KR100350004B1 - 컬러액정투사형디스플레이시스템 - Google Patents

Abstract

빔으로부터의 광선을 각각의 디스플레이 소자 세트를 통하여 보내는 디스플레이 소자 그룹을 덮고 있는 마이크로 렌즈 소자(42)를 구비하는 패널의 입력측에 있는 마이크로 렌즈 어레이(21)와 디스플레이 소자(40) 어레이를 갖는 LC 패널(20)상에 세개의 다르게 컬러화된 일루머네이트 빔(R, G, B)이 상호 다른 방향으로 입사되며, 투사형 렌즈(30)가 패널로부터의 출력 빔을 스크린(31)상에 투사하는 컬러 액정 투사형 디스플레이에 있어서, 빔의 기하학적 상태는 패널의 출력측으로부터 이격된 위치에서 세개의 출력 빔이 실질적으로 이격된 영역을 각각 통과하고 필터 수단(50)이 각각의 영역에서 원치 않는 컬러 표유 광을 제거하도록 하는 위치에 위치되도록 선택된다. 상기 어레이의 각 마이크로 렌즈 소자는 한 컬러 빔으로부터의 광선을 한 디스플레이 소자로 보내게 하고, 다른 두 빔으로부터의 광선을 상기 한 디스플레이 소자와 직접 인접하지 않는 각각의 디스플레이 소자상으로 보내게 한다.

Description

컬러 액정 투사형 디스플레이 시스템

본 발명은 컬러 액정 투사형 디스플레이 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은 디스플레이 출력을 발생하도록 광선을 변조하는 디스플레이 소자 어레이를 갖는 액정 패널과, 세개의 다른 색의 광 일루머네이트 빔을 패널상으로 향하게 하여 이들이 상호 다른 방향으로부터 패널상에 입사하게 하는 일루머네이트 수단으로, 상기 패널에는 그 입력측에 마이크로 렌즈 어레이가 제공되어 그 어레이 디스플레이 소자 각각의 세트상으로 세개의 다른 컬러의 입력광을 보내고, 각각의 마이크로 렌즈 소자는 세 개의 디스플레이 소자 그룹을 덮고 있게(overying) 되는, 일루머네이트 수단과, 패널로부터의 디스플레이 출력을 수집하여 그 디스플레이 출력을 스크린상으로 투사하는 투사형 렌즈를 구비한다.

이런 종류의 투사형 시스템은 EP-A-0465171에 공지되어 있다. 기술된 실시예에서, 실례로 금속 할로겐화물 아크 램프를 구비하는 백색 광원은 그 평면이 상호다른 경사각으로 배치된 세 개의 다이크로닉 미러 세트상으로 향하는 통상 평행인 백색광 빔을 발생한다. 이러한 다이크로닉 미러는 각각 세 개의 다른 컬러인 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 발생하며, 그 광빔은 액정 패널의 입력측으로 향하게 되어 그 중앙 빔이 패널에 수직으로 도달하게 되는 세 개의 빔 세 개의 다른 방향으로부터 패널상으로 입사되며 패널의 영역을 오버랩한다. 패널은 그 입력측에마이크로 렌즈 어레이를 이동한다. 어레이의 각 마이크로 렌즈 소자는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)으로 구성된 디스플레이 소자 어레이 행의 세 개의 바로 인접한 LC 디스플레이 소자 그룹에 의해 덮으며, 이들 세 개의 디스플레이 소자의 각각을 통하여 세 개의 R, G, B 로 다르게 컬러화된 입력 광빔 각각으로부터의 광선을 집속하여 보낸다. 디스플레이 소자는 인가된 R, G, B 비디오 신호에 따라 그를 통과하는 광선을 변조한다. 그와 같은 일루머네이트된 어레이의 모든 디스플레이 소자로부터의 변조된 광 출력은 디스플레이 스크린상으로의 투사를 위해 투사형 렌즈로 수집된다.

이러한 시스템은 알려진 다른 종류의 컬러 LC 투사형 시스템에 비하여 이점을 가지고 있다, 각각의 컬러 광선으로 동작 가능한 세 개의 개별 LC 패널을 이용하는 시스템 종류와 비교하여, 패널의 디스플레이 소자 밀도가 동일 디스플레이 해상도를 제공하도록 세배로 커야 되기는 하지만 시스템의 복잡성과 성분의 수는 상당히 감소되었다. 컬러가 백색광의 일루머네이트 빔과 관련하여 디스플레이 소자와 조합된 적색, 녹색, 청색 마이크로 필터 어레이를 사용함으로써 얻어지는 단일 LC 패널을 사용하는 종래의 컬러 LC 투사형 시스템과 비교하여, 광 출력인 밝기가 종래 시스템에서의 입력광의 약 2/3 정도가 컬러 필터에 의해 흡수되거나 반사됨에 따라 주어진 광원에 대해 상당히 증가된다.

하지만, EP-A-0465171 에 기술된 시스템은 그 자신의 문제가 없지 않으며, 컬러 콘트라스트가 발생되고 낮은 컬러 순도를 갖는 디스플레이 영상으로 이끌게 하는 표유 광선 효과를 받게될 수 있다. 표유 광선을 갖는 문제는 일루머네이트 광의 평행화 정도가 낮음에 의해 야기될 수 있게 되며 일루머네이트 빔은 소정의 방향과는 다른 방향으로부터 패널상으로 입사된다는 것이 EP-A-0465171 에 설명되었다. 그러한 경우에, 광원으로부터의 광선이 집속 렌즈에 의해 스폿상으로 집중될 수 있으며 불필요한 광선은 슬릿 또는 핀 홀을 사용하여 제거하는 것을 제안하고 있다. 이는 시스템을 더 복잡하고 더 값비싸게 한다는 것 외에도, 더 많은 공간을 필요로 하게 되어 컴팩트 투사형 시스템에는 적합치 않다.

