KR100686081B1 - Micro-mirror device and display using the same - Google Patents

Abstract

A micro mirror device and a display using the same are provided to secure stable operations of the device and the display due to the driving characteristic of a DMD(Digital Micro Mirror Device) and to obtain the bright light even in using a green laser diode. A micro mirror device(100) is composed of a substrate(110); a driving circuit(120) installed on the substrate; a hinge structure(150) driven by the driving circuit; a mirror(130) attached to the hinge structure; and a laser(140) disposed on the upper side of the mirror. The laser is a side emission type laser diode or a surface emission type laser diode. The laser emits one of red, green, and blue lights. The size of one side of an emission surface of the laser is 1mum and the other side is 2~3mum.

Description

마이크로 미러 소자 및 이를 이용한 디스플레이{Micro-mirror device and display using the same}Micro-mirror device and display using the same

도 1은 종래의 3판식 레이저 디스플레이의 일례를 나타내는 구성도이다.1 is a block diagram showing an example of a conventional three-plate laser display.

도 2는 종래의 단판식 레이저 디스플레이의 일례를 나타내는 구성도이다.2 is a configuration diagram showing an example of a conventional single plate laser display.

도 3은 종래의 DMD 패널을 나타내는 사시도이다.3 is a perspective view showing a conventional DMD panel.

도 4는 종래의 DMD 패널의 격자구조를 나타내는 평면도이다.4 is a plan view showing a lattice structure of a conventional DMD panel.

도 5는 본 발명의 마이크로 미러 소자의 일 실시예를 나타내는 사시도이다.5 is a perspective view showing an embodiment of a micromirror device of the present invention.

도 6은 본 발명에 적용되는 레이저 다이오드의 일례를 나타내는 사시도이다.6 is a perspective view showing an example of a laser diode to which the present invention is applied.

도 7은 본 발명에 적용되는 레이저 다이오드의 다른 예를 나타내는 사시도이다.7 is a perspective view showing another example of a laser diode to which the present invention is applied.

도 8은 본 발명의 마이크로 미러 소자의 일 실시예의 미러를 나타내는 측면도이다.8 is a side view showing a mirror of one embodiment of the micromirror element of the present invention.

도 9는 본 발명의 마이크로 미러 소자의 일 실시예의 미러를 나타내는 평면도이다.9 is a plan view showing a mirror of one embodiment of the micromirror element of the present invention.

도 10은 본 발명에 적용되는 회절광학소자의 일 실시예를 나타내는 평면도이다.10 is a plan view showing an embodiment of a diffractive optical element to which the present invention is applied.

도 11은 본 발명에 적용되는 회절광학소자의 일 실시예를 나타내는 측면도이 다.11 is a side view showing an embodiment of a diffractive optical element to which the present invention is applied.

도 12는 본 발명에 적용되는 회절광학소자의 광 경로를 나타내는 그래프이다.12 is a graph showing an optical path of a diffractive optical element to which the present invention is applied.

도 13은 본 발명에 적용되는 회절광학소자의 일 실시예를 나타내는 평면도이다.13 is a plan view showing one embodiment of a diffractive optical element to which the present invention is applied.

도 14는 본 발명에 회절광학소자가 적용된 마이크로 미러 소자의 일 실시예를 나타내는 사시도이다.14 is a perspective view showing an embodiment of a micromirror device to which the diffractive optical device is applied to the present invention.

도 15는 본 발명의 마이크로 미러 소자의 일 실시예가 적용된 디스플레이의 일례를 나타내는 구성도이다.15 is a configuration diagram showing an example of a display to which an embodiment of the micromirror device of the present invention is applied.

도 16은 본 발명의 마이크로 미러 소자의 다른 실시예를 나타내는 사시도이다.16 is a perspective view showing another embodiment of the micromirror device of the present invention.

도 17은 본 발명의 마이크로 미러 소자의 다른 실시예의 미러를 나타내는 측면도이다.17 is a side view showing a mirror of another embodiment of the micromirror element of the present invention.

도 18은 본 발명의 마이크로 미러 소자의 다른 실시예의 미러를 나타내는 평면도이다.18 is a plan view showing a mirror of another embodiment of the micromirror element of the present invention.

도 19는 본 발명의 마이크로 미러 소자의 다른 실시예가 적용된 디스플레이의 일례를 나타내는 구성도이다.19 is a configuration diagram showing an example of a display to which another embodiment of the micromirror device of the present invention is applied.

도 20은 본 발명의 마이크로 미러 소자의 작동을 나타내는 개략도이다.20 is a schematic diagram showing the operation of the micromirror element of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명><Brief description of the main parts of the drawing>

100 : 마이크로 미러 소자 110 : CMOS 기판100: micro mirror element 110: CMOS substrate

120 : 구동회로 130 : 미러120: drive circuit 130: mirror

140 : 레이저 150 : 힌지구조140: laser 150: hinge structure

160 : 요크 170 : 기둥160: York 170: pillar

180 : 비구면 렌즈 190 : 회절광학소자180: aspherical lens 190: diffractive optical element

200 : 발광패널 210 : 적색패널200: light emitting panel 210: red panel

220 : 녹색패널 230 : 청색패널220: green panel 230: blue panel

240 : 합성부 250 : 투사렌즈240: combining unit 250: projection lens

본 발명은 마이크로 미러 소자 및 이를 이용한 디스플레이에 관한 것으로 특히, 레이저를 이용한 마이크로 미러 소자와 이를 이용한 디스플레이를 이용하여고출력의 디스플레이 시스템을 구성할 수 있는 마이크로 미러 소자 및 이를 이용한 디스플레이에 관한 것이다.The present invention relates to a micro-mirror device and a display using the same, and more particularly, to a micro-mirror device and a display using the micro-mirror device using a laser and a display using the same, which can form a high output display system.

