KR970003451B1 - 투사형화상표시장치의 광로조절기 - Google Patents

투사형화상표시장치의 광로조절기 Download PDF

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Abstract

내용없음.

Description

투사형화상표시장치의 광로조절기
제1도는 종래의 투사형화상표시장치의 광로조절기의 단면도
제2도는 제1도에 도시된 광로조절기의 동작을 설명하는 개략도
제3도는 본 발명에 따른 투사형화상표시장치의 광로조절기의 단면도
제4도는 제3도에 도시된 광로조절기의 동작을 설명하는 개략도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
31 : 구동기판 33 : 액츄에이터어레이
35, 37 : 제1 및 제2변형부 39 : 신호전극
41, 43 : 제1 및 제2바이어스전극 45 : 절연층
47 : 홈 49 : 거울
50 : 광로조절기
본 발명은 투사형화상표시장치의 광로조절기에 관한 것으로서, 특히, 거울의 경사각을 증가시켜 광로의 조절범위를 크게 하는 투사형 화상표시장치의 광로조절기에 관한 것이다.
화상표시장치는 표시방식에 따라 직시형 화상표시장치와 투사형 화상표시장치로 구분된다. 직시형 화상표시장치는 CRT(Cathode Ray Tube)등이 있는데, 이러한 CRT 화상표시장치는 화질이 좋으나 화면이 커짐에 따라 중량 및 두께의 증가와, 가격이 비싸지는 문제점이 있어 대화면을 구현하는데 한계가 있다. 투사형화상표시장치는 대화면 액정 표시장치(Liquid Crystal Display : 이하 LCD라 칭함)등이 있는데, 이러한 대화면 LCD는 박형화가 가능하여 중량을 작게 할 수 있다. 그러나, 이러한 LCD는 편광판에 의한 광의 손실이 크고, LCD를 구동하기 위한 박막 트랜지스터가 화소마다 형성되어 있어 개구율(광의 투과면적)을 높이는데 한계가 있으므로 광의 효율이 매우 낮다.
이러한, LCD의 단점을 보완하고자 미합중국 Aura사에서 액츄에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Arrays : 이하 AMA라 칭함)를 이용한 투사형 화상표시장치가 개발되었다. AMA를 이용한 투사형화상표시장치는 광원에서 발광된 백색광을 적색, 녹색 및 청색의 광속(light beam)등으로 분리한 후, 이 광속들을 액츄에이터들의 변형에 의해 기울어지는 반사경들에 각각 반사시켜 광로(light path)들을 조절하고, 이 광속들의 광량을 조절하여 화면으로 투사시킴으로써 화상을 나타낸다. AMA는 구동방식에 따라 액츄에이터가 M×1개인 1차원 AMA와 M×N개인 2차원 AMA로 구분된다. 상기에서 액츄에이터는 압전물질이나 전왜물질로 이루어지는 변형부와 전극들을 포함하며 전계발생시 변형되어 상부에 있는 거울을 기울어지게 한다.
제1도는 종래의 투사형화상표시장치의 광로조절기(10)의 단면도이다.
상기 광로조절기(10)는 구동기판(11), 액츄에이터어레이(13) 및 거울(29)들을 포함한다.
구동기판(11)은 전연물질로 이루어지며 M×N개의 트랜지스터들(도시되지 않음) 이 매트릭스(matrix) 형태로 내장되어 있다. 또한, 구동기판(11)의 표면에 트랜지스터들과 전기식으로 연결된 패드들(도시되지 않음)이 형성되어 있다.
액츄에이터어레이(13)는 제1 및 제2변형부들(15), (17), 신호전극(19), 제1 및 제2바이어스 전극들(21), (23)과 절연층(25)으로 이루어진 M×N개의 단위 액츄에이터(점선으로 표시)들이 배열되어 있다. 제1 및 제2변형부들(15), (17)은 수직축을 따라 서로 반대 방향으로 분극된 압전세라믹, 또는 전왜세라믹으로 형성되어 있다. 제1 및 제2변형부들(15), (17)은 한 몸체를 이루나 'U'자의 홈(27)들에 의해 상부가 분리되어 있으며 인접하는 액츄에이터들의 제2 및 제1변형부들(17), (15)과 연결되어 있다.
