KR20010001561A - Optical projection system having thin-film micromirror array-actuated panel - Google Patents

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KR20010001561A
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정상철
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Abstract

PURPOSE: A projection image displaying device is provided to alternately drive unit actuators of a thin-film micromirror array-actuated(TMA) panel in upward/downward directions relating to one signal, so as to alleviate a mechanical stress of the actuator and to prevent a ghost on a screen. CONSTITUTION: A light source(102) emits rays. A thin-film micromirror array-actuated(TMA) panel(112) arranges matrix-typed pixels composed of mirrors and actuators. The mirrors reflect the emitted rays. The actuators formed on lower sides of the mirrors transform the mirrors according to applied signals. The actuators are alternately driven to upward/downward directions relating to one signal in the TMA panel(112). A projection stop(114) concentrates flux of the rays reflected from each mirror. A projection lens(116) projects the rays passing through the projection stop(114) on a screen.

Description

박막형 미러 어레이 패널을 포함하는 투사형 화상표시 장치 {OPTICAL PROJECTION SYSTEM HAVING THIN-FILM MICROMIRROR ARRAY-ACTUATED PANEL}Projection type image display device including thin-film mirror array panel {OPTICAL PROJECTION SYSTEM HAVING THIN-FILM MICROMIRROR ARRAY-ACTUATED PANEL}

본 발명은 투사형 화상표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박막형 미러 어레이(Thin-film Micromirror Array-actuated; 이하 TMA라 칭함) 패널을 포함하는 투사형 화상표시 장치에 있어서, TMA 패널의 액츄에이터를 상·하 방향으로 교대로 구동시킴으로써 스크린에 잔상이 나타나는 것을 방지할 수 있는 투사형 화상표시 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection image display device, and more particularly, to a projection image display device including a thin-film micromirror array-actuated (hereinafter referred to as TMA) panel. The present invention relates to a projection image display device that can prevent afterimages from appearing on a screen by alternately driving in a downward direction.

광학 에너지를 스크린 상에 투영하기 위한 광로조절 장치 또는 공간적 광변조기는 광통신, 화상처리 및 정보 디스플레이 장치와 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 통상적으로 이러한 광변조기를 이용한 화상 처리 장치들은 광학 에너지를 스크린 상에 표시하는 방법에 따라 직시형 화상표시 장치와 투사형 화상표시 장치로 구분된다.Optical path control devices or spatial light modulators for projecting optical energy onto the screen can be applied to various fields such as optical communication, image processing and information display devices. Typically, image processing apparatuses using such an optical modulator are classified into a direct view type image display device and a projection type image display device according to a method of displaying optical energy on a screen.

직시형 화상표시 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 화상표시 장치로는 액정표시 장치(LCD), DMD(Deformable Mirror Device) 및 AMA(Actuated Mirror Array)를 들 수 있다. 이러한 투사형 화상표시 장치는 다시 그들의 광학적 특성에 따라 2개의 그룹으로 나뉠 수 있다. 즉, LCD와 같은 장치는 전송 광변조기로 분류될 수 있는데 반하여, DMD 및 AMA는 반사 광변조기로 분류될 수 있다.An example of a direct view image display device is a CRT (Cathode Ray Tube), which is a so-called CRT device, which has excellent image quality but increases in weight and volume as the size of the screen increases, leading to increased manufacturing costs. There is. Examples of the projection image display apparatus include a liquid crystal display (LCD), a deformable mirror device (DMD), and an actuated mirror array (AMA). Such projection image display apparatuses can be further divided into two groups according to their optical characteristics. That is, devices such as LCDs can be classified as transmission light modulators, while DMD and AMA can be classified as reflective light modulators.

LCD와 같은 전송 광변조기는 광학적 구조가 매우 간단하므로, 얇게 형성하여 중량을 가볍게 할 수 있으며 용적을 줄이는 것이 가능하다. 그러나, 빛의 극성으로 인하여 광효율이 낮으며, 액정재료에 고유하게 존재하는 문제, 예를 들면 응답속도가 느리고 그 내부가 과열되기 쉬운 단점이 있다. 또한, 현존하는 전송 광변조기의 최대 광효율은 1∼2% 범위로 한정되며, 수용 가능한 디스플레이 품질을 제공하기 위해서 암실 조건을 필요로 한다. 따라서, 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 DMD 및 AMA와 같은 광변조기가 개발되었다.Transmission optical modulators, such as LCDs, have a very simple optical structure, which makes them thinner, lighter in weight, and smaller in volume. However, the light efficiency is low due to the polarity of the light, there is a problem inherent in the liquid crystal material, for example, the response speed is slow and its inside is easy to overheat. In addition, the maximum light efficiency of existing transmission optical modulators is limited to a range of 1-2% and requires dark room conditions to provide acceptable display quality. Therefore, optical modulators such as DMD and AMA have been developed to solve the above problems.

DMD는 5% 정도의 비교적 양호한 광효율을 나타내지만, DMD에 채용된 힌지 구조물에 의해서 심각한 피로 문제가 발생할 뿐만 아니라, 매우 복잡하고 값비싼 구동회로가 요구된다는 단점이 있다.Although DMD shows a relatively good light efficiency of about 5%, the hinge structure employed in the DMD not only causes serious fatigue problems, but also requires a very complicated and expensive driving circuit.

