KR100193038B1 - 투영형 화상 표시 장치 - Google Patents

투영형 화상 표시 장치 Download PDF

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노부요시 나가시마
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쓰지 하루오
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Abstract

화상 표시 패널의 동일 영역에 수직 주사마다 R, G, B의 광을 교체하여 조사함으로써 표시 품위가 우수한 화상을 얻는다.
램프와, 화상 표시 패널과, 램프로부터의 광을 복수의 파장 영역으로 분할하여 다른 방향으로부터 동일 영역으로 오버랩시켜 조사하는 광학 수단과, 광학 수단에 의해 조사된 동일 영역의 복수의 광을 각 파장 영역마다 화상 표시 패널의 대응하는 화소의 개구부에 집광시키는 집광 수단과, 촬영 렌즈와, 색 전환 수단을 구비하고, 색 전환 수단에 의해 화상 표시 패널의 수직 주사마다 광학 수단의 분할 파장영역을 서로 교체하여 화상 표시 패널의 화소로 입사되는 광의 파장 영역을 순차 전환하고, 그 전환마다 각 화소에 입사하는 광의 색에 대응하는 화상을 화상 표시 패널에 표시한다.

Description

투영형 화상 표시 장치
본 발명은 투영형 화상표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 컬러 필터를 사용하지 않고 1장의 액정 표시 패널에 의해 컬러 표시를 행하는 투영형의 단판식 컬러 액정 표시 장치에 관한 것이며, 특히 콤팩트한 투영형 컬러 액정 텔레비젼 시스템이나 정보 표시 시스템에 이용된다.
종래의 투영형 액정 표시 장치에 대해서 설명한다.
투영형 액정 표시 장치는 액정 표시 소자 그 자체가 발광하지 않기 때문에 별도로 광원을 설치할 필요가 있지만, 투영형 브라운관 표시 장치와 비교하면 색 재현 범위가 넓은 소형, 경량, 컨버젼스 조정이 불필요한 등의 극히 우수한 특징을 가지고 있기 때문에, 금후의 발전이 기대된다.
액정 표시 패널을 사용한 투영형 컬러 표시 방식에서는, 3원색에 따라 액정 표시 패널을 3장 사용하는 3판식과, 1장만 사용하는 단판식이 있다. 전자의 3판식은 백색광을 적색, 녹색, 청색(이하, R, G, B라고 함)의 3원색 각각의 색광으로 분할하는 광학계와, 그 색광을 제어하여 화상을 형성하는 액정 표시 패널을 각각 독립적으로 설치하고 각 색의 화상을 광학적으로 중첩하여 풀 컬러 표시를 한다. 이 3판식의 구성에서는, 백색 광원으로부터 방사되는 광을 유효하게 이용할 수 있지만, 광학계가 번잡하고 부품 점수가 많게 되어 단가, 및 소형화의 점에서는 후술하는 단판식에 비해 일반적으로 불리하다.
후자의 단판식은, 모자이크상, 스트라이프상 등의 3원색 컬러 필터 패턴을 구비한 액정 표시 패널을 투영 광학계에 의해 투영하는 것으로, 이에 대해서는 예를 들어 특개소59-230383호 공보에 기재되어 있는 것 등이 공지되어 있다. 단판식은 액정 표시 패널의 사용은 1장뿐이며, 광학계도 3판식에 비해 단순한 구성으로 할 수 있고, 저단가, 소형의 투영형 시스템에 적합하다. 그러나, 컬러 필터를 사용하는 단판식에서의 밝기는 컬러 필터에서의 광흡수가 발생하기 때문에 동등한 광원을 사용한 3판식과 비교하여 약 1/3로 저하하여 버린다. 또한, 이 방식에서는 액정 표시 패널의 R, G, B에 대응하는 화소가 1개의 그룹으로 되어 표시를 행할 필요가 있기 때문에, 해상에 관하여도 3판식의 1/3으로 저하하여 버린다.
광원을 밝게 하는 것은 밝기 저하에 대한 하나의 해결법이지만, 민생용으로 사용하는 경우, 소비 전력이 큰 광원을 사용하는 것은 바람직하지 않다. 또한 흡수 타입의 컬러 필터를 사용하는 컬러 필터에 흡수된 광의 에너지는 열로 변하기 때문에, 쓸데없이 광원을 밝게 하면, 액정 표시 패널의 온도 상승을 야기할 뿐만 아니라 컬러 필터의 퇴색이 가속된다.
따라서, 주어진 광속을 어떻게 유효하게 사용할 것인가가 투영형 화상 표시 장치의 이용 가치를 향상시키는데 중요한 과제가 된다.
이러한 단판식 액정 표시 장치의 밝기를 향상시키기 위해, 부채꼴로 배치된 예를 들어 색선별 거울(dichroic mirror)과 같은 유전체 거울에 백색광을 입사시켜 R, G, B의 각 광속으로 분할하고, 액정 표시 패널의 광원측에 배치되어 있는 마이크로렌즈 어레이에 서로 다른 각도로 입사시킴으로써 입사하는 각 광속이 입사각에 따라 마이크로렌즈를 통과할 때에, 각각 대응하는 색 신호가 독립하여 인가되고 있는 표시 전극으로 구동되는 액정 부위로 광속이 색마다 분배 조사되도록 구성함으로써 광의 이용 효율의 향상을 의도한 것이 제안되어 있다.(특개평 4-60538).
또한, 상기 유전체 거울 대신에, 광원으로부터의 R, G, B 광에 대응하는 투과형의 홀로그램 소자를 이용하여 광 이용 효율을 도모한 것, 투과형 홀로그램 소자에 액정 표시 패널의 화소 피치에 대응한 주기적 구조를 갖게 하여 유전체 거울과 마이크로렌즈의 기능을 부가한 것이 각각 특개평5-249318호 공보, 특개평 6-222361호 공보에 기재되어 있다.
단판식의 또하나의 과제인 해상도에 대해서는, 컬러 액정 디스플레이 (小林駿介저 산업도서 평성 2년 12월 14일 발행)의 115-123페이지에 필드 순차 방식을 이용함으로써 1장의 액정 표시 패널로 3판식과 동등한 해상도를 얻는 방법이 기재되어 있다. 필드 순차 방식은 시분할로 차례대로 색의 전환을 행하고, 이 전환을 눈으로 판별할 수 없는 속도로 행함으로써 각각의 색이 가법 혼색되어 보이는 현상(계속 가법 혼색)을 이용한 것으로, 예를 들어 제29도에 도시된 바와 같은 구성을 취한다.
이것은 R, G, B의 컬러 필터에 의한 구성한 원반을 액정 표시 패널의 수직 주사 주기에 맞추어 고속 회전시켜 그 때의 컬러 필터의 색에 대응한 화상 신호를 액정 표시 패널에 입력하는 것으로, 각 색에 대한 화상의 합성 영상이 눈에는 인식된다. 따라서, 상기 단판 방식과 달리 액정 표시 패널의 1개의 도트에서 시분할로 R, G, B의 화상을 표시하기 때문에, 해상도는 3판식과 동일하게 된다.
또한, 상기 필드 순차 방식의 다른 실시예로서, 광원으로부터의 백색광을 유전체 거울에 의해 R, G, B의 광속으로 분리하고, 각각의 광을 액정 표시 패널의 서로 다른 영역에 입사시켜 액정 표시 패널의 앞쪽에 배치한 입방체상의 프리즘을 회전시킴으로써 액정 표시 패널에 대한 R, G, B의 광속의 조사 위치를 순차 전환하는 방식이 Euro Display '93의 249∼252페이지에 기재되어 있다.
그러나, 특개평4-60538호 공보, 특개평5-249318호 공보, 특개평 6-222361호 공보 등에 기재하고 있는 방법에서는 밝기에 대해서는 개선되기는 하였지만, 해상도에 대해서는 R, G, B의 도트의 그룹 단위로 표시를 행하기 때문에, 3판식의 1/3그대로 이다.
필드 순차 방식에서는, 해상도는 3판식과 동등하지만, 밝기에 대해서는 종래의 단판식과 마찬가지의 과제를 남겨두고 있다.
또한, Euro Display '93의 249∼252 페이지에 기재되어 있는 방법에서는, R, G, B의 광속의 조사 위치를 중복시키지 않기 위하여 극히 평행도가 좋은 조명광을 필요로 한다. 따라서, 조명광의 평행도의 규제에 의해 광의 이용 효율이 저하 한다.
따라서, 각 방식도 단판식의 문제인 밝기, 및 해상도를 양립시키지는 못한다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 밝고 해상도가 균일한 표시가 얻어지며, 동시에 소형화, 저단가화를 도모할 수 있는 투영형 화상 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 광원과; 다수의 화소로 이루어지고, 수직 주사 기능을 갖는 화상 표시 패널과; 광원으로부터의 광을 복수의 파장 영역으로 분할하고, 이들 분할한 광을 서로 다른 방향에서 동일 영역으로 오버랩(overlap)시켜 조사하는 광학 수단과; 광학 수단에 의해 조사된 동일 영역의 복수의 광을 각 파장 영역마다 화상 표시 패널의 대응하는 화소의 개구부에 집광시키는 집광 수단과; 화상 표시 패널에 표시된 화상을 투영하는 투영 수단; 및 화상 표시 패널의 수직 주사마다 광학 수단의 분할 파장 영역을 서로 교체하여 화상 표시 패널의 화소에 입사되는 광의 파장 영역을 순차 전환하는 색 전환 수단을 구비하며, 색 전환 수단에 의한 전환마다 각 화소에 입사하는 광의 색에 대응하는 화상을 화상 표시 패널에 표시하는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치이다.
