KR200292929Y1 - 광섬유를 이용한 레이저 디스플레이 - Google Patents

Abstract

본 고안에 따르면 모터부; 상기 모터부로부터 회전력을 전달받아 회전하게 되며, 그 회전축 방향에 대하여 45도 각도로 기울어진 상태로 반사막이 형성되어 있는 미러부; 그 입사광축이 상기 회전축 방향에 위치하게 되는 레이저광을 상기 미러부에 입사시키도록 설치되는 레이저모듈; 그 측면부에는 적어도 하나 이상의 결함이 형성되어 있고, 상기 미러부를 둘러싸며 상기 회전축을 중심으로 하는 원호 혹은 원주를 따라 그 단부가 배치된 상태로 복수개가 구비되는 광섬유; 상기 레이저모듈에서 방출된 광이 미러부에 반사된 후 상기 광섬유의 단부에 집광되도록 상기 레이저모듈과 미러부 사이에 위치하는 집광렌즈부; 및 모터부의 구동에 따른 상기 미러부의 회전위치 변화에 동기하여 상기 레이저모듈의 발광패턴을 제어하기 위한 콘트롤러;를 포함하고, 상기 광섬유가 그 길이방향과 수직되는 방향으로 순차적으로 복수개 배열되는 것을 특징으로 하는 레이저 디스플레이가 개시된다.

Description

광섬유를 이용한 레이저 디스플레이{Laser display using optical fiber}

본 고안은 광섬유를 이용한 레이저 디스플레이에 관한 것으로서, 특히 레이저광을 회전시켜 원형 혹은 원호형태로 배치되어 있는 광섬유의 단부에 순차적으로 주사함으로써 광소자 수의 절감효과와 함께 고해상도 대면적의 표시장치를 얻도록 하는 광섬유를 이용한 레이저 디스플레이에 관한 것이다.

최근들어, 정보의 교류가 활발해짐에 따라 정보표시장치의 중요성이 나날이 부각되고 있는 경향을 보이고 있다. 특히, LCD(Liquid Crystal Display)나 PDP(Plasma Display Panel) 등과 같이 평판디스플레이(Flat Panel Display; FPD)에 해당하는 디바이스들은 종래의 브라운관과는 달리 박형, 경량으로 제작이 가능하므로 각종 휴대 단말기나 벽걸이 TV 등에 유용하게 적용되고 있다.

그러나, 이러한 장점에도 불구하고 상기 디바이스들은 그 구조가 복잡하고 제조공정이 까다로운 관계로 가격이 매우 고가일 뿐만 아니라, 대화면 구성이나 종래 브라운관 정도의 휘도를 얻는 것이 용이하지 않아 아직 개발의 여지가 많이 남아 있는 것이 사실이다.

고휘도/대화면으로 문자나 이미지의 표출이 용이한 표시장치의 대표적인 예로는 LED(Light Emitting Diode;발광다이오드)를 이용한 디스플레이 장치를 들 수가 있다. 일반적으로 LED 소자 자체는 전력소모가 적으며 휘도가 높고, 외부 충격에 강한 특성이 있으므로, 도심이나 터미널, 전철역 등 통행량이 많은 옥외에 주로 설치되는 전광판 시스템에 널리 사용되고 있다.

그러나, 종래의 LED 표시장치는 각각의 화소마다 LED가 하나씩 구비되어야 하므로 시스템의 가격이 매우 고가이며, 이와 더불어 전체 전력소모량이 클 수 밖에 없는 취약점을 안고 있다. 또한, LED는 반도체칩에 전극을 본딩한 후 투명수지로 몰딩하여 제조가 되므로 예컨대, 직경 1㎜ 이내의 미세 사이즈로 화소를 형성하기가 곤란하여 종래의 LED 표시장치는 옥내용에 비해 화소 사이즈나 피치가 큰 옥외용 대형 표시장치에 한정적으로 사용되고 있는 실정에 있다.

