KR100496363B1 - 투영장치용 광원 및 그것을 이용한 투사형 화상디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 리플렉터의 성형을 용이하게 해서 복잡한 반사면을 얻도록 하는 동시에, 냉각효율을 높인 투영장치용 광원을 제공하는 것이다.

구체적으로는, 본 발명은, 내열성 플라스틱에 고열전도재를 혼입한 재료에 의해 광원의 리플렉터를 성형하는 것을 특징으로 하는 것이다. 이 결과, 성형 정밀도가 내열 유리제 리플렉터에 비해서 비약적으로 향상되므로, 반사면을 고차 비구면으로 하여 설계자유도를 증대시키는 것에 의해 고효율의 광원을 실현할 수 있다. 또한, 리플렉터에 고열전도재를 혼입하고 있으므로, 열전도율이 높아져서, 외부로 열을 방출하기 쉬워진다.

Description

투영장치용 광원 및 그것을 이용한 투사형 화상 디스플레이 장치{LIGHT SOURCE FOR PROJECTION DEVICE AND PROJECTION TYPE IMAGE DISPLAY DEVICE USING THE SAME}

본 발명은, 액정 프로젝터 장치나 오버헤드 프로젝터 등의 투영장치용 광원에 적용되는 반사경(이하 리플렉터라고 기재)의 개량에 관한 것이다.

액정 프로젝터 장치나 오버헤드 프로젝터 등의 투영장치는, 광원으로부터의 빛을 대상물(액정 프로젝터 장치에서는, 액정 패널 등의 화상표시 디바이스에 상당)에 조사하고, 이 대상물에 의해 변조된 빛을, 광학 디바이스를 이용하여 스크린 등에 투영해서 화상의 표시를 행하고 있다. 이 광원은, 빛을 발생시키는 램프와, 이 램프의 빛을 조사해서 특정 방향으로 모으기 위한 리플렉터가 조합된 구성이다. 그 광원의 램프로서, 금속 할로겐화물이 발광관 내에 봉입되고, 전극간의 거리가 짧은 쇼트·아크 타이프의 메탈하라이드 램프가 이용되고 있었다. 또 광원의 리플렉터로서는, 내열성 유리의 내벽면에 산화티탄이나 이산화실리콘의 다층막을 코팅한 것이 이용되고 있었다. 그 후, 메탈하라이드 램프로 바꿔서, 고휘도화가 용이한 초고압 수은 램프나 요염한 자색성이 높은 크세논 램프가 널리 이용되고 있다. 그 중에서도, 이 초고압 수은 램프는, 점등 중의 수은의 증기압을 200atm이상으로 높이는 것에 의해, 발광효율을 개선하고, 고휘도화를 실현하고 있다. 또한, 수은 외에 첨가물을 혼입하는 것에 의해 분광분포특성을 개선하고, 높은 요염한 자색성을 실현하고 있다.

그렇지만, 이 고압수은 램프는 사용온도의 제약이 엄격하다. 또한, 설계최적 범위에서 벗어나서 사용하면, 발광효율의 저하나 램프 관 전구의 수명이 짧아진다고 하는 문제점이 있다.

이 투영장치용 광원에 이용되는 리플렉터는, 열팽창율이 작은 내열 유리를 프레스 성형하고, 그 후, 리플렉터 내벽에 반사율이 90% 정도인 알루미늄의 증착막을 코트하고, 다시, 이 표면에 산화방지처리를 하여 사용하고 있었다. 최근, 더 한층의 고휘도화의 시장요구에 의해, 보다 높은 반사율을 얻을 수 있는 Ti0₂와 Si0₂로 이루어지는 광학 다층막을 설치하여 반사면으로 하고 있다. 이 리플렉터로부터 출사되는 광속은 평행 혹은 수속광속으로 하는 것이 일반적이다. 이 때문에, 리플렉터 반사면의 형상은 포물면 혹은 타원면이 주류가 되어 있다.

광원으로부터 방출된 빛은, 조명광학계에 의해 공간적인 분포가 균일화된다. 균일화된 빛은, 액정 패널 또는 DMD(Digital Micro Mirror Device)등의, 화소를 매트릭스상으로 배치한 화상표시 디바이스에 조사된다. 화상표시 디바이스는, 공급된 텔레비전 신호 또는 컴퓨터로부터 비디오 신호에 기초하여 화상을 형성하고, 화소단위로 상기 균일화된 빛을 변조한다. 변조광은, 투사렌즈에 의해 확대되어, 스크린 등에 투사된다. 이렇게 구성된 표시장치에서, 스크린을 가지지 않는 것은 투사형 화상 프로젝터 장치(프론트 프로젝터)라고 불리고, 스크린을 가지는 것은 배면 투사형 화상 디스플레이 장치라고 불리고 있다. 이들 투사형 표시장치는, 대화면을 제공하는데 적합한 표시장치로서, 시장에 널리 보급되어 있다.

