KR20080003988A

KR20080003988A - 스펙클 제거 장치 및 스펙클 제거 장치를 이용한 레이저표시 장치

Info

Publication number: KR20080003988A
Application number: KR1020060062385A
Authority: KR
Inventors: 신성철
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-07-04
Filing date: 2006-07-04
Publication date: 2008-01-09

Abstract

본 발명은 레이저가 광원으로 사용되는 경우 발생되는 간섭 무늬의 일종인 스펙클을 제거하는 장치 및 이를 이용한 레이저 표시 장치에 관한 것으로서, 상기 스펙클 제거 장치는 반사면에 대하여 왕복 각변위 운동을 하거나 상기 반사면에 수직하게 왕복 병진 운동을 수행하는 다수개의 마이크로미러를 구비하여 입사되는 레이저 광의 위상을 무작위적으로 변환함으로써 투사된 영상의 스펙클을 제거시키는 마이크로미러 어레이를 포함한다. 또한, 상기 레이저 표시 장치는 레이저광을 방출하는 광원; 상기 레이저광을 균일하게 처리하는 광처리부; 상기 처리된 광에 의하여 영상을 표시하는 영상표시부; 상기 영상을 확대투사시키는 투사광학부; 및 상기 광의 진행 경로 상에 위치되는 상기 영상 스펙클 제거 장치를 포함한다.

본 발명에 의한 스펙클 제거 장치에 의하면, 종래의 RPP와는 달리 모든 영역에서 무작위성을 가지고 레이저 광의 위상을 변조시킬 수 있으므로 여러 종류의 스펙클을 효율적으로 제거할 수 있고, 레이저 파장의 종류, 스펙클의 종류, 광처리 구조에 따라 차별적으로 사용할 수 있으므로, 생산 공정을 단순화하고 생산 비용을 절감할 수 있으며, 레이저 표시 장치를 다양하게 설계할 수 있는 효과가 있다.

Description

스펙클 제거 장치 및 스펙클 제거 장치를 이용한 레이저 표시 장치{Apparatus for eliminating speckle and apparatus laser display using apparatus for eliminating speckle}

도 1은 일반적인 레이저 광원을 이용한 레이저 표시 장치의 구성 요소를 도시한 도면.

도 2는 종래의 스펙클 제거장치에 사용되는 하다마드 패턴을 예시적으로 도시한 도면.

도 3은 종래의 하다마드 패턴을 이용하여 구성된 랜덤 페이즈 플레이트를 예시적으로 도시한 정면도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스펙클 제거 장치가 이용된 레이저 표시 장치의 구성 요소를 개략적으로 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스펙클 제거 장치에 사용되는 마이크로미러의 일실시예를 도시한 사시도.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스펙클 제거 장치에 구비되는 마이크로미러 어레이의 형태를 예시한 정면도.

도 7는 일반적인 랜덤 페이즈 플레이트에 의하여 광이 처리되는 형태를 모식화한 도면.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스펙클 제거 장치에 의하여 광이 처리되는 형태를 모식화한 도면.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 스펙클 제거 장치의 마이크로미러 어레이를 조정하기 위하여 이용되는 컴퓨터 홀로그램 패턴을 예시한 정면도.

도 10은 본 발명에 의한 스펙클 제거 장치가 이용된 레이저 표시 장치의 제2실시예에 따른 구성 요소를 개략적으로 도시한 도면.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100, 200: 레이터 표시 장치 110, 210: 레이저 광원

120, 220: 광처리부 122, 222: 집속렌즈

124, 224: 색분리부 126, 226: 광합성부

130, 230: 마이크로미러 140, 240: 투사광학부

142, 242: 빔스플리터 144, 244: 투사렌즈

160, 260: 스크린

본 발명은 레이저가 광원으로 사용되는 경우 발생되는 간섭 무늬의 일종인 스펙클을 제거하는 장치 및 스펙클 제거 장치를 이용한 레이저 표시 장치에 관한 것이다.

최근 대화면의 고화질 화상을 구현하는 장치로서, 액정디스플레이(Liquid Crystal Display)와 플라즈마 디스플레이(Plasma Display Panel) 그리고 프로젝터와 같은 투사 표시 장치(Projection Display System) 등이 이용되고 있다. 상기 투사 표시 장치는 작은 화면을 확대 투사하여 대형 화면을 표시하는 시스템으로, 일반적으로 램프(Lamp)를 광원으로 이용하였다.

