KR100890291B1

KR100890291B1 - 회절형 광변조기를 이용한 래스터 스캐닝 방식의디스플레이 장치

Info

Publication number: KR100890291B1
Application number: KR1020050133758A
Authority: KR
Inventors: 윤상경
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2005-12-29
Filing date: 2005-12-29
Publication date: 2009-03-26
Also published as: US20070153270A1; JP2007183624A; KR20070070829A; US7564608B2

Abstract

본 발명은 회절형 광변조기를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 복수의 광원에서 출사되는 광을 각 파장별로 할당된 회절형 광변조기의 하나 또는 복수의 엘리멘트에 입사하여 회절광을 형성한다. 그리고, 본 발명은 형성된 파장별 회절광을 점광원으로 만든후에 합성하여 스크린에 래스터 스캐닝을 수행한다.

광변조기, 회절형, 디스플레이, 래스터 스캐닝, Raster scanning

Description

회절형 광변조기를 이용한 래스터 스캐닝 방식의 디스플레이 장치{Raster scanning type display apparatus using the diffraction optical modulation}

도 1a는 삼성전기가 개발한 압전 재료를 이용한 함몰형 회절형 광변조기의 단면도이고, 도 1b 및 도 1c는 삼성전기가 개발한 오픈홀 기반의 회절형 광변조기의 단면도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기를 이용한 래스터 스캐닝 방식의 디스플레이 장치의 구성도.

도 3는 삼성전기가 개발한 오픈홀 기반의 회절형 광변조기의 색깔별로 할당된 엘리멘트의 마이크로 미러에 원형의 점광원이 조명된 경우의 평면도.

도 4는 도 2의 투영 및 스캐닝 광학부의 상세 구성도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 삼성전기가 개발한 오픈홀 기반의 회절형 광변조기의 복수개(일예로 4개)의 엘리멘트의 마이크로 미러에 타원형의 좁고 긴 선모양의 광이 조명되어, 회절 화소가 분리된 하나의 화소로 표현된 출력광에 대한 모식도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

102 : 디스플레이 광학계 104 : 디스플레이 전자계

106R, 106G, 106B : 광원 108R, 108G, 108B : 조명광학부

110 : 회절형 광변조기 112 : 합성계

114 : 슐리렌 광학부 116 : 투영 및 스캐닝 광학부

본 발명은 회절형 광변조기를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 특히 복수의 광원에서 출사되는 광을 각 파장별로 할당된 회절형 광변조기의 하나 또는 복수의 엘리멘트에 입사하여 회절광을 형성하여 형성된 파장별 회절광을 점광원으로 만든후에 합성하여 스크린에 래스터 스캐닝하도록 하는 회절형 광변조기를 이용한 래스터 스캐닝 방식의 디스플레이 장치에 관한 것이다.

미세기술의 진전에 따라서, 소위 마이크로 머신(MEMS: Micro Electro Mechanical Systems, 초소형 전기적·기계적 복합체)소자 및 MEMS소자를 조립한 소형기기가 주목되고 있다.

MEMS소자는 실리콘기판, 글래스기판 등의 기판상에 미세구조체로서 형성되고, 기계적 구동력을 출력하는 구동체와, 구동체를 제어하는 반도체 집적회로 등을 전기적으로, 또한 기계적으로 결합시킨 소자이다. MEMS소자의 기본적인 특징은 기 계적 구조로서 구성되어 있는 구동체가 소자의 일부에 조립되어 있는 것이며, 구동체의 구동은 전극간의 쿨롱의 힘 등을 응용하여 전기적으로 행해진다.

최근에는, 이러한 MEMS 소자를 사용하는 광변조기가 개발되었다. 그러한 광변조기의 일예로는 블룸(Bloom) 등의 미국특허 제5,311,360호에 개시되어 있는 격자 광밸브(GLV:grating light valve)가 있는데, 상기 특허에서 GLV는 반사모드 및 회절모드로 구성가능하다. 또한, 다른 광변조기의 일예로서 SLM(실리콘 라이트 머신)사(社)가 레이저 디스플레이용 광강도변환소자, 즉, 광변조기로서 개발한 GLV(Grating Light Valve) 디바이스가 있으며, 또다른 광변조기의 일예로서 삼성전기가 개발한 회절형 광변조기가 있다.

