KR100281073B1 - Laser Display Device - Google Patents
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본 발명은 화상표시장치에 관한 것으로 특히, 레이저빔을 이용하여 형광체를 발광시킴으로써, 기존의 CRT에 비해 가볍고 구동회로가 간단한 화상표시장치에 관한 것이다. 본 발명은 레이저빔이 발생되는 레이저발생부와, 레이저빔을 셋으로 분리하는 레이저분리부, 영상신호에 따라 레이저빔의 세기를 조절하는 광음향변조부, 레이저빔을 수평과 수직으로 이동시키면서 주사하는 레이저편향부, 및 레이저빔에 형광체를 대응시켜 영상을 표시하는 영상표시부를 포함하여 구성되어 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image display apparatus, and more particularly, to an image display apparatus that is lighter and has a simpler driving circuit than a conventional CRT by emitting phosphors using a laser beam. The present invention provides a laser generation unit for generating a laser beam, a laser separation unit for separating the laser beam into three, an optoacoustic modulator for adjusting the intensity of the laser beam according to an image signal, and scanning the laser beam while moving the laser beam horizontally and vertically. And a video display unit for displaying an image by associating a phosphor with a laser beam.
Description
본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 특히 레이저광을 이용하여 형광물질을 발광시키는 표시장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a display device, and more particularly, to a display device for emitting fluorescent materials using laser light.
일반적으로 가장 많이 사용되고 있는 CRT(Cathode Ray Tube)표시장치는 전자총에서 나오는 고속의 전자빔(Beam)을 화면에 도포된 형광체에 충돌시켜 일어나는 형광체의 발광현상을 이용하여 영상을 표시한다.In general, a CRT (Cathode Ray Tube) display device is most commonly used to display an image using a luminescence phenomenon of a phosphor generated by colliding a high-speed electron beam (Beam) from the electron gun to the phosphor coated on the screen.
CRT 브라운관의 구조 및 동작원리는 다음과 같다. 도1은 CRT브라운관의 대략적인 구조를 나타낸 것이다. 화상의 색을 구현하기 위해 전자총(10)에서는 세 개의 전자빔(11)이 발사된다. 그리고, 전자총에서 발사된 전자빔은 편향요크(16)에 의해 생성된 자기장(12)이 연속적으로 분포된 진공튜브(Tube)(13)를 통과한다. 진공튜브의 자기장의 세기 및 방향은 구동회로(도면에는 도시되지 않았다)에 의해 제어된다. 전자빔은 자기장에 의해 적절한 방향으로 휘어지게 되고, 휘어진 전자빔을 섀도우마스크(Shadow Mask)(14)라는 그물형상의 망을 통과한다. 세 개의 전자빔은 각각 섀도우마스크 뒤에 부착된 형광판(15)에 충돌하여 형광판에 형성된 적색형광체(R)와 녹색형광체(G) 및 청색형광체(B)의 발광을 담당한다. 즉, 하나의 전자빔이 하나의 형광체를 발광시키게 된다는 것이다. 섀도우마스크는 자기장 제어의 오차에 의해 전자빔이 인접한 형광체에 잘못 충돌하는 것을 방지하는 차폐막의 역할을 한다.The structure and operation principle of CRT CRT are as follows. Figure 1 shows the schematic structure of the CRT CRT. Three
그런데, 전자빔의 경로는 CRT튜브 속에 연속적으로 분포된 전기장 및 자기장의 제어에 의해 조정되는데, 이 경로의 예측이 어려워 그 제어를 위한 구동회로가 복잡하고 어렵다. 따라서, CRT 표시장치는 전자빔을 임의의 방향으로 휠 수 있는 전기장과 자기장 형성의 제어에 대한 기술적인 해결이 수반되어야만 하는 문제점이 있다.By the way, the path of the electron beam is adjusted by the control of the electric and magnetic fields continuously distributed in the CRT tube. The prediction of this path is difficult, and the driving circuit for the control is complicated and difficult. Therefore, the CRT display device has a problem that a technical solution for controlling the electric field and the magnetic field formation that can bend the electron beam in any direction must be accompanied.
