JP4669769B2

JP4669769B2 - 投影ディスプレイシステム

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Publication number: JP4669769B2
Application number: JP2005293338A
Authority: JP
Inventors: 贊永朴
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2004-10-06
Filing date: 2005-10-06
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2025-10-06
Also published as: US7517096B2; KR20060030606A; US20060072079A1; JP2006119638A; KR100640872B1

Description

本発明は、光変調ディスプレイデバイスを含む投影ディスプレイシステム、特に、マイクロミラー光変調装置、及び、それを用いた投影ディスプレイシステムに関する。本発明は、広い範囲の応用に適しているが、特に、マイクロミラーにより各ピクセルの放射強度を調節することによる画像の表示に適している。

一般に、大型スクリーンを実現するディスプレイシステムには、小さな像を拡大して投影することにより大きな像を表示する投影ディスプレイシステムがある。代表的な投影ディスプレイシステムとして、ランプ及びＬＣＤ（液晶ディスプレイ）を採用するＬＣＤ投影システムがある。

図１は、従来技術に係るＬＣＤ投影ディスプレイシステムの概略図である。

図１を参照すると、従来技術に係るＬＣＤ投影ディスプレイシステムの基本的な構成では、ランプ１１から放出された光は、反射器により１方向に集められて進む。赤色の光は、レッドフィルタ１２を通して伝達される一方、緑色及び青色の光はレッドフィルタ１２により反射される。

赤色の光は、レッドミラー１３により反射されてＲ−ＬＣＤ（レッドＬＣＤ）１７上に放射され、緑色の光は、ブルーフィルタ１４により反射されてＧ−ＬＣＤ（グリーンＬＣＤ）１８上に放射され、青色の光は、ブルーフィルタ１４を通過して伝達される。

投影された青色の光は、第１ブルーミラー１５、第２ブルーミラー１６により反射され、Ｂ−ＬＣＤ（ブルーＬＣＤ）１９上に放射される。

各Ｒ−ＬＣＤ１７、Ｇ−ＬＣＤ１８、Ｂ−ＬＣＤ１９は、電気信号により各色に対する画像を表示する。各色の画像は、プリズム２０により合成され進む。また、合成された色の画像は、投影光学システム２１に投影され、投影された画像がスクリーン２２を通じて視認される。

しかし、比較的遅い応答速度を持つＬＣＤディスプレイデバイスは、速い動画を表示する際に付随的な画像を引き起こす問題がある。また、オフ信号に対するＬＣＤを通じた光の伝達では、液晶層が光を完全に遮断することができず、光の漏洩を防止することができない。

さらに、光学システムを構成する際、対応する構成をより複雑に表示し、対応する構成全体のサイズを向上させるために、色分離合成システムが必要である。

図２は、従来技術に係るＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）の斜視図である。

図２を参照すると、ＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）は、ＣＭＯＳＳＲＡＭの各メモリセルをマイクロミラーで覆って組み立てられている。２４は、ＣＭＯＳＳＲＡＭのメモリセルが形成された基板である。

ＤＭＤは、１メモリセルに対して一対のマイクロミラー２３、２３’を持って構成される。マイクロミラー２３は＋１０°回転されており、マイクロミラー２３’は−１０°回転されている。また、‘０’、‘１’の２進数の状態が各基本メモリセルに於いて表現される。図２に於いて、マイクロミラー２３，２３’は、基板２４に対して水平な方向を基準として、対角線方向に回転する。同図に於いて、マイクロミラー２３の回転方向を正、マイクロミラー２３’の回転方向を負とする。

図２では、参照符号２５はヨークランディング端、２６は支持ポスト、２７はテンションヒンジ、２８はヨーク、２９はミラーランディング電極（Bias-Reset Bus）、３０はヨークアドレス電極、３１はミラーアドレス電極である。

上記構成のメモリセルを持つＤＭＤは、半導体プロセスにより１００，０００〜１０，０００，０００個のマイクロミラーを幅方向及び長さ方向で規則的に配列して形成される。各ミラーに印加される電圧に従って各ミラーを±１０°傾ける制御により、対応するミラーによって反射される光の強度は各ピクセルのビデオ情報を実現するように調整される。

