KR20090074915A - Projector using led light sources - Google Patents

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KR20090074915A
KR20090074915A KR1020080000620A KR20080000620A KR20090074915A KR 20090074915 A KR20090074915 A KR 20090074915A KR 1020080000620 A KR1020080000620 A KR 1020080000620A KR 20080000620 A KR20080000620 A KR 20080000620A KR 20090074915 A KR20090074915 A KR 20090074915A
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정인숙
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이노스웰(주)
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Abstract

A projector using an LED light source is provided to use the LED light source by emitting the light, scattering to the neighboring, into a light guide unit. A projector using an LED light source comprises: a first and second LED light source(1,1-1); a light guide unit guiding the light from the light source by beam molding the light; and a luminous intensity increasing unit installed between the LED light source and the light guide unit. The light guide unit is consisting of: a first guide unit guiding the light from the first light source to a relay lens; and a second guide unit guiding the light from the second light source to a display panel.

Description

엘이디 광원을 이용하는 프로젝터{PROJECTOR USING LED LIGHT SOURCES}Projector using LED light source {PROJECTOR USING LED LIGHT SOURCES}

본 발명은 프로젝터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 수명이 길고 색감이 좋은 LED 광원으로부터 방출되는 광을 효율적으로 사용할 수 있는 구조를 갖고 있어, 기존에 수명이 짧은 할로겐 램프를 사용하는 액정 프로젝터를 대체하여 LED 광원을 이용할 수 있고, 프로젝션 시스템의 구성을 단순화하고 소형화가 가능한 프로젝터에 관한 것이다.The present invention relates to a projector, and more particularly, has a structure that can efficiently use the light emitted from a long-life, good color LED light source, replacing the conventional liquid crystal projector using a halogen lamp short life By using an LED light source, and relates to a projector that can simplify the configuration of the projection system and miniaturization.

액정 프로젝터는 광원으로부터 나오는 빛을 이색성 거울(dichronic mirror)을 통해 R, G, B 별로 분리한 후, 각각의 빛깔로 분리된 빛을 선택적으로 온/오프하도록 하는 액정을 통하여 영상 정보를 제공하는 장치이다. 액정 프로젝터는 광학계의 하나로서 광원에서 나온 빛을 균일하게 조명하도록 하는 균일 조명 광학 소자인 플라이 아이 렌즈(fly-eye lens) 또는 렌즈판으로 구성되는 인티그레이터와 빛을 선택적으로 투과하는 액정을 스위치 소자로 사용한다. 액정은 상하판에 편광 입사된 광을 이용하여 전계의 인가 여부에 따라 선택적 투과 기능을 하는 소자이므로, 액정에는 편광된 광이 입사되도록 하여야 한다. 따라서, 광원에서 방출되는 빛은 액정에 입사하기 전에 편광기를 통하여 일정방향으로 편광된 광만이 도달하도 록 하고 있다.The liquid crystal projector separates light from the light source by R, G, and B through a dichroic mirror, and then provides image information through a liquid crystal to selectively turn on / off the light separated by each color. Device. A liquid crystal projector is an optical system that switches between an integrator composed of a fly-eye lens or a lens plate, which is a uniform illumination optical element that uniformly illuminates light emitted from a light source, and a liquid crystal that selectively transmits light. Used as. The liquid crystal is a device having a selective transmission function depending on whether an electric field is applied using polarized incident light on the upper and lower plates, and thus the polarized light should be incident on the liquid crystal. Therefore, the light emitted from the light source is intended to reach only the light polarized in a predetermined direction through the polarizer before entering the liquid crystal.

이처럼 액정을 이용한 프로젝터는 액정의 특성상 편광된 빛을 이용해야 한다. 일반적으로, 투과형 액정 디스플레이의 경우 액정 패널 앞 뒤로 편광자(polarizer)가 위치하여, 앞 편광자는 패널에 입사되는 빛을 일정 방향으로 편광된 빛으로 제한시키고, 패널 뒤 편광자는 액정에 부여된 신호에 의해 편광이 회전된 빛만 통과시켜 투사계로 보내게 된다.As such, the projector using the liquid crystal should use polarized light due to the characteristics of the liquid crystal. In general, in the case of a transmissive liquid crystal display, a polarizer is positioned in front of and behind the liquid crystal panel so that the front polarizer limits light incident to the panel to light polarized in a predetermined direction, and the rear polarizer is controlled by a signal imparted to the liquid crystal. Only the light with the polarized light passes through and is sent to the projection system.

이러한 과정에서 광원에서 방출된 빛 중 패널 앞 편광자의 투과축에 수직한 50%의 빛을 잃게 되는데, 이 잃어버린 빛을 이용하기 위해 편광 복원 방법이 이용되기도 한다. 예컨대, 일반적으로 2개의 패널을 사용하는 프로젝터는 두 패널이 서로 다른 칼라 신호를 처리한다. 예를 들면, 제1 패널에는 광량이 가장 부족한 green 신호만, 제2 패널에는 red와 blue를 50:50 씩 사용하는 방식이 있다. 이때 버려지는 50%의 빛의 일부를 편광 복원 장치를 이용하여 복원한 후 각 패널에 보내는 시스템이 제안되고 있다.In this process, the light emitted from the light source loses 50% of the light perpendicular to the transmission axis of the polarizer in front of the panel. The polarization restoration method may be used to use the lost light. For example, a projector using two panels generally processes two color signals differently. For example, the first panel uses only the green signal having the least amount of light, while the second panel uses red and blue 50:50 each. At this time, a system of restoring a part of the 50% of the discarded light by using a polarization restoring device and sending it to each panel has been proposed.

