KR100726737B1 - 마이크로렌즈 어레이와 마이크로미러 어레이를 이용한 프로젝션 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로렌즈 어레이와 마이크로미러 어레이를 이용한 프로젝션 디스플레이 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이와 마이크로미러 어레이를 이용한 프로젝션 디스플레이 장치는, 광원으로부터 소정 거리만큼 이격된 기판과 입사되는 입사광에 대하여 일정한 크기의 입사각을 가지도록 기판의 표면에 회동가능하게 설치되는 다수의 마이크로미러 어레이와 각각의 마이크로미러 어레이에 대응되는 다수의 마이크로렌즈 어레이가 형성되며, 광원과 기판 사이의 소정의 위치에 설치되는 제1 마이크로렌즈 어레이에 대응되는 다수의 마이크로미러가 형성되며, 마이크로미러로부터 반사된 반사광이 진행하는 경로상에 설치되는 제2 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 프로젝션 디스플레이 장치를 특징으로 이루어진다.

제1 마이크로렌즈 어레이, 제2 마이크로렌즈 어레이, 마이크로미러 어레이, 제3 마이크로렌즈 어레이, 초점

Description

마이크로렌즈 어레이와 마이크로미러 어레이를 이용한 프로젝션 디스플레이 장치{PROJECTION DISPLAY APPARATUS USING MICROLENS ARRAY AND MICROMIRROR ARRAY}

도 1은 종래의 마이크로미러 어레이를 이용하는 프로젝션 디스플레이 장치를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이와 마이크로미러 어레이를 이용한 프로젝션 디스플레이 장치를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이와 마이크로미러 어레이를 이용한 프로젝션 디스플레이 장치에서의 광 경로를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로렌즈 어레이 및 마이크로미러 어레이에서의 광 경로를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로렌즈 어레이 및 마이크로미러 어레이에서의 광 경로를 도시한 것이다.

도 6는 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로렌즈 어레이 및 마이크로미러 어레이에서의 광 경로를 도시한 것이다.

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 마이크로렌즈 어레이 및 마이크로미러 어레이에서의 광 경로를 도시한 것이다.

도 8은 본 발명의 마이크로렌즈 어레이와 마이크로미러 어레이를 3차원의 배열 형태로 배치한 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10 : 입사렌즈 20 : 입사광

30 : 마이크로미러 어레이 40 : 기판

50 : 반사광 60 : 투사렌즈

70 : 제1 마이크로렌즈 어레이 80 : 제2 마이크로렌즈 어레이

90 : 제3 마이크로렌즈 어레이

본 발명은 마이크로렌즈 어레이와 마이크로미러 어레이를 이용한 프로젝션 디스플레이 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래의 마이크로미러 어레이를 이용한 프로젝션 디스플레이 장치를 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 마이크로미러 어레이를 이용한 프로젝션 디스플레이 장치는, 입사광(2)이 투영되는 입사렌즈(1)와, 입사광(2)을 소정 각도로 반사시키는 마이크로미러 어레이(3)와, 마이크로미러 어레이(3)에서 반사된 반사광(5)을 스크린으로 투사하는 투사렌즈(6)를 포함한다.
마이크로미러 어레이(3)는 기판(4) 상에 마련되며, 입사렌즈(1)를 통해 투영된 입사광(2)을 반사시켜 투사렌즈(6)를 통해 스크린에 영상이 표시되도록 한다. 마이크로미러의 구동각도를 조절하면 입사광(2)의 반사각도가 조절되어 반사광(5)의 방향이 변화한다.

그런데, 마이크로미러 어레이(3)에서 각각의 마이크로미러가 소정의 구동각도를 가지고 배열되면, 각 마이크로미러 사이에 생겨나는 공간(9)을 통과하는 입사광(2)은 반사되지 못함으로 손실된다. 따라서, 각 마이크로미러 사이에 생겨나는 공간(9)에 해당되는 부분은 스크린에서 어두운 색으로 나타난다. 또한, 마이크로미러의 가장자리에서 생기는 산란 현상 역시 광원의 손실을 가져온다.

이러한 광 손실은 스크린에 표시되는 영상의 명암비를 떨어뜨리는 요인이 되며, 영상에 그물 모양의 어두운 영역이 표시되어 고품질의 영상 표시를 저해하는 요인이 된다.

