KR100808186B1 - 투사 표시 장치 및 이를 구비한 칩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나의 평면상에 광학 소자를 배열하여 광학적 구성을 단순화하고 하나의 패키지 형태로 구현한 투사 표시 장치에 관한 것이다. 이를 위해 레이저 다이오드를 광원으로 사용하고 스캐닝 미러를 이용하여 2차원 영상을 구현하며, 상기 광원의 경로가 되는 광 경로부를 상기 광원 및 상기 스캐닝 미러와 동일 평면상에 하나의 패키지로 마련한다.

또한, 상기 패키지로 마련된 투사 표시 장치를 포함하는 보드와 보드에 연결되어 구동회로를 연결하는 연결 단자를 포함하는 칩(chip)의 형태로 구성한다. 이를 통해 다양한 휴대용 단말기에 적용이 용이하며, 제작된 칩의 오류에 대한 검증도 용이한 장점이 있다. 또한, 스캐닝 방식을 이용하여 스크린의 거리에 상관없이 어디에서든지 간편하게 확대영상을 구현하여 감상할 수 있는 장점이 있다.

투사 표시 장치, 칩, 광 경로부, 레이저 다이오드, 스캐닝 미러

Description

투사 표시 장치 및 이를 구비한 칩{Projection display system and chip comprising it}

도 1은 일반적인 단판식 투사 표시 장치의 구성을 보여주는 도면이다.

도 2는 일반적인 3판식 투사 표시 장치의 구성을 보여주는 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 투사 표시 장치를 보여주는 사시도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 투사 표시 장치를 보여주는 사시도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 투사 표시 장치의 작동을 모식적으로 도시한 도면이다.

도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 투사 표시 장치를 구비한 칩을 도시한 사시도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

21: 광원 22: 광 경로부

23: 제1 다이크로익 미러 24: 제2 다이크로익 미러

25: 렌즈부 26: 스캐닝 미러

50: 투사 표시 장치 51: 보드

52: 연결 단자 100: 투사 표시 장치를 구비한 칩

본 발명은 투사 표시 장치에 관한 것으로, 특히 광학 소자를 줄여 크기를 최소화하며 장착이 용이하도록 구성한 소형의 투사 표시 장치에 관한 것이다.

최근 영상 표시 장치는 경량화, 경박화뿐만 아니라 대화면으로 되어가는 추세에 있다. 대화면의 고화질 화상을 구현하는 장치로서, 액정디스플레이(Liquid Crystal Display)와 플라즈마 디스플레이(Plasma Display Panel) 그리고 투사 표시 장치와 같은 투사 표시 장치(Projection Display System) 등이 이용되고 있다. 상기의 투사 표시 장치는 작은 화면을 확대 투사하여 대형 화면을 표시하는 시스템으로, 100인치 이상의 대화면을 구현하는 영상 표시 장치로써 각광받고 있다.

상기와 같은 투사 표시 장치는 투과형 LCD(Liquid Crystal Display) 패널, 반사형 LCoS(Liquid Crystal on Silicon) 패널, DMD(Digital Micromirror Device) 패널 등의 마이크로 소자(Micro device)로부터 생성된 영상을 스크린상에 투사하여 화면을 형성한다. 이때, 사용되는 마이크로 소자의 개수에 따라 단판식, 2판식, 3판식 투사 표시 장치로 분류된다.

여기서, 단판식 투사 표시 장치는 광으로부터 색을 시간적으로 분리하여 하나의 마이크로 소자에 조명하는 방식이고, 2판식 투사 표시 장치는 광으로부터 색을 공간 및 시간적으로 분리하여 2개의 마이크로 소자에 조명하는 방식이며, 3판식 투사 표시 장치는 광으로부터 색을 공간적으로 분리하여 3개의 마이크로 소자에 조 명하는 방식이다.

도 1은 일반적인 단판식 투사 표시 장치의 구성을 보여주는 도면이고, 도 2는 일반적인 3판식 투사 표시 장치의 구성을 보여주는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 단판식 투사 표시 장치는 광원(2), 컬러드럼(3), 로드렌즈(4), 조명렌즈들(5.6), 마이크로 소자(7), 프리즘(8), 투사렌즈(1) 등으로 구성된다.

