KR100799242B1

KR100799242B1 - Display Equipment using Laser Diode

Info

Publication number: KR100799242B1
Application number: KR1020060027389A
Authority: KR
Inventors: 주영구
Original assignee: 경북대학교 산학협력단
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2008-01-29
Also published as: KR20070096596A

Abstract

본 발명은 하나의 레이저 다이오드를 광원으로 하여 컬러 디스플레이를 구현할 수 있도록 하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명은 청색 파장 대역의 빛을 발광하는 레이저 다이오드; 상기 레이저 다이오드로부터 방출되는 빛이 일정한 각도범위를 스캔할 수 있도록 전달하는 스캐닝 유닛; 및 상기 스캐닝 유닛으로부터 전달되는 빛을 각각 R(적색), G(녹색), B(청색)의 파장대의 빛으로 변환하는 형광체들이 이루는 단위화소들이 고정된 기판;을 포함하는 레이저 다이오드를 이용한 디스플레이 장치를 제공한다.The present invention relates to a display device that can implement a color display using one laser diode as a light source. The present invention is a laser diode for emitting light in the blue wavelength band; A scanning unit which transmits the light emitted from the laser diode to scan a predetermined angular range; And a substrate having fixed unit pixels formed by phosphors for converting light transmitted from the scanning unit into light of R (red), G (green), and B (blue), respectively. To provide.

레이저다이오드, 형광체, 변조, 스캐닝 Laser diode, phosphor, modulation, scanning

Description

Display device using laser diodes

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a display according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2은 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 개념도이다.2 is a conceptual view of a display according to an exemplary embodiment of the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

101...청색레이저다이오드101 ... Blue Laser Diode

102... 다각형반사경102 ... Polygonal Reflector

103...형광체103 ... phosphor

104... 기판104 ... Substrate

201...청색레이저다이오드201 ... Blue Laser Diode

202... 광변조기202 ... light modulator

203...다각형반사경203 polygon reflector

204... 형광체204 ... phosphor

205...기판205 ... substrate

본 발명은 레이저 다이오드를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 레이저 다이오드를 광원으로 하여 컬러 디스플레이를 구현할 수 있도록 하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a display device using a laser diode, and more particularly, to a display device for realizing a color display using one laser diode as a light source.

기존의 레이저 디스플레이는 적녹청(RGB:Red, Green, Blue) 세 가지 광원을 스크린 상의 한점에 맺게 함으로써 다양한 색깔의 영상을 구현하였다. 이와 같은 방식의 종래 기술이 대한민국 특허출원 10-1993-7002595 "광 투사장치"에 개시되어 있다. 상기 광 투사장치는, 균형 칼라 디스플레이를 제공하기 위하여 두 레이저로부터 모든 유효 전력 출력을 최적화하는, 레이저를 사용하는 고효율 광 투사 장치에 관한 것이다. Conventional laser displays have three colors of red, green, blue (RGB: Red, Green, Blue) at one point on the screen to realize various colors. The prior art in this manner is disclosed in Korean Patent Application No. 10-1993-7002595 "Optical Projection Device". The light projection apparatus relates to a high efficiency light projection apparatus using a laser that optimizes all active power output from both lasers to provide a balanced color display.

상기 광 투사장치는 RGB 세 가지 색에 해당하는 레이저 광원을 형성하기 위해 두개의 아르곤 레이저를 사용하였다. 상기 광 투사장치는 세 가지 파장의 레이저를 따로 따로 만들기 보다는 아르곤 레이저 두 대와 염료 레이저를 사용하여 개수를 하나 줄인 것을 특징으로 하고 있다. 그러나 아르곤 레이저는 부피가 크며, 사용되는 전력에 비해 광으로 전환되는 효율이 낮아서 여러 가지 단점을 가지고 있다. 예를 들어 소모 전력 증대와 더불어 대형 냉각 장치의 필요 및 이에 따른 시스템 부피 및 냉각기로 인한 소음 증가를 가져오는 등의 단점을 들 수 있다. The optical projection apparatus used two argon lasers to form a laser light source corresponding to three colors of RGB. The optical projection apparatus is characterized by reducing the number of laser beams by using two argon lasers and dye lasers rather than making three lasers separately. However, argon lasers are bulky and have several disadvantages due to their low efficiency of conversion to light compared to the power used. For example, there are drawbacks such as increased power consumption and the need for large cooling devices, resulting in increased system volume and noise from the cooler.

