KR20070036383A - 광 커플러 및 이를 이용한 레이저 디스플레이 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 커플러 및 이를 이용한 레이저 디스플레이에 관한 것으로 특히, 레이저 광을 전달함에 있어 스페클(speckle)을 제거하고 각 색상의 레이저 광이 균일하게 혼합될 수 있도록 하는 것으로, 외측에 빛이 입사되는 가이드홀에 형성되며 내측에 광전달매질이 채워지는 제1커플링부와; 상기 제1커플링부의 광전달매질이 하나의 단면을 이루도록 커플링되는 제2커플링부를 포함하여 구성되어, 레이저 디스플레이 장치에 적용되어, 광섬유를 이용하여 레이저의 간섭성에 의하여 발생되는 스페클 노이즈를 저감시키면서 레이저 광을 백색으로 균일하게 혼합할 수 있으며, 디퓨저에 의하여 스페클 노이즈를 더욱 완전하게 제거할 수 있도록 하는 것이다.

스페클, 레이저, 커플러, 디스플레이, 가이드홀.

Description

광 커플러 및 이를 이용한 레이저 디스플레이{Optical coupler and laser display using the same}

도 1은 본 발명의 광 커플러의 일 실시예를 나타내는 일측 사시도

도 2는 본 발명의 광 커플러의 일 실시예를 나타내는 타측 사시도

도 3은 본 발명의 광 커플러의 다른 실시예를 나타내는 사시도

도 4는 본 발명의 광 커플러를 이용한 레이저 디스플레이의 일 실시예를 나타내는 개략도

<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>

10 : 제1커플링부 11 : 가이드홀

20 : 광전달매질 30 : 제2커플링부

40 : 디퓨저 50 : 레이저

51 : 빔 합성기 52 : 집속렌즈

54 : 조명렌즈 55 : TIR 프리즘

56 : 패널 57 : 투사렌즈

100 : 광 커플러

본 발명은 광 커플러 및 이를 이용한 레이저 디스플레이에 관한 것으로 특히, 레이저 광을 전달함에 있어 스페클(speckle)을 제거하고 각 색상의 레이저 광이 균일하게 혼합될 수 있도록 하는 광 커플러 및 이를 이용한 레이저 디스플레이에 관한 것이다.

최근 여러 광원을 이용한 디스플레이 장치가 제작되고 있다. 그 중에서 레이저 광원은 폭 넓은 색온도을 가지고 있어서 디스플레이 이미지의 색상이 자연색에 가깝게 표현될 수 있는 장점을 가지고 있어서 디스플레이 분야에서 많은 적용이 시도되고 있다.

그러나 상기와 같이 레이저 광원을 적용함에 있어서, 레이저는 시간적, 공간적으로 같은 위상을 유지하는 간섭성(coherence)를 가지고 있기 때문에, 이를 디스플레이에 이용할 경우 스페클(speckle)이라는 현상이 발생하게 된다.

상기 스페클 현상은 레이저 광과 같은 간섭성이 있는 빛이 사물 표면에서 반사될 때 표면의 거칠기에 의하여 산란되어 한정된 개구(aperture)를 갖는 디텍터(예를 들어, 사람의 눈)에서 보게될 때 발생하는 현상이다.

즉, 상기와 같은 스페클 현상은 레이저 광이 거쳐가는 광학계의 디펙트 등에 따른 영상 또는 빔 강도 분포 변화에 의해 나타나는 얼룩과는 구분되는 현상이다.

따라서 색재현성 및 색순도가 뛰어난 고화질의 디스플레이를 구현하기 위해서는 이와 같은 스페클 노이즈를 반드시 저감시켜 주어야 한다.

종래에는 상기 스페클 노이즈를 저감시키기 위해서 빛의 경로에 광섬유 (optical fiber)나 디퓨저(diffuser)를 위치시켜 사용하고 있다.

즉, 상기 광섬유를 광도파로로 사용하여, 광섬유를 길게 하거나, 광섬유에 진동을 주거나 일정하게 회전시켜 간섭성을 깨는 것이다.

