KR19990004761A - 액츄에이티드 미러 어레이 프로젝터 및 이를 이용한 투사 - Google Patents

액츄에이티드 미러 어레이 프로젝터 및 이를 이용한 투사 Download PDF

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Abstract

단판식 액츄에이티드 미러 어레이(AMA) 모듈을 이용하여 컬러 디스플레이를 구현할 수 있는 프로젝터 및 이를 이용한 투사 방법이 개시되어 있다. 상기 프로젝터는, 광선을 발생하기 위한 광원, 그 위에 상기 광선이 조명되는 미러와 상기 미러를 틸팅시키기 위한 액츄에이터로 이루어진 화소 매트릭스로 구성되며 각각의 미러는 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하도록 변형되는 AMA 모듈, 상기 AMA 모듈의 각 미러로부터 반사된 광선을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈, 및 상기 AMA 모듈과 프로젝션 렌즈 사이에 배치된 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터를 포함한다. 상기 AMA 모듈에서의 하나의 화소에는 적색, 녹색 및 청색의 색 광선에 대응되는 3개의 액츄에이터가 형성되고, 각각의 액츄에이터는 그 상부의 미러들이 서로 다른 각도로 틸팅되도록 변형된다. 따라서, 하나의 AMA 모듈만으로 광 손실없이 고 휘도의 컬러 디스플레이를 구현할 수 있다.

Description

액츄에이티드 미러 어레이 프로젝터 및 이를 이용한 투사 방법
본 발명은 광학적 투사 시스템 및 이를 이용한 투사 방법에 관한 것으로, 특히 단판식(single panel) 액츄에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Array; 이하 AMA라 칭함) 모듈을 이용한 프로젝터(projector)에 있어서, AMA 모듈의 하나의 화소(pixel)에 적색, 녹색 및 청색의 컬러 화상에 대응하는 3개의 액츄에이터를 형성하여 고 휘도의 컬러 디스플레이를 구현할 수 있는 AMA 프로젝터 및 이를 이용한 투사 방법에 관한 것이다.
광학 에너지(optical energy)를 스크린 상에 투영하기 위한 장치인 공간적인 광 변조기(spatial light modulator)는 광 통신, 화상 처리, 및 정보 디스플레이 장치와 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 상기 광로 조절 장치 또는 공간적 광 변조기를 이용한 화상 처리 장치는 통상적으로 광학 에너지를 스크린 상에 표시하는 방법에 따라 직시형 화상 표시 장치(direct-view image display device)와 투사형 화상 표시 장치(projection-type image display device)로 구분된다.
직시형 화상 표시 장치의 예로서는 CRT(Cathode Ray Tube)를 들 수 있는데, 이러한 CRT 장치는 소위 브라운관으로 불리는 것으로서 화질은 우수하나 화면의 대형화에 따라 그 중량과 용적이 증가하여 제조 비용이 상승하게 되는 문제가 있다.
투사형 화상 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : 이하 LCD라 칭함), 디포머블 미러 디바이스(Deformable Mirror Device; 이하 DMD라 칭함), 및 액츄에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Array; 이하 AMA라 칭함)를 들 수 있다. 이러한 투사형 화상 표시 장치는 다시 그들의 광학적 특성에 따라 2개의 그룹으로 나뉠 수 있다. 즉, LCD와 같은 장치는 전송 광 변조기(transmissive spatial light modulators)로 분류될 수 있는데 반하여, DMD 및 AMA는 반사 광 변조기(reflective spatial light modulators)로 분류될 수 있다.
LCD와 같은 전송 광 변조기는 광학적 구조가 매우 간단하므로, 얇게 형성하여 중량을 가볍게 할 수 있으며 용적을 줄이는 것이 가능하다. 그러나, 빛의 극성으로 인하여 광 효율이 낮으며, 액정 재료에 고유하게 존재하는 문제, 예를 들면 응답 속도가 느리고 그 내부가 과열되기 쉬운 단점이 있다. 또한, 현존하는 전송 광 변조기의 최대 광 효율은 1 내지 2 % 범위로 한정되며, 수용 가능한 디스플레이 품질을 제공하기 위해서 암실 조건을 필요로 한다.
DMD 및 AMA와 같은 광 변조기는 전술한 LCD 타입의 광 변조기가 갖고 있는 문제점들을 해결하기 위하여 개발되었다.
DMD는 5％ 정도의 비교적 양호한 광 효율을 나타내지만, DMD에 채용된 힌지 구조물에 의해서 심각한 피로 문제가 발생한다. 또한, 매우 복잡하고 값비싼 구동 회로가 요구된다는 단점이 있다.
