KR970003001B1

KR970003001B1 - 광로조절장치

Info

Publication number: KR970003001B1
Application number: KR1019930007675A
Authority: KR
Inventors: 김유광
Original assignee: 대우전자 주식회사; 배순훈
Priority date: 1993-05-04
Filing date: 1993-05-04
Publication date: 1997-03-13
Anticipated expiration: 2013-05-04
Also published as: KR940027540A

Abstract

내용없음

Description

광로조절장치

제1도는 종래 광로조절장치의 단면도,

제2도는 본 발명에 따른 광로조절장치의 사시도,

제3도는 제2도를 a-a 선으로 자른 단위 화소의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30 : 광로조절장치 31 : 기판

33 : 지지부 35 : 접착부

37,43 : 제1및 제2변형부 39,45 : 제1및 제2신호전극

41,47 : 제1및 제2공통접지전극 42,48 : 제1및 제2액츄에이터

50 : 단위화소 51,53 : 제1및 제2반사경

55,57,59 : 제1, 제2 및 제3홈 61 : 구멍

본 발명은 투사형 화상표시 장치의 광로조절장치에 관한 것으로서, 특히, 압전세라믹의 전단변형(shear strain)의 특성을 이용한 광로조절장치에 관한 것이다.

화상표시장치는 표시방식에 따라 직시형 화상표시장치와 투사형 화상표시장치로 구분된다. 직시형 화상표시장치는 CRT(Cathode Ray Tube)등이 있는데, 이러한 CRT화상표시장치는 화질이 좋으나 화면이 커짐에 따라 중량 및 두께의 증가와, 가격이 비싸지는 문제점이 있어 대화면을 구현하는데 한계가 있다. 투사형 화상표시장치는 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 손실이크고, LCD를 구동하기 위한 박막 트랜지스터가 화소마다 형성되어 있어 개구율(광의 투과 면적)을 높이는데 한계가 있으므로 광의 효율이 매우 낮다.

이러한, LCD의 단점을 보완하고자 미합중국 Aura사에서 액츄에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Arrays:하 AMA라 칭함)를 이용한 투사형 화상표시장치가 개발되었다. AMA를 이용한 투사형 화상표시장치는 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 투사시키므로서 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 투사형화표시장치의 광로조절수단(10)의 단면도이다.

상기 광로조절수단(10)은 기판(11), 액츄에이터(14) 및 반사경(23)을 포함한다. 상기 기판(11)은 유리 또는 Al₂O₃등의 절연물질로 이루어지며 표면에 매트릭스(matrix) 형태의 도선 패턴(13)이 형성되어 있다. 액츄에이터(14)는 상기 제1및 제2변형부들(15)(17)과 신호 및 공통전극물(19)(21)로 이루어진다.

상기에서 제1및 제2변형부들(15)(17)은 "L"자 모양을 가지며 거울상으로 배치되어 철( )모양으로 기판(11)상에 실장되어 있다. 상기 제1및 제2변형부들(15)(17)은 압전세라믹으로 이루어져 있으며, 상부에 반사경(23)이 위치되어 있다. 제1및 제2변형부들(15)(17)은 사이에 신호전극(19)과 마주보는 표면에 공통전극(19)들이 형성되어 있다. 상기에서 제1및 제2변형부(15)(17)은 신호전극(19)과 수직을 이루는 한 방향으로 분극(polariztion)되어 있다. 신호 전극(19)은 도선패턴(13)과 전기적으로 접속되어 있으며, 공통전극(21)들은 외부도선 패턴(도시되지 않음)에 의해 인접하는 광로조절수단의 공통전극들과 접속되어 있다.

