KR20060120466A - 디스플레이 시스템 및 이미지 표시 방법 - Google Patents

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KR20060120466A
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스티븐 디 레스터
데이빗 피 보어
스코트 더블유 코진
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아바고 테크놀로지스 제너럴 아이피 (싱가포르) 피티이 리미티드
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Abstract

본 발명에 따른 디스플레이 시스템은 레이저 빔에 의해 여기될 때 약 450nm 내지 약 650nm의 파장 범위의 광을 발광하는 인광체를 갖는 디스플레이 스크린을 포함한다. 레이지 빔은 약 330nm 내지 약 440nm의 작동 파장 범위를 갖는 고체 레이저에 의해 발생된다.

Description

디스플레이 시스템 및 이미지 표시 방법{DISPLAY SYSTEM AND METHOD USING A SOLID STATE LASER}
도 1은 본 발명에 따른 몇 개의 예시적인 요소인 고체 레이저, 빔 안내 시스템 및 디스플레이 스크린을 통합한 디스플레이 시스템의 제 1 예시적인 실시예를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 디스플레이 시스템의 몇 개의 추가적인 요소를 도시한 도면,
도 3은 고체 레이저 및 액정 디스플레이(LCD)와 연관된 백라이트(backlight) 패널을 통합한 디스플레이 시스템의 제 2 예시적인 실시예를 도시한 도면,
도 4는 도 1의 디스플레이 스크린 또는 도 3의 백라이트 패널 내에 포함된 예시적인 픽셀 및 서브픽셀(sub-pixel) 어레이를 도시한 도면,
도 5는 도 1의 빔 안내 시스템의 제 1 예시적인 실시예를 도시한 도면,
도 6a는 도 1의 빔 안내 시스템의 일부분인 탑재부의 예시적인 실시예의 사시도,
도 6b는 도 6a의 탑재부의 측면도,
도 6c는 도 6a의 탑재부의 측면도,
도 7은 다수의 고체 레이저를 통합한 디스플레이 시스템의 예시적인 실시예 를 도시한 도면,
도 8은 단일 고체 레이저와 다수의 안내 요소를 갖는 빔 안내 시스템을 통합한 디스플레이 시스템의 다른 예시적인 실시예를 도시한 도면,
도 9는 단일 고체 레이저와 다수의 안내 요소를 갖는 빔 안내 시스템을 통합한 디스플레이 시스템의 또 다른 예시적인 실시예를 도시한 도면,
도 10은 도 1의 빔 안내 시스템의 제 2 예시적인 실시예를 포함하는 디스플레이 시스템.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 디스플레이 시스템 115 : 디스플레이 스크린
110 : 빔 안내 시스템 105 : 고체 레이저
106 : 레이저 빔 310 : 백라이트 패널
400 : 어레이 505 : 미러
805 : 마이크로 미러
전자 디스플레이는 액정 디스플레이(LCD) 기술, 발광 다이오드(LED) 기술 및 인광체 방사(radiation) 기술과 같은 다양한 기술을 사용하여 실행된다. 인광체 방사 기술은 음극선관(cathode ray tube : CRT)에 의해 최선으로 예시된, 오래전 공 지된 기술이다.
일반적으로 CRT의 래스터 주사(raster scan) 모드는 하나 이상의 광범위하게 수용된 주사 표준을 따름으로써, 다양한 제조자에 의해 제조되는 디스플레이에서의 균일한 레벨의 화상 품질뿐만 아니라 다양한 구성 요소에서의 호환성을 보장한다.
그러나, CRT는 대용량, 과도한 하중, 높은 전력 소비 및 위험한 전압의 존재와 같은 몇몇의 결함이 생긴다. 결과적으로, CRT는 다수의 현대의 적용에서 유감스럽게도, 이러한 결함이 수용될 수 있고 부적절한 곳에서만 사용된다. 예컨대, CRT는 개인 휴대용 정보 단말기(PDA) 또는 핸드폰과 같은 작은 휴대용 장치 내로 용이하게 일체형이 될 수 없다. 따라서, 이러한 장치는 크기, 중량 및 다른 특징에 관해서 보다 적합한 변형적인 기술을 종종 사용한다.
LCD 기술은 CRT 기술에 대해 변형적이다. LCD 기술은 광을 선택적으로 전하는 "광 셔터(light shutter)"로서 작동하는 픽셀 레벨(pixel-level)의 광 제어 요소를 통합한다.
LCD는 CRT보다 적은 전력을 소비하고, 다수의 적용에 대해 매우 적절하다는 것이 입증되었다. 유감스럽게도, LCD 디스플레이는 임의의 주변 광 조건 하에서 부족한 디스플레이 가시성을 제공할 수 있다.
LCD 디스플레이 시스템이 픽셀 레벨 광 제어 요소로서 액정을 사용할지라도, 몇몇의 다른 디스플레이 시스템은 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS)으로 폭넓게 분류될 수 있는 요소를 사용한다. 마이크로 전자 기계 시스템 적용의 일례로서, 마이크로 미러(micro-mirror)의 어레이는 디스플레이 스크린상에 광을 선택적으로 지 향하는데 사용된다. 마이크로 전자 기계 시스템 기술은 각종 이미지 장치에서 사용되고, 높은 이미지 명도 및 투명도와 같은 특징이 요구되는 몇몇의 적용에서 널리 행해지는 것이 입증된다.
