KR100208660B1

KR100208660B1 - 액정 표시 장치의 광학계

Info

Publication number: KR100208660B1
Application number: KR1019960058555A
Authority: KR
Inventors: 오승경
Original assignee: 전주범; 대우전자주식회사
Priority date: 1996-11-27
Filing date: 1996-11-27
Publication date: 1999-07-15
Also published as: KR19980039531A

Abstract

액정 표시 소자의 광학계가 도시되어 있다. 액정 표시 소자의 광학계는 광선을 방출하기 위한 광원, 화소들이 매트릭스 형태로 배열되며 상기 광선을 화상으로 광 변조시키기 위한 액정판, 광원으로 부터 방출된 광선을 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리하여 액정판에 조사시키기 위한 색 분리 수단, 광원과 색 분리 수단 사이에 위치하며 광원으로 부터 방출된 광선을 액정판의 화소들 각각에 집속시키기 위한 마이크로렌즈 어레이, 및 액정판을 통과한 각 색 광선을 합성시키기 위한 다이크로익 프리즘을 포함한다. 광원으로 부터 방출된 광선을 마이크로렌즈 어레이에 의해 집속시켜 액정판에 조사시킴으로써, 액정 표시 소자의 광학계 효율을 증가시키고 스크린 상에서 색의 균일성을 개선할 수 있다.

Description

액정 표시 장치의 광학계

본 발명은 액정 표시 소자(Liquid crystal display device)의 광학계에 관한 것으로, 특히 광학계의 구조가 단순화되고 콤팩트해지며 광 효율을 향상시킬 수 있는 액정 표시 소자의 광학계(이하 LCD 광학계라 칭함)에 관한 것이다.

일반적으로, 광학 에너지(Optical energy)를 스크린 상에 투영하기 위한 장치인 공간적인 광 변조기(Spatial light modulator)는 광 통신, 화상 처리, 및 정보 디스플레이 장치와 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 통상적으로 이러한 장치들은 광학 에너지를 스크린 상에 표시하는 방법에 따라 직시형 화상 표시 장치(Direct-view image display device)와 투사형 화상 표시 장치(Projection-type image display device)로 구분된다.

직시형 화상 표시 장치의 예로서는 CRT(Cathode Ray Tube)를 들 수 있는데, 이러한 CRT 장치는 소위 브라운관으로 불리는 것으로서 화질은 우수하나 화면의 대형화에 따라 그 중량과 용적이 증가하여 제조 비용이 상승하게 되는 문제가 있다.

투사형 화상 표시 장치로는 액정 표시 장치(이하 LCD라 칭함), 디포머블 미러 어레이(Deformable Mirror Device; 이하 DMD라 칭함), 및 액튜에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Array; 이하 AMA라 칭함)를 들 수 있다. 이러한 투사형 화상 표시 장치는 다시 그들의 광학적 특성에 따라 2개의 그룹으로 나뉠 수 있다. 즉, LCD와 같은 장치는 전송 광 변조기(Transmissive spatial light modulators)로 분류될 수 있는데 반하여, DMD 및 AMA는 반사 광 변조기(Reflective spatial light modulators)로 분류될 수 있다.

LCD 장치는 빛의 투과도를 전기적으로 제어할 수 있는 액정을 사용하는 표시 장치로서, 이러한 LCD를 사용하는 프로젝터(이하, 액정 프로젝터라 칭함)는 광학적 구조가 매우 간단하므로 CRT 프로젝터에 비해 경박단소화시킬 수 있다. 또한, 대화면, 고화질을 얻을 수 있기 때문에 고품위 텔레비젼(HDTV) 및 비디오 컨퍼런스용 표시 장치로서 널리 사용되고 있다.