상기 제1 및 제2변형부들(15), (17)의 하부 표면에 신호전극(19)들과, 상부 표면에 제1 및 제2바이어스 전극들(21), (23)이 형성되어 있다. 신호전극(19)들은 상기 구동기판(11)의 패드들과 접촉되며 인접하는 액츄에이터들의 신호전극(19)들과 이격되어 각각의 화상신호가 입력된다. 제1 및 제2바이어스전극들(21), (23)은 인접하는 액츄에이터들의 제2 및 제1바이어스전극들(23), (21)과 공통으로 각각의 바이어스전압이 인가된다. 또한 상기 제1 및 제2바이어스 전극들(21), (23)의 표면상에 절연층(25)들이 형성되어 있다. 상기 절연층(25)들은 거울(29)들을 지지하기 위한 것으로 홈(27)들의 중심쪽으로 돌출되며 이웃하는 절연층(25)들과 분리되어 있다.
거울(29)들을 'T'자형들을 이루며 절연층(25)들에 지지되고, 이 절연층(25)들에 의해 제1 및 제2바이어스전극들(21), (23)과 절연된다.
상술한 광로조절기(10)에 의해 광로(light path)가 조절된 광속들에 의해 자연스러운 화상을 형성하기 위해 인접하는 액츄에이터들의 거울(29)들은 동일한 방향으로 구동되어야 한다. 그러기 위해서는 외부로부터 입력되는 화상신호들을 소정 액츄에이터들에는 그대로 입력시키고, 인접하는 나머지 액츄에이터들에는 위상을 반전시켜 입력시킨다.
제2도는 제1도에 도시된 광로조절기(10)의 동작을 설명하는 개략도이다.
상기 광로조절기(10)의 제1 및 제2변형부들(15), (17)이 전왜세라믹으로 형성되어 있으면 제1 및 제2바이어스 전극들(21), (23)은 위상이 반대이고 세기가 동일한 소정의 바이어스전압이 각각 인가된다. 그러므로, 상기에서 언급된 트랜지스터들 및 패드들을 통해 외부회로(도시되지 않음)로부터 소정세기로 화상신호가 입력되면 제1 및 제2변형부들(15), (17)은 상기 각각의 바이어스전압과 화상신호의 차에 비례하게 수직방향으로 팽창된다. 상기에서, 화상신호는 (-)의 바이어스전압과 같거나 크고, (+)의 바이어스전압 보다 작거나 같은데, 화상신호가 OV의 전위로 입력되면 제1 및 제2변형부들(15), (17)은 전위차가 동일하여 시작되는 정도가 동일하므로 거울(29)들이 경사지지 않는다. 그러나, 화상신호가 OV 이외의 전위가 입력되면 제1 및 제2변형부들(15), (17)의 전위차가 다르게 되어 수직방향으로 신장되는 정도가 다르므로 거울(29)들이 경사지게 된다.
상기에서 제1 및 제2변형부들(15), (17)의 전 표면상에 제1 및 제2바이어스전극들(21), (23)이 형성되어 있으므로 신호전극(19)에 화상신호가 인가되면 제1 및 제2바이어스전극들(21), (23)과 신호전극(19)의 사이에 전계가 각각 균일하게 발생된다. 그러므로, 제1 및 제2변형부들(15), (17)은 표면들이 경사지지 않고 평탄하게 수직방향으로 팽창되며, 이에 의해 상기 절연층(25)들로 평탄을 유지한다. 따라서, 제2바이어스전극(23)에 인가되는 바이어스 전압과 동일한 전위를 갖는 화상신호가 상기 신호전극(19)에 입력되면 제1변형부(15)는 전위차에 의해 소정높이(δ1)만큼 팽창된다.
상기에서 제1변형부(15)는 상부 표면이 경사지지 않고 평탄하게 팽창되는데, 그 표면상에 형성되어 있는 절연층(25)도 상부표면이 경사지지 않고 평탄하게 소정높이(δ1)만큼 수직이동 된다.
그러므로, 상기 거울(29)은 제1변형부(15)쪽은 위로, 제2변형부(17)쪽은 아래로 이동하여 제2변형부(17)쪽으로 각도(θ1)만큼 경사지게 된다. 또한, 신호전극(19)에 제1바이어스전극(21)에 인가되는 바이어스전압과 동일한 전위를 갖는 화상신호가 입력되면 거울(29)은 제1변형부(15)쪽으로 각 (θ1)만큼 경사지게 되는데, 상기 경사각 (θ1)은
식(1)
이 된다. 상기에서 x는 절연층(25) 사이의 폭이다.
상술한 광로조절기는 제1 및 제2바이어스전극들이 이웃하는 액츄에이터들의 제2 및 제1바이어스전극들과 각각 공통을 이루므로 인접하는 액츄에이터들의 거울들을 동일한 방향으로 구동시켜야 한다.
