KR19990040462A - 레이저를 이용한 화상표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화상표시장치에 관한 것으로 특히, 레이저빔을 이용하여 형광체를 발광시킴으로써, 기존의 CRT에 비해 가볍고 구동회로가 간단한 화상표시장치에 관한 것이다. 본 발명은 레이저빔이 발생되는 레이저발생부와, 레이저빔을 셋으로 분리하는 레이저분리부, 영상신호에 따라 레이저빔의 세기를 조절하는 광음향변조부, 레이저빔을 수평과 수직으로 이동시키면서 주사하는 레이저편향부, 및 레이저빔에 형광체를 대응시켜 영상을 표시하는 영상표시부를 포함하여 구성되어 있다.

Description

레이저를 이용한 화상표시장치

본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 특히 레이저광을 이용하여 형광물질을 발광시키는 표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 가장 많이 사용되고 있는 CRT(Cathode Ray Tube)표시장치는 전자총에서 나오는 고속의 전자빔(Beam)을 화면에 도포된 형광체에 충돌시켜 일어나는 형광체의 발광현상을 이용하여 영상을 표시한다.

CRT 브라운관의 구조 및 동작원리는 다음과 같다. 도1은 CRT브라운관의 대략적인 구조를 나타낸 것이다. 화상의 색을 구현하기 위해 전자총(10)에서는 세 개의 전자빔(11)이 발사된다. 그리고, 전자총에서 발사된 전자빔은 편향요크(16)에 의해 생성된 자기장(12)이 연속적으로 분포된 진공튜브(Tube)(13)를 통과한다. 진공튜브의 자기장의 세기 및 방향은 구동회로(도면에는 도시되지 않았다)에 의해 제어된다. 전자빔은 자기장에 의해 적절한 방향으로 휘어지게 되고, 휘어진 전자빔을 섀도우마스크(Shadow Mask)(14)라는 그물형상의 망을 통과한다. 세 개의 전자빔은 각각 섀도우마스크 뒤에 부착된 형광판(15)에 충돌하여 형광판에 형성된 적색형광체(R)와 녹색형광체(G) 및 청색형광체(B)의 발광을 담당한다. 즉, 하나의 전자빔이 하나의 형광체를 발광시키게 된다는 것이다. 섀도우마스크는 자기장 제어의 오차에 의해 전자빔이 인접한 형광체에 잘못 충돌하는 것을 방지하는 차폐막의 역할을 한다.

그런데, 전자빔의 경로는 CRT튜브 속에 연속적으로 분포된 전기장 및 자기장의 제어에 의해 조정되는데, 이 경로의 예측이 어려워 그 제어를 위한 구동회로가 복잡하고 어렵다. 따라서, CRT 표시장치는 전자빔을 임의의 방향으로 휠 수 있는 전기장과 자기장 형성의 제어에 대한 기술적인 해결이 수반되어야만 하는 문제점이 있다.

또, 종래의 CRT 표시장치는 전자빔이 형광체에 도달하는 동안, 다른 물질과의 충돌을 배제하고, 형광체와 섀도우마스크의 산화를 막기 위하여 전자총과 형광체 사이의 공간을 진공으로 해야 한다. 그래서, CRT표시장치는 진공튜브가 구성되어 있는 것이다. 그런데, 이 진공튜브를 제조하는 데 사용되는 진공유리는 두께가 두껍고, 무게가 무거워 대형튜브를 제조하기가 힘들다. 따라서, CRT표시장치로 대형화면을 구현하기가 상당히 어렵다.

본 발명은 경로의 예측이 어려운 전자빔 대신 직진성이 우수하여 반사와 굴절에 의한 경로의 예측이 쉬운 레이저광을 이용하여 구동회로의 설계를 용이하게 하고, 진공튜브의 사용을 없애 경량의 대형화면을 구현케 하는 표시장치의 제조를 목적으로 한다.

도 1은 종래의 CRT 화상표시장치를 나타낸 개략도.

도 2은 본 발명의 제1실시예를 나타낸 상세도.

