KR100785050B1

KR100785050B1 - 레이저 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR100785050B1
Application number: KR1020060036042A
Authority: KR
Inventors: 백행주
Original assignee: 에이치비전자주식회사
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2026-04-21
Also published as: KR20070104012A; US20070247690A1; EP1847865A1; US7535613B2; EP1847865B1; JP2007293226A; CN101060636A; ATE399334T1; DE602006001580D1

Abstract

본 발명은 레이저 다이오드소자가 일렬로 구비된 발광소자어레이에서 발광하는 레이저 빛을 반사하여 스크린에 영상이 맺히도록 하는 레이저 디스플레이 장치에 관한 것이다.

본 발명은 레이저 다이오드에서 발생된 레이저를 스크린에 투사하여 영상을 디스플레이 하기 위해서 레이저광을 발생시키는 다수의 레이저다이오드소자가 일렬로 배열되고, 입력되는 영상 신호에 따라 레이저광을 조사하는 발광소자어레이와; 상기 발광소자어레이의 일측에 구비되어, 상기 다수의 레이저다이오드소자에서 조사되는 각각의 레이저광이 가상의 일 초점을 통과하도록 가이드 하는 콘덴서렌즈와; 상기 콘덴서렌즈를 통과한 레이저광을 주사하는 스캔수단을 포함하는 통상의 레이저 디스플레이 장치에 있어서,

상기 스캔수단은 상기 발광소자어레이에서 주사되는 레이저광을 반사하는 제2회전다면경과; 상기 제2회전다면경과, 상기 제2회전다면경에서 반사된 레이저광을 선형 반사하는 제1회전다면경을 동기 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 중앙제어부에 영상제어부 및 동기제어부가 결합되어 구성되고, 상기 중앙제어부는 다면경위치 검출센서의 검지된 신호를 상기 동기제어부와 영상제어부에 입력시키고, 상기 영상제어부는 비디오 신호를 입력받아 동기신호를 동기제어부에 전송하고, 영상신호는 영상기억장치에 전송하며, 상기 동기제어부는 제1다면경모터, 드라이버 및 제1모터제어기로 구성되는 제1회전다면경의 제어신호와 제2모터, 드라이버, 제2모터제어기로 구성되는 제2회전다면경의 제어신호를 입력받아 동기 제어하여 디스플레이장치의 해상도를 높일 수 있다.

또한, 본 발명은 각각 광원에서 발생된 광선들이 평행으로 정렬되어 각각 퍼짐 없이 진행되므로 스크린위치에 관계없이 항상 최적의 초점 영상을 구현할 수 있다.

디스플레이, 레이저다이오드, 스캔수단, 회전다면경, 스윙액튜에이터

Description

레이저 디스플레이 장치{Laser Display Apparatus}

도 1은 종래 회전다면경의 구조도.

도 2는 본 발명의 실시예에 대한 개략적인 구성을 나타낸 블록도.

도 3은 본 발명의 제1실시예의 구성을 나타내는 사시도.

도 4는 도 3의 전기회로 블록도.

도 5는 도 4의 제어부의 블록도.

도 6은 본 발명의 제2실시예의 구성을 나타내는 사시도.

도 7은 도 6의 전기회로 블록도.

도 8은 도 7의 제어부의 블록도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

5 : 평행렌즈 7 : 콘덴서렌즈(condenser lens)

10 : 제1회전다면경 20 : 스윙엑튜에이터(swing actuator)

30 : 광원 40 : 스크린(screen)

50 : 제2회전다면경

본 발명은 레이저 디스플레이 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 레이저다이오드 어레이에 의해 발생되는 레이저를 스크린에 직접 투사하여 영상을 디스플레이하는 스캔수단을 구비한 레이저 디스플레이 장치에 있어서, 2개의 스캔수단을 결합하여 레이저광을 2차원으로 주사하는 레이저 디스플레이 장치에 관한 것이다.

최근에 LCD와 같은 투사형 표시장치는 경박화가 가능하고, 대형 화면을 구성하는 데에 유리하지만, 제조비용이 높고 편광판의 채용으로 광손실이 초래되는 단점이 있다. 따라서, 레이저 다이오드를 광원으로 하는 광학적 주사 방식에 따른 새로운 표시장치로 레이저 디스플레이 장치가 등장하고 있다.

