KR20080093811A - 컬러 디스플레이 시스템 - Google Patents

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KR20080093811A
KR20080093811A KR1020070038035A KR20070038035A KR20080093811A KR 20080093811 A KR20080093811 A KR 20080093811A KR 1020070038035 A KR1020070038035 A KR 1020070038035A KR 20070038035 A KR20070038035 A KR 20070038035A KR 20080093811 A KR20080093811 A KR 20080093811A
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light beam
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red
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KR1020070038035A
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박상영
최창희
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일진디스플레이(주)
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Abstract

본 발명은 컬러 영상을 구현하는 컬러 디스플레이 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 한 실시예에 따른 컬러 디스플레이 시스템은 광원 유닛, 색 합성 유닛, 광 모듈레이터, 그리고 광 확산자를 포함한다. 광원 유닛은 복수의 광 경로를 따라 복수의 기본 컬러 광 빔을 각각 발산한다. 색 합성 유닛은 상기 복수의 기본 컬러 광 빔을 단일의 합성 광 빔으로 합성하도록 상기 복수의 광 경로에 배치된다. 광 모듈레이터는 상기 합성 광 빔의 광 경로 상에 배치되며 입사된 합성 광 빔을 선택적으로 전송한다. 광 확산자는 상기 광 모듈레이터의 전단에 배치되어 입사된 광 빔의 코히어런스를 감소시킨다. 상기 광 확산자는 전압 인가에 대응하여 진동하는 보이스 코일 유닛에 부착되어 진동하도록 형성된다. 본 발명에 의하면 크기가 작고 에너지 효율이 좋은 컬러 디스플레이 시스템을 구현할 수 있다.
컬러 디스플레이, 레이저 다이오드, 다이크로익 미러, 광 확산자, 보이스 코일, 광 모듈레이터, 빔 쉐이퍼

Description

컬러 디스플레이 시스템{COLOR DISPLAY SYSTEM}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 컬러 디스플레이 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 컬러 디스플레이 시스템의 보이스 코일 유닛과 광 확산자의 연결 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 컬러 디스플레이 시스템의 보이스 코일 유닛의 진동판을 보여주는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101: 광원 유닛 115: 색 합성 유닛
123: 광 확산자 125: 광 모듈레이터
127: 보이스 코일 유닛 129: 보이스 코일
131: 자석 133: 진동판
135: 투사 렌즈 139: 빔 쉐이퍼
본 발명은 컬러 영상을 구현하는 컬러 디스플레이 시스템에 관한 것이다.
컬러 영상을 구현하는 컬러 디스플레이 시스템은 다양한 방식으로 응용되고 있다. 예를 들어, 컬러 디스플레이 시스템은 마이크로 프로젝터(micro projector)에 사용될 수 있다.
마이크로 프로젝터를 구현하기 위해서는 크기가 작으면서도 휘도가 높은 광을 발광하는 광원이 필요하다. 이러한 광원으로는 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)와 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)가 있다. 레이저 다이오드나 발광 다이오드를 광원으로 사용하는 컬러 디스플레이 시스템이 마이크로 프로젝터에 사용될 수 있다.
그러나 발광 다이오드는 발광량은 많지만 집광 효율이 좋지 않기 때문에 프로젝터에 사용되기 위해서는 많은 전력 소모가 있어야 필요한 밝기의 투사광을 얻을 수 있다는 단점이 있다. 한편, 레이저 다이오드는 집광 효율이 좋기 때문에 마이크로 프로젝터에 채용될 수 있는 컬러 디스플레이 시스템의 광원으로 보다 적합하다.
그러나 레이저 다이오드에서 발산되는 레이저 광은 코히어런스(coherence)에 관한 단점이 존재한다.
레이저 광의 코히어런스 현상을 줄이기 위해서 확산자를 광 경로에 수직하게 배치하고 모터를 이용하여 확산자를 회전시키거나 진동시키는 방안이 종래에 소개된 바 있다.
