KR100533294B1

KR100533294B1 - 화상표시장치

Info

Publication number: KR100533294B1
Application number: KR1019980013215A
Authority: KR
Inventors: 요시끼 시로찌
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 1997-04-14
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 2006-01-27
Also published as: JP3675102B2; US5991083A; KR19980081386A; JPH10288954A

Abstract

본 발명은 각 화소 내에 휘도 분포를 갖고 있더라도, 화소 사이의 틈이 두드러지지 않고, 선명한 화상을 표시하는 것이 가능한 화상 표시 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 화상 표시 장치는 확산체(51)에 의해 휘도 분포가 각 화소마다 복수의 피크를 갖도록 표시 장치(4)에 의해 표시된 각 화소를 확산시킨다. 그리고, 확산체(5)에 의해 생긴 확산광에 의해 화소 사이의 틈을 메워 화소 사이의 틈을 드러나지 않게 한다.

Description

화상 표시 장치{IMAGE DISPLAY APPARATUS}

본 발명은 각 화소 내에 휘도 분포를 갖는 복수의 화소를 표시함으로써 화상을 표시하는 화상 표시 장치에 관한 것이다.

화상 표시 장치로서, 다수의 화소에 대응한 화소 개구를 갖는 액정 패널에 광원으로부터의 광을 조사하고, 각 화소 개구마다 광의 투과 상태를 제어함으로써, 화상을 표시하는 화상 표시 장치가 있다. 이런 종류의 화상 표시 장치에서는, 보다 밝고 선명한 화상을 표시할 수 있도록 각 화소의 휘도를 높이는 것이 과제로 되고 있다. 또한, 이런 종류의 화상 표시 장치에 있어서 칼라 화상을 표시하기 위해서는, 통상 3원색에 대응한 칼라 필터를 각 화소에 대응시켜 배치하지만, 칼라 필터는 휘도의 저하의 원인으로 되기 때문에, 특히 칼라 화상의 표시가 가능한 화상 표시 장치에 있어서 화소의 휘도를 높이는 것은 대단히 큰 과제로 되고 있다.

그래서, 칼라 화상을 표시해도 높은 휘도가 얻어지는 화상 표시 장치로서, 도 9에 도시하는 바와 같은 화상 표시 장치(101)가 고안되어 있다. 이 화상 표시 장치(101)는, 백색광을 출사하는 광원(102)과, 광원(102)으로부터의 광을 3원색으로 나눠 반사하는 색선별 거울(103), 각 화소에 대응한 화소 개구를 갖는 표시 장치(104), 화상을 투사하기 위한 투사 렌즈(105), 투사 렌즈(105)에 의해 투사된 화상이 표시되는 스크린(106)을 구비하고 있다.

이 화상 표시 장치에 있어서, 광원(102)으로부터의 광은, 색선별 거울(103)에 의해 적, 녹, 청인 3원색으로 분리되고 반사되어 표시 장치(104)로 입사한다. 이 때, 적, 녹, 청 각각의 광은 표시 장치(104)로의 입사 각도가 각각 다르게 된다. 이들 광이 입사하는 표시 장치(104)는, 화상을 구성하는 화소에 대응하는 화소 개구를 갖는 액정 패널과, 액정 패널상의 3개의 화소 개구에 대해 하나의 렌즈가 대응하도록 다수의 렌즈가 배열된 마이크로 어레이 렌즈를 구비하고 있다. 그리고, 마이크로 어레이 렌즈에 의해, 색선별 거울(3)로부터의 적, 녹, 청의 광을 각각 다른 화소 개구에 집중시킨다. 즉, 이 화상 표시 장치(101)에서는, 적, 녹, 청 각각의 광의 표시 장치(104)로의 입사각의 차이를 이용하여 마이크로 어레이 렌즈에 의해 적, 녹, 청의 각각의 광을 각각 다른 화소 개구에 집중시킨다. 이로써, 칼라 필터를 사용하지 않아도 적색을 표시하는 화소와, 녹색을 표시하는 화소, 청색을 표시하는 화소가 얻어진다. 그리고, 액정 패널은 원하는 화상이 얻어지도록 각 화소 개구마다 광의 투과 상태를 제어한다. 이로써, 적, 녹, 청의 화소로 이루어지는 칼라 화상이 얻어진다. 그리고, 이 화상은 투사 렌즈(105)에 의해 스크린(106)상에 투사된다. 이와 같은 화상 표시 장치(101)에서는, 각 화소로 입사하는 광 자체가 적, 녹 또는 청의 광으로 되기 때문에 휘도의 저하 원인으로 되는 칼라 필터가 불필요하다. 따라서, 칼라 화상의 표시를 행하여도 대단히 높은 휘도가 얻어진다.