AMA는 그 내부에 설치된 각각의 거울들이 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하고, 상기 반사된 빛이 슬릿(slit)이나 핀홀(pinhole)과 같은 개구(aperture)를 통과하여 스크린에 투영되어 화상을 맺도록 광속을 조절할 수 있는 장치이다. 따라서, 그 구조와 동작 원리가 간단하며, LCD나 DMD에 비해 높은 광 효율 (10% 이상의 광 효율)을 얻을 수 있다. 또한, 콘트라스트(contrast)가 향상되어 밝고 선명한 화상을 얻을 수 있다.
AMA의 각 액츄에이터는 인가되는 전기적인 화상 신호 및 바이어스 전압에 의하여 발생되는 전기장에 따라 변형을 일으킨다. 상기 액츄에이터가 변형을 일으킬 때 그 상부에 장착된 각각의 거울들이 경사지게 된다. 따라서, 상기 경사진 거울들은 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시켜 스크린 상에 화상을 맺을 수 있도록 한다. 상기 각각의 거울들을 구동하는 액츄에이터로서 PZT (Pb(Zr, Ti)O3), 또는 PLZT ((Pb, La)(Zr, Ti)O3) 등의 압전 물질이 이용된다. 또한, PMN (Pb(Mg, Nb)O3) 등의 전왜 물질로서 상기 액츄에이터를 구성할 수도 있다.
이러한 AMA는 크게 벌크형(bulk type)과 박막형(thin film type)으로 구분된다. 벌크형 AMA는 Gregory Um 등에게 허여된 미합중국 특허 제 5,085,497호에 개시되어 있다. 벌크형 AMA는 다층 세라믹을 얇게 절단하여 내부에 금속 전극이 형성된 세라믹 웨이퍼를 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(active matrix)에 장착한 후, 쏘잉 방법으로 가공하고 그 상부에 거울을 설치함으로써 이루어진다. 그러나, 벌크형 AMA는 설계 및 제조에 있어서 매우 높은 정밀도가 요구되며, 변형층의 응답이 느리다는 단점이 있다. 이에 따라, 최근에는 반도체 제조 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 AMA가 개발되었다. 예를 들면, 본 출원인이 대한민국 특허청에 특허 출원한 특허출원 제95-13353호(발명의 명칭 : 광로 조절 장치의 제조 방법)에 이러한 박막형 AMA가 개시되어 있다.
박막형 AMA는 반도체 산업 분야에서 널리 알려진 박막 공정을 이용하여 제조된다. 박막형 AMA는 보통의 실내 조명 조건하에서 디지탈 화상을 고 휘도(high brightness)와 고 콘트라스트(high contrast)로 디스플레이 하기에 충분한 빛을 스크린 상에 전송하기 위하여 개발된 것이다. 박막형 AMA는 100㎛-100㎛ 크기의 현미경적인 거울들과 관련하여 박막 압전 액츄에이터(thin film piazzo-electric actuators)를 이용하는 반사형 광 변조기이다. 박막형 AMA는 고 콘트라스트를 위한 향상된 경사각, 고 휘도를 위한 충분한 광효율 및 단일 패널로 이루어진 미러의 300,000 개의 화소(pixel)에 걸쳐서 대규모 집적의 균등도를 갖도록 개발되어 왔다. 박막형 AMA는 각각 적색, 녹색 및 청색을 나타내는 640×480 화소의 패널들로 구성된다. 상기 화소들은 광효율을 높이도록 거울 표면적을 최대화하기 위해서 캔틸레버(cantilever) 구조물로 고안된다. 캔틸레버 구조물은 크게 화상 신호 전압이 인가되는 액티브 매트릭스와 인가된 신호 전압에 의해서 작동되는 캔틸레버 미러를 포함한다.
도 1은 단판식 박막형 AMA를 이용하여 순차적으로 적색, 녹색 및 청색의 광선들을 스크린 상에 투사하여 상기 색 광선(colored light)들에 상응하는 색 화상을 표시할 수 있는 종래의 AMA 프로젝터를 도시한다.
스크린 상에 컬러 화상을 표시하기 위해서는 적색, 녹색 및 청색의 3개의 광선들이 AMA 모듈과 같은 공간적 광 변조기에 의해 변조되어야 하는데, 특히 단판식의 광 변조기를 이용하는 투사 시스템에서는 이러한 광 변조기에 순차적으로 적색, 녹색 및 청색 광들을 조사시키기 위한 수단을 필요로 한다.
