KR0134346B1 - 투사형 화상표시장치의 광로조절수단 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투사형 화상표시장치의 광로조절수단에 관한 것으로, 능동 매트릭스 기판, 도선 패턴, 신호전극, 공통 접지 전극, 제1 및 제2변형부들, 제1 및 제2구동 전달부들 및 반사경을 포함한다.

특히, 본 발명의 바람직한 실시예는 제1변형부와 제2변형부의 사이는 소정의 이격간격(T)을 연질의 에폭시로 이루어지는 제1구동 전달부가 형성되어 반사경을 유지시켜, 신호전극에 응력을 미세하게 미치게하여 액츄에이터의 수명을 연자시켰으며, 또한, 액츄에이터의 휨 변위를 이용하여 반사경을 회전하는 것이 아니라 인가 전압 및 전계 세기에 의해 제1 및 제2변형부들을 수축 및 팽창하여 그 변위를 이용하여 광로를 조절함으로써 생산성을 보다 향상시킨 것이다.

Description

투사형 화상표시장치의 광로조절수단

제1도는 종래의 투사형 화상표시장치의 광로조절수단의 단면도.

제2도는 본 발명의 실시예에 따른 투사형 화상표시장치의 광로조절수단의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 30 : 광로조절장치 11, 31 : 능동 매트릭스 기판

13, 36 : 도선 패턴 14, 37 : 액츄에이터

15, 38 : 제1변형부 17, 39 : 제2변형부

19, 32 : 신호전극 21, 33 : 공통 접지 전극

23, 34 : 반사경 40 : 제1구동 전달부

41 : 제2구동 전달부

본 발명은 액츄에이터를 이용한 광로조절장치에 관한 것으로, 특히 투사형 화상표시장치용 광원으로부터 입사된 빛을 반사경에 부착된 압전 세라믹 액츄에이터의 변형에 의한 높이차에 따르는 반사경의 기울어짐을 이용하여 광로를 조절하는 투사형 화상표시장치의 광로조절수단에 관한 것이다.

화상표시장치는 표시방식에 따라 직시형 화상표시장치와 투사형 화상표시장치로 구분된다. 적시형 화상표시장치는 CRT(Cathod Ray Tube : 이하 'CRT'라 칭함)등이 있는데, 이러한 CRT 화상표시장치는 화질이 좋으나, 화면이 커짐에 따라 중량 및 두께의 증가와, 가격이 비싸지는 문제점이 있어 대화면을 구현하는데 한계가 있다. 투사형 화상표시장치는 대화면 액정표시장치(Liquid Crystal Display ; 이하 'LCD'라 칭함)등이 있는데, 이러한 대화면 LCD는 박형화가 가능하여 중량을 작게할 수 있다. 그러나, 이러한 LCD는 편광판에 의한 광의 손실이 크고, LCD를 구동하기 위한 박막 트랜지스터가 화소(pixel)마다 형성되어 있어 개구율(광의 투과면적)을 높이는데 한계가 있으므로 광의 효율이 매우 낮다.

이러한 LCD의 단점을 보완하고자 미합중국 Aura사이서 광량조절소자로서 액츄에이터 미러 어레이(Actuated Mirror Arrays ; 이하 'AMA'라 칭함)을 이용한 투사형 화상표시장치가 개발되었다. AMA를 이용한 투사형 화상표시장치는 광원에서 발광된 백색광을 적색, 녹색 및 청색의 광속(light beam)등으로 분리한 후, 이 색광들을 액츄에이터들의 변형에 의해 기울어지는 반사경들에 각각 반사시켜 광로(light path)들을 조절하고, 이 광속들의 광량을 조절하여 화면으로 투사시킴으로써 화상을 구현한다. AMA는 구동방식에 따라 액츄에이터가 M×1개인 1차원 AMA와 M×N개인 2차원 AMA로 구분된다. 이와 같은 액츄에이터는 압전 물질로 이루어지는 변형부와 전극들을 포함하며, 전계발생시 변형되어 상부에 부착된 거울을 기울어지게 한다.

제1도는 종래의 투사형 화상표시장치의 광로조절수단의 단면도로서, 전계 AMA중 한개의 액츄에이터만을 도시한 것이다.

상기 광로조절장치(10)는 능동 매트릭스 기판(11), 액츄에이터(14) 및 반사경(23)을 포함한다.