이에 대한 대안으로는, 예컨대 일본 특허공개공보 평6-214509호에 개시된 바와 같이 LED 어레이를 회전시킴으로써 잔상효과를 통해 넓은 면적에 걸쳐 화상을 표출하도록 하는 기술이 알려져 있다.

그러나, 이러한 장치들은 적은 수의 LED로 다수의 화소를 얻을 수 있는 장점이 있음에도 불구하고 스크린이 원반형이나 원통형, 구형 등 곡면형태로 이루어짐으로 인해 표출정보의 인지가 쉽지 않고, 부피가 크며, 화소 사이즈를 미세하게 구성할 수 없는 취약점이 여전히 남아 있다.

광원을 다수의 화소로 분산시키는 다른 방법으로는 각종의 광섬유 조명장치를 들 수가 있다. 이러한 장치들은 광섬유 다발의 일단을 모아서 할로겐 램프나 LED와 같은 광원측에 배치시키고 타단은 희망하는 표시패턴에 따라 다양하게 배열하여 장식품, 간판 등에 심미감을 더해주게 된다. 그러나, 이러한 광섬유 조명장치들은 하나의 광원을 복수개의 작은 점광원으로 분산시킬 수는 있으나 동일 광섬유 다발에 포함되는 각각의 점광원에 대한 칼라, 휘도, 점멸 등의 발광패턴은 일일이 독립적으로 제어할 수 없는 한계점이 있다.

소수의 광원으로부터 다수의 제어가능한 화소를 얻는 대표적인 기술로는 통상의 레이저디스플레이 장치를 들 수 있다. 이 디바이스는 레이저광을 예컨대, 수평 및 수직 갈바노미터(Galvanometer)를 이용하여 편향시켜 평면스크린 상에 순차적으로 스캐닝함으로써 화상을 표시하는 방식을 사용하고 있다. 그러나, 이 방식은 대면적의 표시영역을 얻을 수 있는 장점이 있음에도 불구하고 스크린에 레이저광이 반사될 때 스펙클 노이즈(Speckle Noise)가 발생하게 되는 단점이 있으며, 평면스크린 상의 각 지점에 대한 레이저광 입사면적이 균일하게 분포되지 않는 취약점을 안고 있다.

한편, 코어와 클래드로 이루어지는 광섬유는 클래드에 결함(Defect)이 있을 경우 광도파로의 측면으로 광이 유출되는 특성을 가진다. 이 특성을 이용하여 광섬유의 길이방향을 따라 인위적으로 복수의 홈(Groove)을 형성해 두면 선형발광패턴을 얻을 수 있다. 아울러, 이러한 광섬유를 순차적으로 복수개 배치하여 어레이를 구성할 경우 박형의 면발광 소자를 얻는 것이 가능하다.

측면발광 광섬유의 어레이를 이용하는 종래 기술로는 예컨대, 특허공개 제1998-80052호나 미국특허 제4845596호에 개시된 바와 같이 LCD의 백라이트(Backlight) 모듈로 적용가능한 기술이 있으며, 특허공개 제2002-46953호와 같이 각각의 광섬유 단부에 독립적으로 발광소자를 설치하여 표시영역의 수평라인 혹은 수직라인을 발광시키도록 구성한 표시장치를 들 수가 있다.

그러나, 이러한 기술들은 광섬유 어레이의 일단에 일괄적으로 광원이 인가되어 각각의 광섬유를 독립적으로 발광시키는 것이 불가능한 것이 보통이며, 각각의 광섬유에 독립적으로 광원을 인가하는 기술의 경우에도 광섬유 단부에 개별적으로 발광소자가 하나씩 설치되는 구조를 채용하므로 이에 따른 취약점이 발생하게 된다. 예를 들어, 표시영역의 수평라인을 1024개 구성하고자 할 경우 이에 대응하는 발광소자가 1024개 형성되어야 하므로 그 제조공정이 까다롭고 가격이 만만치 않은 문제가 있다. 특히, 측면발광 광섬유에 입사시키는 광은 일반적으로 상당한 고휘도가 요구되어 레이저가 바람직한 것을 감안했을 때, 예컨대 1024개의 레이저다이오드를 형성하여 각각의 광섬유를 독립적으로 발광시키는 것은 그 비용이나 제조공정상 용이하지 않은 것이 사실이다.