또한, 신호 및 공통전극들(19)(21)은 금속등의 도전성 물질로 형성되며 신호 전압시 제1및 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, 반사경(23)은 제1변형부(15)에서 제2변형부(17) 방향으로 기울어져 경사각을 갖는다. 상기에서 반사경(23)의 경사각은 제1및 제2변형부들(15)(17)의 상부의 길이에 비례하고, 두께의 제곱에 반비례한다. 그러므로, 반사경(23)의 경사각을 크게 하여 광로조절범위를 크게하기 위해서는 제1및 제2변형부들(15)(17)상부의 두께를 작게하거나 높이를 크게해야 한다.

상술한 종래 투사형화상표시장치의 광로조절수단은 다층 세라믹의 소결시 온도가 전극의 용융점보다 높으므로 전극형성이 어려운 문제점이 있었다. 또한, 반사경의 경사각을 크게 하기 위해 변형부 상부의 두께를 얇게 하고 높이를 크게 하여야 하기 때문에 직접도를 높이기가 어려운 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 다층 세라믹을 형성하지 않고 M×N 개의 화소를 가지는 광로조절장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 광로조절범위를 크게할 수 있는 광로조절장치를 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광로조절장치는 다수의 지지부들과 다수의 접착부들이 엇갈리게 되어있고 상기 접착부들이 제거되어 형성된 M×N 개의 구멍을 가지며 하부표면에 매트릭스 형태의 도선 패턴들을 가지는 기판과, 상기 기판과 수직으로 분극되어 지지부들과 한 몸체를 이루며 상기 구멍들과 연결되는 상기 접착부들과 상기 지지부들의 상부에 소정각도로 형성된 제1및 제2홈들과 이 제1 및 제2홈들과 직각을 이루며 상기 구멍들 사이에 형성된 제3홈들에 의해 각각 분리된 제1 및 제2변형부들과, 상기 구멍들을 통해 기판의 하부표면의 일부까지 연결되도록 상기 제1홈들에 의해 노출된 상기 제1및 제2변형부들 측면에 형성된 제1및 제2신호 전극들과, 상기 제3홈들과 교차하는 부분의 표면을 통해 이웃하는 것들과 연결되도록 상기 제2홈들에 의해 노출된 상기 제1및 제2변형부들 측면에 형성된 제1및 제2공통접지전극을 가지는 다수개의 제1 및 제2액츄에이터들로 구성되며, 이 제1 및 제2액츄에이터들이 M×N 개의 단위화소들을 이루는 액츄에이터어레이와, 상기 제1 및 제2 신호전극들의 표면에 형성된 제1 및 제2 반사경을 구비한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 광로조절장치(30)의 사시도이다.

상기 광로조절장치(30)는 기판(31), 제1 및 제2액츄에이터들(42)(48), 제1 및 제2반사경들(51)(53)을 구비한다.

기판(31)은 BaTiO₃, PZT(Pb(Zr, Ti)O₃) 또는 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O₃)등의 압전세라믹으로 이루어진 지지부(33)들과 에폭시수시(epoxy) 또는 폴리머(polymer)등으로 이루어진 접착부(35)들이 엇갈리게 형성되어있다. 기판(31)은 M×N 개의 구멍(61)들을 갖는데, 이 구멍(61)들은 지지부(33)들 사이의 접착부(35)들이 소정부분 제거되어 x축을 따라 소정 폭을 가지며 형성되어 있다. 또한, 기판(31)의 하부 표면에 매트리스 형태로 도선 패턴이 형성되어 있다. 제1 및 제2액츄에이터(42)(48)은 y축을 따라 엇갈리게 배열되어 어레이를 이루는데, 제1 및 제2액츄에이터(42)(48)은 각기 변형부들(37)(43), 신호전극들(39)(45)과 공통접지전극들(41)(47)을 갖는다. 상기 변형부들, 즉, 제1및 제2변형부들(37)(43)은 z축을 따라 상방향 또는 하방향으로 분극되어 있으며 지지부(33)들과 한 몸체를 이루어 기판(31)으로부터 돌출되어 있다. 제1및 제2변형부들(37)(43)은 y축을 따라 경사지며 평행하게 형성된 제1및 제2홈들(55)(57)과 x축을 따라 평행하게 형성된 제1및 제2홈들(55)(57)과 x축을 따라 평행하게 형성된 제3홈(59)들에 의해 이격된 2M×N 개가 배열되어 있다. 제1및 제2변형부들(37)(43)은 소정각도 만큼 기울어져 기판(31)으로부터 소정높이를 갖는다. 상기에서 제1홈(55)들은 접착부(35)의 상부에 형성되어 구멍(61)들과 연결되어 있으며, 제2홈(57)들은 지지부(33)의 상부에 형성되며 하부표면이 기판(31)의 상부표면과 일치하도록 형성되어 있다. 또한, 구멍(61)들은 x축상에서 인접하는 제1 및 제2변형부들(37)(43) 사이에 형성된다.