액정 프로젝터에 사용되는 액정판(liquid crystal panel)은 통상적으로 매트릭스형 액정판으로 알려져 있는데, 화소들이 서로에 대해 수직인 두 방향으로 매트릭스 형태로 배열되어 있으며 구동 전압에 의해 개별적으로 구동됨으로써 액정의 광학 특성을 변화시킨다. 구동 전압은 간단한 매트릭스 시스템에 의해 개개의 화소들에 인가될 수 있으며, 또한 MIM (metal-insulating metal)과 같은 비선형 2단자 소자 또는 TFT (박막 트랜지스터)와 같은 3단자 스위칭 소자가 각 화소에 대해 배치되어 있는 액티브 매트릭스 시스템에 의해 교호적으로 각 화소들에 인가될 수 있다.

도 1은 종래의 LCD 광학계의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 LCD 광학계(10)는 색 광선(Colored light; L)을 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(24)와, 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B)에 대한 각각의 제1, 제2 및 제3 액정판(20a, 20b, 20c)을 구비한다. 상기 제1, 제2 및 제3 액정판(20a, 20b, 20c)은 인가되는 화상 신호에 따라 그 투과율이 변하게 되어 적색, 녹색 및 청색 광들을 투과시키거나 차단시킨다. 투과된 광들은 프로젝션 렌즈(24)에 의해 세 개의 색 광선들을 포함하는 광선(L)으로 투사된다.

또한, 종래의 LCD 광학계(10)는 광선을 방출하기 위한 램프(12), 콘덴서 렌즈(Condenser lens)(14), 제1, 제2, 제3 및 제4 다이크로익 필터(Dichroic filter)(16a, 16b, 16c, 16d), 제1 및 제2 미러(18a,18b), 및 제1, 제2 및 제3 필드 렌즈(Field lens)(22a, 22b, 22c)를 구비한다.

LCD 광학계(10)에 통상적으로 사용되는 광원은 할로겐 금속 램프(Metal halide lamp)(12)이다. 콘덴서 렌즈(14)는 볼록 렌즈와 같은 작용을 하는 렌즈로서, 램프(12)로 부터 방출되는 광선을 그 초점에 집중시키는 역할을 한다.

제1, 제2, 제3 및 제4 다이크로익 필터(16a, 16b, 16c, 16d)는 빛을 파장에 의해서 선택적으로 통과시키는 광 필터로서, 램프(12)로 부터 방출된 백색광을 3원색 광, 즉 적색광, 녹색광 및 청색광으로 분리하는 역할을 한다.

이하, 종래의 LCD 광학계(10)의 작동 원리를 간단히 설명한다.

할로겐 금속 램프(12)로 부터 백색광이 방출된 후, 이 백색광은 콘덴서 렌즈(14)에 의해 집속되어 제1 다이크로익 필터(16a)로 조사된다. 백색광 중에서, 녹색광(G) 및 청색광(B)은 제1 다이크로익 필터(16a)를 통과하는 반면, 적색광(R)은 제1 다이크로익 필터(16a)에 의해 반사된다. 이 적색광(R)은 제1 미러(18a)에 의해 반사되어 필드 렌즈(22a)로 입사된다. 제1 필드 렌즈(22a)를 통과한 적색광(R)은 R-액정판인 제1 액정판(20a)의 투과율이 변함에 따라 상기 제1 액정판(20a)을 통과한 후, 제3다이크로익 필터(16c)로 조사된다. 상기 제3 다이크로익 필터(16c)는 적색광(R)은 투과시키고 녹색광(G)은 반사시키는 광 필터이므로, 상기 적색광(R)은 제3 다이크로익 필터(16c)를 투과하여 제4 다이크로익 필터(16d)에 조사된다.

한편, 제1 다이크로익 필터(16a)에 의해 투과된 녹색광(G) 및 청색광(B)은, 제2 다이크로익 필터(16b)에 의해 녹색광(G)이 반사되고 청색광(B)은 투과된다. 상기 녹색광(G)은 제2 필드 렌즈(22b)를 통과한 후, G-액정판인 제2 액정판(20b)의 투과율이 변함에 따라 상기 제2 액정판(20b)을 통과한다. 제2 액정판(20b)을 통과한 녹색광(G)은 적색광(R)을 투과시키고 녹색광(G)을 반사시키는 제3 다이크로익 필터(16c)에 의해 반사되어 제4 다이크로익 필터(16d)에 조사된다.