도 1은 일반적인 레이저 광원을 이용한 레이저 표시 장치의 구성 요소를 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 램프(1)에서 방출된 백색광은 반사경(2)에 의해 반사되고 집속 렌즈(3)에 의해 집속된다. 집속된 광은 각 파장의 광을 통과시키는 필터의 조합으로 구성되며, 빠르게 회전하는 회전 색분리부(4)를 통과한다. 이때, 회전 색분리부(4)에 의해 백색광은 파장 영영에 따라 분리된다. 예를 들어, 적색(Red,R), 녹색(Green,G), 청색광(Blue,B)을 통과시키는 필터가 조합되어 상기 회전 색분리부(4)를 구성하는 경우, 백색광은 시간에 따라 순차적으로 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 광으로 분리되어 진행하게 된다.

상기 회전 색분리부(4)를 통과하면서 순차적으로 분리된 광은 광 경로부(5)로 입사된다. 이때, 상기 광 경로부(5)는 분리된 광을 혼합하여, 영상표시부(6)로 입사되는 광의 분포를 균일하게 한다. 그리고 상기 입사된 광에 의해 영상표시부는 영상을 구성하고, 구성된 영상은 투사광학계(7)에 의해 확대 투사되어 스크린(미도시)에 결상된다.

그러나 광원(1)으로 이용되는 램프는 수명이 짧고 열 발생이 많은 문제점이 있었다. 또한, 다른 광원과 비교할 때 구현되는 영상의 선명도가 낮으므로 최근에 는 레이저와 같은 새로운 광원이 사용되고 있다.

레이저 광(Laser beam)의 경우 직진성이 우수하여 반사와 굴절에 의한 경로 예측이 용이하므로 대형화면을 위한 투사표시장치 등에 있어서 영상의 색을 재현하는 범위가 넓고, 선명한 화상을 얻을 수 있는 장점이 있다. 특히, 레이저 광은 백색 광온도를 가지므로 대형 스크린에 투영되는 이미지의 색이 자연색에 가깝게 표현되고 픽셀화되지 않은 고해상도의 이미지를 구현할 수 있는 장점이 있다.

그러나 레이저 광원을 이용하는 경우에도 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 레이저 광은 시간적, 공간적으로 같은 위상(phase)을 유지하는 성질이 있어서 간섭성(coherence) 현상을 일으킨다. 그러므로 레이저를 이용한 표시장치에서는 스크린 상에 간섭 무늬의 일종으로서 얼룩무늬 스펙클(Speckle) 또는 핫 스팟(Hot spot; 화면상에서 작은 알갱이들이 반짝거리는 듯한 현상) 스펙클이 발생하게 된다.

둘째, 이러한 성질을 가지는 레이저 광은 투사되는 영상의 크기가 커질수록 화질이 저하되며, 콘트라스트와 해상도 역시 저하되는 문제점이 있다.

이와 같은 레이저 광의 문제점을 해결하기 위하여, 가령 미국 특허출원 일련 No. 6,747,781에 개시된 "레이저 스펙클의 감소를 위한 분산격자, 이를 이용한 장치와 방법(Method, Apparatus, and Diffuser for reducing Laser Speckle)"은 RPP(Random Phase Plate)를 이용하여 스펙클을 감소시키는 기술을 설명하고 있다.

도 2는 종래의 스펙클 제거장치에 사용되는 하다마드 패턴을 예시적으로 도시한 도면이고, 도 3은 종래의 하다마드 패턴을 이용하여 구성된 랜덤 페이즈 플레 이트(RPP; Random Phase Plate)를 예시적으로 도시한 정면도이다.

상기 RPP는 도 2에 도시된 것과 같은 16×16 픽셀 형태의 하다마드 매트릭스 패턴(Hadamard Matrix Pattern)을 기본으로 하는데, 이는 도 3에 도시된 것처럼 RPP의 전면을 이루는 단위 요소(A)로는 너무 크기가 작으므로, 결국 전체적으로 주기적인 패턴을 이루게 되고 이는 완전한 무작위성을 갖춘 RPP를 설계하는데 한계를 가진다. 따라서, 종래의 RPP가 제거하지 못하는 스펙클 성분이 잔존하게 된다.