상기 제1홈(55)들이 형성된 제1 및 제2변형부들(37)(43)의 측면에 신호전극들, 즉 제1 및 제2신호전극들(39)(43)이 형성되어 있다. 상기 제1 및 제2신호전극들(39)(45)은 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr)등으로 하부표면까지 연장되도록 스퍼터링(sputtering) 또는 진공증착되어 형성되며, 구멍(61)들에 의해 노출된 지지부(33)들의 측면들을 따라 형성되어 서로 분리되어 있다. 제2홈(57)들의 내부 표면에 공통접지전극들, 즉, 제1 및 제2공통접지전극들(41)(47)이 형성되어 있다. 제1 및 제2공통접지전극들(41)(47)은 제1 및 제2신호전극들(39)(45)과 동시에 형성되며 제2홈(57)들과 제3홈(59)들이 교차하는 지점의 바닥면에도 형성되어 y축을 따라 연결되어 있다.

상기에서 제1홈(5)들을 중심으로 하는 양측의 제1 및 제2액츄에이터(42)(48)은 단위 화소(50)를 이룬다. 상기 화소(50)들에서 제1 및 제2신호전극들(39)(45)에 극성이 다른 동일한 크기의 화상신호가 인가되면 제1및 제2변형부들(37)(43)에 동일한 크기를 가지는 전계가 동일한 방향으로 발생된다. 그러므로, 제1 및 제2변형부들(37)(43)은 분극방향쪽에 있는 표면과 전계방향쪽에 있는 측면이 맞닿는 모서리와, 이 모서리의 대각선에 있는 모서리가 전단변형되어 제1 및 제2액츄에이터들(42)(48)이 동일한 경사각으로 변하게 된다. 이때, 제1 및 제2변형부들(42)(48)은 하부가 기판(31)과 한 몸체를 이루어 고정되어 있으므로 상부 표면은 변형정도가 더 커지게 되고 상기 기판(31)과 평행을 유지하게 된다. 상기에서 제1 및 제2변형부들(37)(43)의 변형정도는 전계의 세기에 비례한다.

제1 및 제2반사경들(51)(53)은 알루미늄(Al) 등으로 상기 스퍼터링 또는 진공증착에 의해 제1 및 제2신호전극들(39)(45)의 표면에 형성되어 있다. 제1 및 제2반사경들(51)(53)은 기판(31)의 하부쪽에서 구멍(61)들을 통해 입사되는 광속들을 2차례 반사시켜 단위화소(50)들에 대한 광속들의 광로를 변화시키는 것으로 기판(31)의 하부표면에 형성된 제1 및 제2신호전극들(39)(45)의 표면에는 형성되어 있지 않다. 상기에서 제1 및 제2반사경들(51)(53)은 상기 제1 및 제2액츄에이터들(42)(48)의 변형에 의해 입사되는 광속들이 광로를 바꾸어 반사시키는데, 광로는 반사경이 1개 일때보다 2배의 크기로 변하게 된다.

제3도는 제2도의 광로조절장치(30)를 a-a 선으로 자른 단위 화소(50)의 단면도이다.