또한, 상기 디퓨저를 통과시켜 빔을 확산시켜 레이저 광의 간섭성을 줄여 스페클 노이즈를 저감시키며, 최근에는 RPP(random phase plate)를 이용하여 디퓨저보다 더 우수한 효과를 보이고 있지만 스페클 노이즈를 완전히 제거하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 레이저의 간섭성에 의하여 발생되는 스페클 노이즈를 저감시키면서 레이저 광을 백색으로 균일하게 혼합할 수 있으며, 디퓨저에 의하여 스페클 노이즈를 더욱 많이 제거할 수 있도록 하는 광 커플러를 제공하고, 이러한 광 커플러를 이용하여 레이저 디스플레이의 구조를 단순화하면서 디스플레이의 스페클 노이즈를 제거할 수 있는 광 커플러를 이용한 레이저 디스플레이를 제공하고자 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 외측에 빛이 입사되는 가이드홀에 형성되며 내측에 광전달매질이 채워지는 제1커플링부와, 상기 제1커플링부의 광전달매질이 하나의 단면을 이루도록 커플링되는 제2커플링부를 포함하여 구성함으로써 달성된다.

상기 제1커플링부는 단일체로 이루어질 수도 있으나, 바람직하게는 복수로 이루어지고, 상기 제2커플링부에서 하나로 통합되도록 구성된다.

상기 광전달매질은 다수의 광섬유가 모여서 이루어지며, 특히, 클래딩이 없는 상태로 서로 접촉하도록 모여서 이루어지도록 한다.

또한, 상기 제1커플링부 또는 제2커플링부는 다수의 광섬유가 열적으로 꼬여서 형성되어, 상기 가이드홀을 통하여 입사된 레이저 광의 간섭성이 깨지도록 한다.

한편, 상기 제2커플링부의 외측에는 레이저 광의 간섭성을 줄이는 디퓨저가 추가 구성되어, 레이저 광의 간섭성을 완전히 깨지도록 할 수 있다.

상기 디퓨저는 불규칙 패턴이 형성된 플레이트를 이용하고, 모든 종류의 소자들이 사용 가능하나, 랜덤 페이즈 플레이트(random phase plate: RPP)를 이용하는 것이 보다 바람직하다.

상기 디퓨저는 상기 제2커플링부의 외측면에 디퓨저층을 형성하고, 이 디퓨저층을 불규칙 패턴을 가지도록 패터닝하여 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 디퓨저는 폴리머계의 물질로 형성하여, 이 폴리머계의 물질을 에칭하여 형성하는 것이 보다 바람직하다.

상기 본 발명의 광 커플러는 레이저 광의 경로에 위치시켜 사용하는 것이 바람직하며, 특히, 레이저 디스플레이의 특정 경로에 사용함으로써 레이저 광의 스페클 노이즈를 제거하도록 하는 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1과 도 2는 각각 본 발명의 광 커플러를 도시하는 사시도로서, 본 발명의 광 커플러는 제1커플링부(10)와 제2커플링부(30)로 이루어지고, 상기 제1커플링부(10)는 외부의 빛이 입사되는 가이드홀(11)이 형성된다.

또한, 상기 제1커플링부(10)와 제2커플링부(30)는 광전달매질(20)이 연결되어 채워진다.

도 1 및 도 2에서 도시하는 바와 같이, 상기 제1커플링부(10)는 다수개로 구성되어, 상기 가이드홀(11)을 통하여 각기 다른 색상의 빛이 입사되어 본 발명의 광 커플러를 거치면서 혼합되어 상기 제2커플링부(30)로 토출된다.

특히, 레이저 빛을 이용하여 본 발명의 광 커플러를 이용하여 간섭성(coherence)를 저하시키는 것이 바람직하다.

바람직하게는 상기 가이드홀(11)을 통하여 Red, Green, Blue의 빛의 삼원색의 레이저 광이 입사되어 혼합되면서 상기 제2커플링부(30)로는 백색광이 출력되게 하는 것이며, 이때 상기와 같이 간섭성이 깨지게 되어, 레이저 광의 스페클 노이즈를 줄일 수 있는 것이다.