도 1을 참조하면, 종래의 단판식 AMA 프로젝터(10)는 광선을 방출하기 위한 170W 내지 250W의 할로겐 금속 램프(metal halide lamp)(11), 상기 램프(11)로부터 광선을 반사시키기 위한 반사기(reflector)(12), 상기 램프(11)로부터 방출된 광선을 평행광으로 만들기 위한 소오스 렌즈(13), 광선을 통과시키기 위한 개구(aperture)를 갖고 화상을 형성하는 광선의 양을 결정하는 소오스 스톱(14), 컬러 휠(color wheel)(15), 상기 컬러 휠(15)에 의해 얻어진 색 광선을 일차적으로 광로를 변경시키기 위한 소오스 미러(16), 상기 소오스 스톱(14)의 이미지를 프로젝션 스톱(22)에 1:1로 대응시키기 위한 필드 렌즈(18), 다수의 미러를 구비하며 상기 필드 렌즈(18)로부터 조사되는 광선의 세기를 변조시키기 위한 AMA 모듈(20), 광선을 통과시키기 위한 개구를 가지며 상기 변조된 광선의 플럭스를 집중시키기 위한 프로젝션 스톱(22), 및 상기 프로젝션 스톱(22)을 통과한 광선을 스크린(28) 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(26)를 포함한다.
도 2는 컬러 휠(15)의 확대도이다. 도시된 바와 같이, 컬러 휠(15)은 적색, 녹색 및 청색 투과 필터들(transmission filters)의 일련의 색 단편들로 구성되며 모터와 같은 구동 장치에 의해 그 축에 대해 회전하면서 백색광의 컬러를 변화시킨다.
상기한 구조를 갖는 종래의 단판식 AMA 프로젝터(10)의 동작 원리를 간단히 설명하면 다음과 같다.
먼저, AMA 프로젝터(10)를 구동시키면, 할로겐 금속 램프(11)로부터 방출되는 광선이 소오스 렌즈(13)에 의해 평행광으로 집광된 후, 소오스 스톱(14)의 개구를 통과하여 컬러 휠(15)을 향해 포커싱된다. 상기 컬러 휠(15)은 그것의 색 단편들이 순차적으로 백색광을 차단하도록 그 축에 대해 회전한다. 이에 따라, 백색광이 컬러 휠(15)을 통과한 후에는 적색, 녹색 및 청색의 색 광선들로 순차적으로 변하게 되며, 이러한 색 광선들은 소오스 미러(16)로 조사되어 그 광로가 일차적으로 변경된 후 필드 렌즈(18)로 입사된다. 필드 렌즈(18)를 순차적으로 통과한 색 광선, 즉 적색, 녹색 및 청색 광선들은 평행광으로 AMA 모듈(20)에 순차적으로 조사된다. 상기 AMA 모듈(20)의 미러는 그 아래에 구비된 액츄에이터에 인가된 전기 신호에 따라 상기 색 광선들을 변조시킨다. 그 결과, 상기 AMA 모듈(20)의 미러로부터 반사된 색 광선들은 필드 렌즈(18)에 집광된 후 프로젝션 스톱(22) 상에 조사된다.
프로젝션 스톱(22)의 전면(23) 상에 입사된 색 광선은 개구(24)를 통과하지 못하고 전부 반사되며, 개구(24)를 통과한 색 광선은 프로젝션 렌즈(26)에 의해 스크린(28) 상에 투사됨으로써 그에 대응되는 색 화상을 표시한다. 예를 들어, 적색 광선이 상기 AMA 모듈(20)에 조사되면, 이때 AMA 모듈(20)은 적색에 상응하는 화상을 형성시켜 스크린(28) 상에 투사한다. 그리고, 순차적으로 녹색 광선에 의한 녹색 화상, 및 청색 광선에 의한 청색 화상이 스크린(28) 상에 표시된다. 그러나, 육안으로는 적색, 녹색 및 청색 각각의 단색 화상들이 합쳐져서 모든 색상(full color)으로 인식된다.
상술한 종래의 단판식 AMA 프로젝터에 의하면, 컬러 휠을 사용하여 백색광을 적색, 녹색 및 청색 광으로 순차적으로 변화시킨다. 상기 컬러 휠은 각각 1/3의 면적을 차지하고 있는 3개의 색 단편들 (즉, 적색, 녹색 및 청색 단편들)이 순차적으로 백색광을 차단하도록 그 축에 대해 회전하고 있으므로, 램프로부터 방사되는 전체 백색광의 2/3가 항상 손실된다. 또한, 컬러 휠의 색 단편들의 경계 영역에 백색광이 조사될 경우, 단색의 광선이 나오지 않고 두 영역에 걸쳐진 색상의 광선이 나오기 때문에 콘트라스트가 저하되는 문제점이 있다.