본 발명의 목적은 개선된 컬러 LC 투사형 디스플레이 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따라서, 패널로 입사되는 세 개의 다르게 컬러화된 일루머네이트 빔이 서로와 관련하여 그리고 마이크로 렌즈 어레이의 마이크로 렌즈소자와 관련하여 선택되어, 패널의 출력측으로부터 이격된 위치에서 세 개의 빔이 공간적으로 분리된 영역을 통하여 각각 통과되며, 필터 수단이 각 영역에서 그 영역과 관련된 빔의 것과는 다른 컬러의 광선을 제거하기 위해 상기 위치에 제공되는 것을 특징으로 하는 서두에 기술된 바와같은 종류의 컬러 LC 투사형 시스템이 제공된다.

본 발명은 표유 광 효과에 의한 주요 성분과 원치않는 컬러 성분을 이들이 스크린상에 도달하기 전에 패널의 출력에서 제거함으로서 보다 높은 콘트라스트를 가지며 개선된 컬러 순도의 디스플레이를 갖게 된다. 본 발명은 먼저, EP-A-0465171 에 언급된 바와같이 패널상에 입사하는 광빔의 비평행성으로부터 기인하는 단순한 표유광과는 다른 시스템내 다수의 표유광원이 있으며, 두번째로 적어도 대부분의 표유광이 패널의 출력측에서 세 개의 다르게 컬러화된 빔이 충분히 분리된다는 전제로 필터링에 의해 패널의 출력측상에서 용이하게 제거될 수 있다는 인식에서 시작한다.

표유광의 한 소스는 광원 자체가 되며 그 광 발생 영역의 치수가 된다. 실례로, 금속 할로겐화물 아크 램프와 같은 아크 램프는 아크의 일정크기를 가지며, 아크의 빛나는 중심부로부터 발생하게 되는 광선은 표유광을 일으키게 된다. 마이크로 렌즈는 이상적으로는 빛나는 부분이 디스플레이 소자의 개구 영역 즉, 구멍을 정확히 채우도록 디스플레이 소자상에 이러한 아크를 비춘다. 아크의 보다 약하고 외부인 영역으로부터의 광선은 인접하는 디스플레이 소자상에 간편히 비추어질 수 있다.

마이크로 렌즈 어레이 그 자체의 구조 역시 마이크로 렌즈 소자간의 집점에서 광선을 분산시킴을 통해 표유광을 야기시킬 수 있다. 또한 마이크로 렌즈 어레이의 그레디언트 인덱스 종류의 경우에 정상 및 도핑된 물질간의 인터페이스, 또는 렌즈 소자의 표면 역시 광선을 분산할 수 있다. 더욱이, 회로 구성은 LP 채널 기판상에 있으며, 실례로 행 및 열 어드레스 컨덕터와 활성 매트릭스형 패널의 스위칭 장치 역시 광선을 분산시키게 할 수 있다.

본 발명에 의해서, 모든 이러한 표유광의 적어도 실질적인 부분이, 세개의 다르게 컬러화된 빔이 서로간에 분리되는 위치를 조절함으로써 그리고 그 위치에서 각각의 빔을 적절히 필터링함으로써, 스크린상에 투사될 수 있기 전에 제거된다. 세 개의 의도된 컬러 광 빔이 규정된 경로를 따라감으로 인하여, 이것은 비교적 쉽게 달성될 수 있다. 시스템 성분의 적절한 배치에 의해서, 적절하게 향해지는 일루머네이트 빔이 간편한 방법으로 제공될 수 있다.

투사형 렌즈의 개구 정지 위치는 필터 수단에 대한 적절한 영역이 된다. 개구의 각각의 다른 부분을 통과하는 세 개의 빔으로, 세 개의 세그먼트 컬러화 필터는 각 부분에서 잘못된 컬러의 어떠한 빛도 흡수하도록 상기 위치에 위치될 수 있다. 개구 정지 위치는 간단하고 편리한 방법으로 필터 수단을 수용하는 가장 바람직한 위치가 되도록 고려된다. 이러한 위치에서, 빔은 그 밖의 곳보다 더욱 양호하게 규정된다.

마이크로 렌즈 어레이 각각의 마이크로 렌즈 소자는 EP-A-0465171 에 기재된 바와같이 마이크로 렌즈 소자와 관련된 세 개의 디스플레이 소자 각각에 (또는, 원통형 마이크로 렌즈 소자가 이용된 경우 디스플레이 소자의 세 개의 열) 세 개의 다르게 컬러화된 일루머네이트 빔 각각으로부터의 광선을 집중하여 초점을 맞추도록 동작하며, 디스플레이 소자를 통과한 후 디스플레이 소자로부터의 개별 광 출력은 분기된다. EP-A-0465171 의 시스템에서, 관련된 세 개의 디스플레이 소자는 마이크로 렌즈 소자의 기초가 되는 것들이다. 세 개의 출력 빔이 편리한 방법으로 서로간에 분리되는 위치를 제공하기 위하여 패널 출력측에서의 세 빔간의 각은 증가될 수 있으며, 이들은 개별 빔 스프레드 보다 클 수 있게 된다. 본 발명의 적절한 실시예에 있어서, 이러한 것은 각각의 마이크로 렌즈 소자에 대해 두 일루머네이트 빔으로부터 제 3 일루머네이트 빔의 어느 한 측면으로의 광선이 제 3 빔으로부터의 광선이 향하게 되며 한 디스플레이 소자에 바로 인접하지 않는 디스 플레이 소자의 한 측면으로 각각의 디스플레이 소자를 통해 보내지도록 배치함으로써 이루어진다.두 측면의 빔으로부터의 광선은 한 디스플레이 소자의 어느 한 측의 한 디스플레이 소자를 건넌 다음 소자 각각으로 향하게 된다. 한 광빔이 디스 플레이 패널상으로 정상적으로 향하게 된다면, 이러한 빔으로 부터의 광선은 한 마이크로 렌즈 소자에 의해 실례로 행의 n 번째 디스플레이 소자인 상기 마이크로 렌즈 소자의 기초가 되는 디스플레이 소자를 통해 향해가게 되고, 이러한 한 빔의 어느한 측면에 대한 일루머네이트 빔으로부터 광선은 각각 (n + 2)번째와 (n - 2)번째의 디스플레이 소자로 향하게 된다. 대안적으로, 두 측면 빔으로부터의 광선은 다음의 것으로서 행의 (n + 4)번째 및 (n - 4)번째 디스플레이 소자인 한 디스플레이 소자의 어느 한 측면에 대한 세 개의 디스플레이 소자를 건넌 소자 각각을 향하게 될 수 있다.