일반적으로 디스플레이 장치는 사용되는 광학 엔진에 따라 PRT(CRT) 방식, LCD 방식, DLP(Digital Light Processing) 방식 등으로 나눌 수 있다.In general, display apparatuses may be classified into PRT (CRT), LCD, and DLP (Digital Light Processing) methods according to the optical engine used.

상기 DLP(Digital Light Processing) 방식은 텍사스 인스트루먼트 사가 개발한 DMD(Digital Micro mirror Device) 패널을 사용하고 있다. The digital light processing (DLP) method uses a digital micro mirror device (DMD) panel developed by Texas Instruments.

상기 DMD 패널은, 미세 구동거울을 집적한 반도체 광 스위치로서, 하나의 셀의 상부에 미세한 알루미늄 합금 거울이 설치되어 있으며, 상기 미세 거울은 하부 의 메모리의 정전계 작용에 의하여 작동하게 된다. The DMD panel is a semiconductor optical switch incorporating a fine driving mirror, and a fine aluminum alloy mirror is installed on an upper portion of one cell, and the fine mirror is operated by an electrostatic field action of a lower memory.

이러한 상기 DLP 방식 또한 단판식과 적색, 녹색, 청색을 분리하여 관리하는 3판식으로 나눌 수 있으나, 상기 방식 모두 기존 방식과 대비하여 완전한 디지털 방식으로 색 재현성이 매우 뛰어난 장점이 있다. The DLP method may also be divided into a single plate type and a three plate type which separately manages red, green, and blue colors, but all of the above methods have an excellent color reproducibility in a completely digital manner as compared to the conventional method.

이 외에도, 긴 수명과 높은 선명도, 입력된 디지털 영상 신호를 별도의 보정 없이 바로 재현 가능하므로 원화질을 그대로 재현할 수 있는 점 등이 높이 평가되고 있는 방식이다. In addition, long life, high clarity, and input digital video signals can be directly reproduced without any additional correction.

이러한 DMD를 이용한 3판식 레이저 디스플레이 시스템은 도 1과 같이, 각각의 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 레이저(11, 12, 13)에서 조사된 빔을 집속렌즈(14)를 이용하여 DMD 패널(20)에 조사한다. Using this DMD In the three-plate laser display system, as shown in FIG. The panel 20 is irradiated.

12°각도로 디지털 구동을 하는 DMD 패널(20)에 조사된 빔이 반사되어 온(on) 상태에서 X-Cube(15)에 수직으로 입사시키게 위해 TIR 프리즘(16)을 사용하고, 이러한 X-Cube(15)와 프리즘(16)을 이용해 상기 R, G, B 레이저(11, 12, 13)를 합성시킨다. A TIR prism 16 is used to cause the beam irradiated to the DMD panel 20 which is digitally driven at a 12 ° angle to be incident on the X-Cube 15 perpendicularly while being reflected on. Cubes 15 and prisms 16 are used to synthesize the R, G, B lasers 11, 12, 13.

이와 같은 과정에 의하여 합성된 빔은 투사렌즈(17)를 통하여 화면에 조사된다. The beam synthesized by this process is irradiated onto the screen through the projection lens 17.

한편, 단판식 레이저 디스플레이 시스템은 도 2와 같이, 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 레이저(11, 12, 13)를 하나로 모으기 위해 광파이버(18)를 사용한다. 이러한 광파이버(18)를 통해 나온 R, G, B 레이저(11, 12, 13) 광은 집속렌즈(14)를 이용하여 DMD 패널(20)에 입사시킨다. 이때 균일성(Uniformity) 개선을 위해 로 드 렌즈(Rod lens: 19)를 사용하게 된다. Meanwhile, the single plate laser display system uses the optical fiber 18 to bring together the red (R), green (G), and blue (B) lasers 11, 12, and 13 into one, as shown in FIG. 2. The R, G, and B lasers 11, 12, and 13 light emitted through the optical fiber 18 are incident on the DMD panel 20 using the focusing lens 14. In this case, in order to improve uniformity, a rod lens 19 is used.

상기 R, G, B 레이저(11, 12, 13) 빔은 12°각도로 디지털 구동을 하는 DMD 패널(20)에 조사된 빔이 온(on) 상태에서 미러 면을 맞고 수직으로 나가는 반사 형식이므로 하나의 TIR 프리즘(7)을 사용한다. The R, G, and B laser beams 11, 12, and 13 are of a reflection type in which the beam irradiated to the DMD panel 20, which is digitally driven at an angle of 12 °, is perpendicular to the mirror plane and exits in the on state. One TIR prism 7 is used.

이러한 단판식 시스템은 하나의 DMD 패널(20)을 사용하므로 R, G, B 칼라를 각각 DMD 패널(20)에 합성하여 조사시키기 위해 컬러휠(30)을 사용하게 된다.Since the single plate type system uses one DMD panel 20, the color wheel 30 is used to synthesize R, G, and B colors on the DMD panel 20 and irradiate them.

상기 TIR 프리즘(16)을 통과한 이 빔은 투사렌즈(17)을 거쳐 화면에 조사된다. The beam passing through the TIR prism 16 is irradiated onto the screen via the projection lens 17.

도 3은 DMD 패널(20)의 구조를 도시하고 있다. 패널의 미러(Mirror: 21) 1개가 화면의 1 픽셀(Pixel)에 해당되는 것으로, 현재 사용중인 DMD 패널(20)의 미러의 크기는 약 13.7㎛이다. 3 shows the structure of the DMD panel 20. One mirror 21 of the panel corresponds to one pixel of the screen, and the size of the mirror of the DMD panel 20 currently being used is about 13.7 μm.