그러나, 상기 인접하는 거울들을 동일한 방향으로 경사지도록 구동시키기 위해서는 외부로부터 입력되는 화상신호를 소정 액츄에이터들의 신호전극들에 위상을 반전시켜 입력시켜야 하므로 구동회로가 복잡해지는 문제점이 있었다. 또한, 변형부들과 인접하는 액츄에이터들의 연결된 변형부들이 공통 바이어스전극을 가지므로 구동시 상호 간섭이 큰 문제점이 있었다. 그리고, 거울들은 변형부들이 신장됨으로써 생기는 높이의 차이에 의해 경사각이 조절되므로 구동범위가 작은 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 동일한 위상의 화상신호에 의해 거울들이 동일한 방향으로 경사지도록 하여 구동회로가 간단한 투상형화상표시장치의 광로조절기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 인접하는 액츄에이터들의 연결된 변형부들이 각각의 바이어스전극들을 갖도록 하여 구동시 상호간섭을 줄일 수 있는 투사형화상표시장치의 광로조절기를 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 거울들의 경사각을 크게 하여 구동범위가 큰 투사형화상표시장치의 광로조절기를 제공함에 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 투사형화상표시장치의 광로조절기는 트랜지스터들이 내장되고 표면에 상기 트랜지스터들과 전기직으로 연결된 패드들을 가지는 구동기판과; 상기 구동기판에 실장되고, 상부에 형성된 U자의 홈에 의해 구분되는 제1 및 제2변형부들과, 상기 제1 및 제2변형부들의 하부 표면에 형성되며 상기 트랜지스터들 중 소정 트랜지스터와 접촉되는 신호전극과, 상기 제1 및 제2변형부들의 상부 표면에 형성된 제1 및 제2바이어스전극들과, 이 제1 및 제2바이어스전극들의 상부에 상기 홈의 상부로 돌출되도록 형성된 절연층들로 이루어진 액츄에이터의 제1 및 제2변형부들과 제1 및 제2바이어스전극들이 인접하는 액츄에이터들의 제2 및 제1 변형부들과 연결되고 제2 및 제1 바이어스전극들이 서로 분리되어 매트릭스 형태로 배열된 액츄에이터어레이와; 상기 액츄에이터들의 절연층들에 하부가 부착되어 지지되며 한 몸체를 이루는 상부가 평탄하여 반사면을 이루는 거울을 구비한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제3도는 본 발명의 일실시예에 따른 투사형화상표시장치의 광로조절기(50)의 단면도이다.
상기 광로조절기(50)는 구동기판(31), 액츄에이터어레이(3) 및 거울(49)들을 포함한다.
구동기판(31)은 M×N개의 트랜지스터들(도시되지 않음)이 매트릭스 형태로 형성된 유리 또는 알루미나 등의 절연물질이나, 또는, 단결정 실리콘 등의 반도체로 이루어진다. 또한, 구동기판(37)은 표면에 트랜지스터들과 전기적으로 연결된 패드들(도시되지 않음)을 갖는다.
액츄에이터어레이(33)는 M×N개의 단위 액츄에이터(점선으로 표시)들로 이루어진다. 상기 단위 액츄에이터들은 제1 및 제2변형부들(35), (37), 신호전극(39), 제1 및 제2바이어스전극들(41), (43)과 절연층(45)으로 이루어진다. 제1 및 제2변형부들(35), (37)은 BaTiO3, PZT(Pb(Zr, Ti)O3) 또는 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O3)등의 압전세라믹, 또는 PMN(Pb(Mg, Nb)O3)등의 전왜세라믹이 30∼50㎛ 정도 두께로 이루어지며 U자의 홈(47)들에 의해 상부가 분리되나 하부에서 한 몸체를 이룬다. 상기에서 제1 및 제2변형부들(35), (37)이 압전세라믹으로 형성되면 수직축을 따라 서로 반대방향으로 분극된다. 상기 제1 및 제2변형부들(35), (37)은 인접하는 액츄에이터들의 제1 및 제2변형부들(35), (37)과 연결된다. 홈(47)들은 10∼20㎛ 정도의 깊이로 형성된다.
