KR20060029821A

KR20060029821A - 투사표시장치

Info

Publication number: KR20060029821A
Application number: KR1020040078667A
Authority: KR
Inventors: 박찬영
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-10-04
Filing date: 2004-10-04
Publication date: 2006-04-07
Also published as: US7431464B2; JP2006119636A; KR100640871B1; US20060077530A1

Abstract

본 발명은 회절 선형표시소자의 회절 차수에 대응되는 회절광 전체를 사용하여 광이용 효율을 높이고 화면의 밝기를 향상시킬 수 있는 회절차수 선택 투사표시장치에 관한 것으로, 광원과, 상기 광원에서 나온 광을 얇은 선 형태의 광으로 변환시키는 선형광 조명계와, 상기 선형광 조명계에서 출사된 광을 회절시켜 광량을 조절하는 회절 선형표시소자와, 상기 회절 선형표시소자에서 회절된 광을 회절차수별로 모으는 모드선택 광학계와, 상기 모드선택 광학계에서 출사되는 선 형태의 영상을 스캔하는 스캐너와, 상기 스캐너에서 스캔된 영상을 확대 투사시키는 투사렌즈를 포함하여 구성되는 투사표시장치를 제공한다.

회절선형 표시소자, GLV, 모드선택 광학계, 회절광

Description

투사표시장치{projection display system}

도 1 은 종래 기술에 따른 MEMS 반사형 표시소자인 GLV의 구조를 나타낸 도면

도 2 는 도 1과 같이 구성되는 회절 선형표시소자(GLV)를 적용한 투사표시장치의 구성을 나타낸 도면

도 3 은 본 발명에 따른 회절 선형표시소자(GLV)를 적용한 투사표시장치의 구성을 나타낸 도면

도 4 는 일반적인 투사표시장치의 회절 선형표시소자에서 회절 격자에 의한 회절광을 나타낸 도면

도 5 는 본 발명에 따른 투사표시장치의 모드선택 광학계의 구성을 나타낸 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 회절 선형표시소자 110, 120 : 리본

130 : 전극 200 : 광원

300, 400 : 선형광 조명계 500 : 스캐너

600 : 투사렌즈 700 : 스크린

800 : 미러 900 : 모드선택 광학계

본 발명은 투사표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회절 선형표시소자를 적용하여 투사표시장치를 구성하는 방법에 관한 것이다.

투사표시장치 시스템(Projection Display System)은 대형 화면을 구현하는 디스플레이 시스템으로써 작은 화면을 확대 투사하여 대형 화면을 표시하는 장치를 말한다.

이와 같은 투사표시장치의 대표적인 시스템으로는 램프와 LCD 표시소자를 사용하는 LCD 프로젝션 시스템이다.

그러나 상기 LCD 프로젝션 시스템은 다음과 같은 문제를 가지고 있다.

먼저, 상기 LCD 표시소자는 응답속도가 비교적 느려 빠른 동영상을 표시할 때 잔상이 남게 된다. 또한 오프(off) 신호에서 LCD에 광이 투과할 때 액정층이 광을 완전히 막지 못하여 광이 새어나가는 문제가 있어서, 화면의 콘트라스트를 저하시키게 된다.

그리고, 광학계를 구성할 때 색분리 및 합성계가 필요하여 구성이 복잡하고 시스템 크기를 작게 하는데도 제약이 있다.

아울러, 상기 광원인 램프의 경우 고온, 고압 램프의 특성상 안전상의 문제가 있고 램프의 수명이 약 5000 시간으로 TV 등에 사용하기 어려우며 램프 광의 스펙트럼이 넓어 화면상의 색순도가 떨어지게 된다.

이러한 문제점들을 해결하기 위해 현재까지 여러 가지 시도가 있어 왔다.

그중 하나가 표시소자로 상기 LCD 대신 MEMS(Micro Electro-Mechanical System) 반사형 표시소자인 DMD(Digital Micro-Mirror Device)나 GLV(Grating Light Valve) 등을 사용하는 경우이다.

