KR20050069359A - 레이저 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

스페클 노이즈(speckle noise)를 저감시켜 고화질을 구현하기 위한 레이저 디스플레이 장치에 관한 것으로, R, G, B 레이저빔을 출력하는 R, G, B 레이저와, 레이저빔을 하나로 합쳐서 백색광을 만드는 빔 합성기, 레이저빔을 집속시키는 집속 렌즈와, 상기 집속 렌즈에서 출력되는 광을 균일하게 만드는 로드 렌즈와, 상기 로드 렌즈의 출력광을 패널에 조명할 수 있도록 제어하는 조명 렌즈와, 상기 조명 렌즈로부터 조명광을 수신하여 영상 신호에 따라 해당 영상을 출력하는 패널로 구성되는 레이저 디스플레이 장치에 있어서, 상기 로드 렌즈의 전면부에 통과하는 위치에 따라서 광의 위상을 무질서하게 변화시키는 페이즈 체인저(phase changer)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

레이저 디스플레이 장치{Laser display device}

본 발명은 레이저 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 스페클 노이즈(speckle noise)를 저감시켜 고화질을 구현하기 위한 레이저 디스플레이 장치에 관한 것이다.

고화질을 추구하는 소비자들의 욕구가 증대하면서, 색재현성 및 색순도 측면에서 탁월한 성능을 발휘할 수 있는 레이저(laser)를 광원으로 하는 디스플레이(display) 매체의 개발이 세계 각처에서 진행되고 있다.

레이저 디스플레이(laser display)에서 사용되는 레이저(laser)는 단색성, 직진성, 간섭성(coherence), 고휘도의 특징을 갖는다.

단색성이라 함은 출력되는 파장이 단파장 특성을 가짐을 의미하고, 직진성은 출력광이 퍼지는 각도가 매우 작아서 평행광에 가깝다는 것을 의미한다.

그리고, 간섭성(coherence)은 출력되는 광들의 성질(파장, 편광 등)이 거의 동일하기 때문에 서로 간섭을 일으킬 수 있는 능력이 큰 것이고, 고휘도는 출력되는 빛이 작은 각도로 집속되어 나오기 때문에 단위 면적 당, 단위 각도 당 출력이 매우 강하기 때문이다.

이러한 레이저의 특징 가운데, 단색성을 이용함으로써 뛰어난 색재현성 및 색순도 특성을 얻을 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래기술에 따른 단판식 레이저 디스플레이 장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 종래기술에 따른 3판식 레이저 디스플레이 장치를 나타낸 도면이다.

우선, 단판식 레이저 디스플레이 장치에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, R, G, B 레이저(10)에서 출력되는 R, G, B 빔은 빔 합성기(beam combiner)(11)를 통해서 하나로 합쳐져 백색광으로 만들어지고, 이 백색광은 집속 렌즈(12)를 통해 로드 렌즈(13)에 집속되게 된다.

상기 로드 렌즈(13)는 공간적으로 가우시안(gaussian) 형태의 분포를 갖게 되는 레이저빔을 다중 반사를 통하여 균질(Uniform)하게 만들어 주는 역할을 한다.

상기 로드 렌즈(13)를 통해 균질하게 만들어진 조명광은 패널에 조사될 수 있도록 조명 렌즈(14)를 통해 컨트롤(control)된다.

상기 조명 렌즈(14)를 통과한 빛은 TIR 프리즘(15)에 입사된다.

상기 TIR 프리즘(15)은 두 개의 프리즘(prism) 사이에 매우 얇은 공기층을 두어 빗면에 입사되는 빛의 각도가 크면 전반사 작용에 의하여 반사되도록 하고, 입사 각도가 작으면 빛을 투과시키는 역할을 하는 것으로, 상기 조명 렌즈(14)로부터 들어오는 빛은 패널(16)로 반사시키고, 상기 패널(16)에서 출력되어 나오는 신호광은 투과시킨다.