도 3는 본 발명의 화상표시장치에서 섀도우마스크를 통해 형광체에 주사되는 레이저빔을 도시한 단면도.

도 4는 본 발명의 제2실시예를 나타낸 개략도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100, 100' : 레이저발생부 110 : 레이저분리부

111 : 제1반투과거울 112 : 제2반투과거울

113 : 전반사거울 120 : 광음향변조부

130 : 레이저편향부 131 : 회전거울

132 : 갈바노미터 140 : 영상표시부

141 : 섀도우마스크 141' : 섀도우마스크의 구멍

142 : 석영유리 143 : 형광체

144 : 스크린유리 150, 150' : 촛점렌즈(focus lenz)

160 : 반포물선형 전반사거울 200 : 레이저빔

210 : 제1레이저빔 210' : 구멍을 통과한 제1레이저빔

220 : 제2레이저빔 220' : 구멍을 통과한 제2레이저빔

230 : 제3레이저빔 230' : 구멍을 통과한 제3레이저빔

R, G, B : 형광물질

본 발명의 표시장치는 직진성이 우수한 레이저광을 형광체의 발광을 위한 광원으로 사용하는 것을 특징으로 한다. 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 구조를 살펴보면 다음과 같다. 즉, 본 발명은 도2에 나타낸 것과 같이 레이저빔이 발생되는 레이저발생부(100)와, 레이저빔을 균일한 세기의 빔 세 개로 나누는 레이저분리부(110)와, 소정의 영상신호에 따라 세 개의 빔 각각의 세기를 변조하는 광음향변조부(AOM:Accousto-Optic Modulator)(120)와, 광음향변조부에 의해 변조된 세 개의 빔을 소정의 주기동안 수평과 수직방향으로 이동하면서 주사시키는 레이저편향부(130) 및, 레이저편향부에 의해 주사되는 세 개의 빔을 스크린에서 각각 할당된 화소의 형광체에 주사하여 영상을 표시하는 영상표시부(140)를 포함하고 있는 특징이 있다. 이 때, 단일 레이저빔이 발생되는 레이저발생부는 세 개의 레이저가 발생되는 레이저발생부로 대체될 수 있다. 이 때에는 레이저분리부가 설치될 필요가 없다.

이하 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

(실시예 1)

본 실시예1는 도2에 상세히 도시된 것과 같이 레이저발생기와 제1반투과거울(111)과 제2반투과거울(112) 및 전반사거울(113), 그리고 광음향변조기와 회전거울(131) 및 갈바노미터(galvanometer)(132), 그리고 섀도우마스크(141)와 석영유리(142) 및 형광체(143)가 도포된 스크린유리(144)로 구성되어 있다. 그리고, 레이저빔 집속의 필요에 따라 촛점렌즈(focus lenz)(150, 150')와 반포물선 형태의 전반사거울(160)이 설치되어 있다.

레이저발생기는 헬륨-카드뮴(He-Cd)계열의 자외선 레이저를 발생시킨다. 헬륨-카드뮴 계열의 레이저는 325nm∼335nm의 자외선 파장대와 442nm의 청색계열파장대 등 2개의 파장대에서 출력파장의 극대를 가지는데, 적절한 필터링을 통하면 이 중에서 자외선만을 분리해 낼 수 있다. 본 실시예1에서는 헬륨-카드뮴 계열의 자외선 레이저를 사용했지만, 형광물질이 발광될 수 있는 충분한 출력을 갖는다면 어떤 자외선 레이저를 사용해도 무방하다. 또, 만약 형광물질을 충분히 발광시킬 수 있다면, 적외선 레이저를 사용할 수도 있다.