일반적으로 레이저 디스플레이는 460 nm, 530 nm, 620 nm 파장에서 빛을 방출하는 고출력 레이저를 필요로 하는데, 이 파장들은 모두 기체 또는 고체 레이저들이 담당하는 영역이며, 기체 및 고체 고출력 레이저들은 고가이기 때문에 시스템을 구성하기 위해 엄청난 제조비용이 소모되며, 전력 소모와 냉각기로 인한 시스템 부피 증가가 수반된다.In general, laser displays require high power lasers that emit light at wavelengths of 460 nm, 530 nm, and 620 nm, which are all areas covered by gas or solid lasers, and gas and solid high power lasers are expensive. It costs a lot of manufacturing cost to construct the system, which entails increased system volume due to power consumption and cooler.

따라서 레이저 디스플레이가 출력이 높으며, 부피가 작고, 광 변환 효율이 좋으면서도 가격이 낮은 레이저를 채용할 수 있는 시스템을 고안하지 않는다면 레이저 디스플레이는 실용화가 매우 어렵고 적용 범위가 극히 한정될 것이다. Therefore, unless the laser display has a high power output, a small volume, a good light conversion efficiency and a low cost laser system, the laser display will be very difficult to use and its application range will be extremely limited.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가격이 저렴하고 부피가 작으면서도 광 변환 효율이 높은 고출력 청색 레이저 다이오드를 이용한 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a display device using a high power blue laser diode having a low cost, a small volume, and high light conversion efficiency.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명은 청색 파장 대역의 빛을 발광하는 레이저 다이오드; 상기 레이저 다이오드로부터 방출되는 빛이 일정한 각도범위를 스캔할 수 있도록 전달하는 스캐닝 유닛; 상기 스캐닝 유닛으로부터 전달되는 빛을 각각 R(적색), G(녹색), B(청색)의 파장대의 빛으로 변환하는 형광체들이 이루는 단위화소들이 고정된 기판; 상기 레이저 다이오드와 스캐닝 유닛 사이에 상기 레이저 다이오드로부터의 빛의 세기를 조절하여 상기 스캐닝 유닛으로 전달하는 광변조기;를 포함하고, 상기 청색 레이저 다이오드는 단면이 선형인 빛을 발광하고, 상기 광변조기는 선형으로 입사하는 빛의 세기를 각각의 형광체별로 변조하여 상기 스캐닝 유닛에 전달함으로써 컬러 디스플레이를 구현하는 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드를 이용한 디스플레이 장치를 제공한다.As a construction means for achieving the above object, the present invention comprises a laser diode for emitting light in the blue wavelength band; A scanning unit which transmits the light emitted from the laser diode to scan a predetermined angular range; A substrate having fixed unit pixels formed by phosphors for converting light transmitted from the scanning unit into light of R (red), G (green), and B (blue) wavelengths, respectively; And a light modulator between the laser diode and the scanning unit to adjust the intensity of light from the laser diode to the scanning unit, wherein the blue laser diode emits light having a linear cross section. Provided is a display device using a laser diode, characterized in that a color display is implemented by modulating the intensity of linearly incident light for each phosphor and transmitting it to the scanning unit.