도1은 초고압 수은 램프를 발광원으로 한, 일반적인 투영장치용 광원의 단면도이다. 소비전력 100W급의 발광관에 있어서는, 석영 유리제 발광관(1)의 내용적은 55㎕로 양단에 전극(2)이 봉해지고, 그 사이의 아크길이는 1 내지 1.4mm 정도로 설정되어 있다. 그리고, 발광관(1)의 내부에는, 발광물질로서 수은이, 시동보조 가스로서 아르곤과 함께 취화수소가 아르곤에 대하여 소정의 비율로 함유되어 있다. 전극축(3)에는 몰리브덴 박(4)이 용접되어, 전극 봉지부(5)가 형성된다. 리플렉터 저부 개구부측의 전극 봉지부(5)에는 꼭지쇠(6)이 부착되어 있다. 이 꼭지쇠(6)는, 내면에 다층반사막을 형성하여 가시광을 반사해 적외선을 통과시키도록 한 리플렉터(7)의 저부에, 시멘트(8)를 통해 접착고정된다. 이 때, 리플렉터의 대략 초점위치에는 발광관(1)의 아크축이 위치하도록 고정된다. 그리고, 이 리플렉터(7)의 전면 개구부의 플랜지 부분을 이용하여, 리플렉터(7)와 거의 동일한 열팽창율을 가지는 전면 판유리(9)가 끼워 맞춤되어 있다. 이 전면 판유리(9)는 발광관이 파열되었을 때의 발광관의 비산방지를 목적으로 하고 있고, 그 양면에는 반사방지코팅이 되어 있다.

도2는, 도1에 도시하는 투영장치용 광원을, 실제의 액정 프로젝터 장치나 오버헤드 프로젝터 등의 광학기기의 광원으로서 이용할 경우의 사용형태로 도시한 것이다. 도2에 있어서, 도1과 동일한 부분에는 동일부호를 붙여서 설명을 생략한다.

투영장치용 광원의 측면 혹은 후면에 냉각용 팬(10)을 설치하고, 리플렉터(7)에 바람을 내뿜는 것에 의해 소망하는 냉각효과를 얻는다. 다른 방법으로서는, 점등하는 것에 의해 데워진 광원주변의 공기를 빨아내는 것에 의해 공기의 흐름을 만들어 냉각한다.

이상 기술한 종래기술에 의한 투영장치용 광원에 사용되고 있는 리플렉터는, 내열성 유리를 프레스 형성하는 것에 의해 소망의 형상을 얻고 있었다. 이 내열성 유리는 수지에 비해서 유동성이 부족하고, 게다가 내열 유리를 프레스 형성할 경우에는 소재의 온도관리나 중량관리가 곤란하다. 또한, 금형의 온도조절에 비열이 큰 온수나 오일을 사용할 수 없기 때문에, 형상안정성이 일반적인 열가소성이나 열변화성 플라스틱 재료에 비해서 뒤떨어진다.

도12는, 반사면의 단면형상이 타원인 리플렉터(7a)와 반사면의 단면형상이 원인 리플렉터(7b)(지름 116mm (반사면 반경 54mm) 안 깊이 100mm)를 접합하고, 리플렉터(7a)와 발광원인 발광관(1)의 꼭지쇠(6)를 시멘트에 의해 접합한 상태를 도시하는 2분할 리플렉터의 구성도이다. 도12에 있어서, 도1과 동일한 부분에는 동일부호를 붙여서 설명을 생략한다.

투영장치용 광원에 사용하는 리플렉터의 형상정밀도를 확인하기 위해서, 우리들은 내열 유리를 프레스 형성해서 도12에 도시하는 리플렉터(7b)를 시작했다. 그 결과, 성형정밀도는 700㎛을 초과하고, 또한, 리플렉터 개구부에 있어서는, 제 거 기울기 3도의 금형이면서 성형품의 수축에 의해 거의 수직면이 되고, 이형성이 나빠졌다. 이 결과, 성형품이 안장형으로 1300㎛ 변형되고, 만족할 성능을 얻을 수 없었다.

이와 같이, 종래의 내열 유리를 프레스 성형한 리플렉터에 있어서는, 성형성(금형의 전사성이나 재현성)에 문제가 있고, 내면의 형상을 단조로운 타원 또는 포물면으로 하지 않을 수 없다. 따라서, 종래 기술에 의한 내열 유리제 리플렉터에 있어서는, 설계형상에 가까운 고정밀도의 반사면 형상을 안정적으로 얻을 수 없다고 하는 제1의 문제점이 있다.

더욱이, 내열 유리로 형성된 종래기술의 리플렉터는, 프레스에 의해 상형되므로, 금형으로부터 제품을 꺼낼 경우의 빼냄 방향이 상하 2방향으로 한정된다. 이 때문에, 리플렉터의 외벽면에 요철형상을 설치할 수 없는 등, 형상을 복잡하게 할 수 없다고 하는 제2의 문제도 있다.

