KR0130058B1

KR0130058B1 - 투과형 표시장치

Info

Publication number: KR0130058B1
Application number: KR1019910001760A
Authority: KR
Inventors: 히로시 나까니시; 히로시 하마다
Original assignee: 쓰지 하루오; 샤프 가부시끼가이샤
Priority date: 1990-02-01
Filing date: 1991-02-01
Publication date: 1998-04-11
Also published as: JP2552389B2; TW215129B; KR920000045A; JPH03267918A

Abstract

투과형 표시장치에 관한 것으로, 다수의 화소를 가지는 표시 패널과, 상기 표시패널의 입사측에 위치하고 각각이 각 화소에 대응하여 설치된 마이크로렌즈의 제1어레이와, 상기 표시 패널의 출구측에 위치하고 각가가이 각 화소에 대응하여 설치된 마이크로렌즈의 제 1어레이와, 상기 표시 패널의 출구측에 위치하고 각각이 각 화소에 대응하여 설치된 마이크로렌즈의 제2어레이를 구비하고, 마이크로렌즈의 제1어레이의 초점의 위치가 마이크로렌즈의 제2어레이의 초점의 위치와 일치하고, 제1어레이의 각 마이크로렌즈의 초점거리가 제2어레이의 각 마이크로렌즈의 초점거리 보다 더 큰 것을 특징으로 한다.

Description

투과형 표시장치

제1도는 본 발명에 따른 표시장치를 표시하는 선단면도.

제2도는 마이크로렌즈와 표시패널 사이의 관계를 표시하는 확대 부분 단면도.

제3도는 종래의 표시장치를 표시하는 선단면도.

제4도는 본 발명에 따른 표시장치의 다른 예를 표시하는 선단면도.

제5도는 제4도의 표시장치에 있어 마이크로렌즈와 표시패널 사이의 관계를 표시하는 확대부분단면도.

제6도와 제7도는 표시장치의 예를 표시하는 선단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,2 : 마이크로렌즈 3 : 표시패널

5 : 다수의 화소 4 : 액정표시패널

4a,4b : 기판

본 발명은 일반적으로 투과형 표시장치(이후 투과표시장치라 한다)에 관한 것이고, 특히 매트릭스에 정렬된 액정패널과 다수의 화소와 같고 마이크로 렌즈의 배열을 갖는 표시패널을 가지는 도트 매트릭스형 표시장치에 관한 것이다. 표시장치의 이 형은 특히 대형스크린투영용 TV, 정보표시시스템 등에 적용가능하다. 투과표시패널에 있어서 바이스터(Varister) 또는 MIM(metal insulator metal)과 같은 비선형장치가 인접화소 사이의 가능한 크로스토크(cross talk)를 방지하도록 화소에 대응하여 제공된다. 각 화소에 설치된 TFTs(This Film Transistor)과 같은 그러한 스위칭소자가 화소를 그들의 전극에 구동한다. 이러한 소자와 거기의 배선은 표시장치내의 스페이스를 점유하고 그것에 의해 화소를 형성하는 실효면적을 축소한다. 이는 표시장치의 개구수를 감소시킨다. 개구수비는(총표시면적)에 의해 분할된(모든회소의 실효면적)에 의해 표시된다. 수식에서 명백한 것과 같이 표시에 기여하지 않은 면적이 증가함에 따라, 개구수비는 저하한다. 개구수비가 저하하면 암화면이 재생되고 영상도가 저하하게 된다. 표시상의 화면을 정제하기 위해 표시패널상의 화소를 최소로 하는 것이 요구된다. 모든 화소의 구성요소의 사이즈가 비례적으로 축소되면, 개구수비는 변화하지 않는다.

그러나, 포토리소그래픽(photolithograph)와 에칭(etching)은 비선형 소자와 스위칭소자를 최소화하는데에 한계가 있고 거기의 배선은 그의 허용가능한 범위하의 폭으로 좁게 할 수가 없다. 스페이스가 이러한 소자들에 의해 점유됨에 따라서 표시장치의 개구수비는 저하된다. 개구수비는 재생가능한 광에 대한 표시패널에 입사광의 비율이다. 재생 불가능한 광은 표시패널의 불투명부에 의해서 차단되고, 표시에 기여하지 않는다.

