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KR100817786B1 - 발광 다이오드 광 소스를 병합하는 디스플레이 시스템 - Google Patents

발광 다이오드 광 소스를 병합하는 디스플레이 시스템 Download PDF

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KR100817786B1
KR100817786B1 KR1020017009932A KR20017009932A KR100817786B1 KR 100817786 B1 KR100817786 B1 KR 100817786B1 KR 1020017009932 A KR1020017009932 A KR 1020017009932A KR 20017009932 A KR20017009932 A KR 20017009932A KR 100817786 B1 KR100817786 B1 KR 100817786B1
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토마스 엠. 마샬
미카엘 데. 파슈레이
스테펜 헤르만
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

디스플레이 시스템은, 광 방출의 다소 상이한 피크 파장을 갖는 적어도 2개의 LED 소스로 구성되는 광 소스를 구비한다. 개별적인 LED 소스는, 크기면에서 거의 증가하지 않거나 전혀 증가하지 않는 증가된 루멘 출력을 구비하는 단일 빔으로 조합된다. 상이한 소스의 그러한 조합된 소스(예컨대, 적색, 녹색 및 청색)는, 예를 들어 소형의 광 변조기 패널의 사용으로부터 발생하는, 한정된 범위를 갖는 디스플레이 시스템에서의 광 엔진으로 유용하다.