본 발명은, 상기한 종래기술에 있어서의 문제를 감안하여 이루어진 것이다. 그리고, 본 발명은, 고정밀도이면서도 성형성, 가공성이 뛰어난 리플렉터를 구비한 투영장치용 광원, 및 그것을 구비한 투영장치를 제공한다.

구체적으로는, 본 발명은, 제1항에 기재한 바와 같이, 리플렉터를, 고열전도 물질을 혼입한 내열성 유기재료에 의해 성형하는 것을 특징으로 하는 것이다. 또한, 제9항 및 제10항에 기재한 바와 같이, 반사경 외면에 방열핀 등의 돌기물을 설치하고 있다. 이와 같이 하면, 방전 램프의 점등시에 생기는 열이, 리플렉터 내부에 혼입되는 고열전도 물질을 통해 방열핀에 전달되므로, 열이 효율적으로 외부에 전달된다. 따라서, 광원의 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

이 방열핀을, 냉각용 팬에 의해 발생하는 바람흐름(대충, 반사경의 광축방향)에 평행한 방향으로 부착하면, 지극히 효율적으로 방열을 행할 수 있다.

구체적인, 리플렉터에 사용가능한 재료는, 제11항에 기재되어 있다. 즉, 내열성 유기재료로서, 예를 들면 저수축 불포화 폴리에스테르 수지에 열가소성 폴리머, 경화제, 충전제, 유리섬유, 무기 필러를 혼합한 것을 이용한다. 또한, 이 내열성 유기재료에 혼입되는, 열전도율을 향상시키기 위한 고열전도 물질로서, 예를 들면 수산화알루미나를 이용한다. 내열성 유기재료에 고열전도 물질을 혼입한 열경화성 수지(이하 BMC(Bulk Mo1ding Compounds)라고 기술)를 성형하는 것에 의해 얻어지는 성형품은, 중량관리나 금형과 소재의 온도관리를 고정밀도로 실현할 수 있다. 따라서, 높은 형상정밀도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 성형 안정성도 뛰어나다.

이 때문에, 리플렉터 내면의 형상을 종래의 타원 또는 포물면에서, 제3, 12, 14항에 기재되어 있는 바와 같은 비공식의 고차의 계수를 포함하는 복잡한 형상으로 변경해도, 고정밀도의 반사면을 얻을 수 있다. 또, BMC용의 금형은 사이드 코어나 상하 슬라이드 코어 등 복수방향에서 금형을 슬라이드 시키는 것이 가능하고, 복잡한 외관형상이라도 양호한 성형성을 얻을 수 있다.

이상에서 진술한 기술수단으로 의해 성형한 리플렉터를 이용한 투영장치용 광원을 사용한 투사형 화상 프로젝터 장치나 리어 타이프의 투사형 화상 디스플레이 장치는, 램프의 집광효율이 향상되기 때문에 밝고 양호한 특성을 얻는 것이 가능해진다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 관해서 도면을 참조하면서 설명한다.

본 발명의 리플렉터의 재료로서는, 내열성 유기재료인 저수축 불포화 폴리에스테르 수지에, 저수축제로서의 열가소성 폴리머, 경화제, 충전제, 유리섬유, 무기 필러 등을 혼합해서 내열성을 향상시킨, 예를 들면 쇼와 고분자(주)제 리고랙 BMC(RNC-428)등이 바람직하다. RNC-428은 충전제로서 탄산칼슘을 이용하고 있고, 그 열전도율은 O.5W/m·ｋ°로 양호한 특성을 얻을 수 있다. 열전도율을 한층 더 향상시키기 위한 재료로서 수산화알루미나을 충전제로서 혼입한 동사 제조 RNC-841은, 열전도율이 O.8W/m·k°이고, RNC-428의 약 1.6배이다.

본 발명의 투영용 광원에 사용하는 리플렉터의 형상 정밀도를 확인하기 위해서, 상술한 도12의 7b에 도시하는 구면 리플렉터(지름 116mm(반사면 반경 54mm) 안 깊이 100mm)를 쇼와 고분자(주)제 리고랙 BMC(RNC-428)로 시작했다. 이 결과, 설계형상으로부터의 차이량은 최대 약 10㎛으로, 금형의 고정밀도 온도조절과 중량관리 정밀도가 O.5% 이하가 되고, 로트간의 편차를 3㎛ 이하로 할 수 있었다. 또한 BMC는 성형면이 거의 수직인 면에서도 이형성에 뛰어나고, 제거 기울기(금형으로부터 성형품을 빼낼 때에 필요한 최소 기울기)가 거의 불필요해지는 등 뛰어난 전사성을 가지고 있다. 즉, 설계형상에 가까운 고정밀도의 리플렉터의 반사면 형상을, 안정적으로 얻을 수 있다.

