KR101461959B1 - 스캐닝 디스플레이 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스캐닝 디스플레이에 관한 것으로 특히, 디스플레이의 조립성을 향상시킬 수 있는 스캐닝 디스플레이에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 스캐닝 디스플레이에 있어서, 프레임에 결합되어 고정 설치되는 광원과; 상기 광원의 일측의 프레임에 정렬되어 고정되는 정렬 보조 형상을 가지는 렌즈부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

스캐너, 광원, 렌즈, 자유도, 프레임.

Description

스캐닝 디스플레이{Scanning display}

본 발명은 스캐닝 디스플레이에 관한 것으로 특히, 디스플레이의 조립성을 향상시킬 수 있는 스캐닝 디스플레이에 관한 것이다.

스캐닝 디스플레이(laser scanning display)는 미러를 이용하여 광원을 화면에 주사하여 디스플레이하는 장치로서, 광을 수평 및 수직 방향으로 또는 수직 및 수평 방향으로 각각 주사한다.

최근 시스템의 소형화, 고해상도, 신뢰성 향상 및 재료비를 고려하여 멤스(MEMS) 미러(mirror)를 이용하고 있다.

현재 개발중인 마이크로 스캐닝 미러는 수평 방향 주사시, 힌지(hinge)의 스프링-댐퍼(spring-damper) 특성에 의거한 공진 주파수(resonance frequency)에 맞추어 작동한다.

마이크로 스캐닝 미러를 공진 주파수로 구동시킴으로써 보다 적은 에너지로 많은 주사 각도를 구현할 수 있다. 이때, 공진 주파수는 주사되는 화면의 수평 동기 주파수와 일치하도록 설계된다. 또한, 수직 방향으로도 마이크로 스캐닝 미러를 작동하여 화면을 주사할 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 스캐닝 디스플레이의 광원 및 렌즈의 정렬에 있어서, 렌즈의 조절만을 통해 정렬이 이루어지도록 함으로써, 디스플레이의 부품 및 조정 자유도의 최소화를 달성할 수 있어, 조립성 및 양산성을 향상시킬 수 있는 스캐닝 디스플레이를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 스캐닝 디스플레이에 있어서, 프레임에 결합되어 고정 설치되는 광원과; 상기 광원의 일측의 프레임에 정렬되어 고정되는 정렬 보조 형상을 가지는 렌즈부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 스캐닝 디스플레이에 있어서, 프레임에 결합되어 고정 설치되는 적색, 녹색, 및 청색 광원과; 상기 각각의 광원의 일측의 프레임에 정렬되어 고정되는 정렬 보조 형상을 가지는 렌즈부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제3관점으로서, 본 발명은, 스캐닝 디스플레이에 있어서, 프레임에 결합되어 고정 설치되는 적색, 녹색, 및 청색 광원과; 상기 각각의 광원의 일측의 프레임에 정렬되어 고정되는 정렬 보조 형상을 가지는 렌즈 홀더와; 상기 렌즈 홀더에 결합되는 콜리메이팅 렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.

디스플레이의 광원은 프레임에 고정되고, 각각의 렌즈만 광원에 대하여 정렬하면 광원과 렌즈의 정렬이 이루어지므로 총 18 자유도를 가지게 되며, 정렬을 위한 시간과 장비가 매우 축소될 수 있다.

즉, 렌즈의 평행광을 만들기 위한 작용(collimation)과 정렬(alignment)가 동시에 수행될 수 있고, 이러한 경우 광원과 렌즈 어셈블리를 다시 정렬할 필요가 없으므로 조정 자유도의 최소화를 달성할 수 있다.

이와 같이, 조정 자유도의 최소화에 의한 정렬 시간 및 장비의 축소화의 장점이 극대화될 수 있고, 디스플레이의 부품 및 조정 자유도의 최소화를 달성할 수 있어, 조립성 및 양산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.

제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및 /또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.

도 1에서 도시하는 바와 같이, MEMS 스캐너를 이용하는 디스플레이(100)는 레이저 광을 이용하여 생성하는 이미지를 스캐너를 이용하여 스크린(200)에 수평 라인마다 왕복하여 주사하여 한 화면을 구성하고, 일정한 라인만큼(즉, 한 화면)의 주사가 완료되면 다시 처음 라인의 위치로 돌아가 다음 화면을 디스플레이하는 스캐닝(Scanning) 방식을 이용한다.

