KR20090015735A - 광 가이드 판 - Google Patents

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KR20090015735A
KR20090015735A KR1020070080310A KR20070080310A KR20090015735A KR 20090015735 A KR20090015735 A KR 20090015735A KR 1020070080310 A KR1020070080310 A KR 1020070080310A KR 20070080310 A KR20070080310 A KR 20070080310A KR 20090015735 A KR20090015735 A KR 20090015735A
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light guide
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슈쉬킨 아이하르
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삼성전기주식회사
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Abstract

광을 지그재그(Zigzag)로 반사시켜 소정의 방향으로 진행시키는 광 가이드 판에 있어서, 광 가이드 판에 입사된 광을 반사시키고 광을 길이 방향으로 확대하여 확대광을 만드는 확대 영역, 확대광을 높이 방향으로 균일하도록 집광하는 집광 영역, 집광 영역에 의해 집광된 확대광을 광 가이드 판의 외부로 출사시켜 광변조기에 진입하도록 하는 제1 출사부 및 광변조기에서 출력되어 광 가이드 판으로 재진입한 변조광을 광 가이드 판의 외부로 출사시키는 제2 출사부를 포함하는 광 가이드 판이 개시된다. 본 발명에 의하면 좁은 공간에서 선형광을 생성하여 광변조기 및 스캐너에 제공할 수 있다.
광 가이드 판, 지그재그, 시준 영역, 확대 영역, 집광 영역

Description

광 가이드 판{Light guide plate}
본 발명은 광 가이드 판에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 내부에 형성된 확대영역 및 시준영역을 이용하여 광원으로부터 입사된 광을 광변조기 및 스캐너에 입력될 수 있도록 하는 광 가이드 판에 관한 것이다.
종래에는 투사형 디스플레이 장치에 있어서, 레이저 광원으로부터 발사된 점으로 된 빔을 스크린에 투사하기까지 많은 구성부가 필요하였기 때문에 투사형 디스플레이 장치의 부피가 커지는 문제점이 있었다.
즉, 레이저 광원으로부터 발사되는 광을 시준하고, 확대하고, 굴절시키는 복수개의 렌즈 및 프리즘을 배열해야 했기 때문에 투사형 디스플레이 장치에 렌즈 및 프리즘이 차지하는 공간이 매우 컸다.
또한, 광이 직선으로 진행하면서 확대되는 데 필요한 공간까지 확보하려면 디스플레이 내부가 커질 수 밖에 없었다.
적색, 녹색 및 청색의 세가지 칼라 각각의 레이저 광원을 사용하는 경우에는 더 큰 공간이 필요하기 때문에 광이 확대, 시준 및 굴절되는 공간은 디스플레이 장치의 공간문제의 가장 큰 원인이었으며, 소형화된 각종 디지털 기기에 투사형 디스플레이 장치를 삽입할 수 없는 원인이 되어 왔다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 좁은 공간에서 광을 확대 및 반사시켜 광변조기 및 스캐너에 입사시킬 수 있는 광 가이드 판을 제공한다.
또한 광원으로부터 스캐너에 입사하기 전까지의 과정을 일체로 수행할 수 있는 광 가이드 판을 이용하여 소형화된 투사형 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예를 통하여 보다 명확해질 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 광 가이드 판이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 광을 지그재그(Zigzag)로 반사시켜 소정의 방향으로 진행시키는 광 가이드 판에 있어서, 상기 광 가이드 판에 입사된 광을 반사시키고 상기 광을 길이 방향으로 확대하여 확대광을 만드는 확대 영역; 상기 확 대광을 높이 방향으로 균일하도록 집광하는 집광 영역; 상기 집광 영역에 의해 집광된 확대광을 상기 광 가이드 판의 외부로 출사시켜 광변조기에 진입하도록 하는 제1 출사부; 및 상기 광변조기에서 출력되어 상기 광 가이드 판으로 재진입한 변조광을 상기 광 가이드 판의 외부로 출사시키는 제2 출사부를 포함하는 광 가이드 판이 제공된다.
상기 광 가이드 판은 서로 마주보고 상기 광이 지그재그로 반사되는 제1 면 과 제2 면을 구비하되, 상기 집광 영역, 상기 제1 출사부 및 상기 제2 출사부는 각각 상기 제1 면 또는 상기 제2 면에 형성될 수 있다.
상기 확대 영역은 상기 제1 면 또는 상기 제2 면 중 적어도 하나의 면에 형성될 수 있다.
상기 변조광을 스크린에 투사할 수 있도록 확대하고, 상기 제2 출사부의 일면 또는 상기 광 가이드 판의 내부 중 적어도 어느 하나에 위치하는 투사 렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 광을 시준(Collimating)하는 시준 영역을 더 포함할 수 있다.
상기 광 가이드 판은 서로 마주보고 상기 광이 지그재그로 반사되는 제1 면과 제2 면을 구비하되, 녹색 레이저 광은 상기 제1 면 또는 상기 제2 면 중 적어도 하나의 면에 형성된 녹색광 진입부를 통하여 진입할 수 있다.
상기 광 가이드 판은 서로 마주보고 상기 광이 지그재그로 반사되는 제1 면과 제2 면을 구비하되, 적색 레이저 광 및 청색 레이저 광은 상기 제1 면과 제2 면 중 어느 하나에 구비된 적색광 진입부와 청색광 진입부를 통해 각각 진입할 수 있 다.
상기 광 가이드 판은 서로 마주보고 상기 광이 지그재그로 반사되는 제1 면과 제2 면을 구비하되, 적색 레이저 광은 상기 제1 면과 상기 제2 면 중 어느 하나에 구비된 적색광 진입부를 통해 진입하고, 청색 레이저 광은 상기 제1 면 또는 상기 제2 면 중 다른 하나에 구비된 청색광 진입부를 통해 진입할 수 있다.
상기 광 가이드 판의 내부는 공기 또는 유리로 채워질 수 있다.
상기 광 가이드 판의 내부가 유리로 채워지고, 상기 녹색광 진입부, 상기 적색광 진입부 및 상기 청색광 진입부는 상기 제1 면 또는 상기 제2 면에 상기 광 가이드 판의 외부를 향하여 돌출된 면일 수 있다.
상기 광 가이드 판의 내부가 공기로 채워지고, 상기 녹색광 진입부, 상기 적색광 진입부 및 상기 청색광 진입부는 상기 제1 면 또는 상기 제2 면에 형성된 틈일 수 있다.
상기 제1 출사부 및 상기 제2 출사부는 상기 제1 면 또는 상기 제2 면상에 형성될 수 있다.
상기 제1 출사부는 상기 제1 면 또는 상기 제2 면 중 어느 하나의 면상에 형성되고, 상기 제2 출사부는 상기 제1 면 또는 상기 제2 면 중 다른 하나의 면상에 형성될 수 있다.
상기 제2 출사부는 상기 변조광의 진행방향을 수직으로 변경하는 굴절 프리즘일수 있다.