다음에 리플렉터(7)의 내벽면(반사면)을 4차 이상의 고차의 계수를 포함하는 형상으로 하는 것의 우위성에 대해서 설명한다. 수학식 1로 표시되는 Z(r)는, 렌즈 형상의 정의를 설명하는 도18에 보여지는 바와 같이, 리플렉터의 저면에서 개구부를 향하는 방향(발광관 램프 관 전구의 축)을 Z축으로 하고, 리플렉터의 반경방향을 r축으로 잡았을 때의 리플렉터면의 높이를 나타내고 있다. 여기에서 r은 반경방향의 거리, RD는 곡률반경을 나타내고, RD, CC, AE, AF, AG, AH, …,A는 임의의 정수, n은 임의의 자연수를 나타내고 있다. 따라서, CC, AE, AF, AG, AH 등의 각 계수가 주어지면, 수학식 1을 따라 리플렉터면의 높이, 즉, 리플렉터의 형상이 정해진다.

상기한 수학식 1에 있어서, 종래의 리플렉터의 반사면 형상을 나타내는 단면형상이 원인 경우는 RD뿐이고 CC=O, 포물선은 RD가 주어지고 CC=-1, 타원은 RD가 주어지고, CC의 값이 -1 <CC <O인 경우는 장축에 회전대칭인 타원을, O <CC인 경우는 단축에 회전대칭인 타원을 정의할 수 있다.

이에 대하여, 본 발명의 리플렉터는, 상기한 바와 같이, 높은 형상 정밀도를 용이하게 얻을 수 있기 때문에, 수학식 1에 나타낸 4차 이상의 고차의 계수를 포함하는 복잡한 형상이 되어도 고정밀도의 반사면을 얻을 수 있다.

도11은, 반사면의 단면형상이 포물선의 리플렉터(7)와 발광관(1)의 꼭지쇠(6)를 시멘트에 의해 접합한 상태를 도시하는 구성도이다. 또 도12는, 상술한, 반사면의 단면형상이 타원인 리플렉터(7a)와 반사면의 단면형상이 원인 리플렉터(7b)를 접합하고, 리플렉터(7a)와 관 전구(1)의 꼭지쇠(6)를 시멘트에 의해 접합한 상태를 도시하는 2분할 리플렉터의 구성도이다. 도11과 도12에 있어서, 도1과 동일한 부분에는 동일부호를 붙이고, 설명을 생략한다.

종래는, 어떤 리플렉터 반사면 형상도 발광원을 점광원으로 가정하고 설계되어 있지만, 실제의 광원은 점광원이 아니고, 에너지 분포를 가지고 유한 길이의 치수를 가진다. 또한, 비대칭인 배광특성을 가지고 있다.

이하에 구체예를 게시한다. 도13은, 도1에서 도시한 투영장치용 광원의 교류구동 초고압 수은 램프의 밸브 부근에 있어서의 확대도이다. 도14는 램프 점등시의 발광 에너지 분포를 도시한다. 도13에 있어서, 석영 유리제 발광관(1)의 내부에는, 한 쌍의 전극(2)이 존재하고, 유한 길이의 전극간 갭(아크 길이)이 존재하고, 100W급의 관 전구에서 1.0mm 내지 1.4mm 정도이다. 또한, 도14에 도시하는 바와 같이, 램프 점등시의 밸브 부근의 발광 에너지 분포는 균등하지 않고, 2개의 전극근방(a, b로 나타낸다)이 가장 밝아져 있다.

도15에 직류구동 초고압 수은 램프의 배광특성을, 도16에 교류구동 초고압 수은 램프의 배광특성을 도시한다. 발광관(1)의 배광특성은, 도15 및 도16에 도시하는 바와 같이, 램프축(도 중의 0 °로부터 180 °)과 직교하는 축(도 중의 90 °로부터 270 °) 에 대해서 비대칭이 되어 있다. 특히 도15에 도시한 직류구동의 초고압 수은 램프의 배광특성은, 도16에 도시한 교류구동의 초고압 수은 램프의 배광특성에 비해서 비대칭성이 크다.

이 이유는, 직류구동의 초고압 수은 램프는 일반적으로 양극의 전극치수가 음극의 전극치수보다 크기 때문에, 빛, 양극측에 있어서 빛의 일부가 차광되기 때문이다.

이상 기술한 바와 같이, 현상의 초고압 수은 램프는, 점광원이 아니고, 광원이 2개 있다고 간주되고, 초고압 수은 램프와 조합시켜서 사용하는 리플렉터는, 초점이 복수점이 되는 형상으로 하는 것이 바람직하다. 리플렉터의 초점을 복수점으로 하기 위해서는, 상기(수학식 1)에 있어서 4차 이상의 고차의 계수를 가지는 것이 필수가 된다. 또한, 아크 길이가 1.8mm를 초과하는 경우에는, 오히려 효율이 저하한다.

이상, 리플렉터의 내벽면(반사면)을 4차 이상의 고차의 계수를 포함하는 형상으로 하는 것의 우위성에 대해서 기술했다. 그리고 본 발명에서는, 설계형상에 가까운 고정밀도의 리플렉터의 반사면 형상을 안정적으로 얻을 수 있으므로, 리플렉터의 내벽면(반사면)을 4차 이상의 고차의 계수를 포함하는 형상으로 하는 것이 가능해진다.