따라서, 표시화면의 질은 그들이 같은 광원을 사용할 경우 표시장치의 개구수비에 의존한다. 즉, 개구수비가 저하함으로써 암화면이 재생되어 진다. 상기 문제를 해결하기 위해 그의 한측 또는 양측에 마이크로렌즈의 배열을 표시패널에 제공하는 한가지 제안이 있고 이는 특개소 60-262131과 61-11788호에 공개되었다.

이러한 알려진 표시장치의 이점은 표시에 기여하지 않는 표시패널의 부분에 입사한 광이 표시패널내의 화소에 집속되고 그것에 의해 실질적으로 개구수를 증가한다.

그러나, 이러한 알려진 표시장치는 다음과 같은 결점이 있다. 표시패널이 입사광측 즉, 광이 표시패널에 들어오는 측에만 마이크로렌즈의 배열을 가지는 표시장치에 있어서, 빛은 화소에 집속된 후 발산된다. 투영형 표시장치에 이러한 표시패널을 사용하기 위해서는 광출구측상의 투영렌즈의 개구수(NA)를 일부러 확대하는 것이 요구된다. 표시패널이 양측에 마이크로렌즈의 배열을 가지는 표시장치에 있어서는 다음과 같은 문제가 발생한다. 제3도를 참조하여 종래의 표시패널을 상세히 설명한다. 표시패널(3)은 양측에 마이크로렌즈(1,2)을 가진다.

마이크로렌즈(1,2)는 그들의 초점거리가 같도록 배열된다. 게다가 표시패녈(3)의 입사광측의 마이크로렌즈(1)의 초점과 그의 광출구측의 마이크로렌즈(2)는 서로 대응한다. 결과로서 이러한 마이크로렌즈(1,2)의 초점은 표시패널(3)의 단면 중앙에 위치된다. 표시패널(3)의 입사광측에의 마이크로렌즈(1)의 입사평행광은 초점에 집속되고, 그리고 나서 발산되는 경향이 있다. 그러나, 그들은 마이크로렌즈(2)를 통하여 통과함으로서 평행광으로 변경된다. 제3도에 표시된 상태는 이상적인 마이크로렌즈가 산출되면 오로지 실현될 수 있는 가상적인 상태이다.

그러나, 약간의 입사광은 각 마이크로렌즈(2)를 통하여 통과하지 않고 그들의 수차(aberration) 때문에 다른 마이크로렌즈를 통과하는 것이 사실이다. 결과로서 출구빛은 제3도의 점선에 의해 표시된 것과 같이 그들이 통과하는 마이크로렌즈에 의해 넓어진 각에서 발산된다. 이 발산이 광의 소모를 초래한다. 투영형 표시장치의 경우에 있어서, 광이 소모되지 않도록 투영렌즈가 필요하게 된다. 선행 기술의 상기 많은 결점을 해결하는 본 발명의 투과형 표시 장치는 다수의 화소를 가지는 표시패널과, 표시패널의 입사측상에 배치되고 각각이 각 화소에 대응하여 배치된 마이크로렌즈의 제1어레이와, 표시패널의 출구측에 배치되고 각각이 각 화소에 대응하여 배치된 마이크로렌즈의 제2어레이를 구비하고, 마이크로렌즈의 제1어레이의 초점의 위치는 마이크로렌즈의 제2어레이의 초점의 위치와 일치하고 그리고 제1어레이의 각 마이크로렌즈의 초점거리는 제2어레이의 각 마이크로렌즈의 초점거리보다 더 크다.

실시예에 있어서, 화소는 표시패널의 단면중앙에 위치한다.

실시예에 있어서, 화소는 마이크로렌즈의 제1어레이의 초점에 위치된다.

실시예에 있어서, 제1과 제2마이크로렌즈의 각각은 경사 굴절율을 가진다.

실시예에 있어, 표시패널은 액정패널이다.

이리하여 여기에서 설명된 본 발명은 그의 비교적 작은 개구수에 관계없이 맑은 화상을 재생할 수 있는 투과형 표시장치를 제공하는 목적을 가능하게 한다.