상기 확대 영역은 원통형이며, 상기 원통형의 곡률은 길이 방향이고 상기 광 가이드 판 내부로 볼록(Convex)한 모양일 수 있다.
상기 집광 영역은 원통형이며, 상기 원통형의 곡률은 높이 방향이고 상기 광 가이드 판 내부로 오목(Concave)한 모양일 수 있다.
상기 확대 영역은 복수 개로 이루어지고, 상기 복수개의 확대 영역은 상기 입사된 광이 상기 복수개의 확대 영역에 순차적으로 반사되면서 순차적으로 길이 방향으로 확대되도록 각각 상이한 곡률반경을 갖을 수 있다.
상기 시준 영역은 구면 또는 비구면일 수 있다.
상기 제1 면 및 상기 제2 면이 사다리꼴일 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 디스플레이 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 광을 출력하는 레이저 광원; 영상의 픽셀 정보를 실은 변조광을 출력하는 광변조기; 상기 변조광을 스크린에 주사하는 스캐너; 및 상기 레이저 광원으로부터 출력된 광을 내부에서 지그재그(Zigzag)로 반사시켜 소정의 방향으로 진행시키면서 길이방향으로는 확대하고 높이방향으로는 균일하도록 집광한 선형광을 상기 광변조기에 출력하고 상기 광변조기로부터 상기 변조광을 입력 받아 상기 스캐너로 출력하는 광 가이드 판을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치가 제공된다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 반사가 가능한 두 개의 면을 가진 광 가이드 판을 이용하여 디스플레이 장치 내부의 구성품의 배치를 효율적으로 할 수 있어 디스플레이 장치의 소형화를 실현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 좁은 공간에서 입력광을 선형광으로 변형하여 출력할 수 있으므로 입력으로부터 스크린에 투사될 때까지의 경로를 획기적으로 줄여 높은 공간 효율성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일 치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 종래의 투사형 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 디스플레이 장치(100)는 광원(110), 광변조기(120), 구동 회로(125), 스캐너(130) 및 영상 제어부(150)를 포함한다.
광원(110)은 스크린(140)에 영상이 투사될 수 있도록 광을 조사한다. 광원(110)은 백색광을 조사할 수도 있고, 빛의 삼원색인 적색광, 녹색광 또는 청색광 중의 어느 하나를 조사할 수도 있다. 바람직하게는 광원(110)은 레이저, LED 또는 레이저 다이오드일 수 있다. 백색광을 조사하는 경우에는 색분리부(미도시)를 두어 백색광을 소정 조건에 따라 적색광, 녹색광 및 청색광으로 분리할 수 있다.
광원(110)과 광변조기(120) 사이에 조명 광학계(115)가 있어 광원(110)에서 투사되는 광의 방향을 소정의 각도로 반사시켜 광변조기(120)에 광이 집중되도록 할 수 있다. 색분리부(미도시)에 의해 색분리가 이루어진 경우에는 상기 광이 집중되도록 하는 기능이 추가될 수 있다.
광변조기(120)는 구동 회로(125)에서 제공하는 구동 신호에 따라 광원(110)으로부터 조사된 입사광을 변조한 변조광을 출력한다. 광변조기(120)는 일렬로 배치된 복수의 마이크로 미러로 구성되며, 광변조기(120)는 하나의 프레임 영상에서 수직 주사선 또는 수평 주사선에 해당하는 선형(Line shaped) 영상을 담당한다. 즉, 선형 영상에 대하여 광변조기(120)는 선형광의 입력을 받아 인가되는 구동 신호에 따라 선형 영상의 각 픽셀에 해당하는 각 마이크로 미러의 변위를 변화시킴으로써 입사광의 휘도를 변화시킨 변조광을 출력한다.
광변조기(120)는 크게 직접 광의 온/오프를 제어하는 직접 방식과 반사 및 회절을 이용하는 간접 방식으로 나뉘며, 또한 간접 방식은 정전기 방식과 압전 방식으로 나뉠 수 있다. 여기서, 광변조기(120)는 구동되는 방식에 상관없이 본 발명에 적용이 가능하다.
미국특허번호 제5,311,360호에 개시된 정전 구동 방식 격자 광변조기(120)는 반사 표면부를 가지며 판 상부에 부유(suspended)하는 다수의 일정하게 이격하는 변형 가능 반사형 리본을 포함한다.
리본상의 반사 표면과 판의 반사 표면 사이의 수직 거리 d로 한정된 이러한 변조기의 격자 진폭은 리본(제1 전극으로서의 역할을 하는 리본의 반사 표면)과 판(제2 전극으로서의 역할을 하는 판 하부의 전도막) 사이에 전압을 인가함으로써 제어된다.
복수의 마이크로 미러는 수직 주사선 또는 수평 주사선을 구성하는 픽셀의 수와 동일하거나, 그 배수인 것이 바람직하다. 변조광은 추후 스크린(140)에 투사 될 수직 주사선 또는 수평 주사선의 영상 정보(예를 들어, 수직 주사선 또는 수평 주사선을 구성하는 각 픽셀의 휘도값)가 반영된 빛이며, 0차 회절광 또는 +n차 회절광, -n차 회절광(n은 자연수)일 수 있다.
구동 회로(125)는 영상 제어부(150)로부터의 영상 제어 신호에 따라 출력되는 변조광의 휘도를 변화시키는 구동 신호를 광변조기(120)에 제공한다. 구동 회로(125)가 광변조기(120)에 제공하는 구동 신호는 구동 전압 또는 구동 전류일 수 있다.
집속 광학계(131)는 광변조기(120)에서 출력되는 변조광이 스캐너(130)에 전달되도록 해준다. 하나 이상의 렌즈가 포함될 수 있으며, 필요에 따라 배율을 조절하여 광변조기(120)의 크기와 스캐너(130)의 크기에 맞도록 확대 또는 축소된 변조광을 전달한다.
스캐너(130)는 광변조기(120)로부터 입사되는 변조광을 소정 각도로 반사시켜 스크린(140)에 투사한다. 이때 소정 각도는 영상 제어부(150)로부터 입력되는 스캐너 제어 신호에 의해 정해진다. 스캐너 제어 신호는 영상 제어 신호와 동기하여 영상 제어 신호에 상응하는 스크린(140) 상의 수직 주사선(또는 수평 주사선) 위치에 변조광이 투사될 수 있는 각도로 스캐너(130)를 회전시킨다. 즉, 스캐너 제어 신호는 구동각 및 구동속도에 대한 정보를 포함하고 있으며, 구동각 및 구동속도에 따라 스캐너(130)는 특정 시점에 특정 위치에 위치하게 된다. 스캐너(130)는 폴리곤 미러(Polygon Mirror), 회전바(Rotating bar) 또는 갈바노 미러(Galvano Mirror) 등이 될 수 있다.
광변조기(120)로부터의 변조광은 상술한 것과 같이 0차 회절광, +n차 회절광 또는 -n차 회절광 등일 수 있는데 이 경우 각 회절광의 경로가 서로 다르기 때문에 슬릿(133, slit)을 두어 필요로 하는 차수의 회절광을 선택하여 스크린(140)에 투사되도록 할 수 있다.