이러한 미러(21)를 지지하고 있는 기둥(22)은 아래쪽에 연결된 힌지(Hinge: 23)의 정전기력에 의해 구동되며 CMOS 기판(24) 위에 만들어진 회로(25) 신호에 따라 각각의 미러(21) 구동을 가능하게 해 준다.The pillar 22 supporting the mirror 21 is driven by the electrostatic force of the hinge 23 connected to the bottom and drives each mirror 21 according to the circuit 25 signal made on the CMOS substrate 24. Makes it possible.

DMD 패널(20)의 해상도에 해당하는 개수 만큼의 미러(21)들이 도 4와 같이 격자를 이루도록 제작된 후에 판형으로 패키지되어 사용된다. As many mirrors 21 corresponding to the resolution of the DMD panel 20 are manufactured to form a lattice as shown in FIG. 4, and then packaged in a plate shape.

그러나 이러한 종래의 DLP 방식 디스플레이 시스템은 출력이 충분하지 못하여, 디스플레이의 밝기에 한계가 있고, 복잡하고 크기가 큰 다수의 광학부품을 이용하므로, 부피가 증가하고, 제조 공정이 복잡하며, 비용이 증가하는 문제점이 있었다.However, such a conventional DLP display system has insufficient output, which limits the brightness of the display and uses a large number of complex and large optical components, which increases volume, complicates the manufacturing process, and increases the cost. There was a problem.

본 발명의 제1기술적 과제는 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마이크로 미러 소자에서 단색 또는 적색, 녹색, 및 청색의 직접 발광이 가능한 마이크로 미러 소자를 제공하고자 한다.The first technical problem of the present invention is to solve the problems as described above, to provide a micro-mirror device capable of direct emission of a single color or red, green, and blue in the micro-mirror device.

본 발명의 제2기술적 과제는 상기와 같은 마이크로 미러 소자를 이용한 디스플레이를 제공하고자 한다.The second technical problem of the present invention is to provide a display using the micro mirror device as described above.

상기와 같은 본 발명의 제1기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 기판과; 상기 기판 위에 설치되는 구동회로와; 상기 구동회로에 의하여 구동되는 힌지구조와; 상기 힌지구조에 부착되는 미러와; 상기 미러의 상측면에 구비되는 레이저를 포함하여 구성함으로써 달성된다.The present invention to achieve the first technical problem of the present invention as described above, the substrate; A driving circuit installed on the substrate; A hinge structure driven by the driving circuit; A mirror attached to the hinge structure; This is achieved by including a laser provided on the upper side of the mirror.

상기와 같은 본 발명의 제2기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 상기 상기 소자를 이용하는 디스플레이에 있어서, 상기 소자에 적색 레이저가 설치된 적색 소자가 다수개로 배열되어 이루어지는 적색패널과; 상기 소자에 녹색 레이저가 설치된 녹색 소자가 다수개로 배열되어 이루어지는 녹색패널과; 상기 소자에 청색 레이저가 설치된 청색 소자가 다수개로 배열되어 이루어지는 청색패널과; 상기 적색패널, 녹색패널, 및 청색패널에서 조사되는 레이저광을 합성하는 합성부와; 상기 합성부에서 합성된 빛을 투사하기 위한 투사렌즈를 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.In order to achieve the second technical problem of the present invention as described above, the present invention, the display using the device, the red panel comprising a plurality of red devices are provided with a red laser is installed on the device; A green panel comprising a plurality of green elements having green lasers installed thereon; A blue panel in which a plurality of blue elements provided with blue lasers are arranged in the element; A synthesis unit for synthesizing laser light emitted from the red panel, the green panel, and the blue panel; It is preferable to include a projection lens for projecting the light synthesized in the combining unit.

또한, 본 발명의 제1기술적 과제를 달성하기 위한 다른 관점으로서 본 발명 은, 기판과; 상기 기판 위에 설치되는 구동회로와; 상기 구동회로에 의하여 구동되는 힌지구조와; 상기 힌지구조에 부착되는 미러와; 상기 미러의 상측면에 구비되는 적색, 녹색, 및 청색 레이저를 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.In addition, the present invention as another aspect for achieving the first technical problem of the present invention, the substrate; A driving circuit installed on the substrate; A hinge structure driven by the driving circuit; A mirror attached to the hinge structure; It is preferable to comprise a red, green, and blue laser provided on the upper side of the mirror.

또한, 상기와 같은 본 발명의 제2기술적 과제를 달성하기 위한 다른 관점으로서, 본 발명은, 상기 소자가 다수개로 배열되어 이루어지는 발광패널과; 상기 발광패널에서 조사되는 빛을 투사하기 위한 투사렌즈를 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.In addition, as another aspect for achieving the second technical problem of the present invention as described above, the present invention comprises: a light emitting panel comprising a plurality of the elements; It is preferable to include a projection lens for projecting the light emitted from the light emitting panel.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 5에서는 본 발명의 마이크로 미러 소자(100)의 일 실시예로서, 기판(110) 위에 설치되는 구동회로(120)에 의하여 구동되는 미러(130)와, 이 미러(130)의 상측면에 설치된 레이저(140)의 구성을 도시하고 있다.In FIG. 5, as an embodiment of the micromirror device 100 of the present invention, a mirror 130 driven by a driving circuit 120 installed on a substrate 110 and an upper surface of the mirror 130 are provided. The configuration of the laser 140 is shown.

상기 구동회로(120)는 그 위에 설치된 힌지구조(150)를 구동시키며, 이러한 힌지구조(150)와 미러(130)는, 힌지구조(150)에 연결되는 요크(160)와 기둥(170)에 의하여 서로 연결된다.The driving circuit 120 drives the hinge structure 150 installed thereon, and the hinge structure 150 and the mirror 130 are connected to the yoke 160 and the pillar 170 connected to the hinge structure 150. Are connected to each other.

