KR101648452B1 - 광 스캐너 패키지 및 그를 이용한 레이저 디스플레이 시스템 - Google Patents

Abstract

왜곡 현상을 보정하기 위한 광 스캐너 패키지 및 그를 이용한 레이저 디스플레이 시스템에 관한 것으로, 소정영역에 홈을 갖는 하우징과, 홈의 공간 내에 위치하고 하우징에 지지되어 입사광을 반사시키는 스캐닝 마이크로미러와, 스캐닝 마이크로미러로부터 소정간격을 갖도록 홈의 상부에 위치하여 하우징에 고정되고, 반사된 광의 왜곡을 보정하도록, 적어도 두개의 투과면을 가지며, 투과면에 대해 수평한 방향으로 굴절율이 달라지는 투명캡을 포함하여 구성될 수 있다.

광 스캐너, 왜곡, 투과면, 광 경로, 하우징

Description

광 스캐너 패키지 및 그를 이용한 레이저 디스플레이 시스템{light scanner package and laser display system for using the same}

본 발명은 레이저 디스플레이 시스템에 관한 것으로, 특히 왜곡 현상을 보정하기 위한 광 스캐너 패키지 및 그를 이용한 레이저 디스플레이 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 멀티미디어 사회로의 급진전과 함께, 디스플레이 화면의 대형화 및 고화질화가 요구되고 있으며, 최근에는 높은 해상도에 더하여, 자연스러운 자연색의 구현이 중요시되고 있다.

완벽한 자연색을 구현하기 위해서는 레이저와 같이 색순도가 높은 광원의 이용이 필수적인데, 레이저를 이용하여 영상을 구현하는 시스템 중의 하나가 광 스캐너를 이용한 디스플레이 시스템이다.

레이저 프로젝터 및 레이저 프로젝션 등과 같은 디스플레이 시스템은 입력받은 영상신호를 레이저 광원에서 방출되는 레이저 광을 이용하여 스크린(screen)에 투영시켜 화상을 보여주는 시스템으로서, 주로 회의실의 프리젠테이션(presentation), 극장의 영사기, 가정의 홈시어터(home theater) 등을 구현하는 데 이용된다.

일반적인 광 스캐너를 이용한 디스플레이 시스템은 레이저 광원, 광 변조부, 광학계, 광 스캐너, 영상 제어부 등을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 레이저 광원은 적색 광을 생성하는 적색 레이저, 녹색 광을 생성하는 녹색 레이저, 청색 광을 생성하는 청색 레이저를 포함한다.

레이저 광원은 생성되는 레이저 광을 광 변조부로 출사하고, 광 변조부는 영상 제어부의 영상제어신호에 따라 입사되는 레이저 광을 변조하여 회절광을 생성하여 광학계로 출사한다.

이어, 생성된 회절광은 광학계를 거쳐 광 스캐너로 전달되고, 광 스캐너는 영상 제어부의 미러제어신호에 따라 소정 각도로 미러들이 회전하면서 광을 스캐닝하여 영상을 디스플레이한다.

본 발명의 목적은 투과면에 대해 수평한 방향으로 굴절률이 달라지는 투명캡을 마이크로미러 상부에 위치시킴으로써, 전체 광학계의 크기를 줄이고, 왜곡 현상을 제거할 수 있는 광 스캐너 패키지 및 그를 이용한 레이저 디스플레이 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 마이크로미러 상부에 투명캡을 위치시켜 외부와의 접촉을 차단시킴으로써, 마이크로미러를 보호할 수 있는 광 스캐너 패키지 및 그를 이용한 레이저 디스플레이 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 광 스캐너 패키지는 소정영역에 홈을 갖는 하우징과, 홈의 공간 내에 위치하고 하우징에 지지되어 입사광을 반사시키는 스캐닝 마이크로미러와, 스캐닝 마이크로미러로부터 소정간격을 갖도록 홈의 상부에 위치하여 하우징에 고정되고, 반사된 광의 왜곡을 보정하도록, 적어도 두개의 투과면을 가지며, 투과면에 대해 수평한 방향으로 굴절율이 달라지는 투명캡을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 투명캡은 외부로부터 스캐닝 마이크로미러로 입사되는 광을 투과시 키는 제 1 투과면과, 제 1 투과면으로부터 소정간격을 갖도록 위치하고, 스캐닝 마이크로미러로부터 외부로 출사되는 광을 투과시키는 제 2 투과면을 가질 수 있다.

이때, 제 1 투과면과 제 2 투과면은 서로 평행하지 않고, 그들 사이의 물질은 모든 영역에서 굴절률이 동일한 투명 물질일 수 있다.

그리고, 제 1 투과면과 제 2 투과면 사이의 거리는 서로 마주보도록 대응되는 제 1 측 영역에서 제 2 측 영역으로 갈수록 가까워지며, 제 1 측 영역은 외부로부터 상기 스캐닝 마이크로미러로 입사되는 광의 경로상에 위치하고, 제 2 측 영역은 스캐닝 마이크로미러로부터 외부로 출사되는 광의 경로상에 위치할 수 있다.

또한, 제 1 투과면과 제 2 투과면은 서로 평행하고, 그들 사이의 물질은 제 1, 제 2 투과면에 대해 수평한 방향으로 굴절율이 달라지는 투명 물질일 수 있다.

