KR100220675B1

KR100220675B1 - 투사형 화상표시장치

Info

Publication number: KR100220675B1
Application number: KR1019940028335A
Authority: KR
Inventors: 양진세
Original assignee: 전주범; 대우전자주식회사
Priority date: 1994-10-31
Filing date: 1994-10-31
Publication date: 1999-09-15
Also published as: US5541679A; KR960016514A; CN1058598C; JPH08254662A; CN1135609A; US5669687A

Abstract

본 발명은 투사형 화상표시장치에 관한 것으로서, 고휘도의 백색광을 방사하는 광원과, 상기 광원에서 방사된 백색광을 소정형상으로 만들어 통과시키는 소스스토퍼, 상기 소정 형상을 이루는 백색광을 x축을 따라 소정 각도를 꺽어 반사시키는 반사거울과, 상기 백색광을 단위 화소별로 광로를 조절하여 반사하는 광로조절기와, 상기 백색광이 결상되며 구멍에 비례하여 백색광을 통과시키는 투사스토퍼와, 상기 투사스토퍼에 결상시키는 필드렌즈와, AMA 면을 광분리기면에 일대일 대응되도록 결상시켜주는 릴레이 렌즈와 : 도달한 백색광을 적색, 녹색 및 청색으로 분리시켜주는 광분리기와 : 상기 광분리기를 통과한 광을 화면에 투사시켜주는 투사렌즈를 구비한다. 따라서, 본 발명은 종전의 광분리기에서 산란광과 반사광으로 인한 휘도대비의 저하와 노이즈를 제거할 수 있다. 또한, 광로차에 의한 광량조절 특성이 저하되는 것을 방지한다.

Description

투사형 화상표시장치

제1도는 종래의 투사형 화상표시장치를 개략적으로 도시한 도면.

제2도는 제1도의 요부를 발췌하여 개략적으로 도시한 측면도.

제3도는 본 발명의 실시예에 따른 투사형 화상표시장치의 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 투사형 화상표시장치 110 : 광원

130 : 소스렌즈 150 : 소스스토퍼

170 : 구멍 190 : 거울

210 : 필드렌즈 230 : 광로조절기

250 : 구동기판 270 : 액츄에이터

290 : 거울 310 : 투사스토퍼

330 : 구멍 350 : 릴레이렌즈

370 : 광분리기 390 : 투사렌즈

410 : 화면

본 발명은 투사형 화상표시장치에 관한 것으로서, 특히, 단판식 액츄에이터 미러 에레이(Actuated Mirror Array : 이하 'AMA'라 칭함)에 있어서 색의 순도 및 광효율을 향상시킬 수 있는 투사형 화상표시장치에 관한 것이다.

일반적으로, 화상표시장치는 표시방법에 따라 직시형 표시장치와 투사형 표시 장치로 구분된다. 직시형 화상표시장치는 음극선관(Cathode Ray Tube : 이하 CRT 라 칭함)등이 있는데, CRT는 화상의 가변성, 고속성, 세밀성에서 우수한 장치이다. 그러나, CRT는 구조상 표시면의 면적에 비해서 점자빔의 주사길이가 길어 소형 및 경량화가 어렵다. 또한, 저전압 및 저전력화에는 한계가 있고 이들 결점은 CRT를 다른 전자 장치의 일부에 내장이 어렵다.

한편, 디지탈 시대의 정보 표시 장치로는 화면이 변형이 없는 상을 표시해야 하는 중요성이 증가하고 있다. 이를 위해 표시면의 평탄화 및 가로와 세로 좌표의 정확성을 지향해서 EL(Elcetroluminescence) 소자 또는 플라스마 디스플레이 패널(Plasma Display Pannel)등 여러 가지 평면 표시 장치가 검토되었다.

그러나, 상기 장치는 소비 전력이 크고 구동에 고전압을 요구하기 때문에 C-MOS 트랜지스터와의 적합성에 문제가 있으며 표시부 전체의 소형화에 한계가 있다.