그러나 모터의 크기의 소형화에는 한계가 있어 마이크로 프로젝터의 소형화에도 한계가 있었다. 또한 모터의 전력 소모가 커서 마이크로 프로젝터의 소형화 및 효율 증대가 어려운 문제가 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전력 소모가 작고 크기가 작은 컬러 디스플레이 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 컬러 디스플레이 시스템은 광원 유닛, 색 합성 유닛, 광 모듈레이터, 그리고 광 확산자를 포함한다. 광원 유닛은 복수의 광 경로를 따라 복수의 기본 컬러 광 빔을 각각 발산한다. 색 합성 유닛은 상기 복수의 기본 컬러 광 빔을 단일의 합성 광 빔으로 합성하도록 상기 복수의 광 경로에 배치된다. 광 모듈레이터는 상기 합성 광 빔의 광 경로 상에 배치되며 입사된 합성 광 빔을 선택적으로 전송한다. 광 확산자는 상기 광 모듈레이터의 전단에 배치되어 입사된 광 빔의 코히어런스를 감소시킨다. 상기 광 확산자는 전압 인가에 대응하여 진동하는 보이스 코일 유닛에 부착되어 진동하도록 형성된다.
상기 보이스 코일 유닛은, 내부에 중공부가 형성되도록 원통형으로 말려 있는 보이스 코일, 상기 중공부에 배치되는 자석, 그리고 상기 보이스 코일의 일단에 부착되는 진동판을 포함할 수 있고, 상기 광 확산자는 상기 진동판의 움직임에 의해 진동하도록 상기 진동판에 부착될 수 있다.
상기 진동판에는 적어도 하나의 구멍이 형성될 수 있다.
상기 광 확산자는 30㎐ 이상의 주파수로 진동할 수 있다.
상기 광원 유닛은 레이저 광을 발산하는 레이저 광원을 포함할 수 있다.
상기 광원 유닛에 의해 발산되는 상기 기본 컬러 광 빔은 적색 광 빔, 녹색 광 빔, 및 청색 광 빔을 포함할 수 있고, 상기 광원 유닛은 상기 적색 광 빔, 상기 녹색 광 빔, 및 상기 청색 광 빔을 각각 발산하는 적색 레이저 광원, 녹색 레이저 광원, 및 청색 레이저 광원을 포함할 수 있다.
상기 녹색 레이저 광원은 IR 레이저 광원을 포함할 수 있다.
상기 색 합성 유닛과 상기 광 모듈레이터 사이에서 상기 색 합성 유닛에 의해 생성된 합성 광 빔의 광 경로에 배치될 수 있으며, 상기 합성 광 빔을 균일화시키는 빔 쉐이퍼를 더 포함할 수 있다.
상기 빔 쉐이퍼는 적어도 하나의 플라이 아이 렌즈(fly's eye lens)일 수 있다.
상기 광원 유닛은 LED 광원을 더 포함할 수 있고, 상기 복수의 기본 컬러 광 빔 중 일부는 상기 레이저 광원에 의해 발산되고 상기 복수의 기본 컬러 광 빔 중 나머지는 상기 LED 광원에 의해 발산될 수 있다.
상기 광원 유닛은 녹색 광 빔을 발산하는 녹색 레이저 광원, 적색 광 빔을 발산하는 적색 레이저 광원, 및 청색 광 빔을 발산하는 청색 LED를 포함할 수 있다. 그리고 상기 색 합성 유닛은 상기 광 확산자의 전단에서 상기 녹색 광 빔 및 상기 적색 광 빔의 광 경로 상에 배치되어 상기 녹색 광 빔과 상기 적색 광 빔을 합성하는 녹색 다이크로익 미러와 적색 다이크로익 미러, 그리고 상기 광 확산자와 상기 광 모듈레이터 사이에서 상기 청색 광 빔의 광 경로 상에 배치되어 상기 녹색 광 빔 및 상기 적색 광 빔의 합성 광 빔과 상기 청색 광 빔을 합성하는 청색 다이크로익 미러를 포함할 수 있다.
상기 녹색 레이저 광원은 IR 레이저 광원을 포함할 수 있고, 상기 적색 레이저 광원은 적색 레이저 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 광 모듈레이터는 필드 시퀀셜 액정표시장치로 구현될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 컬러 디스플레이 시스템(color display system)을 개략적으로 보여주는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 컬러 디스플레이 시스템은 프로젝터(projector), 마이크로 프로젝터(micro projector) 등 컬러 영상을 구현하는 임의의 디스플레이 장치에 채택될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 컬러 디스플레이 시스템(color display system)은 복수의 기본 컬러 광 빔(primary color light beam)을 복수의 광 경로를 따라 각각 발산하는 광원 유닛(light source unit)(101)을 포함한다.