제1반투과거울은 레이저발생기에서 출력된 레이저빔(200)의 3분의 1(33.3%)만 반사시키고, 나머지 3분의 2(66.6%)에 해당하는 레이저빔의 광량을 투과시킨다. 그리고, 제2반투과거울은 제1반투과거울을 통해 투과된 레이저빔의 2분의 1(50%)만 반사시키고, 나머지 2분의 1(50%)에 해당하는 레이저빔의 광량을 투과시킨다. 또, 전반사거울은 제2반투과거울을 통해 투과된 레이저빔을 모두 반사시킨다. 이 제1반투과거울에서 반사된 레이저빔(이하 제1레이저빔)(210)과 제2반투과거울에서 반사된 레이저빔(이하 제2레이저빔)(220)과 전반사거울에서 반사된 레이저빔(이하 제3레이저빔)(230)이 추후 적색(Red)와 녹색(Green) 및 청색(Blue)의 형광체에 각각 입사된다. 결국 제1레이저빔과 제2레이저빔 및 제3레이저빔은 모두 최초에 레이저발생기에서 발생된 레이저빔의 3분의 1에 해당하는 광량을 가지게 된다. 본 실시예는 이 제1반투과거울과 제2반투과거울 및 전반사거울이 레이저분리부(110)의 역할을 수행한다.

광음향변조기는 제1레이저빔과 제2레이저빔 및 제3레이저빔을 각각 적색과 녹색 및 청색의 영상신호에 대응시키고, 그 영상신호에 따라 각각의 레이저빔의 세기를 변화시킨다. 예를 들어, 제1레이저빔이 적색에 대응되고 제2레이저빔이 녹색에 대응되며 제3레이저빔이 청색에 대응되었을 때, 스크린에 표현할 영상이 빨간색이라면, 제1레이저빔의 출력을 최대로 하고 제2레이저빔과 제3레이저빔의 출력은 최소로 하거나 아예 출력을 없도록 한다는 것이다. 이러한 방법으로 각 레이저빔의 세기가 조절되어 영상의 색상이 표현된다.

광음향변조기를 거친 세 개의 레이저빔은 추후 섀도우마스크 상의 한 점에 모일 수 있도록 촛점렌즈(focus lenz)(150')를 통해 레이저편향계(130)에 주사된다. 이 때, 만약 광음향변조기를 거친 세 개의 레이저빔이 촛점렌즈를 거치지 않아도 섀도우마스크의 한 점에 모일 수 있게 설계되었다면, 촛점렌즈를 통하지 않아도 된다.

레이저편향계는 수평주사를 위한 다면체의 회전거울(131)과 수직주사를 위한 갈바노미터(galvanometer)(132)로 구성되어 있다. 이 회전거울은 일정한 속도로 회전하도록 구성되는데, 그 회전속도는 영상을 표시하기 위한 수평주파수와 그 회전거울의 면의 수에 밀접한 관계가 있다. 만약 본 발명이 NTSC방식의 TV화면을 구성하기 위한 장치로 사용되고 회전거울이 24개의 반사면을 가지고 있다면, 수평주파수가 15.5kHz 일때 그 회전거울의 회전속도는 약 39,000 rpm 정도가 되어야 하고, 갈바노미터는 그 진동수가 TV의 수직주파수인 60Hz에 대응하도록 구성되어야 한다.

이 레이저편향계를 거친 레이저빔은 반포물선 형태의 전반사거울(160)에 의해 반사되어 형광체가 도포된 스크린유리(144)에 주사된다. 이 편향기술은 가시광선 레이저를 이용하여 화면에 화상을 구현시키는 레이저TV 등과 같은 기존의 기술로도 충분히 가능하다. 이 때, 만약 전반사거울을 거치지 않아도 화상을 구현하는 데 아무런 문제가 없다면, 이 반포물선 형태의 전반사거울(160)은 설치될 필요가 없다.

스크린에 주사된 세 개의 레이저빔(210, 220, 230)은 도3에 나타낸 것과 같이 섀도우마스크의 구멍(141)에서 서로 만나 각기 서로 다른 방향으로 엇갈려 주사된다. 이 섀도우마스크는 빛을 차단할 수 있는 물질로 구성되어야 한다. 섀도우마스크의 기능은 스크린에 주사되는 세 개의 레이저빔이 각각 담당하고 있는 형광체 외의 부분에 주사되지 않도록 각 세 개의 레이저빔의 굵기를 형광체의 크기에 맞도록 잘라주는 역할을 한다. 섀도우마스크를 통과한 세 개의 레이저빔(210', 220', 230')은 각각 자신이 담당하고 있는 형광체(R, G, B)에 주사되어 형광체를 발광시킨다.

