KR20020085541A - 1차원 멤스 소자를 이용한 디스플레이 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 1차원 멤스 소자를 이용한 영사 시스템은 평행광을 발광시키는 광원부와; 광원부로부터 출사된 평행광을 집속시키는 기능을 하며, 평행광을 일정 각도로 반사시키는 집속 수단과; 집속 수단에서 반사된 광이 입사되며, 그 광이 스위칭을 통하여 신호가 오프 상태의 반사와 온 상태의 회절이 야기되도록 조절하는 멤스(MEMS) 패널과; 멤스(MEMS) 패널에서 반사 또는 회절 처리되어 출력된 영상 광을 투사하기 위한 투사 광학계를 포함하여 이루어진다.

여기서, 광원부는 적색, 녹색, 청색 레이저로 이루어진다.

여기서, 집속 수단은 오목 거울이며 그 오목 거울은 멤스 패널과의 동일선상에서 비대칭적으로 배치되거나, 비대칭형 구조이다.

그리고, 집속 수단은 평면형 반사 거울과 집속 렌즈로 이루어진다.

이상에서와 같이 본 발명은 패널과 투사 렌즈의 간격 및 그 투사 렌즈의 크기를 줄여 주어 전체 시스템의 크기를 소형화시켰다.

따라서, 투사 렌즈의 가격 저감에 기여할 수 있을 뿐만 아니라, 패널과 투사 렌즈 사이의 거리가 줄어들기 때문에 동일한 투사거리에서 더 큰 배율의 투사 화면을 얻을 수 있다.

Description

1차원 멤스 소자를 이용한 디스플레이 시스템{The display system with one-dimensional MEMS device}

본 발명은 멤스 소자를 이용한 디스플레이 분야에 관한 것으로서, 특히 패널과 투사 렌즈의 간격과 그 투사 렌즈의 크기를 줄여 주어 전체 시스템의 크기를 소형화시킨 1차원 멤스 소자를 이용한 디스플레이 시스템에 관한 것이다.

미세 전자기계 시스템(MEMS:Micro Electro-Mechanical System) 기술을 이용해 실리콘 위에 픽셀을 만들기 위해 실리콘 라이트 머신사는 자사의 격자 광 밸브(GLV:Grating Light Valve) 기술을 보강하여 영상을 단일 일차원 배열로 만들 수 있게 되었다.

픽셀을 2차원 배열에서 1차원 배열로 바꿈에 따라 회절 격자 구조에서 발생하던 여러 가지 제약을 해소할 수 있었는데 이렇게 만들어진 새로운 디바이스는 보다 높은 회절 효율을 보이고, 디지털 광 변조뿐만 아니라 아날로그 광의 변조도 가능하게 할 수 있다.

제1도는 일반적인 격자 광 밸브의 픽셀을 나타낸 것이다.

도1에서와 같이 6개의 리본으로 하나의 픽셀을 구성하고 이러한 픽셀 1080개가 1차원(직선) 형태로 모여서 하나의 패널을 구성한다.

하나의 픽셀은 6개의 보다 짧은 리본들로 구성되어 있는데, 3개의 고정된 리본(100)과 3개의 이동성 리본(110)으로 스위칭이 일어나게 되어 있다.

상기 이동성 리본(110)들은 리본과 그 아래에 있는 기판(120)의 전극에 극성이 반대로 된 전하를 가하기 위해 전압을 가하면 이에 따른 전위차에 의해 리본을 기판으로 당기는 힘에 의해 아래로 당겨진다.

상기의 이동성 리본들(110)이 어레이에서 방출되는 광 파장 길이의 4분의 1 정도 되는 길이로 아래로 당겨지면 이 디바이스는 효율적인 회절 격자가 되고 이에 따라 많은 광의 진행 방향이 바뀌게 되어 픽셀의 "온" 상태를 만들게 되는 것이다.