광원 유닛(101)은 레이저 광을 발산하는 레이저 광원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 광원 유닛(101)은 녹색 레이저 광원(103), 적색 레이저 광원(105), 및 청색 레이저 광원(107)을 포함하고, 이들이 각각 녹색 광 빔(G), 적색 광 빔(R), 및 청색 광 빔(B)을 기본 컬러 광 빔으로 발산한다. 레이저 광원(103, 105, 107)은 레이저 다이오드(laser diode) 또는 IR 레이저 광원을 포함하는 레이저 광원 등 레이저 광을 발산하는 임의의 광원일 수 있다. 본 발명의 기본 개념을 벗어나지 않으면서 레이저 광원의 개수 및 각 레이저 광원에서 발생하는 광 빔의 색깔은 다양하게 변경될 수 있으며, 또한 세 개의 레이저 광원(103, 105, 107)의 순서는 도 1에 도시된 순서에 한정되지 않으며 다양하게 변경될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 녹색 레이저 광원(103)은 IR 레이저 광원을 포함하는 레이저 광원으로 구현될 수 있고, 적색 레이저 광원(105)은 적색 레이저 다이오드일 수 있으며, 청색 레이저 광원(107)은 청색 레이저 다이오드일 수 있다. 예를 들어, 녹색 레이저 광원(103)은 적외선 파장에 해당하는 장파장(800 내지 820㎚ 정도)의 레이저를 발산하는 IR 레이저 다이오드와 이 장파장의 레이저를 소정 파장(500 내지 580㎚ 정도)의 녹색 광으로 발진시키는 DPM(Diode Pumped Microchip)을 포함하는 광원으로 구현될 수 있으며, 여기서 DPM 대신에 PPLN(Periodically Poled Lithium Niobate)이 사용될 수도 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광원 유닛이 레이저 광원과 LED(Light Emitting Diode) 광원의 혼합형으로 구현될 수도 있다. 즉, 레이저 광원이 복수의 기본 컬러 광 빔 중 일부를 발산하고 LED 광원이 나머지 기본 컬러 광 빔을 발산하도록 할 수 있다. 예를 들어, 광원 유닛이 녹색 광 빔을 발산하는 녹색 레이저 광원, 적색 광 빔을 발산하는 적색 레이저 광원, 그리고 청색 광 빔을 발산하는 청색 LED를 포함할 수 있다. 이 경우, 청색 LED는 청색 레이저 광원 보다 다이버젼스(divergence) 각이 커서 광 효율이 좋지 않지만 청색 광은 적색 광과 녹색 광 보다 작은 밝기를 필요로 하기 때문에 청색 광이 LED에 의해 발산되어도 화이트 밸런스가 맞게 조정할 수 있다.
레이저 광원(103, 105, 107)은 크기가 작으면서도 휘도가 높은 레이저 광을 발광하고, 레이저 광은 집광 효율이 우수한 특성을 가진다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 광원 유닛(101)은 레이저 광원(103, 105, 107)을 사용함으로써 마이크로 프로젝터(micro projector)와 같은 컬러 디스플레이 시스템의 소형화를 도모할 수 있고 나아가 전체 시스템의 효율을 크게 높일 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 각 레이저 광원(103, 105, 107)으로부터 발산된 기본 컬러 광 빔(G, R, B)이 지나는 각각의 광 경로에 집광 렌즈(109, 111, 113)가 각각 배치될 수 있다. 집광 렌즈(109, 111, 113)는 레이저 광원(103, 105, 107)으로부터 방출된 레이저 광 빔을 집광하는 기능을 수행하는 것으로서, 전체 시스템의 광 효율을 높이는 기능을 수행한다. 집광 렌즈(109, 111, 113)는 필요에 따라 생략될 수도 있다.