그리고 상기 광원으로 램프 대신 LED 또는 레이저 등을 사용하는 경우이다.

상기 선형 표시소자인 GLV는 반도체 공정을 적용하여 수백~수천개의 마이크로리본을 배열한 구조로서, LCD보다 응답속도가 빠르고 높은 콘트라스트를 구현하며 광효율이 높아 더욱 밝고 자연스러운 영상을 구현할 수 있다.

도 1 은 종래 기술에 따른 MEMS 반사형 표시소자인 GLV의 구조를 나타낸 도면이다.

도 1과 같이, 6개의 리본(110)(120)이 한 픽셀(100)을 구성하고, 이 리본은 전극(130)에 의해 동작되는 동작리본(120)과 움직이지 않는 고정리본(110)이 교대로 배열되어 있다. 그리고 상기 픽셀(100)을 구현하는 다수개의 리본이 연속해서 배열하여 한 줄 형태의 선형 표시소자로써 화면상의 한 줄의 픽셀들을 표시하게 된다.

이와 같이 구성될 때, 상기 전극(130)에 전압이 인가되지 않은 오프(off) 상태에서는 리본들의 높이가 동일하여 거울면을 형성하게 되어 입사광은 그대로 반사된다. 그리고 상기 전극(130)에 전압이 인가되면 고정리본(110)은 그대로 움직이지 않고 동작리본(120)은 정전기력에 의해 아래방향으로 휘어진다.

이렇게 리본의 높이가 주기적으로 계단 형태가 되어 광이 입사되면 주기적 격자에 의해 회절이 일어나게 된다.

이때, 회절되는 광의 광량은 동작리본(120)이 내려가는 높이에 의해 조절될 수 있고 단위 시간동안 동작리본(120)이 내려가는 회수 조정에 의해 조절될 수 있다. 이에 따라, 상기 GLV(100)는 회절광의 광량을 조절하는 광모듈레이터의 역할을 하게 된다.

도 2 는 도 1과 같이 구성되는 회절 선형표시소자(GLV)를 적용한 투사표시장치의 구성을 나타낸 도면이다.

도 2와 같이, 광원(200)에서 나온 광은 선형광 조명계(300)에 의해 선형의 광 형상으로 회절 선형표시소자(GLV)(100)에 조사된다. 그리고 상기 회절 선형표시소자(100)는 전기적 신호에 의해 각 픽셀의 회절광의 광량을 조절하여 화면상의 한 라인의 픽셀들의 영상을 구현한다. 이렇게 상기 회절 선형표시소자(100)에서 회절된 광은 투사렌즈(600)에 의해 확대 투사되고 스캐너(500)에 의해 한 라인의 픽셀들이 시간적으로 한 화면을 스크린(700)에 구성하게 된다.

이때, 상기 회절 선형표시소자(100)는 회절광 중에서 1차 회절광만을 사용하게 되는데 실제로는 여러 차수의 회절광이 존재하게 되어 2차 이상의 회절광은 사용하지 않고 손실되게 된다. 이에 따라, 광이용 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 2차 이상의 회절광이 산란되어 1차 회절광의 광로에 영향을 주므로 화면의 콘트라스트가 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 회절 선형표시소자의 회절 차수에 대응되는 회절광 전체를 사용하여 광이용 효율을 높이고 화면의 밝기를 향상시킬 수 있는 회절차수 선택 투사표시장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 화면의 콘트라스트를 향상시키는 투사표시장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 광원과, 상기 광원에서 나온 광을 얇은 선 형태의 광으로 변환시키는 선형광 조명계와, 상기 선형광 조명계에서 출사된 광을 회절시켜 광량을 조절하는 회절 선형표시소자와, 상기 회절 선형표시소자에서 회절된 광을 회절차수별로 모으는 모드선택 광학계와, 상기 모드선택 광학계에서 출사되는 선 형태의 영상을 스캔하는 스캐너와, 상기 스캐너에서 스캔된 영상을 확대 투사시키는 투사렌즈를 포함하여 구성되는 투사표시장치를 제공한다.