도2를 상세히 살펴보면, 섀도우마스크(141)와 형광체(143) 사이에 석영유리(142)가 구성되어 있는 것을 볼 수 있다. 그리고, 석영유리가 부착된 형광체 면의 반대면에는 일반 화면용 스크린유리(144)가 밀착되어 있다. 즉, 형광체는 석영유리와 일반 유리에 의해 외부로부터 완전히 차폐되어 있다. 그 이유는 형광체가 공기 중에서 산화되는 것을 막기 위해서이다.

형광체에서 레이저빔이 입사되는 방향의 면에 석영유리가 부착된 것은 석영성분이 자외선을 잘 투과시키기 때문이다. 만약 자외선에 대한 흡수율과 반사율이 낮고 투과율이 높은 물질이라면, 석영유리가 아니라도 괜찮다. 그리고, 형광체에서 발광되는 방향의 면에 일반유리가 부착된 것은 형광체가 발광시킨 빛이 유리에 잘 투과되기 때문이다. 만약 빛이 잘 투과되는 투명한 물질이라면 어떤 것을 사용해도 무방하다.

본 실시예에서 사용된 형광체는 자외선을 주사받았을 때 발광할 수 있는 소자이면 된다. 일반적으로 청색의 형광체로는 ZnS:Ag, ZnS:Ag + 안료 등이 사용되며, 녹색의 형광체로는 ZnS:(Cu, Al), ZnS:(Cu, Al) + 안료가, 적색의 형광체로는 Y₂O₂S:Eu, Y₂O₂S:Eu + 안료 등이 현재 모니터용 형광체로서 많이 사용되고 있다. 모니터에서는 전자총에서 나온 전자빔이 이들 형광체에 입사하면서 그 운동에너지에 의해 발광체가 여기되면서 청색, 녹색, 적색의 빛을 내는 발광을 하게 된다.

상술한 형광체들은 전자빔에 의해서만이 아니라 254nm와 365nm의 자외선 파장에 의해서도 발광하는 특성을 가지고 있다. 특히, 365nm의 자외선이 입사했을 때의 발광효과는 전자빔에 의한 발광효과와 비슷하다. 이러한 사실은 형광체의 발광을 통해 스크린에 구현되는 화상은 전자빔 뿐만 아니라, 자외선의 주사에 의해서도 충분한 밝기를 가진다는 것을 의미한다. 즉, 기존의 CRT의 품질과 유사한 화상을 자외선에 의한 표시장치도 가질 수 있다는 것이다.

(실시예 2)

본 발명은 레이저발생부의 구조에 의해 또 하나의 실시예를 가질 수 있다. 본 실시예2는 상술했던 실시예1과 달리 레이저발생부의 구조가 다르고, 제1반투과거울과 제2반투과거울 및 전반사거울 등의 레이저분리부가 없는 것이 특징이다.

나머지 부분의 동작 원리는 실시예1과 동일하므로 설명을 생략하고, 본 실시예의 주요특징부만 살펴보면 다음과 같다.

본 실시예2는 도4에 나타낸 것과 같이 레이저발생부(100')가 제1레이저 및 제2레이저와 제3레이저의 레이저빔 세 개를 발생시킨다. 따라서, 실시예1과 달리 레이저분리부가 없는 것이다.