상기 TIR 프리즘(15)을 통해 패널(16)로 입사되는 광은 패널(16)의 영상 신호를 통해 영상으로 표현되게 된다. 그리고, 상기 패널(16)로부터 출력되는 신호광은 TIR 프리즘(15)과 투사렌즈(17)를 투과하여 스크린(screen)(도시하지 않음)에 결상되어 화상으로 볼 수 있게 된다.

도 2는 3판식 레이저 디스플레이 장치를 나타낸 도면으로, 상기 단판식 레이저 디스플레이 장치는 R, G, B 빔을 합쳐주는 빔 합성기(11)가 집속 렌즈(12) 앞부분에 위치하지만, 3판식 레이저 디스플레이 장치에서는 빔 합성기(11)가 투사렌즈(17) 앞부분에 위치한다는 점만 다르다.

즉, 상기 단판식 레이저 디스플레이 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, R, G, B 빔을 합쳐주는 빔 합성기(11)가 집속 렌즈(12) 앞단에 위치하여 R, G, B 빔이 상기 빔 함성기(11)를 통해 단일 광으로 합성된 후에 집속 렌즈(12), 로드 렌즈(13), 조명 렌즈(14), TIR 프리즘(15), 패널(16), 투사렌즈(17)를 통과하여 스크린에 조사되도록 구성된다.

그러나, 3판식 레이저 디스플레이 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 빔 합성기(11)가 투사 렌즈(17) 앞단에 위치하여 R, G, B 빔 각각이 집속 렌즈(12), 로드 렌즈(13), 조명 렌즈(14), TIR 프리즘(15), 패널(16)을 통과한 다음에 빔 합성기(11)에서 하나로 합성되며 합성된 광이 투사렌즈(17)를 통과하여 스크린에 조사되도록 구성되는 차이만 있을 뿐, 각 부품들의 역할은 단판식 레이저 디스플레이 장치에서 사용되는 부품들의 역할과 동일하므로, 도 2의 각 부품에 대한 별도의 설명은 생략하기로 한다.

도 1과 도 2에서 동일 구성에 대해서는 동일 부호를 사용하여 표기하였다.

그러나, 이와 같이 레이저를 시스템에 적용할 경우 레이저의 또 다른 특성 가운데 하나의 간섭성이 구현된 화상 신호 상에서 간섭을 일으키게 되어, 매우 작은 영역에서 다발적으로 이루어지는 간섭 무늬가 매우 빠른 시간 주기로 보강, 상쇄를 거듭함으로 인하여 시청자의 눈에 반짝거리는 것처럼 보이게 된다.

이러한 현상을 스페클(speckle)이라고 한다.

스페클 현상은 레이저를 디스플레이용 광원으로 사용할 때, 화질이 매우 심각한 영향을 주는 스페클 노이즈(speckle noise)를 형성한다. 따라서, 색재현성 및 색순도가 뛰어난 고휘질의 디스플레이를 구현하기 위해서는 이 스페클 노이즈를 반드시 저감시켜 주어야만 한다.

스페클 노이즈를 저감하기 위해 기존에 사용하는 방법으로는 상기 집속 렌즈(12)와 로드 렌즈(13) 사이에 광섬유(Optical fiber)나 디퓨져(diffuser)를 넣고 있다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 광섬유(optical fiber)를 광도파로로 사용하면서 광섬유에 진동을 주거나, 도 4에 도시된 바와 같이, 디퓨져(diffuser)를 통과시켜 빔을 퍼트려 레이저빔의 가간섭성을 줄여 섬광 및 얼룩 등으로 인한 화질 저하를 막는다.