AMA는 그 내부에 설치된 각각의 미러들이 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하고, 상기 반사된 빛이 슬릿이나 핀홀과 같은 개구를 통과하여 스크린에 투영되어 화상을 맺도록 광속을 조절할 수 있는 장치이다. 따라서, 그 구조와 동작 원리가 간단하며, LCD나 DMD에 비해 높은 광효율(10% 이상의 광효율)을 얻을 수 있다. 또한, 스크린에 투영되는 화상의 콘트라스트가 향상되어 보다 밝고 선명한 화상을 얻을 수 있다.The AMA reflects the light incident from the light source at a predetermined angle, and each mirror installed therein adjusts the luminous flux so that the reflected light is projected on the screen through an opening such as a slit or pinhole to form an image. Device. Therefore, its structure and operation principle are simple, and high light efficiency (more than 10% light efficiency) can be obtained compared to LCD or DMD. In addition, the contrast of the image projected on the screen is improved to obtain a brighter and clearer image.

TMA의 각 액츄에이터는 인가되는 전기적인 화상신호 및 바이어스 신호에 의하여 발생되는 전기장에 따라 변형을 일으킨다. 액츄에이터가 변형을 일으킬 때 그 상부에 장착된 각각의 미러들이 경사지게 된다. 따라서, 경사진 미러들은 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시켜 스크린 상에 화상을 맺을 수 있도록 한다. 각각의 미러들을 구동하는 액츄에이터로서 PZT(Pb(Zr, Ti)O3), 또는 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O3) 등의 압전물질이 이용된다. 또한, PMN(Pb(Mg, Nb)O3) 등의 전왜 물질로서 액츄에이터를 구성할 수도 있다.Each actuator of the TMA generates a deformation in accordance with the electric field generated by the applied electric image signal and the bias signal. As the actuator deforms, each of the mirrors mounted thereon is tilted. Therefore, the inclined mirrors reflect the light incident from the light source at a predetermined angle to form an image on the screen. As an actuator for driving the respective mirrors, a piezoelectric material such as PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ), or PLZT ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 ) is used. It is also possible to configure the actuator as electrostrictive material such as PMN (Pb (Mg, Nb) O 3).

이러한 AMA는 크게 벌크형과 박막형으로 구분된다. 벌크형 AMA는 Gregory Um 등에게 허여된 미합중국 특허 제5,085,497호에 개시되어 있다. 벌크형 AMA는 다층 세라믹을 얇게 절단하여 내부에 금속 전극이 형성된 세라믹 웨이퍼를 트랜지스터가 내장된 액티브매트릭스에 장착한 후, 쏘잉 방법으로 가공하고 그 상부에 미러를 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 AMA(TMA)가 개발되었다. 예를 들면, 본 출원인이 대한민국 특허청에 특허출원한 특허출원 제95-13353호(발명의 명칭 : 광로조절 장치의 제조방법)에 이러한 TMA가 개시되어 있다.These AMAs are classified into bulk and thin film types. Bulk AMA is disclosed in US Pat. No. 5,085,497 to Gregory Um et al. The bulk AMA is made by thinly cutting a multilayer ceramic to mount a ceramic wafer having a metal electrode formed therein in an active matrix in which a transistor is built, and then processing by a sawing method and installing a mirror on the top. However, bulk AMA requires very high precision in design and manufacture, and has a disadvantage of slow response of the strained layer. Accordingly, recently, a thin film type AMA (TMA) that can be manufactured using a semiconductor manufacturing process has been developed. For example, such a TMA is disclosed in Korean Patent Application No. 95-13353 (name of the invention: a method for manufacturing an optical path control device) filed by the applicant with the Korean Patent Office.

TMA는 현미경적인 미러들과 관련하여 박막 압전 액츄에이터를 이용하는 반사형 광변조기로서, 단판식으로 이루어진 미러의 300,000 개 이상의 화소(Pixel)에 걸쳐서 대규모 집적의 균등도를 갖도록 개발되어 왔다. 이러한 TMA는 각각 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 나타내는 640×480 화소의 패널들로 구성된다. 화소들은 광효율을 높이도록 미러의 표면적을 최대화하기 위해서 캔틸레버(cantilever) 구조물로 고안된다. 캔틸레버 구조물은 화상 신호 전압이 인가되는 액티브매트릭스 및 인가된 신호 전압에 의해 작동되는 미러를 포함한다.TMA is a reflective optical modulator using a thin film piezoelectric actuator in connection with microscopic mirrors, and has been developed to have uniformity of large scale integration over more than 300,000 pixels of a single plate mirror. This TMA consists of panels of 640x480 pixels representing red (R), green (G), and blue (B), respectively. The pixels are designed as cantilever structures to maximize the surface area of the mirror to increase light efficiency. The cantilever structure includes an active matrix to which an image signal voltage is applied and a mirror operated by the applied signal voltage.

단판식 TMA를 광변조기로 사용하는 종래의 투사형 화상표시 장치가 도 1에 도시되어 있다.A conventional projection type image display apparatus using a single plate type TMA as an optical modulator is shown in FIG.