도 3은 상기한 광 손실의 문제를 해결하기 위하여 삼판식(three panel) AMA 모듈을 이용하여 컬러 디스플레이를 구현할 수 있는 종래의 AMA 프로젝터를 도시한다.
도 3을 참조하면, 종래의 삼판식 AMA 프로젝터(50)는 광선을 방출하기 위한 할로겐 금속 램프(51), 소오스 렌즈(52), 소오스 스톱(53), 소오스 미러(54), 빛의 분광 특성을 바꾸기 위한 투과성 물질로 이루어진 3개의 컬러 필터(56a, 56b, 56c), 3개의 AMA 모듈(58a, 58b, 58c), 필드 렌즈(60), 프로젝션 스톱(62), 프로젝션 렌즈(68) 및 스크린(70)을 포함한다.
상술한 구조를 갖는 종래의 삼판식 AMA 프로젝터(50)의 작동을 간단히 설명하면 다음과 같다.
먼저, AMA 프로젝터(50)를 구동시키면, 할로겐 금속 램프(51)로부터 방출된 광선이 소오스 렌즈(52)에 집광된 후, 소오스 스톱(53)의 개구를 통과하여 소오스 미러(54) 상에 조사된다. 상기 소오스 미러(54) 상에 조사된 광선은 전량이 반사되어 3개의 컬러 필터, 즉 R-필터(56a), G-필터(56b) 및 B-필터(56c)를 통과하면서 각 필터의 특성에 따라 일정한 파장의 광선만이 반사되고 나머지 광선을 투과되어 다른 필터에 입사된다. 이와 같이 R-필터(56a), G-필터(56b) 및 B-필터(56c)를 통과한 색 광선은 적색광, 녹색광 및 청색광을 반사시키도록 각기 다른 반사 각도로 배치된 R-AMA 모듈(58a), G-AMA 모듈(58b), 및 B-AMA 모듈(58c)에 조사된다.
상기 R-AMA 모듈(58a), G-AMA 모듈(58b), 및 B-AMA 모듈(58c)의 각 미러들은 그 아래에 구비된 액츄에이터에 인가된 전기 신호에 따라 상기 R-필터(56a), G-필터(56b) 및 B-필터(56c)로부터 반사된 각각의 색 광선을 변조시킨다. 그 결과, 상기 R-AMA 모듈(58a), G-AMA 모듈(58b), 및 B-AMA 모듈(58c)의 각 미러로부터 반사된 색 광선들은 필드 렌즈(60)에 의해 재결합된 후, 프로젝션 스톱(62) 상에 조사된다.
상기 프로젝션 스톱(62)의 전면(64) 상에 입사된 광선은 개구(66)를 통과하지 못하고 전부 반사되며, 개구(66)를 통과한 광선은 프로젝션 렌즈(68)에 의해 스크린(70) 상에 투사됨으로써 컬러 화상을 형성한다.
그러나, 상술한 종래의 삼판식 AMA 프로젝터는 컬러 휠을 사용하는 단판식 AMA 프로젝터에 비하여 광 손실을 줄일 수 있지만 3개의 AMA 모듈을 사용하기 때문에 제조 원가가 비싸고 R-, G- 및 B-AMA 모듈을 각각 적색광, 녹색광 및 청색광을 반사시키도록 서로 다른 반사 각도로 정확히 정렬시키기가 어렵다.
따라서, 본 발명은 상술한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 단판식 AMA 모듈을 이용하는 프로젝터에 있어서, AMA 모듈의 하나의 화소에 적색, 녹색 및 청색의 컬러 화상에 대응하는 3개의 액츄에이터를 형성하여 고 휘도의 컬러 디스플레이를 구현할 수 있는 광학적 투사 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 AMA 프로젝터를 이용하여 고 휘도의 컬러 디스플레이를 구현할 수 있는 투사 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래 방법에 의한 단판식 액츄에이티드 미러 어레이 프로젝터를 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시한 컬러 휠의 확대도이다.
도 3은 종래의 다른 방법에 의한 삼판식 액츄에이티드 미러 어레이 프로젝터를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명에 의한 단판식 액츄에이티드 미러 어레이 프로젝터를 나타내는 개략도이다.
도 5는 도 4에 도시한 액츄에이티드 미러 어레이 모듈의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 액츄에이터들을 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 액츄에이터들을 나타내는 단면도이다.
