KR20060062900A - 편광빔을 이용한 칼라 디스플레이 장치 - Google Patents

편광빔을 이용한 칼라 디스플레이 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20060062900A
KR20060062900A KR1020040101900A KR20040101900A KR20060062900A KR 20060062900 A KR20060062900 A KR 20060062900A KR 1020040101900 A KR1020040101900 A KR 1020040101900A KR 20040101900 A KR20040101900 A KR 20040101900A KR 20060062900 A KR20060062900 A KR 20060062900A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
polarization
incident
polarized light
diffraction
Prior art date
Application number
KR1020040101900A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100688844B1 (ko
Inventor
윤상경
양행석
Original Assignee
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR1020040101900A priority Critical patent/KR100688844B1/ko
Publication of KR20060062900A publication Critical patent/KR20060062900A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100688844B1 publication Critical patent/KR100688844B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/12—Scanning systems using multifaceted mirrors
    • G02B26/123—Multibeam scanners, e.g. using multiple light sources or beam splitters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0808—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more diffracting elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
    • G02B26/0858—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by piezoelectric means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/105—Scanning systems with one or more pivoting mirrors or galvano-mirrors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
    • G02B7/182—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors
    • G02B7/1821—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors for rotating or oscillating mirrors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N1/00—Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/04—Scanning arrangements, i.e. arrangements for the displacement of active reading or reproducing elements relative to the original or reproducing medium, or vice versa
    • H04N1/06—Scanning arrangements, i.e. arrangements for the displacement of active reading or reproducing elements relative to the original or reproducing medium, or vice versa using cylindrical picture-bearing surfaces, i.e. scanning a main-scanning line substantially perpendicular to the axis and lying in a curved cylindrical surface
    • H04N1/0607—Scanning a concave surface, e.g. with internal drum type scanners
    • H04N1/0621—Scanning a concave surface, e.g. with internal drum type scanners using a picture-bearing surface stationary in the main-scanning direction
    • H04N1/0635—Scanning a concave surface, e.g. with internal drum type scanners using a picture-bearing surface stationary in the main-scanning direction using oscillating or rotating mirrors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)

Abstract

본 발명은 칼라 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 특히 복수의 광의 각각에 대하여 P 편광과 S편광으로 분리한 후에 분리된 P 편광과 S 편광에 대하여 광변조를 수행하여 회절광을 생성하고 생성된 회절광을 합성하여 스크린에 투사하는 편광빔을 이용한 칼라 디스플레이 장치에 관한 것이다.
칼라 디스플레이 장치, 광변조기, 편광빔

Description

편광빔을 이용한 칼라 디스플레이 장치{Color display apparatus using polarized light}
도 1은 단일광원과 f-θ렌즈를 사용하는 종래의 레이저 스캐닝 방식을 도시한 도면.
도 2는 이미지 헤드에 구성된 LED 배열에 의하여 형성된 멀티빔에 의하여 레이저 스캐닝을 수행하는 종래의 레이저 스캐닝 방식을 도시한 도면.
도 3은 종래 개선된 기술에 따른 가상 단일 광원을 갖는 칼라 디스플레이 장치의 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 편광빔을 이용한 칼라 디스플레이 장치의 구성도.
도 5는 도 4의 조명렌즈의 광경로를 포함한 사시도, 측단면도, 단면도.
도 6은 도 4의 회절형 광변조기에 입사된 통과 편광 입사광의 회절각을 설명하기 위한 도면.
도 7는 도 4의 회절형 광변조기의 사시도.
도 8은 도 4의 회절형 광변조기에 입사된 분리 편광 입사광의 회절각을 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
400 : 광원계 410 : 편광 분리부
420 : 집광부 430 : 조명 렌즈계
440 : 빔 스플릿터 450 : 광변조계
460 : 반사미러 470 : 필터계
480 : 프로젝션 시스템 490 : 스크린
본 발명은 칼라 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 특히 복수의 광의 각각에 대하여 P 편광과 S편광으로 분리한 후에 분리된 P 편광과 S 편광에 대하여 광변조를 수행하여 회절광을 생성하고생성된 회절광을 합성하여 스크린에 투사하는 편광빔을 이용한 칼라 디스플레이 장치에 관한 것이다
광빔 스캐닝 장치는 화상 형성장치, 예를 들면 레이저 프린터, 디스플레이 장치, LED 프린터, 전자 사진 복사기 및 워드 프로세서 등에서, 광빔을 스캐닝하여 광빔을 감광매체에 스폿(spot)시켜 화상 이미지를 결상시키는 장치이다.
이러한 광빔 스캐닝 장치는 화상 형성장치가 소형화, 고속화 및 고해상화되 는 방향으로 발전함에 따라 이에 대응하여 소형화, 고속화 및 고해상화의 특성을 가지도록 꾸준히 연구 개발되어 지고 있다.
화상 형성장치의 광빔 스캐닝 장치는 광빔 스캐닝 방식 및 광빔 스캐닝 장치의 구성에 따라 크게 f·θ렌즈를 이용하는 레이저 스캐닝 방식과 이미지 헤드 프린터 방식으로 대별할 수 있다.