도 1을 참조하면, 종래의 투사형 화상표시 장치(10)는 광선들을 방출하기 위한 170W 내지 270W의 할로겐 금속 램프(11), 램프(11)로부터 광선들을 반사시키기 위한 반사경(19), 램프(11)로부터 방출된 광선들을 평행광으로 만들기 위한 소오스 렌즈(12), 광선들을 통과시키기 위한 개구를 갖고 화상을 형성하는 광선들의 양을 결정하는 소오스 스톱(13), 소오스 스톱(13)을 통과한 광선들을 반사시키기 위한 소오스 미러(14), 소오스 스톱(13)의 이미지를 프로젝션 스톱(20)에 1:1로 대응시키기 위한 필드 렌즈(16), 다수의 미러를 구비하며 필드 렌즈(16)로부터 조사되는 광선들의 세기를 변조시키기 위한 TMA 패널(18), 광선들을 통과시키기 위한 개구를 가지며 변조된 광선들의 플럭스를 집중시키기 위한 프로젝션 스톱(20), 및 프로젝션 스톱(20)을 통과한 광선들을 스크린(도시되지 않음) 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(22)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a conventional projection type image display apparatus 10 includes a halogen metal lamp 11 of 170 W to 270 W for emitting light rays, a reflector 19 for reflecting light rays from the lamp 11, and a lamp 11. Source lens 12 for making the light rays emitted from the light into parallel light, a source stop 13 having an opening for passing the light rays, and a light source passing through the source stop 13 for determining an amount of light rays forming an image. A source lens 14 for reflecting the light, a field lens 16 for correspondingly matching the image of the source stop 13 to the projection stop 20, and a plurality of mirrors and irradiated from the field lens 16. The TMA panel 18 for modulating the intensity of the light rays to be made, the projection stop 20 having an opening for passing the light rays and focusing the flux of the modulated light rays, and the light rays passing through the projection stop 20 are screened ( Degree And a projection lens 22 for projection on a not).

종래의 투사형 화상표시 장치(10)의 동작 원리를 간단히 설명하면 다음과 같다.The operation principle of the conventional projection image display apparatus 10 will be briefly described as follows.

먼저, 램프(11)로부터 방출된 광선들이 소오스 렌즈(12)에 의해 평행광으로 집광된 후, 소오스 스톱(13)의 개구를 통과하여 소오스 미러(14)에 조사된다. 소오스 미러(14)로부터 반사된 광선들은 그 경로가 1차적으로 변경된 후, 필드 렌즈(16)를 통해 평행광으로 TMA 패널(18) 상에 조사된다.First, the light rays emitted from the lamp 11 are condensed into parallel light by the source lens 12 and then irradiated to the source mirror 14 through the opening of the source stop 13. The light rays reflected from the source mirror 14 are irradiated onto the TMA panel 18 with parallel light through the field lens 16 after its path is primarily changed.

TMA 패널(18)은 조사된 광선을 반사시키기 위한 미러들과 각 미러의 하부에 형성되어 인가되는 신호에 따라 미러를 변형시키기 위한 액츄에이터들로 구성된다. 도 2는 TMA 패널(18)의 단위 액츄에이터의 구조를 도시한 단면도이다.The TMA panel 18 is composed of mirrors for reflecting the irradiated light rays and actuators for deforming the mirror according to a signal applied and formed under each mirror. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the unit actuator of the TMA panel 18. As shown in FIG.

도 2를 참조하면, 각각의 단위 액츄에이터(30)는 멤브레인(10), 멤브레인(10)의 상부에 적층된 하부전극(15), 하부전극(15)의 상부에 적층된 변형층(20), 및 변형층(20)의 상부에 적층된 상부전극(25)으로 구성된다.Referring to FIG. 2, each unit actuator 30 includes a membrane 10, a lower electrode 15 stacked on the membrane 10, a strain layer 20 stacked on the lower electrode 15, And an upper electrode 25 stacked on the strain layer 20.

상부전극(25)은 공통전극으로서 그라운드 전압(0V)이 인가되어 있으며, 하부전극(15)은 신호전극으로 사용된다. 하부전극(15)에 0∼10V의 화상신호 전압이 인가되면, 상부전극(25)과 하부전극(15) 사이에 형성된 변형층(20)이 변형을 일으키며, 이에 따라 변형층(20)을 포함하는 액츄에이터(30)가 상방으로 틸팅된다. 그러므로, 액츄에이터(30) 상부의 상부전극(25)도 같은 방향으로 틸팅된다. 광원으로부터 입사되는 광선은 소정의 각도로 휘어진 상부전극(25)에 의해 반사된 후, 스크린에 투영되어 화상을 맺는다.The upper electrode 25 is applied with a ground voltage (0V) as a common electrode, and the lower electrode 15 is used as a signal electrode. When an image signal voltage of 0 to 10 V is applied to the lower electrode 15, the strain layer 20 formed between the upper electrode 25 and the lower electrode 15 causes deformation, and thus includes the strain layer 20. The actuator 30 to be tilted upwards. Therefore, the upper electrode 25 on the actuator 30 is also tilted in the same direction. Light rays incident from the light source are reflected by the upper electrode 25 bent at a predetermined angle, and then projected onto a screen to form an image.