투사형 화상표시장치는 대화면 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : 이하 'LCD'라 칭함)등이 있는데, 이러한 대화면 LCD의 박형화가 가능하여 중량을 작게 할 수 있다. 그러나, 이러한 LCD는 편광판에 의한 광손실이 크고 LCD를 구동하기 위한 박막 트랜지스터가 화소마다 형성되어 있어 개구율(광의 투과면적)을 놓이는데 한계가 있으므로 광의 효율이 매우 낮다.

따라서, 미합중국 Aura사에 의해 액추에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Array : 이하 'AMA' 라 칭함)를 이용한 투사형 화상표시장치가 개발되었다.

AMA를 이용한 투사형 화상표시장치는 1차원 AMA를 이용하는 것과 2차원 AMA를 이용하는 것으로 구별된다. 1차원 AMA는 거울면들이 M×1 어레이로 배열되고 있다. 따라서, 1차원 AMA를 이용하는 투사형 화상표시장치는 주사거울을 이용하여 M×1개의 광속들을 선주사시키고, 2차원 AMA를 이용하는 투사형 화상표시장치는 M×N개의 광속들을 투사시켜 M×N 화소의 어레이를 가지는 영상을 나타내게 된다.

제1도는 종래의 투사형 화상표시장치(10)를 개략적으로 도시한 평면도이고, 제2도는 제1도의 측면도이다.

상기 투사형 화상표시장치(10)는 광원(11), 반사거울(19), 광분리기(21), 광로조절기(23), 소스 및 투사스토퍼(15)(33)들로 구성된다.

광원(11)은 고휘도의 백색광을 방사한다. 반사거울(19)은 광원(11)으로 부터 방사되는 백색광의 진행방향과 소정각도, 예를들면, 4850를 갖도록 비스듬히 설치되어 1차 광속을 x축으로 소정가가도, 예를들면 80100꺽어 광분리기(21)로 반사시킨다.

광분리기(21)는 적색, 녹색 및 청생의 다이크로의 미러들이 반복하여 연속적인 매트릭스 구조로 이루어져 백색광을 적색, 녹색 및 청색의 광속으로 분리한다.

광로조절기(23)는 단일 액츄에이터 패널로 이루어지며, 이 액츄에이터어레이 패널은 M×N개의 트랜지스터들(도시되지 않음)이 내장되고 이 트랜지스터들을 외부와 전기적으로 연결시키는 패드들(도시되지 않음)이 형성된 구동기판(25)에 액츄에이터(27)와 거울(29)이 실장된다. 액츄에이터(27)는 압전 또는 전왜 세라믹의 박막으로 이루어져 트랜지스터와 패드를 통해 외부회로(도시되지 않음)로 부터 인가되는 화상신호에 의해 발생되는 전계에 의해 변형된다. 또한, 거울(29)은 액츄에이터(27)의 상부에 실장되어 이 액츄에이터(27)의 구동에 의해 분리되어 각각 입사되는 적색, 녹색 및 청색의 광을 거울(29)에 의해 각각의 화소들과 대응하며 광로를 조절하여 반사시킨다.