그리고, 상기된 회절 선형표시소자는 전기적 신호가 없는 경우 입사된 광을 반사시키고 전기적 신호가 인가되는 경우 회절격자를 형성하여 입사된 광을 회절시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기된 모드선택 광학계는 다수개의 슬릿이 소정 간격으로 나란히 배열되는 회절 격자로 이루어져 회절차수를 선택적으로 투과 또는 흡수하는 마스크와, 상기 마스크에서 투과되는 광을 회절된 회절차수별로 모으는 렌즈를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

이하 상기의 목적으로 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 3 은 본 발명에 따른 회절 선형표시소자(GLV)를 적용한 투사표시장치의 구성을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하여 설명하면, 광원(200)과, 상기 광원(200)에서 나온 광을 얇은 선 형태의 광으로 변환시키는 선형광 조명계(300)와, 상기 선형광 조명계(300)에서 출사된 광을 회절시켜 광량을 조절하는 회절 선형표시소자(100)와, 상기 회절 선형표시소자(100)에서 회절된 광을 회절차수별로 모으는 모드선택 광학계(900)와, 상기 모드선택 광학계(900)에서 출사되는 선 형태의 영상을 스캔하는 스캐너(500)와, 상기 스캐너(500)에서 스캔된 영상을 확대 투사시키는 투사렌즈(600)로 구성된다.

이때, 상기된 회절 선형표시소자(100)는 전기적 신호가 없는 경우 입사된 광을 반사시키고 전기적 신호가 인가되는 경우 회절격자를 형성하여 입사된 광을 회절시켜 광량을 조절하도록 구성된다.

그리고 상기 모드선택 광학계(900)는 회절된 여러 차수의 회절광을 각 차수별로 선택하여 투과시키는데, 이때, 상기 모드선택 광학계(900)는 회절된 광 전체를 사용하여 광효율을 높이고 밝기를 향상시키게 된다.

또한, 상기 회절 선형표시소자(100)는 화면상의 한 라인의 화상을 구현하고 순차적으로 이웃한 라인의 화상을 구현하며, 스캐너(500)가 이에 대응하여 라인 화 상을 스캔하여 한 화면을 이룬다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 투사표시장치의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 광원(200)에서 나온 광은 다음 단에 위치하는 선형광 조명계(300)를 통과하여 가느다란 선형광의 형상으로 변환되어 진행한다.

그리고 상기 변환된 선형광은 광축에 대해 45도 기울어진 미러(800)에 의해 반사되어 회절 선형표시소자(100)에 조명된다.

그러면 상기 회절 선형표시소자(100)는 길이 방향의 구성으로 화면상의 길이 방향의 한 라인 화상에 대응하여 화면을 구현한다. 이때, 상기 회절 선형표시소자(100)의 실 예로 GLV(Grating Light Valve) 등이 있다.

상기 회절 선형표시소자(100)는 전기적 신호의 온(on), 오프(off)에 대해 다른 기능을 하는데, 전기적 신호가 인가되지 않는 경우는 미러의 역할을 하여 입사된 광을 그대로 반사시키고, 전기적 신호가 인가된 경우 주기적 회절격자를 형성하여 입사된 광을 회절시킨다. 이때, 상기 회절 선형표시소자(100)에 전기적 신호가 인가되어 회절된 광은 회절격자의 형상에 의해 여러 차수의 회절광으로 분리되어 진행한다.

그리고 상기 회절 선형표시소자(100)에서 회절된 광은 특정 각도로 진행하여 다음 단에 위치하는 모드선택 광학계(900)에서 회절차수별로 광이 선택되어 투과되고, 이를 스캐너(500) 상에 전달하게 된다.