만일, TMA 패널(18)의 특정 액츄에이터에 OFF 상태, 즉 제로(0)의 전압이 인가되면, 그에 대응되는 미러가 틸팅되지 않아 그로부터 반사된 광선이 도 3에 도시한 바와 같이 프로젝션 스톱(20)에서 벗어나서 상을 맺게 된다. 따라서, 스크린에 검은색 화상(black image)이 표시된다.If an OFF state, i.e., a zero voltage is applied to a specific actuator of the TMA panel 18, the mirror corresponding thereto is not tilted so that the light beam reflected from the projection stop 20 is shown in FIG. You get out of it and win a prize. Thus, a black image is displayed on the screen.

만일, TMA 패널(18)의 특정 액츄에이터에 최대신호를 인가하면, 그에 대응되는 미러가 상방으로 완전히 틸팅되어 그로부터 반사된 광선이 도 3에 도시한 바와 같이 모두 프로젝션 스톱(20)의 개구를 통과하여 스크린 상에 투사됨으로써 백 화상(white image)이 표시된다.If the maximum signal is applied to a specific actuator of the TMA panel 18, the mirror corresponding thereto is fully tilted upwards and all the rays reflected therefrom pass through the opening of the projection stop 20 as shown in FIG. The white image is displayed by being projected on the screen.

상술한 종래의 투사형 화상표시 장치에 의하면, TMA 패널의 단위 액츄에이터가 상 방향으로만 구동하므로 물리적 스트레스(mechanical stress)가 누적되어 제로 전압의 인가시 액츄에이터가 완벽한 OFF 상태를 구현하지 못함으로써 스크린에 잔상이 나타나는 문제가 발생한다.According to the conventional projection type image display device described above, since the unit actuator of the TMA panel is driven only in the upward direction, mechanical stress is accumulated and the actuator does not realize a perfect OFF state when the zero voltage is applied, resulting in an afterimage on the screen. This problem occurs.

따라서, 본 발명의 목적은 TMA 패널을 포함하는 투사형 화상표시 장치에 있어서 스크린에 잔상이 나타나는 것을 방지할 수 있는 투사형 화상표시 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a projection type image display apparatus which can prevent afterimages from appearing on a screen in a projection type image display apparatus including a TMA panel.

도 1은 종래의 투사형 화상표시 장치의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a conventional projection type image display apparatus.

도 2는 도 1에 도시한 박막형 미러 어레이 패널에 있어서 단위 액츄에이터의 구조를 도시한 단면도이다.FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a unit actuator in the thin film mirror array panel shown in FIG. 1.

도 3은 도 1에 도시한 프로젝션 스톱의 평면도이다.3 is a plan view of the projection stop shown in FIG. 1.

도 4는 본 발명에 의한 투사형 화상표시 장치의 개략도이다.4 is a schematic diagram of a projection image display apparatus according to the present invention.

도 5는 도 4에 도시한 박막형 미러 어레이 패널에 있어서 단위 액츄에이터의 구조를 도시한 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of a unit actuator in the thin film mirror array panel shown in FIG. 4.

도 6은 도 4에 도시한 프로젝션 스톱의 평면도이다.6 is a plan view of the projection stop shown in FIG.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

100 : 투사형 화상표시 장치 101 : 반사경100: projection image display device 101: reflector

102 : 광원 104 : 소오스 렌즈102: light source 104: source lens

106 : 소오스 스톱 108 : 소오스 미러106: source stop 108: source mirror

110 : 필드 렌즈 112 : TMA 패널110: field lens 112: TMA panel

114 : 프로젝션 스톱 116 : 프로젝션 렌즈114: projection stop 116: projection lens

200 : 하부전극 205 : 하부 변형층200: lower electrode 205: lower strained layer

210 : 공통전극 215 : 상부 변형층210: common electrode 215: upper strained layer

220 : 상부전극 225 : 액츄에이터220: upper electrode 225: actuator

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광선들을 방출하기 위한 광원, 광선들을 반사시키기 위한 미러와 미러의 하부에 형성되어 인가되는 신호에 따라 미러를 변형시키기 위한 액츄에이터로 구성된 화소들이 매트릭스 형태로 배열되며, 액츄에이터가 하나의 신호에 대해 상 방향과 하 방향으로 교대로 구동되는 TMA 패널, TMA 패널의 각 미러로부터 반사된 광선들의 플럭스를 집중시키기 위한 프로젝션 스톱, 그리고 프로젝션 스톱을 통과한 광선들을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈를 구비하는 투사형 화상표시 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a pixel array consisting of a light source for emitting light rays, a mirror for reflecting light rays, and an actuator formed at a lower portion of the mirror and an actuator for modifying the mirror according to an applied signal. On the screen, a TMA panel in which the actuator is alternately driven up and down for a signal, a projection stop for concentrating the flux of the rays reflected from each mirror of the TMA panel, and the rays passing through the projection stop on the screen. Provided is a projection image display device having a projection lens for projecting.