종래의 레이저 디스플레이 장치의 스캔수단으로 사용하는 회전다면경은 여러 개의 거울을 원반 측면에 부착하거나 조성하여 구성한다. 본 발명의 선행기술로 미국특허 제 6,154, 259호(Photera Technologies)에는 R,G,B 광원으로 마이크로레이저어레이(120개)를 사용하고, 각각 다른 경사각(tilt angle)을 갖는 회전다면경(polygon mirror)이 도 1과 같이 개시되어 있다. 즉, 도 1에서는 중심축(4)을 향하여 일정한 기울기를 각각 갖는 거울(tilted mirror : 3)을 다수개 부착하여 회전다면경(1)을 구성하고 있다. 상기 특허는 경사각을 갖는 다면거울 은 이웃한 거울의 각도가 점차적으로 미세하게 달라져 구성되므로 제조가 어려워 제조비용이 매우 높아진다는 문제점이 있다.

또한, 한국공개특허공보 2004-0090901호"2차원 광 주사장치를 가지는 영상표시장치"에 의하면, 2매의 주사 수단을 이용하여 2차원적으로 편향시켜 주사하는 2차원 광주사 장치를 가지는 영상표시장치를 공개하고 있다. 그러나, 이 기술은 single laser 광원을 사용하고 있어서, 수평주사시 한점(fixel)을 표현하는 시간이 너무 짧아 영상 계조를 미세하게 실현할 수 없다는 문제점이 있고, 고출력(High power)의 레이저소자를 사용해야 하는 단점도 있다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 2개의 스캔수단을 결합하여 레이저 빔을 2차원으로 반사시켜서 고해상도의표시장치를 구현할 수 있는 레이저 디스플레이 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 광원과 스크린과의 거리에 무관하게 가로세로의 일정한 화면비율과 최적의 화면의 영상 초점을 유지할 수 있는 레이저 디스플레이 장치를 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 레이저 다이오드에서 발생된 레이저를 스크린에 투사하여 영상을 디스플레이 하기 위해서 레이저광을 발생시키는 다수의 레이저다이오드소자가 일렬로 배열되고, 입력되는 영상 신호에 따라 레이저광을 조사하는 발광소자어레이와; 상기 발광소자어레이의 일측에 구비되어, 상기 다수의 레이저다이오드소자에서 조사되는 각각의 레이저광이 가상의 일 초점을 통과하도록 가이드 하는 콘덴서렌즈와; 상기 콘덴서렌즈를 통과한 레이저광을 주사하는 스캔수단을 포함하는 통상의 레이저 디스플레이 장치에 있어서,
상기 스캔수단은 상기 발광소자어레이에서 주사되는 레이저광을 반사하는 제2회전다면경과; 상기 제2회전다면경과, 상기 제2회전다면경에서 반사된 레이저광을 선형 반사하는 제1회전다면경을 동기 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 중앙제어부에 영상제어부 및 동기제어부가 결합되어 구성되고, 상기 중앙제어부는 다면경위치 검출센서의 검지된 신호를 상기 동기제어부와 영상제어부에 입력시키고, 상기 영상제어부는 비디오 신호를 입력받아 동기신호를 동기제어부에 전송하고, 영상신호는 영상기억장치에 전송하며, 상기 동기제어부는 제1다면경모터, 드라이버 및 제1모터제어기로 구성되는 제1회전다면경의 제어신호와 제2모터, 드라이버, 제2모터제어기로 구성되는 제2회전다면경의 제어신호를 입력받아 동기 제어하는 것을 특징으로 한다.

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상기 회전다면경은 회전하는 다각기둥 형상을 가지며, 외면에는 스캔거울(scan mirror)이 형성되어 레이저광을 반사하도록 구성한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 대한 개략적인 구성을 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예의 구성을 나타내는 사시도이다. 도 4는 도 3의 전기회로 블록도이고, 도 5는 도 4의 제어부 블록도이다. 도 6은 본 발명의 제2실시예의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 7은 도 6의 전기회로 블록도이고, 도 8은 도 7의 제어부 블록도이다.

도 2는 본 발명에 의한 레이저 디스플레이 장치의 개략적인 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 레이저 디스플레이부는 외부에서 입력되는 영상 신호에 따라 레이저광을 조사하는 광원(30)과 상기 광원(30)에서 조사되는 레이저광이 가상의 일 초점 상을 통과하여 반사하는 스캔수단으로 구성된다. 즉, 상기 스캔수단은 상기 발광소자어레이(30)에서 주사되는 레이저광을 선형 반사하는 스윙액튜에이터(20)와, 상기 스윙액튜에이터(20)의 회전축(23)과 수직한 방향에 설치되는 제1회전다면경(10)이 결합된다.