도 1a는 삼성전기가 개발한 압전 재료를 이용한 함몰형 회절형 광변조기의 단면도이고, 도 1b 및 도 1c는 삼성전기가 개발한 오픈홀 기반의 압전 재료를 이용한 회절형 광변조기의 단면도이다.

도면을 참조하면, 삼성전기가 개발한 함몰형 박막 압전 광변조기는 실리콘 기판(10)과, 복수의 엘리멘트(12a~12n)를 구비하고 있다.

여기에서, 복수의 엘리멘트(12a~12n)는 일정한 폭을 가지며 일정하게 정렬하여 있다. 그리고, 복수의 엘리멘트(12a~12n)는 입사하는 광을 마이크로 미러(도면부호 12a의 엘리멘트의 경우에는 도면부호 17a)가 반사하게 되고 서로 인접한 반사광들은 서로 회절을 일으켜 회절광을 형성하여 영상 이미지를 형성할 수 있게 된다. 즉, 일예로 도면 부호 12a의 엘리멘트의 마이크로 미러(17a)의 반사광과 도면부호 12b의 엘리멘트의 마이크로 미러의 반사광은 도면 부호 12a의 엘리멘트의 마 이크로 미러(17a)와 도면부호 12b의 마이크로 미러의 단차가 입사광의 파장 λ의 λ/4 배가 되면-엘리멘트(12a~12n)는 상하이동이 가능하여 제어에 의해 이러한 단차를 형성할 수 있다-회절광을 일으키게 되고 이러한 회절광의 광의 세기를 이용하여 영상 이미지를 형성할 수 있다.

여기에서, 실리콘 기판(10)은 엘리멘트(12a~12n)에 에어 스페이스를 제공하기 위하여 함몰부를 구비하고 있으며, 절연층(11)이 상부 표면에 증착되어 있고, 함몰부의 양측에 엘리멘트(12a~12n)의 단부가 부착되어 있다.

각각의 엘리멘트(여기에서는 도면부호 12a에 대해서만 자세히 설명하지만 나머지 12b~12n도 동일하다)는 막대 형상을 하고 있으며 중앙부분이 실리콘 기판(10)의 함몰부에 이격되어 위치하도록 양끝단의 하면이 각각 실리콘 기판(10)의 함몰부를 벗어난 양측지역에 부착되어 있고, 실리콘 기판(10)의 함몰부에 위치한 부분이 상하로 이동가능한 하부지지대(13a)를 포함한다.

또한, 엘리멘트(12a)는 하부지지대(13a)의 좌측단에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(14a)과, 하부전극층(14a)에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(15a)과, 압전 재료층(15a)에 적층되어 있으며 압전재료층(15a)에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(16a)을 포함하고 있다.

또한, 엘리멘트(12a)는 하부지지대(13a)의 우측단에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(14a')과, 하부전극층(14a')에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층 (15a')과, 압전 재료층(15a')에 적층되어 있으며 압전재료층(15a')에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(16a')을 포함하고 있다.

그리고, 엘리멘트(12a)는 하부 지지대(13a)의 중앙 부분에 적층되어 있으며, 입사되는 광을 반사하여 회절광을 형성하는 마이크로 미러(17a)를 구비하고 있다.

도 1b은 삼성전기가 개발한 오픈홀 기반의 회절형 광변조기의 사시도이다. 도 1b를 참조하면, 오픈홀 기반의 회절 광변조기는 실리콘 기판(21)과, 절연층(22), 하부 마이크로 미러(23)와, 복수의 엘리멘트(30a~30n))로 구성되어 있다.