그러나, 높은 이미지 명도는 일반적으로 할로겐 전구와 같은 고강도 광원을 사용함으로써 얻어진다. 유감스럽게도, 할로겐 전구는 고체 광원에 비해 겪는 비효율적인 광원이다.
본 발명에 따른 디스플레이 시스템은, 레이저 빔에 의해 여기될 때 약 450nm 내지 약 650nm의 파장 범위의 광을 발광하는 인광체를 갖는 디스플레이 스크린을 포함한다. 레이저 빔은 약 330nm 내지 약 440nm의 작동 파장 범위를 갖는 고체 레이저에 의해 발생된다.
본 발명의 다수의 실시예는 하기의 도면을 참조하여 보다 잘 이해될 수 있다. 도면의 구성 요소는 반드시 비율이 맞지는 않는다. 대신에, 발명의 원리를 명백하게 도시하는 데 중점을 둔다. 또한, 도면에서, 동일 참조 부호는 몇몇의 도면을 통해 대응하는 부품을 나타낸다.
본 발명에 따른 다양한 실시예는 광을 발광시키도록 적절한 인광체를 여기시키기 위해 고체 레이저를 사용하는 디스플레이 시스템에 관한 것이다. 일 예시적 인 실시예에서, 고체 레이저는 약 330nm 내지 440nm 사이의 파장 범위의 레이저 빔을 발생시키고, 디스플레이 스크린의 인광체를 여기시키기 위해 레이저 빔을 사용한다. 여기된 인광체는 약 450nm 내지 650nm 사이의 파장 범위의 광을 발광시킨다.
도 1은 빔 안내 시스템(110)에 광학적으로 결합된 고체 레이저(105)를 포함하며, 또한 상기 빔 안내 시스템(110)은 디스플레이 스크린(115)에 광학적으로 결합된 본 발명에 따른 디스플레이 시스템(100)의 제 1 예시적인 실시예를 도시한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 고체 레이저(105)는 알루미늄, 갈륨, 인듐 및 질소와 같은 재료로 구성되는 단면 발광(edge-emitting) 반도체 레이저이다. 일반적으로, 고체 레이저(105)는 적절한 기판상에 형성된 몇 개의 분리된 재료 층으로 구성된다. 적절한 기판의 몇몇의 예시는 질화갈륨(GaN) 기판, 탄화규소(SiC) 기판 및 사파이어 기판이다.
몇몇의 분리된 층 중에서, 활동층으로서 지칭되는 하나의 층은 적절한 전압 바이어스(bias)가 고체 레이저(105)에 적용될 때 광이 발생되는 양자 우물 영역(quantum well region)을 포함한다. 광은 활동층의 한쪽 측면 상에 존재하는 2개의 클래딩(cladding) 층에 의해 활동층 쪽으로 측방향으로 제한된다. 측방향으로 제한될지라도, 광은 활동 영역의 길이를 따라 횡방향으로 전해지도록 허용되고, 반사된 단부 패싯(facet)에 의해 반사된다. 하나 이상의 이러한 반사 후에, 광은 고체 레이저(105)의 단부 패싯 상에 위치된 개구부로부터 횡방향으로 빠져나가도록 허용된다. 이러한 발광된 광은 본 발명에 다른 레이저 빔(106)을 구성한다.
작동 파장으로도 지칭되는 레이저 빔(106)의 발광 파장은 활동층의 재료에 의해 큰 부품 내에 결정된다. 일반적으로, 활동층은 질화 인듐 갈륨(InGaN)으로 구성되는 반면에, 다른 층, 예컨대 클래딩 층은 질화 알루미늄 갈륨(AlGaN) 또는 질화갈륨(GaN)과 같은 화합물로 구성된다. 이러한 예시적인 실시예에서, 고체 레이저(105)는 약 405nm의 광학 작동 파장을 구비하는, 약 330nm 내지 440nm의 작동 파장을 갖는다.
몇몇의 상업적으로 이용 가능한 고체 레이저는 고체 레이저(105)로서 사용하기에 적절하다. 예컨대, 일본 니치아 코포레이션(Nichia Corporation of Japan)은 본 발명에 따른 가변 파장 범위에서 작동하는 몇몇의 레이저 다이오드 모듈을 제공한다.