각각의 마이크로 렌즈 소자는 소위 디스플레이 소자 레이 아웃의 델타 어레이가 요구되는 경우 세 개의 인접하는 디스플레이 소자를 델타 배치로, 또는 세 개의 인접하는 디스플레이 소자 그룹을 행으로 오버라이하도록 배치될 수 있다.

마이크로 렌즈 어레이는 EP-A0465171에 기재된 바와 같이 디스플레이 소자 어레이의 열 방향으로 평행하게 확장하는 준 원통형 마이크로 렌즈 소자 어레이를 구비하거나, 4 각 또는 6 각 포맷의 나선형 또는 환상형의 마이크로 렌즈 소자 어레이를 구비할 수 있다. 나선형 마이크로 렌즈 소자는 상술된 델타 컬러 디스플레이 소자 레이 아웃이 요구된다, 원통형 마이크로 렌즈 소자는 더 많은 광선을 소비하게 되고, 이들이 단지 한 차수만으로 광선을 접속함에 따라 표유광의 소스가 될 수 있으므로, 원통형 소자 보다는 오히려 나선형 또는 환상형 마이크로 렌즈 소자가 더 바람직하게 고려될 수 있다.

이후, 본 발명에 따른 컬러 액정 투사형 디스플레이 시스템의 실시예는 실례로서 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.

제 1 도는 본 발명에 따른 컬러 LC 투사형 디스플레이 시스템의 구성도이다.

제 2 도는 동작시 광 경로의 예를 도시하는 제 1 도 시스템의 한 실시예의 LC 패널을 통한 확대된 단면도를 나타낸다.

제 3 도는 동작시 광 경로의 예를 도시하는 제 1 도 시스템의 다른 실시예의 LC 패널을 통한 확대된 단면도를 나타낸다.

도면을 단지 구성적으로 나타내었으며 스케일대로 도시되지는 않았다. 특히 두께 및 간격과 같은 일정한 치수는 확장될 수 있는 것이며, 다른 치수로 감소될 수 있다.

제 1 도를 참조하면, TV 또는 데이터 그래픽 디스플레이 목적에 이용될 수 있는 투영 시스템이 일반적으로 백색광의 평행 빔(12)을 형성하도록 접속 렌즈(11)를 통해 후면 반사기에 의해서 향하게 되는 백색광을 발생하는 바람직하게는 아크 램프의 형태인 광원(10)을 구비한다. 허수 축 주변의 상호 다른 회전각에서 빔(12)과 관련하여 경사지게 배치된 세 개의 다이크로닉미러(14, 15, 16)의 세트는 백색광을 적색 R, 녹색 G, 청색 B 의 성분 빔으로 분리한다. 점선으로 디스플레이된 적색광은 제 1 미러(14)의 입력 표면으로부터 반사된다. 통과된 청색 및 녹색광 중에서 실선으로 디스플레이된 녹색광은 제 2 미러(15)의 입력 표면으로부터 미러(14)의 뒤를 통해 반사된다. 대시 라인으로 디스플레이된 통과된 청색광은 미러(16)에 의해 미러(15 및 14) 모두의 뒤를 통해 반사된다, 세가지 다른 색상의 R, G, B 광빔은 그 입력측에 마이크로 렌즈 어레이(21)를 갖는 LC디스플레이 패널(20)상으로 향하게 된다. 광원, 다이크로닉 미러 및 LC 패널은, 세가지 다른 색상의 일루머네이트 빔 R, G, B 가 상호 다른 방향으로 LC 패널상에 입사하게 되며, 녹색 빔은 패널에 평면상에 실질적으로 수직으로 도달하게 되고 청색 및 적색 빔은 수직면에 의해 제 1 도에서α로 디스플레이되는 각으로 도달되도록 서로간에 관련하여 배치된다.

LC 패널(20)은 종래의 형태로서 개별적으로 동작가능한 LC 디스플레이 소자의 행 및 열 어레이로 구성된다. 마이크로 렌즈 어레이(21)는 마이크로 렌즈 소자 세트로 구성되어, 각각의 마이크로 렌즈 소자는 세 개의 인접하는 디스플레이 소자의 각 그룹에 정열되어 놓아진다. 마이크로 렌즈 어레이(21)는 각각의 마이크로 렌즈 소자와 관련된 각 디스플레이 소자 즉, 디스플레이 소자의 각 세트를 통하여 적색, 녹색, 청색 일루머네이트 빔으로부터 광을 집속하게 하며, 여기에서 광은 인가된 비디오 신호에 따라 변조된다.

동작시, 마이크로 렌즈 소자 각각은 광원으로부터의 백색광을 그 각각이 각 디스플레이 소자와 일치하는 세 라인의 영상으로 분할함으로써 얻어지는 세 개의 다른 색상의 다른 방향의 일루머네이트 빔의 광을 집속한다.