투사 광학계(132)는 광변조기(120)로부터의 변조광이 스캐너(130)에 투사되도록 한다. 투사 렌즈(projection lens)(미도시)를 포함한다.
영상 제어부(150)는 하나의 프레임에 해당하는 영상 신호를 입력받고, 구동 회로(125)에 제공한다. 또한, 영상 제어부(150)는 동기화된 스캐너 제어 신호 및 광원 제어 신호를 각각 스캐너(130) 및 광원(110)에 제공한다. 서로 연동되는 스캐너 제어 신호, 광원 제어 신호에 의해 한 프레임 영상이 스크린(140) 상에 디스플레이된다. 영상 제어부(150)는 프레임을 구성하는 각 픽셀에 대하여 표시하고자 하는 휘도 정보에 상응하는 영상 신호를 구동 회로(125)에 제공하고, 영상 신호에 상응하여 수직 주사선(또는 수평 주사선)이 스크린(140) 상의 소정 위치에 투사되도록 스캐너(130)의 회전 각도 또는 회전 속도를 조절한다.
따라서, 광원(110)으로부터 스크린(140)에 영상이 도달하기까지 광변조기(120), 스캐너(140) 이외에도 여러 개의 광학계(115, 131 및 132)를 거치게 된다.
이러한 광학계는 앞서 설명한 바와 같이 하나 이상의 렌즈를 포함할 수 있기 때문에 디스플레이 장치(100)에서 차지하는 부피가 크다. 그러나 광원(110)으로부터 입사되는 광을 광변조기(120)에 입력시키기 위해서는 광원을 반사시켜 광변조기 에 입사시키는 조명 광학계(115)가 필수적이며 집속광학계(131)는 광변조기(120)으로부터 출력된 광을 스캐너에 전달하기 위해서는 필수적이므로 생략이 불가능하다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 의하면 광 가이드 판에 광을 입사시키면 시준 및 확대되어 광변조기(120)로 입사할 뿐만 아니라 이를 스크린(140)에 투사할 수 있도록 스캐너(130)로 출사시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 광 가이드 판에 포함되는 광 진입부를 설명하기 위하여 광 진입부를 포함하지 않는 광 가이드 판에 광이 입사되는 경우를 도 2를 통하여 설명하고, 광 진입부를 포함하는 광 가이드 판을 도 3a 및 3b를 통하여 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 가이드 판의 일부를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 광 가이드 판에 광이 입사된다. 다만 도 2에서는 광 가이드 판에 입력된 광이 굴절 및 시준되는 과정을 설명하기 위하여 광 가이드 판의 전체 구성에 대하여는 생략하였다. 또한, 시준된 광이 광 가이드 판 외부로 출사되는 것을 도시하였으나 본 발명에 의하면 시준된 후 확대 및 집광 등의 과정을 더 거친 후 광 가이드 판 외부로 출사된다.
또한 도 2는 광 가이드 판의 측면도의 일부를 나타내는 것으로 t는 광 가이드 판의 폭이 되고 광 가이드 판의 양 면은 도시되지 아니하였다. 이는 도 4b를 통 하여 후술하도록 한다.
광은 미리 설정된 개구수(NA : Numerical Aperture)를 가지고 광 가이드 판에 입사된다. 개구수는 레이저 광이 출력되는 부분(200)에 복수개의 렌즈를 배열함으로써 조절하거나 레이저 광원의 내부 구성에 따라 조정할 수 있다.
광은 서로 다른 광속(Light stream)을 가지고 확대되면서 진행하지만 도 2에서는 입력되는 광 중앙의 광속을 중심으로 설명한다.
도 2를 참조하면 입사점(202)에서 광이 입사되면서 굴절된다. 이는 스넬의 법칙(Snell's Law)에 의하여 생기는 현상이다. 즉, 광이 광 가이드 판의 외부인 공기로부터 유리 등의 광학재질로 이루어진 광 가이드 판으로 입사되면서 입사점(202)에서는 굴절이 일어난다.
이 때 외부에서 광 가이드 판으로 진입하는 광이 수평선과 이루는 각도가 α인 경우 광 가이드 판으로 진입한 광이 광 가이드 판 내부에서 수평선과 이루는 각도를 α'라고 하면 스넬의 법칙에 의하여 다음과 같은 공식이 성립한다.
Figure 112007057964068-PAT00001
여기서 na는 공기의 굴절률, nd는 광 가이드 판의 굴절률을 의미한다.
광 가이드 판의 양 면은 광을 내부에서 반사시킴으로 반사점(204, 206, 207, 208, 210, 212)에서 지그재그(Zigzag)로 반사되어 출사점(214)로 출사되는 경우에도 역시 스넬의 법칙에 의하여 다음과 같은 공식이 성립한다.
Figure 112007057964068-PAT00002
따라서, 입사광이 곡률반경이 없는 평면거울에 반사되어 나오는 것과 같이 입사각과 출사각이 동일한 효과가 있다.
이 경우 광 가이드 판의 내부의 반사점(204, 206, 207, 208, 210, 212)에 곡률반경을 형성시켜 서로 다른 광속(Light stream)을 가지고 벌어지고 있는 광을 광 가이드 판 내부에서 시준시켜 출력시켜도 입사각과 출사각을 동일하게 할 수 있다. 광을 시준시키기 위하여는 반사점(204, 206, 207, 208, 210, 212)의 일부에 곡면이 형성되어야 하나 도 2에서는 표시하지 아니하였으며 이는 도 3을 통하여 후술하도록 한다.
이 경우 시준된 광의 높이 D, 광 가이드 판의 폭 t 및 반사각 α'간에는 다음과 같은 공식이 성립할 수 있다.
Figure 112007057964068-PAT00003
여기서 D는 시준된 광의 세로길이 즉, 높이를 나타낸다. 이 공식을 이용하면 광 가이드 내부에서 광이 반사되는 면에서 광의 두께에 해당하는 t를 삼각함수를 이용하여 산출할 수 있다.
미리 정해진 개구수를 갖는 입사광에 대하여 광 가이드의 수평선에 대한 입사각도α를 알고, 광 가이드 판의 굴절률만 알면 스넬의 법칙에 의하여 α'를 알 수 있다.
따라서, 출사되는 광의 세로 길이 D를 측정하면 다음과 같은 공식에 의하여 광 가이드 판의 두께를 정할 수 있다.
Figure 112007057964068-PAT00004
이를 이용하면, 출사되는 광의 높이가 낮을수록 광 가이드 판의 두께는 얇아야 하며 광 가이드 판의 일면에 광이 누워서 입사될수록 판의 두께는 얇아야 한다.
도 3는 본 발명의 다른 일 실시예에 광 가이드 판의 일부를 나타낸 도면이다.
도 2의 광 가이드 판과 다른 점은 첫째, 광원(110)으로부터 광이 입사되는 부분에 광 진입부(326)가 추가된 점과 둘째, 광 가이드 판의 일면에 곡률 반경을 가지는 시준 영역(320, 322)이 추가된 점이다.