소스스토퍼(15)는 광원(11)과 반사거울(19)의 사이에 위치되어 광원(11)으로부터 발광되는 광을 구멍(17)에 의해 소정형상을 이루어 투사스토퍼(33)에 결상되도록 한다. 또한, 투사스토퍼(33)는 반사거울(19)과 투사렌즈(37)의 사이에 위치되며, 제2도는 도시된 바와 같이 액츄에이터(27)가 구동되지 않으면 소스스토퍼(15)의 구멍(17)을 통과한 광이 점선(A)으로 표시된 바와 같이 상단에 결상된다. 또한, 액츄에이터(27)가 구동되면 거울(29)의 경사각에 비례하여 실선(B)으로 표시된 바와 같이 구멍(35)을 통해 투사렌즈(37)로 통과시킨다. 상기에서, 소스스토퍼(15)의 구멍(17)에 의해 소정 형상을 이루는 광이 액츄에이터(27)가 구동되지 않을 때에는 투사스토퍼(33)에 결상된 광의 하부가 구멍(35)의 상부와 일치되도록 하여 투사스토퍼(33)의 구멍(35)을 통과하지 못하도록 한다. 그러나, 구동될 때에는 해당되는 색의 광만이 경사각에 비례하여 광이 구멍(35)을 통과하도록 하여 광의 밀도를 조절한다. 그러므로, 액츄에이터(27)가 구동될 때와 구동되지 않을 때의 휘도대비가 향상된다. 상기에서, 소스스토퍼(15)의 구멍(17)에 의해 결상된 광이 모두 투사스토퍼(33)의 구멍(35)을 통과할 때 광의 밀도가 최고가 되는데, 이때 소스스토퍼(15)의 구멍(17)을 통과한 광이 투사스토퍼(33)의 구멍(35)에 면적이 일치된다. 따라서, 소스 및 투사스토퍼들(15)(33)의 구멍들(17)(35)은 동일한 크기의 직사각형을 이루는 것이 바람직하다. 그리고, 제2도에 도시된 바와 같이, 광로조절기(23)에서 투사스토퍼(33)로 반사되는 광이 반사거울(19)에 도달되는 것을 방지하기 위해 반사거울(19)의 상부가 투사스토퍼(33)의 구멍(35)을 모두 통과하는 광의 축보다 낮도록 한다. 또한 소스스토퍼(15)와 광원(11)의 사이에는 광원(11)에서 방사된 광을 접속시켜 구멍(17)을 통과하는 광의 양을 증가시킬 수 있는 소스렌즈(13)가 위치 된다.

상술한 구조의 투사형 화상표시장치(10)는 광원(11)에서 고휘동의 백색광을 방사하면 소스렌즈(13)에 의해 소스스토퍼(15)로 광이 집속되고, 이 집속된 광이 소스스토퍼(15)의 구멍(17)을 통과하여 소정 형상을 이루고 반사거울(19)에 의해 90정도 꺽어 반사된다. 상기 반사된 광은 필드렌즈(31)에 의해 접속되고, 광분리기(21)를 통과하여 적색, 녹색 및 청색의 광으로 분리된다. 그리고, 분리된 광이 광로조절기(23)에 집속되며, 이 광로조절기(23)의 거울(29)에 의해 광로가 조절되어 반사된다. 그리고, 거울(29)에 의해 반사된 광은 다시 광분리기(21)를 통과한 후 필드렌즈(31)에 의해 집속되어 투사스토퍼(33)로 진행된다. 상기 각각의 색광은 엑츄에이터(27)이 구동되지 않을 때는 투사스토퍼(33)이 상부에 결상되고, 구동될 때에는 거울(21)의 경사각에 비례하여 투사스토퍼(33)의 구멍(35)을 통과한다. 이때, 반사거울(19)은 제2도에 도시된 바와같이 거울(21)에 의해 수직으로 반사되는 광의 축보다 낮은 곳에 위치되므로 반사되는 광은 손실없이 투사스토퍼(33)에 결상된다. 그리고, 투사스토퍼(33)를 통과한 광은 투사렌즈(37)를 통해 화면(39)으로 투사되어 소정의 화상을 나타낸다.