제4 다이크로익 필터(16b)를 투과한 청색광(B)은 제3 필드 렌즈(22c)를 통과한 후, B-액정판인 제3 액정판(20c)의 투과율이 변함에 따라 상기 제3 액정판(20c)을 통과한다. 상기 제3 액정판(20c)을 통과한 청색광(B)은 미러(18b)에 의해 반사되어 제4 다이크로익 필터(16d)에 조사된다.

이러한 방식에 의하여, 제4 다이크로익 필터(16d)는 세 개의 광선들, 즉 적색, 녹색, 및 청색 광선들을 합성시키고, 프로젝션 렌즈(24)는 합성된 광선(L)을 스크린(도시되지 않음) 상에 투사한다.

전술한 바와 같이 종래의 LCD 광학계는 램프로 부터 방출되는 빛을 콘덴서 렌즈에 의해 집속시켜서 액정판에 조사한다. 따라서, 콘덴서 렌즈에 의해 집속된 빛이 액정판의 각 화소에 균일하게 조명되지 못하므로 광 효율이 떨어지고, 스크린에서 표시되는 색이 균일하지 못하게 되는 문제가 있다.

더욱이, 세 개의 다이크로익 필터를 사용하여 색 분리와 합성을 수행하기 때문에 광학계의 크기가 커지며 광학계를 콤팩트하게 구성하기가 어렵다. 또한, 다이크로익 필터에 의해 색 합성을 하기 때문에 필터의 두께에 의해 광축 편차가 발생하여 화질이 열화되는 현상이 초래된다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 액정 표시 소자의 광학계 효율을 높이고 스크린 상에서의 색 균일성을 개선시킬 수 있는 액정 표시 소자의 광학계를 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 액정 표시 소자의 광학계의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 액정 표시 소자의 광학계의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 3은 도 2에 도시된 액정 표시 소자에 사용되는 마이크로렌즈 어레이의 평면도이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 100 ... LCD 광학계 12, 102 ... 램프

14, 115a, 115b... 콘덴서 렌즈 104 ... 마이크로렌즈 어레이

16a, 16b, 16c, 16d, 106a, 106b ... 다이크로익 필터

18a, 18b, 108a, 108b, 108c ... 미러

20a, 20b, 20c, 110a, 110b, 110c... 액정판

22a, 22b, 22c, 112a, 112b, 112c ... 필드 렌즈

114 ... 색 보정 개구 116 ... 다이크로익 프리즘

24, 118 ... 프로젝션 렌즈

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

광선을 방출하기 위한 광원;

화소들이 매트릭스 형태로 배열되며, 상기 광선을 화상으로 광 변조시키기 위한 액정판;

상기 광원으로 부터 방출된 광선을 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리하여 상기 액정판에 조사시키기 위한 색 분리 수단;

상기 광원과 색 분리 수단 사이에 위치하며, 상기 광원으로 부터 방출된 광선을 상기 액정판의 화소들 각각에 집속시키기 위한 마이크로렌즈 어레이(Microlens array); 및

상기 액정판을 통과한 각 색 광선을 합성시키기 위한 다이크로익 프리즘(Dichroic prism)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 광학계를 제공한다.