바람직하게는, 상기 스캐닝 유닛은 다각형 회전 반사경이 될 수 있고, 또한 상기 레이저 다이오드의 입력전류의 세기를 변화시켜 상기 기판의 각각의 형광체에 도달하는 빛의 세기를 변화시킴으로 인해, 단위화소가 다양한 컬러를 구현할 수 있도록 하는 것이 바람직하게 된다. Preferably, the scanning unit may be a polygonal rotating reflector, and the unit pixel may have various colors by changing the intensity of light reaching each phosphor of the substrate by changing the intensity of the input current of the laser diode. It is desirable to be able to implement.

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또한 바람직하게는 상기 다각형 회전 반사경은 그 회전 중심축이 서로 수직으로 직교하도록 한쌍이 배열되어, 수직방향 스캔과 수평방향 스캔을 동시에 수행하도록 할 수 있다. Also preferably, the polygonal rotation reflector may be arranged in a pair such that the rotational center axes thereof are perpendicular to each other perpendicularly to each other to simultaneously perform a vertical scan and a horizontal scan.

본 발명에 의한 디스플레이 장치는 레이저 다이오드(101), 스캐닝 유닛, 형광체가 고정된 기판을 포함한다. 이하에서는 이를 도 1을 참고로 하여 설명하도록 한다. The display device according to the present invention includes a laser diode 101, a scanning unit, and a substrate on which phosphors are fixed. Hereinafter, this will be described with reference to FIG. 1.

레이저 다이오드(101)는 도 1에서와 같이 빛을 발광하여 스캐닝 유닛(102)에 전달하는 역할을 하는 것으로, 본 발명에서는 청색 파장 대역의 빛을 발광하는 레이저 다이오드를 사용한다. 청색 레이저 다이오드는 약 405 nm 파장의 빛을 발광하게 된다. 청색 레이저다이오드(101)에서 나온 빛은 스캐닝 유닛(102)에서 반사된 다음 형광체(103)를 포함한 기판(104)으로 향하게 된다. The laser diode 101 serves to emit light to the scanning unit 102 as shown in FIG. 1. In the present invention, a laser diode that emits light in a blue wavelength band is used. The blue laser diode emits light of about 405 nm wavelength. Light from the blue laser diode 101 is reflected by the scanning unit 102 and then directed to the substrate 104 including the phosphor 103.

스캐닝 유닛(102)은 레이저 다이오드(101)로부터 발광되는 빛을 일정한 각도범위로 스캔할 수 있도록 빛의 경로를 바꾸어 기판(104)에 전달하게 된다. 본 발명에서 스캐닝 유닛(102)은 다각형의 회전 반사경이 될 수 있다. The scanning unit 102 changes the path of the light so as to scan the light emitted from the laser diode 101 in a predetermined angle range and transmits the light to the substrate 104. In the present invention, the scanning unit 102 may be a polygonal rotating reflector.

다각형 반사경(102)은 회전하기 때문에 레이저 다이오드로부터의 빛이 다각형의 면수에 따라 일정한 각도 범위를 스캔(scan)하도록 되어 있다. 다각형의 회전 반사경은 도 1에서와 같이 회전의 중심축의 단면이 다각형으로 형성되며, 중심축의 회전에 따라 측방에서 입사되는 빛이 수직인 경로로 변경되어 진행하도록 반사하는 역할을 한다. 또한, 반사면이 입사광과 이루는 각이 회전에 따라 45도 전후로 형성될 수 있어 빛을 일정한 각도범위로 스캔하면서 전달할 수 있게 된다. 도 1은 수직방향 스캔이 가능한 스캐닝 유닛을 도시한 것이다. The polygon reflector 102 rotates so that light from the laser diode scans a certain angular range depending on the number of planes of the polygon. As shown in FIG. 1, the polygonal rotating reflector has a polygonal cross section of a central axis of rotation, and reflects the light incident from the side in a vertical path according to the rotation of the central axis. In addition, the angle formed by the reflecting surface with the incident light can be formed around 45 degrees according to the rotation can be transmitted while scanning the light in a constant angle range. 1 shows a scanning unit capable of vertical scanning.