여기서, 굴절율은 외부의 입사광이 투과되는 영역보다 외부로 출사되는 출사광이 투과되는 영역이 더 높을 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 광 스캐너 패키지를 이용한 레이저 디스플레이 시스템은 적색광, 녹색광, 및 청색광을 생성하는 광원과, 적색광, 녹색광, 청색광을 합성하는 색 합성계와, 합성된 광의 왜곡을 1차 보정하도록, 적어도 두개의 투과면을 가지며, 투과면에 대해 수평한 제 1 방향으로 굴절율이 증가하는 왜곡보정소자와, 소정영역에 홈을 갖는 하우징과, 홈의 공간 내에 위치하고 하우징에 지지되어 입사광을 반사시키는 스캐닝 마이크로미러와, 스캐닝 마이크로미러로부터 소정간격을 갖도록 홈의 상부에 위치하여 하우징에 고정되고, 반사된 광의 왜곡을 보정하도록, 적어도 두개의 투과면을 가지며, 투과면에 대해 수평한 제 1 방향으로 굴절율이 감 소하는 투명캡을 포함하여, 1차 보정된 광의 왜곡을 2차 보정하여 외부로 출사하는 광 스캐너를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 왜곡보정소자는 투과면에 대해 수평한 제 1 방향으로 갈수록 두께가 증가하고, 광 스캐너의 투명캡은 투과면에 대해 수평한 제 1 방향으로 갈수록 두께가 감소할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 광 스캐너 패키지를 이용한 레이저 디스플레이 시스템은 적색광, 녹색광, 및 청색광을 생성하는 광원과, 적색광, 녹색광, 청색광을 합성하는 색 합성계와, 소정영역에 홈을 갖는 하우징과, 홈의 공간 내에 위치하고 하우징에 지지되어 입사광을 반사시키는 스캐닝 마이크로미러와, 스캐닝 마이크로미러로부터 소정간격을 갖도록 홈의 상부에 위치하여 하우징에 고정되고, 색 합성계로부터 입사되는 광 경로상에 위치하는 적어도 두 면이 서로 평행하며, 스캐닝 마이크로미러로부터 반사되는 광 경로상에 위치하는 적어도 두 면 사이의 굴절률이 두 면에 대해 수평한 방향으로 감소 또는 증가하는 투명캡을 포함하여, 색합성계로부터 합성된 광의 왜곡을 보정하여 외부로 출사하는 광 스캐너를 포함하여 구성될 수도 있다.

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

본 발명에 따른 광 스캐너 패키지 및 그를 이용한 레이저 디스플레이 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명은 투과면에 수평방향으로 굴절률이 달라지는 투명 캡을 마이크로미러 상부에 위치시켜 마이크로미러와 투명캡을 패키징화함으로써, 별도의 왜곡보정소자를 투사부쪽에 두지 않아도 되므로, 전체 광학계의 크기를 줄일 수 있고, 왜곡 현상을 제거할 수 있다.

또한, 본 발명은 마이크로미러 상부에 투명캡을 위치시켜 외부와의 접촉을 차단시킴으로써, 외부의 충격으로부터 마이크로미러를 보호할 수 있다.

따라서, 본 발명은 디지털 카메라, 휴대 전화 등과 같은 소형의 휴대기기에 내장되는 프로젝터 모듈에 적합하게 적용될 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 광 스캐너 패키지의 전자기력 구동 2축 스캐닝 마이크로미러의 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 입사광(1)은 수직/수평 회전을 하는 마이크로미러(2)로 반사되어 그 구동각에 비례하는 화상(7)을 만들게 된다.

여기서, 스캐닝 마이크로미러는 마이크로미러(2), 수평스프링(3), 김블(4), 수직스프링(5), 그리고 지지단(6)으로 구성된다.

여기서, 마이크로미러(micromirror)(2)는 그 양단에서 회전축의 역할을 하면서, 구동시, 수평 복원력 토오크를 제공하는 수평 스프링(3)에 의해 지지된다.

그리고, 수평 스프링(3)은 김블(4)에 연결된다.

김블(4)은 역시 회전축의 역할을 하면서, 구동시, 수직 복원력 토오크를 제 공하는 수직 스프링(5)에 의해 지지되고, 지지단(6)에 연결된다.

이와 같이, 구성되는 스캐닝 마이크로미러을 포함하는 본 발명의 광 스캐너 패키지의 구조는 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 광 스캐너 패키지를 보여주는 사시도이고, 도 3은 도 2의 측면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 광 스캐너 패키지는 하우징(100), 스캐닝 마이크로미러(300), 투명캡(200)을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 하우징(100)은 중심영역에 홈을 가지는데, 홈은 반드시 하우징(100)의 중심영역에만 한정되는 것은 아니고, 입사광이 도달하는 하우징(100)의 모든 영역에 형성 가능하다.

그리고, 홈의 형태는 스캐닝 마이크로미러(300)의 모양에 따라, 타원형, 원형, 사각형 등으로 제작될 수 있다.

또한, 홈의 최상부에는 투명캡(200)이 위치하고, 투명캡(200)은 홈 전체를 커버한다.

그리고, 스캐닝 마이크로미러(300)가 회전구동할 수 있도록, 회전 공간을 확보하기 위해, 홈의 밑면으로부터 소정간격 떨어진 홈 공중에 스캐닝 마이크로미러(300)가 위치한다.

이와 같이, 스캐닝 마이크로미러(300)는 하우징(100)의 홈 공간 내에 위치하고, 하우징에 지지되어 입사광을 반사시키는 역할을 수행한다.

여기서, 스캐닝 마이크로미러(300)는 도 1과 같이, 마이크로미러(2), 수평스 프링(3), 김블(gimbal)(4), 수직스프링(5), 지지단(6)을 포함하여 구성될 수 있다.