본 고안은 이상과 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 회전하는 레이저광이 원형 혹은 원호형태로 배치된 복수개 광섬유의 단부에 순차적으로 주사되도록 구성함과 더불어 각각의 광섬유 측면부를 통해 독립적으로 발광이 이루어지도록 함으로써 적은 수의 광원으로 다수의 제어가능한 화소를 얻음과 동시에 박형의 대화면 표시영역을 얻도록 하는 레이저 디스플레이를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 고안의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 고안의 상세한 설명과 함께 본 고안의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 고안은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 고안에 따른 레이저 디스플레이의 구성을 개략적으로 도식화한 평면도.

도 2는 도 1의 스캐닝부의 구성을 도시하는 측단면도.

도 3은 도 1의 변형예를 도시하는 평면도.

도 4는 본 고안에 따라 광제어판이 설치된 상태를 도시하는 사시도.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

1...레이저모듈 2...광섬유 6...미러부

7...마운트 9...모터부 12...반사수단

13...광제어판

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 고안에 따른 광섬유를 이용한 레이저 디스플레이는 모터부; 상기 모터부로부터 회전력을 전달받아 회전하게 되며, 그 회전축 방향에 대하여 45도 각도로 기울어진 상태로 반사막이 형성되어 있는 미러부; 그 입사광축이 상기 회전축 방향에 위치하게 되는 레이저광을 상기 미러부에 입사시키도록 설치되는 레이저모듈; 그 측면부에는 적어도 하나 이상의 결함이 형성되어 있고, 상기 미러부를 둘러싸며 상기 회전축을 중심으로 하는 원호 혹은 원주를 따라 그 단부가 배치된 상태로 복수개가 구비되는 광섬유; 상기 레이저모듈에서 방출된 광이 미러부에 반사된 후 상기 광섬유의 단부에 집광되도록 상기 레이저모듈과 미러부 사이에 위치하는 집광렌즈부; 및 모터부의 구동에 따른 상기 미러부의 회전위치 변화에 동기하여 상기 레이저모듈의 발광패턴을 제어하기 위한 콘트롤러;를 포함하고, 상기 광섬유가 그 길이방향과 수직되는 방향으로 순차적으로 복수개 배열되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 본 고안에는 상기 광섬유의 배열면 상에 위치하고, 상기 광섬유의 결함에 대응하는 광스위칭수단이 형성되어 상기 결함으로부터 방출되는 광을 선택적으로 차단하도록 하는 광제어판;이 더 포함된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 1은 본 고안에 따른 레이저 디스플레이의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다. 도면을 참조하면, 본 고안은 그 측면부에 적어도 하나 이상의 결함(defect)이 형성되어 있는 복수개의 광섬유(2)와, 상기 광섬유(2)의 일단에 광을 주사하기 위한 스캐닝부(S)를 포함하고, 바람직하게 상기 광섬유(2)의 타단에 설치되어 도파되어 온 광을 다시 반사시키는 반사수단(12)을 포함한다. 이와 같이 구성되는 본 고안의 레이저 디스플레이는 단일로 사용될 수 있음은 물론이며, 복수개의 단위모듈을 연결하여 대면적을 형성하는 것도 가능하다.

광섬유(2)는 그 길이방향과 수직되는 방향을 따라 복수개가 배열되어 배열면을 이룬다. 아울러, 상기 광섬유(2)의 결함 부분은 바람직하게, 광섬유(2)의 길이방향을 따라 일정간격으로 복수개가 형성되나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며,표시패턴에 따라 광섬유의 특정지점에만 형성될 수도 있다. 본 실시예에 있어서 상기 결함 부분은 디스플레이 장치의 화소가 되는 부분으로서 예컨대, 레이저나 칼날로 홈을 내어 형성할 수 있으며, 대안으로서 에칭(etching)방법으로 형성될 수도 있고, 광섬유 코어 보다 굴절률이 큰 물성을 가지는 재료를 특정지점에만 클래드로서 형성하는 방법도 채용가능하다.

