KR100234035B1 - Display with panel microlens - Google Patents
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Abstract
본 발명은 평판 마이크로렌즈를 구비한 표시장치에 관한 것으로, 종래의 표시장치는 마이크로렌즈를 볼록렌즈로 사용하고, 마이크로렌즈의 광축이 광 투과부에 위치하도록 하여, 집광효율이 저하되는 단점이 있었으나, 본 발명은 마이크로렌즈(13)를 네가티브(negative)의 오목렌즈로 형성하고, 상기 마이크로렌즈(13)의 광축을 셀의 회로구성 부분인 광 차단부(12)에 위치하도록 함으로써 광 투과효과를 향상시킨다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a display device having a flat platen microlens. Conventional display devices use a microlens as a convex lens, and the optical axis of the microlens is positioned at a light transmitting part, thereby lowering condensing efficiency. The present invention improves the light transmission effect by forming the microlens 13 as a negative concave lens and positioning the optical axis of the microlens 13 in the light shielding portion 12 which is a circuit component of the cell. Let's do it.
액정텔레비젼, 액정프로젝터등의 액정관련제품, CCD 이미지 센서소자(촬상소자), 기타 고정세 셀구조의 표시소자에 적용한다.It is applied to liquid crystal related products such as liquid crystal televisions, liquid crystal projectors, CCD image sensor elements (imaging elements), and other high definition cell structure display elements.
Description
제1도는 종래 TFT 액티브 매트릭스(active matrix) 액정표시소자의 셀(cell)을 보인 구성도.1 is a block diagram showing a cell of a conventional TFT active matrix liquid crystal display device.
제2도는 종래 마이크로렌즈의 제조공정을 설명하기 위한 공정도.2 is a process chart for explaining a manufacturing process of a conventional microlens.
제3a,b도는 종래의 마이크로렌즈의 구성을 보인 것으로,3a and 3b show the structure of a conventional microlens.
(a)는 정면도.(a) is a front view.
(b)는 측단면도.(b) is a side cross-sectional view.
제4도는 종래 마이크로렌즈의 집광 유효면적을 설명하기 위한 확대도.4 is an enlarged view for explaining a condensing effective area of a conventional microlens.
제5도는 종래 마이크로렌즈의 굴절율 분포도.5 is a refractive index distribution diagram of a conventional microlens.
제6a,b도는 본 고안에 의한 마이크로렌즈의 구성을 보인 것으로,Figure 6a, b shows the configuration of the microlens according to the present invention,
(a)는 정면도.(a) is a front view.
(b)는 측단면도.(b) is a side cross-sectional view.
제7도는 본 고안의 마이크로렌즈의 집광 유효면적을 설명하기 위한 확대도.7 is an enlarged view for explaining the light condensing effective area of the microlens of the present invention.
제8도는 본 고안의 마이크로렌즈의 집광작용을 설명하기 위한 상세도.8 is a detailed view for explaining the light condensing action of the microlens of the present invention.
제9도는 본 고안의 마이크로렌즈의 굴절율 분포도.9 is a refractive index distribution of the microlens of the present invention.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
11 : 광 차단부 12 : 광 투과부11 light blocking part 12 light transmitting part
13 : 마이크로렌즈13: microlens
본 발명은 액정 프로젝터, 비디오 카메라등의 표시장치에 관한 것으로, 특히 평판 마이크로렌즈(microlens)를 사용하여 광 투과율을 향상시킬 수 있는 평판 마이크로렌즈를 구비한 표시장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to display devices such as liquid crystal projectors, video cameras, and the like, and more particularly, to a display device having a flat plate microlens capable of improving light transmittance using flat plate microlenses.
일반적으로 사용되고 있는 액정 프로젝터의 액정 패널, 또는 비디오 카메라의 촬상소자(CCD)등은 제 1 도에 도시한 바와같이, 셀(CELL)의 피치(PITCH)가 100㎛ 이하의 고정세 구조로 되어 있다.In general, a liquid crystal panel of a liquid crystal projector, or an image pickup device (CCD) of a video camera has a high-definition structure having a pitch of 100 μm or less as shown in FIG. 1. .