그러나, 이러한 방법들은 조명계의 사이즈를 증가시키거나, 광효율을 저하시키는 단점을 가지고 있으며, 무엇보다도 스페클 저감을 위해 필요한 간섭 길이(coherence length)를 줄여주는데 한계가 있기 때문에 이러한 방법들을 이용하여 현저한 화질 향상을 기대하기 어려운 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 스페클 노이즈(speckle noise)를 저감시키기 위한 레이저 디스플레이 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 간섭 길이(coherence length)를 줄이어 스페클 노이즈를 저감시키는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 스페클 노이즈를 저감시켜 고화질의 레이저 디스플레이를 구현하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 디스플레이 장치는 R, G, B 레이저빔을 출력하는 R, G, B 레이저와, 레이저빔을 하나로 합쳐서 백색광을 만드는 빔 합성기, 레이저빔을 집속시키는 집속 렌즈와, 상기 집속 렌즈에서 출력되는 광을 균일하게 만드는 로드 렌즈와, 상기 로드 렌즈의 출력광을 패널에 조명할 수 있도록 제어하는 조명 렌즈와, 상기 조명 렌즈로부터 조명광을 수신하여 영상 신호에 따라 해당 영상을 출력하는 패널로 구성되는 레이저 디스플레이 장치에 있어서, 상기 로드 렌즈의 전면부에 통과하는 위치에 따라서 광의 위상을 무질서하게 변화시키는 페이즈 체인저(phase changer)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 집속 렌즈와 페이즈 체인저 사이에 입사광을 퍼트리는 디퓨저(Diffuser)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 집속 렌즈와 페이저 체인저 사이에 광섬유를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 페이즈 체인저는 표면에 랜덤한 구조의 요철이 형성된 박막인 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 페이즈 체인저는 표면에 랜덤한 구조의 요철이 형성된 제 1 박막과, 상기 제 1 박막과 상이한 굴절율을 갖는 제 2 박막을 적층하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제 2 박막은 표면에 랜덤한 구조의 요철을 갖는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 페이즈 체인저는 서로 다른 굴절율을 갖는 복수개의 물질들을 랜덤하게 분포시켜 형성한 박막인 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 페이즈 체인저는 투과형 물질로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 디스플레이 장치의 구성도이다.

본 발명의 레이저 디스플레이 장치는 도 5에 도시된 바와 같이, R, G, B 레이저(110), 빔 합성기(111), 집속 렌즈(112), 로드 렌즈(113), 조명 렌즈(114), TIR프리즘(115), 패널(116), 투사 렌즈(117)로 구성되는 기존의 레이저 디스플레이 장치에서, 상기 로드 렌즈(113) 전면부에 페이즈 체인저(phase changer)(118)를 삽입시킨 구조로, 각 부분에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 R, G, B 레이저(110)가 광원으로 사용할 R, G, B 빔을 방출하면, 빔 합성기(111)는 상기 R, G, B 빔을 하나로 합쳐서 백색광으로 만들어 주며, 집속 렌즈(112)는 빔 합성기(111)에서 출력되는 백색광을 후단의 로드 렌즈(113)에 집속시킨다.

상기 로드 렌즈(113) 전면부의 페이즈 체인저(118)는 통과하는 위치에 따라서 광의 위상(phase)을 무질서하게 변화시켜 간섭을 일으킬 수 있는 간섭 길이(coherence length)를 줄이므로써, 스페클 노이즈를 저감시켜 화질 향상의 효과를 얻을 수 있도록 하여 준다.

상기 로드 렌즈(113)는 공간적으로 가우시안(Gaussian) 형태의 분포를 갖는 레이저빔을 다중 반사를 통하여 균질(uniform)하게 만들어준다.

상기 조명 렌즈(114)는 상기 로드 렌즈(113)에서 출력되는 조명광을 패널(116)에 조사시켜 줄 수 있도록 컨트롤한다. 상기 조명 렌즈(114)에서 출력되는 광은 TIR 프리즘(115)을 통해 반사되어 패널(116)에 조명되게 된다.

상기 TIR 프리즘(115)은 두 개의 프리즘(prism) 사이에 매우 얇은 공기층을 두어 빗면에 입사되는 빛의 각도가 크면 전반사 작용에 의하여 반사되도록 하고, 입사 각도가 작으면 빛을 투과시키는 역할을 하는 것으로, 상기 조명 렌즈(114)로부터 들어오는 빛은 패널(116)로 반사시키고, 상기 패널(116)에서 출력되어 나오는 신호광은 투과시킨다.