이처럼, 종래의 액정 프로젝터에서는 광원으로부터 나오는 빛을 효율적으로 이용할 수가 없고, 따라서 수명이 길고 색감이 좋은 것과 같이 여러 가지 장점이 있음에도 불구하고, 광원의 밝기가 다소 떨어지는 이유로 인해 LED가 액정 프로젝터에서 광원으로 채용되지 못하고 있으며, 그 결과 할로겐 램프와 같은 광원을 이 용하고 있다. 그러나, 할로겐 램프는 그 수명이 LED에 비해 상당히 짧아, 종종 교체해 주어야 하고, 따라서 액정 프로젝터의 유지 비용에서 할로겐 램프의 교체 비용이 차지하는 비중이 상당히 크다.As such, in the conventional liquid crystal projector, the light emitted from the light source cannot be efficiently used, and thus, although there are various advantages such as long life and good color, the LED is changed from the liquid crystal projector to the light source due to the low brightness of the light source. It is not adopted, and as a result, a light source such as a halogen lamp is used. However, halogen lamps have considerably shorter lifetimes than LEDs, and often have to be replaced, and therefore, the replacement cost of halogen lamps is a significant portion of the maintenance cost of liquid crystal projectors.

더욱이, 할로겐 광원을 이용하는 기존의 액정 프로젝터의 경우, 최근에 어느 정도의 소형화는 이루고 있지만, 내부 구성의 복잡성 등으로 인해 일상적으로 휴대 가능한 정도로 소형화가 이루어지고 있지는 않다. 특히, 기존의 액정 프로젝터는 대부분 3개의 디스플레이 패널을 이용한 3-패널 시스템을 채용하고 있으나, 이에 따라 프로젝터 내부 구조가 더 복잡해지고 또 프로젝터를 소형화하기가 어렵다는 문제점이 있다.Furthermore, in the case of the existing liquid crystal projector using a halogen light source, although some miniaturization has been achieved in recent years, due to the complexity of the internal configuration, the miniaturization is not achieved to the extent that it can be carried on a daily basis. In particular, the conventional liquid crystal projector adopts a three-panel system using three display panels, but there is a problem that the internal structure of the projector is more complicated and it is difficult to miniaturize the projector.

본 발명은 전술한 종래 기술에서 나타나는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 2 패널 또는 3 패널 시스템을 채용하고 있는 프로젝터에서 시스템의 복잡성을 피하고 휴대 가능할 정도로 소형화할 수 있는 액정 프로젝터를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the prior art, and an object of the present invention is to provide a liquid crystal projector that can be miniaturized to be portable and to avoid the complexity of the system in a projector employing a two panel or three panel system.

본 발명의 다른 목적은, 보다 효율적으로 광량을 이용함으로써 할로겐 광원과 비교하여 다소 밝기가 떨어지지만 수명이 길고 색감이 좋은 것과 같이 여러 가지 장점을 갖고 있는 LED를 액정 프로젝터의 광원으로서 사용할 수 있는 프로젝터를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a projector that can use LEDs having various advantages as light sources of liquid crystal projectors, such as a lighter than a halogen light source, but having a slightly lower brightness compared to halogen light sources by using light more efficiently. To provide.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따라서 프로젝터가 제공되는데, 상기 프로젝터는 제1 및 제2의 LED 광원과; 상기 광원으로부터 출사된 광을 빔 성형하여 안내하는 광 안내부를 포함하고, 상기 광 안내부는 상기 제1 광원으로부터 출사된 광을 빔 성형하여 릴레이 렌즈를 향해 안내하는 제1 광 안내부와, 상기 제2 광원으로부터 출사된 광을 빔 성형하여 디스플레이 패널을 향해 안내하는 제2 광 안내부를 포함하며, 상기 제1 광원으로부터 출사된 광이 상기 제1 광 안내부를 거쳐 PBS 큐브에 이르는 광 경로는 상기 제2 광원으로부터 출사된 광이 상기 제2 광 안내부를 거쳐 PBS 큐브에 이르는 광 경로와 비교하여 더 긴 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a projector is provided according to the present invention, the projector comprising: first and second LED light sources; And a light guide part configured to beam-form and guide the light emitted from the light source, wherein the light guide part comprises: a first light guide part configured to beam-form light emitted from the first light source and guide the light toward the relay lens; And a second light guide to beam shape the light emitted from the light source and guide the light toward the display panel, wherein the light path from the first light source to the PBS cube through the first light guide is the second light source. The light emitted from is longer than the light path through the second light guide to the PBS cube.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 LED 광원과 광 안내부 사이에 설치되며, 상기 광원으로부터 큰 출사각(θi)으로 출사되는 광을 패널에 이용가능한 광의 입사각(θ0) 이하로 감소시켜 상기 광 안내부로부터 출사되도록 하여, 상기 패널에 이용되는 광의 양을 증대시키는 광량 증대 수단을 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the light source is installed between the LED light source and the light guide portion, and the light emitted at a large exit angle θ i from the light source is reduced below the incident angle θ 0 of light available to the panel so that the light is reduced. It may further include a light amount increasing means for increasing the amount of light used in the panel by emitting from the guide portion.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 광량 증대 수단은 집광 렌즈로 구성될 수 있다.In one embodiment, the light amount increasing means may be composed of a condenser lens.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 제2 광 안내부는 제1 광 안내부의 길이보다 더 길게 구성될 수 있다.In one embodiment, the second light guide portion may be configured to be longer than the length of the first light guide portion.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 광 안내부는 광터널 또는 광파이프일 수 있고, 상기 광터널 또는 광파이프는 직선형 또는 출구면을 향해 점점 더 넓어지는 테이퍼 형태로 구성될 수 있다.In one embodiment, the first and second light guides may be optical tunnels or light pipes, and the optical tunnels or light pipes may be formed in a straight or tapered shape that becomes wider toward the exit surface.