또, 종래의 CRT 표시장치는 전자빔이 형광체에 도달하는 동안, 다른 물질과의 충돌을 배제하고, 형광체와 섀도우마스크의 산화를 막기 위하여 전자총과 형광체 사이의 공간을 진공으로 해야 한다. 그래서, CRT표시장치는 진공튜브가 구성되어 있는 것이다. 그런데, 이 진공튜브를 제조하는 데 사용되는 진공유리는 두께가 두껍고, 무게가 무거워 대형튜브를 제조하기가 힘들다. 따라서, CRT표시장치로 대형화면을 구현하기가 상당히 어렵다.In addition, the conventional CRT display device must vacuum the space between the electron gun and the phosphor to avoid collision with other materials and prevent oxidation of the phosphor and the shadow mask while the electron beam reaches the phosphor. Thus, the CRT display device is composed of a vacuum tube. By the way, the vacuum glass used to manufacture this vacuum tube is thick and heavy, making it difficult to manufacture large tubes. Therefore, it is very difficult to realize a large screen with a CRT display.
본 발명은 경로의 예측이 어려운 전자빔 대신 직진성이 우수하여 반사와 굴절에 의한 경로의 예측이 쉬운 레이저광을 이용하여 구동회로의 설계를 용이하게 하고, 진공튜브의 사용을 없애 경량의 대형화면을 구현케 하는 표시장치의 제조를 목적으로 한다.The present invention facilitates the design of the driving circuit by using a laser light which is easy to predict the path due to reflection and refraction instead of the electron beam, which is difficult to predict the path, and realizes a lightweight large screen by eliminating the use of a vacuum tube. The purpose of this invention is to manufacture a display device.
도 1은 종래의 CRT 화상표시장치를 나타낸 개략도.1 is a schematic diagram showing a conventional CRT image display apparatus.
도 2은 본 발명의 제1실시예를 나타낸 상세도.Figure 2 is a detailed view showing a first embodiment of the present invention.
도 3는 본 발명의 화상표시장치에서 섀도우마스크를 통해 형광체에 주사되는 레이저빔을 도시한 단면도.3 is a cross-sectional view showing a laser beam scanned to a phosphor through a shadow mask in the image display device of the present invention.
도 4는 본 발명의 제2실시예를 나타낸 개략도.4 is a schematic view showing a second embodiment of the present invention.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings
100, 100' : 레이저발생부 110 : 레이저분리부100, 100 ': laser generating unit 110: laser separation unit
111 : 제1반투과거울 112 : 제2반투과거울111: first semi-transparent mirror 112: second semi-transparent mirror
113 : 전반사거울 120 : 광음향변조부113: total reflection mirror 120: photoacoustic modulation unit
130 : 레이저편향부 131 : 회전거울130: laser deflector 131: rotating mirror
132 : 갈바노미터 140 : 영상표시부132: galvanometer 140: image display unit
141 : 섀도우마스크 141' : 섀도우마스크의 구멍141: shadow mask 141 ': hole of the shadow mask
142 : 석영유리 143 : 형광체142: quartz glass 143: phosphor
144 : 스크린유리 150, 150' : 촛점렌즈(focus lenz)144:
160 : 반포물선형 전반사거울 200 : 레이저빔160: half parabolic total reflection mirror 200: laser beam