상기 능동 매트릭스 기판(11)은 상부에 박막 트랜지스터(도시되지 않음)와 매트릭스 형태의 도선 패턴(13)이 형성된 유리 또는 알루미나(Al₂O₃)등의 절연 물질로 이루어진다. 또한, 상기 능동 매트릭스 기판(11)은 각 화소마다 트랜지스터가 내장되고 표면에 매트릭스 형태의 도선 패턴(13)이 형성된 단결정 실리콘 웨이퍼로도 이루어질 수 있다.

액츄에이터(14)는 제1 및 제2변형부들(15)(17)과 신호전극(19) 및 공통 접지 전극(21)으로 이루어진다.

상기에서 제1 및 제2변형부들(15)(17)은 L자 형태를 가지도록 단차를 가지며, L자 형태에서 상부는 세로면사이에 신호전극(19)을 개재하여 서로 선대칭형태로 형성되어 있으며, 하부는 이웃하는 액츄에이터의 제1 및 제2변형부들(15)(17)과 연결되어 능동 매트릭스 기판(11)상에 실장되어 있다. 상기 제1 및 제2변형부들(15)(17)은 압전 세라믹으로 이루어져 있으며, 상부의 반사경(23)이 위치되어 있다. 상기 제1 및 제2변형부들(15)(17)사이에 형성된 신호전극(19)에 대응되게 단차부를 따라 단차부의 측면과 저면에 공통 접지 전극(21)들이 형성되어 있다. 제1 및 제2변형부들(15)(17)은 신호전극(19)과 수직을 이루는 한 방향으로 분극(polarization)되어 있다.

신호전극(19)은 도선 패턴(13)과 접속되어 있으며, 공통 접지 전극(21)은 외부 도선 패턴(도시되지 않음)에 의하여 공통전압이 공급되도록 접속되어 있다.

또한, 신호전극(19) 및 공통 접지 전극(21)은 금속 등의 도전성 물질로 형성되며 소정의 전압이 인가되어 제1 및 제2변형부들(15)(17)을 변형시킨다. 예를들면, 제1변형부(15)에서 제2변형부(17)방향(→)으로 분극된 상태에서 신호전극(19)에 신호전압을 인가하면 분극방향과 전계방향은 제1변형부(15)에서 일치하지 않고 제2변형부 (17)에서 일치한다. 따라서, 제1변형부(15)는 수평방향으로 수축하고 수직방향으로 팽창하며, 또한, 제2변형부(17)는 수평방향으로 팽창하고 수직방향으로 수축한다. 따라서, 반사경(23)은 제1변형부(15)에서 제2변형부(17) 방향으로 기울어져 소정의 경사각을 이룬다. 상기의 경사각은 제1 및 제2변형부들(15)(17)의 높이, 즉, 능동 매트릭스 기판(11) 상부에서 반사경(23)의 하부간 거리에 비례하고, 이들의 두께의 제곱에 반비례한다. 그러므로, 반사경의 경사각을 크게하여 광로조절범위를 넓게하기 위해서는 제1 및 제2변형부들(15)(17) 상부의 두께를 작게 하거나 높이를 크게해야 한다.

상술한 광로조절장치는 신호전극을 형성하기 위한 금속 도전막과 압전세라믹 등의 교호하는 다수의 층을 적층하며, 한쪽 방향으로 분극하고, 적층 방향에 대해 수직으로 절단하여 능동 매트릭스 기판(11)에 실장한 후 금속 도전막 사이의 압전세라믹 등을 쏘잉(sawing)등의 기계적 절삭 가공에 의해 제1 및 제2변형부들(15)(17) 상부의 두께 및 길이를 한정하고, 스퍼터링 등에 의해 제1 및 제2변형부들(15)(17)의 외부 표면에 공통 접지 전극(21)을 형성하여 M×N개의 액츄에이터들을 만들고, 이 액츄에이터들의 상부 표면에 반사경들을 부착시킨다.