한 가지 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2의 LED 광원은 일직선 상에 배치될 수 있다.In one embodiment, the first and second LED light sources may be disposed in a straight line.

본 발명의 다른 실시예에 따라 제공되는 프로젝터는 제1, 제2 및 제3의 LED 광원과; 상기 광원으로부터 출사된 광을 빔 성형하여 안내하는 광 안내부를 포함하고, 상기 광 안내부는 상기 제1 광원으로부터 출사된 광을 빔 성형하여 릴레이 렌즈를 향해 안내하는 제1 광 안내부와, 상기 제2 광원으로부터 출사된 광을 빔 성형 하여 디스플레이 패널을 향해 안내하는 제2 광 안내부와, 상기 제3 광원으로부터 출사된 광을 빔 성형하여 릴레이 렌즈를 향해 안내하는 제3 광 안내부를 포함하며, 상기 제1 및 제3 광원으로부터 출사된 광이 상기 제1 및 제3 광 안내부를 거쳐 PBS 큐브에 이르는 광 경로는 상기 제2 광원으로부터 출사된 광이 상기 제2 광 안내부를 거쳐 PBS 큐브에 이르는 광 경로와 비교하여 더 긴 것을 특징으로 하며, 한 가지 실시예에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3의 LED 광원은 일직선 상에 배치도는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, a projector provided includes: first, second and third LED light sources; And a light guide part configured to beam-form and guide the light emitted from the light source, wherein the light guide part comprises: a first light guide part configured to beam-form light emitted from the first light source and guide the light toward the relay lens; And a second light guide part configured to beam-form light emitted from the light source and guide the light toward the display panel, and a third light guide part configured to beam-form light emitted from the third light source and guide the light toward the relay lens. The light path from the first and third light sources through the first and third light guides to the PBS cube includes the light path from the second light source to the PBS cube through the second light guides. And longer in comparison, and in one embodiment, the first, second and third LED light sources are arranged in a straight line.

본 발명에 따르면, R,G,B의 LED 광원을 사용하여, 2 패널 또는 3 패널의 조명계를 구성함과 아울러, 광원에서 PBS에 이르는 광 경로 중 짧은 경로에 있는 조명계를 광 안내부로만 구성함으로써, 광원을 일직선 상에서 배치할 수 있도록 하고, 이에 따라 시스템의 복잡성을 단순화시키고 프로젝터를 전체적으로 소형으로 구성할 수가 있다.According to the present invention, by using an LED light source of R, G, B, by configuring a two- or three-panel illumination system, by configuring only the light guide portion of the illumination system in the short path of the light path from the light source to the PBS This allows the light source to be placed in a straight line, which simplifies the complexity of the system and makes the projector overall compact.

또한, 본 발명의 프로젝터에는 LED 광원이 사용된다. 즉, 밝기가 떨어져 많은 장점이 있음에도 불구하고, LED 광원 대신에 할로겐 광원이 프로젝터에 사용되었으나, 본 발명에 따르면, 광원의 주변으로 흩어져 버리는 광을 광 안내부로 입사되도록 하여, 보다 많은 광이 사용될 수 있어, LED 광원을 사용할 수 있고, 이로 인해 할로겐 광원의 유지 비용과 관련된 비용을 대폭적으로 절감할 수가 있다.In addition, an LED light source is used in the projector of the present invention. That is, although there are many advantages of low brightness, a halogen light source is used for the projector instead of an LED light source. However, according to the present invention, the light scattering around the light source is incident on the light guide unit, so that more light can be used. Therefore, an LED light source can be used, which can significantly reduce the cost associated with maintaining a halogen light source.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1에는 본 발명의 한 가지 실시예에 따라 구성되는 액정 프로젝터, 즉 2개의 디스플레이 패널을 이용한 액정 프로젝터의 전체적인 구성도가 개략적으로 도시되어 있다.FIG. 1 schematically shows the overall configuration of a liquid crystal projector constructed in accordance with one embodiment of the present invention, i.e., a liquid crystal projector using two display panels.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따르면 LED 광원이 두 개의 광원(1, 1-1)으로 구성되며, 바람직한 실시예에 있어서, 이들 광원은 동일선상에 배치되어 공간적으로 보다 효율적으로 설계될 수 있도록 구성되어 있다.As shown, according to the present invention, the LED light source is composed of two light sources 1, 1-1, and in a preferred embodiment, these light sources are arranged on the same line so that they can be designed more efficiently in space. It is.

한편, 이와 같이 광원이 두 개의 채널로 나뉘고 각 채널이 서로 다른 디스플레이 패널에 대응하는 경우, 패널까지 이르는 거리가 서로 달라서 동일한 조명계를 적용할 수가 없게 된다. On the other hand, when the light source is divided into two channels and each channel corresponds to a different display panel, the distance to the panel is different so that the same illumination system cannot be applied.

본 발명은 이러한 점을 감안하여, 릴레이 렌즈를 서로 다르게 설계하여 적용하는 것이 아니라, 패널까지의 거리가 짧은 쪽에 인테그레이터(integrator)만을 배치함으로써, 2개의 LED 광원을 나란히 배열할 수 있도록 하였다. 그 결과, 시스템이 전체적인 구성이 단순화되고, 액정 프로젝터를 소형으로 구성할 수가 있으며, 부품수도 감소하여 제조 가격을 낮출 수가 있다.In view of the above, the present invention does not design and apply a relay lens differently, but arranges only two integrators at a side with a shorter distance to the panel, thereby allowing two LED light sources to be arranged side by side. As a result, the overall configuration of the system can be simplified, the liquid crystal projector can be made compact, the number of parts can be reduced, and the manufacturing cost can be lowered.

