KR100352774B1 - 투사형표시장치 - Google Patents

Abstract

[과제] 투사 화상의 콘트라스트의 향상은 동시에 투사 화상의 휘도를 크게 저하시킨다.

[해결수단] 제어 회로(9)로부터의 제어 신호에 의해서 형성되는 표시 화상에 따라서 광원(1)에서의 조명 광속(2)을 투과 또는 산란 시키는 주 라이트 밸브(3)와, 이 주 라이트 밸브(3)에 의해서 투과 또는 산란된 조명 광속(2)을 제어 회로(9)로부터의 제어신호에 의해서 투과 또는 산란시키는 보조 라이트 밸브(17)를 가져 이 조 라이트 밸브(17)를 투과한 조명 광속(2)이 집광렌즈(4)에 의해서 집광되는 조리개(6)를 거쳐서 투사렌즈(7)에 의해서 확대 투영되어 스크린(8)에 결상시키는 것이다.

Description

투사형 표시장치

[발명에 속하는 기술 분야]

본 발명은 투과 혹은 산란에 의해 화상 변조를 하는 액정 라이트 밸브를 사용하여 화상을 스크린상에 확대 표시하는 투사형 표시장치에 관한것으로 특히 액정 라이트 밸브에 관한 것이다.

[종래의 기술]

액정 라이트 밸브의 영상을 확대 표시하는 액정 프로젝터에 있어서의 과제로서, 고효율 ·고휘도화라는 것이 있다.

종래의 액정 프로섹터로서는 편광 소자를 사용하여 편광 광을 변조하는 방식이며, 광속의 반은 버려지고 있었기 때문에, 광속의 이용 효율은 대단히 낮았다.

최근, 발광 소자를 필요로 하지 않고 입사광을 산란도로 변조하는 고분자중에 액정을 분산시킨 고분자 분산형 액정(PDLC: polymer Dispersed Liquid Crystal)이라고 하는 새로운 액정 모드의 광 변조 재료가 개발되어 있다. 제 4 도는 일반적으로 알려지고 있는 이 액정 모드를 사용한 투사형 표시장치의 구성을 표시한 도면이다.

제 5 도는 액티브 매트릭스형 액정 라이트 밸브의 구성을 표시한 도면이다. 제 4 도에 있어서 (1)은 광원, (2)는 광원(1)에서 출사하는 조명 광속, (3)은 액티브 매트릭스형 액정 라이트 밸브인 주 라이트 밸브, (4)는 집광렌즈, (5)는 불필요한 광, (6)은 불필요한 광(5)을 제거하기 위한 조리개, (7)은 표시 화상을 확대 투영하는 투사렌즈, (8)은 스크린, (9)는 주 라이트 밸브(3)를 구동 하기 위한 제어 회로이다.

제 5 도에 있어서, (10)은 액티브 매트릭스 기판, (11)은 대향 전극, (12)는 스위칭 소자, (13)은 투명 전극으로, 표시 화상의 화소에 대응하여 스위칭 소자 (12)와 함께 매트릭스형으로 액티브매 트릭스 기판(10)위에 배치되어 있다.

(4)는 대향 전극(11)에 형성된 공통 투명 전극, (15)는 전압의 인가 상태에 따라서 광속을 투과 또는 산란하는 고분자 분산형 액정으로, 액티브 매트릭스 기판(10)과 대향 전극(11)로 협지된다.

(16)은 액티브 매트릭스 기판(10)과 대향 전극(11)을 유지하는 스페이서이다.

다음에 동작에 관해서 설명한다.

광원(1)에서 평행 광속으로서 추출된 조명 광속(2)은 주 라이트 밸브(3)에 조사된다.

액티브 매트릭스형 액정 라이트 밸브인 주 라이트 밸브(3)의 면상에는 제어회로(9)로 기록된 신호에 의해 화상이 표시되어 표시 화상의 농담(濃淡)애 따라서 주라이트 밸브(3)에 입사한 조명 광속(2)가 투과 또는 산란된다.