도 2에서 설명한 바와 같이 공기와 광 가이드 판의 굴절률이 다르기 때문에 굴절이 일어나서 입사각을 유지하면서 광 가이드 판으로 진입하지 못한다. 따라서, 광 가이드 판으로 직진하도록 하기 위해서는 도 3에서 나타난 바와 같은 광 진입부(326)를 추가할 수 있다.
광 진입부(326)는 평면인 광 가이드 판의 일면에 돌출된 모양이면서 광 가이드 판과 일정한 각도를 이루는 면을 가진 모양으로 형성된다. 광 진입부(326)는 공정상 유리 판 위에 삼각 기둥 모양의 부재를 부착시킬 수도 있으며 광학 판을 광 진입부(326)를 가지도록 사출할 수도 있고, 연마하여 형성시킬 수 있다. 그러나 본 발명의 광 가이드 판의 광 진입부(326)의 성형방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
광 진입부(326)로 인하여 입사되는 광은 스넬의 법칙으로 발생하는 광의 진 행각도 변화를 상쇄시켜 광 가이드 판 내부에서도 광 가이드 판 외부에서 진행하는 방향과 동일한 방향으로 광이 진행할 수 있도록 해준다.
따라서, 도 2에서와 같이 광 가이드 판의 두께를 정하는데 스넬의 법칙을 고려할 필요가 없다.
또한, 도 3의 광 가이드 판에서는 시준 영역(320, 322)이 형성되어 있다. 도 2에서도 시준영역을 거쳐 출사되는 것으로 도시되어 있으나 도 3에서는 시준영역(320, 322)의 곡률 형태를 구체적으로 나타냈다.
시준 영역(320, 322)은 각각 광 가이드 판내부로 볼록한 모양(320, Convex) 및 오목한 모양(322, Concave)의 두 부분으로 구성되어 있다. 볼록한 모양 및 오목한 모양은 곡률반경을 갖는 구면(Spherical) 또는 비구면(Aspheric)일 수 있다.
확대되는 광속이 레이저 광원으로부터 입사되는 경우 볼록한 모양(320, Convex) 및 오목한 모양(322, Concave)의 두 부분인 시준 영역을 거치면 서로 평행한 광속을 갖는 출사광이 된다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 가이드 판의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4a를 참조하면, 시준 영역(402, 404), 확대 영역(406, 408), 집광 영역(410) 및 광 진입부(418, 420, 422)를 구비한 광 가이드 판(400)이 개시된다. 도 4a는 광 가이드 판(400)의 측면도이며 광 가이드 판(400)의 사시도는 도 4b 및 도 4c를 통하여 후술하도록 한다.
광 가이드 판(400)에 입사되는 세 개의 레이저 다이오드(450,460,470)는 각각 녹색, 적색 및 청색의 광을 방출하는 레이저 광원(110)에 해당한다. 도 4a에서는 레이저 다이오드로 나타내었으나 도 1에서 설명한 바와 같이 본 발명의 광 가이드 판(400)에 광을 입력하는 광원의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4a의 광 가이드 판(400)은 제1 면과 제2 면을 포함하는데 제1 면과 제2 면은 광 가이드 판(400)의 측면도이므로 선분으로 나타난다. 광 가이드 판(400)은 광 가이드 판(400)의 제1 면과 제2 면 사이에서 시준, 반사, 확대 및 집광된다. 제1 면과 제2 면의 사이는 유리 등의 광학재질로 채워져 일체로 구성될 수 있으나 본 발명의 광 가이드 판(400) 내부의 재질이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 광 가이드 판(400)은 두 개로 이루어지고 각각 제1 면 및 제2 면의 역할을 담당하되 제1 면과 제2 면의 내부는 공기로 채워질 수 있다. 이 경우에는 광 진입부가 도 4a의 형상이 아니라 일정한 간격을 갖는 틈(또는 슬릿, Slit)이 되어 입사광이 틈을 통하여 광 가이드 판(400)내부로 진입할 수 있다.
먼저, 녹색 레이저 광원(450)에서 미리 설정된 개구수를 가지는 확대광이 녹색광 진입부(418)를 통하여 광 가이드 판(400)으로 진입한다. 광 가이드 판(400)으로 진입한 광이 시준 영역(402, 404)을 거쳐 광속이 평행한 광으로 진행하는 시준광이 되는것은 도 2 및 도 3을 통하여 설명한 바와 같으므로 생략하도록 한다.
이 후 녹색 시준광은 제1 면과 제2 면에 반사를 반복하다가 확대 영역(406, 408)에 도달하게 된다. 제1 면과 제2 면에 반사하는 횟수(TIR : Total Internal Reflectioon)은 광이 진입하는 각도 α, 광 가이드 판(400)의 두께 t, 후술할 투사 렌즈의 초점, 광 경로의 전체 길이 등에 의하여 달라지게 된다.
반사를 반복하다가 확대 영역(406, 408)에 도달하게 된 시준광은 곡률반경을 가지는 확대 영역(406, 408)에 의하여 확대된다. 확대되는 방향은 광 가이드 판(400)의 길이 방향이다. 이하 광 가이드 판(400)의 측면도에서 광 가이드 판(400)의 길이 방향은 측면도를 바라보는 방향을 의미한다. 따라서, 광의 길이 방향 확대는 측면도에서는 나타나지 않는다. 광의 길이 방향 확대의 모습은 도 4b 및 4c를 통하여 후술하도록 한다.
시준광을 광 가이드 판(400)의 길이 방향으로 확대시키기 위하여 확대 영역(406, 408)은 광 가이드 판(400)의 길이 방향으로 곡률반경을 가져야 한다. 또한 곡률반경의 중심은 광 가이드 판의 외부에 있어 광 가이드 판(400)의 일면에서 광 가이드 판(400)의 내부로 볼록(Convex)한 모양을 형성하여야 한다.
즉, 확대 영역(406, 408)은 소정의 두께를 가지는 원통을 광 가이드 판(400)의 외부에서 내부로 일부 삽입된 형상을 측면에서 바라본 것과 같은 형상을 한다. 즉, 원통형(Cylindrical)을 측면에서 바라본 경우 원통의 윗면의 일부 현에 해당하는 원통의 일부가 확대 영역(406, 408)의 형상이 될 수 있다. 이는 도 4b를 참조하여 추가적으로 설명하도록 한다.
따라서, 확대 영역(406, 408)은 도 4a에서 도시된 바와 같이 직사각형 기둥의 부재가 완전한 평면상에 부착된 후 직사각형 기둥의 부재의 일면이 곡면을 갖도록 직사각형 기둥을 연마시킬 수 있다.
