KR100386335B1

KR100386335B1 - 액정디스플레이용 광학장치

Info

Publication number: KR100386335B1
Application number: KR10-2000-0062268A
Authority: KR
Inventors: 고한일
Original assignee: 고한일
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2003-06-12
Also published as: KR20010000842A

Abstract

본 발명은 액정디스플레이용 광학장치에 관한 것으로서,광원과; 상기 광원으로부터 출사되는 광선 중 특정 파장광만을 통과시키는 편광판과; 상기 편광판을 통과한 광을 받아 반사시키고 그 반사되지 못한 나머지광을 흡수하는 편광자군과; 상기 편광자군으로부터 조사되는 광을 받아 화상에 필요한 광으로 변조하는 반사형액정판과; 상기 반사형액정판에 의해 광 변조된 후 상기 편광자군을 통과한 광을 지연시켜주는 지연판과; 상기 지연판으로부터의 화상을 확대 반사시키는 오목거울을 포함하며;상기 편광자군은 상기 편광판을 통해 편광된 빛을 상기 반사형액정판으로 반사시키는 제1반사형편광필름과; 상기 반사형액정판을 통해 화상에 필요한 광으로 투광조절된 광이 반사되어 상기 지연판 및 오목거울을 통해 반사된 빛을 받아 다시 역반사시키는 제2반사형편광필름과; 상기 제1,2반사형편광필름의 사이에 접착되어 상기 제1반사형편광필름을 통해 완전히 반사되지 못하고 상기 제1반사형편광필름을 통과한 빛을 흡수하는 흡수형편광필름으로 구성된 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 오목거울을 이용하여 화상을 확대하도록 구현함에 따라 렌즈를 사용했던 종래의 광학계에 비해 그 무게 및 재료비를 현저히 줄일 수 있고, 렌즈방식을 이용한 광학계의 단점인 색수차가 발생하는 것을 해소시키는 이점이 있다.

Description

액정디스플레이용 광학장치{Optical Device for Liquid Crystal Display}

본 발명은 액정디스플레이용 광학장치에 관한 것으로서, 특히, 오목거울을 통하여 화상을 확대 반사시키도록 구성함에 따라 광학계의 구성을 간단히 하여 그 재료비 및 무게를 감소시키고, 색수차가 발생하는 것을 해소하는 액정디스플레이용 광학장치에 관한 것이다.

일반적으로, 투과형 액정판은 현재 활용되고 있는 노트북용, PC모니터용LCD(Liquid Crystal Display)인 TFT-LCD(Thin Film Transistor - Liquid Crystal Display)를 나타내는 것으로서, 도 1에 도시한 바와 같이 화소 전극을 구동하는 트랜지스터를 투명한 글라스(1,1′) 위에 형성시키고, 그 글라스(1,1′)의 사이에 액정(3)을 주입시켜 이루어진 것이다.

또한, 반사형 액정판은 도 2에 도시한 바와 같이 각 열(ROW)과 행(COLUMN)을 매트릭스(Matrix)로 콘트롤하는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 아이씨(I.C)가 실리콘기판(5)위에 실장되어 있으며, 이 실리콘기판(5)위에 액정층(7)을 결합하고, 투명전극인 ITO(Indium Tin Oxide)(9)와 커버글라스(11)를 접합하여 반사형 액정디스플레이를 만든다.

미설명부호(8)는 액정을 배향시키기 위한 배향막을 나타낸다.

이와 같이 구성된 반사형 액정판은 실리콘기판(5)위에 각 CMOS 픽셀(Pixel)전극과 투명전극(9)에 화면의 밝기에 상응하는 전압이 가해지면, 전극 사이의 액정이 전압에 비례하는 상태변화를 일으켜, 일정량으로 들어온 광원의 빛이 액정층(7)을 통과하면서 그 편광 방향이 변조된다.

그 결과로 실리콘기판(5)에서 반사되어 커버글라스(11)를 통해 밖으로 나가는 빛은 그 편광방향이 변조되고 커버글라스(11)의 외부에 설치된 편광자에 의해 편광자의 투과방향과 일치하는 광선만 투과하게 되어 밝기를 표시하고, 보통의 투과형 컬러 액정판에서는 화소를 만들어서 풀 컬러(Full Color)를 재현하지만 반사형 액정판에서는 광원을 R,G,B로 순차적으로 조사하여 빠른 속도로 중첩, 투사하여 풀 컬러를 만들게 된다.