상기 스캔수단에서 반사되는 레이저광은 스크린(40)에 주사된다. 상기 제1회전다면경(10)은 시계방향으로 빠르게 회전하고, 스윙엑튜에이터(20)는 회전축(23)을 중심으로 앞뒤로 스윙(swing)한다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 광원(30)으로 한 개의 레이저다이오드에서 발광한 레이저광이 스크린에 투사되는 과정은 한 개의 레이저광이 스윙액튜에이터(20)에서 반사되고, 반사된 레이저광이 제1회전다면경(10)에 입사되고 재반사되어 스크린(40)으로 투사된다. 즉, 2개의 스캔수단이 각각 다른 각도에서 상호작용을 하기 때문에 반사되는 레이저는 스크린(40)의 제일 상단에서 하단으로 빠르게 주사되면서 영상을 형성하게 된다. 즉, 제1회전다면경(10)의 회전으로 스크린(40)상에서 수평주사가 진행되고, 스윙엑튜에이터(20)의 스윙작용으로 수직방향으로 레이저 주사가 빠르게 진행된다.

상기 스캔수단에 의해 반사된 레이저광은 스크린(40)에 투사되어 사용자가 외부에서 용이하게 영상을 인식할 수 있도록 디스플레이 한다.

또한, 컴퓨터 혹은 다른 영상 신호원(미도시)에서 입력된 영상 데이터에 따 라 영상을 스크린에 디스플레이하기 위한 데이터 및 제어신호를 발생시키는 메인제어부(미도시)가 본 발명의 레이저 디스플레이장치와 결합된다.

도 3은 본 발명의 제1실시예의 구성을 나타내는 사시도이다. 도 4는 도 3의 전기회로 블록도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 광원(30)은 레이저다이오드 어레이 또는 LED 어레이고, 다수개의 레이저광이 평행렌즈(5)에 의해서 일방향으로 직진되게 안내되고, 콘덴서렌즈(7)에 의해서 스윙엑츄에이터(20)의 전면에 가상의 일 초점(f)이 형성된 후 그 레이저광은 제1회전다면경(10)으로 반사되고, 상기 제1회전다면경(10)에서 재반사되어 스크린(40)으로 주사된다. 제1회전다면경(10)은 시계방향으로 고속으로 회전하므로 스크린(40)상에서 수평주사가 빠르게 진행되고, 스윙엑튜에이터(20)의 회전축(23)을 중심으로 앞뒤로 스윙 작용하므로 스크린(40)상에서 수직방향으로 레이저광 주사가 빠르게 진행된다.

상기 평행렌즈(5)는 "콜리메이터 마이크로렌즈(Collimate micro lens)"라고 불리는 렌즈로 레이저광을 주사하는 기기에 널리 사용되는 주지 · 관용기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 평행렌즈(5)의 일측에는 볼록렌즈인 콘덴서렌즈(7)가 결합된다. 상기 콘덴서렌즈(7)는 상기 평행렌즈(5)에 의해 일 방향으로 진행하는 각각의 레이저광이 가상의 일 초점(f)상을 통과하도록 가이드 하는 렌즈이다.

종래에는 스크린을 광원에서 멀리하면 영상이 옆으로 늘어나는 단점이 있었 으나, 스크린과 광원사이의 거리에 관계없이 항상 일정한 화면의 가로세로비율이 유지되며 다수의 광원이 동시에 수평주사 실행되므로 화면의 플리커(깜빡임)를 일으키지 않는 수평주사시간이 길게 된다.

또한 수직주사를 위한 스윙액튜에이터의 진동 각은 이웃한 광원과 광원 사이각의 반 (1/2)만 움직이면 되기 때문에 미세 진동만으로도 고해상도 화면구현이 가능하다

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1회전다면경(10)은 상기 제1회전다면경(10)을 고속으로 구동하는 제1모터(12), 드라이버(13)와, 제1모터제어기(14)를 포함하고, 스윙액튜에이터(20)는 액튜에이터(21)와, 이를 구동하는 드라이버(23) 및 파형발생기(24)로 구성된다. 상기 스윙액튜에이터(20)와 제1회전다면경(10)의 구동상태를 제어하기 위하여 제어부(8)가 구비된다.

그리고, 광원(30)에서 발생된 레이저광은 엑튜에이터(21)의 가상 일 초점(f)에서 반사되고, 엑튜에이터(21)에서 반사된 레이저광은 다시 제1회전다면경(10)에 입사되고, 거울면에서 시간에 따라 반사되어 스크린(40)에 영상을 형성하게 된다.