본 발명에 의하면, 광원으로부터의 백색광을 복수의 파장 영역의 광속으로 분광하고, 각각의 광속을 1장의 화상 표시 패널의 대응하는 화소 개구부로 입사시켜 각 광속마다 광변조한다. 또한, 이 때 화상 표시 패널의 수직 주사 주기에 동기시켜 이들 광속의 입사 각도를 순차 전환함으로써 종래 발행하고 있었던 컬러 필터에서의 광의 손실을 없애고 밝은 화상을 실현할 수 있을 뿐만 아니라 종래의 단판식의 3배의 해상도를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 광원과; 다수의 화소로 이루어지고, 수직 주사 기능을 갖는 화상 표시 패널과; 광원으로부터의 광을 복수의 파장 영역으로 분할하고, 이들 분할한 광을 화상 표시 패널의 복수의 분할 영역에 각각 조사하는 파장 선택성을 갖는 광학 수단과; 화상 표시 패널에 표시된 화상을 투영하는 투영 수단; 및 화상 표시 패널의 수직 주사마다 광학 수단의 분할 파장 영역을 서로 교체하여 화상 표시 패널의 각 분할 영역에 조사되는 광의 파장 영역을 순차 전환하는 색 전환 수단을 구비하며, 색 전환 수단에 의한 전환마다 각 분할 영역에 조사되는 광의 색에 대응하는 화상을 화상 표시 패널에 표시하는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치이다.
본 발명에 의하면, 광원으로부터의 백사광을 파장 선택성이 있는 광학 수단에 의해 복수의 파장 영역의 광속으로 분광하고, 각각의 광속을 1장의 화상 표시 패널의 표시 영역에 각각의 광속을 중첩되지 않게 입사시켜 각 광속마다 광변조한다. 또한, 이 때 화상 표시 패널의 수직 주사주기에 동기시켜 이들 광속의 입사 영역을 순차 전환함으로써, 종래 발생하고 있었던 컬러 필터에서의 광의 손실이나 광학 수단으로서 파장 선택성이 없는 프리즘 등을 사용했을 때에 발생하였던 종래의 색 얼룩을 없애고, 밝은 화상을 실현할 수 있을 뿐만 아니라 종래의 단판식의 3배의 해상도를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 광원과; 다수의 화소로 이루어지고, 수직 주사 기능을 갖는 화상 표시 패널과; 광원으로부터의 광을 복수의 파장 영역으로 분할하고, 이들 분할한 광을 서로 다른 방향에서 동일 영역으로 오버랩(overlap)시켜 조사하는 광학 수단과; 광학 수단에 의해 조사된 동일 영역의 복수의 광을 각 파장 영역마다 화상 표시 패널의 대응하는 화소의 개구부에 집광시키는 집광 수단과; 화상 표시 패널에 의해 변조된 광을 받아서 화상 표시 패널에 표시된 화상을 투영하는 투영수단; 및 집광수단을 화소 피치 단위로 이동시킴으로써 화상 표시 패널의 수직 주사마다 화상 표시 패널의 화소에 입사되는 광의 파장 영역을 순차 전환하는 색 전환 수단을 구비하며, 색 전환 수단에 의한 전환마다 각 화소에 입사하는 광의 색에 대응하는 화상을 화상 표시 패널에 표시하는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치이다.
본 발명에 의하면, 광원으로부터의 백색광을 복수의 파장 영역의 광속으로 분광하고, 각각의 광속을 1장의 화상 표시 패널의 대응하는 화소 개구부로 입사시켜 각 광속마다 광변조한다. 이 때 화상 표시 패널의 수직 주사 주기에 동기시켜 각각의 광속을 화상 표시 패널의 대응하는 화소 개구부에 입사시키는 집광 수단을 화소 피치단위로 순차 이동시킴으로써, 화상 표시 패널의 화소 개구부에 입사하는 광속이 다른 파장 영역의 광속과 교체되기 때문에, 종래 발생하고 있었던 컬러 필터에서의 광의 손실을 없애고, 밝은 화상을 실현할 수 있을 뿐만 아니라 종래의 단판식의 3배의 해상도를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 광원과; 다수의 화소로 이루어진 표시 영역을 가지며, 수직 주사 기능을 갖는 화상 표시 패널과; 광원으로부터의 광을 복수의 파장 영역으로 분할하고, 이들 복수의 파장 영역의 광속을 서로 다른 방향에서 동일 영역으로 오버랩(overlap)시켜 조사하는 광학 수단과; 광학 수단에 의해 분할된 복수의 파장 영역의 광속을 각 파장 영역마다 화상 표시 패널의 대응하는 화소의 개구부에 집광시키는 집광 수단과; 화상 표시 패널에 의해 변조된 광을 받아서 화상 표시 패널에 표시된 화상을 투영하는 투영수단; 및 화상 표시 패널의 수직 주사 주기에 동기하여 상기 복수의 파장 영역의 광속의 화상 표시 패널로의 입사 각도를 전환함으로써 화상 표시 패널의 화소에 입사하는 광의 파장 영역을 순차 전환하는 색 전환 수단을 구비하며, 색 전환 수단에 의한 전환마다 각 화소에 입사하는 광의 색에 대응하는 화상을 화상 표시 패널에 표시하는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치이다.
본 발명에 의하면, 광원으로부터의 백색광을 광학 수단에 의해 복수의 파장 영역의 광속으로 분광하고, 각각의 광속을 집광 수단에 의해 1장의 화상 표시 패널의 대응하는 화소 개구부에 입사시켜 화상 표시 패널에 의해 각 광속마다 광변조한다. 또한 화상 표시 패널의 수직 주사 주기에 동기시켜 각각의 광속의 화상 표시 패널로의 입사 각도를 교체하여 화상 표시 패널의 각 화소의 개구부에 순차, 각 파장의 광속을 입사시킴으로써 필드 순차 방식을 실현하다. 따라서, 종래 발생하고 있었던 컬러 필터에서의 광의 손실을 없애고, 밝은 화상을 실현할 수 있을 뿐만 아니라 종래의 단판식의 3배의 해상도를 얻을 수 있다.
본 발명에서, 광원으로서는 메탈 할라이드 램프(metal halide lamp), 할로겐 램프, 크세논 램프(xenon lamp) 등의 종래 공지의 각종 램프를 사용할 수 있다.
화상 표시 패널로서는, 다수의 화소에 의해 화상을 표시하는 것이 가능하고, 수직 주사 기능을 갖는 것이면, 각종의 표시 채널을 사용할 수 있지만, 투과형의 액정 표시 패널을 사용하는 것이 바람직하다. 이 액정 표시 패널로서는, 그의 수직 주시 기간 이하의 응답(response)을 갖는 것이면, TN(비틀림 네마틱; twisted nematic) 모드의 액정, 쌍안정형 네마틱 액정, 강유전성 액정 등의 각종의 액정을 사용할 수 있다.
광학 수단으로서는, 광원으로부터의 광을 복수의 파장 영역으로 분할하고, 이들 분할한 광을 서로 다른 방향에서 동일 영역으로 오버랩(overlap)시켜 조사할 수 있는 것, 혹은 이들 분할한 광을 화상 표시 패널의 복수의 분할 영역에 각각 조사할 수 있는 것이면 좋고, 반사형이나 투과형의 홀로그램 소자나 유전체 거울과 같은 파장 선택 기능을 갖는 각종의 광학 소자와, 그의 광학 소자로부터 화상 표시 패널에 이르기까지의 광로를 변경하는 예를 들어 평면경, 오목면경, 볼록면경이나 오목렌즈, 볼록렌즈 등의 광로 변경 기능을 갖는 광학계를 조합한 것을 사용할 수 있다.
예를 들어, 광학 수단을 홀로그램 소자로 구성하는 경우에는, 광의 파장 영역마다 서로 다른 회절각을 갖는 홀로그램 소자를 사용한다. 이 경우에는, 예를 들어 1장의 홀로그램 소자로 복수의 파장 영역에 대응할 수 있는 것을 사용하여도 좋고, 각 파장 영역에 대응하는 홀로그램 소자를 적층한 것을 사용하여도 좋고, 이에 의해 백색광을 복수의 파장 영역의 광속으로 분할할 수 있도록 한다.
본 발명에 사용되는 홀로그램 소자로서는, 제30도에 도시한 바와 같이, 홀로그램 기록용 기판상에 생기는 2광속의 간섭 무늬를 굴절율의 차(Δn)으로서 기록함으로써 작성한 홀로그램 소자를 사용할 수 있다. 여기에서, 2광속의 각도 설정은 「레이저와 화상」龍岡靜夫저(공립출판)의 77∼81 페이지에 기술되어 있는 바와 같이, 사용하는 파장 영역의 광이 브래그의 회전 조건을 만족하도록 설정하면 좋다.
또한, 홀로그램 소자의 회절 효율 η는 코겔니크(Kogelnik)의 결합파 이론으로부터 유도될 수 있으며, 반사형 홀로그램에서는,
η = tanh2(πΔnd/λcosθ) ···· (1)
투과형 홀로그램에서는,
η = sin2(πΔnd/λcosθ) ···· (2)
로 나타내어진다(제31도의 (a) 및 (b)참조)
여기에서, d는 홀로그램 소자의 두께, λ는 히절광의 파장, θ는 광속이 이루는 각도이다.
홀로그램 소자의 작성은 상기 식 1,2에 근거하여, 높은 회절 효율이 얻어지는 조건으로 설정할 필요가 있다. 특히 투과형 홀로그램에서는, Δnd/λcosθ의 변화에 맞추어 일정한 주기를 가지고 변동하기 때문에, 설정이 조금이라도 어긋나면 회절 효율이 저하한다. 따라서, 회절 효율이 단조 증가하고 Δnd/λcosθ가 1을 넘는 범위에서 회절 효율이 거의 100%로 되어 있는 반사형 홀로그램 소자보다도 엄밀한 조건 설정이 필요하다.