도시된 바와 같이, 광원으로부터 발생된 광은 컬러드럼을 통해 적색광, 녹색광, 청색광으로 분리되고, 각 광들은 로드렌즈를 거치면서 균일한 휘도를 가지며, 다시 조명렌즈들 및 프리즘을 거쳐 마이크로 소자에 입사된다. 입사된 광은 마이크로 소자를 통해 영상신호를 가지게 되고, 다시 프리즘 및 투사렌즈를 거쳐 스크린에 투영된다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이 3판식 투사 표시 장치는 광원(2)에서 생성된 광을 분리하기 위해 다이크로익 미러(dichroic mirror)(9)를 사용하고, 분리된 적색광, 녹색광, 청색광은 각각 해당하는 LCD 패널(10)에 입사되며, 입사된 광은 합성되어 투사렌즈(1)를 통해 스크린에 투영된다.

그러나, 이와 같이 구성되는 기존의 투사 표시 장치들은 많은 수의 광학 소자(optical element)들이 필요할 뿐만 아니라 광학계의 구성이 3차원적으로 이루어져야 하므로 매우 큰 공간을 필요로 한다.

이러한 광학계의 구성은 투사 표시 장치 자체의 크기를 소형화시키는데 한계가 있으며, 광원으로부터 투사렌즈까지의 광의 이동로가 길기 때문에 광 손실이 발 생하여 밝고 선명한 영상을 표현하는데에는 한계가 있다. 그러므로 모바일 폰이나 휴대 정보 단말기(PDA)와 같은 소형 단말기의 적용하기 어려운 단점이 있었다. 또한, 스크린의 위치가 결상면에서 벗어나면 초점이 맞지 않아 선명한 영상을 볼 수 없는 단점이 있었다.

본 발명의 목적은 광 경로를 최소화하여 광 손실을 줄이고, 광학 소자를 감소시켜 전체적인 크기를 소형화할 수 있는 투사 표시 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 장착이 용이하고 휴대용으로 사용할 수 있는 투사 표시 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 투사 표시 장치는 하나 이상의 광을 발생하는 광원과; 하나의 몸체에서 다수의 분기로(branch)가 형성되고, 상기 형성된 분기로들을 통해 입사된 각각의 광들을 혼합하는 광 경로부와; 상기 광 경로부를 통과한 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이팅(Collimating) 렌즈와; 상기 콜리메이팅 렌즈를 통과한 광을 주사(scanning)하여 영상을 구현하는 플랫 플레이트 형태의 스캐닝부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 광원은, 입력받은 외부 신호에 상응하여 온(On)과 오프(Off)를 반복하는 것을 특징으로 한다. 또한, 바람직하게는 상기 광원은 레이저 다이오드(LD), 발광 다이오드(LED), 유기 전계 발광 소자(OLED) 중 어느 하나이다.

바람직하게는 상기 광 경로부는 내부가 공기 또는 진공인 중공형 부재(hollow type member)이거나 또는 유리(bulky glass)로 형성된 로드 렌즈 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스캐닝부는 상하 방향과 좌우 방향을 동시에 스캐닝하여 2차원의 확대 영상을 구현하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 상기 투사 표시 장치의 구성은 상기 광 경로부의 분기로들 각각의 서로 다른 말단은 상기 광원과 연결되고, 상기 분기로들의 공통된 타측 말단은 상기 콜리메이팅 렌즈와 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 투사 표시 장치를 구비한 칩(Chip)은, 상면에 투사 표시 장치를 구비한 보드와; 상기 보드에 결합되어 구동회로를 연결하는 연결 단자;를 포함하되, 상기 투사 표시 장치는, 하나 이상의 광을 발생하는 광원과; 하나의 몸체에서 다수의 분기로(branch)가 형성되고, 상기 형성된 분기로들을 통해 입사된 각각의 광들을 혼합하는 광 경로부와; 상기 광 경로부를 통과한 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이팅(Collimating) 렌즈와; 상기 콜리메이팅 렌즈를 통과한 광을 주사(scanning)하여 영상을 구현하는 플랫 플레이트 형태의 스캐닝부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

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본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.

도 3은 본 발명 제 1 실시예에 따른 투사 표시 장치의 구성을 보여주는 사시도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 투사 표시 장치(50)는 광원(21), 광 경로부(22), 렌즈부(25) 및 스캐닝 미러(26)을 동일 평면상에 구비한다.