상기에서 단위화소(50)는 기판(31)에 형성된 폭(W)을 가지는 구멍(61)을 중심으로 좌우측에 경사각(θ₁)과 수직높이(h₁)을 가지는 제1 및 제2액츄에이터들(42)(48)로 이루어진다. 상기에서 구멍(61)을 통해 입사되는 공속이 제1 및 제2반사경들(51)(53)에 의해 1번만 반사되거나, 또는 3번이상 반사되는 것을 방지하기 위해 제1 및 제2액츄에이터들(42)(48)의 수직높이(h₁)는 구멍(61)의 폭(W₁)과 제1 및 제2액츄에이터들(42)(48)의 경사각(θ₁)에 의해 한정된다.

상기에서 구멍(61)을 통해 기판(31)의 하부쪽으로 부터 입사되는 광속이 제1 및 제2반사경들(51)(53)에 의해 반사되지 않고 진행될 수 있는 최대의 거리를 h₂라 하고, 상기 광속이 제1 반사경(51)에 의해 1차 반사된 지점과 제2반사경(53)에 의해 2차 반사된 지점의 차를 h₃라 하면 상기 제1 및 제2액츄에이터들(42)(48)의 높이(h₁)는

이 된다. 상기에서 입사광속의 최대진행거리(h₂)는

이 되며, 또한, 1차 반사지점과 2차 반사지점의 차(h₃)는

이 된다. 그리고, 1차 반사된 광속과 기판(31)과의 각도를 θ₂라 하면

가 된다. 상기 식(4)를 식(3)에 대입하면

가 되며, 이 식(5)을 식(1)에 대입하면 제1 및 제2액츄에이터들(42)(48)의 높이 h₁은

이 된다. 제1 및 제2액츄에이터들(42)(48)의 경사각 θ₁은 45˚<θ₁<60˚의 조건을 만족시켜야 한다. 상기에서 제1및 제2액츄에이터들(42)(48)의 경사각 θ₁가 45˚보다 작거나 같으면 제1반사경(51)에 대해 입사되는 광속들의 입사각이 45˚크거나 같게되어 입사광속의 일부가 제1홈(5)을 통해 앞으로 진행되지 않고 뒤로 진행된다. 또한, 제1 및 제2액츄에이터들(42)(48)의 경사각 θ₁가 60˚보다 크거나 같다면 제1반사경(51)에서 반사된 광속들이 적정거리 ω 만큼 떨어져 있는 2차반사경(53)에 도달하지 못하고 액츄에이터 광출구(55)로 빠져나감으로써 액츄에이터 소기의 목적을 이루지 못하게 된다.

또한, 구멍(61)들의 폭(W)은 30∼110㎛ 정도록, 바람직하기는, 70∼80㎛ 이다. 상기에서 제1 및 제2액츄에이터들(42)(48)의 경사각(θ₁)이 50˚이고, 구멍(61)의 폭(W)이 77㎛ 일때에는 식(6)에 의해 제1 및 제2액츄에이터들(42)(48)의 수직 높이(h₁)는 108㎛ 가 된다.

상술한 단일 화소(50)의 구동하는 것을 설명한다. 제1 및 제2변형부들(37)(43)은 z축 상의 어느 한 방향으로 분극되어 있다. 제1 및 제2신호전극들(39)(45)에 크기가 동일하고 극성이 반대인 화상신호가 인가되면 제1 및 제2변형부들(37)(43)에 전계가 제1 및 제2신호전극들(39)(43)과 수직되게 발생된다. 즉, 제1신호전극(51)에 양(+)의 화상 신호가 인가되면 제1변형부(37)에 제1신호전극(39)과 수직으로 제1공통접지전극(41)쪽으로 전계가 발생된다. 또한, 제2신호전극(45)에 제1신호전극(39)에 인가되는 화상신호의 크기와 동일한 음(-)의 화상신호 인가되어 제2변형부(43)에 제1변형부(37)와 동일한 방향으로 전계가 발생된다. 상기에서 제1및 제2변형부들(37)(43)이 +z 방향으로 전단 형성되어 경사각 θ₁이 커진다. 그리고, 제1 및 제2변형부들(37)(43)이 상기와 같이 +z 방향으로 분극되어 있고, 제1 및 제2신호전극들(39)(45)에 상기와 반대로 음 및 양의 화상신호가 인가되면 제1 및 제2액츄에이터들(42)(48)이 -x 방향으로 전단방향되어 경사각 θ₁이 작아진다. 따라서, 제1 및 제2반사경(51)(53)들에 의해 기판(31)하부쪽으로 부터 구멍(61)을 통해 입사되는 광속이 2차례 반사되므로 광로의 변화를 2배로 크게한다.