即ち、オン状態の光は、対角方向に動くマイクロミラー２３，２３’により、特定の角度で反射されて投影レンズ（図示せず）に進む一方、オフ状態の光は、反対の角度で反射されて投影レンズに進まない。それ故、ＤＭＤは空間光変調装置として使用されることができる。

しかし、図２に於いて分かるように、ＤＭＤの構成は、複雑であり、３次元的である。それ故、ＤＭＤの生産スループットは低く、ＤＭＤのコストを上昇させている。

或いは、投影ディスプレイシステムは、マイクロリボンを採用するディスプレイデバイスであるＧＬＶ（グレーティングライトバルブ）を含んで構成しても良い。

図３Ａは、ＧＬＶの斜視図である。

図３Ａを参照すると、６個のリボン３３，３４が１個のピクセル１００を構成する。リボン３３，３４は交互に配置されている。ここで、動作リボン３３は電極３２により動作され、一方、固定リボン３４は電極３２により動作されない。

上記構成では、１００〜１，０００個のマイクロリボンが半導体プロセスにより１ラインタイプのディスプレイデバイスを構成するように配列され、これにより１画像の１ラインのピクセルが表示される。

図３Ｂは、上記構成のＧＬＶを採用した投影ディスプレイシステムの概略図である。

図３Ｂを参照すると、投影ディスプレイシステムは、Ｒ，Ｇ，Ｂの光を集光する第１集光レンズ３５と、３種類のＧＬＶ３６と、ＧＬＶ３６から来る光を集光する第２集光レンズ３７と、第２集光レンズ３７から来る光をスクリーン３９上にスキャンするスキャナ３８とを備える。

上記構成の投影ディスプレイシステムに電圧が印加されると、電圧が印加される動作リボン３３は下方に曲がるが、一方、固定リボン３４は動かない。それ故、リボンは高さが周期的にステップ状となる。Ｒ，Ｇ，Ｂの光は、第１集光レンズ３５を介してＧＬＶ３６に入射し、周期的な格子により回折が起こる。

１ラインのピクセルを表示するＧＬＶ３６により回折された光は、１画像を表示すべく、スキャナ３８によりスクリーン３９上に投影される。即ち、ＧＬＶ３６によって回折された１ラインのピクセルがスキャナ３８によって順次スクリーン３９上にスキャンされて、１画像が表示される。

ＧＬＶを採用する投影ディスプレイシステムでは、ＧＬＶは窪んだ立体形状を持つ。

しかしながら、リボンと電極との間隔を調節することが困難である。電極に接触したリボンは、電極の広い領域のために電極から離れることができなくなる。言い換えれば、動作リボン３３と電極３４との広い接触面積のために、電極３４に接触した動作リボン３３が接触し、離れにくくなる。また、広い領域のリボンを引き付けるには高い電圧が必要である。

従って、本発明は、従来技術の制限や欠点による１又は複数の問題を実質的に解消する、マイクロミラー光変調装置、及び、それを用いた投影ディスプレイシステムに関する。

本発明の目的は、マイクロミラーで各ピクセルの放射強度を調節することにより、マイクロミラー光変調装置、及び、それを用いた投影ディスプレイシステムを提供することである。

本発明のさらなる利点、目的、特徴は、以下の記載で説明されると共に、以下の記載の検証によって当業者に明らかになると共に、本発明の実施からも知ることができる。本発明の目的、他の利点は、添付の図面と共に詳細な説明及び請求項に於いて具体的に指摘された構成によって、認識、理解することができる。

これらの目的、他の利点に到達するために、また、ここで具体化され広く記述された本発明の目的に従って、本発明の投影ディスプレイシステムは、反射電極基板と、前記反射電極基板の上に形成され、入射光を反射する反射電極と、前記反射電極基板と対向して配置され、前記反射電極よりも小さな幅を有し、電気信号が印加される電極配線層と、前記電極配線層の上に形成される電極と、前記反射電極を支持する支持部材と、を備え、前記電極配線層の一端は前記支持部材に結合され、前記反射電極及び前記反射電極基板に沿って延びる前記電極配線層の他端は前記電極に結合され、前記電極は前記電極配線層の他端の上面に形成され、前記反射電極基板と対向していることを特徴とする。

好ましくは、前記支持部材は、前記反射電極の固定シャフトとして機能する。

好ましくは、前記反射電極は、マイクロミラーを構成する。

好ましくは、前記電極配線層に電気信号が印加された場合に、前記反射電極は、前記反射電極と前記電極との間に生成された静電気力により水平方向に対して所定の角度傾けられて、前記電極に接触する。

