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SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 서론 15
제2장 본론 17
제1절 SOM Chip 설계 및 제작 17
제2절 SOM chip 구동 특성 39
제3절 SOM 소자 PKG 57
제4절 스캐너 68
제5절 광원 78
제6절 구동회로 94
제7절 광모듈 시스템 119
제8절 Feedback 제어 168
제9절 Calibration 182
제10절 PKG 해석 및 평가 191
제11절 Laser Color Image Processing 238
제12절 DMB/WiBro 대응 282
제3장 LPD용 초소형/저전력 녹색광원 310
제1절 DPM 방식 초소형 녹색광원 개발 312
제2절 QPM 방식 초소형 녹색 광원 개발 346
제3절 QPM 방식 초소형 녹색 광원용 1060nm LD 개발 380
제4장 결론 405
참고문헌 408
초록보기 더보기
1. 제목 : 휴대폰 내장형 LPD 모듈에 대한 연구
2. 연구개발의 목적 및 중요성
다기능 핸드폰의 저가격, 저소비전력 및 밝은 휘도를 만족시키기 위하여 LCD, OLED 및 MEMS 평판 소형 디스플레이에는 활발한 연구가 진행되고 있다. 이러한 소형디스플레이 방식은 휴대폰 크기 이내로 평판 디스플레이를 구현하여야 하므로 대형화하는 데는 근본적인 제한이 내재한다. 또한 다양한 볼거리 및 콘텐츠가 휴대폰을 통하여 디스플레이되고 있음에도 불구하고 작은 영상크기로는 이러한 콘텐츠를 마음껏 즐길 수가 없기 때문에 휴대폰 이용자들의 증가되는 요구는 충족되지 않고 있다. 이러한 기존 휴대폰의 제한된 영상크기로 인하여 대형으로 휴대폰 영상을 디스플레이 할 수 있는 휴대폰 내장형 초소형 프로젝터 개발이 대두되어 왔다. 세계 각국의 유명한 회사에서는 이러한 소비자의 욕구를 만족시키기 위하여 초소형 광학엔진에 대한 연구에 박차를 가하고 있다.
본 연구 과제에서는 대형화면에 대한 휴대폰 소비자의 욕구를 만족하기 위하여 휴대폰 내장형 초소형 프로젝터 엔진 개발을 목표로 한다. 프로젝터 엔진이 휴대폰에 내장되기 위하여는 다음과 같은 신규 기술이 개발되어야 한다.
첫째, 광소자, 광모듈 및 회로를 포함하는 광엔진을 초소형으로 제작할 수 있어야 한다.
둘째, 소비자가 다양한 콘텐츠를 오래 즐길 수 있도록 저소비 전력으로 디스플레이를 구현하여야 한다.
셋째, 어두운 곳 뿐 만 아니라 밖에서도 볼 수 있도록 높은 휘도를 가져야 한다.
넷째, 일반 소비자가 구입할 수 있을 정도로 저가격으로 제작되어야 한다.
상기된 초소형, 저소비전력, 고휘도 및 저가의 광학엔진 제작 기술 개발시 다가오는 휴대폰 내장형 프로젝터 시장 선점 및 신규 기술의 내재화를 할 수 있으므로 중요하다.
3. 연구개발의 내용 및 범위
연구개발은 크게 두 분야로 나누어 진행 하였다. 구체적인 주요 연구내용은 다음과 같다.
(1) 휴대폰 내장형 LPD 모듈 개발
- VGA급 광변조기 소자 및 PKG
- 광변조기 소자/광원/스캐너 구동 회로
- High quality multimedia processor 및 driver IC
- 크기 13cc 이하 조명계 및 투사계를 포함하는 모바일 광학계
- 화질 및 laser color image processing
- 실시간 무선 영상 통신 지원 플랫폼
(2) 초소형/저전력 녹색 광원 개발
- DPM 방식 초소형 녹색광원
- QPM 방식 초소형 녹색광원
- QPM 방식 초소형 녹색 광원용 1060nm LD
- 초소형 녹색광원 PKG
4. 연구개발결과
본 연구과제의 결과물로써 휴대폰 내장형 LPD 광학 엔진을 개발하였다. 광변조기 소자로는 회절형 선형 광변조기를 신규개발 하였다. 개발된 선형 광변조기는 단파장 레이저 라인빔이 격자 미러에 조사되면 화소별로 밝기를 조절할 수 있다. 밝기가 조절된 라이빔을 스캐너를 좌우로 구동하여 2차원 화면을 구현하였다. 또한 소자를 외부 환경으로부터 보호하고 구동회로부와 연결하기 위하여 강건 패키지 기술이 개발되었다. 개발완료된 광학엔진의 최종 사양은 다음과 같다.