상기 기판(110)은 반도체 메모리를 포함하며, CMOS 기판을 이용하는 것이 바람직하다.The substrate 110 includes a semiconductor memory, and preferably, a CMOS substrate.

상기 레이저(140)는 반도체 레이저 다이오드를 이용하는 것이 바람직하며, 도 6 및 도 7에서 도시하는 바와 같은, 측면 발광형 또는 전면 발광형 레이저 다이오드가 모두 사용될 수 있다.The laser 140 preferably uses a semiconductor laser diode, and as shown in FIGS. 6 and 7, both side-emitting or top-emitting laser diodes may be used.

도 5에서와 같이, 본 발명의 마이크로 미러 소자(100)는 CMOS 기판(110) 하나에 두 개의 힌지구조(150) 및 미러(130)와 이를 구동하는 부분들이 설치되어 쌍을 이루고 있다.As shown in FIG. 5, the micromirror device 100 of the present invention is paired with two hinge structures 150, a mirror 130, and driving parts thereof in one CMOS substrate 110.

즉, 상기 힌지구조(150) 및 미러(130)는 CMOS 기판(110)에 대하여 두 개소에 45°의 각도를 이루며, 서로 다른 각도로 회전 가능하도록 설치된다.That is, the hinge structure 150 and the mirror 130 form an angle of 45 ° with respect to the CMOS substrate 110 at two locations, and are installed to be rotatable at different angles.

도 8 및 도 9에서 도시하는 바와 같이, 상기 레이저(140)는 레이저 패키지(141)의 일부분에서 발산면을 형성할 수 있다. 통상 상기 미러(130)의 크기는 가로 세로 약 13.7㎛의 크기를 가지게 되므로, 상기 레이저(140)의 발산면의 크기는 좁은변이 1㎛, 넓은변이 2 내지 3㎛의 크기를 가지도록 하는 것이 바람직하다.As shown in FIGS. 8 and 9, the laser 140 may form a diverging surface at a portion of the laser package 141. Since the size of the mirror 130 generally has a size of about 13.7 μm, the size of the diverging surface of the laser 140 preferably has a narrow side of 1 μm and a wide side of 2 to 3 μm. Do.

이러한 레이저(140)는 빛의 3원색, 즉, 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)의 색을 발광하는 레이저(140)를 이용함으로써 디스플레이에 이용이 가능하다.The laser 140 may be used for display by using the laser 140 emitting three primary colors of light, that is, the colors of red (R), green (G), and blue (B).

상기 레이저(140)의 빔 각은 온/오프(on/off)를 분리시키는 최소한의 각도인 12°보다 크다. 또한 레이저(140)의 발산면에서 타원형으로 빔이 나오기 때문에, 도 8 및 도 9에서와 같이, 비구면 렌즈(180)를 사용하여 단축(fast축)과 장축(slow축)의 각도를 같게 해주어야 한다.The beam angle of the laser 140 is greater than 12 ° which is the minimum angle separating on / off. In addition, since the beam emerges from the diverging surface of the laser 140 in an elliptical shape, as shown in FIGS. 8 and 9, the angle between the short axis (fast axis) and the long axis (slow axis) should be the same using the aspherical lens 180. .

이때 상기 비구면 렌즈(180)를 사용하여 적당한 각도와 형태를 잡아야 한다. 또한 미러(130) 마다 올려져 있는 레이저(140)의 발산면의 중심에 얼라인(align)이 되어야 하며, 이는 수많은 개개의 미러(130) 위에 모두 고정 시켜야 한다.At this time, the aspherical lens 180 should be used to obtain a proper angle and shape. In addition, the mirror 130 should be aligned to the center of the diverging surface of the laser 140, which is placed on each of the mirrors 130, which must be fixed on all the individual mirrors 130.

따라서 1㎛ 이하의 얼라인(align) 정밀도로 수많은 비구면 렌즈(180)를 동시에 결합시켜야 한다.Therefore, many aspherical lenses 180 should be combined at the same time with an alignment accuracy of 1 μm or less.

그러므로, 도 10과 도 11에서 도시하는 바와 같은, 상기 레이저(140)가 구비된 미러(130) 위에 직접 제작되는 회절광학소자(DOE : Diffractive Optical Elements: 190)를 이용하는 것이 보다 바람직하다.Therefore, as shown in FIGS. 10 and 11, it is more preferable to use a diffractive optical element (DOE) 190 manufactured directly on the mirror 130 provided with the laser 140.

이러한 회절광학소자(190)는 빛의 회절 현상을 이용하는 광학소자이다. The diffractive optical element 190 is an optical element using a diffraction phenomenon of light.

통상의 굴절광학소자에서는 빛이 소자를 이루는 매질을 지나는 동안 파장이 짧아지므로 매질의 두께 변화에 따라 빛이 다른 경로로 이동을 해야 물체에서 상점이 맺히는 곳까지 동일한 광경로를 갖게된다. 이 경우 광경로가 같아야 하므로 광소자는 두께를 얇게 만드는데 한계를 갖는다. In a conventional refractive optical device, since the wavelength is shortened while the light passes through the medium forming the device, the light has to travel in different paths according to the thickness change of the medium to have the same optical path from the object to the shop. In this case, since the optical paths must be the same, the optical device has a limitation in making the thickness thinner.