종래의 투과형 액정디스플레이용 광학장치는 도 3에 도시한 바와 같이 광원으로 사용되는 형광램프로부터 밝기가 균일한 평면광을 만드는 백라이트유닛(BackLight Unit(13)과, 상기 백라이트유닛(13)의 아래에 설치되어 상기 백라이트유닛(13)에 의해 평면광으로 재현된 광선을 화상으로 광 변조시키기 위한 투과형액정판(15)과, 상기 투과형액정판(15)의 하측에 소정의 각도로 경사지게 설치되어 상기 투과형액정판(15)에 의해 광 변조된 광선을 반사시키는 평면경(17)과, 상기 평면경(17)의 전면에 설치되어 상기 평면경(17)으로부터 입사되는 광선을 반사시키도록 반사면이 오목하게 형성된 구면경(19)으로 이루어져 있다.

또한, 종래의 투과형 액정디스플레이용 광학장치의 또 다른 예는 도 4에 도시한 바와 같이 광원으로 사용되는 형광램프로부터 밝기가 균일한 평면광을 만드는 백라이트유닛(Back Light Unit(13′)과, 상기 백라이트유닛(13′)의 아래에 설치되어 그 평면광을 화상으로 광 변조시키는 투과형액정판(15′)과, 상기 투과형액정판(15′)의 하측에 설치되어 상기 투과형액정판(15′)을 통해 광 변조된 빛을 입사시켜 빛을 반사시키는 반사체(21)로 이루어져 있다.

상기 반사체(21)의 상면(21a)은 자유곡면을 이루고, 나머지 두면(21b,21c)은 오목하게 형성된 구면을 이루고 있어 상기 투과형액정판(15′)으로부터 입사되는 광은 자유곡면(21a)을 통과한 후 구면(21c)에 의해 반사되고, 그 반사된 빛은 다시 구면(21b)에 의해 반사되어 사람의 눈으로 전달된다.

또한, 종래의 반사형 액정디스플레이용 광학장치는 도 5에 도시한 바와 같이 광선을 방출하는 광원(23)과, 상기 광원(23)의 전면측에 설치되어 상기 광원(23)을 통해 조사되는 광선을 받아 반사시키는 직각형상을 한 반사프리즘(25)과, 상기 반사프리즘(25)의 하측에 설치되어 상기 반사프리즘(25)을 통해 전 반사되는 빛을 모아주어 휘도를 높여주는 집광프리즘시트(27)와, 상기 집광프리즘시트(27)의 하측에 설치되어 상기 집광프리즘시트(27)에 의해 휘도가 높아진 광선의 파동렬이 편광축과 평행한 광선만 통과시키는 편광판(29)과, 상기 편광판(29)의 하측에 소정의 각도로 기울어지게 설치되어 상기 편광판(29)을 통과한 광선을 후술하는 반사형액정판으로 통과하도록 해주는 폴라라이징 빔 스프리터(Polarizing Beam Splitter)(31)와, 상기 폴라라이징 빔 스프리터(31)를 통해 반사된 광선을 받아 액정층을 통과시키면서 그 양을 변조시킨 후 반사키는 반사형액정판(33)과, 상기 반사형액정판(33)를 통해 그 양이 변조되어 나온 빛을 사람의 눈에 확대 결상 시켜주는 렌즈(35)로 이루어져 있다.

상기 반사형액정판(33)을 통해 광 변조된 광선은 폴라라이징 빔 스프리터(31)를 통과하게 된다.

그러나, 이와 같이 구성된 종래의 투과형 액정디스플레이의 광학장치는 액정소자의 고해상도화가 곤란하고, 고 해상도화 할 경우 그 부피가 커지고 액정소자의 수율(양품률)이 급격히 낮아져서 가격이 상승한다는 문제점이 있다.