- 부피 : 13 cc (83.5W×23.5D×13.3H ㎣)
- 소비전력 : 1.7~1.8 W
- 밝기 > 6.3 Im
- 명암비 : 200:1
- 해상도 : VGA (640×480)
- 화면크기 : 10 인치 ( Aspect Ratio 4:3, OffAxis 기능 포함)
- 영상처리 속도 : 60 frame/sec
- Bit Depth : 6 bit
- Speckle noise : 4 %
- Off-Axis
- Laser Safety·Class I
휴대폰에 내장되는 레이저 프로젝션 디스플레이 시스템에 사용할 초소형 녹색광원 모듈을 제작하여 광엔진에 적용하였다. 변조 주파수 60 Hz, duty ratio 25%, 첨두 전류 600 mA, 첨두 소모 전력 1.52 W의 구동 조건으로 작동하였을 때 다음과 같은 녹색 레이저 사양을 얻을 수 있었다.
- 부피 0.5cc
- 최대 첨두 광출력 : 152 mW
- 편광 상태 : 모듈 밑면에 수직한 방향, 편광비 94:1
- 10초 동안의 펄스 에너지 안정성 : 0.3% 이하
- 펄스 상승 시간 : 1.1 ms
- 빔 모양 : 가우스 꼴(99% 이상 근접)
- 발산각 : 수평 방향 4.1 mrad, 수직 방향 4.6 mrad
- 파장 : 532.3 nm
- 선폭 : 0.11 nm
5. 활용에 대한 건의
본 연구에서 개발된 휴대폰 내장형 레이저 광학 엔진은 초소형, 저소비전력 및 고휘도를 가짐으로서 휴대폰에 내장 가능한 수준으로 개발되었다. 따라서 본 연구에서 개발된 광학 엔진을 휴대폰에 내장하여 소비자의 대형화면에 대한 욕구를 충족시키는 데 활용할 수 있겠다.
본 연구에서 개발된 광변조기 소자/PKC/광학 기술은 휴대폰 내장형 프로젝터 외에도 차랑용 Head-Up Display, Head Mounted Display 및 Portable UV/IR Spectrometer 등에도 응용가능한 기술로서 지속적인 기술 개발을 통하여 신규 아이템에 적용하여 블루오션 시장을 선점하는데 활용할 수 있다.
또한 개발된 초소형 녹색 광원은 광출력, 안정성, 편광 등 여러 광학적특성이 우수하여 이번에 개발된 광학엔진 외에도 세계 각국에서 개발하고 있는 초소형 레이저 광학 엔진에도 적용되어 활용될 수 있다.
6. 기대효과
본 과제에서는 디스플레이용 광변조기 개발을 통하여 TI DLP 및 SLM사 GLV와 경쟁할 수 있는 광변조기 내재화에 성공하였다. 따라서 디스플레이 프로젝션 세트에 외국에서 수입하여 탑재되었던 광변조기를 국내기술로 개발된 소자로 대체할 수 있게 되어 전자제품에서의 무역수지를 개선하리라고 기대된다.
또한 휴대폰 내장용 LPD 모듈 개발에 필요한 핵심 재료 및 소재들, 광변조기 기판 및 FPC 기판류, 렌즈 및 필터류 등의 광학 부품들과 함께 고효율 녹색광원 례이지 개발은 본 개발의 사업화에 따라 국내 시장 파급 효과가 크며 다양한 응용제품으로의 전개가 가능하다. 본 과제에 적용될 핵심요소기술 및 부품 산업들간의 동반 성장 및 시너지 효과가 기대된다.
또한, 개발된 0.5 cc급 고효율 녹색광원 모듈은 휴대폰 내장형 소형 LPD 모듈에 탑재 되어 바로 상용화 할 수 있음을 물론이고, Handheld Mini-projector를 비롯하여 Data projector등 현재의 여러가지 projection을 통해 구현되는 디스플레이 장비에 사용할 수 있을 것으로 기대된다.
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원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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