광원 유닛(101)에 의해 발산된 복수의 기본 컬러 광 빔(G, R, B)은 색 합성 유닛(115)으로 각각 입력되며, 색 합성 유닛(115)은 입력된 복수의 기본 컬러 광 빔(G, B, R)을 단일의 합성 광 빔으로 합성한다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 색 합성 유닛(115)은 복수의 기본 컬러 광 빔(G, B, R)이 지나는 광 경로에 배치되어 광원 유닛(101)에 의해 발산된 복수의 기본 컬러 광 빔(G, B, R)을 합성한다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 색 합성 유닛(115)은 복수의 기본 컬러 광 빔(G, B, R)이 지나는 광 경로에 각각 배치되는 복수의 다이크로익 미러(dichroic mirror)(117, 119, 121)를 포함할 수 있다. 즉, 도 1을 참조하면, 녹색 다이크로익 미러(117)가 녹색 광 빔(G)이 지나는 광 경로 상에 배치되고, 적색 다이크로익 미러(119)가 적색 광 빔(R)이 지나는 광 경로 상에 배치되며, 청색 다이크로익 미러(121)가 청색 광 빔(B)이 지나는 광 경로 상에 배치된다.
다이크로익 미러는 자신의 색깔에 해당하는 파장을 가지는 광 빔은 반사하고 나머지 광 빔은 통과시키는 특성을 가지는 광학 부재이다. 즉, 녹색 광 빔(G)의 광 경로 상에 배치된 녹색 다이크로익 미러(117)는 입사된 녹색 광 빔(G)을 설정된 방향으로 반사하며, 적색 광 빔(R)의 광 경로 상에 배치된 적색 다이크로익 미러(119)는 입사된 적색 광 빔을 설정된 방향으로 반사하고, 청색 광 빔(B)의 광 경로 상에 배치된 청색 다이크로익 미러(121)는 입사된 청색 광 빔(B)을 설정된 방향으로 반사한다.
이때, 하나의 광 빔만이 통과하는 광 경로 상에 배치되는 다이크로익 미러는 광 빔의 반사 기능을 가지는 일반적인 미러(mirror)로 대체될 수 있다. 즉, 상기한 실시예의 녹색 다이크로익 미러(117)는 광 빔을 반사하는 일반적인 미러로 대체될 수 있다. 녹색, 적색, 청색 광 빔이 도 1에 도시된 광 경로를 가지는 경우에 적색 다이크로익 미러(119)는 적색 광 빔은 반사하고 녹색 광 빔은 통과시키고 청색 다이크로익 미러(121)는 청색 광 빔은 반사하고 녹색 광 빔과 적색 광 빔은 통과시키는 반면에 녹색 다이크로익 미러(117)는 단순히 녹색 광 빔을 반사하는 기능을 수행하기 때문에, 녹색 다이크로익 미러(117)는 광 빔의 반사 기능을 가지는 일반적인 미러로 대체될 수 있는 것이다.
이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 녹색 다이크로익 미러(117), 적색 다이크로익 미러(119), 및 청색 다이크로익 미러(121)는 입사된 광 빔을 동일한 방향으로 각각 반사하도록 배열된다. 이에 따라, 녹색 다이크로익 미러(117)에 의해 반사된 녹색 광 빔(G)은 적색 다이크로익 미러(119)와 청색 다이크로익 미러(121)를 순차적으로 통과하고, 적색 다이크로익 미러(119)에 의해 반사된 적색 광 빔(R)은 청색 다이크로익 미러(121)를 통과한다. 결과적으로, 청색 다이크로익 미러(121)의 후단에서 녹색 광 빔(G), 적색 광 빔(R), 및 청색 광 빔(B)이 합성된 단일의 합성 광 빔이 얻어진다. 즉, 색 합성 유닛(115)은 일련의 다이크로익 미러(117, 119, 121)를 이용하여 복수의 기본 컬러 광 빔을 단일의 합성 광 빔으로 합성한다.
색 합성 유닛(115)에 의해 생성된 합성 광 빔은 광 모듈레이터(light modulator)(125)를 통과한다. 그리고 광 확산자(123)가 광 모듈레이터(125)의 전단에 배치된다. 예를 들어, 광 확산자(123)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 색 합성 유닛(115)과 광 모듈레이터(125)의 사이에 배치될 수 있다. 광 확산자(123)는 입사된 광 빔의 코히어런스(coherence)를 감소시키는 역할을 수행한다.