[실시예]

제1도와 제2도를 참조하여, 화소가 10mm당 소수의 화소의 비율로 형성하는 액정표시패널을 사용하는 투영형표시에 관해 설명된다. 표시패널의 개구수비는 50%∼80%이다. 광원으로 향한 표시패널(4)의 입사측은 마이크로렌즈(1)의 제1어레이를 가지고 그리고 그의 출구측은 마이크로렌즈(2)의 제2어레이를 가진다. 표시패널(4)은 매트릭스로 배열된 다수의 화소(5)를 가진다. 마이크로렌즈(1,2)는 각 화소(5)에 대흥하여 개별적으로 배치되고, 그것에 의해 마이크로렌즈(1,2)는 1대1로 서로 대향하고 하나의 화소는 그것들 사이에 삽입된다. 실시예에 있어, 마이크로렌즈(1,2)는 각각이 경사굴절율을 가지는 2차원으로 배열된 다수의 렌즈로 조립된다. 액정표시패널(4)을 구성하는 기판(4a,4b)은 1.1mm두께이다. 화소(5)의 두께는 무시해도 좋다. 액정표시패널(4)의 두께(d)는 2.2mm이다. 각 마이크로렌즈(1)의 초점거리(f₁)는 1200㎛이고, 각 마이크로렌즈(2)의 초점거리(f₂)는 1000㎛이다.

그러므로 액정표시패널(4)의 두께(d)는 초점거리(f₁,f₂)의 합계이고 2200㎛이 된다. 그래서 마이크로렌즈(1)의 제1어레이의 초점과 제2마이크로렌즈(2)의 초점은 액정패널을 향하여 일치하게 된다. 설명된 표시장치에 있어서, 마이크로렌즈(1,2)의 광축부근을 통과하는 평행광선은 제2도의 실선에 의해 표시되는 것과 같이 액정표시패널(4)의 표면에서 f₁의 거리만큼 떨어진 초점(F)에 집속된다.

이후, 빛은 발산하면서 마이크로렌즈(2)의 제2어레이에 도달함으로써 평행광선으로 전환된다. 평행광선이 각 마이크로렌즈(1)의 주변위치를 통하여 통과하게 될 때, 제2도의 점선으로 표시된 것과 같이 평행광선은 마이크로렌즈(1)의 수차 때문에 그의 초점(F)보다는 오히려 마이크로렌즈(1)의 제1어레이를 향한 점(Q)을 통하여 지나간다. 점(Q)이 화소(5)의 단면중앙을 넘어 액정표시패널(4)의 광출구측을 향하여 위치하고 있으므로, 그 광선은 제2마이크로렌즈(2)에 입사할 수 있다. 점(Q)과 마이크로렌즈(2)사이의 거리가 마이크로렌즈(2)의 초점거리(f2)보다 크기 때문에, 마이크로렌즈(2)를 통하여 지나가는 광선은 평행광선이 될 수 없다. 이들 광선은 표시에 기여하고 이것에 의해 광선의 소모를 피할 수 있다. 따라서 액정표시장치는 큰 투영렌즈를 사용하는 필요성을 제거하고 그리고 비교적 작은 구경의 투영렌즈의 사용으로 맑은 영상을 재생할 수 있다.

제4도와 제5도를 참조하여, 제4도와 제5도에서 유사한 숫자들은 제1도와 제2도의 멤버 및 소자와 같고, 이은 교환법에 의해 산출된 마이크로렌즈(1,2)는 경사굴절율을 가진다. 제1마이크로렌즈(1)의 초점거리(f₁)는 1100㎛이고, 초점거리(f₂)는 700㎛이다. 액정패널(4)을 구성하는 한쌍의 기판(4a,4b)은 각각 두께가 1.1mm와 0.7mm이다. 기판(4a,4b)의 두께는 마이크로렌즈(1,2)의 초점거리(f₁,f₂)와 같다. 제1마이크로렌즈(1)의 초점과 제2마이크로렌즈(2)의 초점은 액정패널을 향해 서로가 일치하게 된다.

이러한 방법으로 기판(4a,4b)사이에서 형성된 각 화소(5)는 액정 표시패널(4)을 향한 마이크로렌즈(1)의 초점에 위치되고, 그리고 그것은 액정표시패널(4)을 향한 마이크로렌즈(2)의 초점에 위치하는 것을 뜻한다. 마이크로렌즈(1,2)의 광축부근을 통과하는 평행광선은 제5도의 실선에 의해 표시된 것과 같이 액정표시패널(4)의 화소(5)상의 초점(F)에 집속된다.

