KR101175655B1 - 프로젝션 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는 PDLCoS 디스플레이를 이용함으로써 내구성이 우수하면서도 제조비용이 저렴한 프로젝션 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 과제는 PDLCoS에서 반사된 광 및 산란된 광 중 어느 하나가 스크린에 집중 투사되어 화이트 영역을 형성하도록 함으로써 화면의 대비비가 향상된 프로젝션 시스템을 제공하는 것이다.
이를 위해 본 발명은 광원; 하부 실리콘 기판과, 상기 하부 실리콘 기판과 대향하며 이격하여 배치되는 상부 투광성 기판, 상기 하부 실리콘 기판과 상기 상부 투광성 기판 사이에 배치되며 상기 하부 실리콘 기판과 접하는 고분자층 및 상기 고분자층 상에 배치되는 고분자 분산형 액정(PDLC) 층을 포함하는 액정구조물을 포함하여 이루어지며, 상기 광원에서 투사된 빛을 반사 및 산란시키는 고분자 분산형 액정 실리콘 디스플레이; 그리고, 상기 광원과 고분자 분산형 액정 실리콘 디스플레이 사이에 경사지게 설치되어 광원에서 조사된 광은 투과시키고, 상기 고분자 분산형 액정 실리콘 디스플레이에서 반사 및 산란되어 입사되는 광은 반사시켜 스크린에 투사하는 반사 미러를 포함하여 이루어지는 프로젝션 시스템을 제공한다.

Description

프로젝션 시스템{Projection System}
본 발명은 프로젝션 시스템에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 고분자 분산형 액정 실리콘 디스플레이(Polymer Dispersed Liquid Crystal on Silicon Display)를 이용하는 프로젝션 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 프로젝션 시스템은 내부의 소형 디스플레이에 구현된 소화상을 투사렌즈를 통하여 스크린에 확대하여 투사함으로써 대화면의 화상을 표시하게 된다. 이러한 프로젝터는 스크린의 전면에 화상이 투사되는 전면 투사방식과 스크린의 후면에 화상이 투사되는 후면 투사방식으로 대별되며, 후면 투사방식의 대표적인 예로서 프로젝션 TV(Television)가 있다.
프로젝션 시스템에서 소형의 영상을 제공하는 디스플레이로는 음극선관과 마이크로 디스플레이 패널(Micro Display Panel)이 이용되고 있으며, 최근 사용되는 마이크로 디스플레이 패널로는 반사형 표시소자(LCoS, Liquid Crystal on Silicon, 이하 LCoS로 약칭함)와, MEMS(Micro Electro Mechanical System)소자를 이용한 DLP(Digital Light Processing) 등이 있다.
상기 반사형 표시소자인 LCoS는 통상의 액정 표시소자와 달리 액정 물질을 반도체 기판과 투명 기판 사이에 주입한 것으로 픽셀의 구성요소와 스위칭 회로를 고집적으로 배치할 수 있어 대략 1인치 정도의 소형 크기로도 XGA급 이상의 고해상도를 구현할 수 있으므로 프로젝션 시스템에 많이 적용되고 있다.
하지만, 상기 LCoS는 상기 반도체 기판상에 구동 트랜지스터를 포함하는 LSI 회로층에 대하여 CMOS 공정기술을 적용하여 형성할 수 있는 장점이 있지만, 통상의 액정 표시소자에서와 같이 상기 반도체 기판과 투명 기판 사이에 액정층을 형성하여야 한다. 즉, 종래의 액정층을 사용하는 경우에는 편광층을 적용해야 하기 때문에, 상기 반도체 기판의 표시소자로 입사하는 광의 약 70 ~ 80%가 손실되어 광 이용 효율이 극히 낮다는 단점이 있다.
또한, 상기 DLP와 같이 MEMS 소자를 이용하는 기술은 소자의 구조가 복잡하고 수율이 낮아 제조비용이 고가라는 단점이 있으며, 우수한 내 충격성이 요구되는 휴대용 프로젝터에 적용되기 곤란하다는 단점이 있다.