여기에서, 하부 마이크로 미러(23)는 실리콘 기판(21)의 상부에 증착되어 있으며, 입사하는 빛을 반사하여 회절시킨다. 하부 마이크로 미러(23)에 사용되는 물질로는 메탈(Al, Pt, Cr, Ag 등)이 사용될 수 있다.

엘리멘트(대표적으로 도면부호 30a에 대해서만 설명하지만 나머지도 같다)는 리본 형상을 하고 있으며 중앙부분이 실리콘 기판(21)의 함몰부에 이격되어 위치하도록 양끝단의 하면이 각각 실리콘 기판(21)의 함몰부를 벗어난 양측지역에 부착되어 있는 하부 지지대(31a)를 구비하고 있다.

하부 지지대(31a)의 양측면에는 압전층(40a, 40a')이 구비되어 있으며, 구비된 압전층(40a, 40a')의 수축 팽창에 의해 엘리멘트(30a)의 구동력이 제공된다.

그리고, 좌우측의 압전층(40a, 40a')은 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(41a, 41a')과, 하부전극층(41a, 41a')에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(42a, 42a')과, 압전 재료층(42a, 42a')에 적층되어 있으며 압전재료층(42a, 42a')에 압전 전압을 제공 하는 상부 전극층(43a, 43a')을 구비하고 있다. 상부 전극층(43a, 43a')과 하부 전극층(41a, 41a')에 전압이 인가되면 압전재료층(42a, 42a')은 수축 팽창을 하여 하부 지지대(31a)의 상하 운동을 발생시킨다.

한편, 하부 지지대(31a)의 중앙 부분에는 상부 마이크로 미러(50a)가 증착되어 있으며 복수의 오픈홀(51a1~51a4)을 구비하고 있다. 여기에서 오픈홀(51a1~51a4)의 모양은 직사각형이 바람직하지만 원형, 타원형 등 어떤 폐곡선의 형상도 가능하다. 그리고 여기에서 하부 지지대를 광반사성 물질로 형성한다면 별도로 상부 마이크로 미러를 증착할 필요가 없으며 하부 지지부가 상부 마이크로 미러로 기능하도록 할 수 있다.

이러한 오픈홀(51a1~51a4)은 엘리멘트(30a)에 입사되는 입사광이 관통하여 오픈홀(51a1~51a4)이 형성된 부분에 대응하는 하부 마이크로 미러(23)에 입사광이 입사되도록 하며, 이렇게 하여 하부 마이크로 미러(23)와 상부 마이크로 미러(50a)가 화소를 형성할 수 있도록 한다.

즉, 일예로 오픈홀(51a1~51a4)이 형성된 상부 마이크로 미러(50a)의 (A) 부분과 하부 마이크로 미러(23)의 (B) 부분이 하나의 화소(픽셀)를 형성할 수 있다.

이때, 상부 마이크로 미러(50a)의 오픈홀(51a1~51a4)이 형성된 부분을 관통하여 입사되는 입사광은 하부 마이크로 미러(23)의 해당 부분에 입사할 수 있으며 상부 마이크로 미러(50a)와 하부 마이크로 미러(23)의 간격이 λ/4의 홀수배가 될 때 최대의 회절광을 발생시킨다.

한편, 도 1b는 오픈홀(51a1~51a4)이 상부 마이크로 미러(50a)가 실리콘 기 판(21)을 가로지는 방향과 직각 방향에 정렬되어 있는 것읕 특징으로 하는 오픈홀 기반의 회절형 광변조기에 대하여 개시하고 있지만 도 1c는 상부 마이크로 미러(50a)가 실리콘 기판(21)을 가로지르는 방향과 동일한 방향으로 정렬되어 있는 복수의 오픈홀(51a1',51a2')을 구비하고 있는 오픈홀 기반의 회절형 광변조기에 대하여 개시하고 있다.