상기 복수개 광섬유(2)의 일단은 바람직하게 원형이나 원호형태로 이루어지는 마운트(7)의 고정공(미도시)에 일정간격으로 삽입되어 고정된다.

스캐닝부(S)는 상기 광섬유(2)의 일단에 순차적으로 광을 주사하는 부분으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 레이저모듈(1); 미러부(6) 및 모터부(9)를 포함하여 레이저모듈(1)에서 방출된 광을 미러부(6)가 회전하며 광섬유(2) 측으로 반사하도록 구성된다. 여기서, 본 고안의 변형예로서 도 3에 도시된 바와 같이 레이저모듈(1)이 직접 회전하며 주사가 이루어지도록 구성하는 것도 가능할 것이다.

레이저를 발생시키는 레이저모듈(1)로는 레이저다이오드가 바람직하게 채용되나, 이에 한정되지 않고 기체레이저 등 다양한 디바이스가 채용가능하고, 단색은 물론 R(Red),G(Green),B(Blue) 3색의 레이저광을 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.

상기 레이저모듈(1)에서 방사되는 레이저광은 직접 미러부(6)에 입사되거나, 혹은 부가적으로 구성되는 광학계(미도시)를 통해 진행경로가 변화되어 미러부(6)에 입사된다.

레이저광을 반사시켜 광섬유(2)의 단부에 입사시키는 미러부(6)는 상기 마운트(7)의 곡률중심에 위치하게 되며, 바람직하게 그 표면에 은거울 반사막(6a)이 증착된 것이 사용된다.

상기 미러부(6)의 회전축(9a)과 레이저광의 입사광축은 동일 연장선 상에 위치하게 되며, 상기 회전축(9a)과 반사막(6a) 사이의 각도는 45도를 이룬다. 따라서, 상기 레이저모듈(1)에서 방출된 광은 미러부(6)에 의해 반사된 후 상기 미러부(6)의 회전축(9a)을 중심으로 하는 원주 혹은 특정 중심각의 원호 상에 배치되는 광섬유(2)의 일단으로 입사된다.

광원(1)과 미러부(6) 사이에는 볼록렌즈를 포함하여 구성되는 집광렌즈부(1a)가 구성되어 상기 광원(1)에서 방출된 광에 대한 촛점이 광섬유(2)의 단부에 맺히도록 집광을 하게 된다.

비록, 도면에는 미도시되었으나, 상기 미러부(6)를 등속회전시키기 위한 모터부(9)의 회전축(9a)에는 그 원주를 따라 복수개의 통공이 형성되어 있는 원판을 고정결합하고, 상기 통공을 사이에 두고 발광 및 수광이 이루어지도록 포토커플러를 설치하여 상기 미러부(6)의 회전위치를 감지하도록 하는 것이 바람직하다.

따라서, 미러부(6)의 회전 위치변화에 동기하여, 즉 미러부(6)가 광섬유(2)의 일단과 대향하게 되는 시점에 맞추어 콘트롤러(미도시)를 이용해 레이저광의 칼라나 휘도, 점멸 등 발광패턴을 제어하게 되면 각각의 광섬유(2)에 대응하는 광출력을 독립적으로 제어하는 것이 가능하게 된다.

상기 광섬유(2)의 타단에는 반사수단(12)을 설치하여 상기 스캐닝부(S)를 통해 입사된 후 도파되어 온 레이저광을 다시 반사시키는 것이 바람직하다. 이때, 상기 반사수단(12)으로는 단일의 거울막대를 형성하여 모든 광섬유(2)의 타단에 일괄적으로 부착될 수 있으며, 각각의 광섬유(2) 타단에 개별적으로 은거울 코팅을 하는 것도 가능하다.