여기서 상기 모드 선택 광학계(900)에서 회절차수별로 광이 선택되어 투과되 는 경우에 회절광의 차수에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4 는 일반적인 투사표시장치의 회절 선형표시소자에서 회절 격자에 의한 회절광을 나타낸 도면으로, 도 4와 같이 회절 격자는 폭이 b인 N 개의 슬릿이 간격 h로 나란히 배열되어 주기적 격자를 이루도록 구성된다.

이때, 점 P에서의 회절된 광의 파동함수 U_P는 다음 수학식 1과 같다.

또한, 회절된 광의 각도에 대한 분포 I는 다음 수학식 2와 같다.

여기서, I₀은 θ=0 일 때의 광의 세기이다.

따라서, 상기 점 P를 포함하고 광축에 수직한 면에서 밝고 어두운 띠무늬의 회절 무늬가 나타나게 된다.

이때, 상기 밝은 무늬는 γ=nπ, n=0,1,2,... 에서 나타난다.

즉,

에서 밝은 무늬가 나타나고,

에서 어두운 무늬가 나타나게 된다.

여기서, 전단에 위치하는 회절 선형표시소자(100)에서 회절된 광 중 0차수 회절광은 회절이 일어나지 않은 상태의 광에 해당한다. 즉, 표시소자에 수직 입사된 광은 그대로 반사되어 광원쪽으로 진행하게 된다.

이때, 상기 회절 선형표시소자(34)에서 회절된 광 중 1차 회절광의 광량이 가장 크고 2차 회절광은 어두운 무늬에 해당되게 된다.

이와 같이, 홀수차수의 회절광이 밝은 무늬를 형성하고 짝수차수의 회절광이 어두운 무늬를 형성한다. 그리고 차수가 높아질수록 회절광의 광량이 줄어들게 된다.

따라서, 회절 선형표시소자(GLV)(100)를 사용하는 종래의 투사표지장치 시스템의 경우는 1차 회절광만을 사용하므로 홀수차수의 고차 회절광은 광량이 손실되었다. 또한 짝수차수의 회절광은 어두운 무늬를 형성하지만 미소한 광량이 남아 있어서 투사렌즈로 입사되어 콘트라스트를 저하시키고 있었다.

이를 본 발명에서는 상기 회절 선형표시소자(100) 다음 단에 모드선택 광학계(900)를 구성하여 회절된 광 중에서 홀수차수의 회절광을 모두 통과시키고 짝수차수의 회절광은 차단하여 광효율을 증가시키고, 또한 화면 밝기와 콘트라스트를 향상시킬 수 있게 하였다.

도 5 는 본 발명에 따른 투사표시장치의 모드선택 광학계의 구성을 나타낸 도면으로, 도 5와 같이 모드선택 광학계(900)는 다수개의 슬릿이 소정 간격으로 나 란히 배열되는 회절 격자로 이루어져 회절차수를 선택적으로 투과 또는 흡수하는 마스크(950)와, 상기 마스크에서 투과되는 광을 회절된 회절차수별로 모으는 렌즈(960)로 구성된다.

즉, 전단에 위치하는 회절 선형표시소자(100)에서 회절된 광 중 0차 회절광(910)은 미러(800)에 의해 반사되어 광원 방향으로 진행하므로 렌즈(960) 방향으로 가지 않는다.

그리고 1차 회절광(920)의 진행 각도에 맞춰 상기 마스크(950)가 열린 부분을 형성하면, 상기 1차 회절광(920)은 모드선택 광학계(900)를 투과하여 진행한다.

또한, 2차 회절광(930)의 진행 각도에 맞춰 상기 마스크(950)가 막도록 형성하면, 상기 2차 회절광(930)은 마스크(950)에서 흡수되므로 모드선택 광학계(900)를 투과하지 않는다.

아울러 3차 회절광(940)의 진행 각도에 맞춰 상기 마스크(950)가 열리도록 형성하면, 상기 3차 회절광(940)은 모드선택 광학계(900)를 투과하여 진행한다.