또한, 레이저 응집력에 의한 스펙클 성분은, 투사표시장치 내부에 회전 분산격자(Rotating Diffuser)가 설치되어 어느 정도 제거된다고 하여도, 높은 밝기(High Brightness)을 가진 대형 스크린 상의 이미지에는 여전히 핫 스팟 스펙클이 존재한다.

특히, RPP는 레이저의 파장 길이(Wavelength)에 의존하여 격자 깊이(요철간의 거리; Depth)가 변하므로 다양한 레이저 파장의 응답 특성에 따라 RPP의 식각 깊이가 차별적으로 변화되어야 하며 이는 제조 공정을 매우 까다롭게 한다.

한편, 이러한 이유로 스펙클이 충분히 제거되지 못함에 따라 스크린 자체를 흔듦으로써 핫 스팟 스펙클을 제거하는 방식이 고안되었으나, 정교한 디스플레이 제품에 이용하기에는 제품의 내구성에 많은 영향을 주게되는 문제점이 있다.

본 발명은 종래의 RPP가 반복적으로 사용됨에 따라 완전한 무작위성 격자 구조를 형성하지 못하는 것과는 달리, 모든 영역에서 레이저의 위상을 각각 다르게 변조시킬 수 있도록 미세한 격자 영역의 조정이 가능한 스펙클 제거 장치를 제공하 는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 다양한 레이저 파장의 응답 특성에 따라 차별적으로 파장을 변조시킬 수 있도록 미세한 격자 영역의 조정이 가능한 스펙클 제거 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 제품화되는 경우 다양한 구조의 설계가 가능하도록 스펙클 제거 장치를 이용한 레이저 표시 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 미세한 격자 영역의 조정이 가능한 스펙클 제거 장치를 이용함으로써 고화질 대형 화면의 스크린 디스플레이가 가능한 레이저 표시 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 스펙클 제거 장치는 반사면에 대하여 왕복 각변위 운동을 하거나 상기 반사면에 수직하게 왕복 병진 운동을 수행하는 다수개의 마이크로미러를 구비하여 입사되는 레이저 광의 위상을 무작위적으로 변환함으로써 투사된 영상의 스펙클을 제거시키는 마이크로미러 어레이를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 스펙클 제거 장치의 상기 마이크로미러는 원형 및 다각형 중 하나 이상의 형태를 이루는 반사면을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 스펙클 제거 장치에 구비되는 상기 마이크로미러 어레이는 컴퓨터 홀로그램 기법으로 제작된 위상 변환 패턴을 반영하여 상기 각각의 마이크로미러의 동작 패턴을 조정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 스펙클 제거 장치에 구비되는 상기 마이크로미러 어레이는 상기 각변위 운동의 각도, 상기 병진 운동의 이동거리, 상기 왕복 운동의 왕복 속도 중 하나 이상의 변수를 이용하여 상기 각각의 마이크로미러의 동작패턴을 조정하는 것을 특징으로 한다.