상기 광원(21)은 적색광(R)을 방출하는 적색 광원(21a)와 녹색광(G)을 방출하는 녹색 광원(21b) 및 청색광(B)을 방출하는 청색 광원(21c)으로 구성된다. 이때, 상기 광원(21)은 바람직하게는 선명한 상을 구현하기 위하여 레이저를 사용한다. 특히, 외부에서 입력되는 신호에 상응하여 온 또는 오프(On/Off)되는 스위칭(switching)이 가능한 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)를 사용한다. 이때, 레이저 다이오드 이외에도 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED) 또는 유기 전계 발광 소자(Organic Light Emitting Diode, OLED)를 사용할 수 있다.

상기 광원(21)은 외부에서 입력되는 신호에 상응하여 온(On) 또는 오프(Off)되도록 구성한다. 그러므로 본원 발명에 의한 투사 표시 장치(50)는 색 분리소자와 같은 별도의 광학 소자를 필요로 하지 않는다. 즉, 일반적인 레이저 빔(Laser Beam)을 광원으로 사용하는 경우 컬러 휠(Color Wheel) 또는 컬러 드럼(Color Drum)과 같은 색 분리소자를 사용한다. 그러나 본 발명의 투사 표시 장치(50)는 외부의 신호에 의해 각각의 레이저 다이오드(21a,21b,21c)가 온(On) 또는 오프(off)되어 색 분리가 가능하므로 별도의 광학 소자를 필요로 하지 않는다.

상기 광 경로부(22)는 상기 광원(21)에서 방출된 광이 진행하는 경로를 제공 한다. 즉, 상기 광원(21)에서 방출된 광은 영상을 구현하기 위하여, 상기 광 경로부(22)에서 전반사되어 이동한다.

이때, 광 경로부(22)는 유리, 플라스틱, 내부가 공기 또는 진공인 중공형 부재(hollow type member) 등일 수 있고, 광이 잘 전달될 수 있는 재질이면 모두 가능하며, 광학 설계에 따라 광 경로부(22)의 크기가 결정된다. 구체적으로는 유리(bulky glass)로 구성된 로드 렌즈로 이루어질 수 있다. 상기 로드 렌즈는 고굴절률을 가지는 유리로 구성되므로, 공기보다 굴절률이 높아 내부 전반사가 이루어진다. 또는 내부가 개구되고 미러(mirror)로 둘러싸인 형태의 라이트 터널(Light tunnel)로 이루어질 수 있다. 이때, 개구된 내부를 통과하는 레이저 광은 미러에 의해 전반사된다. 즉 상기 광 경로부(22)를 통과하는 레이저 광은 내부에서 불규칙하게 전반사되어 균일하게 혼합된다.

또한, 광 경로부(22)의 일측은 적어도 하나의 분기로(branch)를 구비하며 평면상에 마련된다. 이때, 상기 일측의 분기로 단부 각각에 상기 광원(21a,21b,21c)이 마련된다. 이를 통해 광원에서 방출된 광은 각각의 분기로를 통해 입사되어 광 경로부(22) 내부를 진행한다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 실시예에서 광 경로부(22)의 일측은 2개의 분기로를 구비한다. 상기 분기로를 포함한 일측에는 적색 광원(R,21a)과 녹색 광원(G,21b) 및 청색 광원(B,21c)이 구비된다. 각 광원(21a,21b,21c)에서 방출된 광은 광 경로부(22) 내부에서 전반사 되어 타측의 렌즈부(25)를 향해 진행한다.

상기 광 경로부(22)의 분기로의 형태는 동일한 평면상에 마련되며 필요에 따 라 다양한 형태로 구성이 가능하다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 광 경로부(22)의 한 측으로 형성되어 ㅛ자 형을 이룰 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 투사 표시 장치를 보여주는 사시도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 투사 표시 장치(70)에서 광 경로부(22)는 일측에서 가지가 뻗어나간 형태를 이룰 수 있다. 또한 광 경로부의 형태는 본 실시예에 한정되지 아니하며, 다양한 변형이 가능하다.

그리고, 광 경로부(22)의 단면은 원, 반원, 삼각형, 다각형 등으로 제작될 수 있다.

상기 렌즈부(25)는 상기 광 경로부(22)에서 균일하게 혼합된 광을 평행하게 출사한다. 이를 통해 스캐닝부(26)로 향하는 광을 집속한다. 즉, 바람직하게는 상기 렌즈는 콜리메이트(collimate)이다.

상기 스캐닝부(26)은 상기 광을 외부의 제어신호에 따라 스캐닝하여 외부의 스크린 위로 확대 투사시킨다. 이를 위해 상기 스캐닝부(26)는 상기 광 경로부(22)와 동일 평면상에 마련되며, 상기 광의 출사부에 소정 각도로 기울어져 배치된다. 이때, 상기 스캐닝부(26)는 플랫 플레이트(flat plate) 형태로 제작하는 것이 바람직하다.