본 발명에 의하면, TMA 패널의 액츄에이터를 제1 신호가 인가되는 하부전극, 하부전극의 상부에 적층된 하부변형층, 하부변형층의 상부에 적층된 공통전극, 공통전극의 상부에 적층된 상부변형층 및 상부변형층의 상부에 적층되며 제2 신호가 인가되는 상부 전극으로 구성함으로써 프레임(frame) 방식에 의해 한 프레임씩 상ㆍ하 방향으로 교대로 구동되도록 한다.According to the present invention, the actuator of the TMA panel is a lower electrode to which the first signal is applied, a lower strain layer stacked on top of the lower electrode, a common electrode stacked on top of the lower strain layer, and a top strain stacked on top of the common electrode. The upper electrode stacked on the layer and the upper strained layer and configured to have an upper electrode to which the second signal is applied is alternately driven one by one in the frame direction by the frame method.

그리고, 프로젝션 스톱은 그 중심에서 대칭으로 두 개의 개구를 갖도록 형성함으로써 예를 들어, 액츄에이터가 상 방향으로 구동할 때에는 왼쪽의 개구를 통해 스크린 상에 투사되도록 하고 액츄에이터가 하 방향으로 구동할 때에는 오른쪽의 개구를 통해 스크린 상에 투사되도록 한다.The projection stop is formed to have two openings symmetrically at the center thereof, so that, for example, the actuator is projected onto the screen through the opening on the left side when the actuator is driven upward, and on the right side when the actuator is driven downward. To be projected onto the screen through the aperture.

따라서, 본 발명에 의하면 TMA 패널의 단위 액츄에이터를 하나의 신호에 대해 상ㆍ하 방향으로 교대로 구동시킴으로써 액츄에이터의 물리적 스트레스를 완화시켜 스크린에 잔상이 나타나는 것을 방지할 수 있다.Therefore, according to the present invention, by driving the unit actuator of the TMA panel in the up-and-down direction with respect to one signal, the physical stress of the actuator can be alleviated and the afterimage can be prevented from appearing on the screen.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 의한 단판식 TMA를 포함하는 투사형 화상표시 장치를 나타내는 개략도로서, 단판식 단색 시스템을 예시한다.Fig. 4 is a schematic diagram showing a projection type image display apparatus including a single plate type TMA according to the present invention, illustrating a single plate type single color system.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 투사형 화상표시 장치(100)는 반사경(101), 광원(102), 소오스 렌즈(104), 소오스 스톱(106), 소오스 미러(108), 필드 렌즈(110), TMA 패널(112), 프로젝션 스톱(114) 그리고 프로젝션 렌즈(116)를 포함한다.Referring to FIG. 4, the projection image display apparatus 100 according to the present invention includes a reflector 101, a light source 102, a source lens 104, a source stop 106, a source mirror 108, and a field lens 110. ), TMA panel 112, projection stop 114 and projection lens 116.

광선들을 방출하기 위한 광원(102)은 바람직하게는 약 170W 내지 270W의 할로겐 금속 램프로서 스펙트럼에서 장파장의 적외선(LWIR) 내지 자외선(UV)을 방출한다. 반사경(101)은 소오스 렌즈(104)에 대해 반대 방향으로 광원(102)으로부터 방출되는 광선들을 반사시켜 다시 소오스 렌즈(104)로 향하게 하는 역할을 한다.The light source 102 for emitting light rays is preferably a halogen metal lamp of about 170 W to 270 W, which emits long wavelength infrared (LWIR) to ultraviolet (UV) light in the spectrum. The reflector 101 serves to reflect the light rays emitted from the light source 102 in the opposite direction to the source lens 104 to be directed back to the source lens 104.

소오스 렌즈(104)는 광원(102)으로부터 방출된 광선들을 평행광으로 집광시키는 역할을 한다. 소오스 스톱(106)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광선을 통과시키도록 형성된 개구를 갖는다. 바람직하게는, 이러한 개구는 핀홀 또는 슬릿이다. 소오스 스톱(106)은 화상을 형성하는 광선들의 양을 결정한다. 소오스 미러(108)는 소오스 스톱(106)을 통과한 광선들을 반사시켜 그 경로가 TMA 패널(112)로 향하도록 변경시키는 역할을 한다.The source lens 104 serves to condense the light rays emitted from the light source 102 into parallel light. The source stop 106 is an optically opaque member and has an opening formed to pass light rays. Preferably this opening is a pinhole or slit. The source stop 106 determines the amount of light rays that form the image. The source mirror 108 serves to reflect the light rays passing through the source stop 106 so that its path is directed to the TMA panel 112.

필드 렌즈(110)는 소오스 스톱(106)의 이미지가 프로젝션 스톱(114)에 1:1로 대응되도록 하기 위하여, 소오스 스톱(106)을 통과한 각각의 광선들을 광 손실 없이 TMA 패널(112)로 조사하는 역할을 한다.The field lens 110 directs each ray passing through the source stop 106 to the TMA panel 112 without light loss, so that the image of the source stop 106 corresponds to the projection stop 114 1: 1. Investigate.