마이크로미러(2)는 입사광(1)을 반사시키고, 수평스프링(3)은 마이크로미러(2)의 양측에 연결되어, 마이크로미러(2)를 수평 회전시키며, 김블(4)은 수평스프링(3)을 지지할 수 있다.

그리고, 수직스프링(5)은 김블(4)에 연결되어, 마이크로미러(2)를 수직 회전시키고, 지지단(6)은 수직스프링(5)에 연결되어 하우징(100)에 고정될 수 있다.

이때, 지지단(6)은 접착제 또는 고정 홈에 의해 하우징(100)에 고정될 수 있다.

도 4는 도 2의 스캐닝 마이크로미러와 투명캡이 하우징에 고정되는 방법을 보여주는 제 1 실시예의 도면이고, 도 5는 도 2의 스캐닝 마이크로미러와 투명캡이 하우징에 고정되는 방법을 보여주는 제 2 실시예의 도면이다.

도 4는 접착제를 이용하여, 스캐닝 마이크로미러와 투명캡이 하우징에 고정되는 방법이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 수직스프링(320)에 연결된 지지단(310)은 접착제(330)에 의해 하우징(100)과 접착되어 고정될 수 있다.

여기서, 하우징(100)은 접착제(330)와의 접착 면적을 늘리기 위하여, 접착제(330)와 마주하는 하우징(100) 표면을 요철형태로 제작할 수 있다.

그리고, 도 5는 고정 홈을 이용하여, 스캐닝 마이크로미러와 투명캡이 하우징에 고정되는 방법이다.

도 5의 확대 도면은 스캐닝 마이크로미러가 하우징의 홈 내부에서 접착제에 의해 고정되는 도면으로서, 측면부의 밑면을 확대한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 수직스프링(320)에 연결된 지지단(310)은 홈 내부에 안착되고, 지지단(310)은 홈 내부에서, 접착제(330)에 의해 하우징(100)과 접착되어 고정될 수 있다.

즉, 하우징(100)의 홈 내부에서, 지지단(310)과 하우징(100)은 접착제(330)에 의해 접착되고, 하우징(100)의 홈 외부에서, 하우징(100)과 하우징(100)은 다른 접착제(340)에 의해 접착될 수 있다.

여기서, 하우징(100) 내부에 고정 홈을 형성하는 이유는, 스캐닝 마이크로미러의 지지단(310)이 홈 내부에서 접착제(330)에 의해 고정되므로, 홈이 없는 경우보다 휠씬 더 안정적으로 고정될 수 있기 때문이다.

한편, 투명캡(200)은 광학적 왜곡 현상을 제거하기 위한 광학 소자 역할을 수행할 수 있다.

즉, 본 발명과 같이 투명캡(200)이 없는 2D 스캐너의 경우, 화면 중심부와 주변부의 광 경로차로 인하여 왜곡 현상이 발생한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 디폴트로 스크린에 화면을 디스플레이한 경우, X축을 따라, 화면의 좌상측과 우상측 부분이 뾰족한 모양을 갖게 되는 핀쿠션(pincushion)과 같은 왜곡 현상이 나타남을 알 수 있다.

이러한, 화면의 왜곡현상은 회로적으로 제거할 수는 있으나, 해상도 저하가 발생하게 되므로 바람직하지 않다.

하지만, 본 발명과 같이, 투명캡(200)을 사용하면, X축을 따라, 화면 상단을 직선으로 만들어줄 수 있어, 해상도 저하 없이도 왜곡 현상을 광학적으로 보상해 줄 수 있다.

본 발명의 투명캡(200)은 광경로차를 보상해 주는 원리를 이용하여 왜곡을 보정하는데, 2가지 방식을 제안한다.

첫 번째 방식은 2개의 투과면이 서로 평행하지 않는 웨지(wedge) 형상을 갖고, 전체 영역의 굴절률이 동일한 투명캡을 이용하는 방식이고, 두 번째 방식은 2개의 투과면이 평행한 형상을 갖고, 투과면에 대해 수평한 방향으로 굴절률이 달라지는 투명캡을 이용하는 방식이다.

이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

이러한 역할을 수행하는 본 발명의 투명캡(200)은 스캐닝 마이크로미러(300)로부터 소정간격을 갖도록 홈의 상부에 위치하여 하우징(100)에 고정된다.

여기서, 투명캡(200)이 하우징(100)에 고정되는 방식은 스캐닝 마이크로미러(300)과 같이, 접착제 또는 고정 홈에 의해 고정될 수 있다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 투명캡(200)의 가장자리 영역은 접착제(210)에 의해 하우징(100)과 접착되어 고정될 수 있다.

여기서, 하우징(100)은 접착제(210)와의 접착 면적을 늘리기 위하여, 접착제(210)와 마주하는 하우징(100) 표면을 요철형태로 제작할 수 있다.

그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 투명캡(200)의 상단부와 하단부는 하우징(100)의 홈(220) 내부에 안착되고, 투명캡(200)의 상단부와 하단부는 홈(220) 내부에서, 접착제(210)에 의해 하우징(100)과 접착되어 고정될 수 있다.

여기서, 하우징(100) 내부에 고정 홈을 형성하는 이유는, 투명캡(200)의 상단부와 하단부가 홈(220) 내부에서 접착제(210)에 의해 고정되므로, 홈이 없는 경우보다 휠씬 더 안정적으로 고정될 수 있기 때문이다.