도 1은 f·θ렌즈를 이용하는 종래의 레이저 스캐닝 장치를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 종래의 레이저 스캐닝 장치는 비디오 신호에 따라 광빔을 출사하는 레이저 다이오드(LD)(10)와, LD(10)에서 출력되는 광빔을 평행광으로 변환시키는 콜리메이터 렌즈(11)와, 콜리메이터 렌즈(11)를 통과한 평행광을 스캐닝 방향에 대해 수평방향의 선형광으로 만들어주는 실린더 렌즈(12)와, 실린더 렌즈(12)를 통과한 수평방향의 선형광을 등선속도로 이동시켜 스캐닝하는 폴리곤 미러(13)와, 폴리곤 미러(13)를 등속도로 회전시키는 폴리곤 미러 구동용 모터(14)와, 광축에 대해 일정한 굴절율을 가지며 폴리곤 미러(13)에서 반사된 등각속도의 광을 주조사 방향으로 편향시키고 수차를 보정하여 조사 면상에 초점을 맞추는 f·θ렌즈(15)와, f·θ렌즈(15)를 통한 광빔을 소정의 방향으로 반사시켜 결상면인 감광드럼(17)의 표면에 점상으로 결상시키는 결상용 반사미러(16)와, f·θ렌즈(15)를 통한 레이저 빔을 수평방향으로 반사시켜 주는 수평동기 미러(18)와, 수평동기 미러(18)에 반사된 레이저빔을 수광하여 동기를 맞추는 광센서(19)를 포함하여 구성된다.
상기의 레이져 스캐닝 방식은 레이져 다이오드(10)의 낮은 스위칭 속도 및 폴리곤 미러(13)의 주사 속도 문제로 인하여 고속의 프린팅을 얻기가 힘들다.
즉, 광빔의 주사 속도를 높이려면 더욱 고속의 모터를 사용하여 폴리곤 미러(13)를 회전 시켜야 하나, 이 경우에는 고속의 모터가 고가이고, 또한 고속으로 회전하는 모터는 열, 진동 및 잡음을 유발하여 동작 신뢰도를 떨어뜨리는 등의 문제점이 있으므로 주사속도의 큰 향상을 기대할 수 없다.
광 주사장치의 속도를 향상시키는 또 다른 방법에는 멀티빔 형태의 빔 형성장치를 이용하는 이미지 헤드 프린팅 방식이 있다.
이와 같은 멀티 빔 광학 스캐닝 장치는 광원 수단으로서 복수의 광 방출부(레이저 첨두)을 가지며, 복수의 광 방출부에 의해 방출되는 복수의 광선 빔을 광 반사기를 경유해 이미징 렌즈(imaging lens)에 의해 이미징함으로써 기록 매체 표면 상에 형성되는 복수의 광선 스폿(spot)으로써 기록 매체 표면을 동시에 광학적으로 스캐닝한다.
단하나의 광선 스폿을 사용하여 고속의 프린팅을 달성하기 위해, 단위 시간당 기록 매체 표면을 광학적으로 스캐닝하는 횟수는 대단히 커야 하며, 그 결과, 광 반사기의 회전 속도, 이미지 클럭 등은 이와 같은 큰 횟수의 광학적 스캐닝을 따를 수 없다. 따라서, 기록 매체 표면을 동시에 스캐닝하는 빔 스폿의 수가 증가한다면, 광 반사기의 회전 속도, 이미지 클럭등은 빔 스폿의 개수의 반비례하여 감소한다.
복수의 빔 스폿을 형성하는 가장 효과적인 방법으로서, 광원으로서의 역할을 하는 레이저 소자는 독립적으로 구동될 수 있는 복수의 광 방출점(광 방출부)를 가 진다.
복수의 광 방출점을 갖는 이와 같은 레이저 소자는 일반적으로 “모놀리딕 멀티-빔 레이저 소자(monolithic multi-beam laser element)”라 불린다. 모놀리딕 멀티-빔 레이저 소자가 사용될 때, 광원 뒤에 배치되는 다양한 광학 소자는 대개 복수의 광선 빔에 의해 사용될 수 있어 비용, 작업, 조절등에 있어 큰 장점을 제공한다.
도 2는 이미지 헤드에 구성된 LED 배열에 의하여 형성된 멀티빔에 의하여 레이저 스캐닝을 수행하는 종래의 레이저 스캐닝 방식을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면 이미지 헤드(20)에 인쇄용지를 채울 수 있을 정도로 많은 양의 LED 배열(21)을 구성하여 멀티빔을 형성함으로써, 레이져 스캔방식과 다르게 폴리곤 미러 및 f-θ렌즈의 사용없이 한번에 동시에 한줄씩을 프린트 할 수 있어 프린트 속도를 현저히 향상시킬 수 있었다.
이러한 모놀리딕 멀티-빔 레이저 소자는, 예를 들어, 이른바 표면 방출 레이저(표면 방출형 반도체 레이저)를 포함한다.
표면 방출 레이저는 실리콘 층의 두께 방향에 평행한 방출 빔을 방출하는 반면, 종래의 반도체 레이저는 실리콘 층의 두께 방향에 수직한 방향으로 광선 빔을 방출한다.