또한, 렌즈를 통과하는 파장광(R/G/B광)이 각각 그 굴절률이 달라 색수차가 발생하게 된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출 된 것으로서, 오목거울을 이용하여 화상을 확대하는 구조로 구현함으로써, 광학계의 무게 및 재료비를 현저히 줄임과 동시에 색수차가 발생되는 것을 해소하는 액정디스플레이용 광학장치를제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 액정디스플레이용 광학장치는 광원과; 상기 광원으로부터 출사되는 광선 중 특정 파장광만을 통과시키는 편광판과; 상기 편광판을 통과한 광을 받아 반사시키고 그 반사되지 못한 나머지광을 흡수하는 편광자군과; 상기 편광자군으로부터 조사되는 광을 받아 화상에 필요한 광으로 변조하는 반사형액정판과; 상기 반사형액정판에 의해 광 변조된 후 상기 편광자군을 통과한 광을 지연시켜주는 지연판과; 상기 지연판으로부터의 화상을 확대 반사시키는 오목거울을 포함하며; 상기 편광자군은 상기 편광판을 통해 편광된 빛을 상기 반사형액정판으로 반사시키는 제1반사형편광필름과; 상기 반사형액정판을 통해 화상에 필요한 광으로 투광조절된 광이 반사되어 상기 지연판 및 오목거울을 통해 반사된 빛을 받아 다시 역반사시키는 제2반사형편광필름과; 상기 제1,2반사형편광필름의 사이에 접착되어 상기 제1반사형편광필름을 통해 완전히 반사되지 못하고 상기 제1반사형편광필름을 통과한 빛을 흡수하는 흡수형편광필름으로 구성된다.

도 1은 일반적인 투과형액정판의 구성을 도시한 분리해서 도시한 도면,

도 2는 일반적인 반사형액정판의 구성을 도시한 분리해서 도시한 도면,

도 3은 종래의 투과형 액정디스플레이용 광학장치의 구성을 도시한 도면,

도 4는 종래의 투과형 액정디스플레이용 광학장치의 구성을 도시한 도면,

도 5는 종래의 반사형 액정디스플레이용 광학장치의 구성을 도시한 도면,

도 6은 본 발명의 제 1실시 예에 의한 액정디스플레이용 광학장치의 구성을 도시한 도면,

도 7은 도 6에 도시된 흡수형편광자의 동작 원리를 설명하기 위한 도면,

도 8은 도 6에 도시된 편광자군에 유리판이 추가로 구성된 상태를 도시한 도면,

도 9는 본 발명의 제 2실시 예에 의한 액정디스플레이용 광학장치의 구성을 도시한 도면,

도 10은 본 발명의 제 3실시 예에 의한 액정디스플레이용 광학장치의 구성을 도시한 도면,

도 11은 본 발명의 제 4실시 예에 의한 액정디스플레이용 광학장치의 구성을 도시한 도면,

도 12는 도 8 내지 도 11에 도시된 광학필름군의 동작원리를 설명하기 위한 도면.

도 13은 도 9에 도시된 광량증대필름의 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

51 : 광원 52 : 도광판

53 : 광학필름군 54 : 광량증대필름

55 : 편광판 56 : 편광자군

56a,56b : 제1,2반사형편광필름 56c : 흡수형편광필름

56d : 유리판 57 : 반사형액정판

58 : 지연판 59 : 오목거울

이하, 첨부된 도면 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하고자 한다.

상기 도면에 도시한 바와 같이 본 발명의 제 1실시 예에 의한 액정디스플레이용 광학장치는 광선을 출사하는 광원(51)과, 상기 광원(51)의 상측에 설치되어 상기 광원(51)으로부터 조사되는 빛을 고르게 반사시키는 도광판(52)과, 상기 도광판(52)의 전면에 설치되어 상기 도광판(52)으로부터 조사되는 빛 중 그 편광축과 평행한 광선만을 통과시키는 편광판(55)과, 상기 편광판(55)을 통과한 광선을 후술하는 반사형액정판 및 오목거울쪽으로 반사시키고 그 반사되지 못한 일부광을 흡수하는 편광자군(56)과, 상기 편광자군(56)의 상측에 설치되어 상기 편광자군(56)을 통해 반사된 빛을 받아 화상에 필요한 광으로 투광 조절하는 반사형액정판(57)과, 상기 반사형액정판(57)을 통해 투광 조절된 빛을 지연시키는 지연판(58)과, 상기지연판(58)의 상측에 설치되어 상기 지연판(58)으로부터의 화상을 확대 반사시키는 오목거울(59)로 구성된다.