상기의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 레이저 표시 장치는 레이저광을 방출하는 광원; 상기 레이저광을 균일하게 처리하는 광처리부; 상기 처리된 광에 의하여 영상을 표시하는 영상표시부; 상기 영상을 확대투사시키는 투사광학부; 및 상기 광의 진행 경로 상에 위치되고, 제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나의 항에 의한 영상 스펙클 제거 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 레이저 표시 장치에 구비되는 상기 스펙클 제거 장치는 상기 광처리부 또는 투사광학부 영역에 위치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 레이저 표시 장치의 상기 영상표시부는 상기 스펙클 제거 장치의 반사면 측에 위치되고, 상기 영상을 상기 투사광학부로 전달하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 레이저 표시 장치에 구비되는 상기 영상표시부는 상기 광처리부로부터 입사되는 광을 투과시키고, 상기 스펙클 제거 장치로부터 입사되는 광은 반사시키는 광분할기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 스펙클 제거 장치 및 스펙클 제거 장치를 이용한 레이저 표시 장치에 대하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 의한 스펙클 제거 장치가 이용된 레이저 표시 장치(이하에 서, "본 발명에 의한 레이저 표시 장치"라 한다)(100)의 제1실시예에 따른 구성 요소를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 4에 의하면, 본 발명의 제1실시예에 의한 레이저 표시 장치(100)는 광원(110), 광처리부(120), 빔스플리터(Beam Spliter)(142), 스펙클 제거 장치(130), 영상표시부(150), 투사광학부(144) 및 스크린(160)을 포함하여 구성되는데, 상기 광처리부(120)는 집광렌즈(122), 색분리부(124) 및 광경로부(126)를 포함하여 이루어지고, 투사광학부(144)는 투사렌즈를 비롯하여 여러 개의 광학 렌즈가 조합되어 이루어진다(도 4에는 하나의 렌즈로 도시됨). 가령, 투사광학부(144)는 오목하거나 볼록한 형상의 컬리메이터형 렌즈들이 조합되어 구성될 수 있다.

상기 광원(110)은 파장 영역이 좁은 레이저광을 합성하여 방출하는데, 예를 들면 적색(R; Red), 녹색(G; Green), 청색(B; Blue)의 레이저광을 합성하여 백색광을 만들 수 있다.

또한, 상기 광원(110)은 전자와 정공의 결합력이 강화된 다층 구조의 반도체 발광 소자로 제작될 수 있으며, 전술한 대로 적색, 녹색, 청색의 발광 소자가 하나의 패키지를 이루거나 청색 발광소자와 형광체가 결합되어 백색광을 구현할 수도 있는데, 이외에도 사용 환경에 따라 다양한 레이저 광원이 사용될 수 있음은 물론이다.

상기 광원(110)으로부터 방출된 레이저광은 집속렌즈(122)에 의하여 집속되고, 집속된 레이저광은 색분리부(124)를 거치며 파장 영역에 따라 여러 개의 광성분으로 분리된다.

상기 색분리부(124)는 파장 대역에 따라 차별적으로 광성분을 통과시키는 다수개의 필터 조합으로 구성되며, 각 필터는 레이저광의 진행 경로 상에서 고속으로 회전된다.

예를 들어, 상기 색분리부(124)는 고속으로 회전되며 백색광을 순차적으로 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 광으로 분리시키고, 분리된 광은 각각 진행된다.

상기 분리된 광은 광경로부(126)로 입사되고 광경로부(126) 내부에서 불규칙하게 전반사되어 균일하게 혼합된다.

상기 광경로부(126)는 유리(Bulky Glass) 재질의 로드 렌즈(Rod lens)로 구성될 수 있으며, 로드 렌즈는 공기보다 굴절률이 높은 고굴절률의 특성을 가지므로 그 내부에서 전반사가 이루어진다.

또는, 상기 광경로부(126)는 미러(Mirror)로 둘러싸여 입출사구가 개방된 형태의 라이트 터널(Tunnel)로 이루어질 수 있으며, 가령 네 개의 미러면으로 둘러싸여 터널의 형태를 이루도록 구성된다. 이러한 구조 상에서 개구된 터널의 내부를 진행하는 분리 광들은 미러에 의하여 불규칙하게 전반사되며 균일하게 혼합된다.

이렇게 집광렌즈(122), 색분리부(124)와 광경로부(126)를 거치면서 광원(110)으로부터 방출된 백색광을 분리시켰다가 다시 합성하는 이유는, 백색광을 이루는 빛성분들은 파장에 따라 진행속도가 틀리기 때문에 안정적인 백색광을 유지하지 못하기 때문이다.

합성된 백색광은 빔스플리터(142)로 입사된 후 그대로 투과되어 스펙클 제거 장치(130)에 도달하고, 스펙클 제거 장치(130)에서 스펙클이 제거된 후 반사되어 다시 빔스플리터(142)로 최초 입사방향과 역방향으로 입사된다. 상기 빔스플리터(142)는 역방향으로 입사된 광을 수직으로 반사시켜 진행경로를 바꾸고, 수직으로 반사된 광은 영상표시부(150)로 전달된다.