그러나, 상술한 바와 같은 화상 표시 장치에서는, 각 화소 개구로 입사하는 광이 렌즈에 의해 좁혀지기 때문에 각 화소 내에서의 휘도의 분포가 동일하지 않게 된다. 또한, 표시되는 화소 자체의 크기도, 통상은 액정 패널에 형성된 화소 개구의 크기보다 작게 되어 버린다.

이와 같은 화상 표시 장치에 의한 화소의 표시 상태를 도 10에 도시한다. 또, 도 10에서는 화소 개구를 점선으로 나타내고 있고, 실제로 표시되는 화소를 실선으로 나타내고 있다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 실제로 표시되는 화상은 구형의 화소 개구보다도 작은 원형의 스폿으로 된다. 이 때문에, 특히 대화면으로 하고자 하면 블랙스트라이프라고 불리는 화소간의 틈이 두드러지게 된다. 이와 같은 화소 사이의 틈은 표시된 화상에서 그물눈 모양 패턴으로 되기 때문에, 두드러지지 않게 하는 것이 바람직하다. 또한, 이 화상 표시 장치에서는, 각 화소가 화소 개구보다 작은 원형의 스폿으로서 표시되기 때문에, 표시되는 화상에 있어서 오톨도톨한 느낌이 대단히 현저하게 나타난다.

또한, 칼라 화상이 표시할 수 있는 화상 표시 장치에서는, 3원색에 대응하는 화소를 소정의 반복 주기로 배치하지만, 화소간의 틈이 크면, 같은 색 화소의 주기가 두드러지게 되어, 표시되는 화상은 상당히 보기 거북하게 된다. 또한, 도 11에 도시하는 바와 같이, 적색 화소에 대응하는 화소 개구(R)와, 청색 화소에 대응하는 화소 개구(B), 녹색 화소에 대응하는 화소 개구(G)를, 소위 물떼새 격자 형상의 패턴으로서 배치했을 경우에는 같은 색 화소 사이의 사선 방향의 틈이 넓게 되기 때문에 표시된 화상에 얼룩이 생기기 쉽게 된다.

화상 표시 장치에 있어서, 이들 문제를 해결하기 위해서는 화소 틈을 좁게 하여 화소수를 많게 하면 좋다. 그러나, 생산 수율이나 제조 비용의 관계에서 화소 틈을 대폭으로 좁게 하여 화소수를 대폭으로 많게 하는 것은 곤란하다.

그렇지만, CCD 카메라와 같은 촬상 장치에서는, 촬상한 화상 신호에 대해 전기적인 처리를 실시함으로써, 화소 사이의 틈을 두드러지지 않게 할 수 있다. 즉, CCD 카메라와 같은 촬상 장치에서는, 촬상한 화상 신호에 대해 저주파 통과 필터에 의한 전기적인 처리를 실시함으로써, 화소 사이의 틈을 두드러지지 않게 하는 것이 용이할 수 있다. 이와 같이, 촬상 장치에서는 촬상한 화상 신호에 대해 전기적인 처리를 실시함으로써 화소 사이의 틈 등에 기인하는 화상의 열화를 저감할 수 있다.