한편, 마이크로미러 어레이를 이용한 프로젝션 시스템에서 표시 화면이 대형화될수록 소비전력이 증가하는 문제점이 있다.

따라서 기존의 프로젝션 시스템에서 광원의 이용 효율을 증가시키고, 각 화소 사이의 어두운 영역을 없애는 것은 소비전력 및 화상의 품질 개선 측면에서 시급히 해결해야 할 중요한 문제이다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 마이크로렌즈 어레이와 마이크로미러 어레이를 이용하여 프로젝션 디스플레이 장치에서 광 이용 효율을 증가시키고 표시 화면의 품질을 높이는 데 있다.

삭제

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 마이크로렌즈 어레이와 마이크로미러 어레이를 이용한 프로젝션 디스플레이 장치는 입사광을 소정 각도로 반사하여 반사광으로 조사하는 하나 이상의 마이크로미러를 포함하는 마이크로미러 어레이와, 상기 마이크로미러 어레이의 각 마이크로미러에 각기 대응되어, 상기 입사광을 해당 마이크로미러의 반사면에 집광하는 하나 이상의 제1마이크로렌즈를 포함하는 제1마이크로렌즈 어레이 및상기 마이크로미러 어레이의 각 마이크로미러에 각기 대응되어, 상기 마이크로미러에서 조사된 상기 반사광을 평행광으로 굴절시키는 하나 이상의 제2마이크로렌즈를 포함하는 제2마이크로렌즈 어레이를 포함한다.

상기 제1마이크로렌즈는 상기 입사광을 해당 마이크로미러의 영역 내부로 집광되도록 조사하는 것이 바람직하다.

상기 제1마이크로렌즈는 상기 입사광을 해당 마이크로미러의 반사면에 한 점으로 집광되도록 조사하는 것이 바람직하다.

상기 제1 및 제2마이크로렌즈 어레이는 상기 마이크로미러 어레이에 대해 동일한 초점거리를 갖는 것이 바람직하다.

상기 마이크로미러 어레이에서 조사된 상기 반사광을 좌우 반전시켜 상기 제2마이크로렌즈 어레이로 투영하는 제3마이크로렌즈 어레이를 더 포함하고, 상기 제3마이크로렌즈 어레이는 상기 제2마이크로렌즈 어레이와의 이격 구간의 1/2 지점에 초점이 위치하도록 배열되는 것이 바람직하다.

삭제

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이 다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 프로젝션 디스플레이 장치를 도시한 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 프로젝션 디스플레이 장치는 제1입사광(20)을 투영하는 입사렌즈(10)와, 광을 반사시키는 마이크로미러 어레이(30)와, 마이크로미러 어레이(30)에서 반사된 제1반사광(50)을 스크린으로 투사하는 투사렌즈(60)를 포함한다. 또한, 입사렌즈(10)로 투영된 제1입사광(20)의 광 경로에 개재되어 제1입사광(20)을 마이크로미러 어레이(30)의 각 마이크로미러(31) 별로 집광된 제2입사광(21)으로 변환하는 제1마이크로렌즈 어레이(70)를 포함한다. 또한, 마이크로미러 어레이(30)에서 반사된 제2반사광(51)의 광 경로에 개재되어 제2반사광(51)을 투사렌즈(60)로 전달되는 평행광인 제1반사광(50)으로 변환하는 제2마이크로렌즈 어레이(80)를 포함한다.

마이크로미러 어레이(30)는 기판(40) 상에 마련되며, 각기 하나의 화소에 대응되는 다수개의 마이크로미러(31)를 포함한다. 마이크로미러 어레이(30)를 구성하는 마이크로미러(31)의 구동각도를 조절하면 반사각도가 조절된다. 이에, 각 마이크로미러(31)의 구동각도를 조절하여 하나의 마이크로미러(31)가 하나의 픽셀을 구성하는 빛을 반사시키거나 차단시키는 시간을 조절하여 영상 표시할 수 있다.이러한
제1마이크로렌즈 어레이(70)는 마이크로미러 어레이(30)의 각 마이크로미러(31)에 대응되는 다수개의 제1마이크로렌즈(71)를 포함하여, 입사렌즈(10)로 투영된 제1입사광(20)이 마이크로미러 어레이(30)의 각 마이크로미러(31)에 대응되도록 집광한다.
제2마이크로렌즈 어레이(80)는 마이크로미러 어레이(30)의 각 마이크로미러(31)에 대응되는 다수개의 제2마이크로렌즈(81)를 포함하여, 해당 마이크로미러(31)에서 반사된 제2반사광(51)을 평행광으로 굴절시켜 투사렌즈(60)로 전달한다.

