KR970008387B1 - Optical path regulating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 종래 바이모프형 광로조절장치.1 is a conventional bimorph optical path control device.
제2도는 본 발명의 일실시에에 따른 전단모드 광로조절장치.2 is a shear mode optical path control apparatus according to an embodiment of the present invention.
제3도는 (A) 및 (B)는 전단모드 광로조절장치의 작동예를 도시한 단면도.3 is a cross-sectional view showing an example of the operation of the shear mode optical path control device (A) and (B).
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
31 : 기판32,33 : 제1 및 제2 도선패턴31 substrate 32, 33 first and second lead pattern
35 : 변형부37,38 : 제1 및 제2 전극35 deformable portion 37, 38 first and second electrode
39 : 액츄에이터40 : 거울39: actuator 40: mirror
42 : 광로조절장치42: optical path control device
본 발명은 투사형 화상표시장치용 광로조절장치에 관한것으로서, 특히 압전세라믹의 전단변형(shear strain)을 이용하여 제조가 간단하고 화소의 집적도를 향상시킬수 있는 전단모드(shear mode) 광로조절장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an optical path control device for a projection image display device, and more particularly, to a shear mode optical path control device that is simple to manufacture by using shear strain of piezoceramic and can improve pixel integration. will be.
화상표시장치는 표시방식에 따라 직시형 화상표시장치와 투사형 화상표시장치로 구부된다. 직시형 화상표시장치는 CRT(Cathode Ray Tube)등이 있는데, 이러한 CRT 화상표시장치는 화질이 좋으나 화면이 커짐에 따라 중량 및 두께의 증가와, 가격이 비싸지만 문제점이 있어 대화면을 구현하는데 한계가 있다. 투사형 화상표시장치 대화면 액정표시장치(Liquid Crystal Display : 이하 LCD라 칭함)등이 있는데, 이러한 대화면 LCD는 박형화가 가능하여 중량을 작게할수 있다.The image display apparatus is bent into a direct view type image display apparatus and a projection type image display apparatus according to the display method. The direct view type image display device includes a CRT (Cathode Ray Tube). The CRT image display device has good image quality but increases in weight and thickness as the screen is enlarged, and is expensive. have. Projection type image display apparatus There is a large screen liquid crystal display device (hereinafter referred to as LCD), and such a large screen LCD can be thinned and its weight can be reduced.
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.However, such LCDs have a high loss of light due to the polarizing plate, and thin film transistors for driving the LCD are formed for each pixel, so that there is a limit in increasing the aperture ratio (light transmission area).
이러한, LCD의 단점을 보완하고자 미합중국 Aura사에서 액츄에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Arrays : 이하 AMA라 칭함)를 이용한 투사형 화상표시장치가 개발되었다. AMA를 이용한 투사형화상표시 장치는 광원에서 발광된 백색광을 적색, 녹색 및 청색의 광속(light beam)등으로 분리한후, 이 광속들을 액츄에이터들의 변형에 의해 기울어지는 거울들에 각각 반사시켜 광로(light path)들을 조절하고, 이 광속들의 광량을 조절하여 화면으로 투사시키므로서 화상을 나타낸다. 상기 AMA는 구동방식에 따라 액츄에이터가 M×1개인 1차원 AMA와 M×N개인 2차원 AMA로 구분된다. 상기에서 액츄에이터는 압전물질이나 전왜물질로 이루어지는 변형부와 전극들을 포함하여 전계발생시 변형되어 상부에 있는 거울을 기울어지게 한다.In order to make up for the shortcomings of LCDs, a projection type image display apparatus using Actuated Mirror Arrays (hereinafter referred to as AMA) has been developed by Aura, USA. A projection image display device using AMA separates white light emitted from a light source into red, green, and blue light beams, and then reflects these light beams on mirrors inclined by the deformation of actuators, respectively. paths, and adjusts the amount of light beams to project on the screen to display an image. The AMA is classified into a one-dimensional AMA having an M × 1 actuator and a two-dimensional AMA having an M × N according to a driving method. The actuator includes a deformable part and electrodes formed of a piezoelectric material or a warping material, and deforms at an electric field to tilt the mirror on the top.