상기 편광자군(56)은 상기 편광판(55)을 통해 편광된 빛을 상기 반사형액정판(57)으로 반사시키는 제1반사형편광필름(56a)과, 상기 반사형액정판(57)을 통해 화상에 필요한 광으로 투광조절 된 광이 반사되어 상기 지연판(58) 및 오목거울(59)을 통해 반사된 빛을 받아 되 반사시킴으로써 사람의 눈으로 전달하는 제2반사형편광필름(56b)과, 상기 제1,2반사형편광필름(56a,56b)의 사이에 접착되어 상기 반사형편광필름(56a)을 통해 완전히 반사되지 못하고, 상기 반사형편광필름(56a)을 통과한 빛을 흡수하여 그 빛이 사람의 눈으로 전달되는 것을 방지하는 흡수형편광필름(56c)으로 구성된다.

상기 흡수형편광필름(56c)은 그 광 흡수축(X축표시방향)이 상기 편광판(55)의 편광축(Y축표시방향)과 직교되게 설치되어 광을 흡수하도록 함이 바람직하다.

참고로, 상기 흡수형편광필름(56c)은 그 흡수축과 수평인 광은 투과시키고 그 흡수축과 직교하는 광은 흡수시키는 성질을 가지고 있다.(도 7참조)

또한, 상기 편광자군(56)은 상술한 구성에다 그 평면도를 유지시키기 위하여 상기 제1,2반사형편광필름(56a,56b)의 사이에 경질의 유리판(56d)을 추가로 구성하여 상기 제1,2반사형편광필름(56a,56b) 및 흡수형편광필름(56c)이 휘는 것을 방지하도록 구성함이 바람직하다.(도 8참조)

상기와 같이 유리판(56d)을 추가로 구성하여 휘는 것을 방지하는 이유는 오목거울(59) 및 지연판(58)을 통해 반사되어 나오는 광이 찌그러지게 되어 좋지 않은 화상상태를 이루는 것을 방지하기 위함이다.

다음, 이와 같이 구성된 본 발명의 제 1실시 예에 의한 액정디스플레이용 광학장치의 작용에 대해서 설명한다.

먼저, 광원(51)으로부터 적색, 녹색, 청색의 빛을 순차적으로 조사시켜 빠른 속도로 중첩 투사시키면, 도광판(52)의 상측에서 확산 반사되어 전면으로 방출된다.

그 전면으로 방출된 빛은 편광판(55)에 의해 그 광선의 파동렬이 편광판(55)의 편광축과 평행한 광선(Y축광)만 통과하게 되고, 상기 편광판(55)을 통과한 광선은 편광자군(56)의 제1반사형편광필름(56a)을 통해 반사되어 반사형액정판(57)으로 전달된다.

이때, 상기 제1반사형편광필름(56a)을 통해 새어 나온 광은 그 흡축과 평행한 광만을 투과시키고, 그 흡수축과 직교한 광은 흡수시키는 흡수형편광필름(56c)에 의해 흡수되어 조명광이 사람의 눈에 직접 보이지 않게 한다.(도 7참조)

한편, 상기 반사형액정판(57)으로 전달된 빛은 화상에 필요한 광으로 투광 조절된 후 다시 반사되는 데 이때, 상기 Y축광은 X축광으로 위상이 변하게 된다.

상기와 같이 반사형액정판(57)에 입사한 Y축광은 반사형액정판(57)에서 편광이 변조되어 X축광으로 바뀐다. 상기 반사형액정판(57)을 통해 나온 X축광은 상기 편광자군(56)을 이루는 제1,2반사형편광필름(56a,56b) 및 흡수형편광필름(56c)을 투과한 후 지연판(58)을 통해 지연되어 오목거울(59)에 전달되고, 상기 오목거울(59)에 전달된 화상은 상기 오목거울(59)의 오목면에 의해 확대 반사되어 다시 지연판(58)으로 되돌려진다. 이때, 상기 지연판(58)을 통과하면서 나오는 광은 다시 Y축광으로 위상이 변하게 되고, 그 Y축광은 제2반사형편광필름(56b)을 통해 반사되어 사람의 눈으로 전달되게 되는 것이다.