이러한 디스플레이(100)는, 도 2에서와 같이, 레이저 광을 이용하여 이미지를 생성하여 출사하는 광학계(10)와, 이 광학계(10)에서 출사된 이미지를 스캐너(30)로 반사시키는 미러(20)와, 이 미러(20)를 통해 반사된 이미지를 수평/수직으로 반사하여 스크린(200)에 영상을 투사하는 스캐너(30)를 포함하여 구성된다.

광학계(10)의 구성은 도 3에서 도시하는 바와 같이, 광원(11)과, 평행광 변환부(12) 및 색합성부(13)를 포함하여 구성된다.

광원(11)은 적색, 녹색, 및 청색의 광원(11a, 11b, 11c)으로 이루어질 수 있으며, 이러한 광원은 레이저 다이오드(LD)가 이용될 수 있으며, 그 외에 발광 다이오드(LED)가 이용될 수도 있다.

평행광 변환부(12)는 광원(11)으로부터 출사된 광을 평행광으로 변환하고, 적색, 녹색, 및 청색 광을 평행광으로 변조하기 위하여 제1 내지 제3콜리메이팅 렌즈(12a, 12b, 12c)를 구비할 수 있다.

이와 같이 평행광으로 변환된 적색, 녹색, 및 청색 광은 색합성부(13)에서 서로 합성되어 화상을 구현하기 위한 색상으로 합성된다.

그런데, 이러한 광의 진행 과정에서 광원(11), 평행광 변환부(12), 및 색합성부(13), 그리고 여기에 부가되는 미러의 정렬 과정을 필요로 한다.

이는 상술한 바와 같이, 광원(11)은 적색, 녹색, 및 청색의 3색의 광원을 사용하게 되므로, 도 4에서와 같이, 공정상 공차로 인해 각 색상의 광원에 의한 화상의 정렬이 어긋나는 상황이 발생할 수 있기 때문이다.

<제1실시예>

상술한 광학계에서, 각각의 광원(11)과 평행광 변환부(12)를 이루는 각각의 렌즈는, 도 5에서와 같이, 먼저, 각 색상별로 서로 정렬되어 어셈블리(40)를 이루어 일체로 고정된 후, 이 어셈블리(40)가 다시 광축에 대하여 정렬되는 과정을 거친다.

즉, 어셈블리(40)를 설치하는 과정에서, 적색광을 예를 들면, 광원(11a) 및 렌즈(12a) 중 어느 하나는 고정될 수 있으며, 이 고정된 나머지 하나는 고정된 부품에 대하여 정렬되는 과정이 일차적으로 수행되어 어셈블리(40)가 고정되고, 이와 같이 어셈블리(40)가 고정된 이후에는 이 어셈블리(40) 자체를 광축에 대하여 다시 정렬하는 과정을 거치게 된다.

이때, 광원(11a)이 어셈블리(40)에 먼저 고정되는 경우를 예로 들면, 렌즈(12a)를 정렬하는 과정에서 위치이동을 위한 3 자유도를 가지고, 이 렌즈(12a)의 각도조절을 위한 3 자유도를 가지게 되어, 총 6 자유도를 가지게 된다(만일, 렌즈(12a)가 광축에 대하여 대칭성을 가진다면 총 5 자유도를 가지게 된다.).

또한, 이러한 어셈블리(40)가 설치된 이후, 이 어셈블리(40) 자체를 광축에 대하여 정렬하는 과정에서 다시 6 자유도를 가지게 된다.

따라서 총 12 자유도를 가지게 되고, 이러한 광원과 렌즈는 적색, 녹색, 및 청색의 3색이 필요하므로, 결국 36 자유도를 가지게 된다.

<제2실시예>

제1실시예에서와 같이 36 자유도를 가지는 요소들을 정렬하는 과정에서 많은 시간과 장비가 소요될 수 있다. 이하, 본 제2실시예에서는 자유도를 줄일 수 있는 실시예를 설명한다.

본 실시예에서는, 도 6에서와 같이, 스캐닝 디스플레이의 각각의 광원(110; 111, 112, 113)은 디스플레이의 프레임(300)에 고정되고, 각각의 렌즈(120; 121, 122, 123)는 렌즈 홀더(130)에 고정되어 각 광원(110)의 일측에 정렬되어 고정되게 된다.

이와 같이, 광원(110)은 프레임(300)에 고정되고, 각각의 렌즈(120)만 렌즈 홀더(130)의 정렬에 의하여 광원(110)에 대하여 정렬하면 광원(110)과 렌즈(120)의 정렬이 이루어지므로 총 18 자유도를 가지게 되며, 정렬을 위한 시간과 장비가 매우 축소될 수 있다.