제1도는 종래의 투사형화상표시장치의 광로조절장치(10)의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of an optical path control device 10 of a conventional projection image display device.
상기 광로조절장치(10)은 기판(11), 액츄에이터(14) 및 거울(23)을 포함한다.The optical path control apparatus 10 includes a substrate 11, an actuator 14, and a mirror 23.
상기 기판(11)은 유리 또는 Al2O3등의 절연물질로 이루어지며 화소들마다 박막 트랜지스터들(도시되지 않음)을 가지고 표면에 매트릭스(matrix) 형태의 도선패턴(13)이 형성되어 있다. 또한, 기판(11)은 단결정실리콘웨이퍼로 형성될수도 있다.The substrate 11 is made of an insulating material such as glass or Al 2 O 3, and has thin film transistors (not shown) for each pixel, and a conductive pattern 13 having a matrix shape is formed on a surface thereof. In addition, the substrate 11 may be formed of a single crystal silicon wafer.
액츄에이터(14)는 상기 제1 및 제2변형부들(15)(17)과 신호 및 공통전극들(19)(21)로 이루어진다. 상기에서 제1 및 제2변형부들(15)(17)은 "L"자 모양을 가지며 거울상으로 배치되어 철(凸)모양으로 기판(11)상에 실장되어 있다. 상기 제1 및 제2변형부들(15)(17)은 압전세라믹으로 이루어져 있으며, 상부에 거울(23)이 위치되어 있다. 제1 및 제2변형부들(15)(17)은 사이에 신호전극(19)이 이 신호전극(19)과 마주보는 표면에 공통전극(19)들이 형성되어 있다. 상기에서 제1 및 제2변형부들(15)(17)은 신호전극(19)과 수직을 이루는 한방향으로 분극(polarization)되어있다. 신호전극(19)은 도선패턴(13)과 전기적으로 접속되어 있으며, 공통전극(21)들은 외부 도선패턴(도시되지 않음)에 의해 인접하는 광로조절수단의 공통전극들과 접속되어 있다.The actuator 14 is composed of the first and second deformation parts 15 and 17 and the signal and common electrodes 19 and 21. In the above, the first and second deformation parts 15 and 17 have an "L" shape and are disposed in a mirror image and mounted on the substrate 11 in an iron shape. The first and second deformable parts 15 and 17 are made of piezoelectric ceramics, and a mirror 23 is positioned at an upper portion thereof. The common electrodes 19 are formed on the surface of the first and second deformation parts 15 and 17 where the signal electrode 19 faces the signal electrode 19. The first and second deformation parts 15 and 17 are polarized in one direction perpendicular to the signal electrode 19. The signal electrode 19 is electrically connected to the conductive line pattern 13, and the common electrodes 21 are connected to common electrodes of adjacent optical path control means by an external conductive pattern (not shown).