그러나 회절광학소자(190)에서는 위상(phase)이 일치되도록 하는 방법으로 초점이 맺히도록 한다. 이 경우, 도 12에서와 같이, 물체에서 나온 빛이 상점까지 다다르는 동안 각 경로를 지난 빛들이 동일한 광경로를 갖지는 않으나 동일한 위상으로 상점에 도달하게 되므로 얇은 두께의 소자로 굴절렌즈에서 동일한 광경로를 지난 것과 같은 효과를 갖게 한다. However, in the diffractive optical element 190, the focus is achieved in such a manner that the phase is matched. In this case, as shown in Fig. 12, while the light from the object reaches the store, the light passing through each path does not have the same light path but reaches the store in the same phase, so that the same light path in the refraction lens with a thin element Has the same effect as past.

이러한 회절광학소자(190)는 광 특성 이외의 측면에서 일반 굴절소자에 비하여 두께가 얇으므로 부피와 무게를 줄일 수 있고, 또한, 굴절소자에 비하여 미소 제작 공정에 의한 제작이 용이하며, 압출 성형 등의 방법을 이용하여 대량 생산이 가능하다.Since the diffractive optical element 190 has a thinner thickness than the general refraction element in terms of other than optical characteristics, the diffraction optical element 190 can reduce volume and weight, and can be easily manufactured by a micro fabrication process compared to the refraction element. Mass production is possible using the method.

상기와 같은 회절광학소자(190)는 디지털 카메라 렌즈나 프로젝션 렌즈, CD/DVD 레이저 기록 장치를 읽을 때 사용된다. 고성능, 양산화, 초경량, 초소형이 가능한 렌즈로서 반도체 에칭을 통하여 마이크로 렌즈의 크기로 제작 할 수 있다.The diffractive optical element 190 is used when reading a digital camera lens, a projection lens, or a CD / DVD laser recording device. High-performance, mass-produced, ultra-light, ultra-compact lens can be manufactured in the size of micro lens through semiconductor etching.

따라서, 도 13과 같이, 마이크로 렌즈를 2차원 배열 반도체 공정을 통하여 회절광학소자(190)로 제작 한다. Accordingly, as shown in FIG. 13, a microlens is manufactured as a diffraction optical element 190 through a two-dimensional array semiconductor process.

이후, 마이크로 미러 소자의 제작시 상기 레이저(140) 제작 공정 후에 회절광학소자(190) 제작 공정을 수행한다. 이는 광학소자 2D 판을 상기 미러(130) 크기와 동일한 마스크 패턴으로 에칭하여 제작하여, 도 14와 같은 상태를 이루게 된다.Subsequently, during the fabrication of the micro mirror device, the diffraction optical device 190 is fabricated after the laser 140 fabrication process. This is performed by etching the optical device 2D plate in the same mask pattern as the size of the mirror 130, thereby achieving a state as shown in FIG.

한편, 상기와 같은 마이크로 미러 소자(100)는 복수개의 소자가 서로 격자형태로 배열되어 하나의 패널을 이루도록 할 수 있으며, 통상, 이러한 형태로 패키지 되어 이용될 수 있다. On the other hand, the micro-mirror element 100 as described above may be a plurality of elements are arranged in a grid form with each other to form a panel, it can be usually packaged in this form can be used.

또한, 이러한 마이크로 미러 소자(100)를 이용한 패널은 각각 적색의 레이저(140)를 갖는 소자(100)들이 배열되어 적색패널(210: 도 15 참고)을 이루고, 녹색의 레이저(140)를 갖는 소자(100)들이 배열되어 녹색패널(220)을 이루며, 또한 청색의 레이저(140)를 갖는 소자(100)들을 배열하여 청색패널(230)을 이루도록 한다.In addition, the panel using the micro-mirror element 100 is a device 100 having a red laser 140, respectively arranged to form a red panel 210 (see Fig. 15), a device having a green laser 140 The 100 panels are arranged to form the green panel 220, and the devices 100 having the blue laser 140 are arranged to form the blue panel 230.

이와 같이, 마이크로 미러 소자(100)의 구동을 이용하여 레이저(140)에서 빛이 나오도록 함으로써, 이와 같은 마이크로 미러 소자(100)를 이용하는 패널을 이용하면 도 15와 같은 형태의 디스플레이의 구성이 가능하다.As described above, light is emitted from the laser 140 by driving the micromirror device 100, and thus, when a panel using the micromirror device 100 is used, a display of FIG. 15 may be configured. Do.

이러한 레이저(140)를 이용한 디스플레이에서는 각각 적색, 녹색, 및 청색패널(210, 220, 230)을 합성부(240)를 이용하여 이들 패널에서 발광되는 빛을 합성하고, 이와 같이 합성된 빛은 투사렌즈(250)에 의하여 화면에 투사된다.In the display using the laser 140, the red, green, and blue panels 210, 220, and 230 are synthesized using the synthesizer 240, and the light emitted from these panels is synthesized, and the synthesized light is projected. Projected onto the screen by the lens 250.

상기 각 패널(210, 220, 230)에 부착한 반도체 레이저(140)들은 한 패널당 약 100만개의 수로 구성된다.The semiconductor lasers 140 attached to the panels 210, 220, and 230 are each composed of about 1 million panels.

따라서 레이저(140)당 0.1mW의 출력을 갖고 있다면 한 패널당 나오는 빛의 세기는 100W의 출력을 얻을 수 있다. 현재 이용되는 반도체 레이저(140)의 개당 출력이 최대 100mW 이므로 충분한 고출력을 구현할 수 있다.Therefore, if the laser 140 has an output of 0.1mW, the intensity of light emitted per panel can obtain an output of 100W. Since the output per semiconductor laser 140 currently used is up to 100mW, it is possible to implement a sufficient high power.

상기 합성부(240)는 도시하는 바와 같이, X-Cube 형태로서, 상기 각 패널(210, 220, 230)은 합성부(240)의 3면에서 서로를 바라보며 배열된다.As shown in the drawing, the synthesizer 240 is in the form of an X-cube, and the panels 210, 220, and 230 are arranged to face each other on three surfaces of the combiner 240.