한편, 상술의 MEMS 소자를 적용한 광변조 소자로서의 GLV 디바이스, 또는 삼성전기의 압전 회절형 광변조기를 디스플레이등에 사용하기 위해서는 그에 따른 디스플레이 장치의 개발이 요구된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 필요를 충족시키기 위하여 안출된 것으로서, 복수의 광원에서 출사되는 광을 각 파장별로 할당된 회절형 광변조기의 하나 또는 복수의 엘리멘트에 입사하여 회절광을 형성하여 형성된 파장별 회절광을 점광원으로 만든후에 합성하여 스크린에 래스터 스캐닝하도록 하는 회절형 광변조기를 이용한 래스터 스캐닝 방식의 디스플레이 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 복수의 칼라의 광을 출사하는 광원; 복수의 엘리멘트를 구비하고 있으며 구비된 복수의 엘리멘트의 각각에는 해당 칼라가 지정되어 있고 지정된 칼라의 광이 상기 엘리멘트에 입사되면 외부의 제어신호에 따라 상기 엘리멘트가 상하로 움직이면서 입사광을 변조하여 복수의 회절차수를 갖는 복수의 칼라의 회절광을 생성하여 출사하는 회절형 광변조기; 광원으로부터 출사되는 복수의 칼라의 광을 상기 회절형 광변조기의 각각의 해당 엘리멘트에 조명하는 조명 광학부; 상기 회절형 광변조기로부터 형성된 복수의 회절차수를 갖는 복수 칼라의 회절광을 합성하는 합성계; 상기 합성계에서 합성된 복수 칼라와 복수의 회절차수를 갖는 회절광에서 원하는 차수의 회절광을 선택하여 통과시키는 슐리렌 광학부; 및 상기 슐리렌 광학부를 통과한 회절광을 스크린에 래스터 스캐닝을 수행하는 스캐닝 광학부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 복수의 칼라의 광을 출사하는 광원; 복수의 엘리멘트를 구비하고 있으며 구비된 복수의 엘리멘트가 소정개수 단위로 그룹을 형성하고 있고 형성된 각각의 그룹에 해당 칼라가 지정되어 있으며 복수의 칼라의 광이 각각 상기 해당 그룹에 있는 복수의 엘리멘트에 입사되면 외부의 제어신호에 따라 상기 해당 그룹의 복수의 엘리멘트가 각각 상하로 움직이면서 입사광을 변조하여 복수의 회절차수를 갖는 회절광을 생성하여 출사하는 회절형 광변조기; 광원으로부터 출사되는 복수의 칼라의 광을 상기 회절형 광변조기의 각각의 해당 그룹에 있는 복수의 엘리멘트에 각각 해당 칼라별로 조명하는 조명 광학부; 상기 회절형 광변조기로부터 생성된 복수의 회절차수를 갖는 복수의 칼라의 회절광을 합성하여 출사하는 합성계; 상기 합성계에서 합성된 복수의 칼라의 회절광에서 원하는 차수의 회절광을 선택하여 통과시키는 슐리렌 광학부; 및 상기 슐리렌 광학부를 통과한 회절광을 스크린에 래스터 스캐닝을 수행하는 스캐닝 광학부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한 다.

이제, 도 2 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회절형 광변조기를 이용한 래스터 스캐닝 방식의 디스플레이 장치에 대하여 상세히 설명한다.

도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기를 이용한 래스터 스캐닝 방식의 디스플레이 장치의 구성도이다.

도 2을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기를 이용한 래스터 스캐닝 방식의 디스플레이 장치는 디스플레이 광학계(102)와 디스플레이 전자계(104)를 포함한다.

여기에서, 디스플레이 광학계(102)는 적색 광원(106R)과 녹색 광원(106G) 그리고 청색 광원(106B)을 포함하며, 각각의 광원(106R, 106G, 106B)에 대응되는 적색 조명광학부(108R)와 녹색 조명 광학부(108G) 그리고 청색 조명 광학부(108B)를 포함하고 있다.