또한, 예를 들어 광학 수단을 유전체 거울로 구성하는 경우에는 복수의 파장 영역의 광에 각각 대응하는 복수의 유전체 거울을 사용한다. 이 경우, 복수의 유전체 거울로서는, 특정 파장 영역에 대응하는 유전체 거울을 중첩한 것이어도 좋고, 특정 파장 영역에 대응하는 유전체 거울을 평면적으로 결합한 것이어도 좋다.
집광 수단으로서는, 마이크로렌즈 어레이나 투과형의 홀로그램 소자 등을 사용할 수 있다.
투영 수단으로서는, 종래 공지의 광학계를 이용할 수 있다.
색 전환 수단은 화상 표시 패널에 입사 또는 조사되는 광의 파장 영역을 순차 전환할 수 있는 것이면 좋다. 이를 위해서는, 색 전환 수단은 광학 수단을 구동하는 구동 장치이어도 좋고, 집광 수단을 구동하는 구동 장치이어도 좋다. 또는 상술한 광로 변경 기능을 갖는 광학계를 이용하는 경우에는, 이 광학계를 구동하는 구동 장치이어도 좋다.
여기에서, 광학 수단을 구동하는 구동 장치라는 것은 예를 들어 광학 수단이 홀로그램 소자로 구성되어 있는 경우에는 홀로그램 소자의 이동, 회전, 각도 변화 등을 행하는 것으로 화상 표시 패널에 입사 또는 조사되는 광의 파장 영역을 전환하는 구동 장치를 의미한다. 또는 광학 수단이 유전체 거울로 구성되어 있는 경우에는, 유전체 거울의 이동, 회전, 각도 변화 등을 행하는 것으로 화상 표시 패널에 입사 또는 조사되는 광의 파장 영역을 전환하는 구동 장치를 의미한다.
또한, 집광 수단을 구동하는 구동 장치라는 것은, 예를 들어 집광 수단이 마이크로렌즈로 구성되어 있는 경우에는, 화소 피치 단위로 마이크로렌즈 어레이의 이동, 회전, 각도 변화 등을 행하는 것으로 화상 표시 패널에 입사 또는 조사되는 광의 파장 영역을 전환하는 구동 장치를 의미한다. 또는, 집광 수단이 투과형의 홀로그램 소자로 구성되어 있는 경우에는, 화소 피치 단위로 투과형의 홀로그램 소자의 이동, 회전, 각도 변화 등을 행하는 것으로 화상 표시 패널에 입사 또는 조사되는 광의 파장 영역을 전환하는 구동 장치를 의미한다.
또한, 광로 변경 기능을 갖는 광학계를 구동하는 구동 장치라는 것은, 예를 들어, 광학계가 평면경이나 렌즈로 구성되어 있는 경우에는, 이들 평면경이나 렌즈의 이동, 회전, 각도 변화 등을 행하는 것으로 화상 표시 패널에 입사 또는 조사되는 광의 파장 영역을 전환하는 구동 장치를 의미한다.
상기와 같은 구동 장치로서는, 각종의 조종기(manipulator)나 스테핑 모터(stepping motor)를 적용할 수 있다.
상기한 것에서, 유전체 거울의 각도를 변화시키는 구동 장치를 사용하는 경우에는, 예를 들어, 백색광을 R, G, B의 3원색으로 분리하는 경우이면, 제26도, 제27도 및 제28도에 나타낸 바와 같이, 구동 장치에 의해 복수의 유전체 거울이 광원으로부터의 광속에 대해 이루는 각도를 전환하면, 화상 표시 패널의 화소에 입사되는 광의 파장 영역이 시프트된다. 즉, 제24도의 (a),(b),(c)의 입사 각도에 따라 제26도, 제27도, 제28도에 각각 (a),(b),(c)로 나타낸 바와 같이 파장 영역이 어긋난다. 이와 같이, 유전체 거울에서는 반사하는 광의 파장 영역은 광의 입사각에 의존하는 경향이 있다. 따라서 복수의 유전체 거울은 이에 의해 반사되는 광속을 모두 합성한 상태로 색 재현 범위가 충분히 얻어지도록 각각의 반사하는 파장 영역을 설계한다.
이상의 구성에 의해, 화상 표시 패널의 인접하는 제1, 제2, 제3의 3개의 화소에 화상 표시 패널의 수직 주사 주기에 맞추어 예를 들어, R, G, B → G, B, R → B, R, G와 같이 순차 R, G, B의 광(여기서는 광속을 R, G, B의 3원색으로 한다)을 입사시키면, 3주기로 풀 컬러의 화상을 표시할 수 있다.
제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 투명형 컬러 화상 표시 장치의 모식도.
제2도는 제1실시예의 마이크로렌즈의 배치도.
제3도는 제1실시예의 홀로그램 소자의 설명도.
제4도는 제1실시예의 액정 표시 패널에 배분된 광이 입사되는 상태를 나타낸 설명도.
제5도는 제1실시예의 광학계의 설명도.
제6도는 제1실시예의 액정 표시 패널의 3개의 영역 a, b, c로 입사하는 R, G, B의 광이 전환 상태를 나타낸 설명도.
제7도는 홀로그램 소자의 다른 설치 방법을 나타낸 설명도.
제8도는 홀로그램 소자의 다른 형상을 나타낸 설명도.
제9도는 투과형 홀로그램 소자를 나타낸 설명도.
제10도는 제1실시예의 색선별 거울(dichroic mirror)를 사용한 경우의 설명도.
제11도는 본 발명의 제2실시예에 따른 투영형 컬러 화상 표시 장치의 모식도.
제12도는 제1실시예의 액정 표시 패널에 입사하는 각 파장의 광의 조사 영역을 나타낸 설명도.
제13도는 제2 실시예의 액정표시 패널에 입사하는 각 파장의 광의 조사 영역의 다른 예를 나타낸 설명도.
제14도는 홀로그램 소자의 다른 형상을 나타낸 도면.
제15도는 투과형 홀로그램 소자를 나타낸 설명도.
제16도는 본 발명의 제3 실시예에 따른 투영형 컬러 화상 표시 장치의 모식도.
제17도는 제3실시예의 마이크로렌즈의 이동상태를 나타낸 설명도.
제18도는 제3실시예의 마이크로렌즈의 이동 상태의 다른 예를 나타낸 도면.
제19도는 제3실시예에 색선별 거울을 사용한 경우의 설명도.
제20도는 본 발명에서의 투영형 화상 표시 장치의 제4실시예의 구성을 나타낸 설명도.
제21도는 제4실시예의 마이크로렌즈의 배치도.
제22도는 제4실시예의 액정 표시 패널에 배분된 광이 입사되는 상태를 나타낸 설명도.
제23도는 본 발명에서의 투영형 화상 표시 장치의 제5실시예의 구성을 나타낸 설명도.
제24도는 제5실시예의 액정 표시 패널에 배분된 광이 입사하는 상태를 나타낸 설명도.
제25도는 제5실시예의 유도체 거울(mirror)의 광원으로부터의 백색광에 대한 각도의 전환을 나타낸 설명도.
제26도는 제5실시예의 유도체 거울이 반사하는 R광의 파장 영역을 나타낸 그래프.
제27도는 제5실시예의 유도체 거울이 반사하는 G광의 파장 영역을 나타낸 그래프.
제28도는 제5실시예의 유도체 거울이 반사하는 B광의 파장 영역을 나타낸 그래프.
제29도는 종래의 필드 순차 방식의 설명도.
제30도는 2 광속 간섭에 의한 홀로그램의 기입 방식을 나타낸 설명도.
제31도는 코겔니크(Kogelnik)의 결합파(coupled wave)이론에 의한 홀로그램 소자의 회절 효율을 나타낸 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 광원 2 : 구면경
3 : 집속 렌즈(condenser lens) 4, 12 : 제1 홀로그램 소자
5, 13 : 제2 홀로그램 소자 6 : 마이크로렌즈 어레이(microlens array)
7 : 액정 표시 패널 8 : 필드 렌즈
9 : 투영 렌즈 10 : 스크린
11 : 홀로그램 소자 14 : 액츄에이터(actuator)
21 : 판상의 홀로그램 소자 22 : 투과형 홀로그램 소자
31 : 색선별 거울(dichroic mirror) 41, 51 : 유전체 거울
42 : 평면경 43, 52 : 스테핑 모터(stepping motor)
44 : 화소 45 : 마이크로렌즈
이하, 도면에 나타낸 실시예에 근거하여 본 발명을 상술한다. 또한, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
[제1실시예]
제1도는 본 발명의 투영형 컬러 화상 표시 장치의 모식도이다.
동도면에서, 1은 광원, 2는 구면경, 3은 집속 렌즈, 4 및 5는 광학 수단으로서의 제1 홀로그램 소자 및 제2 홀로그램 소자, 7은 집광 수단으로서의 마이크로렌즈 어레이(6)을 구비한 액정 표시 패널, 8은 필드 렌즈, 9는 투영 렌즈, 10은 스크린이다. 필드렌즈(8)과 투영 렌즈(9)는 투영 수단으로서 기능한다.
본 실시예에서는, 화상 표시 패널로서 액정 표시 패널(7)을 사용하고 있다. 또한, 광원(1)으로서는 150W, 아크 길이 5mm, 아크 직경 2.2mm의 메탈 할라이드 램프를 사용하고, 이 광원(1)을 아크가 도면의 지면에 대해 수평으로 되도록 배치하였다. 광원(1)로서는 이 외에 할로겐 램프나 크세논 램프를 사용할 수 있다. 광원(1)의 배면에는 구면경(2)가 배치되고, 전면에는 구경 80mmψ, 초점 거리 60mm의 접속 렌즈(3)이 배치되어 있다.