상기 제1회전다면경(10)은 여러 평면거울들(예를 들어, 8각 회전다면경의 경우 여덟 개의 평면거울, 16각 회전다면경의 경우 열여섯 개의 평면거울)로 구성된다.

이들 중 하나의 제1회전다면경(10) 표면으로 발사된 레이저광은 그 표면에서 반사된 후 스크린(40)으로 투사되는데, 상기 제1회전다면경(10)은 회전 상태에 있으므로 레이저광은 스크린(40) 상에 횡측으로 길게 투사된다.

이때, 상기 제1회전다면경(10) 단면이 8각형인 경우에는 스크린(40)에 광원(즉, 제1회전다면경(10)에 투사된 레이저광의 초점)으로부터 90도에 걸쳐 횡측 길이로 레이저광이 투사되고(발사각 90도), 상기 제1회전다면경(10)의 단면이 16각인 경우에는 스크린(40)에 광원으로부터 45도(발사각 45도)에 걸쳐 횡측 길이로 레이저광이 투사된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제1실시예의 본 발명을 구동하기 위한 제어부(8)는 동기제어부(15)와, 영상기억장치(19)와, 중앙제어부(17)와 영상제어부(18)로 구성된다.

상기 영상제어부(18)에서 동기제어부(15)로 동기신호를 보내고, 영상기억장치(19)에는 영상신호를 보낸다. 상기 영상제어부(18)에는 비디오신호가 입력되고, 다면경 위치 검출센서(16)에서 검지된 신호에 의하여 중앙제어부(17)는 영상제어부(18)를 제어하게 된다.

상기 동기제어부(15)에는 제1회전다면경(10)과 스윙엑튜에이터(20)를 구동하고 제어하기 위해서, 먼저 제1회전다면경(10)에 제1모터(12)와, 드라이버(13)와, 제1모터제어기(14)가 각각 연결되어 동기제어부(15)에 결합된다.

한편, 스윙엑튜에이터(20)를 구동하기 위해서 액츄에이터(21)와, 드라이버(23)와, 파형발생기(24)가 동기제어부(15)에 결합된다.

상기 영상기억장치(19)에는 레이저, LED 등과 같은 광원(25)과, 드라이버(27)와, 변조기(28)가 연결되어 결합된다.

도 6은 본 발명의 제2실시예의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 7은 도 6의 전기회로 블록도이고, 도 8은 도 6의 컨트롤부의 블록도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1실시예와 마찬가지로, 광원(30)은 레이저다이오드 어레이(laser diode array)이고, 다수개의 레이저광이 평행렌즈(5)에 의해서 일방향으로 직진되고, 콘덴서렌즈(7)에 의해서 제2회전다면경(50)의 전면에 가상의 일 초점(f)이 형성된다. 레이저광은 제1회전다면경(10)으로 반사되고, 상기 제1회전다면경(10)의 거울면에서 시간에 따라 재반사되어 스크린(40)으로 주사된다. 제1회전다면경(10)은 시계방향으로 고속으로 회전하므로 스크린(40)상에서 수평주사가 빠르게 진행되고, 제2회전다면경(50)은 중심축을 중심으로 시계 반대 방향으로 회전하므로 스크린(40)상에서 수직방향으로 레이저광 주사가 빠르게 진행된다.

상기 콘덴서렌즈(7)는 상기 평행렌즈(5)에 의해 일 방향으로 진행하는 각각의 레이저광이 가상의 일 초점(f)상을 통과하도록 가이드 하는 렌즈이다.

스크린과 광원사이의 거리에 관계없이 항상 일정한 화면의 가로세로비율이 유지되며 다수의 광원이 동시에 수평주사 실행되므로 화면의 플리커(깜빡임)를 일으키지 않는 수평주사시간이 길게 된다 이것은 한점을 표현할 수 있는 시간이 길기 때문에 픽셀(한점)의 최저밝기와 최대밝기의 단계 (계조변환)를 미세하게 표현할 수 있다. 또한 수직주사를 위한 제2회전다면경(50)이 진동 아닌 회전이므로 무진동 무소음 시스템을 구현할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제1회전다면경(10)은 회전다면경(11)과, 상기 회전다면경(11)을 고속으로 구동하는 제1모터(12)로 구성되고, 제2회전다면경(50)은 회전다면경(51)과, 이를 구동하는 제2모터(52)로 구성된다. 상기 제1모터(12)와 제제2모터(52)의 구동상태를 제어하기 위하여 제어부(8)가 구비된다.