이에 대해, 화상 표시 장치에 있어서 화소 사이의 틈을 두드러지지 않게 하는데는, 표시 장치로부터 광이 출사된 후에 화소 사이의 틈을 메울 필요가 있다. 따라서, 전기적인 처리에 의해 화소 사이의 틈에 의한 그물눈 패턴이나 같은 색 화소의 반복 주기 등을 두드러지게 하는 것은 곤란하다. 즉, 화상 표시 장치에서는, 전기적인 처리뿐만 아니라 광학적인 처리에 의해 화소 사이의 틈을 두드러지지 않게 할 필요가 있다.

화상 표시 장치에 있어서, 광학적인 처리에 의해 화소 사이의 틈을 두드러지지 않게 하는 방법으로서는, 예를 들어 편의적인 방법으로서 보는 측이 렌즈 초점을 흐리게 하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법에서는 표시해야 할 화상 자체도 방치하기 때문에 바람직하지 않다. 게다가, 상술한 화상 표시 장치와 같이, 적, 녹, 청인 광의 표시 장치로의 입사각의 차이를 이용하여 칼라 필터를 불필요한 화상 표시 장치에서는, 렌즈 초점을 흐리게 하면 적, 청, 녹인 각 화소의 위치가 어긋나 버려, 소위 색 번짐이 생겨 버린다. 따라서, 이와 같은 화상 표시 장치에서는, 렌즈 초점을 흐리게 함으로써 화소 사이의 틈을 두드러지지 않게 하는 방법을 채용할 수 없다. 또한, 화소 사이의 틈을 두드러지지 않게 하는 방법으로서는, 불투명 유리 등을 이용함으로써 각 화소를 확산시키는, 소위 넌글레어(non-glare) 방법도 있지만, 이 방법도 화면을 너무 흐리게 하기 때문에 그다지 바람직하지는 않다.

본 발명은 이상과 같은 종래의 실정을 감안하여 제안된 것으로, 각 화소 내에 휘도 분포를 갖고 있어도 화소 사이의 틈이 두드러지게 하지 않고, 선명한 화상을 표시하는 것이 가능한 화상 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명에 따른 화상 표시 장치는, 각 화소 내에 휘도 분포를 갖는 복수의 화소를 표시하는 표시 장치와, 표시 장치에 의해 표시된 각 화소를 확산시키는 광학 소자를 구비한다. 여기서, 광학 소자는 휘도 분포가 각 화소마다 복수의 피크를 갖도록 각 화소를 확산시킨다.

이 화상 표시 장치에 있어서, 표시 장치는, 각 화소 내에 휘도 분포를 갖는 복수의 화소를 표시한다. 그리고, 이들 화소는 광학 소자에 의해 휘도 분포가 각 화소마다 복수의 피크를 갖도록 확산시킨다. 이 결과, 표시 장치에 표시된 단계에서 화소 사이에 틈이 있더라도 광학 소자에 의해 확산된 광으로써 틈이 메워지기 때문에, 화소 사이의 틈은 두드러지지 않게 된다.

이하 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

본 발명을 적용한 화상 표시 장치의 일례를 도 1에 도시한다. 이 화상 표시 장치(1)는, 백색광을 출사하는 광원(2)과, 광원(2)으로부터의 광을 3원색으로 나눠 반사하는 색선별 거울(dichronic mirror)(3), 화상을 구성하는 각 화소를 표시하는 표시 장치(4), 표시 장치(24)에 의해 표시된 각 화소를 확산시키는 광학 소자인 확산체(diffuser)(5), 화상을 투사하기 위한 투사 렌즈(6), 투사 렌즈(6)에 의해 투사된 화상이 표시되는 스크린(7)을 구비하고 있다.

이 화상 표시 장치(1)에 있어서 광원(2)으로부터의 백색광은 색선별 거울(3)로 입사한다. 색선별 거울(3)은 제1 거울(3a)과, 제2 거울(3b), 제3 거울(3c)이 광원(2)으로부터의 백색광의 광축상에 각각의 거울(3a, 3b, 3c)로 입사하는 광의 입사각이 다르게 배치되어 진다. 여기서, 제1 거울(3a)은 청색 파장의 광을 반사하고, 그 외의 파장의 광을 투과한다. 제2 거울(3b)은 녹색 파장의 광을 반사하고, 그 외 파장의 광을 투과한다. 제3 거울(3c)은 적색 파장의 광을 반사한다. 따라서, 이 색선별 거울(3)에 의해 광원(2)으로부터의 백색광은 적, 녹, 청의 3원색으로 분리되어 각각이 다른 각도에서 반사된다.