상기와 같은 스캐닝 유닛에 의해 전달되는 빛은 형광체들이 이루는 단위화소들이 고정된 기판(104)에 전달된다. 형광체는 일반적으로 여기 하는 광에 비해 긴 파장을 내기 때문에, 405 nm 청색 레이저 다이오드를 광원으로 사용하면, 디스플레이에서 필요로 하는 460 nm, 530 nm, 620 nm 대역의 형광체를 여기 할 수 있다. 예를 들어 이와 같은 방식으로 사용할 수 있는 460nm 대역의 형광체로는 (Ba,Eu)Mg₂Al₁₆O₂₇, 530nm 대역의 형광체는 (Ce,Tb)MgAl₁₁O₁₉, 620nm 대역의 형광체는 (Y,Eu)₂O₃가 될 수 있다. Light transmitted by the scanning unit as described above is transmitted to the substrate 104 to which the unit pixels formed by the phosphors are fixed. Since phosphors generally emit longer wavelengths than excitation light, the use of a 405 nm blue laser diode as a light source can excite phosphors in the 460 nm, 530 nm, and 620 nm bands required for display. For example, phosphors in the 460 nm band that can be used in this way include (Ba, Eu) Mg ₂ Al ₁₆ O ₂₇ , phosphors in the 530 nm band are (Ce, Tb) MgAl ₁₁ O ₁₉ , and phosphors in the 620 nm band are (Y , Eu) ₂ O ₃ .

따라서 다수의 레이저 광원을 사용하지 않고도 형광체(103)를 포함하는 기판(104) 또는 스크린을 사용함으로써 칼라 디스플레이 시스템을 매우 간단하게 구성할 수 있다. Therefore, it is possible to construct a color display system very simply by using the substrate 104 or the screen including the phosphor 103 without using a plurality of laser light sources.

여기서 기판(104)은 기존 브라운관에서 사용되는 유리 기판을 사용할 수도 있고 플라스틱 기판을 사용할 수도 있으며, 형광체를 고정할 수 있고 발생한 형광을 통과시키는 구조물이면 된다.Here, the substrate 104 may be a glass substrate used in a conventional CRT or a plastic substrate. The substrate 104 may be a structure capable of fixing the phosphor and passing the generated fluorescence.

이와 같이 하여 형광체(103)에 도착한 405 nm 빛은 형광체의 종류에 따라서 적색, 녹색, 청색을 발하게 된다. 기판(104)에는 적색(R) 형광체, 녹색(G) 형광체, 청색(B) 형광체가 각각의 셀에 담겨져 구분되어 있고, 이 R, G, B 세 가지 셀들은 서로 이웃하여 배열되고 이들이 한 화소(103)를 구성한다. 기판(104)은 이러한 화소들의 이차원 배열을 포함한다. 청색 레이저(101)에서 나온 광선은 형광체가 담겨진 셀들에 순차적으로 도착한다. In this way, the 405 nm light arriving at the phosphor 103 emits red, green, and blue colors depending on the type of the phosphor. The substrate 104 includes red (R) phosphor, green (G) phosphor, and blue (B) phosphor contained in each cell, and these three R, G, and B cells are arranged adjacent to each other and they are one pixel. Configure 103. Substrate 104 includes a two-dimensional array of such pixels. The light rays emitted from the blue laser 101 arrive sequentially at the cells containing the phosphor.