상술한 바와같이 기판에 형성된 구멍들 중심으로 제1, 제2 및 제3홈들에 의해 인접하는 액츄에이터들과 이격되고 제1 및 제2신호전극들과 제1 및 제2공통접지전극들을 갖는 소정각도 θ₁만큼 경사진 제1 및 제2액츄에어터들로 단위 화소들이 구성되고, 상기 제1 및 제2신호전극들의 표면에 구멍들까지 연장된 제1 및 제2반사경들이 형성되어있다. 그러므로 제1 및 제2신호전극들에 크기가 동일하고 극성이 반대인 화상신호가 인가되면 제1 및 제2액츄에이터들의 전단변형에 의해 경사각이 변하계 되어 기판의 하부쪽으로부터 구멍들을 통해 입사도는 광속들이 제1 및 제2반사경들에 의해 변한 경사각의 2배 만큼 광로가 조절된다.

따라서, 본 발명은 압전세라믹의 전단변형 특성을 이용하므로 변형부들의 내부에 신호전극들이 필요하지 않으므로 다층 세라믹의 형성이 필요하지 않고 제조가 용이한 잇점이 있다.

또한, 입사되는 광을 동일한 방향으로 변하는 제1 및 제2반사경에 의해 2번 반사시키므로 광로조절 범위가 커지는 잇점이 있다.

Claims

다수의 지지부들과 다수의 접착부들이 엇갈리게 되어있고 상기 접착부들이 제거되어 형성된 M×N 개의 구멍들을 가지며 하부 표면에 매트릭스 형태의 도선 패턴들을 가지는 기판과, 상기 기판과 수직으로 분극되어 지지부들과 한 몸체를 이루며 상기 구멍들과 연결되는 상기 접착부들과 상기 지지부들의 상부에 소정각도로 형성된 제1 및 제2홈들과 이 제1 및 제2홈들과 직각을 이루며 상기 구멍들 사이에 형성된 제3홈들에 의해 각각 분리된 제1 및 제2변형부들과, 상기 구멍들을 통해 기판의 하부표면의 일부까지 연결되도록 상기 제1홈들에 의해 노출된 상기 제1 및 제2변형부들 측면에 형성된 제1 및 제2신호전극들과, 상기 제3홈들과 교차하는 부분의 표면을 통해 이웃하는 것들과 연결되도록 상기 제2홈들에 의해 노출된 상기 제1및 제2변형부들 측면에 형성된 제1 및 제2공통접지전극을 가지는 다수개의 제1 및 제2액츄에이터들로 구성되며, 이 제1 및 제2액츄에이터들이 M×N 개의 단위화소들을 이루는 액츄에이터어레이와, 상기 제1 및 제2신호전극들의 표면에 형성된 제1 및 제2반사경을 구비한 광로조절장치.
제1항에 있어서, 상기 지지부가 BaTiO₃, PZT 또는 PLZT의 압전세라믹 중 어느 하나로 형성된 광로조절장치.
제1항에 있어서, 상기 접착부가 에폭시 또는 폴리머등으로 형성된 광로조절장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2홈들의 소정각도가 45˚보다 크고 60˚보다 작은 광로조절장치.