바람직하게는 상기 스캐닝부(26)는 멤스(MEMS:Micro Electro Mechanical System) 미러(mirror)를 사용한다. 이하, 주사에 이용되는 MEMS Mirror를 '마이크로 스캐닝 미러(micro scanning mirror)'라고 한다.

일반적으로, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(G) 레이저로부터 방출된 광의 세기를 입력 비디오 신호에 상응하여 조절하고 조절된 세기를 갖는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 광들을 마이크로 스캐닝 미러를 이용하여 화면에 투사한다.

즉, 레이저 다이오드에서 방출된 광을 마이크로 스캐닝 미러에 의해 주사하여 2차원 화면을 구성할 수 있다. 상기 마이크로 스캐닝 미러는 수평 방향 이미지 주사의 경우, 상기 입력되는 광을 좌측에서 우측으로 주사 동작을 수행하고 다시 우측에서 좌측으로 주사 동작을 수행한다. 그리고, 수직 방향으로 이미지 주사하는 경우, 상기 입력되는 광을 위에서 아래로 주사한 후 다시 아래에서 위로 주사하는 동작을 반복적으로 수행한다. 이를 통해 2차원의 영상이 구현된다. 상기와 같은 수평 방향 이미지 주사 동작과 수직 방향 이미지 주사 동작이 동시에 수행함으로써, 2차원 영상 구현이 가능하다.

이와 같이, 구성되는 본 발명에 따른 투사 표시 장치의 동작 방법은 다음과 같다.

도 5는 본 발명 제 1 실시예에 따른 투사 표시 장치의 작동을 보여주는 도면이다. 상기 투사 표시 장치는 광원(21a,21a,21c)에서 방출된 광을 이용하여 투사 확대된 영상을 구현한다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

적색(21a), 녹색(21b), 청색(21c) 레이저 다이오드는 각각 외부의 입력된 신호에 상응하여 레이저 광을 방출한다. 상기 방출된 레이저 광은 광 경로부(22)를 통해 내부에서 전반사 되어 마이크로 스캐닝 미러(26)를 향해 출사된다.

상기 광의 진행방향을 조정하기 위하여 상기 광 경로부(22)의 내부에는 광학 소자가 마련된다. 본원 발명에 의한 실시예에서는 다이크로익 미러(dichroic mirror)를 이용한다. 즉, 광 경로의 분기점에 제1 다이크로익 미러(23)과 제2 다이크로익 미러(24)를 마련한다.

상기 다이크로익 미러(23)는 그 특성에 따라 특정 파장의 광을 투과하거나 또는 반사하는 성질을 가진다. 이를 통해, 파장 차이를 이용하여 가시광선 영역에서 각 색을 분리할 수 있다.

즉, 상기 제1 다이크로익 미러(23)는 적색광(R)은 반사하며 청색광(B)은 투과하는 성질을 가진다. 이를 통해 적색 광원(21a)에서 방출된 광은 상기 제1 다이크로익 미러(23)에서 반사되며, 청색 광원(21c)에서 방출된 광은 상기 제1 다이크로익 미러(23)를 통과하여 같은 경로로 진행한다.

또한, 상기 제2 다이크로익 미러(24)는 녹색광(G)은 반사하며 적색광(R)과 청색광(B)은 투과하는 성질을 가진다. 이를 통해 적색광(R)과 청색광(B)은 상기 제2 다이크로익 미러(24)를 투과하여, 반사된 녹색광(G)과 같은 경로로 진행한다.

이때, 상기 광 경로부(22) 내부에서 상기 광은 전반사 되어 진행한다. 이를 통해 상기 동일한 경로로 진행하는 광은 균일하게 혼합된다.

상기 혼합된 광은 콜리메이터(Collomater)와 같은 렌즈(25)를 통과하여 마이크로 스캐닝 미러(26)로 입사된다.

상기 마이크로 스캐닝 미러(26)는 입사되는 광을 상하 방향과 좌우 방향으로 스캐닝하여 확대된 영상을 외부의 스크린으로 출사한다. 이때, 출사되는 광은 스크린과의 이격거리가 제한되지 않는다. 즉, 종래의 투사렌즈를 이용하는 경우, 투사렌즈에 의해 초점이 맞는 결상면에 스크린이 위치하는 경우에만 선명한 화상을 볼 수 있다. 즉, 스크린과의 거리에 제한이 있었다. 그러나 본 발명에서와 같이 스캐닝 방식을 이용하는 경우에는 스크린의 이격 거리에 상관없이 거리가 멀어질 수록 점차 크게 확대되는 영상을 볼 수 있다.