도면중 1은 광 투과부, 2는 광 차단부를 보인 것이다.1 shows a light transmitting part and 2 shows a light blocking part.
셀과 셀의 사이에는 많은 신호 처리용 와이어(WIRE)와 IC로 구성되어, 대부분의 표시소자의 면적비 개구율은 30% ~ 50% 정도를 이루고 있다.The cell is composed of many signal processing wires (WIRE) and ICs between the cells, and the area ratio aperture ratio of most display elements is 30% to 50%.
따라서, 입사하는 광량의 30% ~ 50%만이 투과하기 때문에 충분한 성능을 내기 위하여는 입사광량을 높여주어야 한다.Therefore, since only 30% to 50% of the amount of incident light is transmitted, the amount of incident light must be increased to achieve sufficient performance.
그러나, 입사광량을 높여주는 것은 기술적, 경제적으로 한계가 있기 때문에 이 문제를 해결하기 위하여는 통상적으로 마이크로렌즈를 이용하여 광투과율을 증가시킨다.However, in order to solve this problem, since the amount of incident light is limited technically and economically, the light transmittance is generally increased by using a microlens.
상기 마이크로렌즈는 표시소자의 셀과 동일한 수의 작은 렌즈들의 어레이(ARRAY)로 되어 있으며, 각 마이크로렌즈의 광축은 셀의 개구부로 향하도록 설계되어 있다.The microlens is an array of small lenses ARRAY of the same number of cells of the display element, and the optical axis of each microlens is designed to face the opening of the cell.
마이크로렌즈의 제조공정은 이온 변환(ION EXCHANGE)방법과, 에칭(ETCHING)에 의한 고 인덱스(INDEX) 주입방법, 그리고 포토 센시티브 글래스(PHOTO SENSITIVE GLASS)를 사용한 로컬 크리스털라이즈(LOCAL CRYSTALLIZE)에 의한 방법등으로 렌즈의 역할을 할 수 있도록 하는 방법이 알려지고 있다.The manufacturing process of the microlenses includes ion conversion method, high index injection method by etching, and local crystal glass using photo sensitive glass. There is a known method of allowing the lens to act as a lens.
제 2 도는 마이크로렌즈 제조공정의 일예를 보여주고 있다.2 shows an example of a microlens manufacturing process.
제 2 도에 도시한 바와같은 제조공정에 의하여 제조된 마이크로렌즈는 제 3 도에 도시한 바와같이, 표시소자의 광 입사측에 설치되고, 일반적으로 글래스(GLASS)로 제조되어 진다.The microlenses manufactured by the manufacturing process as shown in FIG. 2 are provided on the light incidence side of the display element as shown in FIG. 3, and are generally made of glass.
즉, 표시소자의 셀마다 각각의 렌즈가 설치되는 형태의 렌즈 어레이 플레이트를 표시소자의 광 입사측 글래스(4) 전면에 부착하여, 표시소자의 광 차단부(2)인 회로,IC 부분으로 입사되는 광을 광투사부(1)로 향하게 하는 집광장치로서, 마이크로렌즈(3)를 사용하는 구조로 되어 있다.That is, a lens array plate in which each lens is provided for each cell of the display element is attached to the front surface of the light incident side glass 4 of the display element, and is incident on the circuit and IC part which is the light blocking unit 2 of the display element. As a light converging device for directing the light to the light projecting portion 1, the microlens 3 is used.
도면중 5는 표시소자층('액정층'이로도 함), 6은 마이크로렌즈기판을 보인 것이다.5 shows a display element layer (also referred to as a 'liquid crystal layer') and 6 shows a microlens substrate.
이때, 집광 효과가 나타나는 유효면적은 제 4 도에 도시한 바와같이, 투과율 50%인 표시소자인 경우, 또한 마이크로렌즈(3)의 원주가 서로 접한다고 가정할 경우, 유효면적은 다음과 같이 나타낼수 있다.In this case, as shown in FIG. 4, the effective area in which the condensing effect is exhibited is shown in FIG. 4, in the case of a display element having a transmittance of 50%, and assuming that the circumferences of the microlenses 3 are in contact with each other, Can be.
여기서, A는 유효 집광면적, d1은 표시소자의 피치, d2는 광투과부(1)의 한변의 길이이며, 투과율이 50%인 경우, d2= d1/2 이다.Here, A is the effective light collecting area, d 1 is the pitch of the display element, d 2 is the length of one side of the light transmitting part 1, and when the transmittance is 50%, d 2 = d 1/2 .
여기서, 광 투과부(1)는 마이크로렌즈(3)를 설치하지 않아도 광이 투과하는 부분이므로 마이크로렌즈(3)에 의한 유효집광면적은 계산하지 않는다.Here, since the light transmitting part 1 is a part through which light is transmitted even without providing the microlens 3, the effective light collecting area by the microlens 3 is not calculated.
또한, 제 5 도는 마이크로렌즈(3)의 굴절율 분포도를 보인 것으로, 여러개의 동심원이 형성되어 있다.5 shows the refractive index distribution of the microlens 3, in which a plurality of concentric circles are formed.
그러나, 이와같은 종래의 표시장치는 포지티브 파워(positive power)를 갖는 마이크로렌즈(3)를 표시소자의 광 투과부(1) 중심과 일치되도록 구성함으로써 마이크로렌즈(3)의 중앙부, 즉 광 투과부(2)와 중첩되는 부분은 집광효율 향상에 기여하지 못하게 된다.However, such a conventional display device configures the microlens 3 having positive power so as to coincide with the center of the light transmitting portion 1 of the display element, that is, the light transmitting portion 2. ) Overlaps with each other and does not contribute to the condensing efficiency improvement.
또한, 마이크로렌즈(3)의 형상을 원형으로 밖에 가공할 수 없으므로 4개의 마이크로렌즈(3)가 만나는 모서리부분은 공백 상태로서, 집광효과를 발생시키지 못하게 되는 것이다.In addition, since the shape of the microlenses 3 can only be processed in a circular shape, the corner portions where the four microlenses 3 meet are empty and thus do not generate a light collecting effect.
그런데, 실제로 차단되는 대부분의 빛은 상기한 모서리 부분으로 입사하는 광이라는 것을 제 2 도의 좌측도면에서 용이하게 알 수 있다.By the way, it can be easily seen from the left figure of FIG. 2 that most of the light actually blocked is light incident on the corner portion.
또, 다른 문제는 마이크로렌즈(3)를 서로 인접하여 제조하는 것이 제조공정상 용이하지 못하여 마이크로렌즈(3)의 사이는 충분한 간격을 유지하여야 한다. 이로 인하여 사각지대의 면적은 더욱 커지게 되고, 제 4 도의 집광유효면적은 기하급수적으로 감소하게 된다.Another problem is that it is not easy for the manufacturing process to manufacture the microlenses 3 adjacent to each other, so a sufficient distance must be maintained between the microlenses 3. As a result, the area of the blind spot is further increased, and the condensing effective area of FIG. 4 decreases exponentially.
즉,2 의 식에서 d1이 줄어들게 되는 것이다.Ie 2 D 1 in the equation is reduced.
또한, 개구율이 30% 수준인 표시소자의 경우나, 광 투과부(1)의 형상이 정사각형이 아닌 경우, 효율이 더욱 저하된다.In addition, in the case of a display element having an aperture ratio of 30% or the shape of the light transmitting portion 1 is not square, the efficiency is further lowered.
이상에서와 같이 종래의 기술에 의하면, 제조원가를 상승시키면서 설치된 마이크로렌즈(3)는 충분한 집광효과를 내지 못하는 문제점이 있었다.As described above, according to the related art, the microlens 3 installed while increasing the manufacturing cost has a problem in that it does not produce sufficient light collecting effect.
본 발명의 목적은 상기한 바와같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 마이크로렌즈를 네가티브의 오목렌즈로 형성하고, 상기 마이크로렌즈의 광축을 광 차단부에 위치하도록 함으로써 집광효율을 향상시키는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the conventional problems as described above, and to improve the condensing efficiency by forming a microlens as a negative concave lens and placing the optical axis of the microlens at a light blocking portion. .