패널(20)의 디스플레이 소자는 어레이의 행 디스플레이 소자를 차례로 선택하여 비디오 신호의 비디오 정보에 따라 선택된 행의 디스플레이 소자를 구동함으로써 비디오 신호가 공급되는 관련 구동 회로(도시되지 않음)에 의해 종래 방법으로 그들 각 광 입력을 변조하도록 구동하고, 이러한 동작은 연속적인 디스플레이출력 필드를 발생하도록 구동되며, 이러한 동작은 연속적인 디스플레이 출력 필드를 발생하도록 비디오 신호의 연속적인 필드에 대해 반복된다. 이와같이 동작된 디스플레이 소자의 개별 변조된 광 출력을 구비하는 패널(20)로부터의 디스플레이 광 출력은 단일 투사 렌즈(30)에 의해 모아지게 되고 스크린(31)상에 투사되어, 영상 디스플레이된다. 따라서, 이러한 시스템으로 단지 하나의 LC 패널과 하나의 투사 렌즈만이 전체 색상투사 디스플레이를 발생하는데 요구된다.

이제까지 기술된 바와같은 투사 시스템은 광원(10), 다이크로닉 미러(14, 15및 16), LC 디스플레이 패널(20)및 그 마이크로 렌즈 어레이(21)의 일반적 구성과 동작 원리의 설명을 위해 참조 자료로 이용된 EP-A-0465171 에 기술된 것과 많은 점에서 유사하며, 이러한 점에 대하여 참조 자료로서 여기에 기술되어 있다,

하지만, 제 1 도의 투사 시스템은 얻어진 디스플레이 영상의 콘트라스트 및 색상 재생에 유익한 개선을 가져오게 되는 EP-A-0465171 의 것에 비하여 중요한 차이점을 가지고 있다. 두 개의 대체 실시예를 설명하는 제 2 도 및 제 3 도와 관련하여 보다 상세히 설명될 바와같이 투사 시스템은 콘트라스트 및 색상 순도의 손실을 야기하는 표유광에 기인한 특정의 문제를 해결한다.

표유광은 다수의 소스로부터 기인할 수 있다. 하나의 소느는 광원(10) 아크의 중심 발광 영역으로부터 시작되어지는 광이 된다. 이상적으로는, 광원은 한점의 소스이어야 하지만, 아크 램프는 한정된 길이의 아크를 발생하기 때문에, 집속 렌즈(11)에 의해 발생된 일루머네이트 빔의 광선과, 그 결과로서 패널(10)상으로 향하는 다르게 컬러화된 일루머네이트 빔이 완전하게 평행하지 않게 된다, EP-A-0465171 의 시스템에 있어서, 어레이의 각 마이크로 렌즈 소자는 세 개의 바로 인접하는 디스플레이 소자의 각 그룹의 위에 두며, 세 개의 디스플레이 소자 각각에 기초가 되는 것들상에 적색, 녹색, 청색으로 아크를 비춘다. 하지만, 이러한 실행 결과로서, 그리고 세개의 일루머네이트 빔이 완전히 평행하지 않지만 미세하게 확산되므로, 아크의 보다 약한 바깥 부분으로부터의 광선은 디스플레이 소자가 각각 다른 컬러의 광선만을 수신하도록 의도된 비추어진 아크의 밝은 부분을 수신하는 디스플레이 소자의 어느 한 측에 대한 디스플레이 소자상에 쉽게 비추어 질 수 있다.

마이크로 렌즈 어레이(21)의 구조 특히, 광선이 산란될 수 있는 인접마이크로 렌즈 소자를 분리하는 영역, 마이크로 렌즈 소자 표면, 또는 그레디언트 인덱스형 마이크로렌즈의 경우 역시 광선을 산란할 수 있는 정규 및 도핑된 물질간의 표면은 표유광으로 유도할 수 있다. 유사하게, 행 및 열의 어드레스 컨덕터와 같은 LC 페널(10)의 기판상에 유지되는 회로, 활성 매트릭스 PC 패널의 경우에는 실례로 TFT 인 스위칭 소자가 산란된 광을 야기할 수 있다. 제한된 아크 길이에 의해 야기된 표유광 효과로써, 산란된 광은 디스플레이 소자가 의도된 특정 컬러의 것과는 다른 컬러의 광을 수신하게 될 수 있게 한다. 실례로 적색 광만으로 동작하도록 의도된 디스플레이 소자가 미소량의 청색 및 녹색 광을 수신할 수 있게 되며, 변조후 스크린상에 수집되어 투사되는데, 이러한 잘못된 컬러의 광선은 컬러 순도를 떨어뜨리는 원인이 된다.

제 1 도의 투사형 시스템에 있어서, 적어도 표유광의 대부분이 스크린 상에도달되기 전 제거되며, 디스플레이 영상은 상당히 개선된 컬러 순도를 갖게 된다. 이와같이 달성된 방법은 옳바른 컬러의 광선이 시스템을 통해 규정된 경로를 따라 간다는 사실과, 다르게 컬러화된 옳바른 광선의 경로가 패널과 스크린간의 어떤점에 명백히 규정된다면 잘못된 컬러의 표유광의 실질적인 부분은 간단하고 편리한 방법으로 제거될 수 있다. 따라서 이러한 목적으로, 마이크로 렌즈 어레이와 서로간에 관련된 세 개의 다르게 컬러화된 광빔의 방향이 선택되어, 패널의 출력측으로부터 이격된 위치에서 세 개의 변조된 빔은 그 위치에서 실질적으로 분리된 공간 영역을 통해 크게 분리되어 통과하게 되며 제 1 도의 실례로 50 으로 표시된 바와같은 컬러 필터수단이 상기 영역 각각과 관련하여 올바른 컬러의 광선만이 통과하게 되는 위치에 배치된다. 이와 같이, 간단한 세 개와 세그먼트인 적색, 녹색, 청색의 컬러화 필터를 구비하는 필터 수단은 패널(20)로부터의 적색, 녹색, 청색 출력 빔의 잘못된 컬러의 어떠한 표유광도 흡수하게 된다.