이때 레이저(101) 빛의 세기는 레이저(101)에 흐르는 전류량으로 조절이 가능하므로 한 화소(103)내에서 청색레이저에 의해 여기되는 R, G, B 세기를 조절할 수 있다. 한 화소 내에서 특정 색으로 여기되는 형광체에 보다 센 빛을 가하게 되면 더 밝은 파장의 빛이 여기된다. 이와 같이 한 화소 내에서 RGB 에 각각 가해지는 레이저 빛의 세기를 조절하면 화소의 색을 다양한 컬러로 표현하도록 할 수 있고, 따라서 레이저(101) 전류를 직접 변조함으로써 화소(103)의 색깔과 밝기를 결정할 수 있다. In this case, since the light intensity of the laser 101 can be adjusted by the amount of current flowing through the laser 101, the R, G, and B intensities excited by the blue laser can be adjusted in one pixel 103. Brighter light is excited by applying stronger light to phosphors excited by a specific color within a pixel. As such, by adjusting the intensity of laser light applied to RGB in one pixel, the color of the pixel can be expressed in various colors. Therefore, the color and brightness of the pixel 103 can be adjusted by directly modulating the laser 101 current. You can decide.

이 방식은 청색 레이저(101) 하나를 광원으로 사용할 경우이고, 브라운관 방식 TV 이 세 개의 전자 총을 사용하는 것과 같이 세 개의 청색 레이저를 사용하게 되면 각각이 R, G, B를 담당하게 되므로 한 화소(103)에 동시에 세 개의 레이저 광선이 화소(103)내의 R, G, B 셀을 동시에 조사하여 색깔과 밝기를 결정할 수도 있다.In this method, one blue laser 101 is used as a light source. When three blue lasers are used, such as a CRT TV using three electron guns, each pixel is responsible for R, G, and B. At the same time, three laser beams may simultaneously irradiate the R, G, and B cells in the pixel 103 to determine color and brightness at 103.

직접 변조 방식을 사용할 때, 하나의 스캐닝 유닛은 한 방향, 즉 수평 또는 수직방향의 스캔이 가능하다. 따라서 2차원 이미지를 얻기 위해서는 스캐닝 유닛을 두개 이상을 사용하여 서로 중심 회전축이 수직으로 배열되도록 하여 수평 및 수직 방향으로 동시에 스캔하여 사용할 수 있다. When using the direct modulation scheme, one scanning unit can scan in one direction, that is, horizontal or vertical. Therefore, in order to obtain a two-dimensional image, by using two or more scanning units so that the center rotation axis is vertically aligned with each other, it can be used by simultaneously scanning in the horizontal and vertical directions.

레이저를 직접 변조하는 대신 도 2에서와 같이 반사형 변조기 또는 흡수형 변조기 같은 외부 변조기(202)를 사용하여 빛의 세기를 조절할 수도 있다. Instead of directly modulating the laser, an external modulator 202, such as a reflective modulator or an absorption modulator, may be used to adjust the light intensity, as shown in FIG.

반사형 변조기로는 예를 들어 SONY 사의 GLV (Grating Light Valve)와 같은 것을 들 수 있다. GLV는 전기적 신호에 의해 그 형상이 변하도록 하는 MEMS 기술을 이용한 것이며, 이와 같은 일차원 배열 외부 변조기를 사용할 경우, 레이저(201) 빔 단면이 점이 아닌 선 모양의 것을 사용하여 변조기(202)에 비춤으로서 화면의 수평선에 해당하는 레이저 빔 세기를 일시에 바꿀 수 있다. 예를 들어 1X1024 배열의 GLV는 1024개의 변조기가 일차원 배열로 되어 있어 입사하는 균일한 선형 빔의 세기를 각 픽셀 마다 다른 세기로 조절하여 반사함으로써, 임의의 세기 패턴을 가지는 일차원 선형 레이저 빔을 가능케 한다.Reflective modulators include, for example, GLV (Grating Light Valve) manufactured by SONY. GLV uses MEMS technology to change its shape by an electrical signal. When using such a one-dimensional array external modulator, the laser cross section of the laser 201 beam is reflected on the modulator 202 using a linear shape instead of a dot. The laser beam intensity corresponding to the horizontal line of the screen can be changed at a time. For example, 1x1024 GLVs have 1024 modulators arranged in a one-dimensional array, which allows one-dimensional linear laser beams with arbitrary intensity patterns to be reflected by adjusting the intensity of the incident uniform linear beam to different intensity for each pixel. .