이와 같이, 하우징(100)에 고정된 투명캡(200)은 스캐닝 마이크로미러(300)로부터 반사된 광의 왜곡을 보정하도록, 적어도 두개의 투과면을 가지며, 투과면에 대해 수평한 방향으로 굴절율이 달라진다.

여기서, 투명캡(200)은 제 1, 제 2 투과면을 갖는 것이 바람직한데, 제 1 투과면은 외부로부터 스캐닝 마이크로미러(300)로 입사되는 광을 투과시키는 면을 의미하고, 제 2 투과면은 제 1 투과면으로부터 소정간격을 갖도록 위치하고, 스캐닝 마이크로미러(300)로부터 외부로 출사되는 광을 투과시키는 면을 의미한다.

상기에 설명한 바와 같이, 투명캡(200)은 2가지 타입이 있다.

제 1 타입의 투명캡(200)은 도 3과 같이, 제 1 투과면과 제 2 투과면이 서로 평행하지 않고, 그들 사이에 존재하는 투명캡(200)의 물질은 모든 영역에서 굴절률이 동일한 투명 물질로 형성된다.

따라서, 제 1 타입의 투명캡(200)은 제 1 투과면과 제 2 투과면 사이의 거리가 서로 마주보도록 대응되는 제 1 측 영역에서 제 2 측 영역으로 갈수록 가까워진다.

즉, 도 3과 같이, 제 1 타입의 투명캡(200)은 하단부에서 상단부로 갈수록 두께가 얇아지거나, 또는 상단부에서 하단부로 갈수록 두께가 얇아질 수 있다.

여기서, 두께가 두꺼운 제 1 측 영역은 외부로부터 스캐닝 마이크로미 러(300)로 입사되는 광의 경로상에 위치하고, 두께가 얇은 제 2 측 영역은 스캐닝 마이크로미러(300)로부터 외부로 출사되는 광의 경로상에 위치한다.

따라서, 입사광이 스캐닝 마이크로미러(300)에 반사되어 투명캡(200)을 투과할 때, 스크린의 중앙영역으로 향하는 광은 투명캡(200)의 두꺼운 부분을 투과하여 굴절되고, 스크린의 가장자리로 향하는 광은 투명캡(200)의 얇은 부분을 투과하여 굴절됨으로써, 광 경로차를 보상할 수 있게 된다.

즉, 제 1 타입의 투명캡(200)은 전체 영역의 굴절률이 동일하지만, 두께차에 의해 투명캡을 투과하는 광의 굴절률은 영역마다 다르다.

제 1 타입의 투명캡(200)은 제 1 투과면이 스캐닝 마이크로미러(300)의 중심축에 대해 수직할 수도 있고, 광이 입사되는 제 1 측 영역이 스캐닝 마이크로미러(300) 방향으로 경사지게 형성될 수도 있다.

즉, 광이 입사되는 제 1 측 영역이 광이 출사되는 제 2 측 영역보다 스캐닝 마이크로미러(300)에 더 가깝게 위치하는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 제 1 투과면은 입사광의 광축에 대해 약 20 - 30도의 각도를 갖도록 위치하는 것이 바람직하며, 투명캡(200)의 제 1, 제 2 투과면은 입사광의 광축과 출사광의 광축의 각도는 약 25 - 90도 정도가 되도록 설계하고 하우징(100)에 고정시키는 것이 바람직하다.

따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 투명캡(200)의 제 1 투과면은 홈의 최상부에서 홈 내부면까지의 거리 d 사이에서 이동가능하다.

한편, 제 2 타입의 투명캡(200)은 제 1 투과면과 제 2 투과면이 서로 평행하 고, 그들 사이의 물질은 제 1, 제 2 투과면에 대해 수평한 방향으로 굴절율이 달라지는 투명 물질로 이루어진다.

즉, 제 2 타입의 투명캡(200)은 하단부에서 상단부로 갈수록 굴절률이 높아지거나, 또는 상단부에서 하단부로 갈수록 굴절률이 높아질 수도 있다.

여기서, 굴절률이 낮은 제 1 측 영역은 외부로부터 스캐닝 마이크로미러(300)로 입사되는 광의 경로상에 위치하고, 굴절률이 높은 제 2 측 영역은 스캐닝 마이크로미러(300)로부터 외부로 출사되는 광의 경로상에 위치한다.

따라서, 입사광이 스캐닝 마이크로미러(300)에 반사되어 투명캡(200)을 투과할 때, 스크린의 중앙영역으로 향하는 광은 투명캡(200) 영역 중 굴절률이 낮은 부분을 투과하여 굴절되고, 스크린의 가장자리로 향하는 광은 투명캡(200) 영역 중 굴절률이 높은 부분을 투과하여 굴절됨으로써, 광 경로차를 보상할 수 있게 된다.

이와 같이, 제 1, 제 2 타입의 투명캡(200)은 제 1, 제 2 투과면 위에 광 손실이 발생하지 않도록 AR(anti-reflection) 필름이 코팅될 수 있다.

그리고, 제 1, 제 2 타입의 투명캡(200)은 투명 유리 또는 투명 플라스틱 등을 사용하여 제작될 수도 있다.

또한, 투명캡(200)에 의해 밀폐된 홈 내부에는 외부와 유사한 조건의 공기가 포함될 수도 있고, 또는 진공 상태일 수도 있다.