도17은 일반적인 초고압 수은 램프의 분광 에너지 분포를 도시한 것이다. 청색의 405nm 근방에 강한 스펙트럼이 존재하기 때문에, UV 컷 필터의 반값(50% 투과율)파장은 420nm 이상으로 하면 좋다. 또 800nm 이상의 적외영역에도 분광 에너지가 존재하기(도시하지 않음)때문에, 리플렉터의 반사막의 특성을, 적외영역의 빛을 투과시키도록 하고, 일단 리플렉터에 흡수시켜 외측으로 방열시키면 된다. 이 때문에, 리플렉터의 기재의 색깔은 흑색으로 하는 것에 의해 양호한 흡수특성을 얻을 수 있다.

본 발명자들은, 상술한 바와 같이, 쇼와 고분자(주)제의 리고랙 BMC(RNC-428)에 의해, 도12에 도시하는 2분할 리플렉터의 7b에 나타내는 구면 리플렉터(반 경 54㎜)를 시작하고, 형상정밀도를 확인했다. 또한, 내면에 알루미늄을 증착해서 반사면으로 하고, 200W의 초고압 수은 램프를 초점거리 30mm의 리플렉터에 고착해 서 점등시켰을 경우의 반사면과 리플렉터 외벽면의 온도를 측정했다. 그 결과, 실온 20℃에서 무풍상태에 있어서, 반사면의 온도는 132℃, 리플렉터 외벽면의 온도는 83℃이며 재료의 열변형 온도 200℃에 대하여 70℃ 가까운 마진을 취할 수 있는 등 양호한 시작결과를 얻었다. 그렇지만, 관 전구와 리플렉터 내벽면까지의 거리를 고려하면, 초점거리 4mm 이하에서는 내열온도에 대한 마진이 없어진다. 또 입력전력이 250W를 초과해도 내열온도에 대한 마진이 없어지므로 내열성이 문제가 되는 것은 말할 필요도 없다.

BMC용 금형은, 사이드 코어나 상하 슬라이드 코어 등 복수방향에서 금형을 슬라이드 시키는 것이 가능하고, 복잡한 외관형상이라도 양호한 성형성을 얻을 수 있다. 이것을 이용하여, 본 발명에서는, 리플렉터의 외벽에 방열용 핀을 설치한 복잡한 형상으로 하고, 이 방열핀으로 내열성을 향상시키도록 했다.

도3에 리플렉터의 외벽에 방열용 핀을 설치한 실시 형태를 도시한다. 도3에 도시하는 바와 같이, 리플렉터(7)의 외벽면의 상부에 방열용 핀(11)을 설치하는 것에 의해, 보다 뛰어난 방열성능을 얻을 수 있다. 또한, 도3에 있어서, 도1과 동일한 부분에는 동일부호를 붙여서 설명을 생략한다.

또한, 도4에 도시하는 바와 같이, 리플렉터(7)의 외벽면의 상부에 설치한 방열용 핀(11) 외에, 하부에도 방열용 핀(12)을 추가하는 것에 의해, 한층 방열효율을 높일 수 있다.

더욱이, 도5에 도시하는 바와 같이, 발광관 램프 관 전구의 축을 대칭축으로하여, 리플렉터(7)의 외벽면의 상하부에 방열용 핀(11, 12)들을, 외벽면의 좌우에도 방열핀(13)(우측 외벽면의 방열핀은 도시하지 않음)을 설치하는 것에 의해 한층 뛰어난 방열성능을 얻을 수 있다. 또한, 도4, 도5에서 앞서 나온 도와 동일한 부분에는 동일부호를 붙여서 설명을 생략한다.

도9는, 도5에 도시한 본 발명의 리플렉터를, 실제의 액정 프로젝터 장치나 오버헤드 프로젝터 등의 광학기기의 광원으로서 이용할 경우의 사용형태를 도시한 것이다. 투영장치용 광원의 후면에 냉각용 팬(10)을 설치하고, 리플렉터(7)에 바람을 내뿜는 것에 의해 더욱 냉각효율을 높일 수 있다. 도9에 있어서, 앞서 나온 도와 동일한 부분에는 동일부호를 붙여서 설명을 생략한다.

또, 다른 방법으로서는, 점등하는 것에 의해 데워진 광원주변의 공기를 빨아냄으로써 공기의 흐름을 만들어 냉각시켜도 좋다.

도6 내지 도8은 본 발명에 따른 리플렉터의 다른 실시형태를 도시한 것이다. 도6 내지 도8에 있어서, 14 내지 16은 방열용 핀으로, 앞서 나온 도와 동일한 부분에는 동일부호를 붙여서 설명을 생략한다.