이하, 본 발명의 구성을 세부적으로 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the structure of this invention is demonstrated in detail.

도 1은 2 패널식 액정 프로젝터의 구성을 개략적으로 도시한 것으로서, 광원(1)은 R, G, B 중 RG, RB 또는 GB로 2개 칼라의 LED가 같이 있는 칩셋이고, 광원(1-1)은 나머지 칼라의 칩셋이다.FIG. 1 schematically shows the configuration of a two-panel liquid crystal projector. The light source 1 is a chipset having two color LEDs, RG, RB, or GB among R, G, and B, and a light source (1-1). ) Is the chipset for the remaining colors.

먼저, 제1 LED 광원(1)으로부터 방출된 광은 beam shaping 역할을 하는 제1 인테그레이터(integrator)(2)와 빛을 디스플레이 패널에 전달하는 역할을 하는 릴레이 렌즈(3, 4)를 통과한다.First, the light emitted from the first LED light source 1 passes through a first integrator 2 serving as beam shaping and a relay lens 3 and 4 serving to transmit light to the display panel. do.

상기 릴레이 렌즈를 통과한 광은 터닝 거울(5)에서 그 광로가 전환된 후, 릴레이 렌즈(6)를 거쳐, pre-편광기(7)에서 편광 중 노이즈가 제거된 후 제1 디스플레이 패널에 입사한다.The light passing through the relay lens enters the first display panel after the light path of the turning mirror 5 is switched, and then through the relay lens 6, the noise during polarization is removed from the pre-polarizer 7. .

한편, 제2 광원(1-1)으로부터 방출된 광은 제2 인테그레이터(2-1)로 입사하게 되는데, 이 제2 인테그레이터는 광로의 진행 방향으로 제1 인테그레이터보다 더 길게 형성되어 있다. 또한, 편광 빔 분할기(PBS) 큐브에는 clean-up 편광자(9)가 구비되어 있어, 신호를 걸러준다.Meanwhile, the light emitted from the second light source 1-1 enters the second integrator 2-1, which is longer than the first integrator in the advancing direction of the optical path. Formed. In addition, the polarizing beam splitter (PBS) cube is provided with a clean-up polarizer 9 to filter the signal.

상기 PBS 큐브에 입사된 제1 광원 및 제2 광원으로부터의 광은 PBS 큐브에서 합쳐진 후, 프로젝션 렌즈(PL)를 통해 투사된다.Light from the first light source and the second light source incident on the PBS cube is combined in the PBS cube and then projected through the projection lens PL.

이처럼, 본 발명에 따르면, 광원으로서 LED를 사용하고, 각 LED로부터 빛을방출되도록 함과 아울러, 디스플레이 패널에 이르는 경로 중 짧은 경로에 해당하는 쪽에는 릴레이 렌즈 등을 구비하는 일이 없이, 단순히 광 안내부 역할을 하는 인테그레인터만 배치함으로써, 각 광원을 동일선상에 배치할 수 있어, 시스템의 복잡성 을 감소시키고, 액정 프로젝터의 전체적인 소형화를 달성할 수가 있다.As described above, according to the present invention, an LED is used as a light source, and light is emitted from each LED, and a light is simply not provided on the side corresponding to a short path among the paths to the display panel. By arranging only the integrator serving as a guide, each light source can be arranged on the same line, thereby reducing the complexity of the system and achieving overall miniaturization of the liquid crystal projector.

도 2에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 프로젝터의 전체적인 구성을 보여주는 도면이다. 도시한 바와 같이, 본 실시예는 도 1의 실시예와 달리, 3 디스플레이 패널을 채용하고 있으며, 이에 대응하여 R, G, B에 대응하는 각각의 LED 광원을 사용하고 있다는 것을 제외하고는 도 1에 도시한 실시예와 동일하다. 따라서, 그 중복되는 설명은 생략한다.2 is a view showing the overall configuration of a liquid crystal projector according to another embodiment of the present invention. As shown, unlike the embodiment of FIG. 1, the present embodiment employs three display panels, except that each LED light source corresponding to R, G, and B is used. Same as the embodiment shown in FIG. Therefore, the overlapping description is omitted.

한편, 본 발명자들은 LED를 프로젝터의 광원으로서 활용하기 위해, LED로부터 방출되는 광을 효율적으로 이용할 수 있는 수단에 대해 연구하였다. 이러한 연구에서, 본 발명자들은 LED 광원과 디스플레이 패널 사이에서의 광의 경로에 대하여 연구하였다.On the other hand, the present inventors have studied a means for efficiently utilizing the light emitted from the LED in order to utilize the LED as a light source of the projector. In this study, the inventors studied the path of light between the LED light source and the display panel.

도 3에는 디스플레이 패널(왼쪽 면)과 광터널(light tunnel)(오른쪽 면) 사이에서의 광 경로를 보여주는데, 일대일로 대응하고 있음을 알 수 있다. 도시한 바와 같이, 광터널의 출구와 디스플레이 패널 사이에는 릴레이 렌즈가 배치되어 있고, 이들 렌즈는 광터널에서 나온 빛 중 일정한 각도 이내로 퍼지는 빛만을 디스플레이 패널로 보낸다. 프로젝션 시스템에 따라 디스플레이 패널에 도착한 빛 중 일정한 각도 이내의 빛만이 투사 렌즈로 입사하여 시스템의 밝기를 결정하게 된다. 즉, 광터널에서 나오는 일정한 각도 이하로 나오는 빛의 강도가 전체 시스템의 밝 기에 영향을 미치게 된다는 것을 알 수 있다.3 shows an optical path between a display panel (left side) and a light tunnel (right side), which can be seen to correspond one-to-one. As shown, a relay lens is disposed between the exit of the optical tunnel and the display panel, and these lenses send only the light that spreads within a predetermined angle of the light from the optical tunnel to the display panel. According to the projection system, only light within a certain angle of the light arriving at the display panel is incident on the projection lens to determine the brightness of the system. In other words, it can be seen that the intensity of light coming out below a certain angle from the optical tunnel affects the brightness of the entire system.