즉, 렌즈(120)의 평행광을 만들기 위한 작용(collimation)과 정렬(alignment)가 동시에 수행될 수 있고, 이러한 경우, 제1실시예와 달리, 광원과 렌즈 어셈블리를 다시 정렬할 필요가 없으므로 조정 자유도의 최소화를 달성할 수 있다.

이때, 광원(110)과 렌즈(120)가 광축에 대한 대칭성이 있다면 자유도가 그만 큼 축소될 수 있으며, 이는 광원(110)과 렌즈(120)의 특성에 따라 결정될 수 있다.

이러한 과정에서 렌즈(120)를 통해 투사되는 빔 스폿의 품질을 저하될 수도 있으나, 이러한 품질 저하는 인간의 눈으로는 구분할 수 없는 정도이므로, 전체 디스플레이 관점에서는 문제되지 않으며, 오히려 조정 자유도의 최소화에 의한 정렬 시간 및 장비의 축소화의 장점이 극대화될 수 있다.

도 7에서 도시하는 바와 같이, 렌즈 홀더(130)에는 렌즈(120)가 결합되어 렌즈 일측의 프레임(300)에 고정되게 되는데, 이러한 렌즈 홀더(130)에는 프레임(300)에 접촉하여 본딩하기 위한 제1접촉부(131)와 제2접촉부(132)가 형성되고, 렌즈 홀더(130)를 잡아서 정렬하기 위한 외부의 정렬수단 즉, 지그 또는 액츄에이터와 같은 기구의 척(chuck)을 이용하여 렌즈 홀더(130)를 잡기 위한 홀딩부(133)가 구비될 수 있다.

이러한 제1접촉부(131)와 제2접촉부(132)는 프레임(300)에 효과적으로 접촉하여 고정되기 위하여 서로 대향하는 위치에 형성될 수 있다.

한편, 이러한 렌즈(120)를 프레임(300)에 정렬하여 고정하기 위한 정렬 보조 형상은 렌즈(120)에 직접 형성될 수도 있다. 즉, 도 8에서와 같이, 렌즈(120) 자체에 고정을 위한 제1접촉부(124)와 제2접촉부(125)가 형성될 수 있고, 정렬을 위한 홀딩부(126)가 렌즈(120)와 함께 성형되어 제작될 수 있다.

또한, 이와 같이 렌즈(120)와 함께 렌즈(120)를 정렬하여 고정하기 위한 형상이 일체로 형성되는 경우에는 도 9에서와 같이, 그 형상이 단순화될 수도 있다.

이하, 렌즈 홀더(130)를 이용하여 렌즈(120)를 정렬하여 고정 설치하는 과정 을 설명한다. 상술한 바 있는 렌즈(120) 자체에 렌즈(120)를 정렬하여 고정 설치하기 위한 형상이 일체로 형성된 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.

먼저, 도 10에서와 같이, 광원(110)이 고정 설치된 프레임(300)에 각 렌즈(121, 122, 123)가 렌즈 홀더(130)에 결합된 상태로 정렬된다. 이때, 이러한 정렬 과정은 정렬용 지그의 척을 이용하여 렌즈 홀더(130)의 홀딩부(133)를 잡은 상태로 정밀한 정렬 과정이 이루어질 수 있다.

이와 같이 정렬이 이루어진 상태의 프레임(300)의 후면은 도 11과 같은 상태가 된다. 즉, 렌즈 홀더(130)의 제1접촉부(131)는 프레임(300)의 제1안착부(310)에 정렬되어 위치하는 상태가 된다.

이때, 제1안착부(310)는 제1접촉부(131)의 형상과 유사하게 원형으로 형성될 수 있으며, 정렬 마진이 필요하므로 제1안착부(310)는 제1접촉부(131)보다 크게 형성될 수 있다.

이와 같이 제1안착부(310)에 제1접촉부(131)가 삽입된 상태에서, 도 12에서와 같이, 제1안착부(310)에 접착제(330)를 도포하여 렌즈 홀더(130)를 일차적으로 고정시킬 수 있다.

한편, 정렬이 이루어진 상태의 프레임(300)의 전면은 도 13과 같은 상태가 되는데, 렌즈 홀더(130)의 제2접촉부(132)가 프레임(300)의 제2안착부(320)에 위치한 상태가 된다.

이때, 제1안착부(310)와 마찬가지로 정렬 마진의 확보를 위하여 제2안착부(320)는 제2접촉부(132)보다 넓거나 크게 형성될 수 있다.