그리고, 표면 방출 레이저는 다음과 같은 특징을 가진다. 즉, 종래의 반도체 레이저는 타원형 단면을 가지며 발산각이 상당히 다양한 발산하는 광선을 방출하는 반면, 표면 방출 레이저는 안정된 발산각을 갖는 원형 빔을 방출할 수 있다.
그러나, 표면 방출 레이저는 출력 광선 빔의 불안정한 편광 방향이라는 문제를 가지고 있다. 비록 편광 방향이 어느 정도는 제조 방법에 의해 조절될 수 있지만, 편광 방향은 광 방출점, 주위 온도, 및 출력에 따라 변동한다.
대개, 광 반사기와 같은 다각형 거울, 이미징 광학 시스템으로서의 스캐닝 렌즈(f-θ), 광학적 경로를 바꾸기 위한 반향 거울등과 같은 광학 스캐닝 장치를 구성하는 광학 소자의 반사율(reflectance), 투과율(transmittance), 및 각도(angle) 특성은 입력 광선 빔의 편광 방향에 따라 변한다.
이러한 이유로, 표면 방출 레이저를 포함하는 모놀리딕 멀티-빔 레이저 소자가 광학 스캐닝 장치의 광원으로서 사용될 때, 기록 매체 표면을 광학적으로 스캐닝하는 복수의 빔 스폿은 개개의 광 방출점의 서로 다른 편광 방향에 따라 서로 다른 세기를 가진다. 그리고, 이와 같은 세기에서의 차이는 이미지 상에서 피치 불균일로 나타나서 이미지 품질을 상당히 감소시킨다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 국내특허출원번호 2003-77391호에는 외부로부터 인가되는 구동 전압에 의하여 온/오프 구동되는 엑츄에이팅 셀로 구성된 압전/전왜 회절형 광변조기에 의하여 형성되는 복수의 회절빔을 이용한 고속의 스캐닝을 수행하는 압전/전왜 회절형 광변조기를 이용한 스캐닝 장치가 개시되어 있다.
개시된 종래 개선된 기술에 따른 압전/전왜 회절형 광변조기를 이용한 스캐닝 장치는, 소정 광원으로부터 출력된 단일빔을 광로 방향에 대하여 수평주사 시키는 제 1 렌즈수단; 외부로부터 인가되는 구동전원에 의하여 온/오프 구동하는 복수의 엑츄에이팅 셀로 구성되고, 상기 엑츄에이팅 셀 상호간의 온/오프 구동에 의한 반사 및 회절 현상에 의하여 상기 단일빔으로부터 복수의 회절빔을 생성하는 압전/전왜 회절형 광변조기; 상기 압전/전왜 회절형 광변조기로부터 입사되는 복수의 회절빔 중에서 소정의 회절계수를 갖는 회절빔에 대한 필터링을 수행하는 슬릿; 및 상기 슬릿에 의하여 선택적으로 필터링 된 소정의 회절계수를 갖는 회절빔을 감광부재의 감광면에 조사하는 제 2 렌즈수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기와 같은 종래 개선된 기술에 따른 압전/전왜 회절형 광변조기를 이용한 스캐닝 장치를 칼라 디스플레이나 프린팅에 이용하고자 할 경우에 λ1, λ2 , λ3. … 각각의 색의 파장에 대하여 서로 다른 슬릿 간격을 가지므로 그에 따른 칼라 디스플레이 장치의 개발이 요청되었다.
도 3은 종래 기술에 따른 색선별 슬릿을 이용한 디스플레이 장치의 구성도이다.
도면을 참조하면, 종래 기술에 따른 색선별 슬릿을 이용한 디스플레이 장치는, 다수 광원(300), 조명 렌즈(310), 합성 시스템(320), 푸리에(fourier) 필터(330), 프로젝션 시스템(340), 스크린(350)으로 이루어져 있다.
여기에서, 조명 렌즈(310)는 상기 다수 광원(300)에서 출력된 다수 빔의 각각의 빔을 광로 방향에 대하여 수평 방향의 선형광으로 변환시켜 후술하는 회절형 광변조기(321a~321c)에 집속시키는 것으로서, 다수의 실린더 렌즈(311a~311c)와 콜리메이션 렌즈(312a~312c)로 구성된다.
여기서, 다수의 콜리메이션 렌즈(311a~311c)는 각각 상기 다수 광원(300)으 로부터 실린더 렌즈(311a~311c)를 통하여 입사되는 구면광을 평행광으로 변환한 후, 이를 해당하는 회절형 광변조기(321a~321c)로 입사시킨다.
그리고, 실린더 렌즈(311a~311c)는, 상기 다수의 광원(310a~310c)로부터 입사되는 각각의 평행광을 광로 방향에 수평으로 위치하는 대응하는 회절형 광변조기(321a~321c)에 수평으로 입사시키기 위하여, 평형광을 수평방향의 선형광으로 변환시켜 해당하는 콜리메이션 렌즈(312a~312c)를 통하여 해당 회절형 광변조기(321a~321c)로 입사시킨다.
합성 시스템(320)은 다수의 회절형 광변조기(321a~321c), 빔스플릿터(322)를 구비하고 있으며, 회절형 광변조기(321a~321c)는 입사광을 회절시켜 회절광을 출사하며, 빔스플릿터(322)는 다수의 회절광을 합성하여 출사한다.