색선별 거울(3)에 의해 반사된 광은, 표시 장치(4)로 입사한다. 이 때, 제1 거울(3a)에 의해 반사된 청색 파장의 광의 표시 장치(4)로의 입사각과, 제2 거울(3b)에 의해 반사된 녹색 파장의 광의 표시 장치(4)로의 입사각, 제3 거울(3c)에 의해 반사된 적색 파장의 광의 표시 장치(4)로의 입사각은 각각 다르게 되어 있다. 즉, 표시 장치(4)로의 입사 각도는 적, 녹, 청의 광에 의해 각각 다르다.

이들 광이 입사되고, 화상을 구성하는 각 화소를 표시하는 표시 장치(4)는, 도 2에 도시하는 바와 같이 종방향 및 횡방향으로 복수개의 화소 개구(10)가 배열된 액정 패널(11)을 구비하고 있다.

이 액정 패널(11)은 각 화소 개구(10)에 대해 해당 화소 개구(10)를 투과하는 광량을 제어할 수 있도록 되어 있다. 여기서, 화소 개구(10)에는, 적색의 화소를 표시하는 적색 개구(R)와, 청색의 화소를 표시하는 청색 개구(B), 녹색의 화소를 표시하는 녹색 개구(G)가 있고, 이들 적색 개구(R), 청색 개구(B), 녹색 개구(G)가 주기적으로 반복되도록 배치되어 있다.

구체적으로는, 이들 화소 개구(10)는, 횡방향에서의 각 화소 개구(10)의 피치를 Px, 종방향에서의 각 화소 개구(10)의 피치를 Py로 하면, 인접하는 각 행에 있어서 각 화소 개구(10)의 위치가 횡방향의 피치 Px의 1/2만큼, 횡방향으로 어긋나도록 배치되어 있다. 또한, 각 행에 있어서 화소 개구(10)는 적색 개구(R), 녹색 개구(B), 청색 개구(B), 적색 개구(R), 녹색 개구(G), 청색 개구(B), …로 3색의 쌍이 반복하도록 배열되어 있다. 따라서, 횡방향에서 같은 색의 화소 개구(10)의 피치(PCx)는, 인접하는 화소 개구(10)의 피치(Px)의 3배로 되어 있다. 또한, 이들 화소 개구(10)는, 1행씩 같은 색의 화소 개구(10)가 종방향으로 일렬로 나열되도록 배치되어 있고, 또한 인접하는 각 행에 있어서 같은 색의 화소 개구(10)의 위치가 같은 색의 화소 개구(10)의 횡방향의 피치(PCx)의 1/2만큼 어긋나도록 배치되어 있다.

이와 같이 액정 패널(11)에 형성된 화소 개구(10)는 물떼새 격자 형상의 패턴으로 되어 있다. 또, 이하의 설명에서는 같은 색의 화소 개구(10)의 사선 배열 방향 중, 한 쪽을 제1 사선 주축 방향(Xa)이라 칭하고, 다른 쪽을 제2 사선 주축 방향(Xb)라고 칭한다.

또한, 표시 장치(4)는 도 3 및 도 4에 도시하는 바와 같이, 액정 패널(11)의 전단에 배치된 마이크로 어레이 렌즈(12)를 구비하고 있고, 이 마이크로 어레이 렌즈(12)에 의해 액정 패널(11)에 형성된 각 화소 개구(15)에 대해 각 화소 개구마다 정해진 소정 파장의 광이 입사하도록 되어 있다.