빔 안내 시스템(110)은 고체 레이저(105)로부터 레이저 빔(106)을 수용하여 디스플레이 스크린(115) 상에 그것을 지향시킨다. 일 예시적인 실시예에서, 빔 안내 시스템(110)은 미러와 같은 광 반사 요소를 포함한다. 미러는 제 1 예시에서 레이저 빔(106)을 수용하여 디스플레이 스크린(115) 상의 제 1 위치에 지향시키도록 구성된다. 미러는 제 2 예시에서 레이저 빔(106)을 수용하여 디스플레이 스크린(115) 상의 제 2 위치에 지향시키도록 구성된다. 이러한 방식으로, 미러는 디스플레이 스크린(115) 상의 다양한 위치 상에 레이저 빔(106)을 지향시키도록 동적으로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 미러는 텔레비전 비월 주사(interlaced scanning) 패턴 또는 순차 주사(progressive scan) 패턴과 같은, 주사 패턴을 발생시키도록 동적으로 구성된다. 다른 예시적인 실시예에서, 빔 안내 시스템(110)은 마이크로 미러의 어레이를 포함한다. 레이저 빔(106)은 마이크로 미러의 어레이 상에 입사하도록 적절한 광학 구성 요소(도시되지 않음)에 의해 지향된다. 각각의 마이크로 미러는 2개의 방향 중 한 방향으로 향하도록 임의의 특정한 예시로 구성된다. 미러가 제 1 방향으로 향한다면, 마이크로 미러는 수용된 레이저 빔을 디스플레이 스크린(115) 상의 제 1 위치 쪽으로 지향시킴으로써, 광을 발광시키기 위한 제 1 위치에서 인광체를 여기시킨다. 그러나, 미러가 제 2 방향으로 향한다면, 마이크로 미러는 수용된 레이지 빔을 디스플레이 스크린(115)로부터 떨어져 향하는 방향으로 지향시킨다. 그러므로, 상술된 제 1 위치의 인광체가 광을 발광시키는데 실패함으로써, 다크 스폿(dark spot)이 발생한다. 각각의 마이크로 미러가 2개의 방향 중 한 방향으로 향하도록 개별적으로 구성될 수 있기 때문에, 마이크로 미러의 어레이는 레이저 빔을 광 및 다크 스폿의 어레이 패턴으로 디스플레이 스크린(115) 쪽으로 지향시키는 광학 스위치의 어레이로서 효과적으로 작동한다. 각각의 스폿은 디스플레이 스크린(115) 상에 표시되는 결과적인 픽셀로 처리된 이미지의 한 픽셀에 대응한다.
상기에 개시된 실시예에서, 빔 안내 시스템(110)은 광 반사 요소를 사용하지만, 변형적인 실시예에서, 빔 안내 시스템(110)은 광 회절 요소를 사용한다. 예컨대, 변형적인 실시예에서, 회절 격자는 레이저 빔(106)을 수용하여 디스플레이 스크린(115) 상에 회절된 패턴을 지향시키도록 구성된다. 일 적용에서, 회절된 패턴은 디스플레이 스크린(115)의 전체 표면을 동시에 조명하는 확산 조명을 발생시킨다.
디스플레이 스크린(115)은 상술된 레이저 빔에 의해 여기된 인광체층이 존재하는 제 1 주(main) 표면을 갖는다. 대향 주 표면은 인광체에 의해 발생된 광이 관찰자 쪽 외측으로 방사되는 관찰 표면이다.
인광체층은 몇몇의 서브픽셀을 포함하는 각각의 픽셀을 구비하는 픽셀로 처리된 패턴으로 구성된다. 예컨대, 일 실시예에서, 픽셀은 3개의 서브픽셀을 포함한다. 각각의 서브픽셀은 인광체가 레이저 빔(106)에 의해 여기될 때 특정한 파장의 광을 발광시키기 위해 선택된 인광체를 포함한다. 제 1 서브픽셀은 레이저 빔에 의해 여기될 때 적색광을 발광시키는 제 1 인광체를 포함하고, 제 2 서브픽셀은 녹색광을 발광시키는 제 2 인광체를 포함하며, 제 3 서브픽셀은 청색광을 발광시키는 제 3 인광체를 포함한다.
레이저 빔(106)이 자외선(UV) 파장 근처에서 작동될 때 사용하기에 적절한 인광체 재료의 몇몇의 예시는 ① 450nm 근처의 파장에서 광을 발광시킴으로써 자외선 여기 근처에 반응하는 BaMgAl14O23이 도핑된 루테늄(Ru)과, ② 500nm 근처의 파장에서 광을 발광시킴으로써 자외선 여기 근처에 반응하는 SrGa2S4가 도핑된 루테늄과, ③ 610nm 근처의 파장에서 광을 발광시킴으로써 자외선 여기 근처에 반응하는 Y2O3가 도핑된 루테늄이다. 이런한 인광체는 몇몇의 제조자에 의해 상업적으로 제조된다. 예컨대, 난텍스 인더스트리 코포레이션(Nantex Industry Corporation)은 상술된 인광체를 포함하는 몇몇 타입의 인광체를 제조한다.
도 2는 도 1의 디스플레이 시스템(100)에서 선택적으로 사용되는 몇몇의 추 가적인 요소를 도시한다. 이러한 추가적인 요소 중에서, 빔 특성 제어부(205)는 레이저 빔(106)을 수용하여, 레이저 빔(106)의 빔 스프레더(spreader), 빔 전달 방향, 빔 수렴 및 빔 강도와 같은 임의의 특성을 제어하도록 구성된다. 제 1 실시예에서, 미러, 렌즈 또는 회절 격자와 같은 수동 요소(passive element)는 빔 특성을 변형시키는데 사용되는 반면에, 제 2 실시예에서는, 광학 증폭기, 광학 감쇠기 또는 광학 스위치와 같은 능동 요소(active element)가 대신 사용된다.