푸리에 필터(330)은 투사 렌즈(331)과 색선별 슬릿(332)으로 이루어져 있으며, 입사되는 회절광중 원하는 차수의 회절광만을 투과시킨다. 즉, 투사 렌즈(331)은 입사되는 광중 차수를 분리하여 출사하며 색선별 슬릿(333)은 입사되는 회절광중 원하는 차수의 회절광만을 투과시킨다.
프로젝션 시스템(340)은 입사된 회절광을 스크린(350)에 투사한다. 즉, 프로젝션 시스템(340)은 상기 색선별 슬릿(332)을 통하여 입사되는 소정의 회절계수를 갖는 회절빔을 스크린(350)에 집속시켜 스팟을 형성시키는 역할을 수행하는 것으로서, 보다 구체적으로는 프로젝션 렌즈이다.
한편, 종래 기술과 같이 편광되지 않은 광을 이용하는 경우 빔 스플릿터에서 많은 광량 손실이 발생하며, 빔스플릿터에서 투과 반사 특성이 좋지 않아 서로 다 른색에게 영향을 미쳐 색순도가 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 요청에 부응하기 위하여, 편광빔을 이용하고 분리된 P편광과 S편광에 대하여 광을 변조하여 회절광을 생성하고 생성된 회절광을 합성한 후에 원하는 차수의 회절광만을 필터링하여 스크린에 투사할 수 있도록 하는 편광빔을 이용한 디스플레이 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 복수 광원으로부터 출사된 복수광의 각각을 제1 편광과 제2 편광으로 분리하여 출사하는 편광 분리부; 제1 편광의 광경로와 제2 편광의 광경로상에 위치하여 상기 편광 분리부에서 분리된 복수의 제1 편광과 복수의 제2 편광을 각각 선형의 평행광으로 변환하는 조명렌즈계; 제2 편광의 광경로상에 위치하여 제2 편광을 제1 편광으로 변환하는 편광변환부; 해당 파장의 입사광을 변조하여 복수의 회절차수를 갖는 회절광을 생성하여 출사하는 복수의 회절형 광변조기; 상기 조명렌즈계에 의해 선형의 평행광으로 변환된 제1 편광을 상기 회절형 광변조기로 입사하고 상기 조명렌즈에 의해 선형의 평행광으로 변환되고 편광변환부에 의해 제1 편광으로 변화된 제2 편광을 상기 회절형 광변조기에 제1 편광에 대칭되도록 입사시키는 입사계; 상기 복수의 회절형 광변조기로부터 출사된 각각의 회절광에 대하여 원하는 차수의 회절광을 통과시키는 필터계; 및 상기 필터계에 의해 필터링된 복수의 회절광을 대상 물체에 집광하여 스캐닝하는 프로젝션 시스템을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 편광빔을 이용한 디스플레이 장치의 구성을 상세하게 설명한다.
도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 편광빔을 이용한 디스플레이 장치의 구성도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 편광빔을 이용한 디스플레이 장치는, 복수 광원(401a~401c)으로 이루어진 광원계(400), 다수의 편광빔 스플릿터(PBS; polarizing beam-splitter)(411a~411c)와 반파장판(412a~412c)으로 이루어진 편광분리부(410), 하나의 미러(421ac, 421bc)와 다수의 색선별 미러(421aa, 421ab, 421ba, 421bb)로 이루어진 집광부(420a, 420b), 실린더 렌즈(431a, 431b)와 콜리메이터 렌즈(432a, 432b)로 이루어진 조명렌즈계(430a, 430b), 제1 반사미러(433), 편광빔 스플릿터(440), 다수의 회절형 광변조기(451a~451c)로 이루어진 광변조계(450), 제2 반사미러(460), 투사 렌즈(471)와 색선별 필터(472)로 이루어진 필터계(470), 한 쌍의 프로젝션 렌즈(481, 482)와 스펙클 제거기(481) 및 갈바노 미러(484)로 이루어진 프로젝션 시스템(480), 스크린(490)을 포함하고 있다.
복수 광원(400)은 일예로 적색 광원(401a), 녹색 광원(401b), 청색 광원(401c)으로 이루어져 있다. 여기에 사용되는 복수의 광원(400)은 발광 다이오드(Light emitting diode, LED)와 레이저 다이오드(Laser diode, LD) 같은 반도체를 사용하여 제작한 광원이 사용가능하다. 이러한 반도체 광원은 다른 광원에 비해 칼라 디스플레이 장치에 사용하기에 적합한 많은 특성들을 가진다.
각 광원(401a~401c)의 앞단에 위치한 편광빔 스플릿터(411a~411c)는 입사광중 서로 수직인 편광 성분을 모두 통과시키는 것으로 대각면에서 입사광의 두 성분은 서로 갈라진다. 본 발명에서 적색 광원(401a)의 앞단에 위치한 편광빔 스플릿터(411a)는 S 편광은 통과시키고(여기에서는 통과 편광 적색 S빔이라고 부른다) P편광은 반사하고(분리 편광 적색 P빔이라고 부른다), 녹색 광원(401b)의 앞단에 위치한 편광빔 스플릿터(411b)는 P 편광은 통과시키고 S편광은 반사하며, 청색 광원(401c)의 앞단에 위치한 편광빔 스플릿터(411c)는 S편광은 통과시키고 P편광은 반사한다.