전술한 바와 같이 본 발명은, 광원으로 부터 방출된 광선을 각각의 렌즈 셀이 액정판의 각 화소들에 대응되도록 형성되는 마이크로렌즈 어레이에 의해 집속시킨다. 상기 마이크로렌즈 어레이는 같은 렌즈 셀 구조를 갖는 제1 마이크로렌즈 어레이와 제2 마이크로렌즈 어레이로 구성되며, 상기 제1 마이크로렌즈 어레이는 그 뒷면이 평면으로, 각 셀이 같은 촛점 거리를 가지나, 제2 마이크로렌즈 어레이는 그 뒷면이 곡률을 갖으므로 각 렌즈셀마다 다른 촛점 거리를 갖는다. 따라서, 조명광이 100% 평행광일 경우 제1 마이크로 렌즈 어레이만으로도 조명이 가능하나, 조명광은 100% 평행광이 아니므로 제2 마이크로렌즈 어레이를 필요로 한다. 제1 마이크로렌즈 어레이의 각 렌즈 셀의 중심을 통과한 광은 제2 마이크로렌즈 어레이의 각 렌즈셀의 중심을 통과하여 액정판의 중심부에 도달하며, 제1 마이크로렌즈 어레이의 각 렌즈셀의 가장자리를 지나는 광선은 제2 마이크로렌즈 어레이의 중심을 통과한 후, 액정판의 가장 자리에 도달하며, 제1 마이크로 렌즈 어레이의 각 렌즈셀의 중심에 각을 가지고 입사하는 광선은 제2 마이크로렌즈 어레이의 각 렌즈셀의 가장자리를 지나서 액정판의 중심을 통과하게 되어 액정판의 전면에 고르게 조명되도록 하는 역할을 한다.

상기한 구조를 갖는 마이크로렌즈 어레이를 통과한 광선은 다이크로익 필터와 같은 색 분리 수단에 의해 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리된다. 이와 같이 분리된 적색, 녹색 및 청색 광선은 그에 대응되는 액정판을 통과하여 다이크로익 프리즘에 의해 합성된 후, 프로젝션 렌즈에 의해 스크린 상에 투사된다.

따라서, 본 발명에 의한 액정 표시 소자의 광학계에 의하면, 마이크로렌즈 어레이에 의해 그 렌즈 셀 하나에 평행으로 조명된 빛이 액정판 전면에 고르게 조명되도록 함으로써, 액정 표시 소자의 광학계 효율을 크게 증대시킬 수 있으며 스크린 상에서 색의 균일성을 개선시킬 수 있다.

또한, 하나의 다이크로익 프리즘을 이용하여 분리된 적색, 녹색 및 청색 광선을 합성시키기 때문에 광학계의 구조가 간단해지고 상기 광학계를 콤팩트하게 구성할 수 있다. 더욱이, 색 합성시 다이크로익 프리즘을 사용하기 때문에 종래구조에서 문제시되었던 다이크로익 필터의 두께에 의한 광축 편차가 없어져서 화질을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 LCD 광학계의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 2를 참조하면, LCD 광학계(100)는 색 광선을 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(118)와, 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B)에 대한 각각의 제1, 제2 및 제3 액정판(110a, 110b, 110c)을 구비한다. 상기 제1, 제2 및 제3 액정판(110a, 110b, 110c)은 인가되는 화상 신호에 따라 그 투과율이 변하게 되어 적색, 녹색 및 청색 광들을 투과시키거나 차단시킨다. 투과된 광들은 프로젝션 렌즈(118)에 의해 세 개의 색 광선들을 포함하는 광선(L)으로 투사된다.

또한, LCD 광학계(100)는 광선을 방출하기 위한 램프(102), 마이크로렌즈 어레이(104), 제1 및 제2 다이크로익 필터(106a, 106b), 제1, 제2 및 제3 미러(108a, 108b, 108c), 제1, 제2 및 제3 필드 렌즈(112a, 112b, 112c), 색 보정 개구(114), 제1 및 제2 콘덴서 렌즈(115a, 115b) 및 다이크로익 프리즘(116)을 구비한다.