이처럼 각 차수의 회절광의 각도와 진행 방향에 대응하여 렌즈(960)의 투과, 흡수 마스크(950)를 형성하면 회절 차수를 선택하여 투과시킬 수 있게 된다.

그리고 상기 마스크(950)는 렌즈(960)와 분리하여 렌즈(960) 앞에 얇은 판형으로 구성할 수 있으며, 다른 예로 상기 마스크(950)를 렌즈(960)의 표면에 구성하여 일체화할 수도 있다.

이와 같이 모드선택 광학계(900)에 의해 원하는 차수의 회절광만을 투과시키고 필요하지 않은 차수의 회절광을 차단시키면 광 이용 효율이 증가하고 화면의 밝 기가 증가하며 화면의 콘트라스트가 향상되는 효과를 얻게 된다.

따라서, 상기 모드선택 광학계(900) 전단에 위치하는 회절 선형표시소자(100)는 입력된 영상 신호에서 화면의 특정 길이 방향의 라인 화상을 구현하게 된다. 즉, 회절 선형표시소자(100)의 길이 방향 픽셀이 해당 라인 화상의 각 픽셀의 화상 정보를 구현한다.

그리고 상기 회절 선형표시소자(100)에서 구현된 라인 화상은 모드선택 광학계(900)를 지나 스캐너(500)에 의해 순차적으로 스캔되어 스크린(700)에 화상을 구현하게 된다.

그러면 투사렌즈(600)는 선형 화상을 확대 투사하여 상기 스크린(700)에 화면을 결상시키게 된다.

한편 광원으로써 R, G, B 광원을 사용하면 회절 선형표시소자를 해당 색에 각각 대응되도록 3개를 사용하고 각 컬러의 영상을 합성하여 투사표시장치를 구성할 수도 있다.

본 발명을 상술한 실시 예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가지 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 회절 선형표시소자를 적용한 투사표시장치의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 회절광의 전체 차수를 선택적으로 투과, 반사시켜 광효율을 증가시킬 수 있다.

둘째, 화면의 밝기 및 화면의 콘트라스트를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

광원과,

상기 광원에서 나온 광을 얇은 선 형태의 광으로 변환시키는 선형광 조명계와,

상기 선형광 조명계에서 출사된 광을 회절시켜 광량을 조절하는 회절 선형표시소자와,

상기 회절 선형표시소자에서 회절된 광을 회절차수별로 모으는 모드선택 광학계와,

상기 모드선택 광학계에서 출사되는 선 형태의 영상을 스캔하는 스캐너와,

상기 스캐너에서 스캔된 영상을 확대 투사시키는 투사렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투사표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기된 회절 선형표시소자는 전기적 신호가 없는 경우 입사된 광을 반사시키고 전기적 신호가 인가되는 경우 회절격자를 형성하여 입사된 광을 회절시키는 것을 특징으로 하는 투사표시장치.
제 2 항에 있어서,

상기 회절 선형표시소자는 화면상의 한 라인의 화상을 구현하고 순차적으로 이웃한 라인의 화상을 구현하는 것을 특징으로 하는 투사표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기된 모드선택 광학계는 다수개의 슬릿이 소정 간격으로 나란히 배열되는 회절 격자로 이루어져 회절차수를 선택적으로 투과 또는 흡수하는 마스크와,

상기 마스크에서 투과되는 광을 회절된 회절차수별로 모으는 렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투사표시장치.
제 4 항에 있어서,

상기 모드선택 광학계는 회절 선형표시소자에서 회절된 광 전체를 사용하는 것을 특징으로 하는 투사표시장치.
제 4 항에 있어서,

상기 마스크는 렌즈와 분리하여 렌즈 앞에 얇은 판형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 투사표시장치.
제 4 항에 있어서,

상기 마스크는 렌즈의 표면에 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 투사표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 광원은 R, G, B 각각의 광원을 사용하여 회절 선형표시소자를 해당 색에 각각 대응되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 투사표시장치.