한편, 청색 광 빔이 청색 LED에 의해 발산되는 경우, 광 확산자(123)는 청색 광 빔의 광 경로에 배치되는 청색 다이크로익 미러의 전단에 배치될 수 있다. 이 경우, 녹색 다이크로익 미러와 적색 다이크로익 미러는 광 확산자의 전단에서 녹색 광 빔 및 적색 광 빔의 광 경로 상에 각각 배치되어 녹색 광 빔과 적색 광 빔을 합성하며, 청색 다이크로익 미러는 광 확산자와 광 모듈레이터 사이에서 청색 광 빔의 광 경로 상에 배치되어 녹색 광 빔 및 청색 광 빔의 합성 광 빔과 청색 광 빔을 합성한다.
광 빔의 코히어런스를 감소시키기 위해, 광 확산자(123)는 광 빔의 광축에 수직한 방향으로 진동하도록 구성된다. 광 빔이 진동하는 광 확산자(123)를 통과하는 과정에서 확산광의 방향이 진동방향에 따라 교란되고 섞임으로써 광 빔의 코히어런스 특성이 감소되거나 소멸된다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 광 확산자(123)의 진동을 위해 보이스 코일 유닛(voice coil unit)(127)이 사용된다. 보이스 코일 유닛(127)은 전압 인가에 대응하여 진동하는 부재로서, 종래에 스피커(speaker) 등에서 소리를 발생하기 위해 사용되는 장치이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 광 확산자(123)는 보이스 코일 유닛(127)에 부착되어 진동하도록 형성된다.
도 2를 참조하여 보이스 코일 유닛(127)과 광 확산자(123)의 연결 관계 및 광 확산자(123)의 진동 원리에 대해서 설명한다.
도 2를 참조하면, 보이스 코일 유닛(127)은 보이스 코일(voice coil)(129), 자석(131), 그리고 진동판(133)을 포함한다. 보이스 코일(129)은 그 내부에 중공부가 형성되도록 원통형으로 말려 형성되며, 자석(131)은 보이스 코일(129)의 중공부에 배치된다. 그리고 진동판(133)은 보이스 코일(129)의 일단에 부착된다. 한편, 도면에는 도시되지 아니하였으나, 보이스 코일(129)에 전원이 인가될 수 있도록 보이스 코일(129)은 전원(도시되지 아니함)에 전기적으로 연결된다.
광 확산자(123)는 진동판(133)에 부착되며, 이에 따라 진동판(133)을 매개로 하여 보이스 코일(129)의 진동을 전달받아 진동하게 된다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광 확산자가 진동판 없이 보이스 코일에 직접 부착되어 진동을 전달받을 수도 있다.
보이스 코일(129)에 펄스 형태의 전류가 인가되면 유도기전력에 의해 보이스 코일(129)이 자석(131)의 주변에서 좌우 방향(도 2에서)으로 진동하게 된다. 보이스 코일(129)의 진동에 의해 진동판(133)의 움직임(진동)이 야기되고, 이에 따라 진동판(133)에 부착된 광 확산자(123)가 진동하게 된다. 이와 같이 광 확산자(123)가 보이스 코일 유닛(127)의 진동에 의해 진동하게 되며, 이러한 광 확산자(123)의 진동에 의해 광 확산자(123)를 통과하는 광 빔의 코히어런스 특성이 감소되게 된다. 이에 따라 레이저 광의 코히어런스 특성에 기인하는 문제점들이 극복될 수 있다. 특히 보이스 코일(129)은 크기 및 전력 소모가 작기 때문에 컬러 디스플레이 시스템의 전체적인 크기 및 전력 소모를 줄일 수 있으므로, 본 발명의 실시예에 따른 컬러 디스플레이 시스템은 소형화 및 에너지 효율 향상을 동시에 도모할 수 있다.
진동판(133)은 보이스 코일(129)의 진동이 광 확산자(123)로 전달되도록 하는 매개 역할을 할 뿐만 아니라 보이스 코일(129) 및 광 확산자(123)를 전체 구조물(도시되지 아니함)에 고정하는 역할을 동시에 수행한다.