또한, 신호 및 공통전극들(19)(21)은 금속 등의 도전성물질로 형성되며 신호전압시 제1 및 제2변형부들(15)(17)을 변형시킨다. 즉, 예를들면, 제1변형부(15)에서 제2변형부(17) 방향으로 분극된 상태에서 신호전극(19)에 신호전압을 인가하면 분극방향과 전계방향은 제1변형부(17)에서 일치하지 않고 제2변형부(19)에서 일치한다. 그러므로, 제1변형부(15)는 수평방향으로 수축하고 수직방향으로 팽창하며, 제2변형부(17)는 수평방향으로 팽창하고 수직방향으로 수축한다. 따라서, 거울(23)은 제1변형부(15)에서 제2변형부(17) 방향으로 기울어져 경사각을 갖는다. 상기에서 거울(23)의 경사각은 제1 및 제2변형부들(15)(17)의 상부의 길이에 비례하고, 두께의 제곱에 반비례한다. 그러므로, 거울(23)의 경사각을 크게하여 광로조절범위를 크게하기 위해서는 제1 및 제2변형부들(15)(17)상부의 두께를 작게하거나 높이를 크게해야 한다.In addition, the signal and the common electrodes 19 and 21 are formed of a conductive material such as metal, and deform the first and second deformation parts 15 and 17 when the signal voltage is applied. That is, for example, when a signal voltage is applied to the signal electrode 19 in a state in which the first deformation unit 15 is polarized in the direction of the second deformation unit 17, the polarization direction and the electric field direction are the first deformation unit 17. ) Does not coincide, but coincides in the second deformation unit 19. Therefore, the first deformable portion 15 contracts in the horizontal direction and expands in the vertical direction, and the second deformed portion 17 expands in the horizontal direction and contracts in the vertical direction. Accordingly, the mirror 23 is inclined in the direction of the second deformation portion 17 from the first deformation portion 15 to have an inclination angle. The angle of inclination of the mirror 23 is in proportion to the length of the upper portion of the first and second deformations 15 and 17 and inversely proportional to the square of the thickness. Therefore, in order to increase the optical path control range by increasing the inclination angle of the mirror 23, the thickness of the upper parts of the first and second deformation parts 15 and 17 should be reduced or increased.
상술한 종래 투사형화상표시장치의 광로조절수단은 다층세라믹의 소결시 온도가 전극의 용융점보다 높으므로 전극형성이 어려운 문제점이 있었다. 또한, 거울의 경사각을 크게하기 위해 변형부 상부의 두께를 얇게하고 높이를 크게하여야 하기 때문에 집적도를 높이기가 어려운 문제점이 있었다.The optical path control means of the conventional projection image display device described above has a problem in that electrode formation is difficult because the temperature of the multilayer ceramic is higher than the melting point of the electrode. In addition, in order to increase the inclination angle of the mirror, it is difficult to increase the degree of integration because the thickness of the upper part of the deformation part must be made thinner and the height must be increased.
따라서, 본 발명의 목적은 압전세라믹의 전단변형 특성을 이용한 전단모드 광로조절장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a shear mode optical path control device using the shear deformation characteristics of the piezoelectric ceramic.
본 발명의 다른 목적은 제조가 간단하고 화소의 집적도를 향상시킬수 있는 전단모드 광로조절장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a shear mode optical path control apparatus that is simple to manufacture and can improve the degree of integration of pixels.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전단모드 광로조절장치는 트랜지스터들을 가지며 표면에 외부단자들과 각각 접속되는 제1 및 제2도선패턴들이 형성된 기판과, 상기 기판상에 하부면이 부착되어 위치하는 y축상으로 분극된 육면체의 변형부와, 상기 변형부의 넓은 양측변에 상기 제1 및 제2도선패선들과 전기적으로 접속되게 형성되어 상기 변형부에 x축상에 전계를 발생시키는 제1 및 제2전극들을 갖는 액츄에이터와, 상기 제1전극 또는 제2전극의 표면에 부착되어 있는 거울을 구비한다.A shear mode optical path control apparatus according to the present invention for achieving the above objects is a substrate having a transistor having a first and a second conductor pattern connected to the external terminals on the surface, respectively, and the bottom surface is attached to the substrate The first and second wires that are electrically connected to the first and second conductive wires on both sides of the deformed part and the wider sides of the deformed part to generate an electric field on the x-axis. An actuator having two electrodes and a mirror attached to the surface of the first electrode or the second electrode are provided.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
제2도는 본 발명의 일실시예에 따른 전단모드 광로조절장치(42)의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of the shear mode optical path control device 42 according to an embodiment of the present invention.
광로조절장치(42)는 기판(31), 액츄에이터(39) 및 거울(40)을 포함한다.The optical path control device 42 includes a substrate 31, an actuator 39 and a mirror 40.
