KR100209606B1

KR100209606B1 - 액정표시장치

Info

Publication number: KR100209606B1
Application number: KR1019960052744A
Authority: KR
Inventors: 나만호; 최성우
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 1999-07-15
Also published as: KR19980034622A

Abstract

액정표시 장치에 관한 것으로서, 특히 광원과, 볼록 렌즈와 오목 렌즈가 한쌍이 되어 상기 광원으로부터 입사되는 평행광을 집속하여 소정 빔 폭으로 감소시키는 마이크로 렌즈 어레이와, 전원 공급 유무에 따라 상기 마이크로 렌즈 어레이로부터 빔폭이 감소되어 입사되는 광의 편광 특성을 변경하는 FLC와, 상기 FLC로부터 입사되는 편광의 방향에 따라 굴절 투과하는 각도가 달라지는 복굴절판과, 상기 복굴절판으로부터 한 타임 내에 서로 다른 굴절각도로 입사되는 광을 이용하여 화상을 형성하는 LCD의 순으로 구성되는, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 입사되는 평행광을 집속시켜 빔폭을 줄임에 의해 LCD의 격벽에 맞아 손실되는 광을 없앰으로써, LCD의 개구효율을 높이고, FLC와 복굴절판에 의해 한 타임 내에서 LCD의 하나의 픽셀에 두가지 데이타를 표시함으로써, 해상도가 증가된다.

Description

액정표시 장치

본 발명은 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display : LCD)를 이용한 액정표시 장치에 관한 것으로서, 특히 격벽에 의한 광략 손실을 줄이고 해상도를 높이는 액정표시 장치에 관한 것이다.

제1도는 종래의 액정 표시 장치의 간략 단면도로서, 왼쪽에서 빛이 진행할 때 LCD(11), FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)(12), 복굴절판(13), 투사렌즈(14)의 순으로 단면을 구성하고 있다.

이때, 상기 LCD(11)에서 형성된 화상은 각 화소 영역(11a)으로만 투과되어 FLC(12)로 입사된다.

상기 FLC(12)는 전압 유무에 따라 상광선(Ordinary Ray : 이하, O파라 칭함.)만을 투과시키거나 이상광선(Extraordinary Ray : 이하, E파라 칭함.)만을 투과시킨다.

복굴절판(13)은 상기 FLC(12)로부터 입사되는 편광의 방향에 따라 빛의 진행 경로가 달라진다.

즉, 상기 FLC(12)로부터 O파가 입사되면 O파는 그냥 복굴절판(13)을 투과하여 투사렌즈(14)로 입사되고, E파가 입사되면 E파는 소정 각도로 굴절되어 상기 투사렌즈(14)로 입사된다.

상기 투사렌즈(14)는 입사되는 광을 스크린(15)에 확대 투사시킨다.

이때, 상기 스크린(15)에는 O파가 확대 투사된 제1필드(15-1)와 E파가 확대 투사된 제2필드(15-2)가 1프레임을 형성하므로 해상도가 증가한다.

그리고, 상기 LCD(11)는 빛이 나오는 개구부(11a)와 빛이 나오지 않는 격벽부(11b)로 나누어진다.

상기 빛이 나오지 않는 격벽부(11b)는 각각의 화소들을 구동시키기 위한 회로와 기구적 구성에 의하여 필연적으로 나타나게 되는 것으로, 이때 하나의 화소면적에 대한 개구부(11a)의 면적비를 개구율이라고 하는데, LCD(11)의 경우에는 개구율이 50%를 넘지 못하므로 빛이 나오지 않는 격벽부(11b)의 면적이 더 커지게 된다.

이때, 광원에서 나온 광이 상기 LCD(11)의 격벽부(11b)에 의해 차단되므로 광로에서의 광량이 반 이하로 떨어진다.

따라서, 종래의 투사형 표시장치는 해상도는 증가하나 격벽에 의한 광량손실로 스크린의 밝기가 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 입사되는 평행광의 빔폭을 손실없이 줄이고 하나의 LCD 픽셀 개구부에 소정의 시간 간격을 두고 두개의 데이타를 공급함으로써, 개구 효율을 높이고 해상도를 증가시키는 액정표시 장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치의 특징은, 광원과, 상기 광원으로부터 입사되는 평행광을 집속하여 소정 빔폭으로 감소시키는 빔폭 감소수단과, 전원 공급 유무에 따라 빔폭 감소수단으로부터 입사되는 광의 편광 특성을 변경하는 FLC와, 상기 FLC로부터 입사되는 편광의 방향에 따라 굴절 투과하는 각도가 달라지는 복굴절판과, 상기 복굴절판으로부터 한 타임 내에 시간간격을 두고 서로 다른 굴절각도로 입사되는 광을 이용하여 화상을 형성하는 LCD의 순으로 구성되는데 있다.