그러나, 상술한 종래의 광로조절장치는 액츄에이터가 휘는(bending) 변위에 의해 반사경이 위치한 액츄에이터 상부면이 경사지게 되므로 신호전극층에 큰 응력(stress)이 집중되므로 긴 수명을 기대하기가 어렵고, 또한 M×N개의 액츄에이터 어레이를 균일하게 제고하기 위해서 적층형 세라믹의 소결시 신호전극층의 휨 발생으로 인한 미세 가공(void)으로 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 액츄에이터의 휘는 변위를 이용하지 않고 수축·팽창의 변위만을 이용하므로서 내부전극층에 큰 응력을 받지 않으므로 수명을 연장할 수 있고, 내부전극과 외부전극간에 소정의 빈 공간을 형성하고 그 공간에 구동전달부를 형성하며 생산성을 향상시킨 압전 세라믹 액츄에이터를 이용한 광로조절 장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따르면, 광로조절장치는 전압의 세기에 의해 광로를 조절하는 장치에 있어서, 매트릭스로 형성된 능동 매트릭스 기판과 ; 능동 매트릭스 기판의 상부에 전압을 인가하는 도선 패턴과 ; 능동 매트릭스 기판 상부에 능동 매트릭스 기판과 수평으로 부착되며 도선 패턴에 인가되는 전압에 의해 팽창 및 수축하는 액츄에이터와 ; 액츄에이터의 상부에 부착되며 연질 및 경질로 형성되어 액츄에이터의 휨을 방지하는 제1 및 제2구동 전달부들과 ; 제1 및 제2구동 전달부들의 상부에 부착되어 액츄에이터의 팽창 및 수축에 의해 소정의 경사각을 가지는 반사경을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명의 실시예에 따른 투사형 화상표시장치의 광로조절수단의 단면도로서 전체 AMA중 한 개의 액츄에이터만을 도시한 것이다.

광로조절장치(3)는 능동 매트릭스 기판(31), 액츄에이터(37), 제1 및 제2구동 전달부(40)(41) 및 반사경(34)을 포함한다.

능동 매트릭스 기판(31)은 상부 표면에 박막 트랜지스터(도시되지 않음)와 매트릭스 형태의 도선 패턴(36)이 형성된다. 능동 매트릭스 기판(31)은 유리 또는 알루미나 등의 절연물질로 이루어진다. 또한, 능동 매트릭스 기판(31)은 단결정 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있다. 이 경우, 능동 매트릭스 기판(31)은 각 화소마다 트랜지스터들이 형성되고 이 트랜지스터들과 전기적으로 연결되는 도선 패턴(36)이 능동 매트릭스 기판(31)의 상부에 형성된다.

액츄에이터(37)는 제1 및 제2변형부(38)(39)들과 신호전극(32) 및 공통 접지 전극(33)으로 이루어진다.

제1 및 제2변형부들(38)(39)은 상기 능동 매트릭스 기판(31) 상부에 PZT 또는 PLZT등의 압전 세라믹으로 형성된다. 그리고, 제1 및 제2변형부들(38)(39)은 수평방향으로 소정의 거리(T)만큼 빈 공간을 유지하며 형성된다. 제1 및 제2변형부들(38)(39)은 압전 세라믹으로 형성된 후 수십 KV의 고전압으로 일방향으로 분극된다.

제1구동전달부(40)는 제1 및 제2변형부들(38)(39) 상부와 반사경(34)간에 형성되어 반사경(34)을 시계 방향 또는 반시계방향으로 또한 전계의 세기에 따라 완만하거나 급경사로 회전가능하도록 경질의 에폭시로 형성되어 상기 반사경(34)을 유지시킨다.

또한, 제1구동 전달부(41)는 상기 제1구동 전달부(40) 하부에 접착되며 제1 및 제2변형부들(38)(39)간에 삽입되어 액츄에이터(37)의 구동력을 반사경(34)으로 전달하며 신장할 수 있는 연질의 에폭시등으로 이루어지며 액츄에이터(37)의 구동력을 제1구동 전달부(40) 및 반사경(34)에 잘 전달시키기 위해 제2구동 전달부(41)의 하부가 액츄에이터(37)의 중간 정도 높이까지 삽입된다.

신호전극(32)은 액츄에이터(37)를 구동시키기 위해 도선 패턴(36)으로부터 전압이 인가되어 신호가 전달되는 곳으로 은(Ag)등과 같이 신장력이 좋은 연성 금속으로 형성된다.

공통 접지 전극(33)은 액츄에이터(37)를 접지시키는 곳으로 제1 및 제2변형부들(38)(39)의 상부가 변형되는 것을 방지하기 위해 신호전극(32)을 형성하는 금속보다 경성을 갖는 알루미늄(Al)등으로 두껍게 형성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 좀 더 상세히 설명한다.