본 발명을 통해 제조된 화상표시장치는, 종래의 화상표시장치인 CRT에서 사용되는 전자빔에 비해 직진성과 굴절성 및 반사성이 뛰어난 레이저빔으로 형광체를 발광시키므로, 그 구동회로의 설계가 종래의 것보다 용이하다는 장점이 있다. 그리고, 본 발명을 통해 제조된 화상표시장치의 튜브는, CRT의 유리튜브와 달리 진공상태가 필요없으므로, 두꺼운 유리로 제조될 필요가 없어 무게도 가벼워진다. 뿐만 아니라 CRT와 동등한 수준의 화질을 가지며, 전자장 형성영역이 필요없어 대형화면의 구성도 간단해지는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 레이저빔(Laser Beam)이 발생되는 레이저발생부;

   상기 레이저빔을 균일한 세기를 갖는 세 개의 빔으로 나누는 레이저분리부;

   소정의 영상신호에 따라 상기 레이저분리부에서 나뉘어진 세 개의 빔 각각의 세기를 변조하는 광음향변조부(AOM:Accousto-Optic Modulator);

   상기 광음향변조부에서 변조된 세 개의 빔을 소정의 주기 동안 수평과 수직으로 이동하면서 주사시킬 수 있는 레이저편향부; 그리고,

   상기 레이저편향부에 의해 주사되는 세 개의 빔을 화소의 형광체에 대응시켜 영상을 표시하는 영상표시부가 포함된 레이저 화상표시장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저발생부에서 발생되는 레이저빔은 헬륨-카드뮴(He-Cd) 계열의 레이저에서 추출된 자외선 레이저빔인 것을 특징으로 하는 레이저 화상표시장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저분리부는 상기 레이저 발생부에서 발생된 레이저빔을 입사받아 입사된 레이저빔의 3분의 1은 반사하고 3분의 2는 투과시키는 제1반투과거울과, 상기 제1반투과거울에서 투과된 레이저빔을 입사받아 입사된 레이저빔의 2분의 1은 반사하고 2분의 1은 투과시키는 제2반투과거울과, 상기 제2반투과거울에서 투과된 레이저빔을 입사받아 입사된 레이저빔의 전부를 반사하는 전반사거울로 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 화상표시장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 레이저발생부에서 발생된 레이저빔을 상기 제1반투과거울에 집광시킬 수 있는 광학적 촛점렌즈(focus lenz)가 설치된 것을 특징으로 하는 레이저 화상표시장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 영상표시부는 구멍이 규칙적으로 배열되어 상기 세 개의 빔이 각각 고유의 각도로 입사되도록 하는 섀도우마스크와, 상기 구멍 하나에 청색형광체와 녹색형광체 및 적색형광체 세 개가 대응하도록 배열된 형광판이 포함된 것을 특징으로 하는 레이저 화상표시장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 화소의 형광체는 산화방지를 위해 2개의 판 사이에 도포시켜 밀착시킨 구조인 것을 특징으로 하는 레이저 화상표시장치.
7. 제1레이저빔과 제2레이저빔 및 제3레이저빔을 발생시키는 레이저발생부와;

   소정의 영상신호에 따라 상기 제1레이저빔과 제2레이저빔 및 제3레이저빔 각각을 변조하는 광음향변조부(AOM:Accousto-Optic Modulator);

   상기 광음향변조부에서 변조된 세 개의 빔을 소정의 주기 동안 수평과 수직으로 이동하면서 주사시킬 수 있는 레이저편향부; 그리고,

   상기 레이저편향부에 의해 주사되는 제1레이저빔과 제2레이저빔 및 제3레이저빔을 화소의 형광체에 대응시켜 영상을 표시하는 영상표시부가 포함된 레이저 화상표시장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 레이저발생부에서 발생되는 제1레이저빔과 제2레이저빔 및 제3레이저빔은 헬륨-카드뮴(He-Cd) 계열의 레이저에서 추출된 자외선 레이저빔인 것을 특징으로 하는 레이저 화상표시장치.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 영상표시부는 구멍이 규칙적으로 배열되어 상기 세 개의 빔이 각각 고유의 각도로 입사되도록 하는 섀도우마스크와, 상기 구멍 하나에 청색형광체와 녹색형광체 및 적색형광체 세 개가 대응하도록 배열된 형광판이 포함된 것을 특징으로 하는 레이저 화상표시장치.
10. 제 7 항에 있어서, 상기 화소의 형광체는 산화방지를 위해 2개의 판 사이에 도포시켜 밀착시킨 구조인 것을 특징으로 하는 레이저 화상표시장치.