또한, 디스플레이 광학계(102)는 색깔별로 하나 또는 복수의 엘리멘트가 할당되어 있으며 할당된 엘리멘트 영역에 조명 광학부(108R, 108G, 108B)로부터 해당 색깔의 출사광이 입사되면 해당 색깔의 입사광을 변조하여 각각의 입사광에 대하여 복수의 회절차수를 갖는 회절광을 형성하는 회절형 광변조기(110)와, 회절형 광변조기(110)에서 출사된 서로 다른 파장의 복수의 회절차수를 갖는 회절광을 합성하여 단일광을 형성하는 합성계(112)를 구비하고 있다.

또한, 디스플레이 광학계(102)는 회절형 광변조기(110)에서 형성된 복수의 회절차수를 갖는 회절광을 차수분리하고 차수 분리된 여러 차수의 회절광중에서 원하는 차수의 회절광을 통과시키는 슐리렌 광학부(Schlieren optics)(114)와, 슐리렌 광학부(114)를 통과한 회절광을 집광하고 집광된 점광을 2차원이미지로 래스터 스캐닝을 수행하는 투영 및 스캐닝 광학부(116), 및 디스플레이 스크린(118)을 포함한다.

다음으로, 디스플레이 전자계(104)는 레이저(106), 회절형 광변조기(110) 및 투영 및 스캐닝 광학부(116)에 접속되어 있다.

이제, 도 2 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 회절형 광변조기를 이용한 래스터 스캐닝 방식의 디스플레이 장치의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 디스플레이 광학계(102)의 적색 광원(106R)과 녹색 광원(106G) 그리고 청색 광원(106B)은 디스플레이 전자계(104)의 제어에 따라 해당하는 광을 출사한다.

그리고, 각각의 색깔에 해당하는 조명 광학부(108R, 108G, 108B)는 각 광원(106R, 106G, 106B)으로부터 출사되는 광을 회절형 광변조기(110)의 할당된 하나 또는 복수의 엘리멘트의 마이크로 미러(상부 마이크로 미러와 하부 마이크로 미러)에 작은 원형의 점광(spot beam) 또는 타원형광을 조사하기 위해 입사광을 원형 점광 또는 타원형의 광으로 만들어 준다.

이때 각 조명 광학부(108R, 108G, 108B)는 일예로 볼록 렌즈(미도시)와 콜리메이터 렌즈(미도시)로 이루어질 수 있다.

각 볼록 렌즈(미도시)는 해당 광원(10R, 106G, 106B)에서 출사되는 입사광을 더 작은 원형 점광으로 변환시키거나 타원형의 광으로 변화시켜 해당하는 콜리메이터 렌즈(미도시)를 통하여 평행광으로 변화시킨 후에 회절형 광변조기(110)로 입사시킨다.

한편, 회절형 광변조기(110)는 색깔별로 하나 또는 복수개의 엘리멘트가 할당되어 있으며 색깔별로 할당된 하나 또는 복수개의 엘리멘트의 마이크로 미러는 입사광을 변조하여 복수의 회절차수를 갖는 회절광을 형성한다.

일예로, 도 3에 도시된 것처럼 디스플레이 광학계(102)의 회절형 광변조기(110)가 도면부호 110a, 110b, 110c의 3개의 엘리멘트로 구성되어 있고 도면부호 110a는 적색에 도면 부호 110b는 녹색에 그리고 도면부호 110c는 청색에 할당된 경우에 적색 조명 광학부(108R)는 회절형 광변조기(110)의 적색이 할당된 도면부호 110a의 엘리멘트의 마이크로 미러에 타원형의 광을 조사하고, 녹색 조명 광학부(108G)는 회절형 광변조기(110)의 녹색이 할당된 도면부호 110b의 엘리멘트의 마이크로 미러에 타원형의 광을 조사하고, 청색 조명 광학부(108B)는 회절형 광변조기(110)의 청색이 할당된 도면부호 110c의 엘리멘트의 마이크로 미러에 타원형의 광을 조사하면, 각각의 엘리멘트(110R, 110G, 110B)는 해당하는 파장의 입사광을 변조하여 복수의 회절차수를 갖는 회절광을 생성한다.