도 6은 본 발명에 따른 광 스캐너 패키지를 갖는 레이저 디스플레이 시스템을 보여주는 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 광원(11), 광 스캐너 패키지(19), 콜리메이 터(13), 색 합성계(15), 미러(17), 왜곡보정소자(500)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 광원(11)은 적색광을 생성하는 적색 레이저 광원(11a)과, 녹색광을 생성하는 녹색 레이저 광원(11b)과, 청색광을 생성하는 청색 레이저 광원(11c)으로 구성된다.

그리고, 적색 레이저 광원(11a)의 전방에는 제 1 콜리메이터(13a)가 위치하고, 녹색 레이저 광원(11b)의 전방에는 제 2 콜리메이터(13b)가 위치하며, 청색 레이저 광원(11c)의 전방에는 제 3 콜리메이터(13c)가 위치할 수 있다.

여기서, 콜리메이터(13)는 레이저 광을 평행 혹은 실질적인 평행에 가깝도록 하여, 스크린에서 최소의 스팟 사이즈(spot size)를 갖게 하는 역할을 수행할 수 있다.

이어, 색 합성계(15)는 단일 광 경로상에 적색광, 녹색광, 청색광을 합성하여 진행시키고, 미러(17)는 광기구적 배치를 용이하게 하기 위해 색 합성계(15)와 광 스캐너 패키지(19) 사이에 배치할 수 있다.

그리고, 왜곡보정소자(500)는 합성된 광의 왜곡을 1차 보정하도록, 적어도 두개의 투과면을 가지며, 투과면에 대해 수평한 제 1 방향으로 굴절율이 증가하는 물질로 이루어진다.

여기서, 왜곡보정소자(500)은 색합성계(15)와 미러(17) 사이에 배치하는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 왜곡보정소자(500)을 배치하는 이유는 다음과 같다.

도 7은 왜곡보정소자의 배치에 따른 광학적 왜곡 보상을 설명하기 위한 도면 으로서, 도 7에 도시된 바와 같이, 입사광이 웨지 형상의 광학 소자인 본 발명의 투명캡(200)을 지나게 되면, 구면 수차와 같은 광학적 왜곡 현상이 발생하여 스크린에서의 스팟(spot) 사이즈가 커져 해상도에 저하를 가져오는 문제점이 발생할 수 있다.

이를 보상하기 위해, 투명캡(200)의 웨지각과 동일한 사이각을 갖는 구면수차보정용 왜곡보상소자(500)를 배치함으로써, 구면수차와 같은 광학적 왜곡 현상을 보상할 수 있다.

즉, 투명캡(200)이 하단부에서 상단부로 갈수록 두께가 얇아지는 타입이면, 구면수차 보정을 위한 왜곡보정소자(500)는 하단부에서 상단부로 갈수록 두께가 두꺼워지는 타입을 사용하여 왜곡을 보상한다.

또한, 투명캡(200)이 하단부에서 상단부로 갈수록 굴절률이 높아지는 타입이면, 구면수차 보정을 위한 왜곡보정소자(500)는 하단부에서 상단부로 갈수록 굴절률이 낮아지는 타입을 사용하여 왜곡을 보상한다.

이와 같이, 왜곡보정소자(500)는 색합성계(15)와 광 스캐너 패키지(19) 사이에 배치된다.

왜곡보정소자(500)는 합성된 광의 왜곡을 1차 보정하도록, 적어도 두개의 투과면을 가지며, 투과면에 대해 수평한 제 1 방향으로 굴절율이 증가하는 형태로 이루어진다.

그리고, 광 스캐너 패키지(19)는 소정영역에 홈을 갖는 하우징(100)과, 홈의 공간 내에 위치하고 하우징(100)에 지지되어 입사광을 반사시키는 스캐닝 마이크로 미러(300)와, 스캐닝 마이크로미러(300)로부터 소정간격을 갖도록 홈의 상부에 위치하여 하우징(100)에 고정되고, 반사된 광의 왜곡을 보정하도록, 적어도 두개의 투과면을 가지며, 투과면에 대해 수평한 제 1 방향으로 굴절율이 감소하는 투명캡(200)을 포함하여 구성됨으로써, 1차 보정된 광의 왜곡을 2차 보정하여 외부로 출사한다.

여기서, 왜곡보정소자(500)는 투과면에 대해 수평한 제 1 방향으로 갈수록 두께가 증가하고, 광 스캐너 패키지의 투명캡(200)은 투과면에 대해 수평한 제 1 방향으로 갈수록 두께가 감소한다.

따라서, 본 발명은 구면수차 보정을 위한 왜곡보정소자(500) 이외에, 별도의 왜곡보정소자를 두지 않고, 핀쿠션과 같은 왜곡보정을 수행할 수 있는 투명캡(200)을 광 스캐너 패키지에 일체화시킴으로써, 전체적인 디스플레이 시스템의 광학계 사이즈를 줄일 수 있다.

또한, 투명캡(200)을 통해 마이크로미러를 밀폐시켜 외부와의 접촉을 차단시킴으로써, 외부의 충격으로부터 마이크로미러를 보호할 수 있다.

도 8은 투명캡을 갖는 광 스캐너를 이용한 스크린의 화면 픽셀과 투명캡이 없는 광 스캐너를 이용한 스크린의 화면 픽셀을 비교한 도면이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 투명캡을 사용하지 않고 디폴트로 스크린에 화면을 디스플레이한 경우, X축을 따라, 스크린의 가장자리에서 중심영역으로 갈수록 화면이 휘어지는 왜곡 현상을 볼 수 있다.