Description

발광 다이오드 광 소스를 병합하는 디스플레이 시스템{DISPLAY SYSTEMS INCORPORATING LIGHT-EMITTING DIODE LIGHT SOURCE}
본 발명은 디스플레이 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로, 상이한 파장의 LED의 조합을 사용하는 발광 다이오드(LED: light-emitting diode) 광 소스를 병합하는 디스플레이 시스템에 관한 것이다.
다양한 칼라(예컨대, 적색, 녹색 및 청색)의 LED의 증가하는 유용성(availability)과, 증가하는 루멘(lumen) 출력은, 조명(lighting) 및 디스플레이 응용을 위한 상업적인 제품을 생산하는데 있어서 관심을 발생하였다.
예를 들어, 일반적인 조명 목적을 위한 백광 소스를 발생시키기 위해 적색, 녹색 및 청색 발광 LED를 조합하는 것이 제안되어 왔다. 미국 특허(제 5,851,063호)를 참조하라.
프레임-순차 모드에서 단일 광 변조기 패널로 동작하는, 헬멧 또는 한 쌍의 안경 상에 장착하는 직접 화상 축소형(direct view miniature) 디스플레이에서 적색, 녹색 및 청색 발광 LED를 광 소스로서 사용하는 것이 또한 제안되어 왔다. 미국 특허(제 5,808,800호)를 참조하라. LED의 상대적으로 작은 크기와, 낮은 전력 소비와, 시청자로 하여금 개별적인 칼라 이미지를 완전한 칼라 이미지로 통합하도 록 하기에 충분히 빠른 프레임 율에서 스위치 온 및 오프(switch on and off)할 능력으로 인해, LED는 그러한 응용에 적합하다.
이러한 동일한 특성은 LED가 다른 응용에 대해서도 적합하도록 한다. 특히, 소형의 LED는, 하나 이상의 소형 액정 광 변조기 패널을 사용하는 투사 시스템과 같이, 한정된 크기(etendue)를 갖는 시스템에서의 사용에 대해 LED가 적합하도록 한다.
그러나, LED의 루멘 출력을 증가시키는데 있어서 이루어진 발전에도 불구하고, 발전의 현 단계에서, 각각의 LED는 몇몇 응용에 대해 덜 원하는 루멘 출력을 제공한다. 루멘 출력에서의 약간의 증가는, 수 개의 별도의 LED를 어레이 또는 클러스터 내로 조합시킴으로써 가능하지만, 특히 투사 디스플레이 시스템에 대해서 한층 덜 원하게 되고, 추가 증가는 시스템의 크기에 의해 한정된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 증가된 루멘 출력의 LED 기반의 광 소스를 사용하는 디스플레이 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1에 한정된 바와 같이 본 발명에 따른 디스플레이 시스템에 의해 달성된다.
본 발명은, 별도의 LED가 출력 빔들을 갖고, 상기 출력 빔들은, 상대적으로 좁은 스펙트럼(예컨대 약 20nm)을 특징으로 하고, 폭넓은 범위 내의 임의의 원하는 피크 파장을 갖도록 생성될 수 있고, 다르지만 근접하게 이격된 피크 파장(1nm 또는 그 이상의 이격)의 LED의 출력 빔이, 크기면에서 증가가 거의 없거나 전혀 없이 더 큰 루멘 출력의 하나의 빔으로 조합될 수 있다는 인식에 기초한다. 여기서, 2 이상의 그러한 LED의 조합은 "LED 세트"로 언급된다.
더 유리한 실시예는 종속항에서 한정된다.
본 발명에 따라, 적어도 하나의 LED 세트를 포함하고, 상기 세트의 각각의 LED로부터의 각 출력 빔을 크기면에서 증가가 거의 없거나 전혀 없는 더 나은 루멘 출력의 빔으로 조합하기 위해 다이크로익(dichroic) 필터와 같은 수단을 또한 포함하는 디스플레이 시스템용 광 소스가 제공된다.
본 발명에 따른 디스플레이의 장점은, 광 소스의 각각의 LED의 루멘 출력을 증가시키지 않고도 루멘 출력이 증가되는 것이다.
각 출력 빔은, 각각의 LED에 의해, 또는 방출의 대략적으로 동일한 피크 파장을 갖는 LED의 클러스터 또는 어레이에 의해 생성될 수 있다. 여기서, 이러한 각각의 LED와, LED 클러스터 및 어레이는 집합적으로 "LED 빔 소스" 또는 "LED 소스"로 언급될 것이다.
본 발명의 디스플레이 시스템 광 소스의 일실시예에서, LED 세트는, 성분 칼라의 파장에 의존하여 조합된 광 출력을 생성시키기 위해 하나 이상의 LED 빔 소스 및/또는 상이한 칼라의 LED 세트와 조합된다. 디스플레이의 칼라 및/또는 밝기(brightness)를 변경시키기 위해, 칼라의 전력 레벨을 변경하는 제어 회로, 및/또는 그 칼라를 주기적으로 스위치 온 및 오프하는 제어 회로가 제공될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 광 소스를 병합하는 디스플레이 시스템 이 제공되는데, 상기 광 소스는 적색, 녹색 및 청색 빔의 별도의 원색 채널을 포함하고, 상기 원색 채널 중 하나 이상은 LED 세트에 의해 제작되고, 상기 광 소스는 칼라 디스플레이를 생성하기 위해 하나 이상의 광 변조기 패널에 의해 변조된다.
각 LED 세트에서의 상이한 피크 파장은, 적어도 1nm만큼, 바람직하게는 약 20nm만큼 서로 분리되어야 하고, 더 큰 분리는 조합된 빔의 원하는 스펙트럼 특성에 의해 결정된다.
예를 들어, 녹색 채널은 한 세트의 2개의 LED 빔 소스로 구성될 수 있는데, 한 소스는 하나 이상의 530±10nm의 LED로 구성되고, 다른 소스는 하나 이상의 550±10nm의 LED로 구성될 수 있다. 적색 채널은, 예를 들어 595±10nm의 소스 및 615±10nm의 소스로 구성될 수 있는 반면, 청색 채널은, 예를 들어 450±10nm의 소스 및 470±10nm의 소스로 구성될 수 있다.