구면경(2)는 그 중심이 광원(1)의 발광부의 중심과 일치하도록 배치되고, 또한 광원(1)은 그 중심이 집속 렌즈(3)의 초점과 일치하도록 배치되어 있다. 이와 같은 배치에 의해, 광원(1)로부터 출사되어 접속 렌즈(3)을 통과한 광의 평행도는 아크 길이 방향(도면의 지면에 수평인 방향)으로 약 2.2°, 아크 직경의 방향으로 약 1°이다.
접속 렌즈(3)의 전방에는, 광원(1)중에 포함되는 R, G, B의 3원색광을 각각 서로 다른 방향으로 회절하는 반사형의 제1 홀로그램 소자(4)와, 제1 홀로그램 소자(4)로부터의 R, G, B의 회절광을 받아서 이들 광을 마이크로렌즈 어레이(6)을 구비한 액정 표시 패널(7)에 각각 서로 다른 각도로 입사하도록 회절하는 반사형의 제2 홀로그램 소자(5)가 배치되어 있다.
제1, 제2 홀로그램 소자(4,5)에는, 색 전환 수단으로서의 무한궤도(caterpillar)형상의 회전기구(구동 장치)가 부착되어 있다. 그리고, 액정 표시 패널(7)로 변조된 R, G, B 광은 필드 렌즈(8)을 통과 후, 투영 렌즈(9)에 의해 스크린(10)에 투영된다.
본 실시예에서는, 제2도에 나타낸 바와 같이 액정 표시 패널(7)의 3개의 화소에 대해서 1개의 마이크로렌즈가 대응하고 있다. 또한, 액정 표시 패널(7)은 480(H) x 640(V) 주사선을 인터레이스(interlace) 구동하고 있고, 화소 피치는 130㎛ x 130㎛이다. 이 액정 표시 패널(7)에 대한 R, G, B 광의 입사 각도는 후술하는 액정 표시 패널(7)의 화소 피치 P 및 마이크로렌즈의 초점 거리 f로부터 구해진다.
본 실시예에서는 제3도에 나타낸 바와 같이, A, B, C및 A',B',C'의 각 영역에서 R, G, B의 각각의 광에 대해서 회절각이 서로 다른 리프만 홀로그램으로 제1, 제2 홀로그램 소자(4,5)를 구성하고, 액정 표시 패널의 수직 주사 주기와 동기시켜 회전 기구를 회전시키며, A, B, C및 A',B',C'의 영역을 이동시킴으로써 액정 표시 패널에 대한 R, G, B 광의 입사 각도를 순차 전환한다. 여기에서, R의 홀로그램 소자는 약 600nm 이상의 가시광, B의 홀로그램 소자는 약 500nm 이하의 가시광, G의 홀로그램 소자는 500nm∼570nm의 가시광을 각각 반사하도록 설정하였다.
게다가, 제3b도는 회전 기구에 감긴 홀로그램 소자의 전개도이다. 또한, 본실시예에서는 R, G, B 광에 대응하는 홀로그램 소자 3장을 중첩하여 사용하였으나 R, G, B 광을 다중 노광함으로써 상기 분광 특성을 갖게 한 다중 홀로그램 소자 1장을 사용하여도 좋다.
광학계를 이와 같이 배치함으로써 R, G, B 광은 각각 대응하는 반사형 홀로그램에 의해 회절된 후, 액정 표시 패널(7)에 부착되어 있는 마이크로렌즈 어레이(6)에 입사하고, 이 때의 각 색의 광속의 입사 각도를 다음에 기술하는 바와 같이 적절히 선택하면 제4도에 나타낸 바와 같이 마이크로렌즈에 의해 각 색에 대응하는 화소로 배분된다. 이 조건이라는 것은 R, G, B 광의 어느 2색에 대해서도 그들의 광속의 마이크로렌즈에 대한 입사각의 차를 θ, 마이크로렌즈의 공기 중에서의 초점 거리를 f, 대응하는 색의 수평 방향의 화소 간격을 P라고 하면,
tanθ = P/f ···· (3)
로 나타낼 수 있다.
본 실시예에서는, 홀로그램 기록 재료용으로서 듀퐁(주)제 옴니디스크(600)을 사용하고, 아르곤 레이저(파장 488nm)로 2개의 평행 광속을 양자간의 각도를 조절하여 조사하고, 이 때 발생한 간섭 무늬를 기록하였다.
상기 홀로그램 재료는 「포트폴리머 기술의 신전개」(주)동레리서치센터 출판의 87∼90 페이지에 기술하고 있는 바와 같이 모노머, 개시제, 증감색소를 포함하는 고분자 기록 필름이고, 이하에 나타내는 3개의 공정에 의해 R, G, B 각각에 대응하는 간섭 무늬를 홀로그램에 기록할 수 있다.
(a) 레이저 광에 의한 노광 : 20mJ/ cm2(물체광 강도와 참조광 강도의 합계)
(b) 자외선 조사 : 100mJ/cm2
(c) 가열 : 120° (2시간)
초기 상태에서는, 모노머는 기록 필름내에 균일하게 분포하여 있지만, 레이저광에 의해 노광을 행하면, 노광부에서 모노머가 중합하여 폴리머로 변해감에 따라 주위로부터 모너머가 이동한다. 따라서, 노광부에서는 모노머의 밀도가 높게 되고, 그 외의 영역에서는 낮게 된다. 이 때 폴리머와 모너머의 굴절율이 서로 다르면, 간섭 무늬에 대응한 굴절율 분포가 발생한다(상기 공정 (a)). 다음에, 자외선을 전체면에 조사하여 미반응의 모노머의 중합을 완결시킨다(상기 공정 (b)). 그리고 마지막으로 가열함으로써 굴절율 변조를 증강한다(상기 공정 (c)).
게다가, 홀로그램 기록용 광원으로서는, 아르곤 레이저 외에 He-He 레이저, YAG 레이저, Kr 레이저 등을 사용할 수 있다. 또한 홀로그램 재료로서는, 상기 재료와 같은 광 중합형 포트폴리머 외에 중크롬산 젤라틴이나 할로겐화은 등, 체적 홀로그램이 작성 가능한 재료이면 어떠한 재료라도 사용할 수 있다.
본 발명에 사용한 홀로그램 소자는 마이크로렌즈 어레이에 의해 액정 표시 패널의 화소에 대응하는 광을 집속시키기 때문에, 홀로그램 소자의 면내에서 화소 피치에 대응한 주기성은 불필요하고, 간섭 무늬의 기록을 1회의 기록으로 행할 수 있다.
식 3에 의해, 화소 피치 130㎛ x 130㎛의 액정 표시 패널에 초점 거리 f = 720㎛(유리 기판중에서는 액정 표시 패널의 대향 기판 두께 1.1mm에 상당)의 마이크로렌즈를 사용하면, θ=tan-1(P/f)=tan-1(130/720)≒10°가 된다.
액정 표시 패널(7)의 구동에 있어서는, 비인터레이스(non-interlace) 구동하는 경우에는, 1 프레임의 기간에 R, G, B 의 3회의 수직 주사를 행하고, 인터레이스(interlace) 구동하는 경우에는, 1 프레임이 2 필드로 구성되기 때문에, 1 필드의 기간에 R, G, B의 3회의 수직 주사를 행하며, 1 프레임의 기간에는 6회의 수직 주사를 행한다.
본 실시예에 사용한 액정 표시 패널(7)은 인터레이스 구동하고 있기 때문에, 1 필드(2 필드로 1 프레임이 된다)에 할당된 시간 T는 1프레임이 1/30초이라고 하면, T=1/(30x2)≒16.6(밀리초)로 된다. 따라서, 이 시간 T 이내에 A,B,C 및 A',B',C'의 영역의 전환을 행할 필요가 있기 때문에, 액정 표시 패널(7)의 수직 주사의 기간, 즉 수직 주사 주기는 시간 T의 1/3인 약 5.5(밀리초)가 된다. 이 때, 화상 신호의 전환, 색광의 전환 시간 중에는 표시를 블랭킹(blanking)할 필요가 있기 때문에, 1 밀리초 이하의 응답(response)을 갖는 액정 표시 패널을 사용하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 TN(비틀림 네마틱) 모드의 액정 표시 패널을 사용하였지만, 쌍안정형 네마틱 액정, 강유전성 액정 등, 상기 액정 표시 패널의 수직 주사 주기 이하의 응답을 갖는 것이면 어떤 것을 사용하여도 좋다.
상기 조건하에 액정 표시 패널의 수직 주사의 3 주기의 각각에 대해서 제1, 제2 홀로그램 소자(4, 5)의 각 영역 A,B,C 및 A',B',C'을 대응시켜, 제5도에 나타낸 abc의 광을 A,B,C 및 A',B',C'을 순차 이동시킴으로써 전환하고(제6도 참조), 각각의 광에 대응한 화상 데이타를 순차 광속의 전환에 동기시켜 액정 표시 패널의 각 화소에 입력한 바, 종래의 컬러 필터을 사용한 단판 프로젠션에 비해 대폭으로 광 이용율이 높고, 동시에 3배의 해상도를 구비한 단판식 액정 프로젝션을 실현할 수 있었다.
또한, 본 실시예에서는, 제1, 제2 홀로그램 소자(4,5)를 평행으로 배치하였지만, 제7도에 나타낸 바와 같이 「八」의 자형으로 배치하여도 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, 홀로그램 소자(21)로서는, 제8도에 나타낸 바와 같이 판상의 홀로그램 소자를 이동시켜 A,B,C 및 A',B',C'의 전환을 행하여도 좋고, 더욱이 제9도에 나타낸 바와 같은 투과형 홀로그램 소자(22) 등, R, G, B 광의 입사 각도를 액정 표시 패널의 수직 주사 주기와 동기시켜 순차 전환할 수 있는 것이면 어떠한 것을 사용하여도 좋고, 예를 들어 홀로그램 소자 대신에 제10a도에 도시한 바와 같은 유전체 거울로서의 원반상의 색선별 거울(31)을 3장 사용하여 제10b도에 도시한 바와 같이 배치함으로써 R, G, B 광의 전환을 행하여도 좋다.