즉, 레이저 다이오드로부터의 빛이 초기부터 선형으로 변조기로 전달되도록 하여, 변조기에서 선형 레이저 빔(빛)의 세기를 각 화소에 따라 달라질 수 있도록 변조하게 된다. 이와 같이 변조된 빛은 스캐닝 유닛을 거쳐 스크린 상에서 한 선에 해당하는 이미지를 한꺼번에 구성할 수 있도록 할 수 있다. That is, the light from the laser diode is transmitted to the modulator linearly from the beginning, so that the modulator modulates the intensity of the linear laser beam (light) for each pixel. The modulated light may be configured to simultaneously form an image corresponding to a line on the screen through the scanning unit.

이와 같이 선 광원을 사용하면 2차원 스캔을 할 필요가 없이 수직 방향(또는 수평방향) 스캔만 필요하므로 다각형 반사경(203)은 하나만 필요로 한다. As such, when the line light source is used, only the vertical (or horizontal) scan is required without the need for two-dimensional scanning, and thus only one polygon reflector 203 is required.

본 발명은 기존의 레이저 디스플레이 시스템이 R, G, B 에 해당하는 세 가지 특정 파장의 레이저를 요구하는 방식에 비해 405 nm 레이저 다이오드와 형광체 스크린을 사용함으로써 시스템 구성을 크게 단순화하고 제조비용도 감소할 수 있는 방법을 제공하고 있다. The present invention uses a 405 nm laser diode and a phosphor screen as compared to the conventional laser display system requiring three specific wavelength lasers corresponding to R, G, and B, thereby greatly simplifying system configuration and reducing manufacturing costs. It provides a way to do it.

이러한 방식은 460 nm, 530 nm, 620 nm 방출 파장의 레이저 다이오드를 새롭게 개발하지 않고도, 기존에 이미 개발되어 있는 고출력 405 nm 레이저 다이오드를 사용한 레이저 디스플레이의 실용화를 가능하게 한다. This approach enables the practical use of laser displays using previously developed high power 405 nm laser diodes, without having to newly develop laser diodes with 460 nm, 530 nm and 620 nm emission wavelengths.

또한 기존의 브라운관 TV에 비하여 전자선 대신 레이저 광선을 사용함으로써, 유리 진공관을 필요로 하지 않기 때문에 무게 감소와 대형 화면 구현 가능이라는 장점을 제공한다.In addition, laser beams are used instead of electron beams compared to conventional CRT TVs, which eliminates the need for glass vacuum tubes.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다. While the invention has been shown and described with respect to particular embodiments, it will be understood that various changes and modifications can be made in the art without departing from the spirit or scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated that those skilled in the art can easily know.

Claims

A laser diode emitting light of a blue wavelength band;

A scanning unit which transmits the light emitted from the laser diode to scan a predetermined angular range;

A substrate having fixed unit pixels formed by phosphors for converting light transmitted from the scanning unit into light of R (red), G (green), and B (blue) wavelengths, respectively; And

And an optical modulator between the laser diode and the scanning unit to adjust the intensity of light from the laser diode and transmit the light modulator to the scanning unit.

The blue laser diode emits light having a linear cross section, and the optical modulator implements a color display by modulating the intensity of linearly incident light for each phosphor and transmitting the same to the scanning unit. Display device used.

The display apparatus according to claim 1, wherein the scanning unit is a polygonal rotating reflector.

The laser diode of claim 1, wherein the unit pixel can realize various colors by changing the intensity of the input current of the laser diode to change the intensity of light reaching each phosphor of the substrate. Display device using.

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The display device according to claim 2, wherein the pair of polygonal rotating reflectors are arranged such that their rotation center axes are perpendicular to each other at right angles to perform vertical scan and horizontal scan at the same time.