주라이트 밸브(3)로 산란되지 않고 투과하여 표시면에 대하여 수직하게 출시한 광속(제 4 도의 실선)은 집광렌즈(4)에 의해 조리개(6)상에 집광되어 조리개(6)를 통과한 후에 투사렌즈(7)에 입사한다.

주 라이트 밸브(3)로 산란된 후, 집광렌즈(4)를 통과한 광속의 불필요한 광(5)(점선)은 조리개(6)에 의해 차단되여 투사렌즈(7)에 입사할 수 없다. 즉, 조리개(6)는 불필요한 광(5)(산란광)을 선택적으로 차단하여 주 라이트 밸브(3)로 산란하지 않고 투과하여 표시면에 대하여 거의 수직하게 출사하는 광속망을 선택적으로 투사렌즈(7)에 보내므로서 콘트라스트를 향상하는 일을 한다.

투사렌즈(7)로부터 출사한 광속은 스크린(8)상에 확대 결상하여 감상에 이바지하고 있다.

종래의 투사형 표시장치는 이상과같이 구성되어 있고 투사 화상의 콘트라스트는 조리개(6)의 개구성을 작게 함으로써 향상할 수 있지만 조명 광속(2)의 평행도가 완전하지 않기 때문, 투과광의 일부가 조리개(6)에 차단되어 동시에 투사 화상의 휘도가 크게 저하해진다는 문제가 있었다.

한편 투사 화상의 콘트라스트의 향상은 고분자 분산형 액정(15)을 두껍게하여 주라이트 밸브(3)의 산란능을 크게함으로서 실현되지만 이 경우 고분자분산형 액정(15)의 구동전압은 액정층의 두께에 비례하여 높아진다.

고분자 분산형 액정(15)는 액티브 매트릭스 기판(10)상의 스위칭 소자(12)에 의해서 투명 전극(13)에 기록된 신호 전압으로 동작하지만 고분자 분산형 액정(15)의 구동 전압이 높아지면 스위칭 소자(12)에서는 충분한 전압을 염가할 수 없기 때문에 고분자 분산형 액정(15)는 완전한 투과상태가 되지 않고 결과적으로 투사 화상의 휘도가 감소하여 버린다는 문제가 있었다.

또, 주 라이트 밸브(3)에는, 고분자 분산형 액정(15)층의 두께를 일정하게 유지하기위해서 스페이서(16)를 사용하고 있지만 이 스페이서(16)가 액티브 매트릭스 기판(10) 및 대향 전극(11)과 접하고 있는 부분은 항상 빛을 산란하지 않고 조명 광속(2)을 투과한다.

이 때문에 특히 블랙표시시에 스페이서(6)부분으로 빛 누설이 생겨 투사 화상의 화질을 손상시킨다는 문제도 있었다.

본 발명은 상기와같은 종래의 과제를 해결하기위해서 이루어진것으로 투사 화상의 휘도를 크게 저하시키는 일없이 시각상 높은 콘트라스트를 수득할 수있는 투사형표시장치를 구하는 것을 목적으로 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명에 관계되는 투사형 표시장치에 있어서는, 광원으로부터의 광속이 조사되어 제 1의 제어 신호에 의해서 형성되는 표시 화상에 따라서 광속을 투과 또는 산란시키는 주 라이트 밸브 및 제 2제어 신호에 의해 광속이 투과 또는 산란되는 보조 라이트 밸브를 가지는 액정 라이트 밸브와, 이 액정 라이트 밸브를 투과한 광속이 집광렌즈에 의해 집광되는 위치에 배치된 조리개를 통과한 뒤 확대투영되는 투사렌즈와, 이 투사렌즈에 의해서 확대 투영될 광속을 결상하는 스크린과, 제 1의 제어 신호 및 제 2의 제어 신호를 생성하는 제어 회로를 구비한 것이다.

또 주 라이트 밸브는 보조 라이트 밸브의 전방에 배치되고 주 라이트 밸브에 의해서 투과 또는 산란된 광속이 보조 라이트 밸브에 조사되는 것이다.