또한, 마이크로렌즈 대신에 마찬가지의 효과를 얻게 하는 투과형 홀로그램 소자를 사용하여도 좋다.
본 실시예에서는, 제1, 제2 홀로그램 소자(4,5)에 대해서 조명광을 제5도에 도시한 각도로 입사시켰지만, θ의 값이 식 3의 조건을 만족하고 있으면 홀로그램 소자에 대한 조명광의 입사각은 이에 한정되는 것은 아니다.
[제2실시예]
제11도는 본 발명의 제2실시예에서의 투영형 컬러 화상 표시 장치의 모식도이다. 이하, 제1실시예와 동일 구성 요소에는 동일 참조 부호를 붙여서 그 설명을 생략한다.
제1실시예와 마찬가지의 조명계(광원(1), 구면경(2), 접속 렌즈(3)으로 구성한 조명계)를 사용하고, 집속 렌즈(3)의 전방에 배치된 광학 수단으로서의 홀로그램 소자(11)에서 광원(1) 중에 포함되는 R, G, B의 광을 각각 서로 다른 방향으로 회절하고, 액정 표시 패널(7)의 서로 다른 영역에 각각의 광을 입사시킨다. 그리고, 액정 표시 패널(7)에서 변조된 R, G, B 광은 필드 렌즈(8)을 통과 후, 투영 렌즈(9)에 의해 스크린(10)에 투영된다(필드 렌즈(8), 투영 렌즈(9) 및 스크린(10)은 도시되어 있지 않음). 액정 표시 패널(7)은 480(H) x 640(V) 주사선을 인터레이스 구동하고 있고, 화소 피치는 130㎛ x 130㎛이다.
본 실시예에서는, 제3도와 마찬가지로 A, B, C의 각 영역에서 R, G, B의 각각의 광에 대해서 회절각이 서로 다른 리프만 홀로그램으로 반사형 홀로그램을 구성하고, 색 전환 수단으로서의 무한궤도 형상의 회전 기구(구동 장치)에 의해 액정 표시 패널(7)의 수직 주사 기간과 동기시켜 A, B, C의 영역을 이동시킴으로써, 액정 표시 패널(7)에 입사하는 R, G, B 광의 입사 위치를 순차 전환한다. 여기에서, R의 홀로그램 소자는 약 600nm 이상의 가시광, B의 홀로그램 소자는 약 500nm이하의 가시광, G의 홀로그램 소자는 500nm∼570nm의 가시광을 각각 반사하도록 설정하였다.
게다가, 본 실시예에서는 R, G, B 광에 대응하는 홀로그램 소자 3장을 중첩시켜 사용하였지만, R, G, B 광을 다중 노광함으로써 상기 분광 특성을 갖게 한 다중 홀로그램 소자 1장을 사용하여도 좋다. 또한, 홀로그램 소자(11)은 제1실시예와 마찬가지의 방법으로 작성하였다.
본 실시예에 사용한 액정 표시 패널은 제1실시예와 마찬가지이며, 그의 수직 주사 주기가 1 밀리초 이하의 응답을 갖는 것이 양호하다.
상기 조건하에 액정 표시 패널의 수직 주사 주기의 3주기의 각각에 대해서 홀로그램 소자(11)의 각 영역 A, B, C를 대응시키는 것으로, 제12도에 나타낸 바와 같이 액정 표시 패널(7)의 3개의 영역 a,b,c에 입사하는 R, G, B 의 광을 순차 전환하였다(제6도 참조). 그리고, 이 때 각각의 광에 대응한 화상 데이타를 순차 광속의 전환에 동기시켜 액정 표시 패널의 각 화소에 입력한 바, 종래의 컬러 필터를 사용한 단판 프로젝션에 비해 대폭으로 광 이용율이 높고, 동시에 3배의 해상도를 구비한 단판식 액정 프로젝션을 실현할 수 있었다.
본 실시예에서는, 액정 표시 패널(7)을 수평 방향으로 3분할하였지만, 제13도에 나타낸 바와 같이 수직 방향으로 분할할 수도 있고, 또한 각각의 광의 조사 영역을 등면적으로 할 필요도 없다.
게다가, 홀로그램 소자(11)로서는, 제14도에 나타낸 바와 같이 판상의 홀로그램 소자(23)을 이동시켜, A, B, C의 전환을 행해도 좋고, 더욱이 제15도에 나타낸 바와 같은 투광형 홀로그램 소자(24)등, R, G, B 광의 입사 각도를 액정 표시 패널의 수직 주사 주기와 동기시켜 순차 전환할 수 있는 것이면 어떠한 것을 사용하여도 좋고, 제1실시예의 제10도에 나타낸 바와 같은 유전체 거울로서의 원반상의 색선별 거울(31)을 3장 사용하여도 좋다. 단, 이 경우 색선별 거울에 의해 분광된 광이 액정 표시 패널의 서로 다른 영역에 입사하도록 색선별 거울의 각도를 조절한다.
[제3실시예]
제16도은 본 발명의 제3실시예에서의 투영형 컬러 화상 표시 장치의 모식도이다. 이하, 제1실시예와 동일 구성 요소에는 동일 참조 번호를 붙여서 그의 설명을 생략한다.
제1실시예와 마찬가지의 조명계 (광원(1), 구면경(2), 접속 렌즈(3)으로 구성한 조명계)를 사용하고, 집속 렌즈(3)의 전방에는 광학 수단으로서의 반사형의 제1 홀로그램 소자(12)와 제2 홀로그램 소자(13)이 배치되어 있다. 제1 홀로그램 소자(12)는 광원(1) 중에 포함되는 R, G, B의 광을 각각 서로 다른 방향으로 회절한다. 제2 홀로그램 소자(13)은 제1 홀로그램 소자(12)로부터의 R, G, B의 회절광을 받아서 이들 광을 마이크로렌즈 어레이(6)을 구비한 액정 표시 패널(7)에 각각 서로 다른 각도로 입사하도록 회절한다. 또한, 집광 수단으로서의 마이크로렌즈 어레이(6)에는 마이크로렌즈를 액정 표시 패널(7)의 화소의 1 피치 단위로 이동시키는 색 전환 수단으로서의 액츄에이터(구동 장치)(14)가 설치되어 있다. 이 액츄에이터(14)로서는, 모터, 솔레노이드, 압전 소자 등을 이용할 수 있다. 액정 표시 패널(7)에서 변조된 R, G, B 광은 필드 렌즈(8)를 통과 후, 투영 렌즈(9)에 의해 스크린(10)에 투영된다.
게다가, 본 실시예에서는 액정 표시 패널(7)의 3개의 화소에 대해서 1개의 마이크로렌즈가 대응하고 있고, 제17도에 나타낸 바와 같이 마이크로렌즈를 액정 표시 패널의 수직 주사 주기와 동기시켜 도면중 a, b, c의 위치에 액정 표시 패널의 화소의 1피치 단위로 순차 이동시킴으로써, 액정 표시 패널의 화소 개구부에 입사하는 R, G, B 광이 순차 교체된다. 또한, 액정 표시 패널은 480(H) x 640(V) 주사선을 인터레이스 구동하고 있고, 화소 피치는 130㎛ x 130㎛의 델타 배열이다. 이 액정 표시 패널(7)에 대한 R, G, B 광의 입사 각도는 제1실시예와 마찬가지로 10° 이다.
본 실시예에서는 R, G, B의 각각의 광에 대응하는 리프만 홀로그램을 3장 중첩시켜 제1, 제2 홀로그램 소자(12,13)을 각각 구성하고, R의 홀로그램 소자는 약 600nm 이상의 가시광, B의 홀로그램 소자는 약 500nm이하의 가시광, G의 홀로그램 소자는 500nm∼570nm의 가시광을 각각 반사하도록 설정하였다. 제1, 제2 홀로그램 소자(12,13)으로서는 R, G, B 광을 다중 노광함으로써 상기 분광 특성을 갖게 한 다중 홀로그램 소자 1장을 사용하여도 좋다. 또한, 제1, 제2 홀로그램 소자(12, 13)은 제1실시예와 마찬가지의 방법으로 작성하였다.
본 실시예에 사용한 액정 표시 패널은 제1실시예와 마찬가지이며, 그의 수직 주사 주기가 1 밀리초 이하의 응답을 갖는 것이 양호하다.
상기 조건하에 액정 표시 패널의 수직 주사 3주기의 각각에 대해서 마이크로렌즈를 abc의 위치로 순차 이동시킴으로써, 제6도에 나타낸 바와 같이 액정 표시 패널(7)의 화소에 대해서 R, G, B의 광을 순차 시분할로 입사시켰다. 그리고, 이 때 각각의 광에 대응한 화상 데이타를 순차 광속의 전환에 동기시켜 액정 표시 패널의 각 화소에 입력한 바, 종래의 컬러 필터를 사용한 단판 프로젝션에 비해 대폭으로 광 이용율이 높고, 동시에 3배의 해상도를 구비한 단판식 액정 프로젝션을 실현할 수 있었다.
본 실시예에서는, 델타 배열의 액정 표시 패널(7)에 대해서 마이크로렌즈를 배치하였지만, 스트라이프 배열의 액정 표시 패널에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 마이크로렌즈 대신에 마찬가지의 효과를 얻게 한 투과형 홀로그램 소자를 사용하여도 좋다. 게다가, 본 실시예에서는 마이크로렌즈를 액정 표시 패널의 수직 주사 주기에 동기시켜 수평 방향으로 이동시켰지만, 제18도에 나타낸 a',b,'c' 방향으로 이동시켜도 좋다.