210 : 제1레이저빔 210' : 구멍을 통과한 제1레이저빔210: first laser beam 210 ': first laser beam having passed through a hole
220 : 제2레이저빔 220' : 구멍을 통과한 제2레이저빔220: second laser beam 220 ': second laser beam passing through the hole
230 : 제3레이저빔 230' : 구멍을 통과한 제3레이저빔230: third laser beam 230 ': third laser beam passing through the hole
R, G, B : 형광물질R, G, B: fluorescent material
본 발명의 표시장치는 직진성이 우수한 레이저광을 형광체의 발광을 위한 광원으로 사용하는 것을 특징으로 한다. 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 구조를 살펴보면 다음과 같다. 즉, 본 발명은 도2에 나타낸 것과 같이 레이저빔이 발생되는 레이저발생부(100)와, 레이저빔을 균일한 세기의 빔 세 개로 나누는 레이저분리부(110)와, 소정의 영상신호에 따라 세 개의 빔 각각의 세기를 변조하는 광음향변조부(AOM:Accousto-Optic Modulator)(120)와, 광음향변조부에 의해 변조된 세 개의 빔을 소정의 주기동안 수평과 수직방향으로 이동하면서 주사시키는 레이저편향부(130) 및, 레이저편향부에 의해 주사되는 세 개의 빔을 스크린에서 각각 할당된 화소의 형광체에 주사하여 영상을 표시하는 영상표시부(140)를 포함하고 있는 특징이 있다. 이 때, 단일 레이저빔이 발생되는 레이저발생부는 세 개의 레이저가 발생되는 레이저발생부로 대체될 수 있다. 이 때에는 레이저분리부가 설치될 필요가 없다.The display device of the present invention is characterized by using a laser light having excellent linearity as a light source for emitting light of a phosphor. Looking at the structure of the present invention with reference to the accompanying drawings as follows. That is, according to the present invention, as shown in Fig. 2, the
이하 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(실시예 1)(Example 1)
본 실시예1는 도2에 상세히 도시된 것과 같이 레이저발생기와 제1반투과거울(111)과 제2반투과거울(112) 및 전반사거울(113), 그리고 광음향변조기와 회전거울(131) 및 갈바노미터(galvanometer)(132), 그리고 섀도우마스크(141)와 석영유리(142) 및 형광체(143)가 도포된 스크린유리(144)로 구성되어 있다. 그리고, 레이저빔 집속의 필요에 따라 촛점렌즈(focus lenz)(150, 150')와 반포물선 형태의 전반사거울(160)이 설치되어 있다.Embodiment 1 is a laser generator and the first
레이저발생기는 헬륨-카드뮴(He-Cd)계열의 자외선 레이저를 발생시킨다. 헬륨-카드뮴 계열의 레이저는 325nm∼335nm의 자외선 파장대와 442nm의 청색계열파장대 등 2개의 파장대에서 출력파장의 극대를 가지는데, 적절한 필터링을 통하면 이 중에서 자외선만을 분리해 낼 수 있다. 본 실시예1에서는 헬륨-카드뮴 계열의 자외선 레이저를 사용했지만, 형광물질이 발광될 수 있는 충분한 출력을 갖는다면 어떤 자외선 레이저를 사용해도 무방하다. 또, 만약 형광물질을 충분히 발광시킬 수 있다면, 적외선 레이저를 사용할 수도 있다.The laser generator generates a helium-cadmium (He-Cd) -based ultraviolet laser. Helium-cadmium-based lasers have maximum output wavelengths in two wavelength bands, the ultraviolet wavelength range of 325 nm to 335 nm and the blue wavelength range of 442 nm, and only the ultraviolet rays can be separated through proper filtering. In Example 1, a helium-cadmium-based ultraviolet laser is used, but any ultraviolet laser may be used as long as the fluorescent material has sufficient power to emit light. In addition, if the fluorescent material can be sufficiently emitted, an infrared laser may be used.