도6에 도시하는 바와 같이, 리플렉터(7)의 외벽면의 상부에 발광관 램프 관 전구의 축에 직교해서 리플렉터 방열용 핀(14)을 설치한다. 또한, 도7에 도시하는 바와 같이, 리플렉터(7)의 외벽면의 상부에 설치한 방열용 핀(14) 외에 하부에도 방열용 핀(15)을 추가하는 것에 의해 방열효율을 높일 수 있다. 또, 도8은, 발광관 램프 관 전구의 축을 대칭축으로 하여, 리플렉터(7)의 외벽면의 상하부에 방열용 핀(14, 15)들을, 또한 외벽면의 좌우에도 방열핀(16; 우측 외벽면의 방열핀은 도시하지 않음)을 설치하는 것에 의해, 한층 뛰어난 방열성능을 얻을 수 있다.

도10은, 도8에 도시한 본 발명에 따른 리플렉터를, 실제의 액정 프로젝터 장치나 오버헤드 프로젝터 등의 광학기기의 광원으로서 이용하는 경우의 사용형태를 도시한 것이다. 구체적으로는, 도10은, 본 발명에 따른 리플렉터와 냉각 팬의 위치관계를 도시하고 있다. 투영장치용 광원의 하면에 냉각용 팬(10)을 설치하고, 리플렉터(7)에 바람을 내뿜는 것에 의해 더욱 냉각효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 도10에 있어서, 앞서 나온 도와 동일한 부분에는 동일부호를 붙여서 설명을 생략한다. 또, 다른 방법으로서는, 램프가 점등하는 것에 의해 데워진 광원주변의 공기를, 냉각용 팬(10)으로 빨아내는 것에 의해, 공기의 흐름을 만들어 냉각시켜도 좋다.

도3 내지 5와 도6 내지 도8에서는, 방열 핀의 방향이 다르지만, 투사형 화상 디스플레이 장치에 투영장치용 광원으로서 실장될 경우, 냉각용 팬에 의해 발생하는 바람의 흐름에 평행이 되도록 방열 핀을 설치하는 것은 당연한 것이다. 또한, 이렇게 함으로써, 지극히 효율적으로 방열을 행할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 투영장치용 광원에 있어서는, 초고압 수은 램프의 파열대책을 위해, 리플렉터의 평균두께를 전면 개구부로부터 저부 개구부(발광관을 보유하는 부분)를 향해서 서서히 두껍게 하고 있다. 이것에 의해, 발광관의 파열에 의한 관 전구 유리의 비산을 봉쇄하는 것이 가능해진다. 이렇게 하는 것은, 발광관의 관 전구 유리가 파열되었을 경우, 발광관에 가까운 리플렉터의 저부 개구측에 강한 충격이 가해지기 때문이다. 리플렉터의 최저두께는 2mm 이상 필요하고, 성형성을 중시하면 3mm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또 밸브에 가까운 저부 개구부는 바람직하게는 5mm의 평균두께로 하면 좋다. 발광관의 램프 관 전구를 사용상태에 있어서 파열시켰을 경우에, 상술한 BMC제 리플렉터의 두께가 5mm 이상이면, 파편이 외부로 비산하지 않았다.

또한, 전면 개구부에는, 리플렉터(7)와 재질이 다른 비산방지용 전면 판유리(9)를 설치하고, 조명광학계로 램프파열에 의한 관 전구 유리의 비산을 방지한다. 이 전면 판유리(9)의 양면에는 반사방지 코트를 행하는 것에 의해 반사손실을 경감시킬 수 있다. 또, 전면 판유리의 양면에는 반사방지막이 증착되어 있지만, 상기 전면 판유리의 내부흡수율이 5%을 초과하면, 전면 판유리의 열팽창에 의해, 장기 사용시에 있어서는 반사방지막에 마이크로 크랙 등이 발생할 경우가 있다. 따라서, 전면 판유리의 재질은, 내부흡수가 극히 작은 것이 좋다.

이상, 본 발명의 구체적인 실시형태에 대해서, 초고압 수은 램프를 이용한 경우를 예로 해서 설명했지만, 요염한 자색성이 뛰어난 크세논 램프를 이용한 경우에 대해서도 동일한 효과를 얻을 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

도19는 본 발명의 투영장치용 광원을 이용한 액정 프로젝터의 조명 광학 시스템의 일례를 도시한 도이다. 도19에 있어서, 인테그레이터 광학계(20)(이하 멀티렌즈 어레이라고 기술한다)는, 제1의 멀티렌즈 어레이(20a)와, 편광 빔 스플리터와, 제2의 멀티렌즈 어레이(20b)를 구비한다. 제1의 멀티렌즈 어레이(20a)는, 입사되는 광속을, 매트릭스상으로 배열된 복수의 직사각형상의 렌즈 소자에 의해 복수의 광속으로 분할하는 것이다. 편광 빔 스플리터는, 상기 복수의 렌즈 소자에 각각 대응해서 설치되고, 제1의 멀티렌즈 어레이(20a)로 분할된 복수의 광속을 각각 확대해서 액정 패널 상에 중첩조사하는 것이다. 제2의 멀티렌즈 어레이(20b)는, 1/2λ위상차판에 의해 소망의 편광파를 출사하는 편광변환기능을 가지고 있다.