또, 주 라이트밸브는 보조 라이트 밸브의 후방에 배치되어 보조 라이트 밸브에 의해서 투과 또는 산란된 광속이 주 라이트 밸브에 조사되는 것이다.

그 위에 주 라이트 밸브의 한편의 유리 기판과 보조 라이트 밸브의 한편의 유리 기판은 공용되는 것이다.

또 주 라이트 밸브는 스위칭 소자와 투명 전극이 매트릭스상으로 배치될 액티브 매트릭스형 액정 라이트 밸브이다.

아울러, 보조 라이트 밸브는 스위칭 소자와 투명 전극이 매트릭스상으로 배치된 액티브 매트릭스형 액정라이트 밸브이다.

또, 보조 라이트 밸브는 단 소자형 액정 라이트 밸브이다.

그 위에 또 보조 라이트 밸브는 상하의 스트라이브상 투명 전극이 서로 직교하고 있는 단순 매트릭스형 액정 라이트 밸브이다.

[실시예]

실시예 1.

제 1 도는 본 발명의 실시예 1에 의한 투사형 표시장치의 구성을 도시한 도면이다. 제 2 도는 본 발명의 실시예 1에 의한 투사형표시장치에 사용하는 단 소자형 액정 라이트 밸브의 구성을 표시한 도면이다.

제 1 도에서 (1∼9)는 상기 종래 장치와 동일한 것이어 그 설명을 생략한다.

(17)은 단 소자형 액정 라이트 밸브인 보조 라이트 밸브이다.

제 2 도에 있어서, (14∼16)은 제 5 도의 동일한 것이어서 그 설명을 생략한다.

(18)는 공통 투명 전극(14)을 형성한 유리 기판으로 고분자 분산형 액정(15)을, 2매의 유리기판으로 스페이서(16)를 사용하여 협지하고 있으며 외부에서의 신호에 대하여 보조 라이트 밸브 전체면을 투과 상태로부터 산란 상태의 사이에서 변화시킨다.

다음에 이 투사형 표시장치의 동작에 대하여 설명한다.

광원(1)으로부터 평행 광속으로서 추출된 조명 광속(2)은 주 라이트 밸브(3)에 조사된다.

주 라이트 밸브(3)의 면상에는 제어 회로(9)로부터 기록된 신호에 의해 화상이 표시되고 표시 화상의 농담에 따라서 주 라이트밸브(3)에 입사한 조명광속(2)이 투과 또는 산란된다.

이 투과 또는 산란된 광속은 더욱 보조 라이트 밸브(17)에 입사한다.

보조 라이트 밸브(17)에 입사한 광속은 투사하는 환경의 밝기 및 화상의 평균 휘도에 응한 제어 회로(9)로부터의 구동신호에 의해 광속 전체가 더욱 투과 또는 산란된다.

투사 환경이 밝고 스크린(8)상에서의 블랙 레벨이 외광에 의해서 결정되는 경우는 투사형 표시장치 자신의 콘트라스트는 20 이상 있으면 충분하며 스크린(8)상의 화상의 콘트라스트는, 투사화상의 최대 휘도가 지배적이 된다. 이 경우 보조 라이트 밸브(17)는 상시 투과 상태로 하고 주 라이트 밸브(3)로 변조된 광속을 그대로의 상태로 출사한다.

한번 투사 환경이 충분히 어두운 경우 투영 화상의 화질을 시각상 향상하기 위해서는 특히 블랙표시시의 블랙레벨의 휘도를 낮게 하고 또 국소적인 빛누설을 적게 하는 것이 중요하다.

이 때문에 보조 라이트 밸브(17)를 화상의 평균 휘도에 응한 휘도 신호로 구동하며 주 라이트 밸브(3)로 변조된 광속 전체를 다시 변조한다.