제1반투과거울은 레이저발생기에서 출력된 레이저빔(200)의 3분의 1(33.3%)만 반사시키고, 나머지 3분의 2(66.6%)에 해당하는 레이저빔의 광량을 투과시킨다. 그리고, 제2반투과거울은 제1반투과거울을 통해 투과된 레이저빔의 2분의 1(50%)만 반사시키고, 나머지 2분의 1(50%)에 해당하는 레이저빔의 광량을 투과시킨다. 또, 전반사거울은 제2반투과거울을 통해 투과된 레이저빔을 모두 반사시킨다. 이 제1반투과거울에서 반사된 레이저빔(이하 제1레이저빔)(210)과 제2반투과거울에서 반사된 레이저빔(이하 제2레이저빔)(220)과 전반사거울에서 반사된 레이저빔(이하 제3레이저빔)(230)이 추후 적색(Red)와 녹색(Green) 및 청색(Blue)의 형광체에 각각 입사된다. 결국 제1레이저빔과 제2레이저빔 및 제3레이저빔은 모두 최초에 레이저발생기에서 발생된 레이저빔의 3분의 1에 해당하는 광량을 가지게 된다. 본 실시예는 이 제1반투과거울과 제2반투과거울 및 전반사거울이 레이저분리부(110)의 역할을 수행한다.The first semi-transmissive mirror reflects only one third (33.3%) of the
광음향변조기는 제1레이저빔과 제2레이저빔 및 제3레이저빔을 각각 적색과 녹색 및 청색의 영상신호에 대응시키고, 그 영상신호에 따라 각각의 레이저빔의 세기를 변화시킨다. 예를 들어, 제1레이저빔이 적색에 대응되고 제2레이저빔이 녹색에 대응되며 제3레이저빔이 청색에 대응되었을 때, 스크린에 표현할 영상이 빨간색이라면, 제1레이저빔의 출력을 최대로 하고 제2레이저빔과 제3레이저빔의 출력은 최소로 하거나 아예 출력을 없도록 한다는 것이다. 이러한 방법으로 각 레이저빔의 세기가 조절되어 영상의 색상이 표현된다.The optoacoustic modulator maps the first laser beam, the second laser beam, and the third laser beam to red, green, and blue image signals, respectively, and changes the intensity of each laser beam according to the image signal. For example, when the first laser beam corresponds to red, the second laser beam corresponds to green, and the third laser beam corresponds to blue, and the image to be displayed on the screen is red, the output of the first laser beam is maximized. The output of the second laser beam and the third laser beam is minimized or there is no output at all. In this way, the intensity of each laser beam is adjusted to express the color of the image.
광음향변조기를 거친 세 개의 레이저빔은 추후 섀도우마스크 상의 한 점에 모일 수 있도록 촛점렌즈(focus lenz)(150')를 통해 레이저편향계(130)에 주사된다. 이 때, 만약 광음향변조기를 거친 세 개의 레이저빔이 촛점렌즈를 거치지 않아도 섀도우마스크의 한 점에 모일 수 있게 설계되었다면, 촛점렌즈를 통하지 않아도 된다.The three laser beams, which have undergone the optoacoustic modulator, are scanned by the
레이저편향계는 수평주사를 위한 다면체의 회전거울(131)과 수직주사를 위한 갈바노미터(galvanometer)(132)로 구성되어 있다. 이 회전거울은 일정한 속도로 회전하도록 구성되는데, 그 회전속도는 영상을 표시하기 위한 수평주파수와 그 회전거울의 면의 수에 밀접한 관계가 있다. 만약 본 발명이 NTSC방식의 TV화면을 구성하기 위한 장치로 사용되고 회전거울이 24개의 반사면을 가지고 있다면, 수평주파수가 15.5kHz 일때 그 회전거울의 회전속도는 약 39,000 rpm 정도가 되어야 하고, 갈바노미터는 그 진동수가 TV의 수직주파수인 60Hz에 대응하도록 구성되어야 한다.The laser deflectometer is composed of a