본 발명의 과제는 PDLCoS 디스플레이를 이용함으로써 내구성이 우수하면서도 제조비용이 저렴한 프로젝션 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 과제는 PDLCoS에서 반사된 광 및 산란된 광 중 어느 하나가 스크린에 집중 투사되어 화이트 영역을 형성하도록 함으로써 화면의 대비비가 향상된 프로젝션 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은 광원; 하부 실리콘 기판과, 상기 하부 실리콘 기판과 대향하며 이격하여 배치되는 상부 투광성 기판, 상기 하부 실리콘 기판과 상기 상부 투광성 기판 사이에 배치되며 상기 하부 실리콘 기판과 접하는 고분자층 및 상기 고분자층 상에 배치되는 고분자 분산형 액정(PDLC) 층을 포함하는 액정구조물을 포함하여 이루어지며, 상기 광원에서 투사된 빛을 반사 및 산란시키는 고분자 분산형 액정 실리콘 디스플레이; 그리고, 상기 광원과 고분자 분산형 액정 실리콘 디스플레이 사이에 경사지게 설치되어 광원에서 조사된 광은 투과시키고, 상기 고분자 분산형 액정 실리콘 디스플레이에서 반사 및 산란되어 입사되는 광은 반사시켜 스크린에 투사하는 반사 미러를 포함하여 이루어지는 프로젝션 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 프로젝션 시스템은 PDLCoS 디스플레이를 이용하기 때문에 내구성이 우수하면서도 제조비용이 저렴한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 프로젝션 시스템은 PDLCoS에서 반사된 광 및 산란된 광 중 어느 하나가 스크린에 집중 투사되어 화이트 영역을 형성하므로 화면의 대비비가 매우 우수한 장점이 있다.
이하, 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
도 1은 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 프로젝션 시스템은 광원(100), 고분자 분산형 액정 실리콘 디스플레이(Polymer Dispersed Liquid Crystal on Silicon Display 이하, PDLCoS로 약칭함)(200), 반사 미러(300), 스크린(400)을 포함하여 이루어진다.
상기 광원(100)은 복수의 색 즉, 한 화소를 이루는 복수의 색에 대응하는 LED로 이루어질 수 있다. 예컨대, 광원(100)은 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue)의 LED로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 광원(100)은 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue)의 레이져(Laser) 광원으로 이루어질 수 있다.
상기 PDLCoS(200)는 상기 광원(100)에서 조사된 광(110)을 반사 및 산란시킨다. 상기 PDLCoS(200)는 종래 LCoS의 액정층을 고분자층 및 고분자 분산형 액정(이하, PDLC로 약칭함) 층을 포함하는 액정 구조물로 대체한다. 종래의 LCoS의 경우 액정층과 접하는 반도체 기판 및 투명 전극에 액정의 배향막을 구비하고 있다. 상기 LCoS의 배향막 제조 공정은, 배향막이 형성되는 상기 반도체 기판 및 투명 전극의 면적이 작아서 상기 배향막을 형성하는 공정의 생산성이 낮고 또 불량률도 높았으며, 이것이 LCoS의 제조 비용을 상승시킨다고 발명자는 판단하였다. 이에 대해, 발명자는 종래의 액정층 대신 PDLC 층을 적용함으로써, 종래의 배향막을 생략할 수 있을 것으로 판단하였다. 이러한 PDLCoS(200)는 종래의 LCoS와 달리, 편광막을 제거할 수 있으므로, 입사하는 광의 손실을 막을 수 있어서 표시장치의 휘도를 증가 시킬 수 있고 전체 표시 소자의 구조가 단순해지는 장점이 있다.
도 2는 본 발명에 따른 PDLCoS의 개략적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 PDLCoS(200)는 하부 실리콘 기판(210), 하부 실리콘 기판(210)과 대향하여 배치되는 상부 투광성 기판(230) 및 하부 실리콘 기판(210)과 상부 투광성 기판(230) 사이에 배치되는 액정 구조물(220)을 포함하여 이루어진다.
상기 하부 실리콘 기판(210)은 실리콘 기판 내에 형성되는 회로층(211), 회로층 상의 반사층(212) 및 보호막층(213)을 포함하여 이루어진다. 상기 하부 실리콘 기판(20)은 실리콘 재질로 이루어지므로 상기 회로층(210), 반사층(220) 및 보호막층(230)은 실리콘 상의 CMOS 집적회로 기술을 통해 형성된다.
상기 회로층(211)은 PDLCoS(200)를 작동시키는 각종 구동 회로 및 구동 화소들를 포함한다. 이러한 회로층(211)은 전도성 박막 및 절연성 박막을 형성하고 이를 각각 패터닝하여 형성되는 다층 구조의 집적 회로 구조를 가질 수 있다. 상기 반사층(212)은 외부로부터 입사되는 광을 회로층(211)의 신호에 따른 상기 구동 화소의 동작때마다 반사하여, 외부로 방출시킬 수 있다. 이러한 반사층(212)은 광을 반사시킬 수 있는 금속 박막일 수 있으며, 일례로서 알루미늄, 텅스텐, 은 등의 금속일 수 있지만 이에 한정되지는 않는다.