패널의 출력측으로부터 이격된 위치에서 실질적으로 분리 영역을 통해 통과하는 빔에 의해서, 제 1 도의 투사형 시스템은, 패널을 통과한 후 세개의 일루머네이트 빔은 이들 중심 라인이 서로간에 일정각으로 유지되는 동안 이들이 세 개의 컬러가 부분적으로 중복되는 것을 의미하는 마이크로 렌즈 소자에 의해 유도된 확산 즉, 발산을 갖게 되게 하는 EP-A-0465171 과는 상당한 차이를 갖고 있다. 이러한 것은 아크의 제한된 크기의 결과로서 확산에 부가된 것이다. 확산 빔의 중복 특성으로 인하여 필터링을 표유광을 제거하는데 이용될 수 없다.

실례로, 광원의 크기, 마이크로 렌즈 소자의 초점 길이, 마이크로 렌즈 소자와 디스플레이 소자간의 거리, 및 디스플레이 소자의 간격 및 개구영역을 선택함으로써 선택된 컬러 필터링을 가능하게 하는, 세 개의 빔이 공간적으로 분리된 위치를 발생하는 것은 실행 가능치 않다. 대신에, 특히 빔의 기하학적 형태가 변경된다.

이러한 목적을 실현하는 대체 방법을 설명하는 투사형 시스템의 두 실시예가 각각 LC 패널의 부분과 광 경로에 대한 단면도를 도시하는 제 2 도 및 제 3 도를 참조하여 기술된다. 양 경우에 있어서, 마이크로 렌즈 소자가 부가의 확산을 유도한다는 점이 패널로부터 방출된 세 개의 컬러간의 각도를 증가시켜 이들을 실질적으로 분리시키게 된다. EP-A-0465171 에 시스템의 기하 구조를 이용하는 디스플레이 소자 대 마이크로 렌즈 소자 거리와 주어진 디스플레이 소자 간격에 대하여, 빔간의 각도는 고정되어 나타나게 되며, 인접하는 마이크로 렌즈 소자가 서로간에 접하여 있다면, 즉, 개별 소자들이 상당한 정도로 서로간에 이격되어 있지 않다면 이러한 각도는 개별 빔 확산 보다 작게 된다. 빔을 분리하는 소정의 목적은, 두 측면의 빔 즉, 패널의 평면에 수직으로 도달하는 빔의 어느 한쪽 측면에 대한 빔이 중심 빔 디스플레이 소자에 바로 인접한 디스플레이 소자를 통해 가지 않고 그 다음의 디스플레이 소자를 통하거나(제 2 도) 짝수로 떨어져(제 3 도)가도록 배치함으로써 이루어진다.

제 2 도는 LC 패널(20)의 주요 부분에 대한 단면도를 도시한다. 패널(20)은 디스플레이 소자의 행 및 열 어레이를 규정하는 각각의 전극 세트(도시되지 않음)를 전달하는 그 사이에 위치된 트위스트 네마틱 LC 물질을 갖는 두 개의 이격된 기판(35 및 36)을 구비하며, 한 행의 일부 소자가 관련 컬러를 나타내는 문자 R, G, B를 갖는 블록(40)으로 여기에 도시된다, 기판(35)의 외부 표면상에 있는 마이크로 렌즈 어레이(21)는 마이크로 렌즈 소자(42)로 구성되며, 그 각각은 행내의 세 개의 인접하는 디스플레이 소자의 각 그룹에 배치되며 그 그룹의 폭에 대응하는 마이크로 렌즈 소자의 폭을 덮게 된다. 마이크로 렌즈 소자(42)에서 기판(35)의 평면에 실질적으로 수직으로 도달하는 녹색광은 그 소자에 의해 제 2 도의 광 경로로 표시된 바와같이 그 기초 그룹의 디스플레이 소자(40)의 중심 G 상에 초점을 갖게 된다. EP-A-0465171 시스템에서와 같이 녹색의 중심 디스플레이 소자의 한쪽 측면상인 바로 다음의 디스플레이 소자상에 초점을 갖게 되는 마이크로 렌즈 소자에 도달하는 적색 및 청색광을 대신하여, 적색, 청색광 각각은 중심의 녹색 디스플레이 소자의 어느 한 측면에 대한 한 디스플레이 소자를 건넌 다음 소자상에 초점을 갖게 된다. 실례로, 어레이의 m 번째 마이크로 렌즈 소자가 행의 (n - 1), n, (n + 1)번째 디스플레이 소자를 덮는다고 가정하면, 녹색 광은 m 번째 마이크로 렌즈 소자(42)에 의해 행의 n 번째 디스플레이 소자상에 보내지며, m 번째 마이크로 렌즈 소자에 도달하는 적색 및 청색측의 빔은 각각 (n + 2)번째 디스플레이 소자와 (n - 2)번째 디스플레이 소자로 보내진다 (m 번째 마이크로 렌즈 소자를 통한 적색 및 청색 광의 경로는 간결함을 위하여 제 2 도에 도시되지 않았다). 적색 및 청색광은 제 2 도의 광 경로로 묘사된 바와같이 상술된 m 번째 마이크로 렌즈 소자의 어느 한 측면에 대한 (m - 1)번째 및 (m + 1)번째 마이크로 렌즈 소자에 의해 중심의 n 번째 디스플레이 소자의 어느 한측에 바로 인접한 (n - 1)번째 및 (n + 1)번째 디스플레이 소자상에 보내진다. 적절한 컬러광은 유사한 방법으로 마이크로 렌즈 소자에 의해 행의 다른 디스플레이 소자 각각에 보내진다. 디스플레이 소자의 다른 행은 동일 방법으로 설명될 수 있다.

이러한 목적을 위해, 적색 및 청색 일루머네이트 빔의 방향은 녹색 일루머네이트 빔의 방향에 대응하여 패널에 수직인 반대측으로 동일한 양만큼 적절히 각을 갖게 된다.