이러한 상태에서, 도 14에서와 같이, 제2안착부(320)에 접착제(330)를 도포함으로써 렌즈 홀더(130)를 고정할 수 있는 것이다.

이때, 접착제(330)는 UV 본드가 이용될 수 있는데, 이는 외부에서 UV 광선을 조사할 경우에 경화되어 렌즈 홀더(130)를 견고하게 고정할 수 있고, 따라서 렌즈(120)의 위치가 고정될 수 있는 것이다.

이때, 경우에 따라, 정렬을 위하여 외부의 지그를 이용하지 않고, 스크류와 같은 정렬부(도시되지 않음)를 프레임(300)에 설치하여 미세 정렬을 수행할 수도 있다. 정렬의 자유도에 따라 정렬부의 개수는 추가될 수 있으며, 이와 같은 정렬부를 이용하여 정렬을 수행할 경우에는 별도의 접착제가 필요 없을 수도 있다.

다시 도 6을 참고하여 스캐닝 디스플레이의 작동을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 광원(110)에서 출사된 광은 콜리메이팅 렌즈(121, 122, 123; 120)에 의하여 평행광으로 변환되고, 이와 같이 평행광으로 변환된 적색, 녹색, 및 청색 광은 색합성부(140)에서 서로 합성되어 화상을 구현하기 위한 색상으로 합성된다.

이와 같이 합성된 광은 미러(150)를 거쳐서 스캐너(30)로 입사되며, 이 스캐너(160)는 외부 스크린에 입사된 이미지를 투사하여 화상을 만들어 내는 것이다.

한편, 스캐너(30)의 구체적인 일례는 도 15에서 도시되는 바와 같다. 즉, 스캐너(30)에는 상술한 레이저 광을 이용하여 생성된 이미지를 반사시키는 반사면이 형성된 미러 판(31)이 내측에 위치하고, 이 미러 판(31)의 외측에는 이 미러 판(31)을 지지하는 외부 프레임(32)이 위치한다.

이러한 미러 판(31)은 회전축 방향(제1방향; X - X')에 대하여 외부 프레 임(32)과 제1연결부(33)에 의하여 연결되고, 이 제1연결부(33)에 대하여 수직인 방향에는 제2연결부(34)에 의하여 외부 프레임(32)과 연결된다.

또한, 이러한 외부 프레임(32)의 외곽에는 미러 판(31)의 회전축 방향(X - X')에 대하여 수직방향(제2방향; Y - Y')으로 회전가능한 짐벌(gimbal; 35)이 위치하고, 이 짐벌(35)과 외부 프레임(32)은 미러 판(31)의 회전축 방향(제1방향)에 미러 판(31)을 기준으로 대칭적으로 위치하는 한 쌍의 내부 탄성 굴신 구조물(36)에 의하여 서로 연결된다.

한편, 짐벌(35)은 지지부(37)에 짐벌(35)을 기준으로 대칭적으로 위치하는 한 쌍의 외부 탄성 굴신 구조물(38)에 의하여 서로 연결된다.

따라서, 이러한 미러 판(31)은 제1방향으로 회전이 가능하고, 또한 미러 판(31)이 설치된 짐벌(35)은 제2방향으로 회전이 가능하여, 결국 미러 판(31)은 수직인 두 방향에 대하여 회전이 가능한 구조이다.

이때, 내부 탄성 굴신 구조물(36)과 외부 탄성 굴신 구조물(38)은 스캐너(30)의 구동시 복원력 토크(torque)를 제공하며, 회전축으로서 작용한다.

즉, 외부 프레임(32)은 내부 탄성 굴신 구조물(36)을 축으로 하여 회전하며, 짐벌(35)은 외부 탄성 굴신 구조물(38)을 축으로 하여 회전한다.

각 축 방향의 운동은 짐벌(35) 구조에 의해 서로 영향을 주지 않게 되어 독립적인 제어가 가능하므로 2차원 평면 내에서 임의의 각도를 갖는 스캐너(30)를 구현할 수 있게 된다.

이와 같은 스캐너(30)를 이용하면 미러 판(31)의 미소 회동에 의하여 주사되 므로, 매우 빠른 속도로 스위핑(sweeping) 하는 것이 가능하다.

상술한 바와 같이, 스캐너(30)의 미러 판(31)은 수직인 두 방향에 대하여 회전이 가능한 구조이며, 이는 각각 수평 주사 및 수직 주사에 대응하여 스캐너(30)를 구동할 수 있게 된다.