도 3은 본 발명에 따른 프로젝션 디스플레이 장치에서의 광 경로를 도시한 것으로서, 제1마이크로렌즈 어레이(70) 및 제2마이크로렌즈 어레이(80)에 포함된 한 쌍의 마이크로렌즈(71, 81)와 마이크로미러 어레이(30) 상의 마이크로미러(31)에서의 광 경로를 도시한 것이다.

삭제

제1마이크로렌즈(71)는 제1입사광(20)을 집광하여 제2입사광(21)으로 굴절시킨 후 마이크로미러(31)의 반사면에 제2입사광(21)이 조사되도록 한다. 따라서, 마이크로미러(31)의 가장자리에 도달하는 입사광의 양이 최소화되고 이웃한 마이크로미러와의 사이 공간을 통과하는 제2입사광(21)은 존재하지 아니한다.
마이크로미러(31)에서 반사된 제2반사광(51)은 제2마이크로렌즈(81)에 의해 평행광인 제1반사광(50)으로 굴절되어 투사렌즈(60) 측으로 전달된다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로렌즈 어레이 및 마이크로미러 어레이에서의 광 경로를 도시한 것으로서, 입사광을 마이크로미러(31)에 한 점으로 집광하는 경우를 도시한 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 실시예에서는 제1입사광(20)을 집광하는 제1마이크로렌즈 어레이(70)와 제2반사광(51)을 평행광으로 굴절시키는 제2마이크로렌즈 어레이(80)는 광 경로를 가리지 않도록 상호 이격되도록 설치한다.

제1입사광(20)은 제1마이크로렌즈 어레이(70)에 의해 제2입사광(21)으로 집광되어, 마이크로미러 어레이(30)의 마이크로미러(31)에 하나의 점으로 도달한다.
마이크로미러 어레이(30)에서 반사된 제2반사광(51)은 제2마이크로렌즈 어레이(80)에 의해 평행광으로 굴절된 제1반사광(50)으로 조절된다.
이에, 마이크로미러 어레이(30)에 대해, 제1입사광(20)의 집광을 위한 제1마이크로렌즈 어레이(70)와 제2반사광(51) 굴절을 위한 제2마이크로렌즈 어레이(80)가 한 쌍으로 구성된다. 이에, 각 어레이를 구성하는 제1마이크로렌즈(71), 마이크로미러(31), 제 2마이크로렌즈는 상호 대응되어 광 경로를 구현한다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로렌즈 어레이 및 마이크로미러 어레이에서의 광 경로를 도시한 것으로서, 입사광을 마이크로미러(31)에 소정 면으로 집광하는 경우를 도시한 것이다.

삭제

도 5에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에서는 제1마이크로렌즈 어레이(70)에 의해 형성된 초점거리가 마이크로미러 어레이(30)까지의 거리보다 길어지도록 배열한다. 따라서 제1마이크로렌즈 어레이(70)를 통과한 제2입사광(21)이 마이크로미러 어레이(30)의 마이크로미러(31) 상에 소정 면으로 도달한다.

이와 같이, 제1마이크로렌즈 어레이(70)와 마이크로미러 어레이(30) 간의 거리를 조절함으로써, 마이크로미러 어레이(30)에 도달하는 제2입사광(21)의 형태가 점 또는 면으로 집광될 수 있다. 즉, 제2입사광(21)의 집광형태 및 집광위치는, 마이크로미러 어레이(30)의 마이크로미러(31) 영역을 벗어나거나, 산란이 발생하는 마이크로미러(31)의 외각 영역을 제외한, 마이크로미러(31)의 반사영역에 임의의 형태로 조사되도록 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 마이크로렌즈 어레이 및 마이크로미러 어레이에서의 광 경로를 도시한 것으로서, 제2마이크로렌즈 어레이(80)를 투과한 제1반사광(50) 간에 상호 겹치는 영역(52)이 발생하도록 배열한 경우를 도시한 것이다.