상기 광전달매질(20)은 다수개의 광섬유를 사용하며, 특히, 클래딩이 없는 상태로 다수의 광섬유를 본 발명의 광 커플러에 채우게 된다.

이러한 다수개의 광섬유는 상기 제1커플링부(10)에서 열적으로 꼬인 상태로 위치하게 되고, 상기 가이드홀(11)로 입사된 레이저 광은 이 제1커플링부(10)에서 1차적으로 간섭성이 저하된다.

상기 다수개의 제1커플링부(10)에서 열적으로 꼬인 광섬유는 상기 제2커플링 부(30)에서 통합되어, 다시 2차적으로 열적으로 꼬이면서 하나의 단면을 이루게 된다.

그리하여, 상기 제1커플링부(10)를 거치면서 1차적으로 간섭성이 저하된 레이저 광이 상기 제2커플링부(30)를 통하면서 2차적으로 간섭성이 저하되어 토출되는 것이다.

도 3에서 도시하는 바와 같이, 상기 제2커플링부(30)의 외측면에는 디퓨저(40)를 추가 구성함으로써, 레이저 광의 간섭성을 완전히 깨지도록 할 수 있다.

상기 디퓨저(40)는 광의 위상(phase)를 불규칙하게 하는 어떠한 형태의 광학소자를 사용하여도 가능하고, 특히, 랜덤 페이즈 플레이트(random phase plate: RPP)를 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 디퓨저(40)는 별개의 디퓨저(40) 플레이트를 부착하여 구성하는 것도 가능하나, 바람직하게는 상기 제2커플링부(30)의 외측에 형성하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 제2커플링부(30)의 외측면에 디퓨저층을 형성하고, 이 디퓨저층이 불규칙한 패턴을 가지도록 패터닝하여 형성한다.

상기 디퓨저층은 폴리머계의 물질을 이용하여 형성하고, 이를 에칭에 의하여 패터닝함으로써 디퓨저(40)를 형성하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 광 커플러는 특히 레이저 디스플레이의 광 경로에 사용되어 레이저 광의 간섭성을 깰 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

레이저를 이용한 디스플레이는 마이크로 디스플레이 패널(micro display panel) 방식과 스캔(scan) 방식이 있으며, 이 중 마이크로 디스플레이 패널에서는 광을 고르게 혼합하는 로드 렌즈 및 빔 합성기가 필요하나, 본 발명의 광 커플러를 이용하면 이러한 로드 렌즈와 빔 합성기를 사용할 필요가 없이, 광을 균일하게 혼합하면서 레이저 광의 스페클 노이즈를 제거할 수 있다.

도 4는 본 발명의 광 커플러(100)가 레이저 디스플레이에 사용되는 것을 나타내는 개략도로서, R, G, B 레이저(50)에서 출력되는 R, G, B 빔은 본 발명의 광 커플러(100)로 입사된다. 이때 레이저(50) 광을 집속하는 집속 렌즈가 사용될 수도 있다.

종래의 레이저 디스플레이는 빔 합성기를 통해서 하나로 합쳐져 백색광으로 만들어지고, 이 백색광은 집속 렌즈를 통해 로드렌즈로 입사되는 것이나, 본 발명의 광 커플러(100)를 사용하면 이러한 복잡한 구성이 필요 없게 된다.

상기 광 커플러(100)를 통해 균질하게 만들어진 광은 패널에 조사될 수 있도록 조명 렌즈(54)를 통해 제어된다.

상기 조명 렌즈(54)를 통과한 빛은 TIR 프리즘(55)에 입사된다. 상기 TIR 프리즘(55)은 두 개의 프리즘(prism) 사이에 매우 얇은 공기층을 두어 빗면에 입사되는 빛의 각도가 크면 전반사 작용에 의하여 반사되도록 하고, 입사 각도가 작으면 빛을 투과시키는 역할을 하는 것으로, 상기 조명 렌즈(54)로부터 들어오는 빛은 패널(56)로 반사시키고, 상기 패널(56)에서 출력되어 나오는 신호광은 투과시킨다.