도 1은 2개의 적색 LED 소스 빔의 단일 적색 빔으로의 다이크로익 혼합을 보여주는 본 발명의 LED 세트를 도시한 도면.
도 2는 각각의 LED의 클러스터를 포함하는 LED 소스를 도시한 도면.
도 3은 녹색 LED 세트를 포함하는 본 발명의 광 소스를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 광 소스를 병합하는 칼라 투사 디스플레이 시스템을 도시한 도면.
이제 도 1을 참조하면, 본 발명에 따라 2개의 LED 소스(11 및 12)와, 다이크 로익 혼합 장치(arrangement)를 포함하는 LED 세트(10)의 일실시예가 도시된다. 적색 LED 소스(11 및 12) 각각은, 반사기(15, 16)내에 위치하고, 상이한 피크 파장(595 및 615nm)에서 소스 빔을 각각 방출하는 단일 LED(13, 14)를 포함한다. 소스 빔은, 광학 요소(18) 내에 지지된 다이크로익 필터(19)의 마주 보는 면상으로 45도의 입사각으로 각각 향하게 된다. 필터(19)는 595nm 빔을 투과시키고, 615nm의 빔을 반사시키도록 설계된다. 투과된 빔 및 반사된 빔은, 루멘 출력이 증가하지만 크기면에서 변하지 않는 조합된 빔(2)으로 공통 경로를 따라 광학 요소(18)로부터 벗어난다.
대안적으로, LED 소스(11 및 12)는 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 각각의 LED의 클러스터 또는 어레이를 각각 포함할 수 있다. LED 소스(20)는 각각의 LED 패키지(packages)의 어레이(23)를 포함한다. 각 패키지는 기판(24) 상에 수용되고, 돔형(dome-shaped) 요소(26)에 캡슐화(encapsulated)되고, 렌즈(28) 내에 고정된 LED(22)를 포함한다. 콜렉터 렌즈(collector lens)(30)는, 어레이로부터, 전기-광학 광 변조기 패널과 같은 타겟(32)으로 광을 향하게 한다.
조합된 빔은 더 넓은 스펙트럼으로 이루어진 표준 단일 칼라 빔으로 사용될 수 있고, 디스플레이 목적을 위해 순차적으로 다른 칼라 빔과 혼합되거나 조합될 수 있다.
예를 들어, 고정된 크기의 적색, 청색 및 녹색 채널이 백색 광을 생성시키도록 조합되는 경우에, 현 상태의 LED 기술은 충분한 루멘 출력의 녹색 LED의 생성을 허용하지 않아서, 더 엄밀히 균형을 이루는 적색 및 청색 LED의 총 루멘 출력은 원 하는 칼라 균형이 깨어지지 않고는 이용될 수 없다. 상이하지만 근접하게 이격된 피크 파장, 예컨대, 530nm 및 550nm의 파장의 2개의 녹색 LED 소스를 조합함으로써, 녹색 빔의 루멘 출력은 거의 2배가 되는데, 이것은 또한 적색 및 청색 빔으로 하여금 더 높은 루멘 출력으로 구동되도록 하여, 조합된 백색 광 출력이 거의 2배가 됨을 초래한다.
그러한 광 소스는 도 3에 개략적으로 도시되는데, 여기서, 피크 파장이 각각 530±10 및 550±10nm인 빔(G1 및 G2)을 갖는 녹색 LED 소스(L1 및 L2)는, 다이크로익 미러(M1)에 의해 단일 빔으로 조합된다. 그 다음에, 이러한 조합된 녹색 빔은 다이크로익 미러(M2)에 의해 LED 소스(L3)로부터의 적색 빔(R)과 조합된다. 그런 후에, 조합된 적색 및 녹색 빔은, 백색 광 출력 빔(W)을 생성시키기 위해, 다이크로익 미러(M3)에 의해 소스(L4)로부터의 청색 빔(B)과 조합된다.
본 발명의 예시적인 3개의 패널 칼라 투사 디스플레이 시스템은 도 4에 도식적으로 도시된다. 각각 소스(L1 및 L2)로부터의 녹색 빔(G1 및 G2)은 다이크로익 미러(M1)에 의해 단일 빔으로 조합된다. 이와 유사하게, 소스(L3 및 L4)로부터의 적색 빔(R1 및 R2)은 미러(M2)에 의해 조합된다. 그 다음에, 녹색 및 적색 빔은, 다이크로익 미러(M3)에 의해 공통 축을 따라 광 변조기 패널(P) 및 여기서부터 투사 렌즈(PL)로 향한다. 소스(L5 및 L6)로부터의 청색 빔(B1 및 B2)은 다이크로익 미러(M4)에 의해 조합되고, 그 다음에 다이크로익 미러(M5)에 의해 적색 및 녹색 빔의 공통 축을 따라 향한다. 적색, 녹색 및 청색 빔은 별도의 디스플레이 신호에 따라 광 변조기 패널(P)에 의해 각각 변조된다. 예를 들어, 칼라 비디오 신호를 재 생하기 위한 알려진 프레임 순차 구동 구성에서, 패널(P)은, 비디오 프레임율, 예컨대 60Hz에서 비디오 신호의 별도의 원색 성분으로 어드레싱되고, LED 소스(L1 내지 L6)는, 어드레싱되는 원색 성분의 칼라에 대응하는 칼라로 패널(P)을 조명하는 방식으로 동기적으로 펄스 온 및 오프된다. 패널(P)은 액정 디스플레이 디바이스인 것이 바람직하다.
다이크로익 미러의 실제 순서는 보여질 필요가 없다. 본 발명은, 상기 빔으로 하여금 양호한 필터 및 광학 경로 설계 기준과 일치하는 임의의 시퀀스로 혼합되도록 한다.
본 발명은 한정된 수의 실시예에 관해 설명되었다. 다른 실시예와, 실시예의 변경 및 그 기술 분야에서 인식된 실시예는, 당업자에게 명백할 것이고, 첨부된 청구항에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 범주 내에 수용되고자 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 디스플레이 시스템, 더 구체적으로, 상이한 파장의 LED의 조합을 사용하는 발광 다이오드(LED) 광 소스를 병합하는 디스플레이 시스템에 이용된다.