본 발명에 따른 액정표시 장치의 다른 특징은, 광원과, 상기 광원으로부터 입사되는 평행광을 집속하여 소정 빔폭으로 감소시키는 빔폭 감소수단과, 상기 빔폭감소 수단으로부터 입사되는 광을 선택적으로 투과시켜 화상을 형성하는 LCD와, 전원 공급 유무에 따라 상기 LCD를 투과하는 광의 편광특성을 변경하는 FLC와, 상기 FLC로부터 입사되는 편광의 방향에 따라 굴절 투과하는 각도가 달라지는 복굴절판의 순으로 구성되어 있다.

제1도는 종래의 액정표시 장치의 단면도.

제2도는 본 발명에 따른 액정표시장치의 단면도.

제3도는 제2도의 액정표시장치에서 타임 분할에 의한 집속방법을 상세하게 나타낸 단면도.

제4도는 상기 제2도의 복굴절판의 타임 분할에 의한 편광 변화를 나타낸 단면도.

제5도는 제2도를 2판식에 적용하여 타임 분할하여 빔을 집속하는 예를 보여주는 단면도.

제6a도는 제5도에서 블루용 LCD 셀의 구조를 보여주는 도면.

제6b도는 제5도에서 그린, 레드용 LCD 셀의 구조를 보여주는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 제1편광자 22 : 제1마이크로 렌즈 어레이

23 : 제2마이크로 렌즈 어레이 24 : FLC

25 : 복굴절판 26 : LCD

27 : 제2편광자

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 액정표시 장치의 간략 단면도로서, 빛이 조사되는 좌측으로부터 제1편광자(21), 다수의 마이크로 렌즈로 이루어진 제1마이크로 렌즈 어레이(22), 다수의 마이크로 렌즈로 이루어진 제2마이크로 렌즈 어레이(23), FLC(24), 복굴절판(25), LCD(26), 제2편광자(27)가 순차적으로 층을 형성하고 있다.

제3도는 본 발명의 타임분할에 의한 접속방법을 상세하게 나타낸 단면도이다.

이때, 제1마이크로 렌즈 어레이(22)의 마이크로 렌즈 및 제2마이크로 렌즈 어레이(23)의 마이크로 렌즈와 LCD(26)의 픽셀과는 1:1 대응관계를 갖는다.

그리고, 상기 제1마이크로 렌즈 어레이(22)의 각 마이크로 렌즈들은 볼록렌즈로 이루어지고, 제2마이크로 렌즈 어레이(23)의 각 마이크로 렌즈들은 오목렌즈로 이루어진다.

상기 복굴절판(25)는 복굴절성을 갖는 재질 예컨대, 수정 등으로 이루어진다.

이와 같이 구성된 본 발명은 광원에서 출사된 평행광이 제1편광자(21)에 입사되면 제1편광장(21)는 전압의 유무에 따라 O파 또는 E파를 제1마이크로 렌즈 어레이(22)로 입사한다.

상기 제1마이크로 렌즈 어레이(22)는 입사된 빔을 제2마이크로 렌즈 어레이(23)로 집속한다.

즉, 볼록 형태로 이루어진 제1마이크로 렌즈 어레이(22)와 오목 형태로 이루어진 제2마이크로 렌즈 어레이(23)에 의해 상기 제1편광자(21)에서 입사되는 E파 또는 O파의 빔폭이 제3도에서와 같이 좁혀져 FLC(24)로 입사된다.

이때, 상기 제1, 제2마이크로 렌즈 어레이(22,23)에 의해 집속된 빔의 크기가 LCD(26) 셀 개구부의 1/2 이하가 되도록 한다.

한편, 상기 FLC(24)는 전압 유무에 따라 빔폭이 좁혀진 O파만을 투과시키거나 E파만을 투과시킨다.

이때, 상기 O파와 E파의 편광방향은 상호 수직이다.