상기 빔스플리터(142)는 광경로부(126)로부터 스펙클 제거 장치(130)로 향하는 빛은 통과시키고, 스펙클 제거 장치(130)로부터 영상표시부(150)로 향하는 빛은 편광축이 90도 벗어남으로써 직각으로 반사시키는데, 2개의 프리즘을 합쳐놓은 하프 프리즘의 형태를 그 예로 들 수 있다.

상기 스펙클 제거 장치(130)는 마이크로미러 어레이로 구현되는데, 빔스플리터(142)를 통과하여 상기 스펙클 제거 장치(130)에 도달한 레이저광은 마이크로미러에 의하여 반사되며 위상차가 발생되고, 간섭현상이 억제되어 스펙클이 제거된다.

상기 스펙클 제거 장치(130)의 위치는 변경될 수 있다. 즉, 스펙클 제거 장치(130)는 광원(110)으로부터 광처리부(120), 영상표시부(150) 및 투사광학부(144)에 이르까지의 광경로 상에서 어느 부분에도 위치 가능한데, 본 발명을 설명함에 있어서, 제1실시예는 스펙클 제거 장치(130)가 광경로부(126)와 영상표시부(150) 사이에 위치되는(광이 전달되는 순서에 따라) 경우이고, 제2실시예는 스펙클 제거 장치(230)가 영상표시부(250)와 투사광학부(244) 사이에 위치되는 경우이다(제2실시예는 도 10 참조).

상기 스펙클 제거 장치(130)에 대해서는 도 5 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

상기 영상표시부(150)에서 영상으로 구성된 레이저광은 투사광학부(144)를 거치면서 확대투사되어 스크린(160)에 결상되고, 사용자는 스크린(160)의 앞쪽에서 결상된 영상을 감상하게 된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스펙클 제거 장치(130)에 사용되는 마이크로미러의 일실시예를 도시한 사시도이다.

상기 스펙클 제거 장치(130)는 마이크로미러 어레이 형태로 구현되며, 어레이를 구성하는 단위 마이크로미러의 일실시예가 도 5에 도시되어 있다.

상기 마이크로미러는 반사판(132), 제1토션(Torsion)바(135), 김블(Gimbal)(133), 제2토션바(134), 코일(131), 자석(도시되지 않았으나, 반사판(132), 김블(133) 등의 저측에 구동 공간을 두고 결합됨) 등으로 구비된다.

상기 반사판(132)은 상호대향하는 양단이 2개의 제1토션바(135)를 통하여 김블(133)과 연결되고, 링형태의 김블(133)은 양단이 2개의 제2토션바(134)를 통하여 기판(도시되지 않음)과 연결된다.

상기 반사판(132)은 제1토션바(135)를 회전축으로 하여 소정의 각도로 왕복 회전 운동(왕복 각변위 운동)을 하고, 상기 김블(133)은 제2토션바(134)를 회전축으로 하여 소정의 각도로 왕복 회전 운동을 한다.

이때, 도 5에 도시된 것처럼, 제1토션바(135)와 제2토션바(134)는 수직하게 축을 이루므로 상기 반사판(132)은 x축을 기준으로 회전되고, 김블(133)은 y축을 기준으로 회전되어 2축 구동을 이룸으로써 레이저광을 2차원 영역 상에서 자유자재로 반사시킬 수 있게 된다.

이렇게 반사판(132)과 김블(133)의 왕복 운동이 가능한 것은, 반사판(132), 제1토션바(135), 김블(133), 제2토션바(134) 상에 코일(131)이 결합되고, 코일(131)에 전류가 흐르면 전계가 형성되어 저측의 자석이 형성한 자계와 상호 작용(로렌츠의 힘이 발생됨)을 일으키기 때문이다.

이렇게 왕복 각변위 운동을 하는 마이크로미러 외에도 다양한 형태로 구동되는 마이크로미러가 구비될 수 있는데, 가령 반사판이 전체 반사면에 수직하게 왕복 병진 운동을 수행하도록 설계된 마이크로미러가 구비될 수도 있다.