도면부호 412a의 반파장판은 도면부호 411a의 편광빔 스플릿터로부터 반사된 P 편광을 S 편광으로 변화시켜 출사하며, 도면부호 412b의 반파장판은 도면부호 411b의 편광빔 스플릿터로부터 반사된 S 편광을 P 편광으로 변화시켜 출사하고, 도면부호 412c의 반파장판은 도면부호 411c의 편광빔 스플릿터로부터 반사된 P 편광을 S 편광으로 변화시켜 출사한다.
그리고, 도면부호 420a의 집광부의 반사미러(421ac)는 청색 광원(401c)로부터 출사하여 편광빔 스플릿터(411c)를 통과한 청색의 S 편광을 조명렌즈계(430a)측으로 반사하고, 도면부호 421ab의 색선별 미러는 반사미러(421ac)에서 입사되는 청색의 S 편광은 투과시키고 녹색 광원(401b)에서 출사하여 편광빔 스플릿터(411b)를 통과한 녹색의 P 편광은 조명렌즈계(430a)로 반사한다.
또한, 도면부호 421aa의 색선별 미러는 전단의 색선별 미러(421ab)로부터 입사되는 청색의 S편광과 녹색의 P 편광을 투과시키고 적색 광원(401a)로부터 편광빔 스플릿터(411a)를 통과하여 입사되는 S편광을 조명렌즈계(430a)측으로 반사한다.
이처럼 하나의 반사미러(421ac)와 다수의 색선별 미러(421aa, 421ab)에 의해 청색의 S 편광, 녹색의 P 편광 그리고 적색의 S 편광이 집광되어 다중빔이 형성되면 조명렌즈계(430a)는 집광된 다중빔을 선형의 평행광으로 변화시켜 빔스플릿터(440)에 입사한다.
여기에 사용되는 광원(400)의 단면도의 일예가 도 5의 (A)에 도시되어 있는데 도 5의 (A)를 참조하면 광원(400)의 단면은 원형이고, 그 광의 세기 프로파일은 도 5의 (B)에 도시된 바와 같이 가우시안(Gausian) 분포를 하고 있다.
조명 렌즈계(430a)는 입사광을 타원형 단면을 갖는 선형의 평행광으로 변화시키게 되는데, 실린더 렌즈(431a), 콜리메이터 렌즈(432a)로 이루어져 있다.
즉, 조명 렌즈계(430a)는 집광부(420a)에 의해 집광된 다중빔을 광로 방향에 대하여 수평 방향의 선형광으로 변환시켜 빔스플릿터(440)을 통해 회절형 광변조기(451a~451c)에 입사시킨다.
여기에서, 실린더 렌즈(431a)는 집광부(420a)로부터 입사되는 광을 광로 방향에 수평으로 위치하는 대응하는 회절형 광변조기(451a~451c)에 수평으로 입사시키기 위하여, 도 4의 (C)에 도시된 바와 같이 평형광을 수평방향의 선형광으로 변환시켜 해당하는 콜리메이터 렌즈(452a)를 통하여 해당 회절형 광변조기(451a~451c)로 입사시킨다.
여기서, 콜리메이터 렌즈(451a)는 집광부(420a)로부터 실린더 렌즈(451a)를 통하여 입사되는 구면광을 평행광으로 변환한 후, 이를 해당하는 회절형 광변조기(451a~451c)로 입사시킨다.
콜리메이터 렌즈(432a)는 도 5에 도시된 바와 같이 일예로 오목렌즈(432aa)와 볼록 렌즈(432ab)를 구비하고 있다.
오목 렌즈(432aa)는 실린더 렌즈(431a)로부터 입사되는 선형광을 도 5의 (D)에 도시된 바와 같이 위 아래로 확장하여 볼록 렌즈(432ab)로 입사시킨다. 볼록렌즈(432ab)는 오목렌즈(432aa)로부터 입사되는 입사광을 도 5의 (E)에 도시된 바와 같이 평행광을 변화시켜 출사한다. 도 5에서 (가)는 광원과 실린더 렌즈, 콜리메이터 렌즈로 이루어진 광학계의 사시도이고, 도 5에서 (나)는 평면도이며, 도 5의 (다)는 측단면도이고, 도 5의 (라)는 절단면도이다.
한편, 빔스플릿터(440)의 제1 대각면(441)은 청색의 S 편광을 반사하여 청색용 회절형 광변조기(451c)로 입사시키고, 녹색 P 편광과 적색의 S 편광을 투과시킨다.
다음으로, 빔스플릿터(440)의 제2 대각면(442)는 녹색 P 편광이 입사되면 투과시켜 녹색용 회절형 광변조기(451b)에 입사시키며, 적색 S 편광이 입사되면 반사시켜 적색용 회절형 광변조기(451a)에 입사시킨다.
각각의 회절형 광변조기(451a~451c)는 빔스플릿터(440)로부터 입사된 각각의 선형광을 회절시켜 회절광을 형성한 후, 형성된 회절광을 빔스플릿터(440)로 재입사시킨다.