제 2 도로부터 알 수 있는 바와같이, 패널(20)로부터의 적색, 녹색, 청색 변조 출력은 여전히 확산되지만, 이들 중심 라인의 방향에 의해 결정되는 바와같이 세 개의 컬러간의 각들은 EP-A-0465171 시스템의 것보다 크게되며, 패널로부터 떨어진 거리에서 적색, 녹색, 청색 출력 빔은 분리되어 단지 극히 작은 정도만이 중복되게 된다. 따라서, 패널(20)의 출력측으로부터 이격된 영역에서, 세 개의 빔이 녹색과 청색 빔간에 그리고 녹색과 적색 빔간에 단지 극히 작은 중복만으로 패널에 평행한 평면에 실질적으로 분리되고 별개인 영역을 통해 통과하여, 그에 따라 세 개의 세그먼트 컬러 필터가 원치 않는 컬러의 대부분을 흡수하도록 하는 영역에 위치하게 되고, 옳바른 컬러의 대부분의 광선이 실질적으로 분리된 영역 각각에서 통과하게 되어, 결과적으로 스크린상에 투사된 잘못된 컬러의 원치 않는 광선을 감소하게 한다. 투사형 렌즈의 개구 정지 위치는 특히 세그먼트 컬러 필터에 대해 편리한 위치가 된다. 제 1 도에서 50 으로 도시된 세 개의 세그먼트 컬러 필터는 개구 정지 위치에서 간단하고 쉬운 방법으로 수용될 수 있다.

동일 번호가 동일한 부분을 나타내는데 이용된 제 3 도의 실시예에 있어서,디스플레이 소자와 관련한 마이크로 렌즈 소자의 위치는 이전과 동일하며, 녹색 일루머네이트 빔은 패널(20)의 평면에 수직으로 향하게 된다. 적색 및 청색 일루머네이트 빔은 녹색 빔 축의 어느한 측면에 동일한 각으로 향하게 된다. 하지만, 본 실시예에 있어서, 적색 및 청색 일루머네이트 빔은 수직에 대해 증가된 각으로 향하게 되어, 주어진 마이크로 렌즈 소자(42)에 대해 녹색광은 여전히 세 개의 디스플레이 소자의 기초가 되는 그룹의 중심 디스플레이 소자(40)상으로 향하게 되지만, 적색 및 청색측 빔은 그 마이크로 렌즈 소자 각각에 의해 중심 디스플레이 소자의 어느 한 측의 세 개의 디스플레이 소자를 건넌 그 다음 소자상에 초점을 갖게 된다. 이와같이, 어레이의 m 번째 마이크로 렌즈 소자가 (n - 1), n, (n + 1)번째 디스플레이 소자를 덮는다고 가정하면, 녹색 빔은 m 번째 마이크로 렌즈 소자에 의해 n 번째 디스플레이 소자상에 초점을 갖게 되고, 적색 및 청색 측 빔은 m 번째 마이크로 렌즈 소자에 의해 각각 (n + 4) 및 (n - 4)번째 디스플레이 소자상에 초점을 갖게 된다. 청색 및 적색광은 제 3 도에 도시된 광 경로에 의해 도시된 바와같이 (m - 1) 및 (m - 1)번째 마이크로 렌즈 소자에 의해 중심의 n 번째 디스플레이 소자의 한 측면에 바로 인접하는 각각의 디스플레이 소자 즉, (n + 1) 및 (n - 1)번째 디스플레이 소자상으로 향하게 된다. 유사한 방법으로 마이크로 렌즈 소자에 의해 적절한 컬러광이 행의 다른 디스플레이 소자 각각으로 보내지게 된다, 동일한 방법으로 디스플레이 소자의 다른 행들이 설명될 수 있다.

따라서, 본 실시예에서 중심 라인에 의해 규정된 바와같이 패널(20)로부터 적색, 녹색 및 청색의 변조 출력 빔간의 각도는 개별 빔 확산보다 크게 된다. 제 2도 실시예와 비교하여, 패널(20)로부터의 거리에서 적색, 녹색 및 청색 출력빔은 완전히 분리되어 패널(20)에 평행한 평면에 별개의 공간 영역을 차지하도록 그 각도가 커지게 된다. 투사형 렌즈의 개구 정지 위치에 배치된, 제 1 도의 50 으로 표시된 세 개의 세그먼트 필터는 원치 않는 컬러를 흡수하게 되고, 단지 올바른 컬러의 광만을 이들 개별 영역 각각으로 통과하게 하며, 그에 따라 잘못된 컬러의 원치 않는 광선이 스크린상에 투사되지 않게 한다.

컴팩트 아크 램프와 디스플레이 소자 크기와 기판 두께로서, 양 실시예에서의 출력 빔의 전체 각의 확산이 아주 작게 될 수 있다. 투사형 렌즈(30)의 개구는 이러한 각의 확산에 의해 결정된다.

이후는 제 1 도, 제 2 도, 제 3 도 투사형 시스템에 대한 광학 설계기준의 간단한 산술적 설명이 주어진다.