반면, 본 발명의 투명캡을 사용하여 스크린에 화면을 디스플레이한 경우, X 축을 따라, 스크린의 가장자리에서 중심영역으로 갈수록 화면이 균일하고 일정하게 디스플레이되어 왜곡을 보상하는 것을 알 수 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 스캐너 패키지를 갖는 레이저 디스플레이 시스템을 보여주는 도면이다.

도 9의 실시예에서는 도 6과 같이 왜곡 보정 소자(500)를 색 합성계(15)와 미러(17) 사이에 배치하지 않고도 동일한 효과를 구현할 수 있는 방법으로서, 도 6보다 더 간단히 구성할 수 있는 방법이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 광원(11), 광 스캐너 패키지(19), 콜리메이터(13), 색 합성계(15), 미러(17)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 광원(11)은 적색광을 생성하는 적색 레이저 광원(11a)과, 녹색광을 생성하는 녹색 레이저 광원(11b)과, 청색광을 생성하는 청색 레이저 광원(11c)으로 구성된다.

그리고, 적색 레이저 광원(11a)의 전방에는 제 1 콜리메이터(13a)가 위치하고, 녹색 레이저 광원(11b)의 전방에는 제 2 콜리메이터(13b)가 위치하며, 청색 레이저 광원(11c)의 전방에는 제 3 콜리메이터(13c)가 위치할 수 있다.

여기서, 콜리메이터(13)는 레이저 광을 평행 혹은 실질적인 평행에 가깝도록 하여, 스크린에서 최소의 스팟 사이즈(spot size)를 갖게 하는 역할을 수행할 수 있다.

이어, 색 합성계(15)는 단일 광 경로상에 적색광, 녹색광, 청색광을 합성하여 진행시키고, 미러(17)는 광기구적 배치를 용이하게 하기 위해 색 합성계(15)와 광 스캐너 패키지(19) 사이에 배치할 수 있다.

그리고, 광 스캐너 패키지(19)는 소정영역에 홈을 갖는 하우징(100)과, 홈의 공간 내에 위치하고 하우징(100)에 지지되어 입사광을 반사시키는 스캐닝 마이크로미러(300)와, 스캐닝 마이크로미러(300)로부터 소정간격을 갖도록 홈의 상부에 위치하여 하우징(100)에 고정되고, 색 합성계(15) 및 미러(17)를 거쳐 입사되는 광 경로상에 위치하는 적어도 두 면이 서로 평행하며, 스캐닝 마이크로미러(300)로부터 반사되는 광 경로상에 위치하는 적어도 두 면 사이의 굴절률이 두 면에 대해 수평한 방향으로 감소 또는 증가하는 투명캡(200)을 포함하여 구성됨으로써, 광의 왜곡을 보정하여 외부로 출사한다.

여기서, 광 스캐너(19)의 투명캡(200)은 색 합성계(15) 및 미러(17)를 거쳐 스캐닝 마이크로미러(300)로 입사되는 광 경로상에 제 1 입사면과 제 2 입사면이 서로 평행하게 위치하고, 스캐닝 마이크로미러(300)로부터 반사되어 스크린(23)으로 입사되는 광 경로상에 제 3 입사면과 제 4 입사면이 서로 평행하지 않게 위치한다.

도 10은 도 9의 투명캡을 상세히 보여주는 도면으로서, 도 10에 도시된 바와 같이, 투명캡(200)은 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 입사면이 존재하는데, 제 1 입사면은 색합성계(15)로부터 출사되는 광이 미러(17)에 반사되어 투명캡(200) 내부로 입사하기 위한 표면이고, 제 2 입사면은 제 1 입사면을 투과한 광이 투명캡(200) 내부에서 외부의 스캐닝 마이크로미러(300)로 입사하기 위한 표면이다.

여기서, 제 1 입사면과 제 2 입사면은 서로 소정 간격을 가지고 평행하도록 마주보며 위치한다.

또한, 제 1, 제 2 입사면은 제 1, 제 2 입사면으로 입사되는 광의 중심축에 대해 수직하도록 배치되는 것이 바람직하다.

그 이유는 입사광이 제 1 입사면 또는 제 2 입사면을 지나게 될 때, 입사광의 광량 중 수 퍼센트에 해당하는 광량을 갖는 반사광이 존재하여, 화면의 중심부에 고스트 레이(ghost ray) 형태로 나타날 수 있기 때문이다.

즉, 제 1 입사면과 제 2 입사면이 서로 평행하지 않도록 형성되면, 광이 제 1 입사면 또는 제 2 입사면을 투과할 때, 반사광이 발생하고, 반사광은 스캐닝 마이크로미러(300)가 스캐닝할 때의 반사각과 유사한 각도로, 제 1 입사면 또는 제 2 입사면에 반사되어 스크린에 도달함으로써, 고스트 레이를 형성할 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 투명캡의 제 1 입사면과 제 2 입사면을 서로 평행하게 형성하고, 제 1 입사면에 입사되는 광의 각도를 매우 작게 설정하면, 제 1 입사면과 제 2 입사면에서 각각 반사된 광은 광이 입사했던 방향으로 다시 되돌아 오므로 하면에는 전혀 영향을 미치지 않는다.

여기서, 제 1 입사면과 제 2 입사면에서 각각 반사된 광은 스캐닝 마이크로미러에 의해 반사되어 스크린에 도달하는 광의 유효각과의 차이가 크기 때문에, 광이 입사했던 원래 방향으로 다시 되돌아 올 뿐, 고스트 레이 등으로 화면에 영향을 미치지 않는다.