이때, 회절형 광변조기(451a~451c)에 의해 형성된 회절광의 회절각은 파장에 비례하며, 사용하기를 원하는 차수의 회절광은 회절형 광변조기(451a~451c)로부터 수직으로 출사되도록 할 필요가 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이 +1차의 회절광을 이용하기를 원하는 경우에는 입사각이 +1차 회절광의 회절각과 같으면 +1차 회절광은 수직으로 출사된다.
여기에서, 회절형 광변조기(451a~451c)는 여러 종류의 회절형 광변조기가 사용가능하며, 그 일예로 도 7에 오픈홀 기반의 회절 광변조기가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 오픈홀 기반의 회절 광변조기는 실리콘 기판(701)과, 절연층(702), 하부 마이크로 미러(703)와, 복수의 엘리멘트(710a~710n))로 구성되어 있다. 여기에서, 절연층과 하부 마이크로 미러를 별개의 층으로 구성하였지만 절연층에 광을 반사하는 성질이 있다면 절연층 자체가 하부 마이크로 미러로서 기능하도록 할 수 있다.
실리콘 기판(701)은 엘리멘트(710a~710n)에 에어 스페이스를 제공하기 위하여 함몰부를 구비하고 있으며, 절연층(702)가 적층되어 있으며, 하부 마이크로 미러(703)가 상부에 증착되어 있고, 함몰부를 벗어난 양측에 엘리멘트(710a~710n)의 하면이 부착되어 있다. 실리콘 기판(701a)을 구성하는 물질로는 Si, Al2O3, ZrO2 , Quartz, SiO2 등의 단일물질이 사용되며, 바닥면과 위층(도면에서 점선으로 표시됨)을 다른 이종의 물질을 사용하여 형성할 수도 있다.
하부 마이크로 미러(703)는 실리콘 기판(701)의 상부에 증착되어 있으며, 입 사하는 빛을 반사하여 회절시킨다. 하부 마이크로 미러(703)에 사용되는 물질로는 메탈(Al, Pt, Cr, Ag 등)이 사용될 수 있다.
엘리멘트(대표적으로 도면부호 710a에 대해서만 설명하지만 나머지도 같다)는 리본 형상을 하고 있으며 중앙부분이 실리콘 기판(701)의 함몰부에 이격되어 위치하도록 양끝단의 하면이 각각 실리콘 기판(701)의 함몰부를 벗어난 양측지역에 부착되어 있는 하부 지지대(711a)를 구비하고 있다.
하부 지지대(711a)의 양측면에는 압전층(720a, 720a')이 구비되어 있으며, 구비된 압전층(720a, 720a')의 수축 팽창에 의해 엘리멘트(710a)의 구동력이 제공된다.
하부 지지대(711a)를 구성하는 물질로는 Si 산화물(일예로 SiO2 등), Si 질화물 계열(일예로 Si3N4 등), 세라믹 기판(Si, ZrO2, Al2O3 등), Si 카바이드 등이 될 수 있다. 이러한 하부 지지대(711a)는 필요에 따라 생략할 수 있다.
그리고, 좌우측의 압전층(720a, 720a')은 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(721a, 721a')과, 하부전극층(721a, 721a')에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(722a, 722a')과, 압전 재료층(722a, 722a')에 적층되어 있으며 압전재료층(722a, 722a')에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(723a, 723a')을 구비하고 있다. 상부 전극층(723a, 723a')과 하부 전극층(721a, 721a')에 전압이 인가되면 압전재료층(722a, 722a')은 수축 팽창을 하여 하부 지지대(711a)의 상하 운동을 발생시킨다.
전극(721a, 721a', 723a, 723a')의 전극재료로는 Pt, Ta/Pt, Ni, Au, Al, RuO2 등이 사용될 수 있으며, 0.01~3㎛ 범위에서 sputter 또는 evaporation 등의 방법으로 증착한다.
한편, 하부 지지대(711a)의 중앙 부분에는 상부 마이크로 미러(730a)가 증착되어 있으며 복수의 오픈홀(731a1~731a3)을 구비하고 있다. 여기에서 오픈홀(731a1~731a3)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 지지개가 상부 마이크로 미러로 기능하도록 할 수 있다.
이러한 오픈홀(731a1~731a3)은 엘리멘트(710a)에 입사되는 입사광이 관통하여 오픈홀(731a1~731a3)이 형성된 부분에 대응하는 하부 마이크로 미러(703)에 입사광이 입사되도록 하며, 이렇게 하여 하부 마이크로 미러(703)와 상부 마이크로 미러(730a)가 화소를 형성할 수 있도록 한다.
즉, 일예로 오픈홀(731a1~731a3)이 형성된 상부 마이크로 미러(730a)의 (가) 부분과 하부 마이크로 미러(703)의 (나) 부분이 하나의 화소를 형성할 수 있다.
이때, 상부 마이크로 미러(730a)의 오픈홀(731a1~731a3)이 형성된 부분을 관통하여 입사되는 입사광은 하부 마이크로 미러(703)의 해당 부분에 입사할 수 있으며 상부 마이크로 미러(730a)와 하부 마이크로 미러(703)의 간격이 λ/4의 홀수배가 될 때 최대의 회절광을 발생시킨다. 이외에도 본 발명에 이용가능한 오픈홀 회 절 광변조기는 국내출원번호 제P2004-030159호에 개시되어 있다.