그러나, 상술한 투사형 화상표시장치는 광원에서 방사된 광이 광분리기를 통과하지 못하고 광분리기의 전면에서 반사되어 노이즈(noise)가 발생되는 문제점이 있었다. 또한, 상기 광분리기를 투과한 광이 거울면에 의해 재반사되어 재차 광분리기를 통과함으로써 광효율이 저하되고 색상 노이즈가 발생되는 문제점들이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 반사거울에 의해 반사되는 광과 광분리기 전면에서 산란되는 광에 의해 발생되는 휘도대비 저하와 노이즈를 제거할 수 있는 투사형 화상표시장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 광량조절을 용이하게 할 수 있는 투사형 화상표시장치를 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 투사형 화상표시장치는 고취도의 백색광을 방사하는 광원과, 상기 광원에서 방사된 백색광을 소정 형상으로 만들어 통과시키는 소스스토퍼와, 상기 소정 형상을 이루는 백색광을 x축을 따라 소정 각도를 꺽어 반사시키는 반사거울과, 상기 백색광을 y축에 대해 소정 각도로 입사시켜 단위 화소별로 광로를 조절하여 반사하는 광로조절기와, 상기 광로가 조절된 백색광이 결상되며 구멍을 통해 조절된 정도에 비례하여 백색광을 통과시키는 투사스토퍼와, 상기 광로조절기에서 반사된 광을 손실없이 상기 투사스토퍼에 결상시키는 필드렌즈와, 상기 필드렌즈를 투과한 백색광을 적색, 녹색 및 청색의 광으로 분리하는 광분리기와, 상기 광분리기를 투과한 광이 투사렌즈의 유효면적으로 투사하게 하는 릴레이 렌즈와, 상기 릴레이 렌즈를 통해 분리된 색광을 화면으로 투사하는 투사렌즈를 구비한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제3도는 본 발명에 따른 투사형 화상표시장치(100)를 개략적으로 도시한 평면도이다.

상기 투사형 화상표시장치(100)는 광원(110), 소스렌즈(130), 소스스토퍼(150), 반사거울(190), 필드렌즈(210), 광로조절기(230), 투사스토퍼(310), 릴레이 렌즈(350), 광분리기(370), 투사렌즈(390) 및 화면(410)로 구성된다.

광원(110)은 고휘도의 백색광을 방사한다. 소스스토퍼(150)는 상기 광원(110)과 반사거울(190)의 사이에 위치되며 상기 광원(110)으로 부터 방사된 광을 구멍(170)에 의해 소정 형상을 이루어 투사스토퍼(310)에 결상되도록 한다.

반사거울(190)은 상기 광원(110)으로 부터 방사되는 백색광의 진행방향과 소정각도, 예를들면, 4850를 갖도록 비스듬히 설치되어 1차 광속을 x 축으로 소정각도, 예를들면, 80100꺽어 필드렌즈(210)로 반사시킨다.

필드렌즈(210)는 소스스토퍼(150)와 투사스토퍼(310)의 사이에 초평면만큼 이격되도록 위치되어 상기 반사거을(190)에서 반사된 광이 소스스토퍼(150)의 구멍(170)을 통과하여 각 화소들에 대응하도록 다발로 분리된 후 투사스토퍼(310)에 결상되도록 한다. 상기 필드렌즈(310)는 광분리기(210)의 앞에 위치되어 큰 반사각을 갖고 거울(190)에서 반사되는 광이 손실되지 않도록 하며 광로를 줄이는 것이 바람직하다. 그러므로, 필드렌즈(210)의 크기를 감소시킬 수 있다.

광로조절기(230)은 액츄에이터(270)들로 이루어 진다. 이 액츄에이터(270)들은 M×N개의 트랜지스터들(도시되지 않음)이 내장되고 이 트랜지스터들을 외부와 전기적으로 연결시키는 패드들(도시되지 않음)이 형성된 구동기판(250)에 엑츄에이터(270)들과 거울들이 실장된다. 상기 액츄에이터(270)는 박막의 압전 또는 전왜 세라믹으로 이루어져 트랜지스터들과 패드들을 통해 외부회로(도시도지 않음)로 부터 인가되는 화상신호에 이해 발생되는 전계에 의해 변형되는 것으로, 압사되는 광의 축이 거울(290)들과 y축에 대해 8588정도 경사지게 배치된다.또한, 거울(190)들은 액츄에이터(270)의 상부에 실장되어 이 액츄에이터(270)의 구동에 의해 경사진다. 또한, 이 액추에이터(270)들과 거울(290)들은 각 화소들과 대응된다. 상기에서, 동일한 화상신호에 의해 임의로 동일한 화소에 대응하는 각각의 색광이 동시에 비추어 지도록 하기 위하여 반사거울(190)과 액츄에이터(270)들 사이의 광이 이동거리가 같도록 한다. 상기에서, 광로조절기(230)에 화상신호가 인가되지 않아 액츄에이터(270)이 구동되지 않으면 반사되는 광의 축이 거울(190)과 y축에 대해 8588정도 경사지게 반사된다. 따라서, 입사광과 반사광의 사이는 510정도의 각을 갖는다.