상기 보호막층(213)은 반사층(212) 상에 형성되며, 반사층(212)과 후술하는 액정 구조물과의 사이에서 반사층(212)의 손상을 방지하는 기능을 한다. 이러한 보호막층(213)은 산화물 또는 질화물로부터 형성될 수 있다.
상기 상부 투광성 기판(230)은 상부 기판층(231) 및 투명 전극층(232)을 포함하여 이루어진다. 상기 상부 기판층(231)은 투광성 재질로 이루어지며, 구체적으로 1000 내지 7000 um 두께의 유리 또는 폴리에스테르설폰, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리스타이렌 등과 같은 유연성 고분자 재질로 이루어질 수 있다. 이러한 상기 상부 기판층(310)은 외부로부터 입사되는 광과 반사층(212)으로부터 반사된 광을 투과시키는 역할을 한다. 상기 투명 전극층(232)은 투명 전도성 물질로 이루어질 수 있으며, 일례로서 인듐 주석 산화물 (indium tin oxide, ITO) 또는 인듐 아연 산화물 (indium zinc oxide, IZO) 등으로 이루어질 수 있다. 투명 전극층(232)은 10 내지 200 nm의 두께로 형성될 수 있다.
상기 액정 구조물(220)은 고분자층(221) 및 PDLC층(222)을 포함하여 이루어진다. 상기 고분자층(221) 및 PDLC층(222)은 액정 및 고분자를 포함하는 고분자 액정 분산 조성물을 제공하고 이를 경화시킴으로써 형성될 수 있다. 이때, 고분자층(221) 및 PDLC층(222)은 경화 공정 조건에 따라 상기 고분자 액정 분산 조성물로부터 각각 별도로 분리되어 형성될 수 있다.
종래의 LCoS 구조에서는 하부 실리콘 기판(210)과의 계면에 소정의 액정 방울이 불안정한 형태, 일례로서, 구형이 아닌 반구형 등의 형태로 존재함으로써 LCoS로 입사된 광의 불안정한 산란 및 투과를 야기시켰다. 하지만, 상기 고분자층(221)이 하부 실리콘 기판(210)과 PDLC층(222) 사이에 배치되어 실리콘 기판(210)과의 계면에 PDLC층(222)의 액정이 존재하는 것을 방지할 수 있어, 입사된 광의 산란 및 투과 특성을 향상시킬 수 있다. 이러한 고분자층(221)은 상기 고분자 액정 분산 조성물로부터 형성되어 PDLC층(222)의 고분자 기지와 연속적인 상으로서 존재하는 것으로서, PDLC층(222)의 고분자 기지와 동일한 굴절율을 보유할 수 있다.
상기 PDLC층(222)은 고분자 기지(222a) 내에 액정(222b)이 분산된 형상으로 존재한다. 고분자 기지(222a)로 적용되는 고분자는 2이상의 작용기를 가지는 다관성능 희석제, 가교제 및 광개시제를 포함할 수 있다. 또한, 상기 고분자 기지(222a)로 적용되는 고분자는 폴리스타이렌(Poly Styrene), 폴리에틸렌(Poly Ethylene), 폴리우레탄(Poly Urethane), 폴리염화비닐(Poly chloride Vinyl), 폴리메틸메타아크릴레이트(Poly Methl Methane Acrylate), 폴리카보네이트 에폭시수지(Poly Carbonate Epoxy Resin), 폴리비닐아크릴레이트(Poly Vinyl Acrylate) 등 일 수 있다.
상술한 PDLC층(222)은 광의 산란과 투과 작용을 할 수 있다. 이로서, 종래의 액정층을 대신하여 PDLC층(222)을 채용함으로써, 편광막과 배향막을 사용하지 않게 되어 표시 장치의 구조를 단순화하고 표시장치의 휘도를 증가시킬 수 있다.
상기 반사 미러(300)는 상기 광원(100)과 PDLCoS(200) 사이에 경사지게 설치되어 광원(100)에서 조사된 광(110)은 투과시키고, 상기 PDLCoS(200)에서 반사된 광(120)과 산란된 광(130)은 반사시켜 스크린(400)으로 안내한다. 즉, 상기 반사 미러(300)는 광원(100)에서 조사되어 입사되는 광(110)을 모두 투과시켜 PDLCoS(200)로 향하도록 하고, 상기 PDLCoS(200)에서 반사 및 산란되어 입사되는 광(120,130)은 반사시켜 스크린(400)으로 투사시킨다. 이러한 반사 미러(300)로는 편광기술을 응용해 특정 빛은 내보내고, 특정 빛은 연속적으로 반사시켜 빛의 결손 없이 최대한 빛을 사용할 수 있도록 해 주는 반사형 편광필름 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 반사 미러(300)로는 반사형 프로젝션 시스템에 많이 사용되는 PBS(Polarized Beam Splitter: PBS) 등이 사용될 수 있다.