기판(31)은 표면에 박막 트랜지스터들(도시되지 않음)과 매트릭스 형상의 제1 및 제2도선패턴들(32)(33)이 형성된 유리 또는 Al2O3등의 절연물질로 이루어진다. 또한, 상기 기판(31)은 트랜지스터들이 내장된 단결정실리콘웨이퍼로 이루어질수도 있다. 제1 및 제2도선패턴들(32)(33)은 외부단자들과 접속되는 것으로, 제1도선패턴(32)이 화상신호가 인가되는 외부단자들과 접속된다면 제2도선패턴(33)은 공통접지되는 외부단자와 접속된다.The substrate 31 is made of an insulating material such as glass or Al 2 O 3 on which thin film transistors (not shown) and matrix-shaped first and second conductive patterns 32 and 33 are formed. In addition, the substrate 31 may be formed of a single crystal silicon wafer in which transistors are embedded. The first and second conductive patterns 32 and 33 are connected to external terminals. If the first conductive pattern 32 is connected to external terminals to which an image signal is applied, the second conductive patterns 33 may be connected to the external terminals. It is connected to the external terminal which is commonly grounded.
액츄에이터(39)는 직육면체의 변형부(35)와 제1 및 제2전극들(37)(38)로 이루어져 기판(31)의 상부에 부착된다. 변형부(35)는 BaTiO3, PZT(Pb(Zr,Ti)O3) 또는 PLZT(Pb,La)(Zr,Ti)O3) 등의 압전세라믹으로 이루어지며 y축의 어느 한방향으로 분극(polarization)된다. 상기 제1 및 제2전극들(37)(38)은 금, 구리, 니켈(Li) 또는 크롬(Cr)으로 이루어지면 변형부(35)의 양측면의 전면에 형성된다. 또한, 제1 및 제2전극들(37)(38)은 제1 및 제2도선패턴들(32)(33)과 전기적으로 연결된다. 상기에서, 제1전극(37)은 제1도선패턴(32)과 연결되므로 화상신호가 인가되는 신호전극이 되고, 제2전극(38)은 제2도선패턴(33)과 연결되므로 공통접지전극이 된다. 그러므로, 화상신호에 의해 제1전극(37)과 제2전극(38) 사이에 전위차에 의한 전계가 발생되면, 변형부(35)는 분극방향의 표면과 전계방향의 측면이 맞닿는 모서리와 이 모서리의 대각선에 있는 모서리가 전단변형된다. 이때, 변형부(35)는 상부표면과 하부표면이 평행을 유지하게 되며 하부표면이 기판(31)에 부착되어 있으므로 변형부 측면의 기울어짐 정도가 커지게 된다. 상기에서, 변형되는 정도는 전계의 세기에 비례하고, 제1전극(37)과 제2전극(38) 사이의 거리에 반비례한다.Actuator 39 is formed of a deformable portion 35 of the rectangular parallelepiped and the first and second electrodes 37, 38 and attached to the upper portion of the substrate 31. The deformable portion 35 is made of piezoelectric ceramics such as BaTiO 3 , PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ) or PLZT (Pb, La) (Zr, Ti) O 3 ), and has polarization in one direction of the y-axis. )do. When the first and second electrodes 37 and 38 are made of gold, copper, nickel (Li), or chromium (Cr), the first and second electrodes 37 and 38 are formed on the front surfaces of both sides of the deformation part 35. In addition, the first and second electrodes 37 and 38 are electrically connected to the first and second conductive patterns 32 and 33. In the above description, since the first electrode 37 is connected to the first conductive line pattern 32, the first electrode 37 is a signal electrode to which an image signal is applied, and the second electrode 38 is connected to the second conductive line pattern 33. Becomes Therefore, when an electric field due to a potential difference is generated between the first electrode 37 and the second electrode 38 by the image signal, the deformable portion 35 has an edge where the surface in the polarization direction and the side in the electric field contact with each other. The corners at the diagonal of are sheared. At this time, the deformable portion 35 maintains the upper surface and the lower surface in parallel, and the lower surface is attached to the substrate 31, so that the degree of inclination of the deformed portion side is increased. In the above, the degree of deformation is proportional to the intensity of the electric field, and inversely proportional to the distance between the first electrode 37 and the second electrode 38.