예컨대 주 라이트 밸브(3)단체로 얻어지는 콘트라스트가 (20)의 경우 보조라이트밸브(17)를 블랙 포시시의 투과율이 화이트표시시의 10분의 1이 되도록 구동한다. 이 경우 투사 화상의 각 프레임내의 콘트라스트는 20 그대로이지만 블랙 표시시의 휘도를 화이트 표시시의 200분의 1로 할 수 있다.

또 이때 2층의 라이트 밸브의 스페이서가 겹쳐지는 일은 거의 없으므로 스페이서에 의한 국소적인 빛 누설은 최악이더라도 10분의 1의 휘도로 멈출 수 있다.

이 결과 화이트 표시시의 투사 화상의 밝기는 거의 같은 대로 블랙 표시시의 화질을 대폭 개선할 수 있다.

또한, 보조 라이트 밸브(17)로부터 출시된 광속은 제 4 도에 나타내는 종래의 투사형 표시장치의 것과 마찬가로 질광렌즈(4)에 의해서 조리개(6)상에 집광된 광속을 투사렌즈(7)를 경유하여 스크린(8)상에 확대 결상된다.

실시예 2

다음에 본 발명의 실시예 2에 의한 투사형 표시장치에 관해서 설명한다.

본 발명의 투사형 표시장치의 구성을 표시한 도면은 제 1 도와 동일하지만보조 라이트 밸브(17)로서 단순 매트릭스형 액정 라이트 밸브를 사용한다.

제 3 도는 본 발명의 실시예 2에 의한 투사형 표시장치에 사용하는 단순 매트릭스 형 액정 라이트 밸브를 도시한 도면이다.

제 3 도에 있어서 (15∼18)은 제 2 도의 것과 동일한 것이며 그 설명을 생략한다.

(19)는 유리 기판(18)상에 형성된 스트라이브형 투명 전극이고 서로 직교하고 있는 상하의 스트라이브형 투명 전극(19)간에 균일하게 충전된 고분자 분산형 액정(15)을 협지하여 상하의 스트라이브형 투명 전극(19)의 교차 부분으로 세로 방향으로 전계가 인가되며 그 부분이 화소로서 기능하고 외부로부터의 신호에 대하여 각 화소를 투과 상태와 산란상태의 사이에서 변화시킨다.

보조 라이트 밸브(17)에 입사한 광속은 투사하는 현 경계의 밝기및 화상 신호에 응한 제어 회로(9)로부터의 구동 신호에 의해 화소 단위로 다시 투과 또는 산란된다.

투사 환경이 밝게 스크린상에서의 블랙 레벨이 외광에 의해서 결정되는 경우는 실시의에 1과 마찬가치로 보조 라이트 밸브(17)는 상시 투과 상태로 하여 주 라이트 밸브(3)로 변조된 광속을 그 대로의 상태로 출시한다.

한편 투사 환경이 충분히 어두운 경우 보조 라이트 밸브(17)를, 화상 신호에 응한 휘도 신호로 구동하여 주 라이트 밸브(3)로 변조된 광속을 더욱 변조한다.

예컨대 주 라이트 밸브(3)로서 콘트라스트가 20의 액티브 매트릭스형 액정 라이트 밸브를 사용하여 보조 라이트 밸브(17)로서 사용하는 단순 매트릭스형 액정라이트밸브는 콘트라스트가 10으로 각 화소를 2층조로 구동하는 경우에 관해서 기술한다.

이 경우, 보조 라이트 밸브(17)의 각 화소는 휘도 신호가 10%를 넘는 때는 투과 상태, 10%이하에서는 산란 상태로 한다.

이와같이 구동함으로써 투사형 표시장치 자신의 투사 화상의 콘트라스트는 200을 실현할 수 있다.

또 이때 2층의 라이트 밸브의 스페이서가 겹쳐지는 일은 거의 없이 스페이서에 의한 국소적인 빛 누설은 최악 이더라도 10분의 1의 휘도에 머물게 할 수 있다.

이 결과 화이트 표시시의 투사 화상의 밝기는 거의 같은 상태로 대로 콘트라스트 및 화환을 대폭 개선할 수 있다.