이 레이저편향계를 거친 레이저빔은 반포물선 형태의 전반사거울(160)에 의해 반사되어 형광체가 도포된 스크린유리(144)에 주사된다. 이 편향기술은 가시광선 레이저를 이용하여 화면에 화상을 구현시키는 레이저TV 등과 같은 기존의 기술로도 충분히 가능하다. 이 때, 만약 전반사거울을 거치지 않아도 화상을 구현하는 데 아무런 문제가 없다면, 이 반포물선 형태의 전반사거울(160)은 설치될 필요가 없다.The laser beam passing through the laser deflectometer is reflected by the
스크린에 주사된 세 개의 레이저빔(210, 220, 230)은 도3에 나타낸 것과 같이 섀도우마스크의 구멍(141)에서 서로 만나 각기 서로 다른 방향으로 엇갈려 주사된다. 이 섀도우마스크는 빛을 차단할 수 있는 물질로 구성되어야 한다. 섀도우마스크의 기능은 스크린에 주사되는 세 개의 레이저빔이 각각 담당하고 있는 형광체 외의 부분에 주사되지 않도록 각 세 개의 레이저빔의 굵기를 형광체의 크기에 맞도록 잘라주는 역할을 한다. 섀도우마스크를 통과한 세 개의 레이저빔(210', 220', 230')은 각각 자신이 담당하고 있는 형광체(R, G, B)에 주사되어 형광체를 발광시킨다.The three
도2를 상세히 살펴보면, 섀도우마스크(141)와 형광체(143) 사이에 석영유리(142)가 구성되어 있는 것을 볼 수 있다. 그리고, 석영유리가 부착된 형광체 면의 반대면에는 일반 화면용 스크린유리(144)가 밀착되어 있다. 즉, 형광체는 석영유리와 일반 유리에 의해 외부로부터 완전히 차폐되어 있다. 그 이유는 형광체가 공기 중에서 산화되는 것을 막기 위해서이다.2, the
형광체에서 레이저빔이 입사되는 방향의 면에 석영유리가 부착된 것은 석영성분이 자외선을 잘 투과시키기 때문이다. 만약 자외선에 대한 흡수율과 반사율이 낮고 투과율이 높은 물질이라면, 석영유리가 아니라도 괜찮다. 그리고, 형광체에서 발광되는 방향의 면에 일반유리가 부착된 것은 형광체가 발광시킨 빛이 유리에 잘 투과되기 때문이다. 만약 빛이 잘 투과되는 투명한 물질이라면 어떤 것을 사용해도 무방하다.The reason why the quartz glass adheres to the surface of the phosphor in the direction in which the laser beam is incident is because the quartz component transmits ultraviolet rays well. If the material has low absorptivity and reflectance to ultraviolet rays and high transmittance, it may not be quartz glass. The reason why ordinary glass is attached to the surface in the direction in which the phosphor emits light is that the light emitted by the phosphor is transmitted through the glass well. If it is a transparent material that transmits light well, it can be used.
본 실시예에서 사용된 형광체는 자외선을 주사받았을 때 발광할 수 있는 소자이면 된다. 일반적으로 청색의 형광체로는 ZnS:Ag, ZnS:Ag + 안료 등이 사용되며, 녹색의 형광체로는 ZnS:(Cu, Al), ZnS:(Cu, Al) + 안료가, 적색의 형광체로는 Y2O2S:Eu, Y2O2S:Eu + 안료 등이 현재 모니터용 형광체로서 많이 사용되고 있다. 모니터에서는 전자총에서 나온 전자빔이 이들 형광체에 입사하면서 그 운동에너지에 의해 발광체가 여기되면서 청색, 녹색, 적색의 빛을 내는 발광을 하게 된다.The phosphor used in the present embodiment may be any device capable of emitting light when ultraviolet rays are scanned. Generally, ZnS: Ag, ZnS: Ag + pigments are used as blue phosphors, and ZnS: (Cu, Al), ZnS: (Cu, Al) + pigments are used as green phosphors, and red phosphors Y 2 O 2 S: Eu, Y 2 O 2 S: Eu + pigments and the like are now widely used as monitor phosphors. In the monitor, the electron beam from the electron gun is incident on these phosphors, and the luminescent energy is excited by the kinetic energy to emit blue, green, and red light.