그리고, 상기 복굴절판(25)은 상기 FLC(24)로부터 입사되는 편광의 방향에 따라 굴절 투과되는 각도를 변경한다.

즉, 상기 복굴절판(25)은 상기 FLC(24)로부터 O파가 입사되면 그대로 투과시키고 E파가 입사되면 소정 각도로 굴절하여 투과시킨다.

제4도는 FLC(24) 및 복굴절판(25)의 타임 분할에 의한 편광 변화를 나타낸 단면도로서, 편광 변화에 의한 이격거리(△y) = a/2가 된다.

여기서, a는 LCD(26)의 개구부의 길이이다.

또한, 편광변화로서, 편광변화에 따른 굴절율차에 두께를 곱하여 광량의 변화량을 구하고 있다.

여기서,는 복굴절판(25)의 제1축이고,은 복굴절판(25)의 제2축이고, d는 복굴절판(25)의 두께이다.

그러므로는 편광방향에 따른 굴절율차가 된다.

따라서, 상기 편광변화(△y)는 LCD의 개구부의 빔 위치를 결정한다.

이와 같이 상기 FLC(24)와 복굴절판(25)에 의해 한 타임내의 타임1에서 O파가 LCD(26)의 픽셀 개구부의 상단부로 입사되고 타임2에서 E파가 LCD(26)의 픽셀 개구부의 하단부로 입사된다.

이때, FLC(24)의 전원 온/오프 타임과 LCD(26)의 구동시간이 동기되어야 한다.

따라서, FLC(24)의 온/오프에 따라 LCD(26)의 하나의 픽셀에 두개의 데이타가 공급된다.

즉, FLC(24)의 한 타임중 전원 온 타임에는 O파에 의한 화상이 LCD(26) 픽셀의 개구부의 상단부에 형성되고 전원 오프 타임에는 E파에 의한 화상이 LCD(26) 픽셀의 개구부의 하단부에 형성된다.

따라서, 격벽에 의한 광량 손실없이 한 타임 내에서 하나의 픽셀에 두가지 화상 데이타를 표시하게 되므로 해상도가 두배로 증가하게 된다.

이때, 상기 LCD(26)의 개구부를 통과한 광은 제2편광자(27)와 투사렌즈를 통해 스크린에 확대 투사된다.

한편, 본 발명의 다른 실시예로서, 본 발명의 제1마이크로 렌즈 어레이와, 제2마이크로 렌즈 어레이를 제1도의 LCD 전면에 배치하여 입사되는 평행광을 집속하여 빔폭을 줄임으로써, 격벽에 입사되는 광이 없으므로 격벽에 의한 광량 손실을 없애고 해상도를 증가시킬 수 있다.

제5도는 본 발명을 2판식에 적용한 경우로서, 블루용 LCD와 그린, 레드용 LCD를 사용하는 것을 예로 든다.

이때, 그린, 레드용 광로에 마이크로 렌즈 어레이, FLC 및 복굴절판이 형성된다.

즉, 광원(51)에서 출사된 광은 리플렉터(52)에서 반사되어 편광분리 프리즘(53)으로 입력된다.

상기 편광분리 프리즘(53)은 상기 광원(51)으로부터 출사된 블루, 그린, 레드의 3색광 중 블루 광은 투과시키고 그린, 레드 광은 반사시킨다.

반사부(54)는 상기 편광분리 프리즘(53)에서 반사된 그린, 레드 광을 경로로 수평 방향에서 직각으로 반사시켜 제1편광자(55)에서 편광의 방향을 변경시킨 후 볼록 렌즈와 오목 렌즈가 한쌍이 되는 마이크로 렌즈 어레이(56)로 입사시킨다.

상기 마이크로 렌즈 어레이(56)는 그린, 레드 광을 집속시켜 빔폭을 줄인 후 FLC(57)로 입사시키고, FLC(57)는 전압 유무에 따라 입사된 그린, 레드 광의 편광특성을 변경하여 복굴절판(58)으로 입사시킨다.

상기 복굴절판(58)에서 편광방향에 따라 그린, 레득광의 굴절 투과하는 각도를 변경하여 그린, 레드용 LCD(59)에 화상을 형성한다.

따라서, 상기 그린, 레드용 LCD(59)의 하나의 픽셀에는 상기 FLC(57)의 온/오프에 따라 2가지 색이 표현된다.