즉, 도 3에 도시된 오픈홀 기반의 회절형 광변조기(110)의 엘리멘트(110R, 110G, 110B)의 상부 마이크로 미러에 타원형의 광이 조명된 경우에 엘리멘트(110R, 110G, 110B)가 상하로 이동하면 엘리멘트(110R, 110G, 110B)의 상부 마이크로 미러 와 하부 마이크로 미러의 단차에 의해 입사된 광이 반사 또는 회절되어 반사광 또는 여러 차수를 갖는 회절광이 생성된다.

한편, 도 3에서 각 색깔에 하나의 엘리멘트가 할당된 경우를 설명하였지만 다수개의 엘리멘트가 할당된 경우에 대해서도 동일하게 구현가능하다. 이처럼, 복수의 엘리멘트를 이용하여 하나의 파장에 대한 회절광을 생성하게 되면 하나의 엘리멘트를 이용하여 하나의 파장에 대한 회절광을 생성하는 것보다 더 넓은 광세기 선택성을 갖는 회절광을 생성할 수 있다. 일예로 네개의 엘리멘트를 이용하여 회절광을 생성할 때 하나의 엘리멘트만 회절광을 생성하도록 하거나, 두개의 엘리멘트가 회절광을 생성하게 하거나, 세개의 엘리멘트가 회절광을 생성하거나, 네개의 엘리멘트가 회절광을 생성하도록 할 수 있어, 회절광을 얻는데 있어 이처럼 네가지의 서로 다른 세기를 갖는 회절광을 얻을 수 있기 때문에 광세기 선택성이 향상된다. 또한, 도 3에서는 타원형의 광에 대하여 설명하였지만 원형의 점광이 입사되는 경우에도 동일한 설명이 가능하다.

다음으로, 합성계(112)는 회절형 광변조기(110)에서 형성된 복수의 파장의 회절광을 합성하여 단일광을 형성하는데 이를 위하여 일예로 2개의 반사미러(112R, 112B)가 구비되어 복수의 파장의 회절광을 합성할 수 있다.

그리고, 슐리렌 광학계(114)는 복수의 회절차수를 갖는 회절광이 통과하면 원하는 회절차수의 회절광을 분리한다. 이러한 슐리렌 광학계(112)는 일예로 푸리에 렌즈(미도시)와 필터(미도시)로 구성되어 있으며, 입사되는 회절광중 0차 회절광 또는 ±1차 광을 선택적으로 통과시킨다.

그리고, 투영 및 스캐닝 광학부(116)는 도 4에 도시된 바와 같이 집광 렌즈(116a), 스캐닝 미러(116b)와 프로젝션 렌즈(116c)로 구성되어 있으며, 입사된 회절광을 스크린(118)에 투사한다. 즉, 투영 및 스캐닝 광학부(116)는 필터(미도시)를 통하여 입사되는 회절빔을 스크린(118)에 집속시켜 스팟을 형성시키는 역할을 수행하는 것이다.

여기에서, 집광 렌즈(116a)는 필터(미도시)를 통과한 회절빔을 스크린(118)에 초점이 맞도록 회절광을 집광시킨다. 물론 집광렌즈(116a)이후에 오목렌즈(미도시)를 더 구비하여 필터(미도시)를 통과한 회절빔을 집광한 후에 평행광을 변화시켜 스캐닝 미러(116b)에 투영할 수도 있다.

스캐닝 미러(116b)는 X스캐닝 미러(116ba)와 Y스캐닝 미러(116bb)로 구성되어 있으며, X스캐닝 미러(116ba)는 디스플레이 전자계(104)의 제어에 따라 입사된 스팟을 스크린(118)의 좌에서 우로 스캐닝을 수행하며, Y 스캐닝 미러(116ba)는 디스플레이 전자계(104)의 제어에 따라 입사된 스팟을 스크린(118)에 상하로 스캐닝을 수행한다.