한편, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 진동판(133)에는 적어도 하나의 구멍(135, 137)이 형성된다. 도 3을 참조하면, 진동판(133)의 중심부에 하나의 구멍(135)이 형성되고 그 둘레에 여러 개의 구멍(137)이 방사상으로 형성될 수 있다. 그러나 진동판(133)에 형성되는 구멍의 형상, 개수 및 배열은 본 발명의 보호 범위 를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있다. 진동판(133)에 구멍(135, 137)이 형성됨으로써, 보이스 코일(129)에 의한 진동판(133)의 진동에 따른 소리의 발생이 방지된다. 따라서 진동판(133)은 보이스 코일(129)의 진동을 광 확산자(123)로 전달하는 기능과 보이스 코일(129) 및 광 확산자(123)를 고정하는 역할을 동시에 수행하면서도 불필요한 소음을 생성시키지 않는 것이다.
예를 들어, 보이스 코일(129)의 구동 전압은 1 내지 2V의 전원일 수 있고, 진동판(133)은 인청동이나 서스(SUS) 등의 재질로 형성될 수 있다. 이러한 보이스 코일(129)의 구동 전압 및 진동판(133)의 재질 그 자체는 이 발명이 속하는 기술분야의 통상을 지식을 가진 자에게 자명하므로 이에 대한 더욱 상세한 설명은 생략한다.
한편, 구현되는 컬러 이미지가 연속상이 되도록 하기 위하여, 광 확산자(123)는 30㎐ 이상의 주파수로 진동할 수 있다. 예를 들어, 광 확산자(123)의 진동 주파수는 보이스 코일(129)의 구동 전원을 조절하여 정할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 광 모듈레이터(125)는 합성 광 빔의 광 경로 상에 배치되며 입사된 합성 광 빔을 투사렌즈(135)로 선택적으로 전송한다. 예를 들어, 광 모듈레이터(125)는 제어기(도시되지 아니함)의 영상 신호를 입력받을 수 있도록 제어기에 연결되며 입력된 영상 신호에 대응하여 합성 광 빔을 선택적으로 전송함으로써 원하는 영상이 구현되도록 할 수 있다.
예를 들어, 광 모듈레이터(125)는 액정표시장치(Liquid Crystal Display)와 같은 광 모듈레이터로 구현될 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따르면, 광 모듈레 이터(125)는 필드 시퀀셜(field sequential) 액정표시장치로 구현될 수 있다. 하나의 투사형 패널을 이용하여 필드 시퀀셜 액정표시장치로 광 모듈레이터를 구현함으로써, 종래의 세 개 패널 투사형 액정표시장치 또는 반사형 액정표시장치로 광 모듈레이터를 구현하는 경우에 비해 부피가 크게 축소될 수 있다. 이에 따라 필드 시퀀셜 액정표시장치로 광 모듈레이터를 구현하는 본 발명의 실시예에 따른 컬러 디스플레이 시스템은 마이크로 프로젝터와 같은 소형 영상 장치의 구현을 가능하게 한다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 광 모듈레이터는 안정적이고 양산성이 좋은 네마틱(Nematic) 액정으로 필드 시퀀셜 액정표시장치를 구현할 수 있으며, 이에 따라 종래 FLC(Ferro-Electric Liquid Crystal)를 사용하는 경우에 비해 양산성이 크게 향상될 수 있다.
한편, 색 합성 유닛(115)과 광 모듈레이터(125) 사이에는 광 빔의 방향을 바꾸기 위한 미러(mirror)(137)가 배치될 수 있다. 미러(137)는 광의 조사 방향과 컬러 디스플레이 시스템의 공간 활용 등을 고려하여 필요에 따라 선택적으로 배치될 수 있으며 생략될 수도 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 색 합성 유닛(115)에 의해 생성된 합성 광 빔의 광 경로에 배치되는 빔 쉐이퍼(beam shaper)(139)가 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 빔 쉐이퍼(139)는 색 합성 유닛(115)과 광 확산자(123) 사이의 합성 광 빔의 광 경로 상에 배치될 수 있다.