한편, 도면부호 420b의 집광부의 반사미러(421bc)는 청색 광원(401c)로부터 출사하여 편광빔 스플릿터(411c)에서 반사되 반파장판(412c)로부터 편광이 변환된 청색의 S 편광을 조명렌즈계(430b)측으로 반사하고, 도면부호 421bb의 색선별 미러는 반사미러(421bc)에서 입사되는 청색의 S 편광은 통과시키고 녹색 광원(401b)에서 출사하여 편광빔 스플릿터(411b)에서 반사되고 반파장판(412b)에서 편광이 변환된 녹색의 P 편광을 조명렌즈계(430b)로 반사한다.
또한, 도면부호 421ba의 색선별 미러는 전단의 색선별 미러(421bb)로부터 입사되는 청색의 S편광과 녹색의 P 편광을 투과시키고 적색 광원(401a)로부터 편광빔 스플릿터(411a)를 통과하고 반파장판(412a)에서 편광 변환된 적색의 S편광을 조명렌즈계(430b)측으로 반사한다.
이처럼 하나의 반사미러(421bc)와 다수의 색선별 미러(421ba, 421bb)에 의해 청색의 S 편광, 녹색의 P 편광 그리고 적색의 S 편광이 집광되어 다중빔이 형성되면 조명렌즈계(430b)는 집광된 다중빔을 선형의 평행광으로 변화시켜 빔스플릿터(440)에 입사한다.
빔스플릿터(440)의 제1 대각면(441)은 청색의 S 편광을 반사하여 청색용 회절형 광변조기(451c)로 입사시키고, 녹색 P 편광과 적색의 S 편광을 투과시킨다.
다음으로, 빔스플릿터(440)의 제2 대각면(442)는 녹색 P 편광이 입사되면 투과시켜 녹색용 회절형 광변조기(451b)에 입사시키며, 적색 S 편광이 입사되면 반사시켜 적색용 회절형 광변조기(451a)에 입사시킨다.
각각의 회절형 광변조기(451a~451c)는 빔스플릿터(440)로부터 입사된 각각의 선형광을 회절시켜 회절광을 형성한 후, 형성된 회절광을 빔스플릿터(440)로 재입사시킨다.
회절형 광변조기(451a~451c)에 의해 형성된 회절광의 회절각은 파장에 비례하며, 사용하기를 원하는 차수의 회절광은 회절형 광변조기(451a~451c)로부터 수직으로 출사되도록 할 필요가 있으며, 도 8에 도시된 바와 같이 -1차의 회절광을 이용하기를 원하는 경우에는 입사각이 -1차 회절광의 회절각과 같으면 -1차 회절광은 수직으로 출사된다.
이때, 본 발명에서는 회절형 광변조기(451a~451c)에 입사되는 통과 편광과 분리 편광의 입사각이 서로 대칭적으로 크기가 같고 그 크기가 회절각과 같다면, 도 6과 도 8을 참조하면 통과 편광에 의해 생성된 -1차의 회절광과 분리 편광에 의해 생성된 -1차 회절광이 서로 합성되어 광효율이 가장 좋은 상태가 된다. 물론 실질적으로 회절광은 이산 분포를 하고 있기 때문에 입사각이 회절각과 반드시 같을 필요는 없다.
한편, 빔스플릿터(440)는 각각의 회절형 광변조기(451a~451c)에 의해 생성된 회절광을 집광하여 반사미러(460)으로 입사시키며, 반사미러(460)은 입사된 회절광을 필터계(470)으로 입사시킨다.
필터계(470)은 투사 렌즈(471)과 필터(472)로 구성되는 것이 바람직하며, 투사 렌즈(471)는 입사되는 회절광을 차수별로 분리하며, 필터(472)은 원하는 차수의 회절광만을 투과시킨다.
프로젝션 시스템(480)은 한 쌍의 프로젝션 렌즈(481, 483)과, 스펙클 제거기(482)를 구비하고 있으며 입사된 회절광을 스크린(490)에 투사한다. 즉, 프로젝션 시스템(480)은 필터계(470)을 통하여 입사되는 소정의 회절계수를 갖는 회절빔을 스크린(490)에 집속시켜 스팟을 형성시키는 역할을 수행한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 편광을 사용하여 광변조를 수행하고 합성함으로 광량 손실을 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 편광을 사용하여 투과 반사 특성을 좋게 하여 다른 색에 영향을 미치지 않아 색순도가 향상되는 효과가 있다.