비록, 도면에는 도시되지 않았으나 상기 광섬유(2) 배열면의 하부에는 부가적으로 반사판을 더 설치하여 광섬유(2)의 광방출효율을 높이는 것이 바람직하다.

도 4는 본 고안에 따라 화소를 제어하도록 광제어판(13)이 설치된 상태를 도시하는 도면이다. 본 실시예에 있어서, 광섬유(2)의 측면부에는 결함(D)이 형성되어 각 화소를 이루게 되고, 광섬유(2)의 배열면 상부에는 상기 결함(D)에 대응하며 광스위칭수단(13a)이 형성되어 있는 광제어판(13)이 설치되어 상기 결함(D)으로부터 방출되는 광을 선택적으로 차단하게 된다.

바람직하게, 상기 결함(D)은 광섬유(2)의 길이방향을 따라 일정간격으로 복수개가 형성되고, 광제어판(13)의 광스위칭수단(13a)은 상기 광섬유(2)와 직교하는 스트라이프(stripe) 형태로 형성되어 매트릭스(Matrix)를 이룸으로써 특정의 광섬유(2)와 특정의 광스위칭수단(13a)이 교차되는 지점에서 선택적으로 발광 혹은 광차단이 이루어지게 된다.

상기 광스위칭수단(13a)으로는 전압인가시 예컨대, 굴절률이나 투과율과 같은 물성이 변화되는 전기광학소자를 비롯하여 음향광학소자 등 광을 선택적으로 투과시키기 위한 다양한 공지기술이 채용될 수 있다. 그 대표적인 예를 들면, 공지되어 있는 액정소자가 채용가능하다. 즉, 액정물질, 배향판, 편광판, 투명전극 등을포함하여 구성되는 통상의 액정소자를 광제어판(13)에 스트라이프 형태로 형성한 구조가 바람직하게 채용되어 전압인가시 선택적으로 광을 차단하게 된다.

그러면, 상기와 같은 구성요소를 포함하는 본 고안에 따른 레이저 디스플레이의 동작을 설명하기로 한다.

먼저, 레이저모듈(1)에서 방출된 레이저광은 미러부(6)의 반사막(6a)에 반사된 후 광섬유(2)의 일단에 집광되고, 상기 미러부(6)가 모터부(9)로부터 회전력을 제공받아 회전함에 따라 미러부(6)를 둘러싸며 원형 혹은 원호형태로 배치된 광섬유(2)의 단부에 순차적으로 광을 입사시키며 스캐닝을 수행한다. 이때, 각각의 광섬유(2) 몸체는 그 길이방향과 수직되는 방향으로 순차적으로 배열되어 광섬유 패널을 형성한 상태로 구성되므로 상기 스캐닝에 따라 순차적으로 광섬유(2) 라인별로 광출력이 이루어진다.

여기서, 특정의 광섬유(2) 라인에 광이 입사된 시점에 동기하여 특정의 광스위칭수단(13a)에 신호가 인가되면 상기 광스위칭수단(13a)과 상기 광섬유(2)의 결함(D) 부분이 교차되는 지점에서 발광 혹은 광차단이 이루어진다. 이때, 광의 계조(gray scale)제어는 광스위칭수단(13a) 혹은 레이저모듈(1)을 제어하여 이루어진다.

예를 들어, 특정의 광스위칭수단(13a)에 신호가 인가된 시점에 동기하여, 각각의 광섬유(2) 라인에 대하여 미러부(6)가 회전주사를 수행하고, 이때 특정의 광섬유(2) 라인에 대한 광의 입사와 동시에 광스위칭수단(13a) 혹은 레이저모듈(1)을 제어하여 광스위칭 및 계조조절을 하게 된다. 이러한 동작을 각각의광스위칭수단(13a)에 대하여 순차적으로 수행하면 모든 화소에 대한 광출력 제어가 가능하다.