일반적으로, 구동 전압이 액티브 매트릭스 시스템에 의해 교호적으로 각각의 화소들에 인가되는 액정판에서는 화소들이 최소 피치(Pitch)로 배열되어야 하는데, 이에 따라 전체 면적에 대해 화소들이 차지하는 유효 구멍(Opening)의 비 (이하, 개구율(Aperture ratio)이라 칭함) 가 감소된다. 액정판의 투과율은 편광기의 효율과 각 화소의 개구율에 의해 결정된다. 본 발명에서는 상기 개구율을 증가시키기 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이 각 렌즈 셀이 화소들 간의 피치와 동일한 피치로 배열되는 다중 렌즈 셀(Multi-lens cell)들로 이루어진 마이크로렌즈 어레이(104)를 광 입사면 상에 배치한다.

상기 마이크로렌즈 어레이(104)는 같은 렌즈 셀 구조를 갖는 제1 마이크로렌즈 어레이(ML1)와 제2 마이크로렌즈 어레이(ML2)로 구성되며, 상기 제1 마이크로렌즈 어레이(ML1)는 그 뒷면이 평면으로 각 렌즈셀이 같은 촛점 거리를 가지나, 제2 마이크로렌즈 어레이(ML2)는 그 뒷면이 곡률을 갖으므로 각 렌즈셀마다 다른 촛점 거리를 갖는다. 따라서, 조명광이 100% 평행광일 경우 제1 마이크로 렌즈 어레이(ML1)만으로도 조명이 가능하나, 조명광은 100% 평행광이 아니므로 제2 마이크로렌즈 어레이(ML2)를 필요로 한다. 제1 마이크로렌즈 어레이(ML1)의 각 렌즈 셀의 중심을 통과한 광은 제2 마이크로렌즈 어레이(ML2)의 각 렌즈셀의 중심을 통과하여 제1, 제2 및 제3 액정판(110a, 110b, 110c)의 중심부에 도달하며, 제1 마이크로렌즈 어레이(ML1)의 각 렌즈셀의 가장자리를 지나는 광선은 제2 마이크로렌즈 어레이(ML2)의 중심을 통과한 후, 제1, 제2 및 제3 액정판(110a, 110b, 110c)의 가장 자리에 도달하며, 제1 마이크로 렌즈 어레이(ML1)의 각 렌즈셀의 중심에 각을 가지고 입사하는 광선은 제2 마이크로렌즈 어레이(ML2)의 각 렌즈셀의 가장자리를 지나서 제1, 제2 및 제3 액정판(110a, 110b, 110c)의 중심을 통과하게 되어 제1, 제2 및 제3 액정판(110a, 110b, 110c)의 전면에 고르게 조명되도록 하는 역할을 한다.

제1 및 제2 다이크로익 필터(106a, 106b)는 빛을 파장에 의해서 선택적으로 통과시키는 광 필터로서, 할로겐 금속 램프(102)로 부터 방출되어 마이크로렌즈 어레이(104)를 통과한 백색광을 3원색 광, 즉 적색광, 녹색광 및 청색광으로 분리하는 역할을 한다.

색 보정 개구(114)는 다이크로익 필터에서 투과된 광선의 순도를 좋게 하기 위하여 상기 광선의 파장 범위가 좁혀지도록 절단하여 컬러 매칭(Color matching)시 키는 역할을 한다.

다이크로익 프리즘(116)은 적색광만을 반사시키고 다른 광들은 투과시키는 다이크로익 필터와 척색광만을 반사시키고 다른 광들은 투과시키는 다이크로익 필터가 X 자 형태로 이루어진 것이다. 따라서, 프리즘의 서로 수직인 세 면으로 입사되어지는 적색광 및 청색광은 반사시키고 녹색광은 그대로 투과시킴으로써, 세 개의 색 광선들을 합성하여 프로젝션 렌즈(118)로 입사시킨다.

이하, 상기한 LCD 광학계(100)의 작동원리를 보다 상세히 설명한다.