먼저, 도선 패턴(32)에 양(＋)전압, 공통 접지 전극(33)에 접지(GND)전압이 인가된 경우를 가정하면, 제1변형부(38)는 분극 방향과 반대 방향의 전계가 형성되고, 제2변형부(39)는 같은 방향의 전계가 형성되어, 제1변형부(38)는 x축 방향으로 수측, y축 방향으로는 팽창하게 된다. 제2변형부(39)는 x축 방향으로는 팽창, y축 방향으로는 수축하게 된다. 이때, x축 방향의 변위는 y축 방향의 변위에 비해 매우 미세하여 무시할 수 있으며, 따라서 제1변형부(38) 및 제2변형부(39)양측 상부와 능동 매트릭스 기판(31)간의 높이의 차가 발생한다.

따라서, 이와 같은 높이차의 발생, 즉, 제1변형부(38) 및 제2변형부(39)의 높이에 따라 액츄에이터(37)와 반사경(34)에 접착된 연질의 에폭시로 이루어진 제2구동 전달부(41) 및 반사경(34)을 유지시키는 경질의 에폭시로 이루어진 제1구동전달부(4)는 반사경(34)을 시계방향으로 경사지게 한다.

한편, 도선 패턴(36)에 인가되는 전압이 음(-)전압인 경우를 살펴보면, 제1 및 제2변형부들(38)(39)의 수축 및 팽창방향이 전술한 경우와 반대로 되어 반사경(34)을 반시계 방향으로 경사지게 한다. 또한, 액츄에이터(37)를 형성하는 압전 세라믹의 특성상 인가된 전계의 세기에 따라 변위되는 크기가 조절가능하므로, 신호전극(32) 단자에 인가되는 전압의 세기를 조절하여 반사경(34)의 회전 각도를 유연하고 다양하게 조절할 수 있다. 더욱이, 제1 및 제2변형부(38)(39)간에 소정의 간격을 설정하여 형성하므로써 종래의 기법에서 신호전극(32)에 집중된 응력에 대처할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 제1 및 제2변형부간에 소정의 간격을 유지하여 연질의 에폭시로 이루어진 제2구동 전달부를 삽입하고 그 상부와 반사경간에 결징의 에폭시로 이루어진 제1구동 전달부를 접착하여 형성하므로써 신호전극층에 응력이 매우 적게 미쳐 액츄에이터의 수명을 연장시킬 수 있으며, 또한 액츄에이터의 휨 변위를 이용하지 않고 수축 및 팽창 변위만을 이용함으로써 생산성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 전압의 세기에 의해 광로를 조절하는 장치에 있어서, 매트릭스로 형성된 능동 매트릭스 기판(31)과 ; 상기 능동 매트릭스 기판(31)의 상부에 전압을 인가하는 도선 패턴(32)과 ; 상기 능동 매트릭스 기판(31) 상부에 능동 매트릭스 기판(31)과 수평으로 부착되며 도선 패턴(36)에 인가되는 전압에 의해 팽창 및 수축하는 액츄에이터(37)와 ; 상기 액츄에이터(37)의 상부에 부착되며 연질 및 경질로 형성되어 액츄에이터(37)의 휨을 방지하는 제1 및 제2구동 전달부들(40)(41)과 ; 상기 제1 및 제2구동 전달부들(40)(41)의 상부에 부착되어 액츄에이터(37)의 팽창 및 수축에 의해 소정의 경사각을 가지는 반사경(34)을 포함하는 투사형 화상표시장치의 광로조절수단.
2. 제1항에 있어서, 상기 액츄에이터(37)는 상기 도선 패턴(36)에 인가되는 전압을 전달하는 신호전극(32)과 ; 상기 도선 패턴(36)에 대해 공통으로 접지하는 공통 접지 전극(33)과 ; 상기 신호전극(32)과 공통 접지 전극(33)간에 상기 제2구동 전달부(41)가 삽입되도록 소정의 간격을 유지하며 PZT 또는 PLZT의 압전 소자로 형성되는 제1 및 제2변형부들(38)(39)로 구성되는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치의 광로조절수단.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2구동 전달부들(40)(41)은 연질 및 경질의 에폭시로 이루어짐을 특징으로 하는 투사형 화상표시장치의 광로조절수단.