또는 직사각형 기둥의 부재 없이 완전한 평면의 제2 면을 직접 연마하여 곡 면이 광 가이드 기판(400)의 내부쪽으로 형성되도록 하는 방법이 사용될 수 있다. 이는 도 4b를 통하여 후술하도록 한다. 그러나 본 발명의 광 가이드 판(400)의 확대 영역(406, 408)의 제조방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4a에는 확대 영역(406, 408)이 두 부분으로 구성된 것으로 도시하였으나 확대 영역(406, 408)은 1 개 내지 N 개의 부분으로 구성될 수 있으며 이는 광의 확대 정도 및 얼마나 순차적으로 광을 확대할 것인지에 의존하는 것이므로 본 발명의 광 가이드 판(400)의 확대 영역(406, 408)의 개수는 이에 한정되지는 않는다.
길이 방향으로 확대된 광은 광 가이드 판(400)의 제1 면 및 제2 면에 의한 반사를 수 회 반복한 후 집광 영역(410)에 도달한다.
집광 영역(410)은 확대 영역(406, 408)과는 상이하게 높이 방향으로 곡률반경을 갖는 곡면이므로 집광 영역(410)에 도달한 확대광은 높이 방향으로 집광된다. 즉, 광 가이드 판(400)의 내부에서 바라본 경우에는 위에서 아래로(높이방향으로) 오목한 형상을 하여야 하고 광 가이드 판(400)의 외부에서 바라보면 양각 또는 음각으로 볼록한 형상이어야 한다. 따라서, 도 4a에서 도시된 바와 같이 광 가이드 판의 제2 면을 직접 연마하여 내부로 오목한 형상을 갖도록 할 수 있다.
또는 원통을 길이로 눕혀 옆면의 볼록한 부분을 광 가이드 판(400)의 외부에 길이 방향으로 부착시킨 것과 같은 형상을 하도록 할 수 있다. 길이 방향으로 볼록한 광학 부재를 광학 기판의 길이 방향으로 접착시키는 방법이 사용될 수 있으나 본 발명의 광 가이드 판(400)의 집광영역(410)의 제조방법이 이에 한정되는 것은 아니다. 이는 도 4b를 참조하여 추가적으로 설명하도록 한다.
집광 영역(410)에 의해 광은 길이에는 변함이 없이 높이 방향으로만 집광된다.
따라서, 광은 길이 방향으로 확대되고 높이 방향으로 축소되어 선형(Line Shape)에 가까운 광이 된다. 선형광을 생성하는 이유는 도 1에서 설명한 바와 같이 복수개의 마이크로 미러가 일렬로 배열된 광변조기(120)에 입사시켜 화면에 선형 주사선을 주사하기 위해서이다.
따라서, 집광 영역(410)에서 반사된 선형광은 제1 출사부(424)를 통하여 외부로 출사되고 출사된 선형광은 광변조기(120)에 입력된다. 제1 출사부(424)는 앞서 설명한 광 진입부와 마찬가지로 스넬의 법칙에 관계없이 진행방향을 유지하도록 하는 역할을 한다.
광변조기(120)에서는 도 1에서 설명한 바와 같이 선형광을 입력 받아 영상의 한 개의 픽셀에 해당하는 각 마이크로 미러의 위치가 되어 픽셀의 영상정보를 실은 변조광을 출력하게 된다.
변조광은 광 가이드 판(400)으로 다시 입사되어 제1 면 및 제2 면에서의 반사를 수 회 반복하다가 미리 정해진 위치에 형성된 제2 출사부(426)를 통하여 제1 면 외부로 출사된다. 제2 출사부(426)의 역할은 제1 출사부(424)와 같이 광을 외부로 출사시키는 역할을 한다.
그러나 제2 출사부(426)에는 제1 출사부(424)와 달리 투사렌즈(412)(Projection lens)가 추가되어 있다. 또한, 투사렌즈는 제2 출사부(426)에만 추가된 것이 아니라 내부에도 존재할 수 있어 다단으로 변조광을 통과시킬 수 있다. 또한 하나는 볼록렌즈, 다른 하나는 오목렌즈로써 쌍을 이룰 수도 있다.
투사 렌즈(412)는 스크린(140)에 투사되는 변조광의 투사 범위를 확대하는 역할을 수행한다. 이러한 투사 렌즈(412)는 본 발명의 디스플레이 장치에 있어 필수적인 구성 요소라 할 수는 없지만, 투사 렌즈(412)를 구비함으로써 디스플레이 장치의 부피(크기)를 줄일 수 있는 등의 이점이 있다. 예를 들어, 광 변조기에 의해 생성된 변조광이 투사 렌즈(412)를 거치지 않고 직접 스캐너(130)로 입사되는 경우를 가정하면, 스캐너(130)에 입사된 변조광의 지름이 충분한 크기를 갖지 못하기 때문에 변조광을 스크린(140) 전체(전면)에 2차원 투사하기 위해서는 스캐너(130)가 보다 많은 회전을 할 수 있도록(결국, 보다 빠른 회전 속도를 갖도록) 제어하거나 또는 스캐너(130)와 스크린(140)간의 이격 거리를 보다 많이 확보하여야 하는 등의 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 투사 렌즈(412)를 이용하여 스크린(140)에 2차원 투사될 변조광의 투사 범위를 미리 확대시킴으로써 상술한 문제점을 해결할 수 있고, 디스플레이 장치를 소형화할 수 있는 이점이 있게 된다. 다만, 투사 렌즈(412)는 본 실시예에서와 같이 반드시 광 가이드 판에 구비될 필요는 없으며, 스캐너(130)와 스크린(140) 사이에 구비될 수도 있음은 물론이다.
위에서는 녹색 레이저 다이오드(450)로부터 출력되는 광이 시준되고, 길이 방향으로 확대되고, 높이 방향으로 집광되어, 광변조기(120)로 출사된 후, 광 가이드 판(400)의 투사 렌즈(412)를 통하여 스캐너(130)로 재출사 되는 광 가이드 과정에 대하여 설명하였다.
그러나 본 발명의 광 가이드 판(400)은 녹색 레이저 다이오드(450)의 출력광만을 가이드 하는 것은 아니다.
적색 및 청색 레이저 다이오드(460, 470)의 출력광도 이와 동일하게 가이드 할 수 있다. 다만 적색 및 청색 레이저 다이오드(460, 470)의 출력광은 녹색 레이저 다이오드(450)에서 출력되는 광과는 달리 광 가이드 판(400) 내부의 시준 영역(402, 404)을 거치게 하여 시준할 필요 없이 각 레이저 다이오드(450, 460, 470)의 출력단에 시준 렌즈를 추가하여 시준된 광이 광 가이드 판(400)에 입사되도록 할 수 있다. 이는 녹색 레이저 다이오드(450)에 비하여 적색 및 청색 레이저 다이오드(460, 470)의 광 출력의 시준 특성이 양호하기 때문이다.
또한 녹색 레이저 다이오드(450)의 경우 청색 및 적색 레이저 다이오드(460,470)에 비하여 부피가 클 수 있다. 따라서, 녹색, 청색 및 적색 레이저 다이오드(450, 460, 470)를 광 가이드 판(400)의 녹색광 진입부를 향하도록 배치하기 위해서는 디스플레이 장치 내부의 각 레이저 다이오드(450, 460, 470)의 배치가 문제가 생겨 디스플레이 장치의 소형화를 달성할 수 없게 된다.