제 1 도에서, 세 개의 다이크로닉 미러(14, 15, 16)는 그들간의 미소각α/2로 배치되어, 반사후 R, G, B 일루머네이트 빔의 중심 라인은 서로에 대해 각α에 있게 된다. 제 2 도 및 제 3 도를 참조하면, 광빔은 마이크로 렌즈 소자(42)의 굴곡 표면에 의해 굴절된다. 하지만, 마이크로 렌즈 소자의 중심에서, 표면은 패널(20)의 기판(35)에 평행하며, 그점을 통과하는 광선은 단지 굴절율 차에 기인하여 벗어날 뿐이다. n 이 기판 물질의 굴절율이라면, 스넬 굴절 규칙이 적용될 수 있으며, 여기에서 녹색 빔의 중심 라인과 기판 내부의 두 적색 및 청색측 빔 각각간에 각β를 주고, 여기서, n ·sinβ= sinα이다. t 가 마이크로 렌즈 소자와 함께 기판(35)의 두께이고, d 가 개별 디스플레이 소자의 간격이며, 두측 빔이 마이크로 렌즈 소자에 의해 녹색 디스플레이 소자의 EP-A-0465171 의 경우에서처럼 세 디스플레이 소자의 기초가 되는 중심의 어느 한 측면에 바로 인접한 두 디스플레이 소자상으로 보내진다면, 빔간의 각은 관계 tanβ= d/t 를 만족해야 한다. 이와 같이 주어진 기판의 두께 및 주어진 디스플레이 소자 간격에 대하여 각β및 각α는 유일하게 결정된다. 하지만, 두개의 측빔이 제 2 도에서처림 한 디스플레이 소자외의 다음 소자를 통과한다면, tanβ= 2d/t 가 된다. 제 3 디스플레이 소자를 통과하는 것은 세개의 컬러 시스템에서는 가능하지 않지만, 제 3 도에서와 같이 제 4 디스플레이 소자를 통과하는 것은 tanβ=4d/t 로 주어진다.

기판의 두께와 디스플레이 소자 간격은 어느 한 컬러 빔의 중심 라인 주변의 광 확산에 의존하는 또다른 관계를 만족해야 한다. 이러한 것은 차례로 광원의 크기와 집속 광학 렌즈(제 1 도, 11)의 유효 초점 길이에 의해 결정된다. 제 1 도 평면에서, 광원 아크의 길이가 X 이고, 집속 광학 렌즈로부터 발산하는 광빔이 평행하다면, 빔의 각 확산γ는,γ= ±tan^-1[x/2f] 로 주어진다. 마이크로 렌즈 소자 표면에서의 굴절 후, 기판내의 각 확산 ±δ는 n ·sinδ= sinγ로 주어진다. 마이크로 렌즈 소자의 중심 부분을 다시 살펴보면, 간략함을 위해 중심의 녹색 빔인 이러한 광선은 한 디스플레이 소자 이상으로 확산되지 않아야 한다, 바람직하게는, 광선은 디스플레이 소자의 개구 영역 a 내에 있어야 하며, 관계 a/2t > tanδ가 얻어진다. 중심을 벗어난 빔에 대하여는 다소 복잡한 관계가 있게 된다. 이와같이 어떠한 주어진 디스플레이 소자 간격과 각 확산으로도 허용될 수 있는 최대 기판두께가 있게 된다.

그 곡률 반경(또는, 그레디언트 인덱스 렌즈의 경우 굴절 프로파일)에 의해 결정된 파워는 마이크로 렌즈 소자의 중심에 있지 않는 광선을 제어하는데 이용된다. 특히, 마이크로 렌즈 소자의 극단에서의 광선은 바른 디스플레이 소자의 일부를 통과해야만 한다. 모든 빔 확산 허용 한계 ±δ가 이용된다면, 마이크로 렌즈 소자의 파워는, 극단 광선의 디스플레이 소자 중심에서의 중심 라인을 횡단하도록 굴절되게 해야 한다. 이것은 마이크로 렌즈 소자의 초점 길이 f' 가 대략 t/n 과 같다는 것을 의미한다. 이러한 상태에 대해 모든 세개의 빔에 적용하는 것은 마이크로 렌즈 소자가 평면 영상을 갖는다는 것을 의미한다. 이것은 상기의 경우와는 같지 않으며, 상기 간단한 관계로부터 다소 떨어진 절충적인 초점 표면이 요구된다. 개별 마이크로 렌즈 소자가 서로간에 접하게 되고 그에 따라 세개의 디스플레이 소자 간격과 같은 폭을 갖는다고 하면, 근사치로서, 액정 셀을 통과하는 중심 빔의 각 확산ε은 ±[tan^-1(3d/2t) +δ]로 주어진다. 측면 빔은 각β에 의해 이러한 확산 오프셋을 갖게 된다. 집속 광학 렌즈(11)로부터 발산하는 광빔이 실질적으로 평행하지 않게 된다면, 상기 식은 다소 변경될 필요가 있게 되지만, 전체적 결과는 영상이 디스플레이 소자내로 떨어지기에 다소 충분히 확대되어 광원이 디스플레이 소자상에 비추어지는 것으로 밝혀질 수 있다.

중심 컬러에 대한 최대 각ε는 [tan^-1(3d/2t) +δ] 이다. 측면 컬러에 대한 최대 각은β- [tan^-1(3d/2t) +δ] 이다.δ가 거리 0 이라 하더라도, 인접 디스플레이 소자가 세개의 컬러에 대해 이용된다면ε는β보다 크고 빔의 반 이상이 중복된다. 제 2 도의 경우에서와 같이 하나씩 걸른 디스플레이 소자가 고려된다면,ε는β보다 작게 되며 빔의 반 미만이 중복된다. 제 3 도의 경우에서와 같이 매 네번째 디스플레이에 의해서는,δ가 상기 주어진 범위내에 있다면 빔은 결코 중복되지 않는다. 각β및ε는 결합된 기판 및 렌즈 두께 t 에 대해 반비례한다, 따라서, 부등식 a/2t > tanδ를 유지하는 동안 t 를 극대화하는 것이 바람직하다. 이것은 상기 제한적 경우가 광원의 영상이 단일 디스플레이 소자의 개구 영역 채우도록 t 에 대한 값이 되는 것을 의미한다. 따라서, 작은 아크 크기의 컴팩트 램프가 바람직하다. 제 1 도 패널(20)의 출력측에 인접하여 도시된 투사형 렌즈(10)에서의 똑바른 집속 렌즈가 0,7의 수치적 개구(NA)에 이용되고, 패널(20)이 75mm 의 대각선을 갖는다면, 1mm 의 아크 길이는γ= ±0.55°의 빔 발산을 주게 된다. 디스플레이 소자의 개구 부분이 40μ의 치수를 갖는다면, 기판 두께는 3mm 까지 될 수 있다. 디스플레이 소자의 중심 대 중심 간격 d 가 50μ라면β= 7.6°이고ε= 1.4°이다.