Claims (11)

  1. 하나의 LED 세트(34)를 포함하는 광 소스로서, 상기 LED 세트(34)는 2개의 기본적으로 동일한 칼라의 LED 소스(L1, L2)를 포함하고, 각 LED 소스(L1, L2)는, 상기 LED 세트(34)의 다른 동일한 칼라의 LED 소스(L1, L2)의 피크 파장과 다른 출력 빔을 구비하며, 상기 다른 동일한 칼라의 LED 소스(L1, L2)로부터 일정 거리로 이격되어 소정의 각도를 형성하고, 상기 광 소스는, 개별적인 출력 빔을 단일 빔으로 조합하기 위한 다이크로닉 필터링 수단(M1)을 또한 포함하는, 광 소스; 및
    디스플레이 신호에 따라 상기 광 소스로부터의 광을 제어하기 위한 하나의 제어 수단(39)을
    포함하는, 디스플레이 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 광 소스는, 성분 칼라의 파장에 의존하는 조합된 광 출력을 생성시키기 위해 상기 LED 세트(34)와 결합되는 다른 칼라의 하나 이상의 LED 소스(36, 38), 및 상기 LED 소스(36, 38)와 결합되는 하나 이상의 다이크로닉 필터링 수단(M2, M3)을 더 포함하는, 디스플레이 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제어 수단(39)은, 상기 각 칼라에 대한 입력 전력을 독자적으로 제어하여, 상기 디스플레이의 칼라 및/또는 밝기를 변경시키기 위한 수단(48)을 포함하는, 디스플레이 시스템.
  4. 제 2항에 있어서, 디스플레이를 생성하기 위해, 상기 동일한 칼라의 LED 소스(L1 및 L2)는 녹색광을 방출하고, 상기 LED 소스(36)은 적색광을 방출하고, 상기 LED 소스(38)는 청색광을 방출하는, 디스플레이 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 광 소스는, 성분 칼라의 파장에 의존하는 조합된 광 출력을 생성시키기 위해 LED 세트(40)와 결합되는 다른 칼라의 하나 이상의 LED 세트(42, 44), 및 상기 LED 세트(40, 42, 44)와 결합되는 하나 이상의 다이크로익 필터링 수단(M2, M3, M4, M5)을 더 포함하되, 상기 LED 세트(40)는 상기 LED 세트(34)와 동일한, 디스플레이 시스템.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제어 수단(39)은 적어도 하나의 광 변조기 패널(P)을 포함하는, 디스플레이 시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 광 변조기 패널(P)은 액정 디스플레이 디바이스인, 디스플레이 시스템.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 광 소스는, 각각 적색, 녹색 및 청색 빔의 원색 채널을 형성하는 3개의 별도의 LED 세트(40, 42, 44)를 포함하며, 각 채널은, 칼라 디스플레이를 생성시키기 위해 광 변조기 패널(P)에 의해 변조되는, 디스플레이 시스템.
  10. 제 9항에 있어서, 각 LED 세트(40, 42, 44)는 2개의 LED 소스(L1, L2, L3, L4, L5, L6)로 구성되고, 녹색 채널 LED 소스(L1, L2)는 각각 약 530±10nm 및 550±10nm의 피크 파장을 갖고, 적색 채널 LED 소스(L3, L4)는 각각 약 595±10 및 615±10nm의 피크 파장을 갖고, 청색 채널 LED 소스(L5, L6)는 각각 약 450±10 및 470±10nm의 피크 파장을 갖는, 디스플레이 시스템.
  11. 제 5항에 있어서, LED 소스(L1 및 L2)를 포함하는 상기 LED 세트(40)는 녹색광을 방출하고, LED 소스(L3 및 L4)를 포함하는 상기 LED 세트(42)는 적색광을 방출하고, LED 소스(L5 및 L6)를 포함하는 상기 LED 세트(44)는 청색광을 방출하는, 디스플레이 시스템.
KR1020017009932A 1999-12-09 2000-11-23 발광 다이오드 광 소스를 병합하는 디스플레이 시스템 Expired - Fee Related KR100817786B1 (ko)

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