제어 시스템(220)은 빔 특성 제어부(205)에서 요소를 제어하는데 사용된다. 예컨대, 상기 요소가 능동 요소, 예컨대 전기적으로 제어된 광학 감쇠기인 경우, 제어 시스템(220)은 감쇠기의 광학 감쇠기 인자(factor)를 소정의 값으로 설정하기 위해 제어 라인(106)을 통해 제어 신호를 제공한다.
또한 제어 시스템(220)은 고체 레이저(105)를 제어하는데 사용된다. 본 발명에 따른 일 실시예에서, 제어 시스템(220)은 고체 레이저(105)의 다양한 매개 변수를 설정하거나 모니터하기 위해, 제어 라인(204)에 의해 도 2에 실시된 하나 이상의 제어 라인을 통해 2 방향 제어 신호를 제공한다. 예컨대, 제 1 방향에서, 제어 라인(204)은 소정의 레이저 전류를 설정하기 위한 제 1 제어 신호와, 고체 레이저(105)를 작동시키고 정지시키기 위한 제 2 제어 신호를 제공하는데 사용된다. 제 2 방향에서는, 제어 라인(204)은 고체 레이저(105)로부터 신호를 수용하는데 사용된다. 이러한 신호는 레이저 전류, 레이저 온도 및 시스템 정지 조건과 같은 다양한 매개 변수에 관한 측정을 제공한다.
또한 제어 시스템(220)은 빔 안내 시스템(110)을 제어하는데 사용된다. 일 예시에서, 제어 시스템(220)은 빔 안내 시스템(110)에서 마이크로 미러의 어레이를 구성하도록 제어 라인(208)을 통해 제어 신호를 제공한다. 다른 예시에서, 제어 시스템(220)은 광학 스위칭 모듈에서 액정 스위칭 요소를 구성하도록 제어 라인(208)을 통해 제어 신호를 제공한다.
제어 라인(204, 206, 208)과 연관된 제어 신호는 본 발명에 따른 다른 실시예에서 다양한 방법으로 실행된다. 제어 신호의 몇몇의 예시는 아날로그 전기 신호, 디지털 전기 신호, 광학 신호, 기계적 작동 신호 및 무선 신호이다.
디스플레이 인터페이스(210)는 빔 안내 시스템(210)으로부터 레이저 빔을 수용하여, 디스플레이 스크린(115) 쪽으로 빔을 전달하기 전에 수용된 레이저 빔의 임의의 특성을 제어하도록 구성된다. 예컨대, 필터 스크린, 회절 격자, 광학 확산기, 편광 스크린 또는 픽셀로 처리된 스크린 격자와 같은 개별적으로 또는 조합되어 사용되는 하나 이상의 요소는 디스플레이 스크린(115) 상에 충격을 가하기 이전에 다양한 빔 특성을 변형시키는데 사용된다.
도 3은 고체 레이저(105)와 백라이트 패널(310)을 통합하는 본 발명에 따른 디스플레이 시스템(300)의 제 2 예시적인 실시예를 도시한다. 백라이트 패널(310)은 빔 안내 시스템(110)으로부터 수용된 레이저 빔에 의해 여기될 때 약 450nm 내지 650nm의 파장 범위의 광을 방사하는 인광체층이 존재하는 제 1 주 표면을 포함한다. 대향 주 표면은 액정 디스플레이(LCD) 스크린(315)에 광학적으로 결합된다. 이러한 대향 표면은 관찰자가 LCD 스크린(315)의 액정에 의해 발생된 이미지를 볼 수 있게 하기 위해 LCD 스크린(315)에 대해 백라이트로서 방사된 광을 제공한다. 이미지는 개별적인 액정을 구성하는 이미지 구동 시스템(도시되지 않음)을 사용하여 발생된다.
이러한 예시적인 실시예에서, 빔 안내 시스템(110)은 빔 특성 제어부(205)로부터 레이저 빔을 수용하여 백라이트 패널의 인광체층 상에 적절한 패턴으로 빔을 지향시키도록 구성된다. 상기 패턴은 백라이트 패널(310)의 전체 대향 주 표면을 교차하여 균일한 레벨의 조명을 발생시키기 위해 선택된다. 제 1 실시예에서, 상기 패턴은 비월 주사 패턴 또는 순차 주사 패턴과 같은 주사 패턴에 대응하고, 레이저 빔은 인광체층 상의 다양한 위치상에 순차적으로 지향된다. 이러한 주사 패턴은 다른 도면을 사용하여 보다 상세하게 하기에 기술된다.
본 발명에 따른 실시예에서, 상기 패턴은 백라이트 패널의 전체 인광체 코팅 상에 동시에 투사되는 확산된 광과 같은 비 주사 패턴이다. 빔 안내 시스템(110)은 적절한 광학 요소, 예컨대 광학 회절 격자 또는 확산기 스크린을 사용함으로써 레이저 빔으로부터 확산된 광을 발생시킨다.