본 발명의 기본 개념은 네가티브 마이크로렌즈(negative microlens)를 광투과부가 아닌 광차단의 본질적인 부위인 광차단부의 중심[도심(圖心)]에 두어서 마이크로렌즈의 집광효과를 충분하게 달성하도록 한 것이다.The basic concept of the present invention is to place the negative microlens at the center of the light blocking portion, which is an essential part of the light blocking, not the light transmitting portion, so as to sufficiently achieve the condensing effect of the microlens. .
즉, 제 6 도에 도시한 바와같이, 마이크로렌즈(13)의 파워(power)를 네가티브(nnegative)(오목렌즈)가 되도록 하고, 상기 마이크로렌즈(13)의 설치위치를 광차단이 집중적으로 일어나는 광 차단부(12)가 서로 교차되는 지점에 네가티브 렌즈의 마이크로렌즈(13)의 광축이 오도록 하는 것이 바람직하다.That is, as shown in FIG. 6, the power of the microlens 13 is made to be negative (concave lens), and light blocking occurs intensively at the installation position of the microlens 13. Preferably, the optical axis of the microlens 13 of the negative lens is positioned at the point where the light blocking portions 12 intersect each other.
이때, 셀의 광 차단부(12)의 형상이 대칭이 아닐 경우에는 광 차단부(12)의 도심(圖心)에 마이크로렌즈(13)의 광축이 오도록 구성한다.At this time, when the shape of the light blocking portion 12 of the cell is not symmetrical, the optical axis of the microlens 13 is configured to be located at the center of the light blocking portion 12.
또한, 상기 마이크로렌즈(13)의 굴절률 분포는 제 9 도에 도시한 바와같이, 직경이 다른 등고선형태로 할 경우, 집광 효율이 더욱 향상된다.Further, as shown in FIG. 9, the refractive index distribution of the microlens 13 has a condensation shape having a different diameter, whereby the condensing efficiency is further improved.
도면중 미설명 부호중 제 3 도의 (b)와 동일한 부분에 대하여는 같은 부호를 부여하였다.In the figure, the same code | symbol is attached | subjected about the same part as (b) of FIG. 3 of an unexplained code | symbol.
상기한 바와같이 본 고안의 마이크로렌즈(13)를 채용한 표사장치에 있어서는, 제 6 도의 (a)에 도시한 바와같이, 각각의 마이크로렌즈(13)가 광 차단부(12)의 중심부에 광축이 오도록 설치되는 것이다.In the display apparatus employing the microlens 13 of the present invention as described above, as shown in Fig. 6A, each microlens 13 has an optical axis in the center of the light shielding portion 12. Is installed to come.
상기한 마이크로렌즈(13)는 네가티브 파워를 갖는 오목렌즈이므로 제 6 도의 (b)에 도시한 바와같이, 마이크로렌즈(13)로 입사된 광은 외측으로 굴절하게 된다.Since the microlens 13 is a concave lens having negative power, light incident on the microlens 13 is refracted to the outside as shown in FIG.
즉, 광 차단부(12)의 방향으로 입사된 광이 주변으로 굴절하여, 광 투과부(11)로 들어가게 되는 것이다.That is, light incident in the direction of the light blocking part 12 is refracted to enter the light transmitting part 11.
상기 마이크로렌즈(13)의 광 투과효과를 살펴보면, 제 7 도의 해칭부위가 광 투과효과를 일으키는 부분이다. 중앙의 지름이 d3인 원부위는 마이크로렌즈(13)의 굴절율을 증가시키면, 점점 줄어들게 된다.Looking at the light transmission effect of the microlens 13, the hatching portion of Figure 7 is a portion causing the light transmission effect. The circular portion having a center diameter of d 3 is gradually reduced by increasing the refractive index of the microlens 13.
제 6 도는 투과율 50% 인 표시소자에 마이크로렌즈(13)가 인접한 경우를 가정하에 표시한 것이고, 같은 조건의 제 4 도와 비교하면, 큰 차이가 나는 것을 알 수 있다.FIG. 6 shows a case where the microlens 13 is adjacent to the display element having a transmittance of 50%, and it can be seen that a large difference is obtained when compared with the fourth degree under the same conditions.