빔 쉐이퍼(139)는 합성 광 빔을 균일화시키는 역할 및 합성 광 빔이 광 모듈레이터(125)의 액티브(active) 면에 적합하도록 쉐이핑(shaping) 해주는 역할을 하 는 광학 소자이며, 빔 쉐이퍼(139)의 이와 같은 역할에 의해 조명 마진(margin)이 향상될 수 있다.
빔 쉐이퍼(139)는 플라이 아이 렌즈(Fly's Eye Lens), 로드 인티그레이터(Rod Integrator), DOE(Diffractive Optical Element) 등의 광학 소자로 구현될 수 있다. 플라이 아이 렌즈는 장방향의 단면 형상을 가지는 일련의 미소 렌즈로 구성되며 강도 분포가 균일화된 유효광을 형성하는 광학 소자이다. 로드 인티그레이터는 막대기 형상의 광학 소자로서 바(bar) 형상의 글래스 재질로 형성되며, 입사된 빛이 통상 3회 이상 반사되어서 입사면과 반대면으로 출사되면 출사면의 형상으로 유니폼(uniform)하게 광을 출사하는 광학 소자이다. 그리고 DOE는 회절 패턴을 이용하여 원하는 형태의 광 패턴을 만드는 광학 소자이다.
특히, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 빔 쉐이퍼(139)는 적어도 하나의 플라이 아이 렌즈로 구현될 수 있다. 빔 쉐이퍼(139)가 플라이 아이 렌즈로 구현됨으로써, 컬러 디스플레이 시스템의 전체적인 크기가 크게 감소될 수 있으며, 이에 따라 컬러 디스플레이 시스템이 마이크로 프로젝터 등에 채택될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하도록 인정되는 범위의 모든 변경 및/또는 수정을 포함한다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 광 빔의 코히어런스를 감소시키기 위해 보이 스 코일 유닛을 이용하여 광 확산자를 진동시킴으로써, 종래의 모터를 이용하여 광 확산자를 진동시키는 것에 비해 전력 소모를 줄일 수 있고 그 크기 또한 대폭으로 줄일 수 있으며 광 확산자를 작은 전력으로 장시간 일정하게 진동시킬 수 있다.
또한, 보이스 코일 유닛이 진동판을 포함하고 보이스 코일 및 광 확산자가 이 진동판에 각각 부착됨으로써, 보이스 코일의 진동이 보다 효과적으로 광 확산자로 전달될 뿐만 아니라 보이스 코일 및 광 확산자가 보다 효과적으로 전체 시스템의 구조물에 고정될 수 있다.
나아가, 진동판에 적어도 하나의 구멍이 형성됨으로써, 진동판이 진동을 전달하는 역할 및 보이스 코일과 광 확산자를 고정하는 역할을 함과 동시에 진동에 의한 소음의 발생을 원천적으로 차단할 수 있다.
광 확산자가 30㎐ 이상의 주파수로 진동함으로써, 이미지가 연속상으로 보이도록 할 수 있다.
한편, 광원 유닛이 레이저 광원 사용함으로써, 광원 유닛의 소형화를 도모할 수 있고 나아가 집광 효율이 양호한 레이저 광이 발생되어 시스템의 전체적인 효율이 향상될 수 있다.
그리고 색 합성 유닛에 의해 생성된 합성 광 빔의 광 경로 상에 빔 쉐이퍼가 배치됨으로써, 합성 광 빔을 균일화하고 합성 광 빔이 광 모듈레이터의 액티브 면에 적합하도록 하여 조명 마진(margin)을 향상시킬 수 있다. 특히 빔 쉐이퍼가 적어도 하나의 플라이 아이 렌즈로 구현됨으로써, 전체 시스템의 크기를 줄일 수 있다.
나아가 광 모듈레이터가 필드 시퀀셜 액정표시장치로 구현됨으로써, 전체 시스템의 크기 감소 및 효율 향상을 도모할 수 있다.