하지만, 이와 같이 상기 PDLCoS(200)에서 반사 및 산란된 광(120,130)이 반사 미러(300)에서 반사되어 스크린(400)에 모두 투사되면 화면의 대비비가 떨어지는 현상이 발생할 수 있다.
좀더 상세히 설명하면, 도 1과 같이 광(100)이 PDLCoS(200) 표면에 대해 수직으로 입사하는 경우 PDLCoS(200)에서 반사되는 광(120)이 투사되는 스크린 영역과 산란광(130)이 투사되는 스크린 영역의 밝기 차이에 따라 PDLCoS(200)에서 반사된 광(120)이 투사되는 영역이 화이트영역으로 표시되며, 산란광(130)이 투사되는 영역이 블랙영역으로 표시된다. 또한, 반사광 영역과 산란광 영역의 중간 전압 영역이 전압 수준에 따라 중간 그레이 영역으로 표현된다. 하지만, PDLCoS(200)에서 반사되는 광(120)과 산란되는 광(130)이 모두 스크린(400)에 투사되면 화이트 영역과 블랙 영역이 중첩되는 결과를 가져오므로 휘도는 증가할지 모르지만 결국 화면의 대비비가 크게 떨어지는 현상이 발생하게 된다. 따라서, 가능한 PDLCoS(200)의 표면에서 반사 및 산란되는 광(120,130) 중 하나만이 스크린(400)에 투사되어 화이트 영역을 표시하도록 함이 바람직하다.
이를 위해 PDLCoS(200)와 스크린(400) 사이에는 산란광(130)의 일부를 스크린(400)에 투사되지 못하도록 반사시키는 보조 반사판(500)이 설치됨이 바람직하 다. 상기 보조 반사판(500)은 표면에 대해 수직으로 입사하는 광은 투과시키고 일정 각도 경사지게 입사되는 광은 반사시키도록 형성된다. 따라서 상기 보조 반사판(500)이 설치되면 스크린(400)에 대해 거의 수직으로 입사하는 반사광(120)은 보조 반사판(500)을 투과하여 스크린(400)에 투사되고, 대부분이 스크린(400)에 대해 일정 각도 경사지게 입사하는 산란광(130)은 보조 반사판(500)에서 반사되어 스크린(400)에 투사되지 못한다. 결국, 상기 보조 반사판(500)에 의해 산란광(130)의 대부분은 스크린(400)에 투사되지 못하고, 반사광(120)이 주로 투사되어지므로 화면의 대비비가 향상되게 된다.
물론, PDLCoS(200)에서 산란된 광(130) 중 일부는 반사광(120)과 동일하게 스크린(400)에 수직에 가깝게 입사하기 때문에 반사광(120)과 함께 보조 반사판(500)을 투과하여 스크린(400)에 투사되지만 산란광(130)의 일부만이 스크린(140)에 투사되어 지므로 산란광(130)과 반사광(120) 대부분이 스크린(400)에 투사되는 경우에 비해 화면의 대비비가 향상된다.
또한, 상기 PDLCoS(200)와 스크린(400) 사이에는 상기 보조 반사판(500)을 대신하여 산란광(130)의 일부를 스크린(400)에 투사되지 못하도록 흡수하는 보조물(미도시)이 설치될 수 있다. 상기 보조물은 반사광(120)은 투과시키고 산란광(130)은 흡수하여 산란광(130)이 스크린(400)에 투사되지 못하게 함으로써 화면의 대비비를 향상시킨다. 이러한 보조물은 광 흡수 잉크와 같은 물질이 코팅된 평판 플레이트 형태로 제작될 수 있으며, 표면에는 반사광(120)만을 선택적으로 통과시키기 위한 관통공이 형성될 수 있다.
이와 같이 상기 PDLCoS(200)와 스크린(400) 사이에 보조 반사판(500) 또는 보조물(미도시) 등과 같은 산란광(130)의 적어도 일부를 제거하기 위한 장치가 설치되면 스크린(400)에는 반사광(120)이 주로 투사되어져 화면의 대비비가 향상되어진다.
도 3은 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 다른 실시예는 광원(100)에서 조사된 광(110)이 PDLCoS(200) 표면에 대해 특정 각을 이루며 입사되도록 구성한다. 이를 위해 상기 광원(100)은 필요에 따라 위치 조절이 가능하도록 모터(미도시)와 같은 구동장치와 연결되도록 구성됨이 바람직하다.