결과적으로, 투명캡(200)의 제 1 입사면으로 입사되는 광의 중심축이 제 1 입사면에 대해 거의 수직하게 되도록, 제 1 입사면에 입사되는 광의 각도를 설정하 고, 제 1 입사면과 제 2 입사면은 서로 평행하도록 투명캡(200)을 제작하는 것이 바람직하다.

또한, 투명캡(200)의 제 3 입사면과 제 4 입사면은 서로 평행하지 않도록 형성한다.

여기서, 제 3 입사면은 스캐닝 마이크로미러(300)로부터 반사된 광이 투명캡(200)의 내부로 입사하기 위한 표면이고, 제 4 입사면은 제 3 입사면을 투과한 광이 투명캡(200) 내부에서 외부의 스크린(23)으로 입사하기 위한 표면이다.

따라서, 제 3 입사면과 제 4 입사면 사이의 간격은 제 3 또는 제 4 입사면에 대해 평행한 방향으로 증가 또는 감소할 수 있다.

즉, 제 3 입사면과 제 4 입사면 사이의 거리는 투명캡(200)의 중심영역에서 가장자리 영역으로 갈수록 가까워진다.

결국, 입사광이 스캐닝 마이크로미러(300)에 반사되어 투명캡(200)의 제 3 및 제 4 입사면을 투과할 때, 스크린의 중앙영역으로 향하는 광은 투명캡(200)의 두꺼운 부분을 투과하여 굴절되고, 스크린의 가장자리로 향하는 광은 투명캡(200)의 얇은 부분을 투과하여 굴절됨으로써, 광 경로차를 보상할 수 있게 된다.

즉, 투명캡(200)은 전체 영역의 굴절률이 동일하지만, 두께차에 의해 투명캡을 투과하는 광의 굴절률이 영역마다 다르다.

경우에 따라서는, 제 3 입사면과 제 4 입사면 사이의 간격을 동일하게 형성하고, 제 3 입사면 또는 제 4 입사면에 대해 평행한 방향으로 굴절률이 증가 또는 감소하도록 굴절률이 다른 물질로 투명캡(200)을 제작할 수도 있다.

즉, 입사광이 스캐닝 마이크로미러(300)에 반사되어 투명캡(200)을 투과할 때, 스크린의 중앙영역으로 향하는 광은 투명캡(200) 영역 중 굴절률이 낮은 부분을 투과하여 굴절되고, 스크린의 가장자리로 향하는 광은 투명캡(200) 영역 중 굴절률이 높은 부분을 투과하여 굴절됨으로써, 광 경로차를 보상할 수 있게 된다.

이와 같이, 도 9 및 도 10의 실시예는 구면수차 보정을 위한 왜곡보정소자와 같은 별도의 왜곡보정소자를 두지 않고, 고스트 레이 및 핀쿠션 등과 같은 왜곡보정을 수행할 수 있는 투명캡(200)을 광 스캐너 패키지에 일체화시킴으로써, 전체적인 디스플레이 시스템의 광학계 사이즈를 줄일 수 있다.

또한, 투명캡(200)을 통해 마이크로미러를 밀폐시켜 외부와의 접촉을 차단시킴으로써, 외부의 충격으로부터 마이크로미러를 보호할 수 있다.

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.

도 1은 본 발명에 따른 광 스캐너 패키지의 전자기력 구동 2축 스캐닝 마이크로미러의 개략도

도 2는 본 발명에 따른 광 스캐너 패키지를 보여주는 사시도

도 3은 도 2의 측면도

도 4는 도 2의 스캐닝 마이크로미러와 투명캡이 하우징에 고정되는 방법을 보여주는 제 1 실시예의 도면

도 5는 도 2의 스캐닝 마이크로미러와 투명캡이 하우징에 고정되는 방법을 보여주는 제 2 실시예의 도면

도 6은 본 발명에 따른 광 스캐너 패키지를 갖는 레이저 디스플레이 시스템을 보여주는 도면

도 7은 왜곡보정소자의 배치에 따른 광학적 왜곡 보상을 설명하기 위한 도면

도 8은 투명캡을 갖는 광 스캐너를 이용한 스크린의 화면 픽셀과 투명캡이 없는 광 스캐너를 이용한 스크린의 화면 픽셀을 비교한 도면

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 스캐너 패키지를 갖는 레이저 디스플레이 시스템을 보여주는 도면

도 10은 도 9의 투명캡을 상세히 보여주는 도면

Claims (18)

1. 소정영역에 홈을 갖는 하우징;

   상기 홈의 공간 내에 위치하고, 상기 하우징에 지지되어 입사광을 반사시키는 스캐닝 마이크로미러; 그리고,

   상기 스캐닝 마이크로미러로부터 소정간격을 갖도록 홈의 상부에 위치하여 상기 하우징에 고정되고, 상기 반사된 광의 왜곡을 보정하도록, 적어도 두개의 투과면을 가지며, 상기 투과면에 대해 수평한 방향으로 굴절율이 달라지는 투명캡을 포함하여 구성되고,

   상기 투명캡은,

   외부로부터 상기 스캐닝 마이크로미러로 입사되는 광을 투과시키는 제 1 투과면과,

   상기 제 1 투과면으로부터 소정간격을 갖도록 위치하고, 상기 스캐닝 마이크로미러로부터 외부로 출사되는 광을 투과시키는 제 2 투과면을 가지며,

   상기 제 1 투과면과 제 2 투과면은 서로 평행하고, 그들 사이의 물질은 상기 제 1, 제 2 투과면에 대해 수평한 방향으로 굴절율이 달라지는 투명 물질인 것을 특징으로 하는 광 스캐너 패키지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스캐닝 마이크로미러는,