상기 패널(116)은 TIR 프리즘(115)에서 반사된 광을 수신하여 패널(116)의 영상 신호에 따라서 해당 영상을 출력한다.

그리고, 상기 패널(116)에서 구현된 영상 신호는 상기 TIR 프리즘(115)과 투사렌즈(117)를 투과하여 스크린(도시하지 않음)에 투사되어 화상으로 볼 수 있게 된다.

그리고, 도면에는 도시하지는 않았지만, 스페클 노이즈를 저감시키기 위하여 상기 집속 렌즈(112)와 페이즈 체인저(118) 사이에 광섬유(optical fiber)나 광을 퍼뜨리는 디퓨져(diffuser)를 추가로 구성하여도 무방하다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 디스플레이 장치를 나타내는 도면으로, 도 5는 레이저 디스플레이 장치를 단판식으로 구성한 경우이고, 도 6은 3판식으로 구성한 경우이다.

단판식 레이저 디스플레이 장치에서는 R, G, B 빔을 합쳐주는 빔 합성기(111)가 집속 렌즈(112) 앞부분에 위치하지만, 3판식 레이저 디스플레이 장치에서는 빔 합성기(111)가 투사렌즈(117) 앞부분에 위치한다는 점만 다르다.

즉, 상기 단판식 레이저 디스플레이 장치는 도 5에 도시된 바와 같이, R, G, B 빔을 합쳐주는 빔 합성기(111)가 집속 렌즈(112) 앞부분에 위치하여 R, G, B 빔이 상기 빔 함성기(111)를 통해 단일 광으로 합성된 후에 집속 렌즈(112), 페이즈 체인저(118), 로드 렌즈(113), 조명 렌즈(114), TIR 프리즘(115), 패널(116), 투사 렌즈(117)를 통과하여 스크린에 조사되도록 구성된다.

그러나, 3판식 레이저 디스플레이 장치는 도 6에 도시된 바와 같이, 빔 합성기(111)가 투사 렌즈(117) 앞부분에 위치하여 R, G, B 빔 각각이 집속 렌즈(112), 페이즈 체인저(118), 로드 렌즈(113), 조명 렌즈(114), TIR 프리즘(115), 패널(116)을 통과한 다음에 빔 합성기(111)에서 하나로 합성되며 투사렌즈(117)를 통과하여 스크린에 조사되도록 구성되는 차이만 있을 뿐, 각 부품들의 역할은 단판식 레이저 디스플레이 장치에서 사용되는 부품들의 역할과 동일하므로, 도 6의 각 구성에 대한 별도의 설명은 생략하기로 한다.

도 5와 6에서 동일 구성에 대해서는 동일 부호를 사용하여 표기하였다.

도 7 본 발명에서 적용되는 페이즈 체인저 구성의 일예를 나타낸 도면이다.

도 7을 보면, 페이즈 체인저(118)는 투명하고 얇은 플레이트(plate) 표면에 매우 작은 요철(凹凸) 구조를 랜덤(random)하게 구성하여 이를 통과하는 빛 다발의 위상(phase)이 달라지도록 구성한다.

상기 페이즈 체인저(118)의 재료로는 SU-8과 같은 투과형 물질을 사용하며, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 공정을 이용하여 제작한다.

도 8a 및 도 8b는 페이저 체인저의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

도 8a는 굴절율이 서로 다른 두 개의 플레이트를 적층하여 구성한 경우로, 하나의 플레이트에는 작은 요철(凹凸)을 랜덤(random)하게 구성하고, 나머지 플레이트에는 상기 플레이트의 요철 형태에 반대되는 요철을 구성한 다음 요철 면이 서로 마주보도록 두개의 플레이트를 적층하여 구성한다.

따라서, 페이즈 체인저를 통과하는 빛은 통과되는 위치에 따라서 제 1 플레이트에서의 이동 거리 및 제 2 플레이트 내에서의 이동 거리가 다르게 되며, 상기 제 1, 제 2 플레이트가 서로 다른 굴절율을 가지므로, 페이즈 체인저를 통과하는 빛 다발의 위상(phase)이 달라지게 된다.