도 4는 디스플레이 스크린(115) 또는 백라이트 패널(310)의 인광체층의 픽셀 및 서브픽셀의 예시적인 어레이(400)를 도시한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 각각의 어레이(400)의 픽셀은 3개의 서브픽셀로 형성된다. 예컨대, 픽셀(405)은 적색 서브픽셀(451), 녹색 서브픽셀(452) 및 청색 서브픽셀(453)을 갖는다. 다른 실시예에서, 백색을 방사시키는 제 4 서브픽셀은 픽셀(405)의 평균 방사 레벨을 증가시키기 위해 3개의 서브픽셀(451, 452, 453)에 추가적으로 사용되어서, 이미지의 명도를 제어한다. 3개의 서브픽셀(451, 452, 453)은 삼각형 구성으로 서로 인접하 게 도시된다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 서브픽셀은 서로 중첩된다. 또한, 다른 실시예에서, 픽셀은 2개 이상의 서브픽셀로 형성될 수 있다.
어레이(400)는 각각의 행과 열의 교차점에 위치된 픽셀을 구비하여 몇몇의 행 X1부터 Xn까지와 몇몇의 열 Y1부터 Yn까지를 포함하여 도시된다. 비월 주사가 사용될 경우, 레이저 빔은 홀수 행을 따르는 모든 픽셀에 충돌하고, 인접한 짝수 행은 지나가며, 그 후에 다음 홀수 행을 따르는 모든 픽셀에 충돌한다. 특히, 레이저 빔은 행 X1을 따르는 픽셀(410, 415)과 다른 픽셀에 순차적으로 충돌하기 이전에 픽셀(405)로 시작하는 행 X1과 우선 충돌한다. 홀수 행 X1의 마지막 픽셀(420)에 충돌한 후에, 레이저 빔은 짝수 행 X2를 지나가고 픽셀(430)로 시작하는 행 X3의 픽셀에 충돌하기 위해 진행한다. 어레이의 모든 홀수 행이 주사된 후에, 레이저 빔은 짝수 행 X2의 제 1 픽셀(425) 상에 지향된다. 그 후 레이저 빔은 짝수 행 X2를 따르는 모든 픽셀에 충돌하고, 인접한 짝수 행 X3는 지나가며, 픽셀(440)로 시작하는 짝수 행 X4의 픽셀에 충돌한다. 모든 짝수 행이 주사된 후에, 레이저 빔은 다시 한 번 홀수 행 X1의 픽셀(405)에 역으로 지향되고, 전체 주사 패턴은 소정한 바와 같이 반복된다. 주사는 수용 가능한 이미지 품질을 제공하기 위해 선택된 임의의 주사 비율로 수행된다. 순차 주사가 사용될 경우, 레이저 빔은 제 1 행의 모든 픽셀에 충돌하고 나서 다음 인접한 행의 모든 픽셀에 충돌하도록 구성된다. 비월 주사의 홀수 짝수 행은 순차 주사에서 사용되지 않는다. 또한, 순차 주사 비율은 일반적으로 비 순차 주사 비율과 상이하다.
도 5는 본 발명에 따른 빔 안내 시스템(110)의 예시적인 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 미러(505)는 고체 레이저(105)로부터 레이저 빔을 수용하여 디스플레이 스크린(115) 쪽으로 지향시키도록 위치된다. 미러(505)는 제 1 예시에서 디스플레이 스크린(115)의 인광체층 상의 제 1 위치에 충격을 가하기 위해 축(501)을 따라 광을 지향시키도록 위치된다. 미러(505)는 제 2 예시에서 디스플레이 스크린(115)의 인광체층 상의 제 2 위치에 충격을 가하기 위해 축(502)을 따라 광을 지향시키도록 위치되고, 제 3 예시에서 디스플레이 스크린(115)의 인광체층 상의 제 3 위치에 충격을 가하기 위해 축(503)을 따라 광을 지향시키도록 위치된다. 그러므로, 다양한 예시에서, 적절하게 미러(505)를 위치시킴으로써, 레이저 빔은 인광체층의 다수의 위치 상에 지향되고, 상술된 주사 패턴으로 작동하도록 구성될 수 있다.
빔 안내 시스템(110)과 디스플레이 스크린(115)에 대한 고체 레이저(105)의 정사영 위치 결정은 고체 레이저가 빔 안내 시스템 및 디스플레이 스크린과 수평 정렬하여 위치되는 디스플레이 시스템에 비해 컴팩트한 크기를 갖는 디스플레이 시스템을 제공한다.
도 6a는 빔 안내 시스템(110)의 일부분인 본 발명에 따른 예시적인 실시예의 탑재부(600)의 사시도를 도시한다. 미러(605)는 회전 플랫폼(610) 상에 장착된다. 미러(605)의 주 반사 표면은 회전 플랫폼(610)의 주 표면에 평행한 방향으로 입사 레이저 빔(도시되지 않음)을 반사시키도록 배향된다. 점선(615)으로 나타낸 바와 같이 2방향으로 회전 가능한 회전 플랫폼(610)은 경사 플랫폼(625) 상에 위치된다. 회전 샤프트(620)는 경사 플랫폼(625)을 관통하며, 경사 플랫폼(625)의 경사 각도 를 조정하기 위해 작동한다. 회전 샤프트(620)는 점선(630)으로 나타낸 바와 같이 2방향으로 회전 가능하다.
회전 샤프트(620)와 회전 플랫폼(610)은 소정의 방향으로 입사 레이저 빔을 반사시키기 위해 투사부의 소정의 수직 각도와 측방향 각도를 각각 설정하도록 작동된다. 이것은 도 6b 및 도 6c를 이용하여 더 기술된다.