상기 이동성 리본들(110)이 아래로 당겨지지 않으면 이것들은 이웃한 고정된 리본들(100)과 열을 짓게 되므로 평평한 표면을 만들게 된다. 이것은 효과적인 거울처럼 동작해서 모든 광을 반사 빔으로 보내게 되고, 모든 광을 이미지로부터 가져가므로 픽셀을 "오프" 상태로 만드는 것이다.

제2도는 일반적인 격자 광 밸브 픽셀의 오프 상태와 온 상태를 나타낸 것이다.

도2에서와 같이, 신호가 오프일 경우에는 6개의 리본이 나란히 정렬되어 거울과 같은 반사면을 이루어서 입사되는 광이 그대로 반사된다(도2의 (a)).

신호가 온 상태일 경우에는 6개의 리본 중에서 3개가 정전기적 힘에 의하여 아래로 당겨져서 격자를 형성하게 되며 따라서 회절이 일어나게 된다(도2의 (b)).

제3도는 종래의 1차원 멤스 소자를 이용한 디스플레이 시스템의 일 실시예를 나타낸 것이다.

도3을 참조하면, 종래의 1차원 멤스 소자를 이용한 디스플레이 시스템은 평행광을 발광시키는 광원(300)과; 회전에 의하여 색상을 조절하는 적색, 녹색, 청색의 칼라 휠(310)과; 상기 칼라 휠(310)에서 나온 광을 반사시키는 반사 거울(320)과; 상기 반사 거울(320)에서 반사된 광을 스위칭을 통하여 오프 상태의 반사와 온 상태의 회절을 야기하는 패널(330)과, 상기 패널(330)에서의 온 상태의 회절광을 집속시키는 투사 렌즈(340)와; 상기 투사렌즈(340)의 광이 나타나는 스크린(350)등으로 구성된다.

상기 광원(300)에서 나온 광은 상기 칼라 휠(310)을 거쳐서 상기 반사 거울(320)에 입사하게 된다.

상기 반사 거울(320)에 입사된 광은 반사되어 상기 패널(330)상에 입사되는데 패널(330)이 오프 상태에 있으면, 패널내의 리본이 나란히 정렬되어 거울과 같은 반사면을 이루어서 입사되는 광이 그대로 반사되어 그 광은 반사 거울(320)에서 다시 반사되어 상기 스크린(350)상에 블랙을 구현한다.

상기 패널(330)이 온 상태에 있으면, 상기 반사 거울(320)에서 반사된 광은 패널의 리본 중에서 이동성 리본들이 정전기적 힘에 의하여 아래로 당겨져서 격자를 형성하게 되며 따라서 회절이 일어나게 되어 상기 투사 렌즈(340)를 거쳐서 상기 스크린(350)상에 색상을 구현하게 된다.

제4도는 종래의 1차원 멤스 소자를 이용한 디스플레이 시스템에서 투사 렌즈와 패널 사이의 거리와 회절 각의 관계를 나타낸 것이다.

도4를 참조하면, 투사 렌즈(410)와 패널(420) 사이의 거리(L)는 다음과 같이정의된다.

즉, 도2에서와 같이 패널 내 격자 광 밸브들의 신호가 온 상태일 경우에는 이동성 리본들(210)이 정전기적 힘에 의하여 아래로 당겨져서 격자를 형성하게 된다.

상기 패널 내 광 밸브들(210)이 온 상태일 때와 오프 상태일 때의 신호를 분리하기 위해서는 상기 패널(420)과 투사 렌즈(410) 사이에 일정한 거리 이상의 간격을 두어야 한다.

왜냐 하면 현재 기술로는 패널 내의 리본들의 크기가 약 4 마이크론 정도이어서 패널을 정상 작동시키려면 회절각()이 약 5도가 한계이기 때문이다.

예를 들면, 상기 패널(420)의 길이가 30mm 이고 회절 각도가 약 5도일 경우 상기 패널과 투사 렌즈(410) 사이의 간격이 340mm 이상은 되어야 하며 회절광을 모두 손실없이 투사시키기 위해서는 투사 렌즈(410)의 입사부가 적어도 100mm 이상은 되어야 한다.