그리고, 광원(30)에서 발생된 레이저광은 회전다면경(51)의 가상 일 초점(f)에서 반사되고, 회전다면경(51)에서 반사된 레이저광은 다시 회전다면경(11)에 입사되고, 거울면에서 시간에 따라 반사되어 스크린(40)에 영상을 형성하게 된다.

상기 회전다면경(11,51)을 몇 각형으로 형성할 것인지는, 광고판(즉, 스크린)의 크기, 광고판에 그려질 문자, 영상 등을 고려하여 결정하는데, 통상, 시야각은 광원으로부터 레이저광이 투사되는 "최대 횡측각 = 720 × 다면경각수" 공식에 의해 결정된다.

도 8에 도시된 바와 같이, 제2실시예의 발명을 구동하기 위한 제어부(8)는 동기제어부(15)와, 영상기억장치(19)와, 중앙제어부(17)와 영상제어부(18)로 구성된다. 상기 영상제어부(18)에서 동기제어부(15)로 동기신호를 보내고, 영상기억장치(19)에는 영상신호를 보낸다. 상기 영상제어부(18)에는 비디오신호가 입력되고, 다면경 위치 검출센서(16)에서 검지된 신호에 의하여 중앙제어부(17)는 영상제어부(18)를 제어하게 된다.

상기 동기제어부(15)에는 제1회전다면경(10)과 제2회전다면경(50)을 구동하 고 제어하기 위해서, 먼저 제1회전다면경(10)에 제1모터(12)와, 드라이버(13)와, 제1모터제어기(14)가 각각 연결되어 동기제어부(15)에 결합된다.

한편, 제2회전다면경(50)을 구동하기 위해서 제2모터(52)와, 드라이버(54)와, 제2모터제어기(55)가 동기제어부(15)에 결합된다.

본 발명은 상술한 바람직한 실시예들에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 간주한다.

본 발명에 의하면, 표시장치의 해상도를 높일 수 있고 일정한 해상도를 유지할 수 있고, 스크린과 본 발명에 의한 장치와의 거리에 관계없이 스크린 상에 투영되는 영상의 종횡비를 일정하게 유지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 종래의 프로젝션 영상 시스템은 스크린과의 거리가 달라지면 그때마다 프로젝션 렌즈를 조작하여 영상의 초점을 맞추어 주어야 했으나, 본 발명은 각각 광원에서 발생된 광선들이 평행으로 정렬되어 각각 퍼짐 없이 진행되므로 스크린위치에 관계없이 항상 최적의 초점 영상을 구현할 수 있다.

Claims

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레이저 다이오드에서 발생된 레이저를 스크린에 투사하여 영상을 디스플레이 하기 위해서 레이저광을 발생시키는 다수의 레이저다이오드소자가 일렬로 배열되고, 입력되는 영상 신호에 따라 레이저광을 조사하는 발광소자어레이와; 상기 발광소자어레이의 일측에 구비되어, 상기 다수의 레이저다이오드소자에서 조사되는 각각의 레이저광이 가상의 일 초점(f)을 통과하도록 가이드 하는 콘덴서렌즈(7)와; 상기 콘덴서렌즈(7)를 통과한 레이저광을 주사하는 스캔수단을 포함하는 통상의 레이저 디스플레이 장치에 있어서,

상기 스캔수단은 상기 발광소자어레이에서 주사되는 레이저광을 반사하는 제2회전다면경(50)과;

상기 제2회전다면경(50)과, 상기 제2회전다면경(50)에서 반사된 레이저광을 선형 반사하는 제1회전다면경(10)을 동기 제어하는 제어부(8)를 포함하며,

상기 제어부(8)는 중앙제어부(17)에 영상제어부(18) 및 동기제어부(15)가 결합되어 구성되고, 상기 중앙제어부(17)는 다면경위치 검출센서(16)의 검지된 신호를 상기 동기제어부(15)와 영상제어부(18)에 입력시키고, 상기 영상제어부(18)는 비디오 신호를 입력받아 동기신호를 동기제어부(15)에 전송하고, 영상신호는 영상기억장치(19)에 전송하며, 상기 동기제어부(15)는 제1다면경모터(12), 드라이버(13) 및 제1모터제어기(14)로 구성되는 제1회전다면경(10)의 제어신호와 제2모터(52), 드라이버(53), 제2모터제어기(54)로 구성되는 제2회전다면경(50)의 제어신호를 입력받아 동기 제어하는 것을 특징으로 하는 레이저 디스플레이 장치.