이를 도 4를 참조하여 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.This will be described in more detail with reference to FIG. 4 as follows.

후술하는 바와 같이, 본 발명의 한 가지 실시예에 따르면, LED를 광원으로서 사용함과 아울러, 직선형의 광터널을 사용하는데, 도 2에 도시한 바와 같이, 광터널의 출구 쪽에서 각도 θ0 이하의 빛을 사용한다면, 입구 쪽 즉 LED 광원의 빛은 각도 θl=θ0 이하의 각도이어야만 한다(즉, 도 2에서 수평축(0°)으로부터 θl(=θ0)의 출사각의 광만을 이용할 수 있고, θl 보다 큰 출사각의 광은 이용할 수가 없다).As will be described later, according to one embodiment of the present invention, the LED is used as a light source and a linear optical tunnel is used. As shown in FIG. 2, light having an angle θ 0 or less at the exit side of the optical tunnel is shown in FIG. 2. If the light at the entrance, i.e. the LED light source, must be at an angle θ l = θ 0 or less (ie, only light at an exit angle of θ l (= θ 0 ) from the horizontal axis (0 °) in FIG. 2 can be used). And light with an exit angle greater than θ l cannot be used).

LED의 더 넓은 출사각을 사용하기 위해서는 LED 발광면과 광터널의 입사면을 디스플레이 패널과 광터널의 출사면 경우처럼 일대일 대응하도록 몇 개의 렌즈로 mapping하는 구성을 생각해 볼 수도 있으나, 이 경우 LED와 광터널 사이의 거리가 멀어지고 시스템이 복잡해진다는 문제점이 있다.In order to use a wider emission angle of the LED, you may consider a configuration in which the LED emitting surface and the incident surface of the optical tunnel are mapped to several lenses so as to have a one-to-one correspondence as in the case of the display panel and the optical tunnel. There is a problem in that the distance between the optical tunnels is increased and the system is complicated.

따라서, 본 발명자들은 종래의 액정 프로젝터와는 달리, LED 광원과 광터널을 이용함과 아울러 광터널에 입사되는 LED 빛의 (광터널로의) 입사각을 작게 하면 보다 많은 광량을 이용할 수 있다는 결론에 이르러 본 발명을 완성하였다.Therefore, the present inventors have come to the conclusion that, unlike conventional liquid crystal projectors, by using an LED light source and an optical tunnel and reducing the incident angle (to the optical tunnel) of the LED light incident on the optical tunnel, more light can be used. The present invention has been completed.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 LED 광량 증대 수단(30)(예컨대, 집광 렌즈)이 LED 광원(10)과 광터널(20) 사이에 배치되어 있는 구성을 보여주고 있다.5 shows a configuration in which the LED light quantity increasing means 30 (for example, a condenser lens) is disposed between the LED light source 10 and the optical tunnel 20 according to an embodiment of the present invention.

도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 가지 실시예에 따르면, 집광 렌즈(30)가 LED 광원(10)과 광터널(20) 사이에 배치되어, LED 광원(10)으로부터 출사된 빛이 집광 렌즈(30)를 통과하면서 그 각이 꺽여 광터널(20)의 벽에 충돌하고, 결국 원하는 출사각(θ0)으로 광터널(20)을 빠져 나감을 알 수 있다. As shown in the figure, according to one embodiment of the present invention, the condenser lens 30 is disposed between the LED light source 10 and the optical tunnel 20, the light emitted from the LED light source 10 is collected It can be seen that while passing through the lens 30, the angle is bent to collide with the wall of the optical tunnel 20, and eventually exit the optical tunnel 20 at the desired exit angle θ 0 .

즉, LED 광원(10)으로부터 출사각(θl)으로 방출된 광은 광터널로 입사하여도 출사각이 θ0 보다 커져서 광터널을 빠져나간 후에는 릴레이 렌즈에 의해 패널에 일정각으로 입사하지 못해 사용할 수 없는 빛이 된다. 한편, LED 광원을 광터널 내부에 배치하는 경우도 고려할 수 있는데, 이 경우 역시 θ0 보다 큰 출사각은 이용되지 못한다.That is, the light emitted from the LED light source 10 at the exit angle θ l does not enter the panel at a predetermined angle by the relay lens after exiting the optical tunnel because the exit angle is greater than θ 0 even though it enters the optical tunnel. It can not be used to light. On the other hand, it is also possible to consider the case where the LED light source is disposed inside the optical tunnel, in which case the emission angle larger than θ 0 is also not used.