투사형 시스템에 대한 다양한 변경이 가능하다. 광원은 금속 할로겐 또는 크세논 아크 램프가 될 수 있지만, 실례로 할로겐 램프인 다른 광원이 EP-A-0465171에 언급된 바와같이 이용될 수 있다. 또한, 세개의 일루머네이트 빔을 제공하기 위해 다이크로닉 미러 세트와 함께 단일 백색 광원의 사용을 필요치 않는다. 대신하여, 역시 EP-A-0465171 에 언급된 바와같이, 분리된 적색, 녹색 및 청색 광원이 활용될 수 있다.

LC 패널(20)은 간단한 다중화 패널이 이용될 수 있지만, 스위칭 소자로서 두 단자의 비선형 장치 또는 TFT 를 사용하는 활성 매트릭스 패널이 적절하다.

EP-A-0465171 에 기술된 바와같이, 다른 제조 기술에 의한 다양한 다른 종류의 마이크로 렌즈 어레이가 이용될 수 있다, 상기 기술된 실시예에 있어서, 열방향으로 평행하게 확장하는 준원통형 마이크로 렌즈 소자를 갖는 마이크로 렌즈 어레이가 이용될 수 있으며, 이는 디스플레이 소자의 열이 각각의 컬러를 구비하는 것을 요구한다. 4 각 또는 6 각으로 배치된 구면 마이크로 렌즈 소자가 이용될 수 있으며, 각 렌즈 소자는 세개의 인접하는 소자 그룹을 덮게 된다. 구면 렌즈 소자는 컬러 디스플레이 소자의 소위 델타어레이 레이 아웃 또는 세 라인이 이용될 수 있게 한다.

본 명세서로부터, 다른 변경들이 당업자에 의해 가능하리라는 것은 명백하다. 그러한 변경들은 컬러 액정 투사형 디스플레이 시스템 분야에 이미 공지되고, 여기에 이미 기술된 특징을 대신하여 또는 부가하여 이용할 수 있는 다른 특징들을 포함할 수 있다.

Claims (8)

1. 디스플레이 출력을 발생하도록 광선을 변조하기 위해 디스플레이 소자의 행 및 열 어레이를 갖는 액정 패널과, 상호 다른 방향으로 패널상에 입사하도록 세개의 다르게 컬러화된 광 일루머네이트 빔을 패널상에 보내는 일루머네이트 수단으로서, 상기 패널에는 입력 광의 세개의 다른 컬러를 어레이의 디스플레이 소자 각각의 세트상에 보내기 위해 그 입력측에 마이크로 렌즈 어레이가 제공되고, 각각의 마이크로 렌즈 소자는 세개의 디스플레이 소자 그룹을 덮고 있게 되는 상기 일루미네이 수단과, 패널로부터의 디스플레이 출력을 수집하여 그 디스플레이 출력을 스크린상에 투사하는 투사형 렌즈를 구비하는 컬러 액정 투사형 디스플레이 시스템에 있어서,

   패널상에 입사하는 세개의 다르게 컬러화된 일루머네이트 빔의 방향은 마이크로 렌즈 어레이의 마이크로 렌즈 소자와 관련하여 그리고 서로간에 관련하여 선택되어, 패널의 출력측으로부터 이격된 위치에서, 세개의 빔이 실질적으로 공간적으로 분리된 영역을 통해 각각 통과하게 되고, 필터 수단이 그 영역과 관련되는 빔의 것과는 다른 컬러의 각 영역의 광선을 제거하기 위해 상기 위치에 제공되는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 투사형 디스플레이 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   세개의 빔은 투사형 렌즈의 개구 정지 위치의 공간적으로 분리된 영역을 각각 통과하게 되고, 필터 수단은 개구 정지 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 투사형 디스플레이 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   각각의 마이크로 렌즈 소자는 두 일루머네이트 빔으로부터, 각각의 디스플레이 소자를 통한 제 3 일루머네이트 빔의 한 측면으로 그리고 제 3 일루머네이트 빔으로부터의 광선이 보내지게 되는 한 디스플레이 소자의 한 측면으로 광선을 보내며, 그 각각의 디스플레이 소자는 상기 한 디스플레이 소자에 바로 인접하지 않는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 투사형 디스플레이 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,

   두 일루머네이트 빔으로부터 제 3 일루머네이트 빔의 한 측면으로의 광선은 상기 한 디스플레이 소자의 한 측면상에서 한 디스플레이 소자의 다음 소자로 각각 향하게 되는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 투사형 디스플레이 시스템.
5. 제 3 항에 있어서,

   두 일루머네이트 빔으로부터 제 3 일루머네이트 빔의 한 측면으로의 광선은 상기 한 디스플레이 소자의 한 측면에서 세개의 디스플레이 소자의 다음 소자로 각각 향하게 되는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 투사형 디스플레이 시스템.
6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   어레이의 마이크로 렌즈 소자 각각은 디스플레이 소자의 행으로 세개의 인접하는 디스플레이 소자 그룹을 덮고 있는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 투사형 디스플레이 시스템.
7. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   어레이의 마이크로 렌즈 소자 각각은 델타 배치의 세개의 인접하는 디스플레이 소자 그룹을 덮고 있는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 투사형 디스플레이 시스템.
8. 제 1항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   일루머네이트 수단은 상기 세개의 다르게 컬러화된 일루머네이트 빔을 발생하도록 백색광을 세개의 다른 컬러 성분으로 분할하기 위한 다이크로닉 미러와 백색 광원을 구비하는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 투사형 디스플레이 시스템.