마이크로미러 어레이는 한종류의 마이크로미러 또는 다양한 종류의 마이크로미러가 조합되어 구현될 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스펙클 제거 장치에 구비되는 마이크로미러 어레이(130)의 형태를 예시한 정면도인데, 마이크로미러의 반사판은 원형, 삼각형, 사각형, 타원형 등 다양한 형태를 가질 수 있으며, 도 6의 (a)도면은 반사판이 6각형을 이루는 경우이고, (b)도면은 반사판이 삼각형을 이루는 경우이다.

본 발명에 의한 스펙클 제거 장치(100)의 구동을 설명하기 위하여 우선 일반적인 랜덤 페이즈 플레이트에 대하여 간단히 살펴본다.

도 7은 일반적인 랜덤 페이즈 플레이트에 의하여 광이 처리되는 형태를 모식화한 도면이다.

도 7에 의하면, 랜덤 페이즈 플레이트는 불규칙적으로 이원화된 패턴(도 2 참조)에 상응하여 식각(Etching) 또는 몰딩(Molding) 등의 공정을 통하여 두 개의 층으로 이루어진 단면 구조를 가진다.

즉, 상기 랜덤 페이즈 플레이트는 불규칙한 요철 구조를 통하여 도 2의 블랙/화이트 영역을 형성하며, 레이저광이 상기 요철 구조를 투과하면서 위상 차이가 생긴다. 다시 언급하면, 요부와 철부를 통과한 레이저광은 경로차에 의하여 위상 차이를 가지게 되고 위상 차이에 의하여 간섭 현상이 배제된다. 따라서, 영상에 스펙클 성분이 발생되지 않는다.

이때, 레이저광의 파장 변화에 따라 패턴의 식각 깊이(d)가 달라지는데, "d = λ/2(n-1)(단, "d"는 "식각 깊이"를, "λ"는 "레이저광의 파장"을, "n"은 "투과지수(index of glass)"를 의미함)"의 식에 의하여 식각 깊이가 계산된다.

도 7에서, 레이저광 사이의 간격이 "D"이고, RPP와 스크린 사이의 간격이 "L"일때, 레이저광에 위상차가 생겨 영역 "σx" 상에서 발생되는 양단의 간섭이 억제될 수 있음을 볼 수 있다.

이와 같은 랜덤 페이즈 플레이트의 요철 구조는 본 발명에 의한 스펙클 제거 장치(130)의 마이크로미러 어레이로 구현되며, 레이저광의 위상차를 발생시킨다는 원리는 동일하다.

그러나, 랜덤 페이스 플레이트가 단순한 요철 구조에 의존하여 레이저광을 처리하는 반면, 본 발명에 의한 스펙클 제거 장치(130)는 어레이를 이루는 각각의 마이크로미러를 왕복 각변위(Rotating) 운동 또는 왕복 병진(Translation) 운동시킴으로써 (R, G, B)레이저광의 위상을 천이시킨다.

기존의 랜덤 페이즈 플레이트는 하나의 패턴에 대응되어 제작되어야 하므로 사용환경에 따라 여러 종류의 패턴이 필요하다면, 각각의 패턴에 대응되는 다수개 의 랜덤 페이스 플레이트가 개별적으로 제작되어야 한다. 이는 각각의 패턴을 구현하기 위하여 공정과 설비가 변경되어야 함을 의미한다.

반면, 본 발명에 의한 스펙클 제거 장치(130)는 마이크로미러 어레이의 다양한 구동패턴에 의하여, 파장 변화에 따라 달라지는 랜덤 페이스 플레이트의 다양한 식각 영역(D), 식각 깊이(d)에 해당하는 효과를 구현할 수 있으므로 본 발명에 의한 스펙클 제거 장치를 이용하면 다시 제작될 필요없이 어떠한 패턴이라도 구성할 수 있다.

상기 마이크로미러 어레이의 구동패턴을 사용환경에 따라 실시간으로 제어되며, 이는 각 마이크로미러의 코일로 인가되는 전류의 (공진)주파수 대역이 조정됨으로써 가능하다.

또한, 상기 랜덤 페이즈 플레이트는 불규칙한 형상의 패턴을 이용하여 입사하는 광의 위상 차이를 형성하므로, 하나의 픽셀 내에 다수개의 광다발이 입사되는 경우 스펙클 제거 효과가 저하된다. 이에, 랜덤 페이즈 플레이트가 모터에 의하여 직선형 또는 회전형으로 구동되며 하나의 픽셀로 입사되는 다수개의 광다발이 분리되도록 하는 방식이 사용된다.