상기 제1 및 제2변형부들(35), (37)의 하부표면에 홈(47)들이 중앙에 위치하도록 신호전극(39)들이, 상부표면에 제1 및 제2바이어스전극들(41), (43)이 알루미늄, 구리 또는 니켈 등의 도전성 금속으로 각각 0.5∼2㎛ 정도의 두께로 형성된다. 상기 신호전극(39)들은 상기 구동기판(31)의 패드들과 접촉되며 인접하는 액츄에이터들의 신호전극(39)들과 분리되어 화상신호가 인가된다. 또한 제1 및 제2바이어스 전극들(35), (37)은 액츄에이터들의 상부 표면의 홈(47)들 쪽에 소정 폭으로 형성되어 인접하는 액츄에이터들의 제1 및 제2바이어스전극(35), (37)들과 분리되어 각각 바이어스 전압이 인가된다. 그리고, 제1 및 제2바이어스전극들(41), (43)은 2∼4㎛ 정도의 두께를 가지는 절연층(45)들로 도포된다. 상기에서 절연층(45)들은 제1 및 제2바이어스전극들의 표면 뿐만 아니라 홈(47)들쪽으로 소정부분 돌출되어 이웃하는 절연층(45)들과 2∼4㎛ 정도 이격된다.
상술한 액츄에이터어레이(33)는 구동기판(31)의 상부에 실장되는데, 구동기판(31)의 패드들과 신호전극(39)들이 접촉되도록 전도성 접착제에 의해 부착되어 실장된다.
상기 액츄에이터들의 상부에 하부가 홈(47)들의 상부에서 서로 이격된 절연층(45)들에 의해 지지되는 'T'자형의 거울(49)들이 실장된다.
거울(49)들은 알루미늄(Al)등의 금속으로 1.5∼5㎛ 정도의 두께로 형성되며 절연층(45)들에 의해 제1 및 제2바이어스전극들(41), (43)과 절연된다.
제4도는 제3도에 도시된 광로조절기(50)의 동작을 설명하는 개략도이다.
상기 광로조절기(50)에서 제1 및 제2변형부들(35), (37)이 전왜세라믹으로 형성되었다면 제1 및 제2바이어스전극들(41), (43)은 위상이 반대이고, 세기가 동일한 소정의 바이어스 전압들이 인가된다.
그러므로, 신호전극(39)들에 트랜지스터들 및 패드들을 통해 외부회로(도시되지 않음)로 소정세기의 화상신호가 입력되면 제1 및 제2변형부들(35), (37)은 제1 및 제2바이어스전극들(41), (43)을 통해 인가되는 각각의 바이어스전압들과 화상신호의 차에 비례하여 +수직 방향으로 팽창된다. 상기에서, 화상신호는 (-)의 바이어스전압과 같거나 크고, (+)의 바이어스전압보다 작거나 같다. 상기에서 제1 및 제2바이어스전극들(41), (43)에 각각의 소정 바이어스전압들이 인가된 상태에서 신호전극(39)을 통해 화상신호가 입력되면 제1 및 제2변형부들(35), (37)은 제1 및 제2바이어스전극들(41), (43)과 신호전극(39) 사이에 동일 또는 반대방향으로 전계들이 발생된다.
제1 및 제2바이어스전극들(41), (43)의 폭이 좁으므로 전계들이 집중되어 그 부분만이 신장된다. 즉, 화상신호가 OV가 전위로 입력되면 전계가 제1 및 제2바이어스전극들(41), (43)을 중심으로 발생되어 제1 및 제2변형부들(35), (37)은 그 부분들이 수직축을 따라 동일하게 신장되어 거울(49)들이 경사지지 않는다. 그러나, 화상신호가 OV 이외의 전위가 입력되면 제1 및 제2바이어스전극들(41), (43)과 신호전극(39) 사이의 전위차들이 다르게 되어 제1 및 제2변형부들(35), (37)의 신장되는 정도가 다르게 된다. 상기에서, 화상신호의 전위가 제2바이어스전극(43)에 인가되는 바이어스전압과 동일하게 신호전극(39) 입력되면 제1변형부(35)는 제1바이어스전극(41)에 인가되는 바이어스전압과 화상신호의 전위차에 의해 제1바이어스전극(41)이 형성되어 있는 부분만이 소정높이(δ1)만큼 수직이동된다. 이때, 상기 제1변형부(35)는 제1바이어스전극(41)이 형성되어 있지 않는 부분이 신장되지 않아 제1변형부(35)의 상부표면이 경사지게 되며 인접하는 액츄에이터의 제2변형부(37)와 상호간섭을 하지 않는다. 그러므로, 절연층(45)은 경사짐과 동시에 상기 높이(δ1)만큼 수직이동 된다. 그러나, 홈(47)들 쪽으로 돌출된 절연층(45)의 끝단은 상기 높이(δ1)보다 소정 높이(δ2) 더 수직이동 된다. 그러므로, 상기 절연층(45)들의 양끝단에 지지되는 거울(49)들이 하부는 제1변형부(35)쪽 부분이 제2변형부(37)쪽 부분보다 소정높이(δ3=δ1+δ2)가 높게 된다. 따라서, 상기 거울(49)의 상부 표면은 제2변형부(37)쪽으로 소정 경사각(θ2)만큼 경사지게 된다. 상기에서 절연층(45) 사이의 폭을 x라 하면 경사 각(θ2)는
식(2)
이 된다. 상기에서 δ3=δ1+δ2이므로 식(2)는
식(3)
이 된다. 상기 식(1)을 식(3)에 대입시키면
식(4)
가 된다. 그러므로 경사각(θ2)은 제1변형부(35)가 수직으로 신장된 성분보다 절연층(45)의 끝단이 수직이동된 높이(δ2)에 의한 성분만큼 더 크게 된다. 또한, 상기 신호전극(39)에 제1바이어스 전극(41)에 인가되는 전압과 동일한 화상신호가 입력되면 거울(49)은 제1변형부(35) 쪽으로 각(θ2)만큼 경사지게 된다.