상기 TMA 패널(112)은 조사된 광선들을 반사시키기 위한 다수의 미러를 포함하며, 각 미러는 그 아래에 구비된 액츄에이터에 인가되는 전기 신호에 따라서 광선들의 세기를 변조한다. 즉, 각 미러는 스크린 상에 표시되는 다수의 화소들 중에서 대응되는 하나의 화소의 세기에 상응하는 변형 크기로 변형된다. 본 발명에 의한 TMA 패널(112)의 단위 액츄에이터의 구조가 도 5에 도시되어 있다.The TMA panel 112 includes a plurality of mirrors for reflecting the irradiated rays, each of which modulates the intensity of the rays in accordance with an electrical signal applied to an actuator provided thereunder. That is, each mirror is deformed to a deformation size corresponding to the intensity of the corresponding one pixel among the plurality of pixels displayed on the screen. The structure of the unit actuator of the TMA panel 112 according to the present invention is shown in FIG. 5.

도 5를 참조하면, 본 발명에 의한 TMA 패널(112)의 단위 액츄에이터(225)는 제1 신호가 인가되는 하부전극(200), 하부전극(200)의 상부에 적층된 하부변형층(205), 하부변형층(205)의 상부에 적층된 공통전극(210), 공통전극(210)의 상부에 적층된 상부변형층(215), 및 상부변형층(215)의 상부에 적층되며 제2 신호가 인가되는 상부전극(220)으로 구성된다. 상부전극(220)에 약 10V의 신호전압을 인가하고 공통전극(210)과 하부전극(200)에 0V를 인가하면, 하부변형층(205)이 종래의 TMA 패널에서의 멤브레인 역할을 하고 상부전극(220)과 공통전극(210) 사이에 형성된 상부변형층(215)이 변형을 일으키면서 액츄에이터(225)가 상방으로 틸팅된다. 반면에, 하부전극(200)에 약 10V의 신호 전압을 인가하고 공통전극(210)과 상부전극(220)에 0V를 인가하면, 상부변형층(215)이 종래의 TMA 패널에서의 멤브레인 역할을 하고 하부전극(200)과 공통전극(210) 사이에 형성된 하부변형층(205)이 변형을 일으키면서 액츄에이터(225)가 하방으로 틸팅된다.Referring to FIG. 5, the unit actuator 225 of the TMA panel 112 according to the present invention includes a lower electrode 200 to which a first signal is applied, and a lower strain layer 205 stacked on the lower electrode 200. , The common electrode 210 stacked on the lower strain layer 205, the upper strain layer 215 stacked on the upper portion of the common electrode 210, and the second strain signal stacked on the upper strain layer 215. The upper electrode 220 is applied. When a signal voltage of about 10 V is applied to the upper electrode 220 and 0 V is applied to the common electrode 210 and the lower electrode 200, the lower strained layer 205 serves as a membrane in the conventional TMA panel and the upper electrode As the upper strained layer 215 formed between the 220 and the common electrode 210 causes deformation, the actuator 225 is tilted upward. On the other hand, when a signal voltage of about 10V is applied to the lower electrode 200 and 0V is applied to the common electrode 210 and the upper electrode 220, the upper strained layer 215 serves as a membrane in the conventional TMA panel. The actuator 225 is tilted downward while the lower deformation layer 205 formed between the lower electrode 200 and the common electrode 210 causes deformation.

프로젝션 스톱(114)은 광학적으로 불투명한 부재이며, 광학적으로 반사면인 전면 및 광선들을 통과시키도록 형성된 핀홀이나 슬릿과 같은 개구를 구비한다. 본 발명에 의하면, 상방 또는 하방으로 교대로 구동되는 액츄에이터에 의해 변조되는 광선들에 각각 대응되도록 도 6에 도시한 바와 같이 중심에서 대칭으로 두 개의 개구(A, B)를 갖도록 프로젝션 스톱(114)을 형성한다. 예를 들어, TMA 패널(112)의 액츄에이터(225)가 상 방향으로 구동할 때에는 그에 대응되는 미러로부터 반사된 광선을 A의 개구를 통해 스크린(도시되지 않음) 상에 투사하고, 액츄에이터(225)가 하 방향으로 구동할 때에는 그에 대응되는 미러로부터 반사된 광선을 B의 개구를 통해 스크린 상에 투사한다. 여기서, 프로젝션 스톱(114)의 개구(A, B)를 통과하는 광선의 플럭스는 TMA 패널(112)의 각 미러로부터 반사된 광선의 세기를 제어한다.Projection stop 114 is an optically opaque member and has an optically reflective surface and openings such as pinholes or slits formed to pass light rays. According to the present invention, the projection stop 114 has two openings A and B symmetrically from the center as shown in FIG. 6 so as to correspond to the light beams modulated by the actuators which are alternately driven upwards or downwards. To form. For example, when the actuator 225 of the TMA panel 112 drives in the upward direction, the light beam reflected from the mirror corresponding thereto is projected on the screen (not shown) through the opening of A, and the actuator 225 When driving in the downward direction, the light beam reflected from the mirror corresponding thereto is projected on the screen through the opening of B. Here, the flux of light rays passing through the openings A and B of the projection stop 114 controls the intensity of the light rays reflected from each mirror of the TMA panel 112.