본 실시예에서는 공의 분광 수단으로서의 제1, 제2 홀로그램 소자(12,13)에 반사형 홀로그램 소자를 사용하였지만, 투과형의 홀로그램 소자 등 광을 분광할 수 있는 것이면 어떠한 것을 사용하여도 좋고, 홀로그램 소자(12, 13)이외에 제19도에 나타낸 바와 같은 유전체 거울로서의 색선별 거울(31)을 3장 사용하여도 좋다.
[제4실시예]
제20도는 본 발명에서의 투영형 화상 표시 장치의 제4실시예를 나타낸 설명도이다. 이 실시예에서도 투영형 컬러 화상 표시 장치를 예로 들어 설명한다. 이하, 제1실시예와 동일 구성 요소에는 동일 참조 번호를 사용한다.
동도면에서, 1은 광원, 2는 구면경, 3은 집속 렌즈, 7은 집광 수단으로서의 마이크로렌즈 어레이(6)를 구비한 액정 표시 패널, 8은 필드 렌즈, 9는 투영 렌즈, 10은 스크린이다.
본 실시예에서는, 이와 같이 제1실시예와 마찬가지의 조명계(광원(1), 구면경(2), 집속 렌즈(3)으로 구성한 조명계)와, 제1실시예와 마찬가지의 마이크로렌즈 어레이(6)을 구비한 액정 표시 패널(7)과, 제1실시예와 마찬가지의 투영계(필드 렌즈(8), 투영 렌즈(9), 스크린(10)으로 구성한 투영계)를 사용하고 있다.
41은 색선별 거울로 이루어진 유전체 거울이다. 이 유전체 거울(41)은 각도 θ2씩 어긋나게 하여 배치한 R용, G용, B용의 3장의 유전체 거울로 구성되어 있다. 42는 평면경이고, 본 실시예에서는 광학 수단은 3장의 유전체 거울(41)과 평면경(42)로 구성되어 있다. 43은 평면경(42)의 각도를 변화시키는 색 전환 수단으로서의 스테핑 모터(구동 장치)이다.
본 실시예에서는, 화상 표시 패널로서 액정 표시 패널(7)을 사용하였지만, 다른 타입의 화상 표시 패널을 사용할 수도 있다. 광원(1)로서는 150W, 아크 길이 5mm, 아크 직경 2.2mm의 메탈 할라이드 램프를 사용하고, 광원(1)의 아크가 도면의 지면에 대해서 수평으로 되도록 배치하였다. 광원(1)로서는 이 외에 할로겐 램프나 크세논 램프를 사용할 수 있다. 광원(1)의 배면에는 구면경(2)가 배치되고, 전면에는 구경 80mmψ, 초점 거리 60mm의 집속 렌즈(3)이 배치되어 있다.
구면경(2)는 그 중심이 광원(1)의 발광부의 중심과 일치하도록 배치되고, 게다가 광원(1)은 그의 중심이 집속 렌즈(3)의 초점과 일치하도록 배치되어 있다. 이와 같은 배치에 의해 광원(1)로부터 출사되어 집속 렌즈(3)을 통과한 광의 평행도는 아크 길이 방향 (도면의 지면에 수평인 방향)으로 약 2.2°, 아크 직경의 방향으로 약 1°이다.
집속 렌즈(3)의 전방에 광원(1)로부터 조사되는 R, G, B의 광속을 각각 서로 다른 방향으로부터 평면경(42)에 반사하는 3장의 유전체 거울(41)이 배치되어 있다.
평면경(42)는 유전체 거울(41)로부터의 R, G, B의 반사광을 마이크로렌즈 어레이(6)을 구비한 액정 표시 패널(7)에 조사한다. 액정 표시 패널(7)에 입사한 R, G, B의 광속은 변조되어 필드 렌즈(8)을 통과후 투영 렌즈(9)에 의해 스크린(10)에 투영된다.
여기에서, R의 유전체 거울은 약 600nm 이상의 가시광, B의 유전체 거울은 약 500nm이하의 가시광, G의 유전체 거울은 500nm∼570nm의 가시광을 각각 반사하도록 설정하였다. 또한 본 실시예에서는 R, G, B 광의 분할에 대응하는 유전체 거울(41)을 3장 사용하였지만, 마찬가지의 작동을 하는 반사형 홀로그램 소자를 사용하여도 좋다.
본 실시예에서는 제21도에 나타낸 바와 같이 액정 표시 패널(7)의 3개의 화소(44)에 대해서 1개의 마이크로렌즈(45)가 대응하고 있다. 또한, 액정 표시 패널(7)은 480(H) x 640(V)의 주사선을 인터레이스 구동하고 있고, 화소 피치는 130㎛ x 130㎛이다. 이 액정 표시 패널(7)에 설치된 마이크로렌즈 어레이(6)에 대한 R, G, B 광의 입사 각도는 후술하는 바와 같이 액정 표시 패널(7)의 화소 피치 P, 및 마이크로렌즈 어레이(6)의 초점 거리 f로부터 구해진다.
본 실시예에서는, 액정 표시 패널(7)의 수직 주사 주기와 동기시켜 구동 장치로서의 스태핑 모터(43)을 사용하여 평면경(42)의 유전체 거울(41)로부터의 R, G, B 광에 대한 각도를 순차 전환하고, 이에 의해 액정 표시 패널(7)에 대한 R, G, B 광의 입사 각도를 순차 전환하도록 하고 있다.
여기에서는, 설명을 용이하게 하기 위해, 액정 표시 패널(7)의 구성 요소인 편광판, 배향막, 블랙 매트릭스 등은 생략하고, 또한 주광선에 대해서만 나타내고 있다. 구동 장치로서는 스태핑 모터(43) 대신에 압전 소자 등을 사용하여도 좋다.
광학계를 이와 같이 배치한 때, 각 색의 광속의 입사 각도를 다음에 기술하는 바와 같이 적절히 선택하면, 제22도에 나타내는 바와 같이 각 색의 광속을 마이크로렌즈 어레이(6)에 의해 각 색에 대응하는 화소에 배분할 수 있다. 이 조건이라는 것은 R, G, B 광의 어느 2색에 대해서도 그들의 광속의 마이크로렌즈 어레이(6)에 대한 입사각의 차를 θ1, 마이크로렌즈의 공기 중에서의 초점 거리를 f, 대응하는 색의 수평 방향의 화소 피치를 P라고 하면
tanθ1= P/f ···· (4)
로 표현할 수 있다. 이 각도차는 3장의 유전체 거울(41)이 이루는 각도차에 의해 주어진다.
마찬가지로, 평면경(42)가 R, G, B의 입사 광속에 대해서 이루는 각도를 θ2씩 전환하면, 각 색의 광속이 입사하는 화소를 순차 전환할 수 있다. 이 각도 θ2는 3장의 유전체 거울(41)이 이루는 각도차와 동등하고,
θ2= θ1/2 ···· (5)
의 조건을 만족한다.
상기 조건하에 화소 피치 130㎛ x 130㎛의 화상 표시 패널을 사용하고, 초점 거리 f = 720㎛(유리 기판 중에서는 액정 표시 소자의 대향 기판 두께 1.1mm에 상당)의 마이크로렌즈를 사용하면, 식 4, 식 5에 의해,
θ1=tan-1(P/f)=tan-1(130/720)≒10°
θ2= 5°
가 된다.
액정 표시 패널(7)의 구동에서는, 비인터레이스 구동하는 경우에는 1 프레임의 기간에 R, G, B의 3회의 수직 주사를 행하고, 인터레이스 구동하는 경우에는 1프레임이 2 필드로 구성되기 때문에 1 필드의 기간에 R, G, B의 3회의 수직 주사를 행하며, 1 프레임의 기간에는 6회의 수직 주사를 행한다.
본 실시예에서 사용한 액정 표시 패널(7)은 인터레이스 구동하고 있기 때문에, 1필드에 할당된 시간 T는 1프레임이 1/30초 이라고 하면, TS=1/(30x2)≒16.6초가 된다. 따라서, 이 시간 T 이내에 평면경(42)의 입사 광속에 대한 각도를 3회 전환할 필요가 있기 때문에, 액정 표시 패널(7)의 수직 주사의 시간, 즉 수직 주사 주기는 시간 T의 1/3인 약 5.5 밀리초가 된다. 여기에, 화상 신호의 전환, 색광의 전환 시간 중에는 표시를 블랭킹할 필요가 있기 때문에, 1 밀리초 이하의 응답을 갖는 액정 표시 패널을 사용하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 OCB 모드 액정 표시 패널을 사용하였지만, 쌍안정형 네마틱 액정, 강유전성 액정 등, 상기의 응답을 갖는 것이면 여하한 것을 사용하여도 좋다.
상기 조건하에, 액정 표시 패널(7)의 수직 주사의 3 주기에 대해서 평면경(42)의 R, G, B 광의 입사 광속에 대한 각도를 전환함으로써 액정 표시 패널(7)의 각 화소에 입사하는 광속의 색을 순차 전환하고, 각각의 광에 대응한 화상 데이타를 광속의 전환에 동기시켜 액정 표시 패널의 각 화소에 입력한 바, 종래의 컬러필터를 사용한 단판 프로젝션에 비해 대폭으로 광 이용율이 높고, 동시에 3배의 해상도를 구비한 단판식 액정 프로젝션을 실현하였다.
[제5실시예]
제23도는 본 발명에서의 투영형 화상 표시 장치의 제5실시예의 구성을 나타낸 설명도이다. 이 실시예에서도 투영형 컬러 화상 표시 장치를 예로 들어 설명한다. 이하, 제1실시예와 동일 구성 요소에는 동일 참조 번호를 사용한다.