즉, 청색 개구(B)에는, 색선별 거울(2)의 제1 거울(3a)에 의해 반사되고 마이크로 어레이 렌즈(12)에 의해 집광된 청색의 광을 입사하고, 청색 개구(B)에는 색선별 거울(2)의 제2 거울(3b)에 의해 반사되고 마이크로 어레이 렌즈(12)에 의해 집광된 녹색의 광을 입사하며, 적색 개구(R)에는 색선별 거울(2)의 제3 거울(3c)에 의해 반사되어 마이크로 어레이 렌즈(12)에 의해 집광된 적색의 광을 입사한다. 그리고, 적색 개구(R)를 투과한 광에 의해 적색의 화소가 표시되고, 청색 개구(B)를 투과한 광에 의해 청색의 화소가 표시되며, 녹색 개구(G)를 투과한 광에 의해 녹색의 화소가 표시된다.

마이크로 어레이 렌즈(12)는, 미세한 렌즈(13)가 다수 배열되어지는 광학 소자로서, 액정 패널(11)의 3개의 화소 개구(10)에 대해 하나의 렌즈(13)가 대응하도록 형성되어 있다. 또한, 도 4에서는 마이크로 어레이 렌즈(12)의 하나의 렌즈(13)에 대응하는 영역을 실선으로 둘러싸 나타내고 있다.

이 마이크로 어레이 렌즈(12)는 색선별 거울(2)로부터의 광의 입사 방향이 색에 따라 다르다는 점을 이용해 각 색의 광을 각각 다른 화소 개구(10)로 입사하도록, 색선별 거울(2)로부터의 광을 집광한다. 즉, 마이크로 어레이 렌즈(12)의 각 렌즈(13)는, 예를 들어 도 2에 도시하는 바와 같이 해당 렌즈(13)의 정면에 대향하도록 배치된 화소 개구(10a)에 녹색의 광이 입사하도록, 또는 녹색의 광이 입사하는 화소 개구(10a)의 오른쪽 가장자리의 화소 개구(10b)에 청색의 광이 입사하도록, 또는 녹색의 광이 입사하는 화소 개구(10a)의 왼쪽 가장자리의 화소 개구(10c)에 적색의 광이 입사하도록 각 색의 광을 집광한다. 이로써, 각 화소 개구마다 적, 녹, 청 중 어느 하나의 광을 입사하게 된다.

즉, 이 화상 표시 장치(1)에서는, 적, 녹, 청 각각의 광의 표시 장치(4)로의 입사각의 차이를 이용해 마이크로 어레이 렌즈(12)에 의해 적, 녹, 청인 광을 각각 다른 화소 개구(10)로 집중시킨다. 이로써, 칼라 필터를 사용하지 않아도 적색을 표시하는 화소와, 녹색을 표시하는 화소, 청색을 표시하는 화소가 얻어지도록 되어 있다. 그리고, 이 표시 장치(4)는, 외부로부터 입력되는 화상 신호에 따라 각 화소 개구마다 광의 투과 상태를 제어한다. 이로써, 화상을 구성하는 각 화소가 표시되어, 원하는 칼라의 화상이 얻어진다.

그렇지만, 이 표시 장치(4)에 있어서, 액정 패널(11)의 각 화소 개구(10)로 입사하는 광은 마이크로 어레이 렌즈(12)에 의해 집광되어 있다. 따라서, 도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이 화소 개구(10)의 형상은 구형상이지만, 각 화소 개구(10)를 투과해 오는 광은 거의 원형인 스폿으로 되고, 그 휘도 분포는 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 화소 개구(10)의 거의 중앙에 피크를 갖는 것으로 된다. 또, 도 5의 (a)에서는 같은 색의 화소에 대응한 화소 개구(10)를 실선으로 나타내고 있고, 그 외의 화소 개구(10)는 점선으로 나타내고 있다. 또한, 도 5의 (b) 및 후술하는 도 5의 (c)에서는 도 5의 (a)에서 실선으로 나타낸 화소 개구(10)에 대응하는 휘도 분포만을 나타내고 있다.

도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 이 화상 표시 장치(1)에 있어서 표시 장치(4)에 의해 표시되는 화소에는, 각 화소 내에서 휘도의 분포가 생기고 있다. 또한, 화소 개구(10)의 형상과 실제로 표시 장치(4)에 의해 표시되는 화소의 형상이 다른 것으로 되어 있다.