도 6b는 투사부의 소정의 수직 각도의 설정을 기술하기 위해 탑재부(600)의 측면도를 도시한다. 회전 샤프트(620)가 제 1 위치에 설정되면, 입사 레이저 빔은 이러한 예시에서 기준축(601)으로서 지칭되는 축을 따라 반사된다. 회전 샤프트(620)가 제 2 위치에 설정되면, 입사 레이저 빔은 이러한 예시에서 기준축(601)에 대해 투사부의 수직 각도(603)를 갖는 제 2 축(602)을 따라 반사된다. 유사하게, 회전 샤프트(620)는 투사부의 여러 수직 각도로 레이저 빔을 반사시키도록 위치될 수 있다.
도 6c는 투사부의 소정의 측방향 각도의 설정을 기술하기 위해 탑재부(600)의 평면도를 도시한다. 회전 플랫폼(610)이 제 1 위치에 설정되면, 입사 레이저 빔은 이러한 예시에서 기준축(606)으로서 지칭되는 축을 따라 반사된다. 회전 플랫폼(610)이 제 2 위치에 설정되면, 입사 레이저 빔은 이러한 예시에서 기준축(606)에 대해 투사부의 측방향 각도(604)를 갖는 제 2 축(607)을 따라 반사된다. 유사하게, 플랫폼(610)은 투사부의 여러 수직 각도로 레이저 빔을 반사시키도록 위치될 수 있다.
도 7은 다수의 고체 레이저, 다수의 빔 안내 시스템 및 단일 디스플레이 스 크린을 통합하는 본 발명에 따른 디스플레이 시스템(700)의 예시적인 실시예를 도시한다. 이러한 예시적인 실시예에서, 제 1 고체 레이저(710)는 미러(705)와 같은 반사 요소로 형성된 제 1 빔 안내 시스템 상에 지향되는 레이저 빔(711)을 발생시킨다. 미러(705)는 디스플레이 스크린(750) 쪽으로 반사시킴으로써, 레이저 빔을 지향시킨다. 반사된 레이저 빔(712)은 디스플레이 스크린(750)의 인광체층 상에 입사된다. 특히, 반사된 레이저 빔(712)은 3개의 서브픽셀(741, 742, 743)로 구성된 제 1 픽셀에 충돌한다. 반사된 레이저 빔(712)은 예컨대, 복합 적-녹-청(RGB) 픽셀을 제조하기 위해 각각의 서브픽셀(741, 742, 743)에 순차적으로 충돌한다.
고체 레이저(720)는 제 2 반사 요소인 미러(715)로 형성된 제 2 빔 안내 시스템 상에 지향되는 레이저 빔(721)을 발생시킨다. 미러(715)는 디스플레이 스크린(750) 쪽으로 반사시킴으로써, 레이저 빔을 지향시킨다. 반사된 레이저 빔(722)은 디스플레이 스크린(750)의 인광체층 상에 입사된다. 특히, 반사된 레이저 빔(722)은 3개의 서브픽셀로 구성된 제 2 픽셀에 충돌한다. 반사된 레이저 빔(722)은 예컨대, 복합 적-녹-청(RGB) 픽셀을 제조하기 위해 각각의 서브픽셀에 순차적으로 충돌한다.
유사하게, 고체 레이저(730)와 미러(725)는 디스플레이 시스템(700)의 다수의 요소의 "nth" 요소를 나타낸다.
본 발명에 따른 이러한 예시적인 실시예에서, 고체 레이저(710, 720, 730)는 동일한 작동 파장을 갖는다. 변형적인 실시예에서, 각각의 고체 레이저(710, 720, 730)는 상이한 작동 파장을 갖는다. 상이한 작동 파장은 약 330nm 내지 약 440nm 의 파장 범위에서 선택된다. 또 다른 실시예에서, 다수의 빔 안내 시스템은 미러가 아닌 반사 요소를 구비하여 실행된다. 예컨대, 각각의 빔 안내 시스템은 액정 공간 변조기를 사용하여 실행된다. 몇몇의 이러한 액정 공간 변조기는 단일, 일체형 패키지로 수용될 수 있다.
도 8은 단일 고체 레이저(105), 단일 디스플레이 스크린(115) 및 다수의 반사 요소를 갖는 빔 안내 시스템(110)을 통합하는 본 발명에 따른 디스플레이 시스템(800)의 예시적인 실시예를 도시한다. 고체 레이저(105)는 빔 안내 시스템(110)에 포함된 각각의 미러에 충돌하도록 지향되는 레이저 빔을 발생시킨다. 본 발명에 따른 실시예에서, 레이저 빔은 동시에 모든 미러에 충돌한다. 이러한 실시예는 도 2를 참조하여 상술된 빔 특성 제어부(205)에 위치된 확산기 요소를 사용하여 실행된다. 실시예에서, 고체 레이저(105)는 빔 안내 시스템(110)에 포함된 각각의 미러 상에 순차적인 패턴으로 레이저 빔을 투사시키기 위한 다수의 위치를 통해 동적으로 이동된다.