그리고, 상기 제1 및 제2변형부들(35), (37)이 압전세라믹으로 형성된다면, 제1 및 제2바이어스전극들(41), (43)을 접지시킨다. 그러므로, 신호전극(39)에 화상신호를 입력시키면 신호전극(39)과 제1 및 제2변형부들(41), (43)사이의 제1 및 제2변형부들(35), (37)에 동일한 방향의 전계가 발생된다. 상기에서 제1 및 제2변형부들(35), (37)이 수직축을 따라 서로 반대의 방향으로 분극되어 있으므로 전계와 분극의 방향이 일치되는 것은 수직축을 따라 신장되고, 반대인 것을 수직축을 따라 수축되어 거울(49)을 경사지게 한다.
상술한 광로조절기는 제1 및 제2변형부들의 상부 표면에 형성된 제1 및 제2바이어스전극들을 폭을 좁게 하여 이웃하는 액츄에이터들의 제2 및 제1바이어스전극들과 연결되지 않도록 분리하여 동일한 위상을 갖는 화상신호를 입력시키면 신호전극과 제1 및 제2바이어스전극사이에만 전계가 집중되며 거울들이 동일한 방향으로 구동된다.
따라서, 본 발명은 동일한 위상의 화상신호에 의해 거울들이 동일한 방향으로 경시지므로 구동회로가 간단한 이점이 있다. 그리고, 본 발명은 바이어스전극들이 인접하는 액츄에이터들의 바이어스전극들과 분리되어 전계들이 집중되므로 하부의 변형부들이 상호 간섭하지 않으며, 또한 변형부들은 바이어스전극들이 형성된 부분만 변형되어 표면이 경사지므로 거울들은 수직방향의 변형량 뿐만 아니라 절연층들의 끝단의 수직 이동된 높이에 의해 경사각이 증가되므로 구동범위가 커지는 이점이 있다.
상술한 바와 같이 본 발명을 바람직한 실시예를 중심으로 설명 및 도시되었으나, 본 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양하게 변형 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 트랜지스터들이 내장되고 표면에 상기 트랜지스터들과 전기적으로 연결된 패드들을 가지는 구동기판과; 상기 구동기판에 실장되고, 상부에 형성된 U자의 홈에 의해 구분되는 제1 및 제2변형부들과 상기 제1 및 제2변형부들의 하부 표면에 형성되며 상기 트랜지스터들중 소정 트랜지스터와 접촉되는 신호전극과 상기 제1 및 제2변형부들의 상부 표면에 형성된 제1 및 제2바이어스전극들과, 이 제1 및 제2바이어스전극들의 상부에 상기 홈의 상부로 돌출되도록 형성된 절연층으로 이루어진 액츄에이터의 제1 및 제2변형부들과 제1 및 제2바이어스전극들이 인접하는 액츄에이터들의 제2 및 제1변형부들과 연결되고 제2 및 제1바이어스 전극들이 서로 분리되어 매트릭스 형태로 배열된 액츄에이터어레이와; 상기 액츄에이터의 절연층들에 하부가 부착되어 지지되며 한 몸체를 이루는 상부가 평탄하여 반사면을 이루는 거울을 구비한 투사형화상표시장치의 광로조절기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2변형부들이 PMN등의 전왜세라믹으로 이루어진 투사형화상표시장치의 광로조절기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2바이어스전극들에 위상이 다른 동일한 세기의 소정의 바이어스전압이 각각 인가되고, 상기 신호전극에 상기 소정의 바이어스전압 사이의 전위를 가지는 화상신호가 입력되는 투사형화상표시장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2변형부들이 PZT, PLZT 또는 BaTiO3등의 압전 세라믹으로 이루어진 투사형화상표시장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2바이어스전극들이 전지전압이 인가되는 투사형화상표시장치.
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