예컨대, FLC(57)의 한 타임중 전원 온 타임에는 그린 광에 의한 화상이 제6b도에서와 같이 LCD(59) 픽셀의 개구부의 타측에 형성된다.

따라서, 격벽에 의한 광량 손실없이 한 타임내에서 하나의 픽셀에 두가지 색상의 화상 데이타를 표시하게 된다.

그리고, 상기 LCD(59)를 투과하는 광은 제2편광자(60)를 통해 편광부리 프리즘(65)으로 입사된다.

한편, 상기 편광분리 프리즘(53)을 투과한 블루 광은 반사부(61)에서 경로로 수직방향에서 직각으로 반사되고 제1편광자(62)에서 편광의 방향을 변경하여 블루용 LCD(63)에서 화상으로 변조된 후 제2편광자(64)를 토해 편광분리 프리즘(65)으로 입사된다.

이때, 상기 LCD(63)의 하나의 픽셀에는 블루 광에 의한 화상이 제6a도에서와 같이 형성된다.

상기 편광분리 프리즘(65)은 그린, 레드광은 반사시키고 블루광은 투과시킴에 의해 상기 그린, 레드용 LCD(59)에서 형성된 그린, 레드 영상광과 블루용 LCD(63)에서 형성된 블루 영상광을 합성하여 투사렌즈(66)로 입사한다.

상기 투사렌즈(66)는 합성된 칼라영상 광을 스크린에 확대 투사시킨다.

이와 같이 2판식에 마이크로 렌즈 어레이, FLC 및 복굴절판을 적용한 경우에는 격벽제거 요소만큼 개구 효율이 증가한다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 액정표시 장치에 의하면, 볼록 렌즈와 오목렌즈가 한쌍이 되는 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 입사되는 평행광을 집속시켜 빔폭을 줄임에 의해 LCD의 격벽에 맞아 손실되는 광을 없앰으로서, LCD의 개구효율을 높여 스크린의 밝기를 증가시키고, FLC와 복굴절판에 의해 한 타임 내에서 LCD의 하나의 픽셀에 두가지 데이타를 표시함으로써, 해상도를 증가시키는 효과가 있다.

Claims

광원과; 상기 광원으로부터 입사되는 평행광을 집속하여 소정 빔폭으로 감소시키는 빔폭 감소수단과; 전원 공급 유무에 따라 빔폭 감소 수단으로부터 입사되는 광의 편광특성을 변경하는 편광변경수단과; 상기 편광변경수단으로부터 입사되는 편광의 방향에 따라 편광 빛의 경로를 다르게 하는 복굴절판과; 상기 복굴절판으로부터 한 타임 내에 서로 다른 경로로 입사되는 광을 이용하여 화상을 형성하는 액정 표시 소자의 순으로 구성됨을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 빔폭 감소수단은 마이크로 렌즈 어레이로 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제2항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈 어레이는 빛이 조사되는 쪽으로부터 볼록 마이크로 렌즈, 오목 마이크로 렌즈의 순으로 구성된 다수의 마이크로 렌즈로 이루어짐을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제3항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈는 픽셀과 대응되는 구조임을 특징으로 하는 액정표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 액정표시 소자의 하나의 픽셀에는 한 타임내에 두 가지의 화상 데이타가 표시됨을 특징으로 하는 액정표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 액정 표시 소자는 하나의 픽셀 개구부에 두개의 빔이 소정의 시간차를 두고 입사됨을 특징으로 하는 액정표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 액정표시 소자는 하나의 픽셀 개구부가 공간적으로 분리되어 두개의 화상 데이타를 표시함을 특징으로 하는 액정표시 장치.
광원과; 상기 광원으로부터 입사되는 평행광을 집속하여 소정 빔폭으로 감소시키는 빔폭 감소수단과; 상기 빔폭 감소 수단으로부터 입사되는 광을 선택적으로 투과시켜 화상을 형성하는 액정표시 소자와; 전원 공급 유무에 따라 상기 액정표시 소자를 투과하는 광의 편광특성을 변경하는 편광변경 수단과; 상기 편광 변경 수단으로부터 입사되는 편광의 방향에 따라 편광 빛의 경로를 다르게 하는 복굴절판 순으로 구성됨을 특징으로 하는 액정 표시 장치.