본 발명에 따른 빔 안내 시스템(110)의 예시적인 실시예에서, 마이크로 미러의 어레이를 포함하는 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS)은 도 8의 미러를 실행시키도록 사용된다. 마이크로 미러의 어레이를 포함하는 상업적으로 이용 가능한 장치는 텍사스 인스트루먼트(Texas Instruments)로부터 이용 가능하다. 때때로 디지털 마이크로 미러 장치(DMD)로서 지칭되는 이러한 장치는 종래 기술에서 공지되고, 디지털 광 투사(DLP) 이미지 적용에서 널리 사용된다. 이러한 예시적인 실시예에서, 마이크로 미러의 개수는 디스플레이 스크린(115) 상에 표시된 이미지 내에 존재하 는 픽셀의 개수와 대응한다.
마이크로 미러(805)는 디스플레이 스크린(115) 상에 위치된 픽셀 상으로 레이저 빔을 지향시키도록 구성된다. 픽셀은 다수의 서브픽셀로 구성되고, 마이크로 미러(805)는 순차 패턴으로 각각의 이러한 다수의 서브픽셀 상으로 레이저 빔을 지향시킨다.
도 9는 단일 고체 레이저(105), 단일 디스플레이 스크린(115) 및 마이크로 미러의 어레이를 갖는 빔 안내 시스템(110)을 통합하는 본 발명에 따른 디스플레이 시스템(900)의 예시적인 실시예를 도시한다. 상기 실시예에서, 각각의 마이크로 미러는 단지 하나의 방식의 서브픽셀 상으로 레이저 빔을 지향시키도록 전념된다. 예컨대, 마이크로 미러(970)는 하나의 적색 서브픽셀(971) 상에 레이저 빔을 지향시키는 반면에, 마이크로 미러(975)는 하나의 녹색 서브픽셀(976) 상에 레이저 빔을 지향시키며, 마이크로 미러(980)는 하나의 청색 서브픽셀(981) 상에 레이저 빔을 지향시킨다. 예시적인 실시예에서, 마이크로 미러의 개수는 디스플레이 스크린(115) 상에 표시된 이미지 내에 존재하는 픽셀의 개수와 대응한다.
본 발명에 따른 다른 실시예에서, 빔 안내 시스템(110)은 액정 공간 변조기의 어레이를 사용하여 실행된다. 다수의 액정 공간 변조기는 단일 일체형 패키지로 수용될 수 있다.
도 10은 단일 고체 레이저(105), 단일 디스플레이 스크린(115) 및, 빔 스프레더(912)와 광학 스위칭 모듈(913) 내에 수용된 다수의 빔 안내 요소를 갖는 빔 안내 시스템(110)을 통합하는 본 발명에 따른 디스플레이 시스템(910)의 예시적인 실시예를 도시한다. 빔 안내 시스템(110)은 상기 도면을 참조하여 기술된 다른 실시예에 기술된 바와 같이 반사 요소의 어레이를 사용하지 않는다. 대신에, 광학 전송 제어 요소의 어레이가 사용된다. 광학 전송 제어 요소의 몇몇의 예시는 광 변조기, 광학 스위치 및 광학 감쇠기이다.
광학 스위칭 모듈(913)은 LCD 모듈이고, 각각의 광학 스위칭 요소는 액정이다. 제 1 스위칭 구성에서, 각각의 액정은 디스플레이 스크린(115) 쪽으로 전달하기 위해 레이저 빔이 고체 레이저(105)에 의해 발생되도록 함으로써, 디스플레이 스크린(115) 상에 광 픽셀을 발생시킨다. 제 2 스위칭 구성에서, 각각의 액정은 고체 레이저(105)에 의해 발생된 레이저 빔을 방해하고 디스플레이 스크린(115) 쪽으로 전달되는 것을 방지함으로써, 디스플레이 스크린(115) 상에 다크 픽셀을 발생시킨다. 디스플레이 스크린(115)은 일반적으로 최대 광학 결합을 용이하게 하기 위해 디스플레이 스크린(115)에 근접하게 위치된다.
상술된 실시예는 단지 개시된 원리의 명료한 이해를 위한 것이다. 다수의 변형 및 수정이 개시로부터 실질적으로 벗어남이 없이 수행될 수 있으며, 당업자에게 명백할 것이다. 모든 이러한 수정 및 변형은 이러한 개시의 범위 내에 포함된다.
본 발명에 따르면, 고체 레이저를 사용하는 디스플레이 시스템에서 약 330nm 내지 약 440nm의 작동 파장 범위를 갖는 고체 레이저에 의해 발생된 레이저 빔에 의해 디스플레이 시스템의 인광체가 여기되고, 여기된 인광체는 약 450nm 내지 650nm 사이의 파장 범위의 광을 발광시킨다.