프로젝션 렌즈(116)는 프로젝션 스톱(114)의 개구를 통과한 광선들을 스크린상에 투사하여 그에 상응되는 화상을 표시하는 기능을 수행한다.The projection lens 116 functions to project light rays passing through the opening of the projection stop 114 onto the screen and display an image corresponding thereto.

상술한 구조를 갖는 본 발명에 따른 투사형 화상표시 장치(100)의 작동 원리를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation principle of the projection image display apparatus 100 according to the present invention having the above-described structure will be described in more detail as follows.

먼저, 할로겐 금속 램프와 같은 아크 램프로 이루어진 광원(102)으로부터 방출된 광선들이 소오스 렌즈(104)에 의해 평행광으로 집광된 후, 소오스 스톱(106)을 통과하여 소오스 미러(108)에 조사된다. 소오스 미러(108)로부터 반사된 광선들은 그 경로가 1차적으로 변경된 후, 필드 렌즈(110)를 통해 평행광으로 TMA 패널(112)에 조사된다.First, light rays emitted from a light source 102 made of an arc lamp, such as a halogen metal lamp, are condensed into parallel light by the source lens 104 and then irradiated to the source mirror 108 through the source stop 106. . The light rays reflected from the source mirror 108 are irradiated to the TMA panel 112 with parallel light through the field lens 110 after its path is primarily changed.

TMA 패널(112)의 각 미러는 그 아래에 구비된 액츄에이터(225)에 인가된 신호에 따라서 광선들을 변조한다. 바람직하게는, TMA 패널(112)의 액츄에이터(225)들은 프레임 방식으로 구동한다. 예를 들어, 백색 화상을 표시하고자 하는 경우, TMA 패널(112)의 액츄에이터들(225)에 인가할 백색 신호를 소정의 버퍼(buffer)부에 저장한 후 어느 순간에 이 신호들을 동시에 ON 시킨다. 이렇게 되면, 하나의 화면에 대응되는 하나의 프레임의 데이터(즉, 백색 화상)가 화면에 동시에 표시된다. 이때, TMA 패널(112)의 단위 액츄에이터(225)는 프레임 별로 상 방향과 하 방향으로 교대로 구동된다.Each mirror of the TMA panel 112 modulates light rays in accordance with a signal applied to an actuator 225 provided thereunder. Preferably, the actuators 225 of the TMA panel 112 are driven in a frame manner. For example, when a white image is to be displayed, a white signal to be applied to the actuators 225 of the TMA panel 112 is stored in a predetermined buffer unit, and the signals are simultaneously turned on at any moment. In this case, data of one frame (that is, a white image) corresponding to one screen is simultaneously displayed on the screen. At this time, the unit actuator 225 of the TMA panel 112 is alternately driven in the up and down directions for each frame.

만일, 특정 액츄에이터에 오프(OFF) 전압, 즉 제로(0)의 전압이 인가되면, 그 액츄에이터에 대응되는 미러가 틸팅되지 않으며 이에 따라 그로부터 반사된 광선들은 도 6에 도시한 바와 같이 프로젝션 스톱(114)의 양쪽 개구(A, B)들 사이에서 상을 맺게 된다. 따라서, 프로젝션 스톱(114)을 통과하지 못하므로 스크린에 흑 화상이 표시된다.If an OFF voltage, i.e., zero voltage, is applied to a particular actuator, the mirror corresponding to the actuator is not tilted, and thus the light rays reflected therefrom are projected stops 114 as shown in FIG. Phase is formed between both openings (A, B). Therefore, the black image is displayed on the screen because it does not pass through the projection stop 114.

만일, TMA 패널(112)의 특정 액츄에이터에 온(ON) 전압, 예컨대 전백 신호 전압이 인가되면, 첫 번째 프레임에서는 상부 전극(220)에 10V의 신호 전압을 인가하고 공통 전극(210)과 하부 전극(200)에 0V를 인가하여 액츄에이터(225)를 상 방향으로 구동시킨다. 이에 따라, 이 액츄에이터(225)에 대응되는 미러가 상방으로 틸팅되고 그로부터 반사된 광선들은 도 6에 도시한 바와 같이 프로젝션 스톱(114)의 A 개구를 통과한 후 프로젝션 렌즈(116)에 의해 스크린 상에 투사된다.If an ON voltage, for example, an all-back signal voltage, is applied to a specific actuator of the TMA panel 112, a signal voltage of 10 V is applied to the upper electrode 220 in the first frame, and the common electrode 210 and the lower electrode are applied. 0V is applied to the 200 to drive the actuator 225 in the upward direction. Accordingly, the mirror corresponding to the actuator 225 is tilted upward and the rays reflected therefrom pass through the A opening of the projection stop 114 as shown in FIG. 6 and then on the screen by the projection lens 116. Is projected on.