그후, 발산하는 동안 광선은 제2마이크로렌즈(2)에 도달함으로써 그들은 평행광선으로 전환된다. 평행광선이 마이크로렌즈(1)의 주변위치를 통하여 지나가게 될 때 그들은 제5도의 점선에 의해 표시된 것과 같이 마이크로렌즈(1)의 수차로 인해서 그의 초점(F)보다 마이크로렌즈(1)에 더 가까운 점(Q)을 통하여 통과한다. 이 점(Q)은 제3도에 표시된 종래의 표시장치에서보다 표시패널의 광출구측에 더 가까이 위치되고, 그것에 의해 광선은 마이크로렌즈(2)에 입사할 수가 있다. 점(Q)과 마이크로렌즈(2) 사이의 거리는 초점거리(f₂)보다 더 크므로, 마이크로렌즈(2)를 통하여 지나가는 광선은 평행광선이 되지 않는다. 형편좋게 이러한 광선들은 전환하여 표시에 기여하고, 그것에 의해 광선의 소모를 감축한다. 이 실시예에서 마이크로렌즈(1,2)의 초점은 화소(5)상에 위치되고, 그것에 의해 제3도에 표시된 종래의 장치와 비교할 때 화소(5)이외의 부분에 의해 차단되는 광선의 양을 감축한다. 이리하여 맑은 영상이 표시된다.

상기와 같이, 마이크로렌즈(1,2)는 이온교환법에 의해 제작되지만 그들은 평윤법, 가열법 또는 기계적 방법에 의해서 만들어 질수 있다. 평윤법에서, 감광단량체(모노머)는 자외선에 의해 중합되고 그리고나서 노광부분은 노광부분과 비노광부분사이의 침투압력에 의해 렌즈에 팽윤된다. 가열법에서는, 감광수지를 원형으로 패턴한 후, 그의 융점보다 더 높은 온도에 가열하여 응융수지는 표면장력하에서 렌즈로 형성된다.

기계적 방법에서는, 원료가 기계적으로 렌즈로 잘린다. 마이크로렌즈를 제조하는데 사용할 수 있는 재로로써는 아크릴 수지, 포리카보네이트수지, 포리슬렌수지, 유리등과 같은 투명 수지를 들수 있다. 마이크로렌즈는 평면블록 또는 양면블록이 될 수 있다. 설명한 실시예에 있어 마이크로렌즈의 평표면은 액정표시패널(4)에 면하나 그의 블록표면은 그곳에 면하고 있다. 대안 방법으로서 기판(4a,4b)과 마이크로렌즈(1,2)를 그들이 제6도에 표시된 내부 또는 제7도에 표시된 패널상에 있는지를 이은데 없이 제조하는 것이 가능하다. 여러 가지 다른변형은 이 발명의 범위와 정신에서 이탈함이 없이 기술에 익숙한 사람들에게는 명백하고 그리고 즉시 만들어질수가 있다.

따라서 여기에 첨부된 청구범위는 여기에 설명한 것에 한정되는 것을 의도하지 않고 오히려 청구범위는 이 발명이 속하는 기술에 익숙한 사람들에 의해 상당하게 취급되는 모든 특징을 포함하여 본 발명에 존재하는 특허가능한 신규성의 특징 모두를 망라하는 것으로 해석된다.

Claims

다수의 화소를 가지는 표시패널과, 상기 표시패널의 입사측에 위치하고 각각이 각 화소에 대응하여 설치된 마이크로렌즈의 제1어레이와 상기 표시패널의 출구측에 위치하고 각각이 각 화소에 대응하여 설치된 마이크로렌즈의 제2어레이를 구비하고, 마이크로렌즈의 제1어레이의 초점위치가 마이크로렌즈의 제2어레이의 초점의 위치와 일치하고, 마이크로렌즈의 제1어레이를 통과한 광이 마이크로렌즈의 제2어레이를 통과하도록 제1어레이의 각 마이크로렌즈의 초점거리가 제2어레이의 각 마이크로렌즈의 초점거리보다 큰 것을 특징으로 하는 투과형 표시장치.
제1항에 있어서 상기 화소는 표시패널의 단면중앙에 제공되는 것을 특징으로 하는 투과형 표시장치.
제1항에 있어서 상기 화소는 마이크로렌즈의 제1어레이의 초점에 위치하는 것을 특징으로 하는 투과형 표시장치.
제1항 제2항 또는 제3항에 있어서 제1과 제2마이크로렌즈의 각각이 경사굴절율을 가지는 것을 특징으로 하는 투과형 표시장치.
제1항에 있어서 표시패널은 액정패널인 것을 특징으로 하는 투과형 표시장치.