그러나, 본 발명에 의한 스펙클 제거 장치(130)에 의하면, 반도체 공정을 통하여 구현된 미세한 마이크로미러가 전자계 현상에 의하여 구동될 뿐 모터와 같은 기계적 구동력에 의존할 필요가 없으므로 레이저 표시 장치의 내구성이 향상될 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 스펙클 제거 장치(130)에 의하여 광이 처리 되는 형태를 모식화한 도면이다.

도 8을 참조하면, 어레이를 구성하는 각 마이크로미러가 각각 회전각을 달리하여, 서로 다른 파장을 가지는 레이저광을 반사시키고, 광경로를 변위시켜(파장을 천이시켜) 하나의 결상면에 초점을 이루도록 하는 형태가 모식화되어 있는데, 이처럼 레이저광의 파장에 따라 신속하고 정교하게 구동됨으로써 전술한 바와 같이 종래 RPP의 식각 깊이를 달리하고, 패턴 형상을 달리하는 효과를 이룰 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 스펙클 제거 장치의 마이크로미러 어레이를 조정하기 위하여 이용되는 컴퓨터 홀로그램 패턴을 예시한 정면도이다.

도 9는 마이크로미러 어레이의 구동 패턴을 제어하기 위한 기준 패턴으로서 제작된 CGH(Computer Generated Hologram) 패턴이다.

이처럼, 컴퓨터 홀로그램 방식으로 기준 패턴을 제작하면, 전체 영역에 대하여 무작위적(Random)인 페이즈 플레이트 패턴을 디자인할 수 있으며, 이렇게 복잡한 패턴이라도 본 발명에 의한 스펙클 제거 장치(130)를 이용하면 손쉽게 구현할 수 있다.

반면, 종래의 식각 방식에 의한 RPP는 정교성에 한계가 있어 하다마드 패턴을 반복적으로 배열하는 정도의 수준이었다.

또한, 상기 마이크로미러 어레이를 구성하는 각 마이크로미러는 각변위 운동의 각도, 상기 병진 운동의 이동거리, 상기 왕복 운동의 왕복 속도 중 하나 이상의 변수를 이용하여 그 동작패턴이 제어될 수 있다.

도 10은 본 발명에 의한 스펙클 제거 장치가 이용된 레이저 표시 장치(200) 의 제2실시예에 따른 구성 요소를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 10에 도시된 본 발명의 제2실시예에 의한 레이저 표시 장치(200)는 광원(210), 광처리부(220), 영상표시부(250), 빔스플리터(242), 투사광학부(244), 스펙클 제거 장치(230) 및 스크린(260)을 포함하여 이루어지며, 상기 광처리부(220)는 집속렌즈(222), 색분리부(224), 광경로부(226)를 포함하여 구성된다.

상기 각 구성부는 전술한 본 발명의 제1실시예에서 언급된 구성부들과 그 기능이 거의 동일하나, 영상표시부(250), 빔스플리터(242), 투사광학부(244) 및 스펙클 제거 장치(230)의 위치가 다른 점이 상이하다.

본 발명의 제2실시예를 설명함에 있어서, 반복되는 설명은 생략하고 위치 변동에 따라 달리 동작되는 부분과 효과에 대하여 설명하기로 한다.

제1실시예와 달리, 제2실시예에서는, 상기 빔스플리터(242)와 투사광학부(244)가 영상표시부(250) 및 스펙클 제거 장치(230) 사이에 위치되며 광경로부(226)로부터 입사된 레이저광은 영상표시부(250)를 거치면서 영상을 구성하고 빔스플리터(242)로 진행된다.

상기 빔스플리터(242)는, 영상표시부(250)로부터 입사된 광은 스펙클 제거 장치(230)로 전달하고, 스펙클 제거 장치(230)로부터 위상천이되어 반사된 광은 편광 현상에 의하여 수직하게 투사광학부(244) 측으로 반사시킨다.

상기 반사된 광은 투사광학부(244)를 거쳐 스크린(260) 상에 확대 투사된다.