더욱 전술한 구동 동작에 있어서 휘도 신호가 10%이하에서는 투사 화상의 휘도는 불연속으로 감소하고 투사 화상은 소위 흑지(黑漬) 상태로 된다.

이 개선 때문에 전술한 예에 있어서 휘도 신호가 10% 이하로 보조 라이트 밸브(17)가 산란 상태로 된 화소에 대하여 주 라이트 밸브(3)에 대응하는 화소의 투과율이 전술한예의 10배가 되도록 구동함으로서 투사 화상의 휘도변화는 10% 이하의 휘도신호라도 연속적으로 되면 흑지(黑漬)가 생기지 않는 양호한 화질의 투사화상를 얻을 수 있다.

실시예 3

더욱 본 발명의 실시예 3에 의한 투사형 표시장치에 관해서 설명한다.

실시예 3에 의한 투사형 표시장치의 구성은 제 1 도와 같지만 보조 라이트밸브(17)로서 주 라이트 밸브(3)와 같이 제 5 도에 표시되는 액티브 매트릭스형 액정라이트 밸브를 사용한다.

보조 라이트 밸브(7)에 입사한 광속은 투사하는 환경의 밝기 및 화상 신호에 응한 제어 회로(9)로부터의 구동 신호에 의해 화소 단위로 더욱 투과 또는 산란된다.

투사 환경이 밝게 스크린상에서의 블랙 레벨이 외광에 의해 결정되는 경우는 실시예 1와 같이, 보조 라이트 밸브(17)의 액티브 매트릭스형 액정 라이트 밸브를 상시 투과 상태로 하여 주 라이트 밸브(3)인 액티브 매트릭스형 액정 라이트 밸브로 변조된 광속을 그 대로의 상태로 출사한다.

한편 투사 환경이 충분히 어두운 경우 보조 라이트 밸브(17)를 주 라이트 밸브와 같은 화상 신호로 구동하며 주 라이트 밸브(3)로 변조된 광속 전체를 다시 변조한다.

예를들면 주 라이트 밸브(3)와 보조 라이트밸브(17)에 동시에 콘트라스트가 20인 액티브 매트릭스형 액정 라이트 밸브를 사용하는 경우에 대해서 기술한다.

이 경우 양쪽의 라이트 밸브를 표시하고자 하는 화상의 투과율의 평방근에 상당하는 휘도 신호로 구동한다.

예컨데 투사 화상에 있어서 최대휘도의 50%의 휘도를 얻고저할 경우 양쪽의 라이트 밸브를 최대투과율의 71%가 되도록 구동한다.

이렇게 구동함으로서 화상의 휘도 변화에 부자연성이 발생하지 않으며 또 투사형표시장치 자신의 투사 화상의 콘트라스트는 400을 실현할 수 있다.

또 이 때 2층의 라이트 밸브의 스페이서가 겹치는 일은 거의 없어서 스페이서에 의한 국소적인 빛 누설은 최악이더라도 20분의 1의 휘도에 멈출 수 있다.

이 결과 화이트 표시시의 투사 화상의 밝기는 거의 같게 콘트라스트 및 화질을 대폭 개선할 수 있다.

이상 기술하여 온 실시예로서는 투사하는 환경의 밝기 및 화상신호에 따라서 투과상태 또는 산란상태에서 사용되는 보조 라이트 밸브(17)는 주 라이트 밸브(3)의 후방에 배치되어 있었지만 주 라이트 밸브(3)의 전방에 있어서도 같은 효과를 얻을 수 있다.