그러나, 본 발명에 따르면, 집광 렌즈(30)가 제공되어 θ0 보다 큰 출사각의 LED 광 또한 θ0 이하의 각도로 광터널을 빠져 나가게 된다. 즉, θ0 보다 큰 출사각의 광도 이용할 수가 있어, 결과적으로 보다 많은 양의 광이 디스플레이 패널에 도착하고, 따라서 프로젝션 시스템의 밝기가 그 만큼 향상된다(도 3에서 수평축(0°)으로부터 θl(>θ0)의 출사각의 광을 이용할 수 있어, 0°내지 θ0의 출사각의 광만을 이용할 수 있는 종래 기술과 비교하여, 0°내지 θl의 출사각을 이용할 수 있어, 그 만큼 더 많은 빛을 이용할 수가 있는 것이다). 이는 결국 할로겐 광원에 비해 밝기가 다소 떨어지는 LED를 광원으로 이용할 수 있도록 해준다. LED 광원은 할로겐 광원과 비교하여 수명이 더 길기 때문에, 광원의 교체와 관련한 비용을 현저히 감소시킬 수 있는 효과가 있다.However, according to the present invention, it is provided with a condenser lens 30 and is out through the light tunnel at an angle of θ 0 or less of the LED light also greater than the emission angle θ 0. That is, a light having an emission angle greater than θ 0 can be used, resulting in a greater amount of light arriving at the display panel, thereby improving the brightness of the projection system by that amount (θ 1 from the horizontal axis (0 °) in FIG. 3). (> θ0) can exit access to each of the light, compared to the prior art that only light of the emission angle of 0 ° to θ 0 can be used, it is possible to use the emission angle of 0 ° to θ l, that much more Much light is available). This, in turn, allows LEDs to be used as light sources, which are somewhat less bright than halogen light sources. Since the LED light source has a longer life compared with the halogen light source, there is an effect that can significantly reduce the cost associated with the replacement of the light source.

본 발명의 이러한 효과는 도 6을 통해 확인할 수가 있다. 즉, 도 6은 집광렌즈를 사용한 경우(그림 아래)와 사용하지 않은 경우(그림 위), LCD 패널 면에 도착한 광량을 보여준다. This effect of the present invention can be confirmed through FIG. That is, FIG. 6 shows the amount of light arriving at the LCD panel surface when the condenser lens is used (below picture) and when not used (above picture).

도시한 바와 같이, 테이퍼형 광터널을 사용한 조명계에서, LED의 플럭스를 1로 하였을 때, 집광 렌즈를 사용하지 않은 경우 LCD 면에 도착한 광량은 대략 0.18911인 것과 비교하여, 집광 렌즈를 사용한 경우 광량은 대략 0.26495로서, 광량이 약 40% 증가하였음을 알 수 있다. 즉, 할로겐 광원과 비교하여 밝기가 떨어진 LED를 광원으로서 사용한다 하더라도, 기존의 것과 비교하여 광량을 효율적으로 이용할 수 있어, 원하는 밝기를 달성할 수가 있게 된다.As shown, in an illumination system using a tapered optical tunnel, when the flux of the LED is set to 1, the amount of light arriving at the LCD surface when the condenser lens is not used is about 0.18911. As about 0.26495, it can be seen that the amount of light increased by about 40%. That is, even if the LED whose brightness is lower than that of the halogen light source is used as the light source, the amount of light can be efficiently used as compared with the conventional one, and the desired brightness can be achieved.

한편, 도면에서는 직선형 광터널을 사용한 것을 예로 설명하였지만, 광출구를 향해 점점 더 넓어지는 테이퍼형(tapered) 광터널을 사용할 수도 있고, 또 광터 널 대신에 광 파이프를 사용할 수도 있으며, 이들은 모두 본 발명의 범위 내에 속하는 것이다.On the other hand, in the drawings has been described using a straight optical tunnel as an example, tapered (tuned) optical tunnel that is increasingly wider toward the light exit may be used, and instead of the light tunnel may be used a light pipe, all of the present invention It is within the scope of.

구체적으로, 직선형의 터널보다 더 좋은 광효율을 얻기 위해서 테이퍼형 광터널을 이용할 수가 있다. 이러한 광터널을 이용하면 광터널의 출사면에서 θ0 이하의 빛을 얻을 때 LED 면에서의 사용 가능한 출사각 θi >θ0 가 된다. 그러나, 본 발명을 원리를 이용하면 더 좋은 효과를 얻을 수가 있다. 즉, 조명계에 이용되는 각, 즉 광터널의 출사각 중 사용 가능한 각이 θ0 이고, 테이퍼형 광터널을 사용할 경우 LED 각이 θi1 , 테이퍼형 광터널에 본 발명을 적용할 경우 이용되는 각을 θi2 라 하면, θi2 >θi1>θ0 이가 되어, 보다 많은 양의 광을 이용할 수가 있다(도 7 참조).Specifically, in order to obtain better light efficiency than a straight tunnel, a tapered optical tunnel can be used. When the optical tunnel is used, when the light having the angle θ 0 or less is obtained at the emission surface of the optical tunnel, the emission angle θ i > θ 0 usable on the LED surface becomes. However, using the principle of the present invention can obtain a better effect. That is, the angle used in the illumination system, that is, the angle available for the light tunnel exit angle is θ 0 , and when the tapered optical tunnel is used, the LED angle is θ i1. , The angle used when applying the present invention to a tapered optical tunnel θ i2 Θ i2 > θ i1 > θ 0 or less, so that a larger amount of light can be used (see FIG. 7).