제1실시예와 마찬가지의 조명계(광원(1), 구면경(2), 집속 렌즈(3)로 구성한 조명계)를 사용하고, 집속 렌즈(3)의 전방에 광원(1)로부터 조사되는 R, G, B의 광속을 각각 서로 다른 방향으로부터 액정 표시 패널(7)의 표시 영역에서 오버랩하도록 반사하는 광학 수단으로서의 3장의 색선별 거울로 이루어진 유전체 거울(51)이 배치 되어 있다. 이 유전체 거울(51)은 각도 θ2씩 어긋나 배치한 R용, G용, B용의 3장의 유전체 거울로 구성되어 있다. 유전체 거울(51)에서 반사된 R, G, B의 광속은 집광 수단으로서의 마이크로렌즈 어레이(6)를 구비한 액정 표시 패널(7)에서 변조되어 필드 렌즈(8)을 통과 후 투영렌즈(9)에 의해 스크린(10)에 투영된다.
본 실시예에서는, 마이크로렌즈 어레이(6), 액정 표시 패널(7), 및 투영계(필드 렌즈(8), 투영 렌즈(9), 스크린(10)으로 구성한 투영계)에는 제4실시예와 마찬가지의 것을 사용하였다.
본 실시예에서는, 제24도에 나타낸 바와 같이, 액정 표시 패널(7)의 수직 주사 주기와 동기시켜 3장의 유전체 거울(51)의 광원(1)로부터의 백색광에 대한 각도를 순차 전환함으로써 액정 표시 패널(7)에 대한 R, G, B 광의 입사 각도를 순차 전환한다. 유전체 거울(51)의 각도를 전환하는 색 전환 수단으로서의 구동 장치는 제1실시예와 마찬가지로 스테핑 모터(52)를 사용하였다.
여기에서, 3장의 유전체 거울(51)이 이루는 각도차에 의해 주어지는 R, G, B의 광속의 마이크로렌즈 어레이(6)에 대한 입사각 θ1을 적절히 선택하면, 제24도에 나타낸 바와 같이 마이크로렌즈 어레이(6)에 의해 각 색에 대응하는 화소에 분배할 수 있다. 또한 3장의 유전체 거울(51)의 광원(1)로부터의 백색광에 대한 각도를 θ2씩 전환함으로써 R, G, B의 광속의 마이크로렌즈 어레이(6)에 대한 입사각을 각각 θ1만큼 변화시킬 수 있고, 마이크로렌즈 어레이(6)에 의해 각 광속이 분배되는 화소가 전환된다. 여기에서, θ2는 3장의 유전체 거울(51)이 이루는 각도차에 상당한다. 이들 각도 θ1θ2는 제4실시예와 마찬가지로 구해지고, 식 4에서 θ1= 10°, 식 5에서 θ2= 5°이다.
3장의 유전체 거울(51)의 광원(1)로부터의 백색광에 대한 각도의 전환은 회전 중심을 이하와 같이 선택하면, 복수의 파장 영역의 광속이 오버랩하는 영역은 변화하지 않는다. 도25를 사용하여 이를 설명하면, 도24b의 상태에서 R,G,B의 광속이 액정 표시 패널(7)의 표시 영역을 오버랩하여 조사하도록 3장의 유전체 거울(51)을 배치한다. 여기에서 3장의 유전체 거울(51)의 광원(1)로부터의 백색광에 대한 각도의 전환 θ2는 3장의 유전체 거울(51)이 이루는 각도차에 동등하기 때문에, 3장의 유전체 거울의 교점을 회전 중심으로 하면, 전환에 의해 R, G, B의 광속이 오버랩하는 영역은 변화하지 않는다. 즉, 광의 가림 현상(eclipse)이 발생하지 않고 효율 좋게 광을 이용할 수 있다.
게다가, 본 실시예에서는 R, G, B 광의 분할에 대응하는 유전체 거울 3장을 사용하였지만, 마찬가지의 작동을 하는 반사형 홀로그램 소자를 사용하여도 좋다.
본 실시예에서는 유전체 거울(51)에 대한 광속의 입사각, 및 반사각은 상기와 같이 ±5°만큼 변화한다. 이 때, 유전체 거울(51)로부터의 반사광의 파장 영역은 입사각에 의해 약 ±5nm 시프트하기 때문에, 관찰자에게는 액정 표시 패널(7)의 1필드 시간(유전체 거울(51)의 입사 광속에 대한 각도는 3회 전환하는 시간)내의 평균의 색도가 관찰된다. 그래서, 이 색도가 충분한 색 재현성을 갖는 범위에서 R, G, B에 대응하는 3장의 유전체 거울(51)이 반사하는 파장 영역을 설계하였다.
즉, 제24도의 (a),(b),(c)의 유전체 거울(51)이 반사하는 파장 영역을 각각 제26도, 제27도, 제28도와 같이 설계하고, 이들의 파장 영역의 광이 중첩된 상태로 충분한 색 재현성을 갖도록 유전체 거울을 설계하였다.
본 실시예에 사용한 액정 표시 패널은 제4실시예와 마찬가지이며, 그 수직 주사 주기가 1밀리초 이하의 응답을 갖는 것이 바람직하다.
상기 조건하에, 액정 표시 패널(7)의 수직 주사의 3 주기에 대해서 유전체 거울(51)의 광원(1)로부터의 백색광에 대한 각도를 순차 전환함으로써 액정 표시 패널(7)의 각 화소에 입사하는 광속의 색을 순차 전환하고, 각각의 광에 대응한 화상 데이타를 광속의 전환에 동기시켜 액정 표시 패널의 각 화소에 입력한 바, 종래의 컬러 필터를 사용한 단판 프로젝션에 비해 대폭으로 광 이용율이 높고, 동시에 3배의 해상도를 구비한 단판식 액정 표시 프로젝션을 실현할 수 있었다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 광원으로부터의 백색광을 적색, 녹색, 청색으로 분할하고, 각각의 광속을 액정 표시 패널의 대응하는 화소에 입사시키는 것과 함께 각 화소에 입사하는 적색, 녹색, 청색의 광을 시분할로 순차 전환함으로써 콤팩트하다고 하는 단판식의 잇점을 활용하면서, 광 이용율이 높고 동시에 고해상도인 컬러 화상을 저가로 실현할 수 있다.

Claims (25)

  1. 광원과: 다수의 화소로 이루어지고, 수직 주사 기능을 갖는 화상 표시 패널과; 상기 광원으로부터의 광을 복수의 파장 영역으로 분할하고, 이들 분할한 광을 서로 다른 방향에서 동일 영역으로 오버랩(overlap)시켜 조사하는 광학 수단과; 상기 광학 수단에 의해 조사된 동일 영역의 복수의 광을 각 파장 영역마다 화상 표시 패널의 대응하는 화소의 개구부에 집광시키는 집광 수단과; 상기 화상 표시 패널에 표시된 화상을 투영하는 투영 수단; 및 상기 화상 표시 패널의 수직 주사마다 상기 광학 수단의 분할 파장 영역을 서로 교체하여 상기 화상 표시 패널의 화소에 입사되는 광의 파장 영역을 순차 전화하는 색 전환 수단을 구비하되, 상기 색 전환 수단에 의해 전환될 때마다 각 화소에 입사하는 광의 색에 대응하는 화상을 상기 화상 표시 패널에 표시하는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학 수단이 광의 파장 영역마다 서로 다른 회절각을 갖는 홀로그램 소자로 이루어지고, 상기 색 전환 수단이 상기 화상 표시 패널의 수직 주사 주기에 동기하여 그 홀로그램 소자의 광의 회절각을 순차 변화시키는 구동 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광학 수단이 복수의 파장 영역의 광에 각각 대응하는 복수의 유전체 거울로 이루어지고, 상기 색 전환 수단이 상기 화상 표시 패널의 수직 주사 주기에 동기하여 그 복수의 유전체 거울이 대응하는 광의 파장 영역을 순차 변화시키는 구동 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 집광 수단이 마이크로렌즈 어레이로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 집광 수단이 광의 파장 영역마다 서로 다른 회절각을 갖는 투과형의 홀로그램 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 화상 표시 패널이 액정 표시 패널로 이루어지고, 상기 광학 수단이 상기 광원으로부터의 광을 적색, 녹색, 청색의 광의 3원색으로 분할하는 제1 홀로그램 소자, 및 상기 제1 홀로그램 소자에 의해 분할된 적색, 녹색, 청색의 광을 서로 다른 방향에서 동일 영역으로 집속 시키는 제2 홀로그램 소자로 이루어지며, 상기 집광 수단이 상기 제1 및 제2의 홀로그램 소자에 의해 조사된 동일 영역의 적색, 녹색, 청색의 광을 가진 액정 표시 패널의 대응하는 개구부로 집광시키는 마이크로렌즈 어레이로 이루어지고, 상기 색 전환 수단이 상기 제1 홀로그램 소자와 상기 제2 홀로그램 소자를 각각 상기 액정 표시 패널의 주사 주기에 동기시켜 이동시킴으로써 상기 액정 표시 패널의 동일 화소에 입사되는 적색, 녹색, 청색의 광을 순차 전환하는 구동 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 화상 표시 패널이 액정 표시 패널로 이루어지고, 상기 광학 수단이 상기 광원으로부터의 광을 적색, 녹색, 청색의 광의 3원색으로 분할하고, 분할한 적색, 녹색, 청색의 광을 서로 다른 방향에서 동일 영역으로 집속시키는 3장의 색선별 거울(dichroic mirror)로 이루어지고, 상기 집광 수단이 상기 3장의 색선별 거울에 의해 조사된 동일 영역의 적색, 녹색, 청색의 광을 가진 액정 표시 패널의 대응하는 개구부로 집광시키는 마이크로렌즈 어레이로 이루어지고, 상기 색 전환 수단이 상기 3장의 색선별 거울을 상기 액정 표시 패널의 주사 주기에 동기시켜 각각 작동시킴으로써 상기 액정 표시 패널의 동일 화소에 입사되는 적색, 녹색, 청색의 광을 순차 전환하는 구동 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치.