또 상기 실시예의로 서는 광속을 빛깔에 의해 분기하지 않고 1조의 주 라이트 밸브(3) 및 보조 라이트 밸브(17)를 사용하는 경우에 관해서 기술했지만 빛 광속을 색으로 분기하여 각각의 색의 광속에 대하여 주 라이트 밸브(3)를 사용하는 경우 만으로도 좋고 적어도 1개의 광속에 있어서 주 라이트 밸브(3)에 대하여 보조 라이트 밸브(17)이 설치되면 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또 이상 기술하여 온 실시예로서는 주 라이트 밸브(3)와 보조 라이트 밸브(17)와는 공간적으로 분리한 배치로 설명하고 있지만 2층의 라이트 밸브를 광학적인 밀착시켜도 좋은 동일한 효과를 얻을 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

또 2층의 라이트 밸브를 밀착시키는 대신에 주 라이트 밸브(3)의 한편의 유리 기판으로 보조 라이트 밸브(17)의 한편의 유리 기판을 겸용하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

제 1 도는 본 발명의 실시예 1에 의한 투사형 표시장치의 구성을 표시하는 도면.

제 2 도는 본 발명의 실시예 1에 의한 투사형표시장치에 사용하는 단 소자형 액정 라이트 밸브의 구성을 도시한 도면.

제 3 도는 본 발명의 실시예 2에 의한 투사형 표시장치에 사용하는 단순매트릭스형액정 라이트 밸브를 표시한 도면.

제 4 도는 종래의 투사형 표시장치의 구성을 표시한 도면.

제 5 도는 액티브 매트릭스형 액정 라이트 밸브의 구성을 표시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명

1 : 광원 2 : 조명광속

3 : 주라이트 밸브 4 : 집광렌즈

5 : 불필요한 광 6 : 조리개

7 : 투사렌즈 8 : 스트린

9 : 제어회로 10 : 액티브 매트릭스 기판

11 : 대향 기판 12 : 스위칭 소자

13 : 투명 전극 14 : 공통 투명 전극

15 : 고분자 분산형 액정 16 : 스페이서

17 : 보조 라이트 밸브 18 : 유리 기판

19 : 스트라이프형 투명 전극

Claims (8)

1. 광속을 출사하는 광원 이 광원으로부터의 광속이 조사되어 제 1제어신호에 의해서 형성되는 표시 화상에 따라서 광속을 투과 또는 산란시키는 주 라이트 밸브 및 제 2제어 신호에 의해서 광속이 투과 또는 산란되는 보조 라이트 밸브를 가지는 액정 라이트 밸브, 이 액정 라이트 밸브를 투과한 광속이 집광렌즈에 의해서 집광되는 위치에 배치된 조리개, 이 조리개를 통과한 광속을 확대 투영하는 투사렌즈, 이 투사렌즈에 의해 확대 투영된 광속을 결상하는 스크린 상기 제 1의 제어신호 및 상기 제 2의 제어 신호를 생성하는 제어회로를 구비한 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
2. 제 2 항에 있어서,

   주 라이트 밸브는 보조 라이트 밸브의 전방에 배치되고 주 라이트 밸브에 의해서 투과 또는 산란된 광속이 보조 라이트 밸브에 조사되는 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   주 라이트밸브는 보조 라이트 밸브의 후방에 배치되어 보조 라이트 밸브에 의해서 투과 또는 산란된 광속이 주 라이트 밸브에 조사되는 것을 특징으로 하는 투사형표시장치.
4. 제 1 항∼제 3 항의 어느 1항에 있어서,

   주 라이트 밸브의 한편의 유리 기판과, 보조 라이트 밸브의 한편의 유리 기판을 공용되는 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
5. 제 1 항∼제 4 항의 어느 1항에 있어서,

   주라이트 밸브는 스위칭 소자와 투명 전극이나 매트릭스형으로 배치된 액티브 매트릭스형 액정 라이트 밸브인것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
6. 제 1 항∼제 5 항의 어느 1항에 있어서,

   보조 라이트 밸브는 스위칭 소자와 투명 전극이 매트릭스형으로 배치된 액티브 매트릭스형 액정 라이트 밸브인 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
7. 제 1 항∼제 5 항의 어느 1항에 있어서,

   보조 라이트 밸브는 단소자형 액정 라이트 밸브인 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
8. 제 1 항∼제 5 항의 어느 1항에 있어서,

   보조 라이트 밸브는 상하의 스트라이프형 투명 전극이 서로 직교하고 있는 단순 매트릭스형 액정 라이트밸브인 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.