그리고, 도 8b는 귤절율을 무질서하게 분포시켜 형성한 구조로, 굴절율이 다른 물질들을 무질서하게 분포시켜 형성한 것이다. 따라서, 페이즈 체인저의 각 부분의 굴절이 랜덤하게 분포되게 되므로, 이를 통과한 빛 다발의 위상(phase)이 달라지게 된다.

위에서 페이즈 체인저로 제시된 구성 외에도 무질서한 굴절율 분포를 갖도록 구성한 막이라면 그 형상에 관계없이 페이즈 체인저로써 사용할 수 있음은 자명하다.

상기와 같은 본 발명의 레이저 디스플레이 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 광의 위상을 무질서하게 변화시키는 페이즈 체인저를 채용하여 간섭을 일으킬 수 있는 능력을 나타내는 간섭 길이(coherence length)를 줄일 수 있으므로 스페클 노이즈를 효과적으로 저감시킬 수 있다.

둘째, 스페클 노이즈를 줄일 수 있으므로 스페클 노이즈에 의한 화질 저하를 방지할 수 있어, 고화질의 레이저 디스플레이 구현이 가능해 진다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구범위에 의해서 정해져야 한다.

도 1은 종래기술에 따른 단판식 레이저 디스플레이 장치를 나타낸 도면

도 2는 종래기술에 따른 3판식 레이저 디스플레이 장치를 나타낸 도면

도 3 및 도 4는 종래에 사용된 화질 개선 방안을 나타낸 도면

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 디스플레이 장치의 구성도

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 디스플레이 장치를 나타내는 도면

도 7 본 발명에서 적용되는 페이즈 체인저 구성의 일예를 나타낸 도면

도 8a 및 도 8b는 페이저 체인저의 다른 실시예를 도시한 도면

**도면의 주요 부분에 대한 부호 설명**

110 : R, G, B 레이저 111 : 빔 합성기

112 : 집속 렌즈 113 : 로드 렌즈

114 : 조명 렌즈 115 : TIR 프리즘

116 : 패널 117 : 투사 렌즈

118 : 페이즈 체인저

Claims (8)

1. R, G, B 레이저빔을 출력하는 R, G, B 레이저와, 레이저빔을 하나로 합쳐서 백색광을 만드는 빔 합성기, 레이저빔을 집속시키는 집속 렌즈와, 상기 집속 렌즈에서 출력되는 광을 균일하게 만드는 로드 렌즈와, 상기 로드 렌즈의 출력광을 패널에 조명할 수 있도록 제어하는 조명 렌즈와, 상기 조명 렌즈로부터 조명광을 수신하여 영상 신호에 따라 해당 영상을 출력하는 패널로 구성되는 레이저 디스플레이 장치에 있어서,

   상기 로드 렌즈의 전면부에 통과하는 위치에 따라서 광의 위상을 무질서하게 변화시키는 페이즈 체인저(phase changer)를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 디스플레이 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 집속 렌즈와 페이즈 체인저 사이에 광을 퍼트리는 디퓨저(Diffuser)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 디스플레이 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 집속 렌즈와 페이저 체인저 사이에 광섬유를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 디스플레이 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 페이즈 체인저는

   표면에 랜덤한 구조의 요철이 형성된 박막인 것을 특징으로 하는 레이저 디스플레이 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 페이즈 체인저는

   표면에 랜덤한 구조의 요철이 형성된 제 1 박막과, 상기 제 1 박막과 상이한 굴절율을 갖는 제 2 박막을 적층하여 구성하는 것을 특징으로 하는 레이저 디스플레이 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 제 2 박막은

   표면에 랜덤한 구조의 요철을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 디스플레이 장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 페이즈 체인저는

   서로 다른 굴절율을 갖는 복수개의 물질들을 랜덤하게 분포시켜 형성한 박막인 것을 특징으로 하는 레이저 디스플레이 장치.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 페이즈 체인저는

   투과형 물질로 구성됨 특징으로 하는 레이저 디스플레이 장치.