도 8a 내지 도 8c는 도 6에 도시한 액츄에이터들을 갖는 단판식 액츄에이티드 미러 어레이 프로젝터를 이용한 투사 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : AMA 프로젝터111 : 램프
112 : 소오스 렌즈113 : 소오스 스톱
114 : 소오스 미러115 : 반사기
116 : 필드 렌즈118 : AMA 모듈
120a, 120b, 120c : 컬러 필터124 : 프로젝션 렌즈
126 : 스크린
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광선을 발생하기 위한 광원; 그 위에 상기 광선이 조명되는 미러와 상기 미러를 틸팅시키기 위한 액츄에이터로 이루어진 화소 매트릭스로 구성되며, 각각의 미러는 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하도록 변형되는 AMA 모듈; 및 상기 AMA 모듈의 각 미러로부터 반사된 광선을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈를 포함하며, 상기 AMA 모듈에서의 하나의 화소에는 적색, 녹색 및 청색의 색 광선에 대응되는 3개의 액츄에이터가 형성되고, 각각의 액츄에이터는 그 상부의 미러들이 서로 다른 각도로 틸팅되도록 변형되는 것을 특징으로 하는 광학적 투사 시스템을 제공한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광원으로 발생된 광선을, 미러와 상기 미러를 틸팅시키기 위한 액츄에이터로 이루어진 화소 매트릭스로 구성되며 하나의 화소에 적색, 녹색 및 청색의 색 광선에 대응되는 3개의 액츄에이터가 형성된 AMA 모듈에 조사하는 단계; 상기 AMA 모듈의 적색, 녹색 및 청색 액츄에이터들을 그 위에 설치된 미러들이 서로 다른 각으로 틸팅되도록 변형시키는 단계; 서로 다른 틸팅 각으로 변형된 AMA 모듈의 각 미러로부터 반사된 광선을 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터에 조사함으로써, 상기 광선을 적색, 녹색 및 청색의 색 광선으로 구분하는 단계; 및 상기 각각의 색 광선을 프로젝션 렌즈를 통해 스크린 상에 투사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투사 방법을 제공한다.
화소 매트릭스로 구성된 AMA 모듈의 한 화소에 적색, 녹색 및 청색의 색 광선에 대응되는 3개의 액츄에이터를 형성하고, AMA 모듈과 프로젝션 렌즈 사이에 스톱으로 작용하는 3개의 컬러 필터를 설치한다. 상기 적색, 녹색 및 청색 필터를 통과한 각각의 색 광선은 프로젝션 렌즈를 통해 스크린 상에 투사되어 컬러 화상을 표시한다.
예를 들어, AMA 모듈로부터 0∼θ의 각도로 반사된 광선은 적색 필터에 조사되고, 2θ∼3θ의 각도로 반사된 광선은 녹색 필터에, 그리고 4θ∼5θ의 각도로 반사된 광선은 청색 필터에 조사된다. 이를 구현하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, R-액츄에이터는 0∼1V로 구동하고, G-액츄에이터는 2V∼3V로 구동하며, B-액츄에이터는 4V∼5V로 구동한다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의하면, 적색, 녹색 및 청색의 색 광선에 대응되는 각 액츄에이터들이 서로 다른 초기 틸팅 각, 즉 0, 2θ, 4θ의 초기 틸팅 각을 갖도록 제조한다. 바람직하게는, 각 액츄에이터의 지지부의 단차 높이를 조절하여 상기 R-액츄에이터, G-액츄에이터 및 B-액츄에이터가 서로 다른 초기 틸팅 각을 갖도록 한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 광 손실없이 하나의 AMA 모듈만으로 고 휘도의 컬러 디스플레이를 구현할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
도 4는 본 발명에 의한 단판식 AMA 프로젝터를 나타내는 개략도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 단판식 AMA 프로젝터(100)는 광원(111), 소오스 렌즈(112), 소오스 스톱(113), 소오스 미러(114), 반사기(115), 필드 렌즈(116), AMA 모듈(118), 3개의 컬러 필터(120a, 120b, 120c), 프로젝션 렌즈(122) 및 스크린(124)을 포함한다.
상기 광원(111)은 바람직하게는, 170W 내지 250W의 할로겐 금속 램프로서 스펙트럼에서 장파장의 적외선(LWIR) 내지 자외선(UV)을 방출한다. 반사기(115)는 소오스 렌즈(112)에 대해 반대 방향으로 램프(111)로부터 방출되는 광선을 반사시켜 다시 소오스 렌즈(112)로 향하게 하는 역할을 한다.
소오스 렌즈(112)는 상기 램프(111)로부터 방출되는 광선을 평행광으로 집광시키는 역할을 한다. 소오스 스톱(113)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광선을 통과시키도록 형성된 개구를 갖는다. 상기 소오스 스톱(113)은 화상을 형성하는 광선의 양을 결정한다. 소오스 미러(114)는 상기 소오스 스톱(113)을 통과한 광선을 반사시켜 그 경로를 AMA 모듈(118)로 향하도록 변경시키는 역할을 한다.