한편, LED 광량 증대 수단(30)의 한 가지 예로서 집광 렌즈(예컨대, 볼록 렌즈)를 사용하였는데, 이 렌즈의 특성은 시스템에 맞게 최적으로 설계할 필요가 있다. 즉, 도면에서는 LED의 중심에서만의 빛을 표시하였는데, 실제 LED는 점광원이 아니고 일정한 면적을 가지고 있으므로, 중심이 아닌 외곽의 빛은 중심과는 다른 광 경로를 갖게 되어, 렌즈 형상에 따라 효율이 변동할 수가 있으므로, 이를 고려하여 집광 렌즈를 설계할 필요가 있다. 즉, 중심에서의 광효율이 증대되므로, 적 절한 설계를 통해서 얻어진 렌즈를 사용하면 전체적인 효율을 높일 수가 있다.On the other hand, a condenser lens (for example, a convex lens) was used as one example of the LED light amount increasing means 30, and the characteristics of this lens need to be optimally designed for the system. That is, in the drawing, the light is displayed only at the center of the LED. Since the actual LED is not a point light source but has a constant area, the light outside the center has a different light path from the center, and thus the efficiency is different depending on the shape of the lens. Since it can fluctuate, it is necessary to design a condensing lens in consideration of this. That is, since the light efficiency at the center is increased, the overall efficiency can be increased by using a lens obtained through an appropriate design.

한편, 상기 실시예에서는 집광 렌즈가 LED 광원과 광터널 사이에 배치되는 경우를 설명하였지만, LED 광원이 광터널 내부에 배치되어 있는 경우에도, LED 광원 주위에 집광 렌즈를 설치하면 동일한 효과를 얻을 수 있으며, 이 역시 본 발명의 범위 내에 속하는 것이다.Meanwhile, in the above embodiment, the case where the condenser lens is disposed between the LED light source and the optical tunnel has been described. However, even when the LED light source is disposed inside the optical tunnel, the same effect can be obtained by installing the condenser lens around the LED light source. It also falls within the scope of the present invention.

한편, 광터널(20)로부터 출사된 빛은 종래와 마찬가지로, 릴레이 렌즈, 편광기 등을 통과하여 프로젝션 렌즈에 입사하게 되는데, 이러한 구성은 모두 종래의 프로젝터에서 채용되고 있는 구성이며, 따라서 그 구성에 대한 설명은 생략한다.On the other hand, the light emitted from the optical tunnel 20 passes through a relay lens, a polarizer, and the like, and enters the projection lens as in the prior art, all of which are employed in a conventional projector, and thus, Description is omitted.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 의해 제한되지 않으며, 본 발명의 범위 및 사상 내에서 다양하게 변형 및 수정할 수 있다는 점을 이해하여야 한다. 예컨대, 상기한 본 발명의 구성은 프로젝터의 종류에 특별히 제한되는 일이 없이 널리 적용될 수 있다. 즉, 액정 프로젝터를 중심으로 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 액정 프로젝터 외에 DLP 방식의 프로젝터에도 적용될 수 있고, 이 역시 본 발명의 범위 내에 속하며, 채널 시스템의 형식에 상관 없이 본 발명이 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 후술하는 특허청구범위 및 그 균등물에 의해서만 제한된다.Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, it is to be understood that the present invention is not limited by the above embodiments, and that various modifications and changes can be made within the scope and spirit of the present invention. For example, the above-described configuration of the present invention can be widely applied without being particularly limited to the type of projector. That is, although the present invention has been described based on the liquid crystal projector, the present invention can be applied to a DLP type projector in addition to the liquid crystal projector, which is also within the scope of the present invention, and the present invention can be applied regardless of the type of the channel system. . Accordingly, the invention is limited only by the following claims and their equivalents.

도 1은 본 발명의 한 가지 실시예에 따른 2 패널식 액정 프로젝터의 전체적인 구성을 개랴적으로 보여주는 도면이다.1 is a diagram schematically showing the overall configuration of a two-panel liquid crystal projector according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3 패널식 액정 프로젝터의 전체적인 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.2 is a view schematically showing the overall configuration of a three-panel liquid crystal projector according to another embodiment of the present invention.

도 3은 디스플레이 패널(왼쪽 면)과 광터널(light tunnel)(오른쪽 면) 사이에서의 광 경로가 일대일로 대응하고 있음을 보여주는 도면이다.FIG. 3 is a diagram showing that the optical paths between the display panel (left side) and the light tunnel (right side) correspond one-to-one.

도 4는 광원의 출사각이 광량에 미치는 영향을 보여주는 도면이다.4 is a view showing the effect of the emission angle of the light source on the amount of light.

도 5는 본 발명의 한 가지 실시예에 따라 광량 증대 수단이 제공되어, 보다 많은 광이 광터널에 입사되는 원리를 보여주는 도면이다.5 is a view showing a principle that the light amount increasing means is provided according to an embodiment of the present invention, more light is incident on the optical tunnel.

도 6은 본 발명에 따라 광량 증대 수단이 제공된 경우, 제공되지 않은 경우에 비해 광량이 증대되었음을 보여주는 실험예의 그래프이다.6 is a graph of an experimental example showing that the amount of light is increased when the amount of light increasing means is provided according to the present invention, compared to the case where the amount of light increasing means is not provided.

도 7은 테이퍼형 광터널에 광량 증대 수단이 제공된 경우, 광량이 증대되는 원리를 보여주는 도면이다.7 is a view showing a principle that the light amount is increased when the light amount increasing means is provided in the tapered optical tunnel.