거울(40)은 광원(도시되지 않음)에서 방사되는 광을 반사하기 위한 것으로 액츄에이터(39)의 제1전극(37) 또는 제2전극(38)에 부착되어 있다. 거울(40)은 A1 등을 스퍼터링하여 형성되며 액츄에이터(39)의 변형에 의해 경사지게 된다. 그러므로, 입사되는 광에 대해 반사광의 경로를 변화시키게 된다.The mirror 40 is for reflecting light emitted from a light source (not shown) and is attached to the first electrode 37 or the second electrode 38 of the actuator 39. The mirror 40 is formed by sputtering A1 or the like and is inclined by the deformation of the actuator 39. Therefore, the path of the reflected light is changed with respect to the incident light.
제3도 (A) 내지 (B)도는 제2도에 도시된 광로조절장치(42)의 작동예를 도시한 단면도이다.3A to 3B are sectional views showing an example of the operation of the optical path control device 42 shown in FIG.
제3도 (A) 변형부(35)가 y방향으로 분극되어 있고, 제1전극(37)과 제2전극(38) 사이에 양(+)의 화상신호가 인가되어 -x 방향으로 전계가 형성된 것을 도시한다. 상기에서 변형부(35)는 상부표면과 좌측면이 맞닿는 좌측상부 모서리가 -x 방향으로 전단변형된다.3A, the deformable portion 35 is polarized in the y direction, and a positive image signal is applied between the first electrode 37 and the second electrode 38 so that an electric field is generated in the -x direction. Show what is formed. In the above-described deformation part 35, the upper left corner where the upper surface and the left surface abut the shear deformation in the -x direction.
제3도 (B)는 변형부(35)가 y방향으로 분극되어 있고, 제1전극(37)과 제2전극(38) 사이에 음(-)의 화상신호가 인가되어 x 방향으로 전계가 형성된 것을 도시한다. 상기에서 변형부(35)는 상부표면과 우측면이 맞닿는 우측상부 모서리가 x 방향으로 전단변형된다.3B, the deformable portion 35 is polarized in the y direction, and a negative (-) image signal is applied between the first electrode 37 and the second electrode 38 to generate an electric field in the x direction. Show what is formed. In the above-described deformation part 35, the upper right corner of the upper surface and the right side contacting each other is sheared in the x direction.
상술한 바와같이 기판에 부착되는 직육면체이고 y축상의 어느 한방향으로 분극된 변형부와, 이 변형부의 양측면에 형성된 제1 및 제2전극들을 포함하는 액츄에이터가 x축상의 어느 한방향으로 전계가 발생되면, 변형부는 분극방향에 있는 표면과 전계방향에 있는 측면이 맞닿는 모서리와 이 모서리의 대각선에 있는 모서리가 전단변형되어 제1전극 또는 제2전극의 표면에 부착되어 있는 거울을 경사지게 한다.As described above, when an actuator including a rectangular parallelepiped attached to a substrate and polarized in one direction on the y axis and the first and second electrodes formed on both sides of the deformation part generates an electric field in one direction on the x axis, The deformable part is sheared at the edge where the side in the polarization direction and the side in the electric field are in contact with each other, and the edge at the diagonal of the edge is sheared to incline the mirror attached to the surface of the first electrode or the second electrode.
따라서, 본 발명은 압전세라믹의 전단변형 특성을 이용하는 것으로 변형부를 내부에 전극을 형성하지 않으므로 제조가 간단하고 화소의 집적도를 향상시킬수 있는 잇점이 있다.Accordingly, the present invention utilizes the shear deformation characteristics of the piezoelectric ceramics, so that the electrode is not formed inside the deformable portion, so that the manufacturing is simple and the integration degree of the pixel can be improved.
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