  8. 광원과; 다수의 화소로 이루어지고, 수직 주사 기능을 갖는 화상 표시 패널과; 상기 광원으로부터의 광을 복수의 파장 영역으로 분할하고, 이들 분할한 광을 상기 화상 표시 패널의 복수의 분할 영역에 각각 조사하는 파장 선택성을 갖는 광학 수단; 상기 화상 표시 패널에 표시된 화상을 투영하는 투영수단; 및 상기 화상 표시 패널의 수직 주사마다 상기 광학 수단의 분할 파장 영역을 서로 교체하여 상기 화상 표시 패널의 각 분할 영역에 조사되는 광의 파장 영역을 순차 전환하는 색 전환 수단을 구비하되, 상기 색 전환 수단에 의해 전환할 때마다 각 분할 영역에 조사되는 광의 색에 대응하는 화상을 상기 화상 표시 패널에 표시하는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 광학 수단이 광의 파장 영역마다 서로 다른 회절각을 갖는 홀로그램 소자로 이루어지고, 상기 색 전환 수단이 상기 화상 표시 패널의 수직 주사 주기에 동기하여 그 홀로그램 소자의 광의 회절각을 순차 변화시키는 구동 장치로 이루어지는 것을 특징으로하는 투영형 화상 표시 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 광학 수단 복수의 파장 영역의 광에 각각 대응하는 복수의 유전체 거울로 이루어지고, 상기 색 전환 수단이 상기 화상 표시 패널의 수직 주사 주기에 동기하여 그 복수의 유전체 거울이 대응하는 광의 파장 영역을 순차 변화시키는 구동 장치로 이루어지는 것을 특징으로하는 투영형 화상 표시 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 화상 표시 패널이 액정 표시 패널로 이루어지고, 상기 광학 수단이 상기 광원으로부터의 광을 적색, 녹색, 청색의 광의 3원색으로 분할하고, 이들 적색, 녹색, 청색의 광을 상기 액정 표시 패널을 3분할한 분할영역에 각각 조사하는 3색광 분리용의 홀로그램 소자로 이루어지며, 상기 색 전환 수단이 상기 홀로그램 소자를 상기 액정 표시 패널의 주사 주기에 동기시켜 이동시킴으로써 상기 액정 표시 패널의 동일 분할 영역에 입사되는 적색, 녹색, 청색의 광을 순차 전환하는 구동 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 화상 표시 패널이 액정 표시 패널로 이루어지고, 상기 광학 수단이 상기 광원으로부터의 광을 적색, 녹색, 청색의 광의 3원색으로 분할하고, 이들 적색, 녹색, 청색의 광을 상기 액정 표시 패널을 3분할한 분할영역에 각각 조사하는 3장의 색선별 거울(dichroic mirror)로 이루어지며, 상기 색 전환 수단이 상기 3장의 색선별 거울을 상기 액정 표시 패널의 주사 주기에 동기시켜 각각 작동시킴으로써 상기 액정 표시 패널의 동일 분할 영역에 입사되는 적색, 녹색, 청색의 광을 순차 전환하는 구동 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치.
  13. 광원과; 다수의 화소로 이루어지고, 수직 주사 기능을 갖는 화상 표시 패널과; 상기 광원으로부터의 광을 복수의 파장 영역으로 분할하고, 이들 분할한 광을 서로 다른 방향에서 동일 영역으로 오버랩(overlap)시켜 조사하는 광학 수단과; 상기 광학 수단에 의해 조사된 동일 영역의 복수의 광을 각 파장 영역마다 상기 화상 표시 패널의 대응하는 화소의 개구부에 집광시키는 집광 수단과; 상기 화상 표시 패널에 의해 변조된 광을 받아서 상기 화상 표시 패널에 표시된 화상을 투영하는 투영수단; 및 상기 집광 수단을 화소 피치 단위로 이동시킴으로써 상기 화상 표시 패널의 수직 주사마다 상기 화상 표시 패널의 화소에 입사되는 광의 파장 영역을 순차 전환하는 색 전환 수단을 구비하되, 상기 색 전환 수단에 의해 전환할 때마다 각 화소에 입사하는 광의 색에 대응하는 화상을 상기 화상 표시 패널에 표시하는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 광학 수단이 광의 파장 영역마다 서로 다른 회절각을 갖는 홀로그램 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 광학 수단이 복수의 파장 영역의 광에 각각 대응하는 복수의 유전체 거울로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치.
  16. 제13항에 있어서, 상기 집광 수단이 마이크로렌즈 어레이로 이루어지고, 상기 색 전환 수단이 그 마이크로렌즈 어레이를 화소 피치 단위로 이동시키는 것이 가능한 구동 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치.
  17. 제13항에 있어서, 상기 집광 수단이 광의 파장 영역마다 서로 다른 회절각을 갖는 투과형의 홀로그램 소자로 이루어지고, 상기 색 전환 수단이 그 투과형의 홀로그램 소자를 화소 피치 단위로 이동시키는 것이 가능한 구동 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치.
  18. 제13항에 있어서, 상기 화상 표시 패널이 액정 표시 패널로 이루어지고, 상기 광학 수단이 상기 광원으로부터의 광을 적색, 녹색, 청색의 광의 3원색으로 분할하는 제1 홀로그램 소자, 및 상기 제1 홀로그램 소자에 의해 분할된 적색, 녹색, 청색의 광을 서로 다른 방향에서 동일 영역으로 집속시키는 제2 홀로그램 소자로 이루어지며, 상기 집광 수단이 상기 제1 및 제2 홀로그램 소자에 의해 조사된 동일 영역의 적색, 녹색, 청색의 광을 각각 액정 표시 패널의 대응하는 개구부로 집광시키는 마이크로렌즈 어레이로 이루어지고, 상기 색 전환 수단이 상기 마이크로렌즈 어레이를 상기 액정 표시 패널의 주사 주기에 동기시켜 화소 피치 단위로 이동시킴으로써 상기 액정 표시 패널의 동일화소에 입사되는 적색, 녹색, 청색의 광을 순차 전환하는 구동 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치.
  19. 제13항에 있어서, 상기 화상 표시 패널이 액정 표시 패널로 이루어지고, 상기 광학 수단이 상기 광원으로부터의 광을 적색, 녹색, 청색의 광의 3원색으로 분할하고, 분할한 적색, 녹색, 청색의 광을 서로 다른 방향에서 동일 영역으로 집속시키는 3장의 색선별 거울(dichroic mirror)로 이루어지며, 상기 집광 수단이 상기 3장의 색선별 거울에 의해 조사된 동일 영역의 적색, 녹색, 청색의 광을 각각 상기 액정 표시 패널의 대응하는 개구부에 집광시키는 마이크로렌즈 어레이로 이루어지고, 상기 색 전환 수단이 상기 마이크로렌즈 어레이를 상기 액정 표시 패널의 주사 주기에 동기시켜 화소 피치 단위로 이동시킴으로써 상기 액정 표시 패널의 동일 화소에 입사되는 적색, 녹색, 청색의 광을 순차 변화시키는 구동 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치.
  20. 광원과; 다수의 화소로 이루어지는 표시 영역을 가지며 수직 주사 기능을 갖는 화상 표시 패널과; 상기 광원으로부터의 광을 복수의 파장 영역의 광속으로 분할하고, 이들 복수의 파장 영역의 광속을 서로 다른 방향에서 동일 영역으로 오버랩시켜 상기 화상 표시 패널에 조사하는 광학 수단과; 상기 광학 수단에 의해 분할된 복수의 파장 영역의 광속을 각 파장 영역마다 상기 화상 표시 패널의 대응하는 화소의 개구부에 집광시키는 집광 수단과; 상기 화상 표시 패널에 의해 변조된 광을 받아서 상기 화상 표시 패널에 표시된 화상을 투영하는 투영 수단; 및 상기 화상 표시 패널의 수직 주사 주기에 동기하여 상기 복수의 파장 영역의 광속(光束)의 화상 표시 패널로의 입사 각도를 전환함으로써 상기 화상 표시 패널의 화소에 입사하는 광의 파장 영역을 순차 전환하는 색 전환 수단을 구비하되, 상기 색 전환 수단에 의해 전환할 때마다 각 화소에 입사하는 광의 색에 대응하는 화상을 상기 화상 표시 패널에 표시하는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 집광 수단이 마이크로렌즈 어레이로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치.
  22. 제20항에 있어서, 상기 집광 수단이 광의 파장 영역마다 서로 다른 회절각을 갖는 투과형의 홀로그램 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치.
  23. 제20항에 있어서, 상기 광학 수단이 상기 복수의 파장 영역의 광속에 각각 대응하며, 상기 광원으로부터의 광속의 광로상에 순차 배치된 복수의 유전체 거울 및 이들 복수의 유전체 거울로부터의 복수의 파장 영역의 광속을 상기 화상 표시 패널을 향해 반사시키는 평면경으로 이루어지며, 상기 색 전환 수단이 그 평면경이 상기 복수의 파장 영역의 광속에 대해 이루는 각도를 전환하는 구동 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치.
  24. 제20항에 있어서, 상기 광학 수단이 상기 복수의 파장 영역의 광속에 각각 대응하며, 상기 광원으로부터의 광속의 광로상에 순차 배치된 복수의 유전체 거울로 이루어지며, 상기 색 전환 수단이 이들 복수의 유전체 거울이 상기 광원으로부터의 광속에 대해 이루는 각도를 전환하는 구동 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치.
  25. 제23항 또는 제24항에 있어서, 상기 복수의 유전체 거울 대신에 반사형의 홀로그램 소자를 사용하는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시 장치.
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