투사스토퍼(310)는 반사거울(190)과 릴레이 렌즈(350)의 사이에 위치되며, 상기 액츄에이터(270)들이 구동되지 않으면 소스스토퍼(150)의 구멍(170)을 통과한 광을 상단에 결상시키며, 액츄에이터(270)들이 구동되면 거울(290)들이 경사각에 비례하여 구멍(350)을 통해 투사렌즈(370)로 통과시킨다. 상기에서, 소스스토퍼(150)의 구멍(170)에 의해 소정형상을 이루는 광이 액츄에이터(270)들이 구동되지않을 때에는 투사스토퍼(310)에 결상된 광의 하부가 구멍(33)의 상부와 일치되도록 하여 투사스토퍼(310)의 구멍(330)을 통과하지 못하도록 한다. 그러나, 구동될 때에는 해당되는 색의 광만이 경사각에 비례하여 광이 구멍(330)을 통과하도록 하여 광의 밀도를 조절한다. 그러므로, 액츄에이터(270)들이 구동할 때와 구동하지 않을 때의 휘도대비가 향상된다.

상기에서, 소스스토퍼(150)의 구멍(170)에 의해 결상된 광이 모두 투사스토퍼(310)의 구멍(330)을 통과할 때 광의 밀도가 최고가 되는데, 이때, 소스스토퍼(150)의 구멍(170)을 통과한 광이 투사스토퍼(310)의 구멍(330)에 면적이 일치되는 것이 바람직하다. 따라서, 소스 및 투사스토퍼들(150)(310)의 구멍들(170)(330)은 동일한 크기의 직사각형을 이루는 것이 바람직하다. 또한, 소스스토퍼(150)의 구멍(170)을 통과한 광이 투사스토퍼(310)에 동일한 크기로 결상되기 위하여 소스스토퍼(150)와 액츄에이터(270)들 사이와, 액츄에이터(270)들과 투사스토퍼(310)사이의 각각의 광로길이를 동일하게 한다. 또한, 상기 엑츄에이터(270)들에서 투사스토퍼(310)로 반사되는 광이 반사거울(190)에 도달하는 것을 방지한다. 릴레이 렌즈(350)는 투사스토퍼(310)와 광분리기(370)의 사이에 위치된다. 상기에서, 릴레이 렌즈(350)는 투사스토퍼(310)를 통과한 광이 광분리기(370)에 결상되도록 초평면을 조절한다.

광분리기(370)는 릴레이 렌즈(350)와 투사렌즈(390)의 사이에 위치되며 적색, 녹색 및 청색의 다이크로익 미러들이 각 화소에 대응되도록 구성된다. 그러므로, 상기 릴레이 렌즈(350)를 통과한 광이 광분리기(370)를 이루는 다이크로익 미러들에 의해 적색, 녹색 및 청색의 광으로 선택적으로 투과되어 투사렌즈(390)로 전달한다. 특히, 상기 광분리기(370)는 종전의 광분리기가 광이 입사와 반사의 양방향으로 진행되는 것과는 달리 일방향으로 광을 투과시킨다.

투사렌즈(390)는 광분리기(370)에서 분리된 여러색의 광을 화면(410)으로 투사한다.