필드 렌즈(116)는 상기 소오스 스톱(113)의 이미지가 프로젝션 스톱(120)에 1:1로 대응되도록 하기 위하여, 상기 소오스 스톱(113)을 통과한 각각의 광선을 광 손실 없이 AMA 모듈(118)로 조사하는 역할을 한다.
AMA 모듈(118)은 그 하나의 화소(118a)에 도 5에 도시된 바와 같이 적색, 녹색 및 청색의 색 광선에 대응되는 R-액츄에이터(119a), G-액츄에이터(119b) 및 B-액츄에이터(119c)가 형성된다. 이를 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 액츄에이터들을 나타내는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 AMA 모듈(118)은 화상 신호 전압이 인가되는 액티브 매트릭스(300)와 상기 액티브 매트릭스(300)로부터 화상 신호 전압을 전달받아서 작동하는 액츄에이터(119a, 119b, 119c)를 포함한다. 상기 액티브 매트릭스(300)는 간단한 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 스위치 어레이, 바람직하게는 P-MOS 스위치 어레이가 만들어지는 반도체 웨이퍼이며, 액정판(LCD panel) 상에 사용되는 액티브 매트릭스와 유사하다. 각각의 미러 화소는 이러한 스위치 어레이에 있어서 대응되는 트랜지스터 스위치를 갖는다. 즉, 상기 액티브 매트릭스(300)는 M×N 개의 트랜지스터를 내장하고 있으며, 그 표면에 각각의 트랜지스터와 전기적으로 연결된 드레인 패드(도시되지 않음)가 형성된다.
상기 액츄에이터(119a, 119c, 119c)는 상기 액티브 매트릭스(300) 상에 에어 갭을 개재하여 형성되며, AMA 모듈(118)의 하나의 화소(118a)에 적색, 녹색 및 청색의 색 광선에 대응되는 R-액츄에이터(119a), G-액츄에이터(119b) 및 B-액츄에이터(119c)가 형성된다. 각각의 액츄에이터(119a, 119b, 119c)들은 액티브 매트릭스(300)의 상부에 지지부(305)를 갖고 형성된 멤브레인(306), 신호 전극으로 기능하는 하부 전극(308), 변형 가능한 변형층(310), 및 공통 전극이면서 광학 에너지 (광선)를 반사하는 상부 전극(312)을 포함한다.
화상 신호가 액티브 매트릭스(300)에 내장된 MOS 트랜지스터로부터 신호 전극인 하부 전극(308)이 인가되고, 공통 전극인 상부 전극(312)에 바이어스 전압이 인가되면, 상기 상부 전극(312)과 하부 전극(308) 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 상부 전극(312)과 하부 전극(308) 사이에 적층되어 있는 변형층(310)이 변형을 일으킨다. 상기 변형층(310)은 전기장에 대하여 수직인 방향으로 수축하며, 변형층(310)을 포함하는 액츄에이터(119a, 119b, 119c)들은 멤브레인(306)이 형성되어 있는 방향의 반대 방향으로 휘어진다. 따라서, 각 액츄에이터(119a, 119b, 119c)의 상부에서 미러로 작용하는 상부 전극(312)도 같은 방향으로 경사진다. 광원으로부터 입사되는 광선은 상기 상부 전극(312)에 의해 소정의 각도로 반사된 후, 스크린(126)에 투영되어 화상을 맺는다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 의하면, R-액츄에이터(119a)는 0∼1V로 구동하고, G-액츄에이터(119b)는 2V∼3V로 구동하며, B-액츄에이터(119c)는 4V∼5V로 구동한다. 이에 따라, 상기 R-액츄에이터(119a)에 의해 0∼θ의 각도로 반사된 광선은 적색 화상을 형성하고, G-액츄에이터(119b)에 의해 2θ∼3θ의 각도로 반사된 광선은 녹색 화상을 형성하며, B-액츄에이터(119c)에 의해 4θ∼5θ의 각도로 반사된 광선은 청색 화상을 형성한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 액츄에이터들을 나타내는 단면도이다.
도 7을 참조하면, AMA 모듈(118)의 하나의 화소(118a)에 적색, 녹색 및 청색의 색 광선에 대응되는 R-액츄에이터(119a), G-액츄에이터(119b) 및 B-액츄에이터(119c)가 0, 2θ, 4θ의 서로 다른 초기 틸팅 각을 갖도록 제조된다. 바람직하게는, 각 액츄에이터(119a, 119b, 119c)의 지지부(305)의 단차 높이를 조절하여 상기 R-액츄에이터(119a), G-액츄에이터(119b) 및 B-액츄에이터(119c)가 서로 다른 초기 틸팅 각을 갖도록 한다.