따라서 전체 시스템의 크기가 매우 커지게 될 뿐 아니라 투사 렌즈(410) 자체의 가격도 크게 상승되어 제품화하는데 어려운 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 패널과투사 렌즈의 간격과 투사 렌즈의 크기를 줄여 주어 전체 시스템의 크기를 소형화시킨 1차원 멤스 소자를 이용한 영사 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

제1도는 일반적인 격자 광 밸브의 픽셀을 나타낸 도면.

제2도는 일반적인 격자 광 밸브 픽셀의 오프 상태와 온 상태를 나타낸 도면.

제3도는 종래의 1차원 멤스 소자를 이용한 디스플레이 시스템의 일 실시예를 나타낸 도면.

제4도는 종래의 1차원 멤스 소자를 이용한 디스플레이 시스템에서 투사 렌즈와 패널 사이의 거리와 회절 각의 관계를 나타낸 도면.

제5도는 본 발명에 따른 1차원 멤스 소자를 이용한 디스플레이 시스템의 일 실시예를 나타낸 도면.

제6도는 본 발명에 따른 1차원 멤스 소자를 이용한 디스플레이 시스템의 또 다른 일 실시예를 나타낸 도면.

제7도는 본 발명에 따른 1차원 멤스 소자를 이용한 디스플레이 시스템에서 투사 렌즈(710)과 패널(720) 사이의 거리(L')와 투사 렌즈(710)의 크기(S')를 나타낸 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

500:광원부 510:제1 반사 거울

520:멤스(MEMS) 패널 530:제2 반사 거울

540:투사 렌즈 550:흡수판

560:스크린

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 1차원 멤스 소자를 이용한 영사 시스템은 평행광을 발광시키는 광원부와;

상기 광원부로부터 출사된 평행광을 집속시키는 기능을 하며, 상기 평행광을 일정 각도로 반사시키는 집속 수단과;

상기 집속 수단에서 반사된 광이 입사되며, 그 광이 스위칭을 통하여 신호가 오프 상태의 반사와 온 상태의 회절이 야기되도록 조절하는 멤스(MEMS) 패널과;

상기 멤스(MEMS) 패널에서 반사 또는 회절 처리되어 출력된 영상 광을 투사하기 위한 투사 광학계를 포함하여 이루어지는 점을 그 특징으로 한다.

여기서, 상기 광원부는 적색, 녹색, 청색 레이저로 이루어진 점을 그 특징으로 한다.

여기서, 상기 집속 수단은 오목 거울인 점을 그 특징으로 하며 상기 오목 거울은 상기 멤스 패널과의 동일선상에서 비대칭적으로 배치되거나, 비대칭형 구조인 점을 그 특징으로 한다.

그리고, 상기 집속 수단은 평면형 반사 거울과 집속 렌즈로 이루어진 점을 그 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제5도는 본 발명에 따른 1차원 멤스 소자를 이용한 디스플레이 시스템의 일실시예를 나타낸 것이다.

도5를 참조하면, 본 발명에 따른 1차원 멤스 소자를 이용한 디스플레이 시스템은 평행광을 발광시키는 광원부(500)와, 상기 평행광을 반사시키는 제1 반사 거울(510)과, 상기 제1 반사 거울(510)에서 반사된 광을 스위칭을 통하여 신호가 오프 상태의 반사와 온 상태의 회절을 야기하는 패널(520)과, 상기 패널(520)에서 신호가 오프 상태의 반사에 의한 광을 반사시키는 제2 반사 거울(530)과, 상기 패널(520)에서 신호가 온 상태의 회절에 의한 광을 투사시키는 투사 렌즈(540)와, 상기 제2 반사 거울(530)에서 반사된 광을 흡수하는 흡수판(550)과, 상기 투사 렌즈(540)에서 투사된 광이 나타나는 스크린(560)으로 구성된다.