好ましくは、前記反射電極は、前記電極配線層に電気信号が印加されない場合に、水平方向を維持する。

本発明の前述した記述及び以下の詳細な記述は、典型的且つ説明のためのものであり、請求項に記載された本発明のさらなる説明を提供することを意図している、ということを理解されるべきである。

本発明の好ましい実施形態、その実施形態の例が添付の図面で説明される実施形態を詳細に参照する。

可能な場合には、同一の符号は、図面を通じて同一又は同様の部分に言及するために用いられる。

図４は、本発明に係る投影ディスプレイシステムの概略図である。

図４を参照すると、本発明に係る投影ディスプレイシステムは、光源４０と、光源４０から放出される光を細線状の光に変換する線形光源照射システム４１と、入射光の方向を転換するマイクロミラー光変調装置４２と、光変調装置４２により反射された光を伝達する光伝達層４３と、光伝達層４３を通過して伝達された光を拡大して投影する投影レンズ４４と、ラインタイプのビデオ信号をスクリーン４６にスキャンするスキャナ４５と、を備えている。

マイクロミラー光変調装置４２の詳細な構成は、図５Ａ及び図５Ｂを参照して以下に説明する。

図５Ａは、図４のマイクロミラー光変調装置４２の斜視図であり、図５Ｂは、図４のマイクロミラー光変調装置４２の断面図である。

図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、本発明に係るマイクロミラー光変調装置４２は、反射電極４２１と、反射電極４２１と対向して配置された電極４２２と、反射電極４２１を支持して動作可能な反射電極４２１の固定シャフトとして機能する支持部材４２３と、反射電極４２１が形成される反射電極基板４２４と、外部電気信号が電極４２２に印加可能とする電極配線層４２５と、基板４２６と、を備えている。

支持部材４２３は、基板４２６の一辺に沿って形成されており、基板４２６に対して略垂直な壁状に形成されている。支持部材４２３は、一端に於いて基板４２６に結合されており、基板４２６に結合された一端と対向する他端に於いて反射電極４２１及び反射電極基板４２４の一端と結合されている。

電極配線層４２５は、基板４２６上に複数が形成されている。電極配線層４２５は、基板４２６上において支持基板４２３の側面から側面に対して略垂直に延在している。電極配線層４２５には、外部から電気信号が印加される。

各電極配線層４２５上の先端部には、電極４２２が形成されている。各電極４２２は、電極配線層４２５を介して外部からの電気信号を印加される。

反射電極４２１の一端と、反射電極基板４２４の一端は、支持部材４２３に結合されている。反射電極４２１及び反射電極基板４２４の一端は、支持部材４２３の基板４２６に結合された一端と対向する他端側に結合されている。反射電極４２１及び反射電極基板４２４は、支持部材４２３から支持部材４２３に対して略垂直な方向に延在する板状部材で形成されている。反射電極４２１及び反射電極基板４２４の支持部材４２３に結合されていない他端は、自由に傾くことができるように開放されている。各反射電極４２１及び反射電極基板４２４は、電極配線層４２５ごとに電極配線層４２５が延在する方向に沿って形成されている。

反射電極４２１及び反射電極基板４２４は、電極４２２に電圧が印加されていないとき、基板４２６に対して略平行を保つように、電極４２２との間に所定の間隔を持って、電極４２２から離間している必要がある。

電極４２２は、反射電極４２１及び反射電極基板４２４よりも狭い幅で形成されている。また、電極４２２は、電極配線層４２５上の一部に形成されており、反射電極４２１及び反射電極基板４２４よりも狭い幅で形成されている。即ち、電極４２２の面積は、反射電極４２１及び反射電極基板４２４の面積よりも小さい。

後述するが、電極４２２に電気信号が印加された場合には、電極４２２によって発生する静電気力により、図５Ｄに示すように、反射電極４２１及び反射電極基板４２４の先端側が下方に傾いて、電極４２２と接触する。このとき、電極４２２の接触する側の面が、反射電極４２１及び反射電極基板４２４の接触する側の面積よりも小さいので、反射電極基板４２４は接触側面の一部でのみ電極４２２と接触する。従って、図３Ａに示す従来のＧＬＶの動作リボン３３と電極３２との接触面積に比較して、反射電極基板４２４と電極４２２との接触面積は小さくなる。