상술한 구조의 투사형 화상표시장치에 있어서, 광원(110)에서 고휘도의 백색광을 방사한다. 방사된 광은 소스스토퍼(150)의 구멍을 통과하여 소정 형상을 이루고 반사거울(190)에 의해 90정도 꺽여 반사된다. 상기 반사된 광은 필드렌즈(210)를 통과한 후 액츄에이터(270)들 상부에 실장되어 있는 거울(290)에 전달되고 액츄에이터(270)들에 의해 광로가 조절되어 반사된다. 상기에서, 분리된 색광이 액츄에이터(270)들에 수직으로 입사되지 않고 소정 각도, 예를들면, 8588로 입사된다. 그러므로, 액츄에이터(270)들이 구동되지 않으면 반사되는 광은 입사되는 광과 동일한 각도로 반사되어 입사광과 반사광의 광축은 510정도의 각을 갖는다. 그러나, 화상신호가 인가되어 액츄에이터(270)의 상부에 있는 거울(290)들의 경사각이 최대가 되면 반사되는 광은 액츄에이터(270)들에 수직이 된다. 그리고, 액츄에이터(270)들에서 반사된 광의 각각은 다시 필드렌즈(210)에 의해 접속되고 투사스토퍼(310)쪽으로 진행된다. 상기 각각의 색광은 액츄에이터(270)들이 구동되지 않을 때는 투사스토퍼(310)의 상부에 결상되고, 구동될 때에는 액츄에이터(270)들 상부의 거울(290)의 경사각에 비례하여 투사스토퍼(310)의 구멍(330)을 통과한다. 이때, 반사거울(190)은 액츄에이터(270)에 의해 수직으로 반사되는 광의 축보다 낮은 곳에 위치되므로 반사되는 광은 손실없이 투사스토퍼(310)에 결상된다. 그리고, 투사스토퍼(310)를 통과한 광은 릴레이 렌즈(350)로 전달된다. 릴레이 렌즈(350)는 투사스토퍼(310)를 통과한 광이 광분리기(370)에 결상되도록 초평면을 조절한다. 광분리기(370)는 릴레이 렌즈(350)과 투사렌즈(390)의 사이에 위치되며, 적색, 녹색 및 청색의 다이크로익 미러들이 각 화소에 대응되도록 구성된다. 그러므로, 상기 릴레이 렌즈(350)를 통과한 광이 광분리기(370)를 이루는 다이크로익 미러들에 의해 적색, 녹색 및 청색의 광으로 선택적으로 투과되어 투사렌즈(390)로 전달한다. 특히, 상기 광분리기(370)는 종전의 광분리기가 광이 입사와 반사의 양방향으로 진행되는 것과는 달리 일방향으로 광을 투과시킨다. 투사렌즈(390)는 광분리기(370)에서 분리된 여러색의 광을 화면(410)으로 투사한다.

따라서, 본 발명은 광분리기가 투과형으로 작용하므로 종전의 광분리기에서 산란광과 반사광으로 인한 휘도대비의 저하와 노이즈를 제거할 수 있는 잇점이 있다. 또한, 광량조절시 광분리기에 의해 발생되는 광로차에 의한 광량조절 특성이 저하되는 것을 방지하고 광분리기의 각 다이크로익 미러사이의 간섭 노이즈를 제거할 수 있는 잇점이 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 설명 및 도시되었으나, 본 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양하게 변형실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다.

Claims

고휘도의 백색광을 방사하는 광원과, 상기 광원에서 방사된 백색광을 소정 형상으로 만들어 통과시키는 소스스토퍼와, 상기 소정 형상을 이루는 백색광을 x축을 따라 소정 각도를 꺽어 반사시키는 반사거울과, 상기 백색광을 y축에 대해 소정 각도로 입사시켜 단위 화소별로 광로를 조절하여 반사하는 광로조절기와, 상기 광로가 조절된 백색광이 결상되며 구멍을 통해 조절된 정도에 비례하여 백색광을 통과시키는 투사스토퍼와, 상기 광로조절기에서 반사된 광을 손실없이 상기 투사스토퍼에 결상시키는 필드렌즈와, 상기 필드렌즈를 투과한 백색광을 적색, 녹색 및 청색의 광으로 분리하는 광분리기와, 상기 광로조절기로 부터 반사된 광을 광분리기의 면에 결상시키는 릴레이 렌즈와, 상기 광분리기를 통해 분리된 색광을 화면으로 투사시키는 투사렌즈를 구비하는 투사형 화상표시장치.
제1항에 있어서, 상기 릴레이 렌즈가 1개 또는 다수개로 구성된 투사형 화상표시장치.