한편, 상기 제1,2반사형편광필름(56a,56b)사이에 흡수형편광필름(56c)은 물론 유리판(56d)을 추가로 접착시켜 줌에 따라 편광자군(56)이 휘는 것을 방지하여 화상을 일그러지지 않고 바르게 표현하게 되는 것이다.(도 8참조)

그런데, 만일 상기 제1,2반사형편광필름(56a,56b) 및 흡수형편광필름(56c)의 경도가 휘어지지 않을 만큼 단단한 소재가 사용되어 진다면, 상기와 같이 유리판(56d)을 추가하지 않아도 됨은 물론이다.

다음, 참조 도면 도 9내지 도 13을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 의한 구성 및 작용에 대해서 설명한다.

상기 도면에서 도 6 및 도 7에 도시한 부분과 동일한 부분에 대해서는 동일부호를 붙이고, 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

도 9 및 도 12는 본 발명의 제 2실시 예에 의한 액정디스플레이용 광학장치의 구성을 도시한 도면으로서, 상기 도면에 도시한 바와 같이 도광판(52) 및 편광판(55)의 사이에 광학필름군(53)을 추가로 구성하여 소정의 각도로 입사된 빛만을 투과시키고 그 외의 입사광은 반사시켜 다시 사용하도록 함으로써 광선의 집속도를 높이도록 구성한다.

또한, 도 10 및 도 13은 본 발명의 제 3실시 예를 도시한 도면으로서, 상기 도면에 도시한 바와 같이 입사된 광선 중 특정방향의 광선축을 갖는 빛만을 통과시키고, 나머지는 다시 반사시키는 특성을 갖음과 동시에 그 반사된 빛을 편광축을 변환시켜 다시 사용하도록 하는 광량증대필름(54)을 도광판(52) 및 편광판(55)의 사이에 추가로 구성하여 광량을 증대시키는 효과를 얻도록 구성한다.

도 11은 본 발명의 제 4실시 예를 도시한 도면으로서, 상기 도면에 도시한 바와 같이 도광판(51′), 광학필름군(53′), 편광판(55′) 및 지연판(58′), 오목거울(59′)의 배치구조를 도 9에 대해 반대로 설치한 구조로 하여 구현시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 액정디스플레이용 광학장치에 의하면, 오목거울을 이용하여 화상을 확대하도록 구현함에 따라 렌즈를 사용했던 종래의 광학계에 비해 그 무게 및 재료비를 현저히 줄일 수 있고, 렌즈방식을 이용한 광학계의 단점인 색수차가 발생하는 것을 해소시키는 이점이 있다.

Claims

광원;

상기 광원으로부터 출사되는 광선 중 특정 파장광만을 통과시키는 편광판;

상기 편광판을 통과한 광을 받아 반사시키고 그 반사되지 못한 나머지광을 흡수하는 편광자군;

상기 편광자군으로부터 조사되는 광을 받아 화상에 필요한 광으로 변조하는 반사형액정판;

상기 반사형액정판에 의해 광 변조된 후 상기 편광자군을 통과한 광을 지연시켜주는 지연판;

상기 지연판으로부터의 화상을 확대 반사시키는 오목거울을 포함하며;

상기 편광자군은 상기 편광판을 통해 편광된 빛을 상기 반사형액정판으로 반사시키는 제1반사형편광필름과;

상기 반사형액정판을 통해 화상에 필요한 광으로 투광조절된 광이 반사되어 상기 지연판 및 오목거울을 통해 반사된 빛을 받아 다시 역반사시키는 제2반사형편광필름과;

상기 제1,2반사형편광필름의 사이에 접착되어 상기 제1반사형편광필름을 통해 완전히 반사되지 못하고 상기 제1반사형편광필름을 통과한 빛을 흡수하는 흡수형편광필름으로 구성된 것을 특징으로 하는 액정디스플레이용 광학장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 편광자군은 그 평면도를 유지시키도록 상기 제1,2반사형편광필름의 사이에 유리판을 추가로 구성한 것을 특징으로 하는 액정디스플레이용 광학장치.
제 1항에 있어서,

상기 흡수형편광필름은 그 흡수축(도면의 X축방향)이 편광판의 편광축(도면의Y축방향)과 수직이 되도록 설치된 것을 특징으로 하는 액정디스플레이용 광학장치.