도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 투사 표시 장치를 포함하는 칩을 도시한 사시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 의한 투사 표시 장치를 구비한 칩(Chip,100)은 사용의 편의를 위하여 투사 표시 장치(100)를 동일 평면상에 구비한 보드(51)와 상기 보드(51)에 결합되어 구동회로를 연결하는 연결 단자(52)를 포함한다.

이때 상기 칩(Chip)의 보드 상에 마련되는 투사 표시 장치는 상기한 투사 표시 장치와 동일한바 이하에서는 생략한다.

상기 투사 표시 장치를 구동하는 구동 회로는 상기 보드(51)에 마련된다. 그리고 상기 구동회로는 연결단자(52)에 의하여, 필요한 구동 회로(미도시)로 간편하게 연결될 수 있도록 한다.

그리고, 본 발명의 광학 시스템의 구성을 최적화하기 위해서, 투사 표시 장치의 구동 회로는 투사 표시 장치의 하부에 마련되어 상기 보드에 배치되는 것이 바람직하다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 투사 표시 장치는 3차원의 공간으로 구성되 었던 종래의 광학적 구성을 단순화하고 하나의 패키지 형태로 구현함으로써 소형화 및 경량화가 가능한 장점이 있다.

또한, 스캐닝 방식을 이용하여 스크린의 거리에 상관없이 어디에서든지 간편하게 확대영상을 구현하여 감상할 수 있는 장점이 있다.

또한, 칩의 형태로 구성되어 휴대용 단말기에 적용이 용이하며, 제작된 칩의 오류에 대한 검증도 용이한 장점이 있다.

따라서, 본 발명의 투사 표시 장치는 소형화 및 경량화가 가능하고, 모바일 폰 등 휴대용 기기들에 적용이 가능할 뿐만 아니라 필요에 따라 다양한 설계가 가능하므로 응용 분야가 넓다.

Claims (8)

1. 하나 이상의 광을 발생하는 광원;

   하나의 몸체에서 다수의 분기로(branch)가 형성되고, 상기 형성된 분기로들을 통해 입사된 각각의 광들을 혼합하는 광 경로부;

   상기 광 경로부를 통과한 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이팅(Collimating) 렌즈; 및

   상기 콜리메이팅 렌즈를 통과한 광을 주사(scanning)하여 영상을 구현하는 플랫 플레이트 형태의 스캐닝부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 투사 표시 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 광원은,

   입력받은 외부 신호에 상응하여 온(On)과 오프(Off)를 반복하는 것을 특징으로 하는 투사 표시 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 광원은,

   레이저 다이오드(LD), 발광 다이오드(LED), 유기 전계 발광 소자(OLED) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 투사 표시 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 광 경로부는,

   내부가 공기 또는 진공인 중공형 부재(hollow type member)이거나 또는 유리(bulky glass)로 형성된 로드 렌즈 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 투사 표시 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 스캐닝부는,

   상하 방향과 좌우 방향을 동시에 스캐닝하여 2차원의 확대 영상을 구현하는 것을 특징으로 하는 투사 표시 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 광 경로부는,

   상기 분기로들 각각의 서로 다른 말단은 상기 광원과 연결되고,

   상기 분기로들의 공통된 타측 말단은 상기 콜리메이팅 렌즈와 연결되는 것을 특징으로 하는 투사 표시 장치.
7. 상면에 투사 표시 장치를 구비한 보드와;

   상기 보드에 결합되어 구동회로를 연결하는 연결 단자;를 포함하되,

   상기 투사 표시 장치는,

   하나 이상의 광을 발생하는 광원;

   하나의 몸체에서 다수의 분기로(branch)가 형성되고, 상기 형성된 분기로들을 통해 입사된 각각의 광들을 혼합하는 광 경로부;

   상기 광 경로부를 통과한 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이팅(Collimating) 렌즈; 및

   상기 콜리메이팅 렌즈를 통과한 광을 주사(scanning)하여 영상을 구현하는 플랫 플레이트 형태의 스캐닝부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 투사 표시 장치를 구비한 칩(Chip).
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