상기 디스플레이 시스템은 3차원상에서 구성되기 때문에 부득이 도5의 (a)에서의 측면 모습과 도5의 (b)에서의 위에서 본 모습으로 구분하여 도시하였다.

도5의 (a)에서는 광원부(500)가 반사 거울(510)에 가려져 도시되어 있지 않으며, 도5의 (b)에서는 흡수판(550)이 도시되어 있지 않다.

상기 광원부(500)에서 평행광이 발생되면 그 광은 상기 제1 반사 거울(510)로 입사하게 된다.

상기 입사광을 반사시키는 상기 제1 반사 거울(510)은 광을 집속시키기 위하여 오목 거울로 형성되어 있다.

또한, 상기 투사 렌즈(540)와 상기 패널(520) 사이의 거리를 줄이기 위하여 상기 제1 반사 거울을 비대칭적으로 위치시켜서 제1 반사 거울에서 반사된 광을 상기 패널(520)로 약간의 각도를 가지고 아래에서 위로(또는 위에서 아래로) 반사되도록 한다.

따라서, 상기 제1 반사 거울(510)에서 반사된 광은 상기 패널(520)의 유효면적 부분에 집속되게 되며, 상기 패널(520)의 신호 상태가 '오프' 이면 패널내의 리본들이 나란히 정렬되어 거울과 같은 반사면을 이루어서 집속된 광이 그대로 반사되어 제2차 반사 거울(530)에 입사하게 된다.

상기 제2차 반사 거울(530)에 입사된 광은 반사되어 상기 흡수판(550)에 흡수된다.

그래서, 상기 스크린(560)상에 블랙을 구현한다.

상기 패널(520)의 신호가 '온' 상태에 있으면, 상기 제1 반사 거울(510)을 통하여 상기 패널에 입사된 광은 그 패널의 리본 중에서 이동성 리본들이 정전기적 힘에 의하여 아래로 당겨져서 격자를 형성하게 되며 따라서 회절이 일어나게 된다.

따라서, 상기 회절된 광은 상기 투사 렌즈(540)를 거쳐서 상기 스크린(560)상에 색상을 구현하게 된다.

제6도는 본 발명에 따른 1차원 멤스 소자를 이용한 디스플레이 시스템의 또 다른 일 실시예를 나타낸 것이다.

도6을 참조하면, 본 발명에 따른 1차원 멤스 소자를 이용한 디스플레이 시스템은 평행광을 발광시키는 광원부(600)와, 상기 광원부에서의 평행광을 집속시키는 집속 렌즈(670)와, 상기 평행광을 반사시키는 제1 반사 거울(610)과, 상기 제1 반사 거울(610)에서 반사된 광을 스위칭을 통하여 신호가 오프 상태의 반사와 온 상태의 회절을 야기하는 패널(620)과, 상기 패널(620)에서 신호가 오프 상태의 반사에 의한 광을 반사시키는 제2 반사 거울(630)과, 상기 패널(620)에서 신호가 온 상태의 회절에 의한 광을 투사시키는 투사 렌즈(640)와, 상기 제2 반사 거울(630)에서 반사된 광을 흡수하는 흡수판(650)과, 상기 투사 렌즈(640)에서 투사된 광이 나타나는 스크린(660)으로 구성된다.

상기 디스플레이 시스템은 3차원상에서 구성되기 때문에 부득이 도6의 (a)에서의 측면 모습과 도6의 (b)에서의 위에서 본 모습으로 구분하여 도시하였다.

도6의 (a)에서는 광원부(600)와 집속 렌즈(670)가 반사 거울(610)에 가려져 도시되어 있지 않으며, 도6의 (b)에서는 흡수판(650)이 도시되어 있지 않다.

상기 광원부(600)에서 평행광이 발생되면 그 광은 상기 집속 렌즈(670)에 의하여 집속되어 상기 제1 반사 거울(610)로 입사하게 된다.