따라서, 적색 및 청색의 레이저 다이오드(460, 470)로부터 입사되는 광이 광 가이드 판(400) 내부로 진입할 수 있는 각각의 적색광 진입부(422) 및 청색광 진입부(420)를 서로 다른 위치에 형성시켜 레이저 다이오드의 디스플레이 장치 내부의 공간효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
각각의 광 진입부(420, 422) 를 통하여 광 가이드 판(400) 내부로 진입한 광은 광 가이드 판(400)의 내부로 진입하기 이전에 시준된 상태이므로 광 가이드 판(400) 내부의 시준 영역(402, 404)에 반사될 필요가 없다. 따라서, 청색광 진입부(420) 및 적색광 진입부(422)의 위치는 광 가이드 판(400)의 높이 방향으로 시준 영역(402, 404)보다 아래가 될 수 있다.
시준 영역(402, 404)보다 아래인 적색광 진입부(422) 또는 청색광 진입부(420)를 통하여 입사된 적색 및 청색광은 녹색광의 경로와 동일하게 진행되면서 확대, 집광 및 출사된다.
다만 녹색, 적색 및 청색광은 동시에 입사될 수도 있으며 순차적으로 입사될수도 있다. 또한 녹색, 적색 및 청색광 진입부(418, 422, 420)의 위치는 상이할 수 있다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 가이드 판의 사시도이다.
도 4b를 참조하면 광 가이드 판(400)은 사다리꼴 형태를 취하고 있다. 또한 4b 및 도 4c의 X, Y 축을 참조하면 X는 길이 방향(가로 방향)을 의미하고 Y는 높이방향(세로방향)을 의미한다.
또한 도 4a 및 도 4b의 광 가이드 판(400)의 확대 영역(406, 408) 및 집광 영역(410)은 동일한 곡면의 형태(오목 또는 볼록)를 이루되, 도 4a에서 설명한 바와 같이 제조방법에 따라 음각 또는 양각으로 다양하게 제조될 수 있다. 따라서 도 4a와 도 4b에서 음각 또는 양각으로 나타내었다고 하더라도 이는 제조방법에 따른 차이일 뿐 그 기능에 있어서는 동일하게 길이방향으로 확대 또는 높이방향으로 균일하게 집광하는 영역에 해당한다. 따라서 이하에서는 설명의 편의를 위하여 광 가 이드 판(400), 확대 영역(406, 408), 집광 영역(410)에 대하여 동일한 식별번호를 사용하여 설명하도록 한다.
도 4a에서 설명한 바와 같이 광 가이드 판(400)은 상부에서부터 구면인 시준 영역(402, 404), 원통형인 확대 영역(406, 408), 집광 영역(410)이 순서대로 배열되어 차지하는 광 가이드 판(400)의 면적이 다르기 때문에 사다리꼴의 형태를 가진다.
물론 직사각형 형태의 광 가이드 판(400)에도 도 4a의 광 가이드 판(400) 내의 각 영역을 배치시킬 수 도 있다. 다만, 사다리꼴의 광 가이드 판(400)에 각 영역을 배치하는 경우 공간효율성이 높아져 디스플레이 장치 내부의 공간에 여유가 생기는 효과가 있다.
도 4b에서는 녹색 레이저 다이오드(450)로부터 입사되는 광만을 표시하였으나 적색 및 청색 레이저 다이오드로부터 입사되는 광을 가이드 할 수 있음은 도 4a에서 설명한 바와 같다.
녹색 레이저 광이 입사되는 면을 제1 면, 광변조기(120)로 광이 출사되는 면을 제2 면이라고 하면 시준 영역(402, 404)은 제1 면에 위치한다. 그러나 시준 영역(402, 404)은 TIR에 따라 제2 면에 배치될 수 도 있다.
시준 영역(402, 404)은 제1 면의 광 진입부를 통하여 광 가이드 판(400)에 입사되어 제2 면에 반사된 후 시준 영역(402, 404)에 입사되어 시준 된다. 도 4b와 같이 시준 영역(402, 404)이 복수개인 경우 전단의 시준 영역(402, 404)에 광이 입사되어 반사되고 제2 면에 반사된 후 시준 영역(402, 404)의 다른 부분에 다시 반 사되면서 광속이 평행한 시준광이 된다. 그러나 시준 영역(402, 404)의 개수가 이에 한정되는 것은 아니다.
시준된 광은 광 가이드 판(400)의 제1 면 및 제2 면을 지그재그 형식으로 반사하면서 확대 영역(406, 408)에 도달하게 된다.
확대 영역(406, 408)은 도 4a에서 설명한 바와 같이 원통형의 일부와 같은 형상을 하고 있다. 즉, 원통의 윗면과 아랫면이 높이방향으로 세운 원통 즉, 곡률 반경이 길이 방향인 원통형의 형상이다. 다만 곡률 반경의 중심은 제2 면의 외부에 있으므로 광 가이드 판(400)의 내부에서 바라본 경우 볼록(Convex)한 모양을 이룬다. 즉, 외부에서 광 가이드 판(400)의 일부를 퍼 낸 것과 같은 형상을 이룬다. 그러나 도 4a 및 4b에서 도시한 완전한 원통형의 형상은 본 발명의 일 실시예에 불과하고 내부로 길이방향으로 볼록한 경우에도 본 발명의 광 가이드 판(400)의 다른 실시예에 해당한다.
여기서 길이 방향은 도 4a에서 설명한 바와 같이 사다리꼴의 윗변과 아랫변의 길이 방향을 의미한다.
도 4b의 광 가이드 판(400)의 확대 영역(406, 408)은 복수개인데, 복수개의 확대 영역(406, 408)은 각각 사다리꼴의 아래로 내려갈수록 더 큰 곡률반경을 가지는 형상을 할 수 있다. 이 경우에는 광이 복수개의 확대 영역(406, 408)에 차례로 반사되면서 순차적으로 길이 방향으로 길어져 선형광의 형태를 이루게 된다. 그러나 시준 영역(402, 404)부와 마찬가지로 확대 영역(406, 408)의 개수가 이에 한정되는 것은 아니다.
확대 영역(406, 408)에 반사되어 선형광의 형태를 이루게 된 확대광도 높이 방향으로는 변화가 없으므로 일정 높이를 가지게 되고 선형에 더 가깝게 하기 위해서 제2 면에 위치한 집광 영역(410)에 도달하게 된다.
집광 영역(410)은 확대 영역(406, 408)과는 다르게 높이 방향으로 곡률반경을 가지는 원통형의 형태를 하고 있기 때문에 광이 집광 영역(410)에 반사되면 높이가 좁아지게 된다. 이는 도 2에서 설명한 D를 의미한다. 즉, 높이가 균일하도록 광을 집광하므로 높이가 균일하게 줄어들면서 광이 선형을 이루도록 한다. 그러나 도 4a 및 4b에서 도시한 완전한 원통형의 형상은 본 발명의 일 실시예에 불과하고 광 가이드 판(400)의 외부로 높이 방향으로 볼록한 형상의 경우도 본 발명의 광 가이드 판(400)의 다른 실시예에 해당한다.