여기서, 상술한 본 발명에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 복수 광원으로부터 출사된 복수광의 각각을 제1 편광과 제2 편광으로 분리하여 출사하는 편광 분리부;
    제1 편광의 광경로와 제2 편광의 광경로상에 위치하여 상기 편광 분리부에서 분리된 복수의 제1 편광과 복수의 제2 편광을 각각 선형의 평행광으로 변환하는 조명렌즈계;
    제2 편광의 광경로상에 위치하여 제2 편광을 제1 편광으로 변환하는 편광변환부;
    해당 파장의 입사광을 변조하여 복수의 회절차수를 갖는 회절광을 생성하여 출사하는 복수의 회절형 광변조기;
    상기 조명렌즈계에 의해 선형의 평행광으로 변환된 제1 편광을 상기 회절형 광변조기로 입사하고 상기 조명렌즈에 의해 선형의 평행광으로 변환되고 편광변환부에 의해 제1 편광으로 변화된 제2 편광을 상기 회절형 광변조기에 제1 편광에 대칭되도록 입사시키는 입사계;
    상기 복수의 회절형 광변조기로부터 출사된 각각의 회절광에 대하여 원하는 차수의 회절광을 통과시키는 필터계; 및
    상기 필터계에 의해 필터링된 복수의 회절광을 대상 물체에 집광하여 스캐닝하는 프로젝션 시스템을 포함하여 이루어진 편광빔을 이용한 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 분리부는,
    복수의 파장의 광원에 각각 입사되는 입사광을 제1 편광과 제2 평광으로 분리하는 편광분리기; 및
    상기 복수의 파장의 각각의 제1 편광과 제2 편광을 각각 집광하는 집광부를 포함하여 이루어진 편광빔을 이용한 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 입사계는,
    상기 조명렌즈계에 의해 선형의 평행광으로 변환된 제1 편광을 상기 회절형 광변조기로 입사하고 상기 조명렌즈에 의해 선형의 평행광으로 변환되고 편광변환부에 의해 제1 편광으로 변화된 제2 편광을 상기 회절형 광변조기에 제1 편광에 대칭되도록 입사시키는 빔스플릿터인 것을 특징으로 하는 편광빔을 이용한 디스플레이 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터계는,
    상기 복수의 회절형 광변조기에 의해 출사된 복수 회절차수를 갖는 회절광의 각각에 대하여 차수별로 회절광이 구별되도록 분리하는 투사 렌즈; 및
    상기 투사 렌즈에 의해 분리된 복수 회절광의 각각에 대한 차수별 회절광에서 원하는 차수의 회절광을 통과시키는 필터를 포함하여 이루어진 편광빔을 이용한 디스플레이 장치.
KR1020040101900A 2004-12-06 2004-12-06 편광빔을 이용한 칼라 디스플레이 장치 KR100688844B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040101900A KR100688844B1 (ko) 2004-12-06 2004-12-06 편광빔을 이용한 칼라 디스플레이 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040101900A KR100688844B1 (ko) 2004-12-06 2004-12-06 편광빔을 이용한 칼라 디스플레이 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060062900A true KR20060062900A (ko) 2006-06-12
KR100688844B1 KR100688844B1 (ko) 2007-03-02

Family

ID=37158976

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040101900A KR100688844B1 (ko) 2004-12-06 2004-12-06 편광빔을 이용한 칼라 디스플레이 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100688844B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009073042A1 (en) * 2007-12-04 2009-06-11 Shenzhen Tcl New Technology Ltd Modular led illumination system and method
US8403495B2 (en) 2007-12-04 2013-03-26 Shenzhen Tcl New Technology Ltd. Modular LED illumination system and method

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100396373B1 (ko) * 1996-08-22 2003-11-28 주식회사 코오롱 2,6디히드록시벤조산의제조방법
KR20010045373A (ko) * 1999-11-04 2001-06-05 마이클 디. 오브라이언 반도체 패키지

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009073042A1 (en) * 2007-12-04 2009-06-11 Shenzhen Tcl New Technology Ltd Modular led illumination system and method
CN101452192B (zh) * 2007-12-04 2010-09-08 深圳Tcl新技术有限公司 照明***及其在视频显示单元中运行的方法
US8403495B2 (en) 2007-12-04 2013-03-26 Shenzhen Tcl New Technology Ltd. Modular LED illumination system and method
US8469517B2 (en) 2007-12-04 2013-06-25 Shenzhen Tcl New Technology Ltd. Modular multi-color LED illumination system and method for polarizing and directing LED light signals into a coplanar orientation

Also Published As

Publication number Publication date
KR100688844B1 (ko) 2007-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7355797B2 (en) Color display device using separate diffracted light and illumination light
US7369318B2 (en) Color display device having single illuminating system
US7227594B2 (en) Display device using optical modulator equipped with lens system having improved numerical aperture
US7443594B2 (en) Color display device using separate diffracted light and illumination light
US7327508B2 (en) Display device using light modulator and having improved numerical aperture of after-edge lens system
KR100632606B1 (ko) 색선별 슬릿을 이용한 광변조기 다중광 스캐닝 장치
US7213921B2 (en) Color display device using dichroic filter
US7377653B2 (en) Color display apparatus having virtual single light origin
US7869130B2 (en) Line beam illumination optical system
KR100688844B1 (ko) 편광빔을 이용한 칼라 디스플레이 장치
US7474324B2 (en) Printing apparatus using order-separation type optical modulator
US20060119692A1 (en) Order separation and multibeam formation-based printing apparatus using optical modulator
KR100815354B1 (ko) 공간 분리 필터를 이용한 칼라 디스플레이 장치
US6493130B2 (en) Laser imaging device
KR100815353B1 (ko) 복수의 필터를 사용한 칼라 디스플레이 장치
KR100815346B1 (ko) 픽셀 단위 스캐닝 방식의 디스플레이 장치
JPH08297251A (ja) マルチビーム走査光学装置とそのビーム走査方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee