 측면에는 통풍부(35)가 위치할 수 있다. 통풍부(35)는 복수개의 홀을 포함할 수 있다. 복수개의 홀을 통하여 프로젝터(10) 내부의 열이 외부로 쉽게 빠져나갈 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로젝터의 조명광학계를 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 프로젝터(10)의 조명 광학계(100)는 제 1 광원(110), 집광렌즈(120), 제 1, 2 미러(130, 180), 형광 휠(140), 제 1 시준화렌즈(Collimator Lens, 150), 플라이 아이 렌즈(Fly Eye Lens, 160), 조명렌즈(170), 아나모픽 렌즈(190), 프리즘(210), 디스플레이 패널(220), 및 투사 렌즈(230)를 포함할 수 있다.
제 1 광원(110)은 레이져 광원일 수 있다. 제 1 광원(110)은 UV 또는 청색광을 방출할 수 있다. 제 1 광원(110)은 복수개일 수 있다.
집광렌즈(120)는 제 1 광원(110)과 대향하여 위치할 수 있다. 집광렌즈(120)는 제 1 광원(110)에서 방출된 광을 집광할 수 있다. 집광렌즈(120)는 렌즈의 양면이 같은 방향으로 휘어진 메니스커스 볼록 렌즈(Meniscus-convex), 렌즈의 양면이 다른 방향으로 휘어진 양면 볼록 렌즈(Biconvex), 및 렌즈의 일면이 볼록하게 휘어진 평볼록렌즈(Plano-concave) 중 어느 하나일 수 있다. 집광렌즈(120)는 유리 또는 플라스틱을 포함할 수 있다.
제 1 미러(130)는 집광렌즈(120)를 통해 집광된 빛을 다른 방향으로 반사할 수 있다. 예를 들어, 제 1 미러(130)는 집광된 빛을 형광 휠(140) 방향으로 90도 각도로 방향을 변화시킬 수 있다.
형광 휠(140)은 제 1 미러(130)에 의해 방향이 변화된 광이 향하는 부분에 위치할 수 있다. 형광 휠(140)은 원형의 형상을 가질 수 있다. 형광 휠(140)은 중심부에 모터(135)가 연결되어 일정 속도로 회전할 수 있다. 형광 휠(140)은 광을 투과시키는 투과형 형광 휠(140)일 수 있다. 형광 휠(140)의 자세한 형상을 후술하도록 한다. 형광 휠(140)은 방출된 청색광을 이용하여 적색, 녹색, 노란색, 및 청색광을 구현할 수 있다.
제 1 시준화 렌즈(150)는 집광되어 형광 휠(140)을 지나친 광을 평행광으로 변환할 수 있다. 제 1 시준화 렌즈(150)는 유리 또는 플라스틱을 포함할 수 있다.
플라이 아이 렌즈(160)는 평행광으로 변환된 광을 균일한 광도를 가지도록 변환시킬 수 있다. 플라이 아이 렌즈(160)는 유리 또는 플라스틱을 포함할 수 있다.
균일화된 광은 조명렌즈(170)를 통하여 제 2 미러(180)로 조명시킬 수 있다. 제 2 미러(180)는 균일화된 빛을 다른 방향으로 반사할 수 있다. 예를 들어, 제 2 미러(180)는 집광된 빛을 디스플레이 패널(220) 방향으로 90도 각도로 방향을 변화시킬 수 있다.
제 2 미러(180)에 반사된 빛은 아나모픽 렌즈(190)를 통과할 수 있다. 아나모픽 렌즈(190)는 도달하는 광의 배율을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 아나모픽 렌즈(190)는 제 2 미러(180)에서 반사된 타원형의 비율을 가지는 빛을 직사각형의 비율을 가진 빛으로 변형시킬 수 있다. 아나모픽 렌즈(190)를 통해 빛이 디스플레이 패널(220)의 비율에 맞게 변형되어 도달할 수 있다.
아나모픽 렌즈(190)를 통과한 빛은 프리즘(210)을 지나며 광 경로가 변경될 수 있다. 광경로가 변경된 빛은 디스플레이 패널(220)로 향할 수 있다. 프리즘(210)은 역 내부 전반사 프리즘(RTIR, Reverse Total Internal Reflection Prism)이 사용될 수 있다.
디스플레이 패널(220)은 아나모픽 렌즈(190)로부터 비율이 변형되어 광이 도달할 때, 스위칭 또는 반사 등의 과정에 의해 영상정보를 출력할 수 있다. 디스플레이 패널(220)은 DMD(digital micromirror device), LCoS(liquid crystal on silicon), GLV(grating light valve), SOM(spatial potical modulator), 및 LCD(liquid crystal device) 중 어느 하나일 수 있다.
디스플레이 패널(220)에서 방출된 빛은 프리즘(210)에 의해 투사 렌즈(230)를 통해 스크린에 출사될 수 있다.
본 발명에 따른 프로젝터는 투과형 형광 휠(140), 및 플라이 아이 렌즈(160)와 아나모픽 렌즈(190)를 사용하여 형광휠을 투과하는 광과 반사하는 광의 렌즈구성을 다르게 할 필요가 없기 때문에 광학계의 개수가 매우 줄어들 수 있다. 이에 따라, 프로젝터의 효율이 높으며 사이즈가 줄어들 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 형광휠을 나타내는 도면들이다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 형광 휠(140)은 광원으로부터 광을 받아 광을 확산하는 확산영역(141)과, 광원으로부터 광을 받아 형광광을 방출하는 방출영역(143)을 포함할 수 있다. 확산영역(141) 및 방출영역(143)은 형광 휠(143)의 외주부분에 위치할 수 있다. 형광 휠(140)의 중심부는 모터의 회전축일 수 있다.
확산영역(141)은 형광 휠(140) 외주의 일측에 형성될 수 있다. 확산영역(141)은 표면의 광학 처리에 의해 광원으로부터 방출되는 청색 광이 투과할 때 확산될 수 있다. 이에 한정하지 아니하며, 확산영역(141)은 광학 물질이 부착되어 형성될 수도 있다.
방출영역(143)은 형광 휠(140) 외주의 다른 측에 형성될 수 있다. 방출영역(143)은 입사하는 광을 다른 파장의 광으로 변환할 수 있다. 방출영역(143)은 변환할 색의 형광체가 도포된 영역일 수 있다. 방출영역(143)은 제 1, 2 영역(143a, 143b)을 포함할 수 있다. 제 1 영역(143a)은 적색광을 구현하는 영역일 수 있다. 제 2 영역(143b)은 녹색광을 구현하는 영역일 수 있다. 즉, 제 1 영역(143a)은 적색광을 발산하는 형광체가 도포되며, 제 2 영역(143b)에는 녹색광을 발산하는 형광체가 도포될 수 있다.
도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 방출영역(143)은 제 3 영역(143c)을 더 포함할 수 있다. 제 3 영역(143c)은 노란색광을 구현하는 영역일 수 있다. 즉, 제 3 영역(143c)에는 노란색광을 발산하는 형광체가 도포될 수 있다.
본 발명에 따른 형광 휠(140)은 확산영역(141)과 방출영역(143)으로 구성되는 것이 도시되었다. 다만 이에 한정하지 아니하며, 광원이 청색광이 아닌 UV 광일 경우, 형광 휠(140)은 외주부분이 전부 방출영역(143)으로 구성되며, 방출영역(143)중 적어도 일부가 청색광을 발산하는 형광체가 도포될 수 있다.
본 발명에 따른 형광 휠(140)은 방출영역(143)도 빛이 투과하는 투과형 형광 휠(140)일 수 있다. 이에 따라, 반사되는 빛과 투과되는 빛이 나눠지지 않아 광학계의 개수가 매우 줄어들 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라이 아이 렌즈를 투과하는 빛의 변화를 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 플라이 아이 렌즈(160)는 전면과 후면에 복수개의 돌출부가 위치할 수 있다. 플라이 아이 렌즈(160)를 투과하기 전의 광(451)의 강도 분포는 가우스 분포일 수 있다. 이 경우, 위치에 따라 광의 강도가 다르기 때문에 선명한 화면을 구현하지 못할 수 있다.