이처럼 먼저, X 스캐닝 미러(116ba)에 의해 좌에서 우로 좌우스캐닝을 수행하고, Y 스캐닝 미러(116bb)에 의해 다음 라인으로 상하 스캐닝을 수행하며, 다시 X 스캐닝 미러(116ba)에 의해 좌에서 우로 좌우 스캐닝을 수행하고, 다시 Y 스캐닝 미러(116bb)에 의해 다음 라인으로 상하 스캐닝을 수행하며, 다시 X스캐닝 미러(116ba)부터 이러한 동작을 반복수행 하는 것을 래스터 스캐닝(Raster Scanning)이라고 한다. 이러한 래스터 스캐닝은 일예로 좌에서 우로 스캐닝한 후에, 다시 라인 을 변경시켜 스크린의 좌측으로 스팟을 이동시켰지만, 또 다른 예로 좌에서 우로 스캐닝한 후에 다음라인의 우측으로 상하 스캐닝한 후에 이번에는 우에서 좌로 스캐닝을 하고 라인을 변경한 후에 좌에서 우로 스캐닝을 수행하는 동작을 반복할 수도 있다.

디스플레이 전자계(104)는 투영 및 스캐닝 광학 장치(116)의 스캐닝 미러(116b)를 구동시킨다. 투영 및 스캐닝 광학 장치(116)는 디스플레이 스크린(118) 상에 2차원적인 이미지를 형성하기 위해서 이미지를 디스플레이 스크린(118)에 투영하고 디스플레이 스크린(118)에 걸쳐 라인 이미지를 래스터 스캐닝한다.

한편, 도 2 내지 도 4에서는 하나의 스팟을 이용하여 스크린(118)에 이미지를 디스플레이하는 방식을 설명하였지만 복수의 스팟을 사용하여 래스터 스캐닝을 수행하는 것도 가능하다.

일예로 도 5은 삼성전기가 개발한 오픈홀 기반의 회절형 광변조기의 네개의 엘리멘트(110R1~110R4, 110G1~110G4, 110B1~110B4)에 타원형의 좁고 긴 선모양의 광이 조명된 경우의 평면도를 예시한 것으로, 네개의 엘리멘트가 하나의 스팟을 형성하도록 하면 투영 및 스캐닝 광학부(116)는 하나의 스팟을 사용하여 스크린(118)에 래스터 스캐닝을 수행할 수 있다.

도 5에서도 도 3와 동일하게 다수의 엘리멘트가 각각 개별적으로 상하로 이동하면 각각의 엘리멘트(110R1~110R4, 110G1~110G4, 110B1~110B4)의 상부 마이크로 미러와 하부 마이크로 미러의 단차에 의해 입사된 타원형의 좁고 긴 선모양의 광이 반사 또는 회절되어 회절광을 형성한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 1차원 조명계에서 필요한 라인빔 쉐이퍼(Line beam Shaper)와 같은 정밀 광학계가 필요하지 않도록 한다.

또한, 본 발명에 따르면 종래 1080개의 스팟을 사용하지 않고 하나 또는 극소수의 스팟을 사용함으로 광학계가 단순해지는 효과가 있다.

Claims

복수의 칼라의 광을 출사하는 광원;

복수의 엘리멘트를 구비하고 있으며 구비된 복수의 엘리멘트의 각각에는 해당 칼라가 지정되어 있고 지정된 칼라의 광이 상기 엘리멘트에 입사되면 외부의 제어신호에 따라 상기 엘리멘트가 상하로 움직이면서 입사광을 변조하여 복수의 회절차수를 갖는 복수의 칼라의 회절광을 생성하여 동시에 출사하는 회절형 광변조기;

광원으로부터 출사되는 복수의 칼라의 광을 상기 회절형 광변조기의 각각의 해당 엘리멘트에 점광으로 조명하는 조명 광학부;

상기 회절형 광변조기로부터 형성된 복수의 회절차수를 갖는 복수 칼라의 회절광을 합성하는 합성계;