그 외에, 전원을 공급하기 위한 전원부와, 냉각계, 구동회로 및 신호처리 회로가 있을 수 있다.In addition, there may be a power supply unit for supplying power, a cooling system, a driving circuit, and a signal processing circuit.

도 16은 본 발명의 마이크로 미러 소자(100)의 다른 실시예로서, CMOS 기판(110) 위에 설치되는 구동회로(120)에 의하여 구동되는 미러(130)의 상측면에 설치된 레이저(140)가 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 레이저(140)로 구비되는 구성을 나타내고 있다.FIG. 16 shows another embodiment of the micromirror device 100 according to the present invention, wherein the laser 140 installed on the upper surface of the mirror 130 driven by the driving circuit 120 installed on the CMOS substrate 110 is red. The structure provided with the (R), the green (G), and the blue (B) laser 140 is shown.

상기 구동회로(120)는 그 위에 설치된 힌지구조(150)를 구동시키며, 이러한 힌지구조(150)와 미러(130)는, 힌지구조(150)에 연결되는 요크(160)와 기둥(170)에 의하여 서로 연결되고, 이러한 마이크로 미러 소자(100)는 CMOS 기판(110) 하나에 두 개의 힌지구조(150) 및 미러(130)와 이를 구동하는 부분들이 설치되어 쌍을 이루며, 상기 힌지구조(150) 및 미러(130)는 CMOS 기판(110)에 대하여 두 개소에 45°의 각도를 이루며, 서로 다른 각도로 회전 가능하도록 설치되는 구성은 상기 일 실시예의 경우와 같다.The driving circuit 120 drives the hinge structure 150 installed thereon, and the hinge structure 150 and the mirror 130 are connected to the yoke 160 and the pillar 170 connected to the hinge structure 150. The micro-mirror device 100 is connected to each other by a pair of two hinge structures 150 and a mirror 130 and driving parts thereof in one CMOS substrate 110. And the mirror 130 forms an angle of 45 ° with respect to the CMOS substrate 110 at two locations, and the configuration in which the mirror 130 is rotatable at different angles is the same as in the case of the embodiment.

도 17과 도 18은 상기 미러(130) 위에 설치되는 레이저(140)의 구조를 나타내고 있다. 도시하는 바와 같이, 상기 레이저(140)는 레이저 패키지(141)의 일부분 에서 발산면을 형성할 수 있다. 17 and 18 show the structure of the laser 140 installed on the mirror 130. As shown, the laser 140 may form a diverging surface at a portion of the laser package 141.

통상 상기 미러(130)의 크기는 가로 세로 약 13.7㎛의 크기를 가지게 되므로, 상기 레이저(140)의 적색 레이저(142), 녹색 레이저(143), 및 청색 레이저(144)의 발산면의 크기는 각각 좁은변이 1㎛, 넓은변이 2 내지 3㎛의 크기를 가지도록 할 수 있다.Since the size of the mirror 130 generally has a size of about 13.7 μm, the size of the diverging surface of the red laser 142, the green laser 143, and the blue laser 144 of the laser 140 is Each of the narrow sides may have a size of 1 μm and the wide sides of 2 μm to 3 μm.

이와 같이, 세 개의 레이저(140)를 이용하는 경우에도, 비구면 렌즈(180)를 구비할 수 있고, 이 레이저(140)가 설치된 미러(130) 위에 직접 제작되는 회절광학소자(DOE : Diffractive Optical Elements: 190)를 이용할 수도 있다.As described above, even when three lasers 140 are used, an aspherical lens 180 may be provided, and a diffractive optical element (DOE: Diffractive Optical Elements) manufactured directly on the mirror 130 provided with the laser 140 may be provided. 190 may be used.

이러한 회절광학소자(190) 또한 상기 일 실시예의 경우와 동일하게 적용될 수 있다. 즉, 도 14와 같이, 마이크로 미러 소자의 제작시 상기 레이저(140) 제작 공정 후에, 광학소자 2D 판을 상기 미러(130) 크기와 동일한 마스크 패턴으로 에칭하여 제작하여 회절광학소자(190)를 제작하는 것이다.The diffractive optical element 190 may also be applied in the same manner as in the case of the above embodiment. That is, as shown in FIG. 14, after fabricating the laser mirror 140, the optical device 2D plate is etched in the same mask pattern as the mirror 130 to fabricate the diffractive optical device 190. It is.

상기와 같이, 세 가지 색을 발산하는 마이크로 미러 소자(100)를 격자로 배열하여 발광패널(200)을 구성할 수 있고, 이와 같은 발광패널(200)은 도 19와 같이, 디스플레이에 사용될 수 있다. As described above, the light emitting panel 200 may be configured by arranging the micromirror elements 100 emitting three colors in a lattice, and the light emitting panel 200 may be used for a display as shown in FIG. 19. .

즉, 발광패널(200)에서 발산되는 빛은 투사렌즈(250)를 통하여 화면에 투사되는 것이다.That is, the light emitted from the light emitting panel 200 is projected onto the screen through the projection lens 250.

이는 종래의 단판식 디스플레이와 유사하며, 종래에는 R, G, B의 3색을 패널에 순차적으로 넣어 주기 위해 합성된 빔을 컬러휠을 이용하여 색을 분리시켰다. 그러나 도 19에서 도시하는 디스플레이는 컬러휠이 없이도 순차적으로 온/오프 (on/off)가 가능하다. This is similar to a conventional single-panel display. In the related art, a color beam was separated by using a color wheel to synthesize three colors of R, G, and B sequentially into a panel. However, the display shown in FIG. 19 can be sequentially turned on / off without the color wheel.