이와 같이 광원(100)의 위치를 조절하여 광원(100)에서 조사된 광(110)이 반사 미러(300)를 투과하여 PDLCoS(200) 표면에 경사지게 입사되도록 하면 산란광(130)만이 반사 미러(300)에 의해 반사되어 스크린(400)에 투사된다.
좀더 상세히 설명하면, 광원(100)에서 조사된 광(110)이 PDLCoS(200) 표면에 특정 각을 이루며 입사되면, PDLCoS(200)에서 반사된 광(120)은 PDLCoS(200) 표면에 대해 일정 각도를 가지고 반사되어 반사 미러(300)로 입사되지 않고 스크린(400)과 반사 미러(300) 사이의 경로를 통해 스크린(400) 외부로 빠져 나기가 때문에 스크린(400)에는 반사광(120)이 투사되지 않는다. 따라서 스크린(400)에는 PDLCoS(200)에서 산란된 광(130)만이 투사되므로 스크린(400)에는 산란광(130)에 의해서만 화이트 영역이 표시되어져 화면의 대비비가 향상되게 된다.
이와 같이 광(110)이 PDLCoS(200) 표면에 대해 특정 각을 이루며 입사되도록 구성하면 산란광(130)만이 스크린(400)에 투사되므로 스크린(400)에 반사광(120)과 일부 산란광(130)이 투사되어 지는 도 1의 프로젝션 시스템에 비해 화면의 대비비가 향상된 프로젝션 시스템을 얻을 수 있다. 물론, 도 1에 도시된 프로젝션 시스템은 도 3의 프로젝션 시스템에 비해 화면의 대비비는 떨어지지만 반사광(120)과 일부 산란광(130)이 함께 스크린(400)에 투사되어지므로 휘도측면에서는 오히려 고휘도를 제공할 수 있다. 따라서 고휘도가 요구될 때는 도 1의 프로젝션 시스템이 사용될 수 있으며, 화면의 대비비를 향상시킬 필요가 있을 경우에는 도 3의 프로젝션 시스템이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 프로젝션 시스템에서 구동장치를 이용해 광원(100)의 위치를 조절하고, 보조 반사판(500) 또는 보조물과 같은 장치를 제거하면 도 3과 같은 프로젝션 시스템이 구성될 수 있다.
한편, 광이 PDLCoS(200) 표면에 경사지게 입사하도록 하기 위해 도 3과 같이 광원(100)의 위치를 조절하지 않고 PDLCoS(200) 또는 반사 미러(300)의 위치 또는 경사각도를 조절하는 것도 가능하다.
이상에서 상세히 설명된 본 발명은 그 범위가 전술된 바에 한하지 않고, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 용이하게 변경 또는 치환할 수 있는 것이 본 발명의 범위에 해당함은 물론이고, 그 균등물 또한 본 발명의 범위에 포함된다.
도 1은 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 PDLCoS의 개략적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

Claims (7)

  1. 광원;
    하부 실리콘 기판과, 상기 하부 실리콘 기판과 대향하며 이격하여 배치되는 상부 투광성 기판, 상기 하부 실리콘 기판과 상기 상부 투광성 기판 사이에 배치되며 상기 하부 실리콘 기판과 접하는 고분자층 및 상기 고분자층 상에 배치되는 고분자 분산형 액정(PDLC) 층을 포함하는 액정구조물을 포함하여 이루어지며, 상기 광원에서 투사된 빛을 반사 및 산란시키는 고분자 분산형 액정 실리콘 디스플레이;
    상기 광원과 고분자 분산형 액정 실리콘 디스플레이 사이에 경사지게 설치되어 광원에서 조사된 광은 투과시키고, 상기 고분자 분산형 액정 실리콘 디스플레이에서 반사 및 산란되어 입사되는 광은 반사시켜 스크린에 투사하는 반사 미러; 그리고,
    상기 고분자 분산형 액정 실리콘 디스플레이와 스크린 사이에 설치되어 상기 고분자 분산형 액정 실리콘 디스플레이의 표면에 수직하게 입사되어 산란되는 광의 일부를 반사시키는 보조 반사판을 포함하여 이루어지는 프로젝션 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 광원은 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue)의 LED로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 광원은 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue)의 레이져(Laser) 광원으 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 하부 실리콘 기판은 표시소자를 작동시키는 구동 회로를 포함하는 회로층과, 상기 회로층 상에 배치되고 외부로부터 입사하는 광을 반사하는 반사층과, 상기 반사층 상에 위치하여 상기 반사층의 손상을 방지하는 보호막층을 포함하여 이루어지는 프로젝션 시스템.
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