광이 플라이 아이 렌즈(160)를 투과 하였을 때, 광(453)의 강도 분포가 균일화될 수 있다. 즉, 모든 부분의 밝기가 유사해질 수 있음을 의미한다. 이에 따라, 디스플레이 패널의 모든 부분에 유사한 밝기의 빛이 도달하여 스크린 상에 선명한 화면이 구현될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로젝터의 조명광학계를 나타내는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 프로젝터(10)의 조명 광학계(100)는 제 1 광원(110), 집광렌즈(120), 제 1, 2 미러(130, 180), 형광 휠(140), 제 1 시준화렌즈(150), 플라이 아이 렌즈(160), 조명렌즈(170), 아나모픽 렌즈(190), 프리즘(210), 디스플레이 패널(220), 투사 렌즈(230), 제 3 미러(310), 제 2 광원(320), 및 제 2 시준화렌즈(340)를 포함할 수 있다. 즉, 도 1에 기재된 조명광학계에서 제 3 미러(310), 제 2 광원(320), 및 제 2 시준화렌즈(340)가 더 포함될 수 있다.
제 2 광원(310)은 LED 광원일 수 있다. 제 2 광원(310)은 적색광을 방출할 수 있다. 제 2 광원(310)은 복수개일 수 있다.
제 3 미러(310)는 다이크로익 미러(Dichroic mirror)일 수 있다. 제 3 미러(310)는 적색광을 90도 각도로 방향을 변화시켜 반사시키며, 다른색 광은 투과시킨다. 이에 따라, 제 1 광원(110)으로부터 방출되는 광은 적색광을 제외한 광이 플라이 아이 렌즈(160)를 향해 투과될 수 있다.
본 발명에 따른 프로젝터의 조명광학계(100)는 품질이 떨어지는 제 1 광원(110)으로부터 형광힐(140)에 의해 방출되는 적색광 대신 제 2 광원(320)의 적색광을 사용하여 비용을 절약하고 품질이 향상될 수 있다.
본 발명의 각 실시예 및/또는 구성은, 상호 결합될 수 있다. 예를 들어 특정 실시예 및/또는 도면에 설명된 A 구성과 다른 실시예 및/또는 도면에 설명된 B 구성이 결합될 수 있음을 의미한다. 즉, 구성 간의 결합에 대해 직접적으로 설명하지 않은 경우라고 하더라도 결합이 불가능하다고 설명한 경우를 제외하고는 결합이 가능함을 의미한다. 이와 같은 점은, 본 발명이 디스플레이 장치에 대한 것임을 고려할 때 자명하다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (9)

  1. 형광휠;
    상기 형광휠을 향해 광을 방출하는 적어도 하나의 제 1 광원; 및
    상기 형광휠을 투과한 광을 균일화하는 플라이 아이 렌즈를 포함하는 프로젝터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 1 광원은,
    청색광을 방출하는 레이져 다이오드인 프로젝터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라이 아이 렌즈를 통과한 광의 비율을 변화하는 아나모픽 렌즈를더 포함하는 프로젝터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광휠은,
    광이 투과되는 투과형인 프로젝터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광휠은,
    투과되는 광을 확산하는 확산영역과,
    입사하는 광을 다른 파장의 광으로 변환시키는 방출영역을 포함하는 프로젝터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광휠과 상기 플라이 아이 렌즈 사이에 위치한 다이크로익 미러; 및
    상기 제 1 광원과 직교하는 방향에 위치하며, 상기 다이크로익 미러를 향해 광을 방출하는 적어도 하나의 제 2 광원을 더 포함하는 디스플레이 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 플라이 아이 렌즈를 통과한 광의 비율을 변화하는 아나모픽 렌즈를더 포함하는 프로젝터.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 2 광원은,
    적색광을 방출하는 발광 다이오드인 프로젝터.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 다이크로익 미러는,
    적색광을 반사하며, 다른색상의 광은 투과하는 프로젝터.
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