所定の電圧が電極４２２に印加されると、反射電極４２１及び反射電極基板４２４は、電極４２２により生成される静電気力の引力によって傾き、電極４２２と接触するように構成される。より詳細には、図５Ｄに示すように、反射電極４２１及び反射電極基板４２４は、支持部材４２３を支点として先端側が所定の角度で傾いて電極４２２に接触する。

また、光変調装置全体のマイクロミラーのアレイは、１画像上の１ラインの画像に対応するように、１画像の長さ方向に於けるピクセルに対応付けられている。この例では、１ピクセルを４個の反射電極４２１で構成し、４個の反射電極４２１の組が１ラインのピクセルの数だけ長さ方向に配列されている。ここでは、１ピクセルを４個の反射電極４２１で構成したが、４個以外の個数の反射電極４２１で１ピクセルを構成しても良い。

反射電極４２１は、Ａｇ，Ａｌ等のように光反射率が高く、良好な導電性を持つ材料で形成される。また、反射電極基板４２４は、電極４２２から発生する静電気力によって引き付けられる性質を持つ材料で構成することが好ましい。

光伝達層４３は、図４に示すように、光伝達層４３の所定の部分に開口４３１を有し、開口４３１を通じてのみ所定角度の光を伝達し、残りの光を遮断するように構成されている。

パワーが印加されていない投影ディスプレイシステムの動作は、図５Ｃを参照して以下のように説明される。

図５Ｃは、マイクロミラー光変調装置４２にパワーが印加されていない場合に、図４のマイクロミラー光変調装置４２の動作を説明する説明図である。

図５Ｃを参照すると、パワーがターンオフされた場合に、反射電極４２１と電極４２２との間に電圧が印加されていないため、静電気力が存在しない。それ故、反射電極４２１と電極４２２との間に引力が発生しない。

従って、反射電極４２１は、基板４２６に対して略水平状態を保持し、電極４２２から所定の間隔を持って離間している。このとき、マイクロミラー光変調装置４２に特定の角度で入射した入射光‘ａ’は、略水平状態の反射電極４２１に反射され、反射電極４２１により反射された光‘ｂ’が、光伝達（遮断）層４３の開口４３１以外の残りの部分に進むように構成されている。それ故、反射光‘ｂ’は、光伝達層４３によって遮断される。

パワーが印加された投影ディスプレイシステムの動作は、図５Ｄを参照して以下に説明される。

図５Ｄは、図４に於いてパワーが印加されたマイクロミラー光変調装置４２の動作を説明する説明図である。

図５Ｄを参照すると、パワーがターンオンされたとき、反射電極４２１と電極４２２との間に電圧が印加され、静電気力を生成する。それ故、引力が反射電極４２１と電極４２２との間に発生し、反射電極４２１が電極４２２と接触するように下方に傾く。

そのとき、特定の角度で入射した入射光‘ａ’は、傾いた反射電極４２１により反射され、反射電極４２１から反射された反射光‘ｂ’が、光伝達層４３の開口４３１に向かって進み、開口４３１を通過する。

前述の記載で述べたように、光変調装置４２は、入力ビデオ信号から１画像の特定の長さ方向に於いて、１ライン画像を実現する。即ち、光変調装置４２の長さ方向ピクセルは、対応するライン画像の各ピクセルの画像情報を実現する。

引き続き、マイクロミラー光変調装置４２で反射されたライン画像は、開口４３１を介して、投影レンズ４４上への入力となる。投影レンズ４４は、その後、入射光を拡大して投影する。

また、ライン画像が、スキャナ４５で順次スキャンされ、スクリーン４６上に１画像が実現される。

光変調装置４２を用いて画像を実現するために、各ピクセルの輝度は調整される必要がある。

本発明に係るグレースケール実現方法は、図６を参照して以下に説明される。

図６は、本発明に於ける１ピクセルのグレースケール実現に対するタイムチャートである。

図６を参照すると、ＸＧＡ解像度（１０２４×７６８）、６０Ｈｚで１画像が実現される場合、光変調装置４２は、垂直解像度７６８ピクセルを実現することにより１ライン画像を実現する。