   상기 입사광을 반사시키는 마이크로미러;

   상기 마이크로미러의 양측에 연결되어, 상기 마이크로미러를 수평 회전시키는 수평스프링;

   상기 수평스프링을 지지하는 김블(gimbal);

   상기 김블에 연결되어, 상기 마이크로미러를 수직 회전시키는 수직스프링;

   상기 수직스프링에 연결되어 상기 하우징에 고정되는 지지단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광 스캐너 패키지.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 지지단은 접착제 또는 고정 홈에 의해 상기 하우징 에 고정되는 것을 특징으로 하는 광 스캐너 패키지.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 투과면은 AR(anti-reflection) 필름이 코팅되는 것을 특징으로 하는 광 스캐너 패키지.
10. 삭제
11. 제 1 항에 있어서, 상기 굴절율은 상기 외부의 입사광이 투과되는 영역보다 상기 외부로 출사되는 출사광이 투과되는 영역이 더 높은 것을 특징으로 하는 광 스캐너 패키지.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 투과면은 상기 입사광의 광축에 대해 20 - 30도의 각도를 갖도록 위치하는 것을 특징으로 하는 광 스캐너 패키지.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 투명캡은 접착제 또는 고정 홈에 의해 상기 하우징 에 고정되는 것을 특징으로 하는 광 스캐너 패키지.
14. 적색광, 녹색광, 및 청색광을 생성하는 광원;

    상기 적색광, 녹색광, 청색광을 합성하는 색 합성계;

    상기 합성된 광의 왜곡을 1차 보정하도록, 적어도 두개의 투과면을 가지며, 상기 투과면에 대해 수평한 제 1 방향으로 굴절율이 증가하는 왜곡보정소자; 그리고,

    소정영역에 홈을 갖는 하우징과, 상기 홈의 공간 내에 위치하고 상기 하우징에 지지되어 입사광을 반사시키는 스캐닝 마이크로미러와, 상기 스캐닝 마이크로미러로부터 소정간격을 갖도록 홈의 상부에 위치하여 상기 하우징에 고정되고, 상기 반사된 광의 왜곡을 보정하도록, 적어도 두개의 투과면을 가지며, 상기 투과면에 대해 수평한 제 1 방향으로 굴절율이 감소하는 투명캡을 포함하여, 상기 1차 보정된 광의 왜곡을 2차 보정하여 외부로 출사하는 광 스캐너를 포함하여 구성되고,

    상기 투명캡은,

    외부로부터 상기 스캐닝 마이크로미러로 입사되는 광을 투과시키는 제 1 투과면과,

    상기 제 1 투과면으로부터 소정간격을 갖도록 위치하고, 상기 스캐닝 마이크로미러로부터 외부로 출사되는 광을 투과시키는 제 2 투과면을 가지며,

    상기 제 1 투과면과 제 2 투과면은 서로 평행하고, 그들 사이의 물질은 상기 제 1, 제 2 투과면에 대해 수평한 방향으로 굴절율이 달라지는 투명 물질인 것을 특징으로 하는 레이저 디스플레이 시스템.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 왜곡보정소자는 상기 투과면에 대해 수평한 제 1 방향으로 갈수록 두께가 증가하고, 상기 광 스캐너의 투명캡은 상기 투과면에 대해 수평한 제 1 방향으로 갈수록 두께가 감소하는 것을 특징으로 하는 레이저 디스플레이 시스템.
16. 적색광, 녹색광, 및 청색광을 생성하는 광원;

    상기 적색광, 녹색광, 청색광을 합성하는 색 합성계; 그리고,

    소정영역에 홈을 갖는 하우징과, 상기 홈의 공간 내에 위치하고 상기 하우징에 지지되어 입사광을 반사시키는 스캐닝 마이크로미러와, 상기 스캐닝 마이크로미러로부터 소정간격을 갖도록 홈의 상부에 위치하여 상기 하우징에 고정되고, 상기 색 합성계로부터 입사되는 광 경로상에 위치하는 적어도 두 면이 서로 평행하며, 상기 스캐닝 마이크로미러로부터 반사되는 광 경로상에 위치하는 적어도 두 면 사이의 굴절률이 상기 두 면에 대해 수평한 방향으로 감소 또는 증가하는 투명캡을 포함하여, 상기 색합성계로부터 합성된 광의 왜곡을 보정하여 외부로 출사하는 광 스캐너를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 디스플레이 시스템.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 광 스캐너의 투명캡은,

    상기 색합성계로부터 출사되는 광이 내부로 입사하기 위한 제 1 입사면;

    상기 제 1 입사면에 대해 소정 간격을 가지고 평행하도록 마주보며 위치하고, 상기 제 1 입사면을 투과한 광이 상기 내부에서 상기 외부의 스캐닝 마이크로미러로 입사하기 위한 제 2 입사면;

    상기 스캐닝 마이크로미러로부터 반사된 광이 내부로 입사하기 위한 제 3 입사면; 그리고

    상기 제 3 입사면에 대해 수평한 방향으로 간격이 증가 또는 감소하도록 마주보며 위치하고, 상기 제 3 입사면을 투과한 광이 상기 내부에서 상기 외부의 스 크린으로 입사하기 위한 제 4 입사면을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 디스플레이 시스템.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 입사면은 상기 제 1, 제 2 입사면으로 입사되는 광의 중심축에 대해 수직한 것을 특징으로 하는 레이저 디스플레이 시스템.

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