할로겐 금속 램프(102)로 부터 백색광이 방출된 후, 이 백색광은 마이크로렌즈 어레이(104)에 의해 집속되어 다이크로익 필터(106a)로 조사된다. 이때, 제1 마이크로렌즈 어레이(ML1)에 의해 렌즈 셀 하나에 평행으로 조명된 광선이 제1, 제2 및 제3 액정판(110a, 110b, 110c) 전면에 고르게 조명되며, 제2 마이크로렌즈 어레이(ML2)에 의해 상기 제1 마이크로렌즈 어레이(ML1)에 평행 입사된 광선이 제1, 제2 및 제3 액정판(110a, 110b, 110c)의 중심부에 도달된다.

상기 마이크로렌즈 어레이(104)를 통과한 백색광 중에서, 녹색광(G) 및 청색광(B)은 제1 다이크로익 필터(106a)를 통과하는 반면, 적색광(R)은 제1 다이크로익 필터(106a)에 의해 반사된다. 이 적색광(R)은 제1 미러(108a)에 의해 반사되어 제1 필드 렌즈(122a)를 통해 R-액정판인 제1 액정판(110a)에 입사된다. 상기 적색광(R)은 제1 액정판(110a)의 투과율이 변함에 따라 상기 제1 액정판(110a)을 통과한다. 이어서, 상기 적색광(R)은 다이크로익 프리즘(116)으로 들어가고, 다이크로익 프리즘(116) 내의 적색광만을 반사시키는 다이크로익 필터에 의해 반사된 후, 프로젝션 렌즈(118)로 들어가게 된다.

한편, 제1 다이크로익 필터(106a)에 의해 투과된 녹색광(G) 및 청색광(B)은, 색 보정 개구(114)를 통과하여 제2 다이크로익 필터(106b)에 조사된다. 상기 색 보정 개구(114)는 녹색광(G) 및 청색광(B) 각각의 파장 범위가 좁혀지도록 절단하여 상기 광선들의 순도를 좋게 하는 역할을 한다. 색 보정 개구(114)를 통과하여 제2 다이크로익 필터(106b)에 조사된 녹색광(G) 및 청색광(B)은, 상기 제2 다이크로익 필터(106b)에 의해 녹색광(G)이 반사되고 청색광(B)은 투과된다. 상기 녹색광(G)은 제2 필드 렌즈(122b)를 통해 G-액정판인 제2 액정판(110b)에 입사된다. 상기 녹색광(G)은 제2 액정판(110b)의 투과율이 변함에 따라 상기 제2 액정판(110b)을 통과한다. 이어서, 상기 녹색광(B)은 다이크로익 프리즘(116)으로 들어가고, 다이크로익 프리즘(116)을 그대로 투과하여 프로젝션 렌즈(118)로 들어가게 된다.

제2 다이크로익 필터(106b)를 투과한 청색광(B)은 제1 콘덴서 렌즈(115a)를 통과한 후, 제2 미러(108b)에 의해 반사되어 제2 콘덴서 렌즈(115b)로 입사된다. 상기 제2 콘덴서 렌즈(115b)를 통과한 청색광(B)은 제3 미러(108c)에 의해 반사되어 제3 필드 렌즈(122c)를 통해 B-액정판인 제3 액정판(110c)에 입사된다. 상기 청색광(B)은 제3 액정판(110c)의 투과율이 변함에 따라 상기 제3 액정판(110c)을 통과한다. 이어서, 상기 청색광(B)은 다이크로익 프리즘(116)으로 들어가고, 다이크로익 프리즘(116) 내의 청색광만을 반사시키는 다이크로익 필터에 의해 반사된 후, 프로젝션 렌즈(118)로 들어가게 된다.