Claims (17)

  1. 디스플레이 시스템에 있어서,
    제 1 인광체 서브픽셀(subpixel)을 포함하는 디스플레이 스크린과,
    약 330nm 내지 약 440nm의 작동 파장 범위의 제 1 작동 파장의 레이저 빔을 발생시키도록 작동 가능한 제 1 고체 레이저와,
    상기 제 1 고체 레이저로부터의 레이저 빔을 수용하여 상기 제 1 인광체 서브픽셀 상에 상기 레이저 빔을 지향하도록 작동 가능한 제 1 빔 안내 시스템을 포함하며, 상기 제 1 인광체 서브픽셀은 약 450nm 내지 약 650nm의 파장 범위의 제 1 컬러의 광을 발광하도록 여기되는
    디스플레이 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 작동 파장은 약 405nm인
    디스플레이 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 고체 레이저는 (AlxIn1 -x)yGa1 -y를 포함하는 단면 발광(edge emitting) 장치로서, 1 = < x < 0 및 1 = < y < 0인
    디스플레이 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    제 1 컬러는 ⓐ 약 650nm의 파장을 갖는 적색, ⓑ 약 535nm의 파장을 갖는 녹색, 및 ⓒ 약 450nm의 파장을 갖는 청색 중 하나인
    디스플레이 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 디스플레이 스크린은 제 2 인광체 서브픽셀과,
    약 330nm 내지 약 440nm의 작동 파장 범위의 제 2 작동 파장의 레이저 빔을 발생시키도록 작동 가능한 제 2 고체 레이저와,
    상기 제 2 고체 레이저로부터의 레이저 빔을 수용하여 상기 제 2 인광체 서브픽셀 상에 상기 레이저 빔을 지향하도록 작동 가능한 제 2 빔 안내 시스템을 포함하며, 상기 제 2 인광체 서브픽셀은 약 450nm 내지 약 650nm의 상기 파장 범위의 제 2 컬러의 광을 발광하도록 여기되는
    디스플레이 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 작동 파장은 상기 제 2 작동 파장과 동일한
    디스플레이 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 컬러는 상기 제 2 컬러와 동일하고,
    상기 제 1 빔 안내 시스템은 상기 제 2 빔 안내 시스템과 동일한
    디스플레이 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 빔 안내 시스템은 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS)을 포함하는
    디스플레이 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 빔 안내 시스템은 ⓐ 광 반사 요소 및 ⓑ 광학 전송 제어 요소 중 하나를 포함하는
    디스플레이 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    제 1 예시에서 상기 제 1 인광체 서브픽셀 상에 상기 광을 지향시키기 위해 제 1 위치로 광 반사 요소를 설정하고, 제 2 예시에서 상기 제 2 인광체 서브픽셀 상에 상기 광을 지향시키기 위해 제 2 위치로 광 반사 요소를 설정하도록 작동 가능한 제어 시스템을 더 포함하는
    디스플레이 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 또한, 상기 광 반사 요소가 상기 제 1 위치 및 상기 제 2 위치 중 하나의 위치에 있을 때, ⓐ 상기 제 1 고체 레이저를 작동시키는 단계 및 ⓑ 상기 제 1 고체 레이저를 정지시키는 단계 중 하나의 단계로 작동 가능한
    디스플레이 시스템.
  12. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 인광체 서브픽셀은 상기 디스플레이 스크린의 제 1 수평 방향 축 상에 위치되고, 상기 제 2 인광체 서브픽셀은 상기 디스플레이 스크린의 제 2 수평 방향 축 상에 위치되는
    디스플레이 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 수평 방향 축은 상기 제 2 수평 방향 축과 동일한
    디스플레이 시스템.
  14. 디스플레이 시스템에 있어서,
    액정 디스플레이 스크린과,
    인광체 코팅을 포함하는 백라이트(backlight) 패널로서, 상기 백라이트 패널이 상기 액정 디스플레이 스크린에 백라이트 조명을 제공하도록 작동 가능한, 백라이트 패널과,
    약 330nm 내지 약 440nm의 작동 파장 범위의 제 1 작동 파장의 레이저 빔을 발생시키도록 작동 가능한 고체 레이저와,
    상기 고체 레이저로부터의 레이저 빔을 수용하여 상기 백라이트 패널의 인광체 코팅 상에 주사 패턴(scanning pattern)으로 상기 빔을 지향하도록 작동 가능한 빔 안내 시스템을 포함하며, 상기 인광체 코팅은 약 450nm 내지 약 650nm의 파장 범위의 제 1 컬러의 광을 발광하도록 여기되는
    디스플레이 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 주사 패턴은 ⓐ 비월 주사(interlaced scanning) 패턴 및 ⓑ 순차 주사(progressive scan) 패턴 중 하나를 포함하는
    디스플레이 시스템.
  16. 이미지를 표시하는 방법에 있어서,
    제 1 인광체 서브픽셀을 포함하는 디스플레이 스크린을 제공하는 단계와,
    고체 레이저를 제공하는 단계와,
    약 330nm 내지 약 440nm의 작동 파장 범위의 제 1 작동 파장의 레이저 빔을 발생시키도록 상기 고체 레이저를 구성하는 단계와,
    상기 제 1 인광체 서브픽셀 상에 충격을 가하도록 상기 레이저 빔을 지향하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 인광체 서브픽셀은 약 450nm 내지 약 650nm의 파장 범위의 제 1 컬러의 광을 발광하도록 여기되는
    이미지 표시 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 인광체 서브픽셀 상에 충격을 가하도록 상기 레이저 빔을 지향하는 단계는, ⓐ 상기 레이저 빔을 선택적으로 반사시키는 단계 및 ⓑ 상기 레이저 빔의 전송을 선택적으로 제어하는 단계 중 하나의 단계를 포함하는
    이미지 표시 방법.
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