즉, 본 발명은 마이크로 미러 소자(100)의 미러(130) 구동을 이용하여 레이저(140)에서 빛이 나오도록 하는 것이다.That is, in the present invention, light is emitted from the laser 140 by driving the mirror 130 of the micromirror device 100.

이와 같이 구성된 디스플레이는 반도체 공정을 통하여 제작되는 것으로서 크기가 매우 작으며, 종래와 같은 다수의 광학부품으로 이루어지는 광학계가 필요 없다.The display configured as described above is manufactured through a semiconductor process and is very small in size, and does not require an optical system including a plurality of optical components as in the prior art.

도 20에서와 같이, 상기 레이저(140)가 구비된 미러(130)를 포함하는 마이크로 미러 소자는 힌지구조(150: 도 5 및 16 참고)에 의하여, 미러(130)의 각도가 온 상태 또는 오프 상태가 되도록 구동되고, 이러한 각 미러(130)는 하나의 픽셀을 이루어, 많은 수의 마이크로 미러 소자(100)가 모여서 이루는 패널이 각 색상을 발광하여 표현함으로써 디스플레이에 이용될 수 있는 것이다.As shown in FIG. 20, the micromirror device including the mirror 130 provided with the laser 140 may be turned on or off by the hinge structure 150 (refer to FIGS. 5 and 16). Each mirror 130 is driven to be in a state, and each of the mirrors 130 forms one pixel so that a panel formed by a large number of micro mirror elements 100 can be used for display by emitting light of each color.

도 20에서는 세 개의 레이저(140)가 구비된 미러(130)를 도시하고 있으나, 적색, 녹색, 및 청색 각각의 색상을 갖는 하나의 레이저(140)가 구비된 경우에도 동일하게 적용된다.20 illustrates a mirror 130 provided with three lasers 140, but the same applies to the case where one laser 140 having a color of each of red, green, and blue is provided.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 변형이 가능하고, 이러한 기술적 사상의 여러 실시 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.The above embodiment is an example for explaining the technical idea of the present invention in detail, and the present invention is not limited to the above embodiment, various modifications are possible, and various embodiments of the technical idea are all protected by the present invention. It belongs to the scope.

이상과 같은 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.The present invention as described above has the following effects.

첫째, 본 발명의 소자 및 디스플레이의 동작은 DMD의 구동 특성을 갖고 있어 매우 안정적이다.First, the operation of the device and display of the present invention is very stable because of the driving characteristics of the DMD.

둘째, 종래의 방식에서는 빛이 약하여 디스플레이 소자로 사용할 수 없는 녹색 레이저 다이오드를 이용하서도 충분히 밝은 빛을 얻을 수 있다.Second, in the conventional method, even bright green light can be obtained by using a green laser diode which is weak in light and cannot be used as a display element.

셋째, 이와 같은 광학 시스템은 TIR 프리즘과 기타 집속 렌즈가 필요 없어 부품수를 크게 줄이고 전체 크기를 크게 줄일 수 있다.Third, such optical systems eliminate the need for TIR prisms and other focusing lenses, greatly reducing component count and greatly reducing the overall size.

넷째, 컬러휠을 사용하는 대신 광 스위치 소자를 이용하여 R,G,B 각각을 순차적으로 켜질 수 있게 하여 광의 이용 효율성을 높이고 진동 및 소음이 발생하지 않는다.Fourth, instead of using a color wheel, by using an optical switch element to turn on each of the R, G, B in order to increase the efficiency of use of light and does not generate vibration and noise.

다섯째, 이러한 본 발명의 소자의 미러에 제작되는 레이저 다이오드 또는 회절광학소자는 MEMS 나노 반도체 공정으로 차례로 제작함으로써 하나의 유닛으로 사용할 수 있고, 회절광학소자와의 얼리인(alignment) 과정이 필요 없다.Fifth, the laser diode or the diffractive optical element manufactured on the mirror of the device of the present invention can be used as a unit by sequentially fabricating the MEMS nano semiconductor process, and does not require an alignment process with the diffractive optical element.

Claims (28)