본 발명의 제2실시예에서 언급된 스펙클 제거 장치(230)의 위치는 투사광학부(244)의 영상이 구현되는 면(FT; Fourier Transform position)으로서, FT면에 위 치된 스펙클 제거 장치(230)는 영상표시부(250)로부터 구성된 영상(이미지)과 스크린에 결상되는 영상 사이의 차이를 최소화할 수 있으며 이미지를 거의 보전하면서 스펙클 성분을 제거할 수 있다.

이처럼, 유효 결상면 범위 안에 스펙클 제거 장치(230)가 위치되면 보통의 RPP 또는 분산격자(Diffuser)와는 다르게 발산각이 작고 반사율이 높아지므로 이미지 보전율이 향상되고 레이저 표시 장치의 내부 설계에도 유리한 점이 있다.

이상에서 본 발명에 대하여 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명에 의한 스펙클 제거 장치는, 종래의 RPP와는 달리 모든 영역에서 무작위성을 가지고 레이저 광의 위상을 변조시킬 수 있으므로 여러 종류의 스펙클을 효율적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 본 발명에 의한 스펙클 제거 장치는, 실시간으로 마이크로미러의 반사각, 반사 깊이를 조정할 수 있으므로 하나의 제품으로도 여러 종류의 투사 표시 장 치에 이용할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 본 발명에 의한 스펙클 제거 장치는 레이저 파장의 종류, 스펙클의 종류, 광처리 구조에 따라 차별적으로 사용할 수 있으므로, 생산 공정을 단순화하고 생산 비용을 절감할 수 있으며, 레이저 표시 장치를 다양하게 설계할 수 있는 장점이 있다.

넷째, 본 발명에 의하면, 종래 기술로 구현이 불가능하였던 고화질, 대형의 스크린 디스플레이 또는 고화질 최소형의 디스플레이를 구비한 레이저 표시 장치를 제공할 수 있으며, 종래의 기계적 구동이 필요없으므로 내구성이 뛰어나고 수명이 긴 레이저 표시 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims

반사면에 대하여 왕복 각변위 운동을 하거나 상기 반사면에 수직하게 왕복 병진 운동을 수행하는 다수개의 마이크로미러를 구비하여 입사되는 레이저 광의 위상을 무작위적으로 변환함으로써 투사된 영상의 스펙클을 제거시키는 마이크로미러 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙클 제거 장치.
제 1항에 있어서, 상기 마이크로미러는

원형 및 다각형 중 하나 이상의 형태를 이루는 반사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙클 제거 장치.
제 1항에 있어서, 상기 마이크로미러 어레이는

컴퓨터 홀로그램 기법으로 제작된 위상 변환 패턴을 반영하여 상기 각각의 마이크로미러의 동작 패턴을 조정하는 것을 특징으로 하는 스펙클 제거 장치.
제 1항에 있어서, 상기 마이크로미러 어레이는

상기 각변위 운동의 각도, 상기 병진 운동의 이동거리, 상기 왕복 운동의 왕복 속도 중 하나 이상의 변수를 이용하여 상기 각각의 마이크로미러의 동작패턴을 조정하는 것을 특징으로 하는 스펙클 제거 장치.
레이저광을 방출하는 광원;

상기 레이저광을 균일하게 처리하는 광처리부;

상기 처리된 광에 의하여 영상을 표시하는 영상표시부;

상기 영상을 확대투사시키는 투사광학부; 및

상기 광의 진행 경로 상에 위치되고, 제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나의 항에 의한 영상 스펙클 제거 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 표시 장치.
제5항에 있어서, 상기 스펙클 제거 장치는

상기 광처리부 또는 투사광학부 영역에 위치되는 것을 특징으로 하는 레이저 표시 장치.
제5항에 있어서, 상기 영상표시부는

상기 스펙클 제거 장치의 반사면 측에 위치되고, 상기 영상을 상기 투사광학부로 전달하는 것을 특징으로 하는 레이저 표시 장치.
제7항에 있어서, 상기 영상표시부는

상기 광처리부로부터 입사되는 광을 투과시키고, 상기 스펙클 제거 장치로부터 입사되는 광은 반사시키는 광분할기를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 표시 장치.