컬러 필터(120a, 120b, 120c)는 빛의 분광 특성을 바꾸기 위한 투과성 물질로 이루어지며, 적색광을 투과시키기 위한 R-필터(120a), 녹색광을 투과시키기 위한 G-필터(120b), 그리고 청색광을 투과시키기 위한 B-필터(120c)를 포함한다. 상기 3개의 컬러 필터(120a, 120b, 120c)는 종래의 AMA 프로젝터에 사용되는 프로젝션 스톱의 기능도 수행한다. 즉, 상기 컬러 필터(120a, 120b, 120c)를 통과하는 광선의 플럭스는 AMA 모듈(118)의 각 미러로부터 반사된 광선의 세기를 제어한다.
프로젝션 렌즈(122)는 상기 3개의 컬러 필터(120a, 120b, 120c)를 통과한 각각의 색 광선을 스크린(124) 상에 투사하여 그에 상응되는 화상을 표시하는 기능을 수행한다.
상술한 구조를 갖는 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 AMA 프로젝터(100)의 작동 원리를 도 4, 도 6 및 도 8을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4, 도 6 및 도 8을 참조하면, AMA 프로젝터(100)를 구동시키면, 할로겐 금속 램프(111)로부터 방출된 광선이 소오스 렌즈(112)를 통해 평행광으로 집광된 후, 소오스 스톱(113)을 통과하여 소오스 미러(114)에 조사된다. 상기 소오스 미러(114)로부터 반사된 광선은 필드 렌즈(116)에 의해 평행광으로 AMA 모듈(118)에 조사된다.
만일, 상기 AMA 모듈(118)에 화상 신호 전압을 인가하지 않으면 (즉, 전압 OFF시), AMA 모듈의 각 미러들이 진동하거나 기울어지거나 구부러지지 않는다. 그 결과, 광선은 스톱으로 작용하는 컬러 필터(120a, 120b, 120c)에서 벗어나서 상을 맺게 되므로 스크린(124) 상에 도달되지 못한다.
만일, 상기 AMA 모듈(118)에 화상 신호 전압을 인가하면, AMA 모듈의 각 미러들이 사용되어지는 실시예에 따라 진동하거나 기울어지거나 구부러지게 된다. 이때, 상기 AMA 모듈(118)의 하나의 화소에는 서로 다른 틸팅 각으로 변형되는 R-액츄에이터(119a), G-액츄에이터(119b) 및 B-액츄에이터(119c)가 형성되어 있으므로, 각각의 액츄에이터 상부에 장착된 미러로부터 반사된 광선들은 서로 다른 경로를 갖고 전파된다.
즉, 도 8a에 도시된 바와 같이, 0∼1V로 구동하는 R-액츄에이터(119a)의 상부에 장착된 미러는 0∼θ의 각도로 틸팅되어 그로부터 반사된 광선은 R-필터(120a)에 조사된다. 상기 R-필터(120a)는 적색광만을 투과시키므로, 상기 R-액츄에이터(119a)는 적색광의 세기를 변조하여 프로젝션 렌즈(122)에 입사시키는 역할을 한다.
또한, 도 8b에 도시된 바와 같이, 2V∼3V로 구동하는 G-액츄에이터(119b)의 상부에 장착된 미러는 2θ∼3θ의 각도로 틸팅되어 그로부터 반사된 광선은 G-필터(120b)에 조사된다. 상기 G-필터(120b)는 녹색광만을 투과시키므로, 상기 G-액츄에이터(119b)는 녹색광의 세기를 변조하여 프로젝션 렌즈(122)에 입사시키는 역할을 한다.
또한, 도 8c에 도시된 바와 같이, 4V∼5V로 구동하는 B-액츄에이터(119c)의 상부에 장착된 미러는 4θ∼5θ의 각도로 틸팅되어 그로부터 반사된 광선은 B-필터(120c)에 조사된다. 상기 B-필터(120c)는 청색광만을 투과시키므로, 상기 B-액츄에이터(119c)는 청색광의 세기를 변조하여 프로젝션 렌즈(122)에 입사시키는 역할을 한다.