기판과;A substrate; 상기 기판 위에 설치되는 구동회로와;A driving circuit installed on the substrate; 상기 구동회로에 의하여 구동되는 힌지구조와;A hinge structure driven by the driving circuit; 상기 힌지구조에 부착되는 미러와;A mirror attached to the hinge structure; 상기 미러의 상측면에 구비되는 레이저를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.And a laser provided on an upper surface of the mirror. 제 1항에 있어서, 상기 레이저는 측면 발광형 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.The micromirror device according to claim 1, wherein the laser is a side-emitting laser diode. 제 1항에 있어서, 상기 레이저는 면 발광형 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.The micromirror device according to claim 1, wherein the laser is a surface-emitting laser diode. 제 1항에 있어서, 상기 레이저는 적색, 녹색, 청색 중 어느 하나의 색을 발광하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.The micromirror device of claim 1, wherein the laser emits one of red, green, and blue colors. 제 1항에 있어서, 상기 레이저의 발산면의 크기는 일측변이 1㎛, 타측변이 2 내지 3㎛인 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.The micromirror device according to claim 1, wherein the size of the diverging surface of the laser is 1 μm on one side and 2 to 3 μm on the other side. 제 1항에 있어서, 상기 레이저의 발광측에는 비구면 렌즈가 위치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.2. The micromirror device according to claim 1, wherein an aspherical lens is positioned on the light emitting side of the laser. 제 1항에 있어서, 상기 레이저의 발광측에는 회절광학소자가 위치하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.2. The micromirror device according to claim 1, wherein a diffraction optical element is located on the light emitting side of the laser. 제 7항에 있어서, 상기 회절광학소자는 상기 미러와 동일한 크기의 판에 제작되는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.8. The micromirror device according to claim 7, wherein the diffractive optical element is fabricated on a plate having the same size as the mirror. 제 7항에 있어서, 상기 회절광학소자는 판에 회절광학소자를 제작하여, 이를 상기 미러와 동일한 크기로 에칭하여 제작되는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.8. The micromirror device according to claim 7, wherein the diffraction optical device is manufactured by fabricating a diffraction optical device on a plate and etching the same to the mirror. 제 1항에 있어서, 상기 힌지구조 및 미러는 하나의 기판에 한 쌍이 설치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.The micromirror device according to claim 1, wherein the hinge structure and the mirror are provided in a pair on one substrate. 제 10항에 있어서, 상기 힌지구조는 상기 기판에 대하여 45°의 각도로 설치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.The micromirror device according to claim 10, wherein the hinge structure is provided at an angle of 45 ° with respect to the substrate. 제 1항에 있어서, 상기 레이저는 복수개인 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.The micromirror device according to claim 1, wherein the laser is provided in plural. 제 12항에 있어서, 상기 레이저는 적색, 녹색, 청색 레이저인 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.13. The micromirror device according to claim 12, wherein the laser is a red, green, or blue laser. 제 1항의 소자를 이용하는 디스플레이에 있어서,In the display using the device of claim 1, 상기 소자에 적색 레이저가 설치된 적색 소자가 다수개로 배열되어 이루어지는 적색패널과;A red panel comprising a plurality of red elements, each of which has a red laser installed therein; 상기 소자에 녹색 레이저가 설치된 녹색 소자가 다수개로 배열되어 이루어지는 녹색패널과;A green panel comprising a plurality of green elements having green lasers installed thereon; 상기 소자에 청색 레이저가 설치된 청색 소자가 다수개로 배열되어 이루어지는 청색패널과;A blue panel in which a plurality of blue elements provided with blue lasers are arranged in the element; 상기 적색패널, 녹색패널, 및 청색패널에서 조사되는 레이저광을 합성하는 합성부와;A synthesis unit for synthesizing laser light emitted from the red panel, the green panel, and the blue panel; 상기 합성부에서 합성된 빛을 투사하기 위한 투사렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 디스플레이.And a projection lens for projecting the light synthesized by the combining unit. 제 14항에 있어서, 상기 적색패널, 녹색패널, 청색패널은 각각 상기 다수개의 소자가 배열되어 패키지 된 것을 특징으로 하는 레이저 디스플레이.15. The laser display of claim 14, wherein the red panel, the green panel, and the blue panel are each packaged with the plurality of elements arranged. 기판과;A substrate; 상기 기판 위에 설치되는 구동회로와;A driving circuit installed on the substrate; 상기 구동회로에 의하여 구동되는 힌지구조와;A hinge structure driven by the driving circuit; 상기 힌지구조에 부착되는 미러와;A mirror attached to the hinge structure; 상기 미러의 상측면에 구비되는 적색, 녹색, 및 청색 레이저를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.And a red, green, and blue laser provided on an upper surface of the mirror. 제 16항에 있어서, 상기 레이저는 측면 발광형 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.17. The micromirror device according to claim 16, wherein the laser is a side-emitting laser diode. 제 16항에 있어서, 상기 레이저는 면 발광형 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.17. The micromirror device according to claim 16, wherein the laser is a surface-emitting laser diode. 제 16항에 있어서, 상기 레이저의 하나의 크기는 일측변이 1㎛, 타측변이 2 내지 3㎛인 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.The micromirror device according to claim 16, wherein the size of one of the lasers is 1 μm on one side and 2 to 3 μm on the other side. 제 16항에 있어서, 상기 레이저의 발광측에는 비구면 렌즈가 위치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.17. The micromirror device according to claim 16, wherein an aspherical lens is positioned on the light emitting side of the laser. 제 16항에 있어서, 상기 레이저의 발광측에는 회절광학소자가 위치하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.17. The micromirror device according to claim 16, wherein a diffraction optical element is located on the light emitting side of the laser. 제 21항에 있어서, 상기 회절광학소자는 상기 미러와 동일한 크기의 판에 제작되는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.22. The micromirror device according to claim 21, wherein the diffractive optical element is fabricated on a plate having the same size as the mirror. 제 21항에 있어서, 상기 회절광학소자는 판에 회절광학소자를 제작하여, 이를 상기 미러와 동일한 크기로 에칭하여 제작되는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.22. The micromirror device according to claim 21, wherein the diffractive optical device is manufactured by fabricating a diffractive optical device on a plate and etching the same to the mirror. 제 16항에 있어서, 상기 힌지구조 및 미러는 하나의 기판에 한 쌍이 설치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.17. The micromirror device according to claim 16, wherein the hinge structure and the mirror are provided in a pair on one substrate. 제 24항에 있어서, 상기 힌지구조는 상기 기판에 대하여 45°의 각도로 설치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.25. The micromirror device according to claim 24, wherein the hinge structure is provided at an angle of 45 [deg.] With respect to the substrate. 제 16항에 있어서, 상기 레이저는 서로 평행하게 위치하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.17. The micromirror device of claim 16, wherein the lasers are located parallel to each other. 제 16항의 패널을 이용하는 디스플레이에 있어서,A display using the panel of claim 16, 상기 소자가 다수개로 배열되어 이루어지는 발광패널과;A light emitting panel in which a plurality of elements are arranged; 상기 발광패널에서 조사되는 빛을 투사하기 위한 투사렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 디스플레이.And a projection lens for projecting light emitted from the light emitting panel. 제 27항에 있어서, 상기 발광패널은 상기 다수개의 소자가 배열되어 패키지 된 것을 특징으로 하는 레이저 디스플레이.28. The laser display of claim 27, wherein the light emitting panel is packaged by arranging the plurality of devices.

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