상기 투사 렌즈(640)와 상기 패널(620) 사이의 거리를 줄이기 위하여 상기 제1 반사 거울을 비대칭적으로 위치시켜서 제1 반사 거울에서 반사된 광을 상기 패널(620)로 약간의 각도를 가지고 아래에서 위로(또는 위에서 아래로) 반사되도록 한다.

따라서, 상기 제1 반사 거울(610)에서 반사된 광은 상기 패널(620)의 유효면적 부분에 집속되게 되며, 상기 패널(620)의 신호 상태가 '오프' 이면 패널내의 리본들이 나란히 정렬되어 거울과 같은 반사면을 이루어서 집속된 광이 그대로 반사되어 제2차 반사 거울(630)에 입사하게 된다.

상기 제2차 반사 거울(630)에 입사된 광은 반사되어 상기 흡수판(650)에 흡수된다.

그래서, 상기 스크린(660)상에 블랙을 구현한다.

상기 패널(620)의 신호가 '온' 상태에 있으면, 상기 제1 반사 거울(610)을 통하여 상기 패널에 입사된 광은 그 패널의 리본 중에서 이동성 리본들이 정전기적 힘에 의하여 아래로 당겨져서 격자를 형성하게 되며 따라서 회절이 일어나게 된다.

따라서, 상기 회절된 광은 상기 투사 렌즈(640)를 거쳐서 상기 스크린(660)상에 색상을 구현하게 된다.

제7도는 본 발명에 따른 1차원 멤스 소자를 이용한 디스플레이 시스템에서 투사 렌즈(710)과 패널(720) 사이의 거리(L')와 투사 렌즈(710)의 크기(S')를 나타낸 것이다.

도7에서와 같이 반사광이 집속이 이루어지기 때문에 상기 투사 렌즈(710)의 크기(S')를 줄일 수 있다.

또한, 상기 패널(720)로 약간의 각도를 가지고 아래에서 위로(또는 위에서 아래로) 광을 입사되게 함으로서 상기 투사 렌즈(710)과 패널(720) 사이의 거리(L')를 줄일 수 있다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 1차원 멤스 소자를 이용한 디스플레이 시스템은 패널과 투사 렌즈의 간격 및 그 투사 렌즈의 크기를 줄여 주어 전체 시스템의 크기를 소형화시켰다.

따라서, 투사 렌즈의 가격 저감에 기여할 수 있을 뿐만 아니라, 패널과 투사 렌즈 사이의 거리가 줄어들기 때문에 더 큰 배율의 투사 화면을 얻을 수 있다.

Claims (6)

1. 평행광을 발광시키는 광원부와;

   상기 광원부로부터 출사된 평행광을 집속시키는 기능을 하며, 상기 평행광을 일정 각도로 반사시키는 집속 수단과;

   상기 집속 수단에서 반사된 광이 입사되며, 그 광이 스위칭을 통하여 신호가 오프 상태의 반사와 온 상태의 회절이 야기되도록 조절하는 멤스(MEMS) 패널과;

   상기 멤스(MEMS) 패널에서 반사 또는 회절 처리되어 출력된 영상 광을 투사하기 위한 투사 광학계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 1차원 멤스 소자를 이용한 디스플레이 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 광원부는 적색, 녹색, 청색 레이저로 이루어진 것을 특징으로 하는 1차원 멤스 소자를 이용한 디스플레이 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 집속 수단은 오목 거울인 것을 특징으로 하는 1차원 멤스 소자를 이용한 디스플레이 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 오목 거울은 상기 멤스 패널과의 동일선상에서 비대칭적으로 배치된 것을 특징으로 하는 1차원 멤스 소자를 이용한 디스플레이 시스템.
5. 제3항에 있어서, 상기 오목 거울은 비대칭형 구조인 것을 특징으로 하는 1차원 멤스 소자를 이용한 디스플레이 시스템.
6. 제5항에 있어서, 상기 집속 수단은 평면형 반사 거울과 집속 렌즈로 이루어진 것을 특징으로 하는 1차원 멤스 소자를 이용한 디스플레이 시스템.