상술한 형광체들은 전자빔에 의해서만이 아니라 254nm와 365nm의 자외선 파장에 의해서도 발광하는 특성을 가지고 있다. 특히, 365nm의 자외선이 입사했을 때의 발광효과는 전자빔에 의한 발광효과와 비슷하다. 이러한 사실은 형광체의 발광을 통해 스크린에 구현되는 화상은 전자빔 뿐만 아니라, 자외선의 주사에 의해서도 충분한 밝기를 가진다는 것을 의미한다. 즉, 기존의 CRT의 품질과 유사한 화상을 자외선에 의한 표시장치도 가질 수 있다는 것이다.The above-mentioned phosphors have the property of emitting light not only by the electron beam but also by ultraviolet wavelengths of 254 nm and 365 nm. In particular, the light emission effect when the ultraviolet ray of 365 nm is incident is similar to the light emission effect by the electron beam. This fact means that the image implemented on the screen through the emission of the phosphor has sufficient brightness not only by the electron beam but also by the scanning of ultraviolet rays. That is, the display device by ultraviolet rays may have an image similar to that of the existing CRT.
(실시예 2)(Example 2)
본 발명은 레이저발생부의 구조에 의해 또 하나의 실시예를 가질 수 있다. 본 실시예2는 상술했던 실시예1과 달리 레이저발생부의 구조가 다르고, 제1반투과거울과 제2반투과거울 및 전반사거울 등의 레이저분리부가 없는 것이 특징이다.The present invention may have another embodiment by the structure of the laser generation unit. Unlike Embodiment 1 described above, the second embodiment has a different structure of the laser generating unit, and there is no laser separation unit such as a first semi-transparent mirror, a second semi-transparent mirror, and a total reflection mirror.
나머지 부분의 동작 원리는 실시예1과 동일하므로 설명을 생략하고, 본 실시예의 주요특징부만 살펴보면 다음과 같다.Since the operation principle of the remaining portion is the same as in the first embodiment, the description is omitted, and only the main features of the present embodiment are as follows.
본 실시예2는 도4에 나타낸 것과 같이 레이저발생부(100')가 제1레이저 및 제2레이저와 제3레이저의 레이저빔 세 개를 발생시킨다. 따라서, 실시예1과 달리 레이저분리부가 없는 것이다.In the second embodiment, as shown in Fig. 4, the laser generating unit 100 'generates three laser beams of the first laser, the second laser, and the third laser. Therefore, unlike Example 1, there is no laser separation unit.
본 발명을 통해 제조된 화상표시장치는, 종래의 화상표시장치인 CRT에서 사용되는 전자빔에 비해 직진성과 굴절성 및 반사성이 뛰어난 레이저빔으로 형광체를 발광시키므로, 그 구동회로의 설계가 종래의 것보다 용이하다는 장점이 있다. 그리고, 본 발명을 통해 제조된 화상표시장치의 튜브는, CRT의 유리튜브와 달리 진공상태가 필요없으므로, 두꺼운 유리로 제조될 필요가 없어 무게도 가벼워진다. 뿐만 아니라 CRT와 동등한 수준의 화질을 가지며, 전자장 형성영역이 필요없어 대형화면의 구성도 간단해지는 효과가 있다.The image display device manufactured by the present invention emits phosphors with a laser beam that is superior in straightness, refractive index, and reflectivity as compared to the electron beam used in the CRT, which is a conventional image display device. It has the advantage of being easy. In addition, unlike the glass tube of the CRT, the tube of the image display device manufactured through the present invention does not need a vacuum state, and thus does not need to be made of thick glass, and thus the weight is light. In addition, it has the same level of picture quality as the CRT, and does not require an electromagnetic field forming area, which makes the configuration of a large screen simple.
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |