KR20100045267A

KR20100045267A - 스펙클을 저감하기 위한 회절 광학 소자를 구비하는 레이저프로젝션 디스플레이 시스템

Info

Publication number: KR20100045267A
Application number: KR1020080104375A
Authority: KR
Inventors: 안승도; 빅토르 유로프; 아나톨리 렙척
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2008-10-23
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2010-05-03

Abstract

본 발명은 레이저프로젝션디스플레이시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 구성으로 스펙클을 저감할 수 있는 레이저프로젝션디스플레이시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명에 따르면, 소정 파장의 광빔을 출사하기 위한 광원부; 상기 출사된 광빔을 포커싱하기 위한 조명렌즈부; 상기 포커싱된 광빔을 변조하기 위한 광변조부; 상기 변조된 광빔을 평행광으로 변환하고 확대하는 투사렌즈부; 반사면에 대하여 수직하게 왕복 병진운동을 수행하는 일렬로 배열된 다수개의 마이크로미러를 구비하여 상기 투사렌즈부에서 입사되는 입사광의 위상을 변화시켜 다중 스펙클 패턴을 형성하여 출력하는 스펙클저감부; 및 상기 스펙클 저감부에서 출사되는 회절광을 스크린에 스캐닝하여 영상을 생성하기 위한 스캐닝부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙클을 줄이기 위한 회절광학소자를 구비하는 레이저프로젝션디스플레이시스템가 제공된다.

레이저, 프로젝션, 디스플레이, 회절광학소자, 스펙클, 광변조

Description

스펙클을 저감하기 위한 회절 광학 소자를 구비하는 레이저 프로젝션 디스플레이 시스템{Laser projection display system provided with a diffractive optical element for decreasing speckle}

레이저프로젝션디스플레이(Laser Projection Display)는 휴대폰, PDA, 미니 랩탑 디스플레이와 같은 소형의 핸드헬드(handheld) 기기에 연결하여, 예를 들어 벽이나 심지어 천장 등의 스크린에 크게 확대하여 보여주는 장치이다. 이러한 소형의 LPD 모듈이 적용되면 휴대폰이나 PDA 등에 들어 있는 멀티콘텐츠를 어느 곳에서나 크게 확대해 볼 수 있기 때문에 휴대폰이나 PDA로 볼 때 화면이 작아 답답했던 DMB 영상이나 영화, 교육, 게임 콘텐츠 등을 큰 화면으로 볼 수 있게 되며, 굳이 노트북에 프로젝터를 연결해 프리젠테이션을 하지 않아도 PDA 등으로 쉽게 프리젠테이션을 할 수 있다.

이러한 레이저프로젝션디스플레이는 간섭성의 빔(corherent beam)을 사용하 기 때문에 간섭현상에 의해 스펙클(speckle)이 발생하는 데, 스펙클은 간섭성의 레이저빔이 사물 표면에서 반사될 때 표면의 거칠기에 의하여 산란되는 빛이 사람의 눈에 들어와서 망막에 맺히게 되는 랜덤한 간섭패턴(interference pattern)으로, 영상에 스펙클이 나타나면 눈이 피로해진다.

이러한 레이저프로젝션디스플레이를 구비한 광학계에서 스펙클을 저감하거나 제거하는 기술들이 현재 많이 알려져 있으며, 그 일례로 「레이저 스펙클을 감소하기 위한 방법 및 장치」가 2001년 10월 4일자 국제특허출원 PCT/US2001/31418에 개시되어 있으며, 이를 도 6 내지 도 7에 도시하였다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 종래기술의 디스플레이시스템(40)은 디스플레이광학시스템(42)과 디스플레이전자시스템(44)을 포함하고 있다.

디스플레이광학시스템(42)은 레이저원(46), 조명광학시스템(48), 격자형광밸브(50), 쉴린더(Schlieren) 광학시스템(52), 파면변조기(54), 프로젝션/스캐닝광학시스템(56) 및 디스플레이스크린(58)을 포함하고 있으며, 디스플레이전자시스템(44)은 레이저원(46), 격자형광밸브(50) 및 프로젝션/스캐닝광학시스템(56)에 전기적으로 접속되어 있다.

레이저원(46)은 레이저 조명을 방사한다.

조명광학시스템(48)은 발산렌즈(74), 시준렌즈(76) 및 원통형렌즈(78)를 포함하며, 레이저 조명을 격자형밸브(50)에 포커싱한다.

격자형광밸브(50)는 선형픽셀어레이에 대한 회절된 광선 또는 반사된 광선을 형성하는 레이저 조명을 변조한다. 이때, 레이저조명(72)은 각 픽셀에 대해 +1 및 -1의 회절차수, D₊₁ 및 D_-1을 포함하는 회절된 광선 또는 반사된 광선 R을 형성하는 포커스라인을 따라 선형픽셀어레이로 변조된다.

쉴린더 광학시스템(52)은 제1,제2릴레이렌즈(82,84) 및 정지부(80)를 포함하며, 쉴린더 광학시스템(52)을 통과하기 위해 회절된 광선으로부터 반사된 광선을 구분하며, 정지부(80)에 의해 회절된 광선은 통과되고 반사된 광선은 정지된다.

파면변조기(54)는 라인 이미지에 적어도 부분적으로 직각으로 격자형 외형을 갖는 투과성회절격자를 포함하며, 라인 이미지 대역폭을 통해 위상을 변조한다.

프로젝션/스캐닝광학시스템(56)는 프로젝션렌즈(86)와 스캐닝미러(88)를 포함하며, 라인 이미지를 스크린(58)에 투영하고 스크린(58)에 2차원 이미지를 형성하기 위해 스크린(58)에 라인 이미지를 스캐닝한다.

상술한 구성을 갖는 디스플레이광학시스템(42)은 파면변조기(54)가 레이저 조명의 위상을 변화시켜 다중 스펙클패턴을 발생시킴으로써 스펙클을 감소시킨다. 여기서, 파면변조기(54)는 도 8과 같이 일면에 격자형외형(110)을 갖는 투과성회절격자가 요구된다.

그러나, 상술한 구성의 파면변조기(54)는 단차를 갖는 고정된 투과성회절격자를 사용하기 때문에 입사되는 입사광의 파장이 변화되는 경우에 효율적으로 작동하여 스펙클을 저감하기가 어렵다는 문제점이 있다.

즉, 종래 기술에 의한 파면변조기(54)는 일면에 투과성 회절격자가 기구적으로 형성되고 고정되기 때문에 입사광의 파장이 적색, 청색, 녹색으로 변화될 때 각 각의 파장별 광원에 적합하게 회절 패턴을 형성하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 회절격자의 단차의 변화가 가능하도록 하는 회절 광학 소자를 사용하여 서로 다른 파장의 입사광에 대하여 스펙클을 효과적으로 저감시킬 수 있도록 하는 디스플레이시스템을 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 소정 파장의 광빔을 출사하기 위한 광원부; 상기 출사된 광빔을 포커싱하기 위한 조명렌즈부; 상기 포커싱된 광빔을 변조하기 위한 광변조부; 상기 변조된 광빔을 평행광으로 변환하고 확대하는 투사렌즈부; 반사면에 대하여 수직하게 왕복 병진운동을 수행하는 일렬로 배열된 다수개의 마이크로미러를 구비하여 상기 투사렌즈부에서 입사되는 입사광의 위상을 변화시켜 다중 스펙클 패턴을 형성하여 출력하는 스펙클저감부; 및 상기 스펙클 저감부에서 출사되는 회절광을 스크린에 스캐닝하여 영상을 생성하기 위한 스캐닝부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 스펙클저감부는, 기판; 및 기판상에 이격되어 있으며 상하로 구동되고 리본형상의 박막으로 일렬로 배열된 다수개의 지지부와 상기 지지부의 상부에 형성되어 있으며 입사광을 반사하는 다수개의 마이크로 미러 그리고 상기 마이크로 미러를 상하로 구동시키는 구동체를 포함하는 다수의 액추에이팅 셀 을 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 구동체는, 상기 마이크로 미러를 상부 전극으로 하고, 기판에 형성되어 있는 박막의 하부 전극층을 포함하여 이루어지며, 상기 상부 전극과 하부 전극층에 전압을 인가하여 정전기력에 의해 상기 마이크로 미러를 구동하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 구동체는, 상기 실리콘 기판과 복수의 엘리멘트를 구비하며, 상기 엘리멘트는 막대 형상을 하고 있으며 중앙부분이 상기 실리콘 기판에 이격되어 위치하도록 양끝단의 하면이 각각 실리콘 기판에 부착되어 있고, 중앙 부분이 상하로 이동가능한 하부지지대; 하부지지대의 좌측단에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 제1 하부전극층; 제1 하부전극층에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 제1 압전 재료층;제1 압전 재료층에 적층되어 있으며 압전재료층에 압전 전압을 제공하는 제2 상부 전극층; 하부지지대의 우측단에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 제2 하부전극층; 제2 하부전극층에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 제2 압전 재료층; 제2 압전 재료층에 적층되어 있으며 제2 압전재료층에 압전 전압을 제공하는 제2 상부 전극층; 및 하부지지대의 중앙 부분의 상부에 형성되어 있는 마이크로 미러층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 액추에이팅 셀들은 2개 이상이 하나의 픽셀을 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 한쌍의 픽셀을 구성하는 상기 액추에이팅 셀들은 바커 코드 운동 타입으로 구동되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 종래 기술과 달리 모든 영역에서 무작위성을 가지고 레이저 광의 위상을 변조시킬 수 있으므로 여러 종류의 스펙클을 효율적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 실시간으로 마이크로미러의 반사각, 반사 깊이를 조정할 수 있으므로 하나의 제품으로도 여러 종류의 프로젝션 디스플레이 장치에 이용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 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.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스펙클을 저감하기 위한 회절광학소자를 구비하는 레이저프로젝션디스플레이시스템에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1a은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 레이저프로젝션디스플레이시스템의 개략적인 블럭도이고, 도 1b는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 레이저프 로젝션디스플레이 시스템의 광학계를 나타내는 개략도이다.

도 1a 와 도 1b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디스플레이시스템(100)은 광원부(110), 조명렌즈부(120), 광변조부(130), 투사렌즈부(140), 스펙클저감부(150), 스캐닝부(160), 구동부(170) 및 스크린부(180)를 포함한다.

광원부(110)는 소정 파장의 광빔을 출사한다.

조명렌즈부(120)는 광원부(110)로부터 출사되어 오는 광빔을 광변조부(130)로 포커싱하기 위한 것으로, 발산렌즈, 시준렌즈, 원통형렌즈 등의 다수의 렌즈를 포함할 수 있으며, 광빔의 폭을 증가시키고 콜리메이션하는 줌렌즈, 빔형성(beam shaper)소자 및 Y방향 확대 및 콜리메이션 후 X방향 라인 빔 조명을 가능하게 하는 렌즈를 포함한다.

광변조부(130)는 포커싱된 광빔을 변조하여 투사렌즈부(140)로 보내기 위한 것으로, 본 실시예에서는 1차원 회절형 광변조소자를 사용하였다.

투사렌즈부(140)는 광변조부(130)로부터 보내진 광빔을 평행광으로 변환시켜 스펙클저감부(150)로 보내기 위한 것으로, 릴레이렌즈(140a)와 투사렌즈(140b)로 구성되며 두 렌즈 사이에 중간이미지평면(intermediate image plane)을 형성한다.

스펙클저감부(150)는 회절격자의 단차에 대한 가변이 가능한 회절광학소자를 구비하여 투사렌즈부(140)에서 보내진 평행광에 대하여 다중 스펙클 패턴을 형성하여 스펙클을 저감할 수 있도록 한 것으로, 이때 사용되는 회절광학소자에 대하여는 도 2a 내지 도 5를 참조로 아래에 상세하게 설명할 것이다.

스캐닝부(160)는 스펙클이 저감된 평행광을 확대하여 스크린(180)에 투사한다.

구동부(170)는 스펙클저감부(150)에 연결되어 스펙클저감부(150)를 구동시킨다.

스펙클저감부(150)는 도 2a 와 도 2b에 도시한 회절격자를 구성하는 액추에이팅 셀(151b)의 가변이 가능한 회절광학소자(151)를 구비한다.

도 2a와 도 2b에 도시한 바와 같이, 회절광학소자(151)는 투사렌즈부(140)에서 입사된 선형광의 위상을 변화시켜 다중 스펙클 패턴을 발생시킴으로써 스펙클을 감소시키기 위한 것으로 소정 형상의 박막 구조를 갖는 다수의 액추에이팅 셀(151b)을 포함하여 구성된다.

이와 같은 회절광학소자(151)는 도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이, 기판(151a)과, 기판(151a)상에 이격되어 있으며 상하로 구동되고 리본 형상의 박막으로 이루어진 지지부(151ba)와 지지부(151bb)의 상부에 형성되어 있으며 입사광을 반사하는 마이크로 미러(151bb) 그리고 상기 지지부(151bb)를 상하로 이동시키는 구동체(미도시)를 포함하는 액추에이팅 셀(151b)로 이루어져 있다.

이때, 마이크로미러(151bb)는 입사되는 광신호에 대하여 반사 그리고 회절을 수행하여 입사광의 위상을 변화시켜 다중의 스펙클 패턴을 발생시키기 위한 것으로, 광반사 물질인 Al, Au, Ag, Pt, Au/Cr로 구성된다.

여기서, 회절광학소자(151)는 상기 액추에이팅 셀(151b)이 소정의 갯수로 그룹화된 픽셀(151c)단위로 구동되고, 상기 픽셀(151c)은 스크린에 영상을 형성하는 한 점(DOT)에 대응한다.

즉, 회절광학소자(151)는, 도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이, 소정 개수의 액추에이팅 셀(151b)을 포함하고, 1차원 형상으로 배열된 픽셀(151c)의 회절현상에 의거하여 형성되는 다중의 스펙클 패턴을 스크린에 주사시킴으로써 스펙클을 제거한다.

이때, 상기 픽셀(151c)을 구성하는 액추에이팅 셀(151b)은 4개로 구성된 형상만이 도시되어 있으나, 상기 픽셀(151c)을 구성하는 액추에이팅 셀(151b)이 4개로 한정되는 것은 아니며 적어도 2개 이상의 개수로 구성될 수 있다는 점에 유의하여야 한다(여기에서 픽셀(151c)을 2개 또는 4개로 형성한다는 것은, 2개의 액추에이팅 셀(151b)로 스크린에 한점의 영상을 형성하거나, 4개의 액추에이팅 셀(151c)로 스크린에 한점의 영상을 형성할 수 있다는 것을 의미한다).

이하, 도 3a 내지 도 5를 참조하여 회절광학소자의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.

회절광학소자(151)의 각 픽셀(151c)을 구성하는 액추에이팅 셀(151b)은 구동부(170)로부터 인가되는 구동신호의 유무에 의거하여 입사광을 반사시키는 반사미러로 동작하거나, 또는 소정의 회절계수를 갖는 회절광을 생성하는 가변 회절격자로서 동작하거나, 또는 입사광의 광경로를 변경시키는 경사진 가변 회절격자로 동작하거나, 본 발명과 같이 입사광의 위상을 변화시켜 다중 스펙클 패턴을 형성하여 스펙클을 저감하도록 동작한다.

즉, 회절광학소자(151)는 소정 개수의 액추에이팅 셀(151b)로 구성된 각 픽 셀(151c)의 회절 현상에 의하여 발생하는 회절광, 보다 구체적으로는 0차, +1차, -1차 및 고차의 회절계수를 갖는 회절광을 생성시키는 것이 가능하고, 여기서는 설명의 편의를 위하여 0차 회절빔에 연동하여 동작하는 액추에이팅 셀(151b)의 구동에 대하여 설명한다.

먼저, 회절광학소자(151)를 구성하는 각 픽셀(151c)은 구동부(170)에서 구동신호가 인가되지 않는 상태에서 수평 방향의 단일광이 입사되는 경우, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 픽셀(151c)을 구성하는 액추에이팅 셀(151b) 상호간에 단차가 형성되지 않아 회절현상이 초래되지 않도록 하고, 이에 의하여 상기 단일광을 입사 방향에 대하여 동일한 방향으로 반사시키는 0차 회절광을 형성한다.

그러나, 구동부(170)로부터 구동력이 인가되는 경우, 회절광학소자(151)를 구성하는 각 픽셀(151c)은, 도 3b에 도시된 바와 같이, 구동력에 연동하여 상·하 방향으로 변화하거나 또는 변화하지 않는 액추에이팅 셀(151c)의 구성 변화에 의거하여 가변 회절 격자를 형성하고, 이에 의거하여 외부로부터 입사된 단일광에 대한 회절을 수행하여 소정의 회절계수를 갖는 회절광을 형성한다.

또는, 구동부(170)로부터 구동신호가 인가되는 경우, 회절광학소자(151)를 구성하는 각 픽셀(151c)은, 도 3c에 도시된 바와 같이, 구동 신호에 연동하여 상·하 방향으로 변화하거나 또는 변화하지 않는 액추에이팅 셀(151c)의 구성 변화에 의거하여 계단형의 가변형 회절격자를 형성하고, 이에 의거하여 외부로부터 입사된 입사광에 대하여 1차 회절광을 형성하여 출사한다.

한편, 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이 회절광학소자(151)는 구동 부(170)로부터 구동 신호가 인가되는 경우에 바커 코드 운동 타입(Barker code movement)으로 회절광학소자(151)를 구성하는 각 픽셀(151c)을 구동할 수 있다.

그러면, 회절광학소자(151)는 구동력에 연동하여 상·하 방향으로 변화하거나 또는 변화하지 않는 액추에이팅 셀(151c)의 구성 변화에 의거하여 입사광의 위상을 변화시켜 다중 스펙클 패턴을 형성하여 스펙클을 저감할 수 있다.

여기에서, 바커 코드란 자기자신과의 내적의 절대값은 크면서 1 비트만 시프트해도 절대값이 작아지는 코드로 시프트되기전의 코드와 1비트 시프트된 코드가 서로 간의 상관관계가 거의 없는 코드를 말한다. 따라서, 이러한 바커 코드와 일치하게 회절광학소자(151)의 액추에이팅 셀(151c)를 구동하면, 서로 간의 상관관계가 거의 없어 스펙클을 효과적으로 제거할 수 있다.

이와 같은 바커 코드 운동 타입의 일예로 4개의 픽셀에서 변화되기 전의 상태를 0이라고 하고, 변화된 후의 상태를 1이라고 할 때, 1000(도 4a 상태)-0100(도 4b의 상태)-0010(도 4c의 상태)-00001(도 4d의 상태)의 순서로 변화시키는 경우를 상정할 수 있다.

이렇게 되면, 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이 4개의 픽셀중에 3개의 픽셀은 반사미러로 동작하고, 1개의 픽셀만이 가변 회절격자로 동작하여 입사되는 입사광의 위상을 변화시킬 수 있으며, 순차적으로 1000-0100-0010-00001의 순서로 변화되기 때문에 서로 다른 위상 변화를 가지는 다중 스펙클 패턴을 형성하는 것이 가능하다.

일반적으로 스펙클은 복수개의 서로 연관되지 않은 스펙클 패턴에 의해 감소 될 수 있다고 알려져 있다. 따라서, 위에서 설명한 바와 같이 액추에이팅 셀(151c)의 구성 변화에 의거하여 입사광의 위상을 변화시켜 다중 스펙클 패턴을 형성할 수 있다면 스펙클을 저감할 수 있을 것이다.

특히, 회절광학소자(151)의 4개의 액추에이팅 셀중에서 3개의 액추에이팅 셀은 반사미러로 동작하고, 1개의 액추에이팅 셀만이 가변 회절격자로 동작하기 때문에 입사되는 입사광의 영상을 변화시키지 않는 가운데 입사되는 입사광의 일부의 위상만을 변화시켜 다중 스펙클 패턴을 형성함으로 스펙클을 크게 저감할 수 있는 것이다.

여기에서, 회절광학소자(151)의 바커 코드 운동은 일예로 1프레임의 한 화소에 대한 광변조부(130)의 해당 픽셀의 변조가 완료되는 시간동안 바커 코드 운동의 일회 운동을 완료하도록 구현할 수 있다.

이렇게 한다면 광변조부(130)의 각각의 픽셀의 일회 구동에 의해 형성되는 화소에 다중 스펙클 패턴을 부가할 수 있어 스펙클 저감 효과를 증대시킬 수 있다.

물론, 또 다른 예로 바커 코드 운동의 각 코드를 1프레임 동안 유지하도록 할 수도 있다. 즉, 이 경우에는 사람의 시력의 인지 속도를 고려한 것으로 바커 코드 운동의 각 코드를 1프레임동안 유지하고 그 다음 프레임에 다른 코드로 변화시켜도 사람의 눈은 인지속도가 느려 바커 코드 운동의 2개 이상의 코드의 변화를 종합하여 인식하기 때문에 스펙클 저감 효과를 얻을 수 있다.

한편, 위에서는 액추에이팅 셀을 바커 코드 운동 타입으로 구동하는 예를 설명하였지만 서로간의 상관관계가 작아지도록 할 수 있다면 다양한 변형이 가능하 다. 일예로 4개의 픽셀에서 변화되기 전의 상태를 0이라고 하고, 변화된 후의 상태를 1이라고 할 때, 1100-0011의 순서로 변화시켜 두개의 액추에이팅 셀이 동시에 구동되도록 할 수 있으며, 1110-1001-1010-0111의 순서로 변화시켜 일예로 다른 방식으로 변화시킬 수 있다.

한편, 회절광학소자(151)의 구동방식은 정전기력, 정자기력, 압전 방식등 여러가지 방식을 사용하여 구현가능하다.

도 5는 도 2a와 도 2b의 회절광학소자로서 압전 재료를 이용한 구동방식에 의한 압전형 회절 광변조기의 예시도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 압전형 회절 광변조기는 실리콘 기판(220)(도 2a와 도 2b의 기판에 대응됨)과, 복수의 액추에이팅 셀(222a~222n)을 구비하고 있다. 실리콘 기판(220)은 액추에이팅 셀(222a~222n)에 이격 공간을 제공하기 위하여 함몰부를 구비하고 있으며, 절연층(221)이 상부 표면에 증착되어 있고, 함몰부의 양측에 액추에이팅 셀(222a~222n)의 단부가 부착되어 있다.

각각의 액추에이팅 셀(여기에서는 도면부호 222a에 대해서만 자세히 설명하지만 나머지 222b~222n도 동일하다)는 리본 형상을 하고 있으며 중앙부분이 실리콘 기판(220)의 함몰부에 이격되어 위치하도록 양끝단의 하면이 각각 실리콘 기판(220)의 함몰부를 벗어난 양측지역에 부착되어 있고, 실리콘 기판(220)의 함몰부에 위치한 부분이 상하로 이동가능한 하부지지대(223a)(도 2a와 도 2b의 지지부에 대응됨)를 포함한다.

또한, 액추에이팅 셀(222a)는 하부지지대(223a)의 좌측단에 적층되어 있으 며, 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(224a)와, 하부 전극층(224a)에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(225a)와, 압전 재료층(225a)에 적층되어 있으며 압전재료층(225a)에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(226a)을 포함하고 있다.

또한, 액추에이팅 셀(222a)는 하부지지대(223a)의 우측단에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 하부전극층(224a')과, 하부 전극층(224a')에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전 재료층(225a')과, 압전 재료층(225a')에 적층되어 있으며 압전재료층(225a')에 압전 전압을 제공하는 상부 전극층(226a')을 포함하고 있다.

여기에서, 하부전극층과 압전재료층 그리고 상부 전극층을 포함하는 구성은 도 2a와 도 2b 와 관련하여 설명된 구동체에 해당한다.

또한, 액추에이팅 셀(222a)는 입사광을 반사하기 위한 마이크로 미러(227a)를 포함하고 있다.

이러한, 액추에이팅 셀(222a~222n)는 서로 인접하는 일예로 4개의 액추에이팅 셀(222a~222d)이 하나의 픽셀을 형성하여 바커 코드 운동 타입으로 구동되어 다중 스펙클 패턴을 형성하여 스펙클을 저감시킨다.

한편, 위에서는 액추에이팅 셀의 구동체로 압전재료층을 사용하는 방법에 대하여 설명하였지만, 이와 달리 기판에 하부 전극층을 형성하고 마이크로 미러를 상부 전극층으로 하여 하부전극층과 상부 전극층에 전압을 인가하여 지지부를 구동하는 정전기 방식도 가능하다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조로 스펙클을 줄이기 위한 회절광학소자를 구비하는 레이저프로젝션디스플레이시스템에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정, 변경 및 다양한 변형실시예가 가능함은 당업자에게 명백하다.

도 1a은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 레이저프로젝션디스플레이시스템의 개략적인 블럭도이고, 도 1b는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 레이저프로젝션디스플레이 시스템의 광학계를 나타내는 개략도.

도 2a는 도 1의 스펙클저감부에 설치되는 회절광학소자의 단면도이고, 도 2b는 도 1의 스펙클저감부에 설치되는 회절광학소자의 평면도.

도 3a은 도 2a와 도 2b의 회절광학소자가 반사미러로 동작하는 상태를 나타내는 개략도이고, 도 3b 는 도 2a와 도 2b의 회절광학소자가 가변 회절격자로 동작하는 상태를 나타내는 개략도이고, 도 3c는 도 2a와 도 2b의 회절광학소자가 가변 경사 회절격자로 동작하는 상태를 나타내는 개략도.

도 4a 내지 도 4d는 도 2a와 도 2b의 회절광학소자가 다중 스펙클 패턴을 형성하기 위한 동작 상태를 나타내는 개략도.

도 5는 도 2의 회절광학소자로서 압전 재료를 이용한 구동방식에 의한 압전형 회절 광변조기의 예시도.

도 6은 종래기술의 레이저프로젝션디스플레이시스템의 개략적인 블럭도.

도 7은 도 6의 프로젝션디스플레이시스템의 개략도.

도 8은 도 6 및 도 7의 파면변조기에 설치되는 투과성 회절격자의 개략적인 단면도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

100 : 디스플레이시스템 110 : 광원부

120 : 조명렌즈부 130 : 광변조부

140 : 투사렌즈부 150 : 스펙클저감부

151 : 회절광학소자 151a: 기판

151b: 액추에이팅 셀 151ba : 지지부

151bb : 마이크로 미러 151c : 단위 픽셀

160 : 스캐닝부 170 : 구동부

180 : 스크린

Claims

소정 파장의 광빔을 출사하기 위한 광원부;

상기 출사된 광빔을 포커싱하기 위한 조명렌즈부;

상기 포커싱된 광빔을 변조하기 위한 광변조부;

상기 변조된 광빔을 평행광으로 변환하고 확대하는 투사렌즈부;

반사면에 대하여 수직하게 왕복 병진운동을 수행하는 일렬로 배열된 다수개의 마이크로미러를 구비하여 상기 투사렌즈부에서 입사되는 입사광의 위상을 변화시켜 다중 스펙클 패턴을 형성하여 출력하는 스펙클저감부; 및

상기 스펙클 저감부에서 출사되는 회절광을 스크린에 스캐닝하여 영상을 생성하기 위한 스캐닝부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙클을 저감하기 위한 회절광학소자를 구비하는 레이저프로젝션디스플레이시스템.
제1항에 있어서, 상기 스펙클저감부는,

기판; 및

기판상에 이격되어 있으며 상하로 구동되고 리본형상의 박막으로 일렬로 배열된 다수개의 지지부와 상기 지지부의 상부에 형성되어 있으며 입사광을 반사하는 다수개의 마이크로 미러 그리고 상기 마이크로 미러를 상하로 구동시키는 구동체를 포함하는 다수의 액추에이팅 셀을 구비하여 이루어진 스펙클을 저감하기 위한 회절 광학소자를 구비하는 레이저프로젝션디스플레이시스템.
제2항에 있어서, 상기 구동체는,

상기 마이크로 미러를 상부 전극으로 하고,

기판에 형성되어 있는 박막의 하부 전극층을 포함하여 이루어지며,

상기 상부 전극과 하부 전극층에 전압을 인가하여 정전기력에 의해 상기 마이크로 미러를 구동하는 것을 특징으로 하는 스펙클을 저감하기 위한 회절광학소자를 구비하는 레이저프로젝션디스플레이시스템.
제2항에 있어서,

상기 구동체는,

상기 실리콘 기판과 복수의 엘리멘트를 구비하며,

상기 엘리멘트는 막대 형상을 하고 있으며 중앙부분이 상기 실리콘 기판에 이격되어 위치하도록 양끝단의 하면이 각각 실리콘 기판에 부착되어 있고, 중앙 부분이 상하로 이동가능한 하부지지대;

하부지지대의 좌측단에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 제1 하부전극층;

제1 하부전극층에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하 여 상하 구동력을 발생시키는 제1 압전 재료층;

제1 압전 재료층에 적층되어 있으며 압전재료층에 압전 전압을 제공하는 제2 상부 전극층;

하부지지대의 우측단에 적층되어 있으며, 압전 전압을 제공하기 위한 제2 하부전극층;

제2 하부전극층에 적층되어 있으며 양면에 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 제2 압전 재료층;

제2 압전 재료층에 적층되어 있으며 제2 압전재료층에 압전 전압을 제공하는 제2 상부 전극층; 및

하부지지대의 중앙 부분의 상부에 형성되어 있는 마이크로 미러층을 포함하여 이루어진 스펙클을 저감하기 위한 회절광학소자를 구비하는 레이저프로젝션디스플레이시스템.
제1항 내지 4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 액추에이팅 셀들은 2개 이상이 하나의 픽셀을 구성하는 것을 특징으로 하는 스펙클을 저감하기 위한 회절광학소자를 구비하는 레이저프로젝션디스플레이시스템.
제5항에 있어서, 한쌍의 픽셀을 구성하는 상기 액추에이팅 셀들은 바커 코드 운동 타입으로 구동되는 것을 특징으로 하는 위한 스펙클을 저감하기 위한 회절광학소자를 구비하는 레이저프로젝션디스플레이시스템.