そのとき、スキャナ４５は、６０Ｈｚで駆動されて１／６０秒で１画像を実現する。スキャナ４５は、水平方向の解像度で画像をスキャンして１画像を実現する。

また、光変調装置４２の１つのマイクロミラーは１ピクセルに対応し、１／６０秒を水平解像度で分割した１／（６０×１０２４）秒間で、１ライン画像の１ピクセルを実現する。

１ピクセルの輝度を調節するための２５６グレースケールの場合、マイクロミラーにより実現される１つのグレースケールレベルが１／（６０×１０２４×２５６）秒に対応し、１グレースケールユニットを６３ｎｓで実現する。

１グレースケールユニットは、開口４３１を通過した光の数に対応している。

従って、本発明の投影ディスプレイシステムは、以下の効果又は利点を有している。

第１に、本発明は、光変調装置４２の簡易な層構造により、組み立てを促進することができる。また、反射電極４２１と電極４２２との間の空間は横方向に開口されるので、反射電極４２１と電極４２２との間隔を構成する空間の形状は容易に提供される。

第２に、反射電極４２１及び反射電極基板４２４の幅よりも電極４２２の幅が狭く形成されているため、反射電極４２１及び反射電極基板４２４は全幅に於いて電極４２２に接触せずに、一部の幅に於いてのみ電極４２２と接触する。従って、反射電極４２１及び反射電極基板４２４と電極４２２との接触面積が従来に比較して低減され、その結果、接触面積が大きいことに起因してマイクロミラーが電極から離れないという問題が解決される。

また、マイクロミラー（反射電極４２１）は、低い電圧で高速で駆動される。なぜならば、反射電極４２１及び反射電極基板４２４は、一端でのみ支持部材４２３に固定され他端が開放された構成であり、開放側のみを電極４２２に引き付ければ良いため、反射電極４２１の変位が小さいからである。

本発明の精神、目的を逸脱することなく、本発明に様々な変更、変形を成すことが可能であることは、当業者には明らかである。それ故、本発明に対する変形、変更が添付の請求項及びそれらの均等の範囲内に入る場合には、本発明は、そのような変形、変更を含むことを意図する。

添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、参照されてここに含まれ、本出願の一部を成ものであり、本発明の実施の形態を説明し、詳細な説明と共に本発明の原理の説明を提供する。

従来技術に係るＬＣＤ投影ディスプレイシステムの概略図である。従来技術に係るＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）の斜視図である。ＧＬＶの斜視図である。図３ＡのＧＬＶを採用する投影ディスプレイシステムの概略図である。本発明に係る投影ディスプレイシステムの概略図である。図４のマイクロミラー光変調装置の斜視図である。図４のマイクロミラー光変調装置の断面図である。図４のマイクロミラー光変調装置の動作を説明する概略図である。図４でパワーが印加されたマイクロミラー光変調装置の動作を説明する概略図である。本発明に於いてピクセルのグレースケールの実現に対するタイムチャートである。

４０光源
４１線形光源照射システム
４２マイクロミラー光変調装置
４３光伝達層
４４投影レンズ
４５スキャナ
４６スクリーン

Claims

反射電極基板と、
前記反射電極基板の上に形成され、入射光を反射する反射電極と、
前記反射電極基板と対向して配置され、前記反射電極よりも小さな幅を有し、電気信号が印加される電極配線層と、
前記電極配線層の上に形成される電極と、
前記反射電極を支持する支持部材と、を備え、
前記電極配線層の一端は前記支持部材に結合され、前記反射電極及び前記反射電極基板に沿って延びる前記電極配線層の他端は前記電極に結合され、
前記電極は前記電極配線層の他端の上面に形成され、前記反射電極基板と対向していること
を特徴とするマイクロミラー光変調装置。
前記支持部材は、前記反射電極の固定シャフトとして機能する、請求項１に記載のマイクロミラー光変調装置。
前記反射電極は、マイクロミラーを構成する、請求項１に記載のマイクロミラー光変調装置。
前記電極配線層に電気信号が印加された場合に、前記反射電極は、前記反射電極と前記電極との間に生成された静電気力により水平方向に対して所定の角度傾けられて、前記電極に接触する、請求項１に記載のマイクロミラー光変調装置。
前記反射電極は、前記電極配線層に電気信号が印加されない場合に、水平方向を維持する、請求項１に記載のマイクロミラー光変調装置。