또한, 마이크로렌즈(13)의 굴절율 분포를 제 9 도에 도시한 바와같이, 다른 등고선형태로 할 경우, 집광 효율이 급격하게 증대된다.In addition, as shown in FIG. 9, when the refractive index distribution of the microlens 13 is made into another contour shape, the condensing efficiency is rapidly increased.
제 4 도와, 제 7 도를 비교하면, 첫째, 마이크로렌즈(13)를 서로 인접하여 배치할 경우(실제는 제작이 불가능함), 종래의 집광효과 면적은 다음의 식으로 나타낸다.Comparing FIG. 4 and FIG. 7, first, when the microlenses 13 are arranged adjacent to each other (actually impossible to manufacture), the conventional light collecting effect area is represented by the following equation.
(단, d2= d1/2) = 0.535 d1 2--- ① (Where, d 2 = d 1/2 ) = 0.535 d 1 2 --- ①
한편, 본 고안에 의한 집광 효과 면적은 (d3= 1/8d1으로 한다.)On the other hand, the light condensing effect area according to the present invention is (d 3 = 1 / 8d 1 ).
= 0.747 d1 2--- ②= 0.747 d 1 2 --- ②
둘째, 실제작이 가능한 제 4 도 및 제 7 도의 점선으로 마이크로렌즈(13)를 설치할 경우, 종래 기술에 의한 집광효과 면적은 다음의 식 ③으로 표현할 수 있다.Second, when the microlenses 13 are installed by the dotted lines of FIGS. 4 and 7 that can be actually produced, the light collecting effect area according to the prior art can be expressed by the following equation (3).
A = π/2 d2 2- d2 2= 0.571 d2 2--- ③A = π / 2 d 2 2 -d 2 2 = 0.571 d 2 2 --- ③
또한, 본 고안에 의한 집광효과 면적은 다음의 식 ④로 표현할 수 있다.In addition, the light collecting effect area according to the present invention can be expressed by the following equation (4).
A = π/2 d2 2- π/256 d2 2= 1.559 d2 2--- ④A = π / 2 d 2 2 -π / 256 d 2 2 = 1.559 d 2 2 --- ④
이상의 식 ①②③④에서 보는 바와같이, 마이크로렌즈가 서로 인접한 경우에도 본 고안에 의한 마이크로렌즈(13)가 집광효과가 클뿐만 아니라, 실제작시 사용되는 형태로 할 경우에도 약 3배의 집광효과 상승이 기대되는 것이다.As shown in the above equations (1) (2) and (3), even when the microlenses are adjacent to each other, the microlens 13 according to the present invention has a large light condensing effect, and an increase in light condensing effect of about three times is expected even when the microlens 13 is used in actual production. Will be.
이상에서 설명한 본 고안은 마이크로렌즈를 오목렌즈를 사용하고, 그 광축이 광 차단부에 오도록 하여 종래의 경우 보다 약 3배의 집광 효과가 있으며, 또한 집광 효율을 향상시킬 경우, 광원을 작게하여 전체적으로 시스템의 성능을 향상시키는 효과가 있다.The present invention described above uses a concave lens for the microlens, and the optical axis thereof is in the light blocking unit, so that the light condensing effect is about three times higher than in the conventional case. This has the effect of improving the performance of the system.
Claims (2)
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|---|---|---|---|
| KR1019920009895A KR100234035B1 (en) | 1992-06-08 | 1992-06-08 | Display with panel microlens |
Publications (2)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100941053B1 (en) * | 2008-01-17 | 2010-02-05 | 한양대학교 산학협력단 | Display apparatus |
-
1992
- 1992-06-08 KR KR1019920009895A patent/KR100234035B1/en not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100941053B1 (en) * | 2008-01-17 | 2010-02-05 | 한양대학교 산학협력단 | Display apparatus |
Also Published As
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| KR940000908A (en) | 1994-01-10 |
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