상기 TIR 프리즘(55)을 통해 패널(56)로 입사되는 광은 패널(56)의 영상 신호를 통해 영상으로 표현되게 된다. 그리고, 상기 패널(56)로부터 출력되는 신호광 은 TIR 프리즘(55)과 투사렌즈(57)를 투과하여 스크린(도시하지 않음)에 결상되어 화상으로 볼 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명의 광 커플러(100)는 기타 다른 방식의 레이저 디스플레이 장치에도 동일하게 적용이 가능하다.

한편, 본 발명의 광 커플러(100)는 스캔 방식의 레이저 디스플레이에서는 레이저 광원과 스캔 미러(도시되지 않음) 사이의 어느 위치든 적용시킬 수 있다.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 변형이 가능하고, 이러한 기술적 사상의 여러 실시 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.

이상과 같은 본 발명은, 레이저 디스플레이 장치에 적용되어, 레이저의 간섭성에 의하여 발생되는 스페클 노이즈를 저감시키면서 레이저 광을 백색으로 균일하게 혼합할 수 있으며, 디퓨저에 의하여 스페클 노이즈를 더욱 완전하게 제거할 수 있도록 하는 효과가 있는 것이다.

Claims (15)

1. 외측에 빛이 입사되는 가이드홀에 형성되며 내측에 광전달매질이 채워지는 제1커플링부와;

   상기 제1커플링부의 광전달매질이 하나의 단면을 이루도록 커플링되는 제2커플링부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광 커플러.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제1커플링부는 복수로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 커플러.
3. 제 2항에 있어서, 상기 복수의 제1커플링부는 상기 제2커플링부에서 하나로 통합되도록 하는 것을 특징으로 하는 광 커플러.
4. 제 1항에 있어서, 상기 광전달매질은 광섬유인 것을 특징으로 하는 광 커플러.
5. 제 4항에 있어서, 상기 광전달매질은 다수의 광섬유가 모여서 이루어지는 것을 특징으로 하는 광 커플러.
6. 제 5항에 있어서, 상기 다수의 광섬유는 클래딩이 없는 상태로 모여서 이루 어지는 것을 특징으로 하는 광 커플러.
7. 제 1항에 있어서, 상기 제1커플링부 또는 제2커플링부는 다수의 광섬유가 열적으로 꼬여서 형성되는 것을 특징으로 하는 광 커플러.
8. 제 1항에 있어서, 상기 제2커플링부의 외측에는 레이저 광의 간섭성을 줄이는 디퓨저가 추가 구성되는 것을 특징으로 하는 광 커플러.
9. 제 8항에 있어서, 상기 디퓨저는 불규칙 패턴이 형성된 플레이트인 것을 특징으로 하는 광 커플러.
10. 제 8항에 있어서, 상기 디퓨저는 랜덤 페이즈 플레이트(random phase plate)인 것을 특징으로 하는 광 커플러.
11. 제 8항에 있어서, 상기 디퓨저는 상기 제2커플링부의 외측면에 디퓨저층을 형성하고, 이 디퓨저층을 불규칙 패턴을 가지도록 패터닝하여 형성하는 것을 특징으로 하는 광 커플러.
12. 제 11항에 있어서, 상기 패터닝은 에칭을 이용하는 것을 특징으로 하는 광 커플러.
13. 제 11항에 있어서, 상기 디퓨저층은 폴리머계의 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 광 커플러.
14. 제 1항의 광 커플러를 이용한 레이저 디스플레이에 있어서,

    상기 광 커플러가 레이저 디스플레이의 특정 경로에 위치되어 사용되는 것을 특징으로 하는 광 커플러를 이용한 레이저 디스플레이.
15. 제 1항의 광 커플러를 이용한 레이저 디스플레이에 있어서,

    레이저와;

    상기 레이저의 광원이 입사되는 상기 광 커플러와;

    상기 광 커플러를 통과한 빛이 입사되며, 이 입사되는 빛은 패널로 반사시키고, 상기 패널에서 출력되어 나오는 신호광은 투과하는 이중 프리즘과;

    상기 패널로부터 출력되는 신호광이 상기 프리즘을 투과하여 결상되는 스크린을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광 커플러를 이용한 레이저 디스플레이.

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