상기 합성계에서 합성된 복수 칼라와 복수의 회절차수를 갖는 회절광에서 원하는 차수의 회절광을 선택하여 통과시키는 슐리렌 광학부; 및

상기 슐리렌 광학부를 통과한 회절광을 스크린에 점광으로 래스터 스캐닝을 수행하는 스캐닝 광학부를 포함하여 이루어진 회절형 광변조기를 이용한 래스터 스캐닝 방식의 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 회절형 광변조기는,

각각의 엘리멘트에 복수의 오픈홀이 형성되어 있으며, 각각의 엘리멘트의 상면에 있는 상부 마이크로 미러와 절연층에 있는 하부 마이크로 미러가 단차를 형성하여 입사된 광을 외부의 제어신호에 따라 변조하여 복수의 회절차수를 갖는 회절광을 생성하는 것을 특징으로 하는 회절형 광변조기를 이용한 래스터 스캐닝 방식의 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 조명 광학부는,

광원으로부터 출사되는 광을 집광하는 볼록 렌즈; 및

상기 볼록 렌즈로부터 출사되는 집광된 광을 평행광으로 변화시키는 콜리메이터 렌즈를 포함하여 이루어진 회절형 광변조기를 이용한 래스터 스캐닝 방식의 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 슐리렌 광학부는,

상기 합성계로부터 출사되는 복수의 칼라와 복수의 회절차수를 갖는 회절광을 차수별로 분리하는 푸리에 렌즈; 및

상기 푸리에 렌즈를 통과한 복수의 회절차수를 갖는 회절광에서 원하는 차수 의 회절광을 선택하여 통과시키는 필터를 포함하여 이루어진 회절형 광변조기를 이용한 래스터 스캐닝 방식의 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 스캐닝 광학부는,

상기 슐리렌 광학부를 통과한 회절광을 X 축방향으로 스캐닝을 수행하는 X-스캐너; 및

상기 슐리렌 광학부를 통과한 회절광을 Y 축방향으로 스캐닝을 수행하는 Y-스캐너를 포함하며,

상기 Y 스캐너는 상기 X-스캐너가 X 축 방향으로 한 라인 스캐닝을 완료하면 다음 라인으로 Y 스캐닝을 수행하며, 이러한 동작을 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 회절형 광변조기를 이용한 래스터 스캐닝 방식의 디스플레이 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 스캐닝 광학부는,

상기 슐리렌 광학부를 통과한 회절광을 점광으로 집광하는 집광부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회절형 광변조기를 이용한 래스터 스캐닝 방식의 디스플레이 장치.
복수의 칼라의 광을 출사하는 광원;

복수의 엘리멘트를 구비하고 있으며 구비된 복수의 엘리멘트가 소정개수 단위로 그룹을 형성하고 있고 형성된 각각의 그룹에 해당 칼라가 지정되어 있으며 복수의 칼라의 광이 각각 상기 해당 그룹에 있는 복수의 엘리멘트에 입사되면 외부의 제어신호에 따라 상기 해당 그룹의 복수의 엘리멘트가 각각 상하로 움직이면서 입사광을 변조하여 복수의 회절차수를 갖는 회절광을 생성하여 동시에 출사하는 회절형 광변조기;

광원으로부터 출사되는 복수의 칼라의 광을 상기 회절형 광변조기의 각각의 해당 그룹에 있는 복수의 엘리멘트에 각각 해당 칼라별로 점광으로 조명하는 조명 광학부;

상기 회절형 광변조기로부터 생성된 복수의 회절차수를 갖는 복수의 칼라의 회절광을 합성하여 출사하는 합성계;

상기 합성계에서 합성된 복수의 칼라의 회절광에서 원하는 차수의 회절광을 선택하여 통과시키는 슐리렌 광학부; 및

상기 슐리렌 광학부를 통과한 회절광을 스크린에 점광으로 래스터 스캐닝을 수행하는 스캐닝 광학부를 포함하여 이루어진 회절형 광변조기를 이용한 래스터 스캐닝 방식의 디스플레이 장치.