즉, 광학계(20)에서 합성된 이미지를 이용하여 스캐너(30)는 X - X' 방향의 제1방향의 축에 대하여 좌우 방향으로 주사하고, 이어 Y - Y' 방향의 제2방향의 축에 대하여 수직 방향으로 이동시킴으로써 화상을 이루게 된다.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 변형이 가능하고, 이러한 기술적 사상의 여러 실시 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.

도 1은 스캐닝 디스플레이를 나타내는 개략도이다.

도 2는 스캐닝 디스플레이의 세부를 나타내는 개략도이다.

도 3은 광학계의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 4는 광학계의 구성에 의한 화상의 구현을 나타내는 개략도이다.

도 5는 광원과 렌즈 어셈블리의 일례를 나타내는 개략도이다.

도 6은 스캐닝 디스플레이의 일례를 나타내는 평면도이다.

도 7은 렌즈 홀더의 실시예를 나타내는 사시도이다.

도 8은 렌즈 형상의 일례를 나타내는 사시도이다.

도 9는 렌즈 형상의 다른 예를 나타내는 사시도이다.

도 10은 프레임에 렌즈를 정렬하는 과정을 나타내는 분해사시도이다.

도 11 내지 도 14는 프레임에 렌즈를 정렬하여 고정하는 과정을 나타내는 사시도이다.

도 15는 스캐너의 일례를 나타내는 평면도이다.

Claims (13)

1. 스캐닝 디스플레이에 있어서,

   프레임에 결합되어 고정 설치되는 광원과;

   상기 광원의 일측의 프레임에 정렬되어 고정되는 정렬 보조 형상을 가지는 렌즈부를 포함하고,

   상기 정렬 보조 형상은,

   상기 프레임과 접촉하는 제1접촉부와;

   상기 제1접촉부와 대향 위치에 위치하여 상기 프레임과 접촉하는 제2접촉부와;

   외부에서 렌즈를 정렬하기 위한 홀딩부를 포함하여 구성되여 구성되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 디스플레이.
2. 제 1항에 있어서, 상기 렌즈부는,

   상기 정렬 보조 형상이 형성된 렌즈 홀더와;

   상기 렌즈 홀더에 결합된 콜리메이팅 렌즈를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 디스플레이.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 제1접촉부 또는 제2접촉부는 접착제에 의하여 상기 프레임에 고정되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 디스플레이.
5. 제 1항에 있어서, 상기 제1접촉부 또는 제2접촉부는, 상기 프레임에 형성된 안착부에 접촉되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 디스플레이.
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서, 상기 광원은, 적색 광원, 녹색 광원, 및 청색 광원을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 디스플레이.
8. 제 7항에 있어서, 상기 광원은, 광축 상에 설치되거나, 상기 광축에 수직 방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 디스플레이.
9. 스캐닝 디스플레이에 있어서,

   프레임에 결합되어 고정 설치되는 적색, 녹색, 및 청색 광원과;

   상기 각각의 광원의 일측의 프레임에 정렬되어 고정되는 정렬 보조 형상을 가지는 렌즈부를 포함하고,

   상기 정렬 보조 형상은,

   상기 프레임과 접촉하는 제1접촉부와;

   상기 제1접촉부와 대향 위치에 위치하여 상기 프레임과 접촉하는 제2접촉부와;

   외부에서 렌즈를 정렬하기 위한 홀딩부를 포함하여 구성되여 구성되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 디스플레이.
10. 제 9항에 있어서, 상기 적색, 녹색, 및 청색 광원의 광을 합성하는 색 합성 부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 디스플레이.
11. 제 10항에 있어서, 상기 색 합성부에 의하여 합성된 광을 스캔하여 스크린에 주사함으로써 이미지를 합성하는 스캐너를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 디스플레이.
12. 스캐닝 디스플레이에 있어서,

    프레임에 결합되어 고정 설치되는 적색, 녹색, 및 청색 광원과;

    상기 각각의 광원의 일측의 프레임에 정렬되어 고정되는 정렬 보조 형상을 가지는 렌즈 홀더와;

    상기 렌즈 홀더에 결합되는 콜리메이팅 렌즈를 포함하고,

    상기 정렬 보조 형상은,

    상기 프레임과 접촉하는 제1접촉부와;

    상기 제1접촉부와 대향 위치에 위치하여 상기 프레임과 접촉하는 제2접촉부와;

    외부에서 렌즈를 정렬하기 위한 홀딩부를 포함하여 구성되여 구성되는 것을 특징으로 하는 스캐닝 디스플레이.
13. 삭제

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