Claims (14)

제1 및 제2의 LED 광원과; First and second LED light sources; 상기 광원으로부터 출사된 광을 빔 성형하여 안내하는 광 안내부 Light guide unit for beam-forming the light emitted from the light source 를 포함하고,Including, 상기 광 안내부는 상기 제1 광원으로부터 출사된 광을 빔 성형하여 릴레이 렌즈를 향해 안내하는 제1 광 안내부와, 상기 제2 광원으로부터 출사된 광을 빔 성형하여 디스플레이 패널을 향해 안내하는 제2 광 안내부를 포함하며,The light guide unit beam-forms the light emitted from the first light source and guides the light toward the relay lens, and second light guides the light emitted from the second light source to the display panel. Including a guide, 상기 제1 광원으로부터 출사된 광이 상기 제1 광 안내부를 거쳐 PBS 큐브에 이르는 광 경로는 상기 제2 광원으로부터 출사된 광이 상기 제2 광 안내부를 거쳐 PBS 큐브에 이르는 광 경로와 비교하여 더 긴 것을 특징으로 하는 프로젝터.The light path from the first light source to the PBS cube via the first light guide is longer than the light path from the second light source to the PBS cube via the second light guide. Projector characterized in that. 청구항 1에 있어서, 상기 LED 광원과 광 안내부 사이에 설치되며, 상기 광원으로부터 큰 출사각(θi)으로 출사되는 광을 패널에 이용가능한 광의 입사각(θ0) 이하로 감소시켜 상기 광 안내부로부터 출사되도록 하여, 상기 패널에 이용되는 광의 양을 증대시키는 광량 증대 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.The light guide part of claim 1, wherein the light guide part is disposed between the LED light source and the light guide part, and reduces light emitted at a large exit angle θ i from the light source to be equal to or less than an incident angle θ 0 of light available to the panel. And an amount of light increasing means for increasing the amount of light used in the panel so that the light is emitted from the panel. 청구항 2에 있어서, 상기 광량 증대 수단은 집광 렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝터.The projector according to claim 2, wherein the light amount increasing means is composed of a condenser lens. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제2 광 안내부는 제1 광 안내부의 길이보다 더 길게 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝터.The projector according to claim 1 or 2, wherein the second light guide portion is configured to be longer than the length of the first light guide portion. 청구항 4에 있어서, 상기 제1 및 제2 광 안내부는 광터널 또는 광파이프인 것을 특징으로 하는 프로젝터.The projector according to claim 4, wherein the first and second light guide parts are optical tunnels or light pipes. 청구항 5에 있어서, 상기 광터널 또는 광파이프는 직선형 또는 출구면을 향해 점점 더 넓어지는 테이퍼 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝터.The projector according to claim 5, wherein the optical tunnel or the light pipe is formed in a tapered form that is wider toward the straight or the exit surface. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2의 LED 광원은 일직선 상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 프로젝터.The projector according to any one of claims 1 to 3, wherein the first and second LED light sources are arranged in a straight line. 제1, 제2 및 제3의 LED 광원과; First, second and third LED light sources; 상기 광원으로부터 출사된 광을 빔 성형하여 안내하는 광 안내부 Light guide unit for beam-forming the light emitted from the light source 를 포함하고,Including, 상기 광 안내부는 상기 제1 광원으로부터 출사된 광을 빔 성형하여 릴레이 렌즈를 향해 안내하는 제1 광 안내부와, 상기 제2 광원으로부터 출사된 광을 빔 성형하여 디스플레이 패널을 향해 안내하는 제2 광 안내부와, 상기 제3 광원으로부터 출사된 광을 빔 성형하여 릴레이 렌즈를 향해 안내하는 제3 광 안내부를 포함하며,The light guide unit beam-forms the light emitted from the first light source and guides the light toward the relay lens, and second light guides the light emitted from the second light source to the display panel. And a third light guide part configured to beam-form light emitted from the third light source and guide the light toward the relay lens. 상기 제1 및 제3 광원으로부터 출사된 광이 상기 제1 및 제3 광 안내부를 거쳐 PBS 큐브에 이르는 광 경로는 상기 제2 광원으로부터 출사된 광이 상기 제2 광 안내부를 거쳐 PBS 큐브에 이르는 광 경로와 비교하여 더 긴 것을 특징으로 하는 프로젝터.The light path from the first and third light sources to the PBS cube via the first and third light guides is a light path from the second light source to the PBS cube through the second light guides. Projector characterized by a longer length compared to the path. 청구항 8에 있어서, 상기 LED 광원과 광 안내부 사이에 설치되며, 상기 광원으로부터 큰 출사각(θi)으로 출사되는 광을 패널에 이용가능한 광의 입사각(θ0) 이하로 감소시켜 상기 광 안내부로부터 출사되도록 하여, 상기 패널에 이용되는 광의 양을 증대시키는 광량 증대 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로젝터.The light guide part of claim 8, wherein the light guide part is disposed between the LED light source and the light guide part and reduces light emitted at a large exit angle θ i from the light source to be equal to or less than an incident angle θ 0 of light available to the panel. And an amount of light increasing means for increasing the amount of light used in the panel so that the light is emitted from the panel. 청구항 9에 있어서, 상기 광량 증대 수단은 집광 렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝터.10. The projector according to claim 9, wherein the light amount increasing means is composed of a condenser lens. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서, 상기 제2 광 안내부는 상기 제1 광 안내부 및 제3 광 안내부의 길이보다 더 길게 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝터.The projector according to claim 8 or 9, wherein the second light guide portion is configured to be longer than the length of the first light guide portion and the third light guide portion. 청구항 11에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 광 안내부는 광터널 또는 광파이프인 것을 특징으로 하는 프로젝터.12. The projector of claim 11, wherein the first, second and third light guide portions are optical tunnels or light pipes. 청구항 12에 있어서, 상기 광터널 또는 광파이프는 직선형 또는 출구면을 향해 점점 더 넓어지는 테이퍼 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 프로젝터.The projector according to claim 12, wherein the optical tunnel or the light pipe is configured in a tapered form that is wider toward the straight or the exit surface. 청구항 8 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3의 LED 광원은 일직선 상에 배치도는 것을 특징으로 하는 프로젝터.The projector according to any one of claims 8 to 10, wherein the first, second and third LED light sources are arranged in a straight line.
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