다른 구동예를 들어보면, 특정의 광섬유(2) 라인에 광이 입사된 시점에 동기하여, 각각의 광스위칭수단(13a)에 동시에 해당 신호를 인가하여 각 화소에 대한 광스위칭 및 계조조절을 하게 된다. 이러한 동작을 각각의 광섬유(2) 라인에 대하여 순차적으로 수행하면 모든 화소에 대한 광출력 제어가 가능하다.

또다른 구동예를 들어보면, 특정의 광섬유(2) 라인에 광이 입사된 시점에 동기하여, 각각의 광스위칭수단(13a)에 순차적으로 신호를 인가하면서 각 화소에 대한 광스위칭 및 계조조절을 하는 방법이 있다. 이 경우도 각각의 광섬유(2) 라인에 대하여 순차적으로 상기 동작이 수행되면 모든 화소에 대한 광출력 제어가 가능하다.

이상, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 고안의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 고안의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 고안에 의하면, 소수의 광원을 다수의 제어가능한 점광원으로 분할하여출력하는 것이 가능하므로 디스플레이 장치 구성시 광소자의 수를 줄일 수 있는 경제적 효과가 있다.

본 고안에 의하면 광섬유의 배치상태에 따라 다양한 표시패턴을 얻을 수 있으며, 회전주사 방식을 채용함에도 불구하고 사각형의 평면 스크린상에 정보를 표출할 수 있는 효과가 있다. 특히, 종래의 레이저디스플레이 장치와는 대조적으로 직시형 표시방식을 사용하므로 스펙클 노이즈가 발생하지 않고, 레이저광이 각각의 광섬유 단부에 정대향하며 입사되므로 표시패턴의 불균일 현상이 발생하지 않는 효과가 있다.

아울러, 종래의 LCD와 비교했을 때, 미러 회전주사방식을 사용하므로 구동속도를 높일 수 있고, 칼라필터를 형성할 필요가 없으므로 제조공정을 간소화할 수 있으며 대화면 구성이 용이한 장점을 가진다.

또한, 본 고안은 소수의 광원을 이용하여 측면발광 광섬유 패널상에 제어가능한 화소를 형성하게 되므로 광섬유를 채용하는 일반적인 표시장치와는 달리 디스플레이 패널의 박형화를 이룰 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 모터부;

   상기 모터부로부터 회전력을 전달받아 회전하게 되며, 그 회전축 방향에 대하여 45도 각도로 기울어진 상태로 반사막이 형성되어 있는 미러부;

   그 입사광축이 상기 회전축 방향에 위치하게 되는 레이저광을 상기 미러부에 입사시키도록 설치되는 레이저모듈;

   그 측면부에는 적어도 하나 이상의 결함이 형성되어 있고, 상기 미러부를 둘러싸며 상기 회전축을 중심으로 하는 원호 혹은 원주를 따라 그 단부가 배치된 상태로 복수개가 구비되는 광섬유;

   상기 레이저모듈에서 방출된 광이 미러부에 반사된 후 상기 광섬유의 단부에 집광되도록 상기 광원과 미러부 사이에 위치하는 집광렌즈부; 및

   모터부의 구동에 따른 상기 미러부의 회전위치 변화에 동기하여 상기 광원의 발광패턴을 제어하기 위한 콘트롤러;를 포함하고,

   상기 광섬유가 그 길이방향과 수직되는 방향으로 순차적으로 복수개 배열되는 것을 특징으로 하는 레이저 디스플레이.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 광섬유의 배열면 상에 위치하고, 상기 광섬유의 결함에 대응하는 광스위칭수단이 형성되어 상기 결함으로부터 방출되는 광을 선택적으로 차단하도록 하는 광제어판;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 디스플레이.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 결함이 광섬유의 측면부를 따라 일정간격으로 복수개 형성되어 있고,

   광스위칭수단은 상기 광섬유와 직교하는 스트라이프 형태로 형성되어 매트릭스 형태를 형성하게 되는 것을 특징으로 하는 레이저 디스플레이.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 광스위칭수단으로서 액정소자가 채용되는 것을 특징으로 하는 레이저 디스플레이.