이러한 방식으로 상기 프로젝션 렌즈(122)는 적색, 녹색 및 청색의 색 광선을 포함하는 광선을 스크린(124) 상에 투사하여 컬러 화상을 형성한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 화소 매트릭스로 구성된 AMA 모듈의 한 화소에 적색, 녹색 및 청색의 색 광선에 대응되는 3개의 액츄에이터를 형성하고, AMA 모듈과 프로젝션 렌즈 사이에 스톱으로 작용하는 3개의 컬러 필터를 설치한다. 상기 AMA 모듈의 하나의 화소에 형성된 3개의 액츄에이터들은 서로 다른 틸팅 각으로 변형되기 때문에, 각 액츄에이터의 상부에 장착된 미러로부터 반사된 광선은 서로 다른 경로를 갖고 전파되어 각기 적색 필터, 녹색 필터 및 청색 필터에 조사된다. 이와 같이 적색, 녹색 및 청색 필터를 통과한 각각의 색 광선은 프로젝션 렌즈를 통해 스크린 상에 투사되어 컬러 화상을 표시한다.
따라서, 본 발명에 따른 AMA 프로젝터에 의하면, 광 손실없이 하나의 AMA 모듈만으로 고 휘도의 컬러 디스플레이를 구현할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 광선을 발생하기 위한 광원(111);
    그 위에 상기 광선이 조명되는 미러와 상기 미러를 틸팅시키기 위한 액츄에이터로 이루어진 화소 매트릭스로 구성되며, 각각의 미러는 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하도록 변형되는 액츄에이티드 미러 어레이(AMA) 모듈(118);
    상기 액츄에이티드 미러 어레이 모듈의 각 미러로부터 반사된 광선을 스크린(124) 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(122); 및
    상기 액츄에이티드 미러 어레이 모듈과 프로젝션 렌즈 사이에 배치된 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터(120a, 120b, 120c)를 포함하며,
    상기 액츄에이티드 미러 어레이 모듈(118)에서의 하나의 화소(118a)에는 적색, 녹색 및 청색의 색 광선에 대응되는 3개의 액츄에이터(119a, 119b, 119c)가 형성되고, 각각의 액츄에이터는 그 상부의 미러들이 서로 다른 각도로 틸팅되도록 변형되는 것을 특징으로 하는 광학적 투사 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적색 컬러 필터(120a)는 적색 광선에 대응되는 액츄에이터(119a)로부터 반사되는 광선의 전파 경로 상에 위치하고, 상기 녹색 컬러 필터(120b)는 녹색 광선에 대응되는 액츄에이터(119b)로부터 반사되는 광선의 전파 경로 상에 위치하며, 상기 청색 컬러 필터(120c)는 청색 광선에 대응되는 액츄에이터(119c)로부터 반사되는 광선의 전파 경로 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 광학적 투사 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 3개의 액츄에이터(119a, 119b, 119c)는 각각, 0∼1V, 2V∼3V 및 4V∼5V로 구동되는 것을 특징으로 하는 광학적 투사 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 3개의 액츄에이터(119a, 119b, 119c)는 서로 다른 초기 틸팅 각을 갖는 것을 특징으로 하는 광학적 투사 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 3개의 액츄에이터(119a, 119b, 119c)는 각각, 0, 2θ, 4θ의 초기 틸팅 각을 갖는 것을 특징으로 하는 광학적 투사 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 3개의 액츄에이터(119a, 119b, 119c)는 그들을 지지하기 위한 지지부들을 갖고, 상기 지지부들은 서로 다른 초기 틸팅 각을 갖기 위하여 서로 다른 단차 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 광학적 투사 시스템.
  7. 광원으로부터 발생된 광선을, 미러와 상기 미러를 틸팅시키기 위한 액츄에이터로 이루어진 화소 매트릭스로 구성되며 하나의 화소에 적색, 녹색 및 청색의 색 광선에 대응되는 3개의 액츄에이터가 형성된 액츄에이티드 미러 어레이 모듈에 조사하는 단계;
    상기 액츄에이티드 미러 어레이 모듈의 적색, 녹색 및 청색 액츄에이터들을 그 위에 설치된 미러들이 서로 다른 각으로 틸팅되도록 변형시키는 단계;
    서로 다른 틸팅 각으로 변형된 액츄에이티드 미러 어레이 모듈의 각 미러로부터 반사된 광선을 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터에 조사함으로써, 상기 광선을 적색, 녹색 및 청색의 색 광선으로 구분하는 단계; 및
    상기 각각의 색 광선을 프로젝션 렌즈를 통해 스크린 상에 투사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투사 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 적색 컬러 필터는 적색 광선에 대응되는 액츄에이터로부터 반사되는 광선의 전파 경로 상에 위치하고, 상기 녹색 컬러 필터는 녹색 광선에 대응되는 액츄에이터로부터 반사되는 광선의 전파 경로 상에 위치하며, 상기 청색 컬러 필터는 청색 광선에 대응되는 액츄에이터로부터 반사되는 광선의 전파 경로 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 투사 방법.
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