삭제

도 6에 도시된 바와 같이, 제3 실시예에서는 제2마이크로렌즈 어레이(80)와 마이크로미러 어레이(30) 간의 거리를 조절하거나, 제2마이크로렌즈 어레이(80)의 굴절율을 조절함으로써, 제2마이크로렌즈 어레이(80)를 투과한 제1반사광(50) 간에 상호 겹치는 영역(52)이 발생되도록 한다.
이에 따라, 마이크로미러 어레이(30)의 각 마이크로미러(31) 사이에 생겨나는 공간으로 인해 스크린에 어두운 영역이 나타나는 것을 완벽하게 개선할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 마이크로렌즈 어레이 및 마이크로미러 어레이에서의 광 경로를 도시한 것으로서, 다양한 색깔이나 형상을 표시하는 영상이 하나의 마이크로미러(31)에 입사되는 경우 영상의 반전을 방지하기 위한 구성을 예시한 것이다.

삭제

도 7에 도시된 바와 같이, 제4 실시예에서는 제2마이크로렌즈 어레이(80)로 투사되는 제2반사광(51)의 광 경로 상에 초점거리가 매우 짧은 제3마이크로렌즈 어레이(90)를 설치하여, 제3마이크로렌즈 어레이(90)를 통해 제2반사광(51)이 반전된 후 제2마이크로렌즈 어레이(80)를 통해 평행광으로 투영되도록 한다.

삭제

삭제

제1입사광(20)은 제1마이크로렌즈 어레이(70)에 의해 제2입사광(21)으로 집광되어, 마이크로미러 어레이(30)에 의해 반사되는데, 여기서 반사된 제2반사광(51)은 제1입사광(21)의 좌우가 반전된 상태이다. 입사광(20, 21)을 공급하는 광원(미도시)이, 다양한 색깔이나 형상을 갖는 영상을 주사하는 경우 하나의 픽셀에 해당하는 입사광(20, 21)또한 소정 색깔이나 형상을 가질 수 있다. 이러한 입사광(20, 21)을 마이크로미러 어레이(30)의 마이크로미러(31)를 통해 반사시키면 좌우가 반전됨으로, 결과적으로 각 마이크로미러(31)에 반사되어 좌우가 반전된 픽셀의 영상이 표시된다.

이에, 본 발명의 제4 실시예에서는 마이크로미러 어레이(30)에서 반사되어 좌우가 반전된 제2반사광(51)을 제3마이크로렌즈 어레이(90)를 통해 본래 입사된 형태와 동일하게 좌우를 반전시킨 후 평행광을 투영하는 제2마이크로렌즈 어레이(80)를 통해 투영함으로써 영상이 반전되는 것을 방지한다.

따라서, 제3마이크로렌즈 어레이(90)와 제2마이크로렌즈 어레이(80)는 양자 간의 이격 구간의 약 1/2 정도되는 지점에 제3마이크로렌즈 어레이(90)의 초점이 위치하도록 배열하는 것이 바람직하다. 이에, 마이크로미러 어레이(30)에서 반사된 제2반사광(51)은 제3마이크로렌즈 어레이(90)를 통해 좌우가 반전된 후 제2마이크로렌즈 어레이(80)에 도달한다. 따라서, 최초 광원(미도시)에서 공급한 입사광(20, 21)과 동일한 색깔내지는 픽셀의 영상을 표시할 수 있다.
이와 같이, 한 픽셀에 해당하는 입사광(20, 21)의 특성에 따라, 본 발명의 제1내지 제4 실시예에 따른 마이크로렌즈 어레이 및 마이크로미러 어레이를 적용함으로써 광 효율이 우수한 고품질의 영상을 표시할 수 있다. 예컨대, 한 픽셀에 해당하는 영상이 다양한 색깔이나 형상을 표시하는 경우 반사광의 좌우 반전을 위한 제3마이크로렌즈 어레이(90)를 구비하는 제4 실시예의 기술을 적용하는 것이 바람직하다. 그리고, 한 픽셀에 해당하는 영상이 단일한 색상을 가지며 좌우가 반전되더라도 최종 영상에 영향을 미치지 아니하는 경우에는 제1 내지 제4 실시예에 따른 마이크로렌즈 어레이 및 마이크로미러 어레이를 모두 적용할 수 있다.