이어서, 두 번째 프레임에서는 하부전극(200)에 약 10V의 신호전압을 인가하고 공통전극(210)과 상부전극(220)에 0V를 인가하여 액츄에이터(225)를 하방으로 구동시킨다. 이에 따라, 이 액츄에이터(225)에 대응되는 미러가 하방으로 틸팅되고 그로부터 반사된 광선들은 도 6에 도시한 바와 같이 프로젝션 스톱(114)의 B 개구를 통과한 후 프로젝션 렌즈(116)에 의해 스크린 상에 투사된다.Subsequently, in the second frame, a signal voltage of about 10 V is applied to the lower electrode 200 and 0 V is applied to the common electrode 210 and the upper electrode 220 to drive the actuator 225 downward. Accordingly, the mirror corresponding to the actuator 225 is tilted downward and the rays reflected therefrom pass through the B opening of the projection stop 114 as shown in FIG. 6 and then on the screen by the projection lens 116. Is projected on.

여기서, 도 4는 단판식 TMA를 사용한 단색 시스템을 예시하고 있으나, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의하면, 적색, 녹색 및 청색 투과 필터들의 일련의 색 단편들로 이루어진 컬러 휠을 사용하여 순차적으로 적색, 녹색 및 청색 광을 단판식 TMA에 조사함으로써 적색, 녹색 및 청색 화상들을 표시할 수 있는 단판식 컬러 시스템에 본 발명을 적용할 수 있다.Here, FIG. 4 illustrates a monochromatic system using a single plate TMA, but according to another preferred embodiment of the present invention, red is sequentially red using a color wheel consisting of a series of color segments of red, green and blue transmission filters. The present invention can be applied to a single plate color system capable of displaying red, green and blue images by irradiating green and blue light to the single plate TMA.

또한, 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 의하면, 3판식 TMA를 사용하는 다판식 컬러 시스템에 본 발명을 적용할 수 있다.In addition, according to another preferred embodiment of the present invention, the present invention can be applied to a multi-plate color system using a 3-plate TMA.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 투사형 화상표시 장치에 의하면, TMA 패널의 단위 액츄에이터를 하나의 신호에 대해 상 방향과 하 방향으로 교대로 구동시킴으로써 액츄에이터의 물리적 스트레스를 완화시켜 스크린에 잔상이 나타나는 것을 방지할 수 있다.As described above, according to the projection type image display apparatus, the unit actuator of the TMA panel is alternately driven in the up and down directions with respect to one signal to alleviate the physical stress of the actuator to prevent afterimages from appearing on the screen. can do.

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.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand that you can.

Claims (4)

광선들을 방출하기 위한 광원(102);A light source 102 for emitting light rays; 광선들을 반사시키기 위한 미러와 상기 미러의 하부에 형성되어 인가되는 신호에 따라 상기 미러를 변형시키기 위한 액츄에이터(225)로 구성된 화소들이 매트릭스 형태로 배열되며, 상기 액츄에이터(225)가 하나의 신호에 대해 상 방향과 하 방향으로 교대로 구동되는 박막형 미러 어레이(TMA) 패널(112);Pixels composed of a mirror for reflecting light rays and an actuator 225 for deforming the mirror according to a signal formed and applied to the bottom of the mirror are arranged in a matrix form, and the actuator 225 is provided with respect to one signal. A thin film mirror array (TMA) panel 112 which is alternately driven in an upward direction and a downward direction; 상기 TMA 패널(112)의 각 미러로부터 반사된 광선들의 플럭스를 집중시키기 위한 프로젝션 스톱(114); 그리고A projection stop 114 for concentrating the flux of light rays reflected from each mirror of the TMA panel 112; And 상기 프로젝션 스톱(114)을 통과한 광선들을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(116)를 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시 장치.And a projection lens (116) for projecting light rays passing through the projection stop (114) onto a screen. 제1항에 있어서, 상기 프로젝션 스톱(114)은 그 중심에서 대칭으로 두 개의 개구(A, B)를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시 장치.The projection type image display apparatus according to claim 1, wherein the projection stop (114) is formed to have two openings (A, B) symmetrically at a center thereof. 제1항에 있어서, 상기 TMA 패널(112)의 액츄에이터(225)는 제1 신호가 인가되는 하부전극(200), 상기 하부전극(200)의 상부에 적층된 하부변형층(205), 상기 하부변형층(205)의 상부에 적층된 공통전극(210), 상기 공통전극(210)의 상부에 적층된 상부변형층(215) 그리고 상기 상부변형층(215)의 상부에 적층되며 제2 신호가 인가되는 상부전극(220)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시 장치.The actuator 225 of the TMA panel 112 includes a lower electrode 200 to which a first signal is applied, a lower strain layer 205 stacked on an upper portion of the lower electrode 200, and a lower portion of the actuator 225. The common electrode 210 stacked on the strained layer 205, the upper strained layer 215 stacked on the upper portion of the common electrode 210, and the upper strained layer 215 stacked on top of the second signal Projection type image display device, characterized in that consisting of the upper electrode 220 is applied. 제3항에 있어서, 상기 TMA 패널(12)의 액츄에이터(225)는 프레임 방식에 의해 상기 제1 및 제2 신호가 인가됨으로써, 한 프레임씩 상 방향과 하 방향으로 교대로 구동되는 것을 특징으로 하는 투사형 화상표시 장치.The method of claim 3, wherein the actuator 225 of the TMA panel 12 is applied by the first and the second signal by a frame method, it is driven alternately in the up and down direction by one frame. Projection type image display device.
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