이 투영장치용 광원(40)과 멀티렌즈 어레이(20)로 소망의 편광파 성분을 출사하는 편광조명장치를 구성하고 있다. 여기서, 투영장치용 광원(40)은, 상술한 도3 내지 도8에 도시한 본 발명의 실시형태에 관계되는 것으로, 램프 축에 직교해서 방열 핀(14)이 설치되어 있다. 이 투영장치용 광원(40)의 측면에는, 배치한 냉각용 팬(10)을 배치하고 있고, 방열핀(14)의 부착 방향과 평행한 방향으로 냉각풍을 공급하고 있다. 이것에 의해, 투영장치용 광원(40)은, 소망의 온도가 되도록 온도제어된다.

이하, 도19에 도시된 광학 시스템에 있어서의 각 부의 동작에 대해서 설명한다. 투영장치용 광원(40)으로부터의 백색광속은, 멀티렌즈 어레이(20)에서 소망의 편광파 성분을 가지는 광속으로서 출사되고, 반사 미러(21)로 반사되어, 콘덴서 렌즈(22)에 입사된다. 콘덴서 렌즈(22)는, 멀티렌즈 어레이(20)로 분할된 광속을 빨강, 초록, 파랑에 각각 대응하는 액정 패널(31a, 3lb, 31c) 상에 중첩해서 집광하여, 균일한 조명을 행하는 것이다. 콘덴서 렌즈(22)를 통과한 광속은, 다이크로익 미러(23, 25)로 빨강, 초록, 파란빛으로 색 분리되어, 각각 액정 패널(31a, 3lb, 31c)에 입사된다. 이 중, 다이크로익 미러(25)로 분리된 색광은, 반사 미러(27) 및 (29)로 반사되어 액정 패널(31a)에 입사된다. 이 때문에, 액정 패널(31a)에 입사되는 색광은 다른 색광보다 광로가 길어지기 때문에, 해당 색광의 광로 길이, 광속의 크기가 필드 렌즈(26, 28, 30)로 보정된다. 액정 패널(31a, 3lb, 31c)에 입사된 색광은, 영상신호(도시하지 않음)에 의해 광변조를 받아서 투과하고, 광합성 프리즘(32)으로 색 합성된다. 색 합성된 빛은, 투사용 렌즈(101)로 스크린(도시하지 않음) 상에 확대 투사된다.

다음에 도20 및 도21은 본 발명의 투사광학계를 탑재한 배면투사형 화상 디스플레이 장치의 주요부를 도시하는 수직방향 단면도이고, 광학 유닛(100)에 있어서 얻어지는 영상을 투사용 렌즈(101)에 의해 꺾임 미러(104)를 통해 스크린(102)상에 확대투사하는 구성으로 되어 있다. 도20은 세트 높이를 저감했을 경우의 캐비넷(103)의 구성을 도시하고, 도21은 세트 안 깊이를 저감했을 경우의 캐비넷(103)의 구성을 도시하고 있다.

또, 본 실시형태에서는, 화상표시소자로서, 투과형의 액정 패널을 예로 해서 설명했지만, 반사형 액정 패널이나 DMD를 이용해도 되는 것은 말할 필요도 없다. 더욱이, 본 실시형태에서 나타낸 리플렉터의 재질은 어디까지나 일례에 지나지 않고, 청구항에 게시된 범위에서 여러 가지 재질이 사용가능한 것은 자명하며, 그것들의 형태도 본 발명의 범위내이다.

이와 같이, 본 발명은, 광원의 리플렉터를, 고열전도 물질을 혼입한 내열성 유기재료에 의해 형성하고 있기 때문에, 높은 성형성을 얻을 수 있는 동시에 램프의 발광에 의한 열을 효율적으로 외부로 전달하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명에 따르면, 반사면을 비구면과 같은 복잡한 형상으로 하여 램프의 집광효율을 향상시키는 동시에, 광원의 냉각효율도 향상할 수 있다고 하는 각별한 효과가 있다.

제1도는, 초고압 수은 램프를 발광원으로 한 일반적인 투영장치용 광원의 단면도.

제2도는, 액정 프로젝터 장치 등의 광학기기용 광원으로서 이용할 경우의 사용형태를 도시한 배치도.

제3 내지 8도는, 본 발명에 따른 투영장치용 광원의 일 실시형태의 외관도.

제9, 10도는, 본 발명의 투영장치용 광원과 냉각 팬의 배치관계를 도시하는 도면.

제11, 12도는, 투영장치용 광원의 단면도.

제13도는, 초고압 수은 램프 밸브 부근의 확대단면을 도시하는 도면.

제14도는, 초고압 수은 램프 점등시의 밸브 부근의 발광 에너지 분포를 도시하는 도면.

제15도는, 직류구동의 초고압 수은 램프의 배광특성을 도시하는 도면.

제16도는, 교류구동의 초고압 수은 램프의 배광특성을 도시하는 도면.