도 8은 본 발명의 마이크로렌즈 어레이와 마이크로미러 어레이를 3차원의 배 열 형태로 배치한 사시도 이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 마이크로미러 어레이(30)의 각 마이크로미러(31)에 대응되는 다수개의 제1마이크로렌즈(71)를 포함하는 제1마이크로렌즈 어레이(70)와 각 마이크로미러(31)에 대응되는 다수개의 제2마이크로렌즈(81)를 포함하는 제2마이크로렌즈 어레이(80)는, 마이크로미러 어레이(30)의 구동각도에 따라 상호 광경로가 겹치지 않도록 배열된다.

이에, 제1입사광(20)은 제1마이크로렌즈 어레이(70)의 각각의 제1마이크로렌즈(71)를 통해 제2입사광(21)으로 집광되어 해당 마이크로미러(31)에 조사된다. 마이크로미러 어레이(30)의 각 마이크로미러(31)에서 반사된 제2반사광(51)은 각기 대응되는 제2마이크로렌즈(81)로 전달되어 평행광으로 변환된 제1반사광(50)으로 출력된다.
이러한 마이크로미러 어레이 및 마이크로렌즈 어레이의 배열 상에서, 제1마이크로렌즈 어레이(70)의 앞단과 제2마이크로렌즈 어레이(80)의 뒷단에 다양한 프로젝션 시스템의 일부분 (예, 컬러 필터, 스크린) 등이 구성될 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

상술한 본 발명의 구성에 따르면, 마이크로렌즈 어레이를 이용한 프로젝션 방식은 입사되는 광원을 마이크로렌즈 어레이를 이용하여 마이크로미러 어레이 사이에 각각의 마이크로미러 어레이를 제작하기 위해 필수적으로 생겨나는 영역에는 광원이 도달하지 않도록 제한한다. 즉, 마이크로렌즈 어레이를 입사되는 광원이 전부 다 마이크로미러 어레이에만 전달되게 하여 마이크로미러 어레이 사이의 간격에 의한 불필요한 광원의 손실을 없앤다. 또한 마이크로미러 어레이의 가장자리에서 일어나는 광원의 산란현상도 제거하여 이러한 광원의 손실 역시 개선하여 프로젝션 시스템의 소비전력을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 이렇게 마이크로미러 어레이에 의해 반사된 광원은 또 다른 마이크로렌즈 어레이에 의해 평행광으로 바뀌어 투사되게 되어 스크린상에 기존의 장치에서 생겨나는 불필요한 그물 모양의 어두운 영역을 제거하여 명암비가 높은 고품질의 부드러운 영상을 얻을 수 효과가 있다.

Claims (5)

1. 입사광을 소정 각도로 반사하여 반사광으로 조사하는 하나 이상의 마이크로미러를 포함하는 마이크로미러 어레이;

   상기 마이크로미러 어레이의 각 마이크로미러에 각기 대응되어, 상기 입사광을 해당 마이크로미러의 반사면에 집광하는 하나 이상의 제1마이크로렌즈를 포함하는 제1마이크로렌즈 어레이; 및

   상기 마이크로미러 어레이의 각 마이크로미러에 각기 대응되어, 상기 마이크로미러에서 조사된 상기 반사광을 평행광으로 굴절시키는 하나 이상의 제2마이크로렌즈를 포함하는 제2마이크로렌즈 어레이;를 포함하고,

   상기 제1마이크로렌즈는 상기 입사광을 해당 마이크로미러의 영역 내부로 집광되도록 조사하는, 마이크로렌즈 어레이와 마이크로미러 어레이를 이용한 프로젝션 디스플레이 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1마이크로렌즈는 상기 입사광을 해당 마이크로미러의 반사면에 한 점으로 집광되도록 조사하는, 마이크로렌즈 어레이와 마이크로미러 어레이를 이용한 프로젝션 디스플레이 장치.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 제1 및 제2마이크로렌즈 어레이는 상기 마이크로미러 어레이에 대해 동일한 초점거리를 갖는, 마이크로렌즈 어레이와 마이크로미러 어레이를 이용한 프로젝션 디스플레이 장치.
5. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 마이크로미러 어레이에서 조사된 상기 반사광을 좌우 반전시켜 상기 제2마이크로렌즈 어레이로 투영하는 제3마이크로렌즈 어레이를 더 포함하고,

   상기 제3마이크로렌즈 어레이는 상기 제2마이크로렌즈 어레이와의 이격 구간의 1/2 지점에 초점이 위치하도록 배열된, 마이크로렌즈 어레이와 마이크로미러 어레이를 이용한 프로젝션 디스플레이 장치.

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