따라서, 높이는 좁고 길이 방향은 긴 선형광이 생성된다. 이러한 선형광은 광변조기(120)에 입사시키기에 적당한 사이즈로 선형광을 생성한다. 즉, 광변조기(120)의 마이크로 미러의 배열이 차지하는 면적이 길이 8 mm, 높이 1 mm 인 경우에 예를 들어, 직경 2 mm의 레이저 출력광이 길이 방향으로 확대되고 높이 방향으로는 집광되어 길이 8 mm, 높이 1 mm의 선형광을 출력할 수 있는 것이다.
따라서, 선형광은 제1 출사부를 통하여 광변조기(120)로 입사되게 되고 광변조기(120)는 각 마이크로 미러의 동작에 의하여 변조된 변조광을 출력하게 된다.
출력되는 변조광은 광 가이드 판(400)으로 다시 입사하게 된다. 입사된 변조광은 광 가이드 판(400)의 내부와 제2 출사부에 위치하여 쌍을 이루는 투사렌즈를 거쳐 스캐너(130)로 입사된다.
스캐너(130)는 스크린(140)에 입사된 변조광을 수평으로 혹은 수직으로 주사함으로써 2차원 평면 영상을 완성하게 된다.
도 4c는 도 4b의 광 가이드 판의 제2 면에 반사 되는 광의 형상을 투영한 모습을 나타낸 도면이다.
도 4c를 참조하면, 입사된 레이저 광원이 시준 영역에서 시준 될 때까지는 동일한 크기의 광 형상 및 크기를 유지한다.
그러나 확대 영역에 반사하면서 순차적으로 길이 방향 확대가 이루어지고, 집광 영역에 반사되면서 높이가 줄어들어 광 가이드 판(400)의 하단으로 진행될수록 선형에 가까운 광의 형상으로 변한다.
따라서, 선형의 광이 광변조기(120)로 입사되어 광변조기(120)는 변조된 광을 출력할 수 있다.
도 4c에서는 도시하지 아니하였으나 광변조기(120)로부터 출력된 변조광이 광 가이드 판(400)으로 입력되어 투사렌즈를 거쳐 스캐너(130)로 입력되는 구성이 추가될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 광 가이드 판을 통과한 광의 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5a를 참조하면, 길이 방향으로 총 8 mm 의 범위내에서 0.5 내지 1에 해당하는 휘도값을 가진다. 휘도값은 선형광의 밝기를 나타내는 것으로 중앙의 밝기가 가장 밝으므로 1이라고 가정하였을 때 가장 가장자리의 휘도값은 중앙의 1/2에 해 당하는 0.5를 나타낸다.
이는 종래의 선형광 생성에 비하여 상당히 개선된 수치를 나타내는 것이다. 따라서, 광 가이드 판(400)으로부터 출력된 선형광이 입사되는 광변조기(120)의 중앙 부근의 마이크로 미러의 압전 전압과 가장자리의 마이크로 미러의 압전 또는 정전 전압을 상이하게 조정하면 균일한 변조광을 스크린(140)에 투사할 수 있게 된다.
또한, 도 4d를 참조하면 길이 방향으로는 대부분의 영역에서 0.1 미만의 낮은 휘도값을 가지며 중앙의 부분에서만 1의 휘도값을 가지는 것으로 나타난다.
즉, 1 mm 내의 범위에서만 높은 휘도값을 가지는데 이는 입력광의 직경이 길이 방향으로는 거의 변하지 않거나 또는 집광 렌즈(415)를 통하여 높이 방향으로 집광되었음을 의미하는 것이다.
따라서, 높은 Aspect ratio(영상의 길이높이비 또는 가로세로비)를 가지는 선형광이 출력되고 광변조기(120)의 마이크로 미러의 크기와 정확히 일치하는 선형광을 변조하여 높은 균일성을 가지는 투사영상을 생성할 수 있게 된다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광 가이드 판, 광원, 광변조기 및 스캐너의 배열을 나타낸 도면이다.
도 6a를 참조하면, 광 가이드 판(400)의 제1 면의 방향으로 녹색 레이저 광원이 광을 출력하는 것이 아니라 높이 방향으로 출력한다.
광 가이드 판(400)의 반사면은 도 4b에서 설명한 사다리꼴에 해당하는 제1 면 및 제2 면을 지그재그 형식으로 반사하면서 확대되기 때문에 광원으로부터의 광은 제1 면 또는 제2 면으로 입사되어야 한다.
이를 위하여 도 6a의 광 가이드 판(400)은 도 4의 녹색광 진입부 대신 굴절 프리즘(600)을 배치시킨다. 따라서, 녹색광은 녹색 레이저 광원으로부터 높이 방향으로 출력되었다고 하더라도 굴절 프리즘(600)을 통과하면서 수직으로 광경로가 변경되어 광 가이드 판(400)의 제1 면으로 입사되게 된다.
또한, 적색광 진입부(미도시) 및 청색광 진입부(미도시)를 도 4a와는 달리 광 가이드 판(400)의 제2 면에 모두 배치하여 적색 및 청색의 광이 모두 제2 면으로부터 입사되게 된다.
도 6b의 광 가이드 판(400)의 경우에는 적색광 진입부(미도시) 및 청색광 진입부(미도시)를 광 가이드 판(400)의 제1 면에 배치시켜 녹색, 적색 및 청색광이 모두 제1 면으로부터 입사된다.
도 6c의 광 가이드 판(400)의 경우에는 녹색, 적색 및 청색광이 모두 제1 면으로부터 입사되는 것은 동일하나, 광변조기(120)로 선형광이 출사되는 면이 제1 면이고 광변조기(120)로부터 입사된 변조광이 스캐너(130)로 입사되는 면은 제2 면이 된다.
도 6d의 광 가이드 판(400)의 경우에는 광변조기(120)로부터 광 가이드 판(400)에 입사된 변조광이 스캐너(130)로 출사되는 제2 출사부 대신 굴절 프리즘(610)을 배치시켜 광 가이드 판(400)의 높이 방향으로 아래에 위치한 스캐너(130)에 변조광을 입사시킬 수 있다.
도 6a 내지 도 6d의 변경이 가능한 것은 광 가이드 플레이트 내부에서 광이 제1 면 및 제2 면 사이를 지그재그 형식으로 반사되지만 입사각과 반사각이 동일하여 진행방향이 그대로 반복되기 때문에 용도에 따라서 광원(450), 광변조기(120), 스캐너(130) 등의 위치를 변경할 수 있다.
이러한 변경은 디스플레이 장치 내부의 기타 구성품과의 배치에 있어서 공간효율성을 극대화 할 수 있어 디스플레이 장치의 소형화에 크게 기여할 수 있다.
도 1은 종래의 투사형 디스플레이 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 가이드 판의 일부를 나타낸 도면.
도 3는 본 발명의 다른 일 실시예에 광 가이드 판의 일부를 나타낸 도면.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 가이드 판의 구성을 나타낸 도면.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 가이드 판의 사시도.
도 4c는 도 4b의 광 가이드 판의 제2 면에 반사 되는 광의 형상을 투영한 모습을 나타낸 도면.
도 5a는 광 가이드 판을 통과한 광의 특성을 나타낸 그래프.
도 5b는 광 가이드 판을 통과한 광의 특성을 나타낸 그래프.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 가이드 판, 광원, 광변조기 및 스캐너의 배열을 나타낸 도면.
도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광 가이드 판, 광원, 광변조기 및 스캐너의 배열을 나타낸 도면.
도 6c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 가이드 판, 광원, 광변조기 및 스캐너의 배열을 나타낸 도면.
도 6d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광 가이드 판, 광원, 광변조기 및 스캐너의 배열을 나타낸 도면.

Claims (22)

  1. 광을 지그재그(Zigzag)로 반사시켜 소정의 방향으로 진행시키는 광 가이드 판에 있어서,
    상기 광 가이드 판에 입사된 광을 반사시키고 상기 광을 길이 방향으로 확대하여 확대광을 만드는 확대 영역;
    상기 확대광을 높이 방향으로 균일하도록 집광하는 집광 영역;
    상기 집광 영역에 의해 집광된 확대광을 상기 광 가이드 판의 외부로 출사시켜 광변조기에 진입하도록 하는 제1 출사부; 및
    상기 광변조기에서 출력되어 상기 광 가이드 판으로 재진입한 변조광을 상기 광 가이드 판의 외부로 출사시키는 제2 출사부를 포함하는 광 가이드 판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 가이드 판은 서로 마주보고 상기 광이 지그재그로 반사되는 제1 면 과 제2 면을 구비하되,
    상기 집광 영역, 상기 제1 출사부 및 상기 제2 출사부는 각각 상기 제1 면 또는 상기 제2 면에 형성된 것을 특징으로 하는 광 가이드 판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 확대 영역은 상기 제1 면 또는 상기 제2 면 중 적어도 하나의 면에 형성된 것을 특징으로 하는 광 가이드 판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 변조광을 스크린에 투사할 수 있도록 확대하고, 상기 제2 출사부의 일면 또는 상기 광 가이드 판의 내부 중 적어도 어느 하나에 위치하는 투사 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 가이드 판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광을 시준(Collimating)하는 시준 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 가이드 판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광 가이드 판은 서로 마주보고 상기 광이 지그재그로 반사되는 제1 면과 제2 면을 구비하되,
    녹색 레이저 광은 상기 제1 면 또는 상기 제2 면 중 적어도 하나의 면에 형 성된 녹색광 진입부를 통하여 진입하는 것을 특징으로 하는 광 가이드 판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광 가이드 판은 서로 마주보고 상기 광이 지그재그로 반사되는 제1 면과 제2 면을 구비하되,
    적색 레이저 광 및 청색 레이저 광은 상기 제1 면과 제2 면 중 어느 하나에 구비된 적색광 진입부와 청색광 진입부를 통해 각각 진입하는 것을 특징으로 하는 광 가이드 판.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광 가이드 판은 서로 마주보고 상기 광이 지그재그로 반사되는 제1 면과 제2 면을 구비하되,
    적색 레이저 광은 상기 제1 면과 상기 제2 면 중 어느 하나에 구비된 적색광 진입부를 통해 진입하고,
    청색 레이저 광은 상기 제1 면 또는 상기 제2 면 중 다른 하나에 구비된 청색광 진입부를 통해 진입하는 것을 특징으로 하는 광 가이드 판.
  9. 제1항에 있어서,
    내부는 공기 또는 유리로 채워지는 것을 특징으로 하는 광 가이드 판.
  10. 제6항에 있어서,
    내부가 유리로 채워지고,
    상기 녹색광 진입부는 상기 제1 면 또는 상기 제2 면에 상기 광 가이드 판의 외부를 향하여 돌출된 면인 것을 특징으로 하는 광 가이드 판.
  11. 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    내부가 유리로 채워지고,
    상기 적색광 진입부 및 상기 청색광 진입부는 상기 제1 면 또는 상기 제2 면에 상기 광 가이드 판의 외부를 향하여 돌출된 면인 것을 특징으로 하는 광 가이드 판.
  12. 제6항에 있어서,
    내부가 공기로 채워지고,
    상기 녹색광 진입부는 상기 제1 면 또는 상기 제2 면에 형성된 틈인 것을 특 징으로 하는 광 가이드 판.
  13. 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    내부가 공기로 채워지고,
    상기 적색광 진입부 및 상기 청색광 진입부는 상기 제1 면 또는 상기 제2 면에 형성된 틈인 것을 특징으로 하는 광 가이드 판.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 제1 출사부 및 상기 제2 출사부는 상기 제1 면 또는 상기 제2 면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 광 가이드 판.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 제1 출사부는 상기 제1 면 또는 상기 제2 면 중 어느 하나의 면상에 형성되고,
    상기 제2 출사부는 상기 제1 면 또는 상기 제2 면 중 다른 하나의 면상에 형성된 것을 특징으로 하는 광 가이드 판.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 제2 출사부는 상기 변조광의 진행방향을 수직으로 변경하는 굴절 프리즘인 것을 특징으로 하는 광 가이드 판.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 확대 영역은 원통형이며,
    상기 원통형의 곡률은 길이 방향이고 상기 광 가이드 판 내부로 볼록(Convex)한 모양인 것을 특징으로 하는 광 가이드 판.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 집광 영역은 원통형이며,
    상기 원통형의 곡률은 높이 방향이고 상기 광 가이드 판 내부로 오목(Concave)한 모양인 것을 특징으로 하는 광 가이드 판.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 확대 영역은 복수 개로 이루어지고,
    상기 복수개의 확대 영역은 상기 입사된 광이 상기 복수개의 확대 영역에 순차적으로 반사되면서 순차적으로 길이 방향으로 확대되도록 각각 상이한 곡률반경을 갖는 것을 특징으로 하는 광 가이드 판.
  20. 제5항에 있어서,
    상기 시준 영역은 구면(Spherical surface) 또는 비구면(Aspheric surface) 인 것을 특징으로 하는 광 가이드 판.
  21. 제2항에 있어서,
    상기 제1 면 및 상기 제2 면이 사다리꼴인 것을 특징으로 하는 광 가이드 판.
  22. 광을 출력하는 레이저 광원;
    영상의 픽셀 정보를 실은 변조광을 출력하는 광 변조기;
    상기 변조광을 스크린에 주사하는 스캐너; 및
    상기 레이저 광원으로부터 출력된 광을 내부에서 지그재그(Zigzag)로 반사시켜 소정의 방향으로 진행시키면서 길이방향으로는 확대하고 높이방향으로는 균일하 도록 집광한 선형광을 상기 광변조기에 출력하고 상기 광변조기로부터 상기 변조광을 입력 받아 상기 스캐너로 출력하는 광 가이드 판을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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