제17도는, 일반적인 초고압 수은 램프의 분광 에너지 분포를 도시하는 도면.

제18도는, 비구면 형상을 설명하기 위한 설명도.

제19도는, 본 발명에 따른 투영장치용 광원을 이용한 액정 프로젝터의 조명광학계의 배치도.

제20도 및 제21도는, 본 발명에 따른 투사광학계를 탑재한, 배면투사형 화상 디스플레이 장치의 수직방향 단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 발광관

2 : 전극

3 : 전극축

4 : 몰리브덴 박

5 : 전극 봉지부

6 : 꼭지쇠

7 : 리플렉터

8 : 시멘트

9 : 전면 판유리

10 : 냉각용 팬

Claims (16)

1. 표시소자에 빛을 조사하기 위한 투영장치용 광원으로서, 빛을 방출하는 방전 램프와, 이 방전 램프로부터 방출된 빛을 반사해서 그 광축방향으로 출사하는 오목면형의 반사면을 구비한 반사경을 포함하고, 상기 반사경이, 내열성 유기재료에 이 내열성 유기재료보다 열전도율이 높은 고열전도 물질을 혼입한 재료에 의해 형성되고, 상기 반사경의 상기 방전 램프의 부착 위치 근방에 있어서의 평균두께를, 상기 반사경의 광출사부에 있어서의 평균두께에 비해서 크게 하는 것을 특징으로 하는 투영장치용 광원.
2. 제1항에 있어서, 상기 반사경의 반사면이, 포물면 혹은 타원면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 투영장치용 광원.
3. 제1항에 있어서, 상기 반사경의 반사면이, 비구면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 투영장치용 광원.
4. 제1항에 있어서, 상기 방전 램프가, 그 내부에 적어도 크세논 혹은 수은이 봉입되고, 양단에 한 쌍의 전극이 설치되고, 상기 전극간 거리가 1.8mm 이하인 발광관으로 구성된, 정격전력이 250W 이하에서 점등되는 쇼트 아크형 방전 램프인 것을 특징으로 하는 투영장치용 광원.
5. 제1항에 있어서, 상기 반사경의 광출사측에, 전면 판유리를 설치한 것을 특징으로 하는 투영장치용 광원.
6. 삭제
7. 제4항에 있어서, 상기 발광관의 재질이 석영 유리인 것을 특징으로 하는 투영장치용 광원.
8. 제1항에 있어서, 상기 반사경의 외면에, 복수의 돌기물을 설치한 것을 특징으로 하는 투영장치용 광원.
9. 제8항에 있어서, 상기 돌기물은 방열핀이고, 이 핀의 부착 방향이 상기 반사경의 광축방향과 거의 평행한 것을 특징으로 하는 투영장치용 광원.
10. 제8항에 있어서, 상기 돌기물은 방열핀이고, 이 핀의 부착 방향이 상기 반사경의 광축방향과 직교하는 것을 특징으로 하는 투영장치용 광원.
11. 제1항에 있어서, 상기 반사경을 구성하는 상기 내열성 유기재료로서, 저수축불포화 폴리에스테르 수지에 열가소성 폴리머, 경화제, 충전제, 유리섬유, 무기필러를 혼합한 것이며, 또한 상기 내열성 유기재료에 혼입하는 상기 고열전도 물질로서, 수산화알루미나를 이용한 것을 특징으로 하는 투영장치용 광원.
12. 제3항에 있어서, 상기 반사경의 반사면의 비구면 형상이, 하기 식에 의해 나타내어지는 것을 특징으로 하는 투영장치용 광원.

    단, Z(r)는 상기 반사면의 초점을 포함하는 상기 방전 램프의 아크축 방향을 Z축으로 잡고, 상기 Z축에 직교하는 반사경의 반경방향을 r축으로 잡은 경우의 반사면의 높이를 나타내고, r은 반경방향의 거리를 나타내고, RD, CC, AE, AF, AG, AH, …,A는 임의의 정수를 n은 임의의 자연수를 나타내고 있다.
13. 삭제
14. 삭제
15. 빛을 조사하는 투영장치용 광원과, 이 투영장치용 광원으로부터의 빛을 변조하는 표시소자와, 이 표시소자에 의해 변조된 빛을 확대해서 투사하는 투사렌즈를 가지는 투사형 화상 디스플레이 장치에 있어서,

    상기 투영장치용 광원은, 빛을 방출하는 방전 램프와, 이 방전 램프로부터 방출된 빛을 반사해서 그 광축방향으로 출사하는 오목면형의 반사면을 구비한 반사경을 구비하고,

    상기 반사경이, 내열성 유기재료에 이 내열성 유기재료보다도 열전도율이 높은 고열전도 물질을 혼입한 재료에 의해 형성되고, 상기 반사경의 상기 방전 램프의 부착 위치 근방에 있어서의 평균두께를, 상기 반사경의 광출사부에 있어서의 평균두께에 비해서 크게 하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 디스플레이 장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 표시소자는, 액정 패널인 투사형 화상 디스플레이 장치.