이러한 방식에 의하여, 다이크로익 프리즘(116)는 세 개의 광선들, 즉 적색, 녹색, 및 청색 광선들을 합성시키고, 프로젝션 렌즈(118)는 합성된 광선(L)을 스크린(도시되지 않음) 상에 투사한다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 광원으로 부터 방출된 광선을 각각의 렌즈 셀이 액정판의 각 화소들에 대응되도록 형성되는 마이크로렌즈 어레이에 의해 집속시킨 후, 다이크로익 필터와 같은 색 분리 수단에 의해 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리된다. 이와 같이 분리된 적색, 녹색 및 청색 광선은 그에 대응되는 액정판을 통과하여 다이크로익 프리즘와 같은 색 합성 수단에 의해 합성된 후, 프로젝션 렌즈에 의해 스크린 상에 투사된다. 상기 마이크로렌즈 어레이는 같은 렌즈 셀 구조를 갖는 제1 마이크로렌즈 어레이와 제2 마이크로렌즈 어레이로 구성된다. 상기 제1 마이크로렌즈 어레이는 그 뒷면이 평면으로, 각 셀이 같은 촛점 거리를 가지나, 제2 마이크로렌즈 어레이는 그 뒷면이 곡률을 갖으므로 각 렌즈셀마다 다른 촛점 거리를 갖는다. 따라서, 조명광이 100% 평행광일 경우 제1 마이크로 렌즈 어레이만으로도 조명이 가능하나, 조명광은 100% 평행광이 아니므로 제2 마이크로렌즈 어레이를 필요로 한다. 제1 마이크로렌즈 어레이의 각 렌즈 셀의 중심을 통과한 광은 제2 마이크로렌즈 어레이의 각 렌즈셀의 중심을 통과하여 액정판의 중심부에 도달하며, 제1 마이크로렌즈 어레이의 각 렌즈셀의 가장자리를 지나는 광선은 제2 마이크로렌즈 어레이의 중심을 통과한 후, 액정판의 가장 자리에 도달하며, 제1 마이크로 렌즈 어레이의 각 렌즈셀의 중심에 각을 가지고 입사하는 광선은 제2 마이크로렌즈 어레이의 각 렌즈셀의 가장자리를 지나서 액정판의 중심을 통과하게 되어 액정판의 전면에 고르게 조명되도록 하는 역할을 한다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할수 있을 것이다.

Claims

광선을 방출하기 위한 광원(102);

화소들이 매트릭스 형태로 배열되며, 상기 광선을 화상으로 광 변조시키기 위한 액정판(110a, 110b, 110c);

상기 광원으로 부터 방출된 광선을 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리하여 상기 액정판(110a, 110b, 110c)에 조사시키기 위한 색 분리 수단;

상기 광원(102)과 색 분리 수단 사이에 위치하며, 상기 광원(102)으로 부터 방출된 광선을 상기 액정판(110a, 110b, 110c)의 화소들 각각에 집속시키기 위한 마이크로렌즈 어레이(104); 및

상기 액정판(110a, 110b, 110c)을 통과한 각 색 광선을 합성시키기 위한 다이크로익 프리즘(116)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 광학계.
제1항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이(104)는 같은 렌즈 셀 구조를 가지면서, 그 뒷면이 평면인 제1 마이크로렌즈 어레이(ML1)와 그 뒷면이 곡률을 갖는 제2 마이크로렌즈 어레이(ML2)로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 광학계.
제1항에 있어서, 상기 색 분리 수단은 다이크로익 필터(106a, 106b)인 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 광학계.
제1항에 있어서, 상기 액정판(110a, 110b, 110c)은 적색, 녹색 및 청색의 각 광선들을 변조시키기 위한 R-액정판(110a), G-액정판(110b) 및 B-액정판(110c)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 광학계.
제1항에 있어서, 상기 색 분리 수단에서 투과된 광선의 순도를 좋게 하기 위해 상기 투과된 광선을 그 파장 범위가 좁아지도록 절단하는 색 보정 개구(114)를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 광학계.
제1항에 있어서, 상기 다이크로익 프리즘(116)에 의해 색 합성된 광선을 스크린 상에 투사하여 화상을 형성하기 위한 프로젝션 렌즈(118)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 광학계.