Claims (13)

  1. 복수의 광 경로를 따라 복수의 기본 컬러 광 빔을 각각 발산하는 광원 유닛,
    상기 복수의 기본 컬러 광 빔을 단일의 합성 광 빔으로 합성하도록 상기 복수의 광 경로에 배치되는 색 합성 유닛,
    상기 합성 광 빔의 광 경로 상에 배치되며 입사된 합성 광 빔을 선택적으로 전송하는 광 모듈레이터, 그리고
    상기 광 모듈레이터의 전단에 배치되어 입사된 광 빔의 코히어런스를 감소시키는 광 확산자를 포함하며,
    상기 광 확산자는 전압 인가에 대응하여 진동하는 보이스 코일 유닛에 부착되어 진동하도록 형성되는 컬러 디스플레이 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 보이스 코일 유닛은, 내부에 중공부가 형성되도록 원통형으로 말려 있는 보이스 코일, 상기 중공부에 배치되는 자석, 그리고 상기 보이스 코일의 일단에 부착되는 진동판을 포함하고,
    상기 광 확산자는 상기 진동판의 움직임에 의해 진동하도록 상기 진동판에 부착되는 컬러 디스플레이 시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 진동판에는 적어도 하나의 구멍이 형성되어 있는 컬러 디스플레이 시스템.
  4. 제1항에서,
    상기 광 확산자는 30㎐ 이상의 주파수로 진동하는 컬러 디스플레이 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
    상기 광원 유닛은 레이저 광을 발산하는 레이저 광원을 포함하는 컬러 디스플레이 시스템.
  6. 제5항에서,
    상기 광원 유닛에 의해 발산되는 상기 기본 컬러 광 빔은 적색 광 빔, 녹색 광 빔, 및 청색 광 빔을 포함하고,
    상기 광원 유닛은 상기 적색 광 빔, 상기 녹색 광 빔, 및 상기 청색 광 빔을 각각 발산하는 적색 레이저 광원, 녹색 레이저 광원, 및 청색 레이저 광원을 포함하는 컬러 디스플레이 시스템.
  7. 제6항에서,
    상기 녹색 레이저 광원은 IR 레이저 광원을 포함하는 컬러 디스플레이 시스템.
  8. 제5항에서,
    상기 색 합성 유닛과 상기 광 모듈레이터 사이에서 상기 색 합성 유닛에 의해 생성된 합성 광 빔의 광 경로에 배치되며, 상기 합성 광 빔을 균일화시키는 빔 쉐이퍼를 더 포함하는 컬러 디스플레이 시스템.
  9. 제8항에서,
    상기 빔 쉐이퍼는 적어도 하나의 플라이 아이 렌즈(fly's eye lens)인 컬러 디스플레이 시스템.
  10. 제5항에서,
    상기 광원 유닛은 LED 광원을 더 포함하고,
    상기 복수의 기본 컬러 광 빔 중 일부는 상기 레이저 광원에 의해 발산되고 상기 복수의 기본 컬러 광 빔 중 나머지는 상기 LED 광원에 의해 발산되는 컬러 디스플레이 시스템.
  11. 제10항에서,
    상기 광원 유닛은 녹색 광 빔을 발산하는 녹색 레이저 광원, 적색 광 빔을 발산하는 적색 레이저 광원, 및 청색 광 빔을 발산하는 청색 LED를 포함하고,
    상기 색 합성 유닛은 상기 광 확산자의 전단에서 상기 녹색 광 빔 및 상기 적색 광 빔의 광 경로 상에 배치되어 상기 녹색 광 빔과 상기 적색 광 빔을 합성하는 녹색 다이크로익 미러와 적색 다이크로익 미러, 그리고 상기 광 확산자와 상기 광 모듈레이터 사이에서 상기 청색 광 빔의 광 경로 상에 배치되어 상기 녹색 광 빔 및 상기 적색 광 빔의 합성 광 빔과 상기 청색 광 빔을 합성하는 청색 다이크로익 미러를 포함하는 컬러 디스플레이 시스템.
  12. 제11항에서,
    상기 녹색 레이저 광원은 IR 레이저 광원을 포함하고, 상기 적색 레이저 광원은 적색 레이저 다이오드를 포함하는 컬러 디스플레이 시스템.
  13. 제1항에서,
    상기 광 모듈레이터는 필드 시퀀셜 액정표시장치로 구현되는 컬러 디스플레이 시스템.
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