그리고, 종래의 화상 표시 장치에서는 이와 같은 휘도 분포 형상인 채로 각 화소를 표시하도록 하고 있었다. 이 때문에, 각 화소간의 틈 부분이 그물눈 형상 패턴을 하고 있어 두드러지게 되어 있었다. 또한, 각 화소가 이산적으로 표시되기 때문에, 화소 패턴에 기인하여 표시되는 화상은 대단히 오톨도톨한 느낌이 매우 두드러진다. 이와 같이, 종래 이런 종류의 화상 표시 장치에서는, 각 화소 내에 휘도 분포가 생기기 때문에, 각 화소의 틈에 의한 그물눈 형상 패턴이나 화소 패턴에 의해 오톨도톨한 느낌이 현저하게 나타나는 문제가 있었다. 또, 이와 같은 문제는 칼라 필터를 이용한 화상 표시 장치에서는, 화소 내의 휘도 분포가 거의 한가지 모양으로 되기 때문에, 그다지 문제가 되지는 않는다. 즉, 이와 같은 문제는 각 화소 내에 휘도 분포가 생기도록 한 화상 표시 장치에 있어서 특히 큰 문제가 된다.

이와 같은 문제에 대처하기 위해, 본 발명을 적용한 화상 표시 장치(1)에서는 표시 장치(4)에 의해 표시된 각 화소를 확산체(5)에 의해 확산시키도록 하고 있다. 이 확산체(5)는 2개의 다른 방향으로 광을 분산시키는 투과형 회절 격자로서, 입사하여 온 광을 확산시켜 도 5의 (c)에 도시하는 바와 같이 휘도 분포가 각 화소마다 복수의 피크를 갖도록 한다.

이 확산체(5)는 9점 확산을 행하는 확산체이고, 제1 사선 주축 방향(Xa)에 대해 평행하게 0차 광, +1차 광 및 -1차 광이 발생하고, 또한 제2 사선 주축 방향(Xb)에 대해서 평행하게 0차 광, +1차 광 및 -1차 광이 발생하도록 입사광을 X자 형상으로 확산시킨다. 또, ±2차 이후의 차수의 산란광에 대해서는 발생하지 않도록 하거나 혹은 발생해도 무시할 수 있을 정도의 휘도로 되도록 한다.

이와 같은 확산체(5)를 투과한 광은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 하나의 화소 개구(10)에 대해 9개의 광 스폿(14)을 갖는 패턴으로 된다. 또, 도 6에서는 확산의 모양을 보다 알기 쉽게 도시하기 위해 같은 색의 화소에 대응하는 화소 개구(10)만을 실선으로 나타내고, 그 외의 화소 개구(10)에 대해서는 점선으로 나타내고 있다. 또한, 확산체(5)에 의한 확산 패턴은 2개의 화소 개구(10)를 투과한 광에 대해서만 나타내고 있다.

이 확산체(5)는, 도 6에 도시하는 바와 같이 ±1차 광이 인접하는 같은 색 화소와의 사이의 틈을 메우도록 각 화소 개구(10)로부터의 광을 확산시킨다. 이로써, 휘도의 불균등(unevenness)이 경감되고, 화소 사이의 틈이 두드러지지 않게 된다. 특히, 이 확산체(5)에서는, 입사광을 X자 모양으로 확산시키도록 하고 있기 때문에, 특히 사선 방향의 휘도 불균등을 효과적으로 두드러지지 않게 할 수 있다.

여기서, 확산체(5)로서는, 도 5의 (c)에 도시한 바와 같이 0차 광의 피크와, ±차 광의 피크, -0차 광의 피크가 거의 같게 되도록 광을 확산시키는 것이 바람직하다. 이로써, 확산되어 생긴 9개의 광 스폿(14) 중 특정한 스폿이 두드러지지 않게 되고, 균등한 화상을 표시하는 것이 가능하게 된다.

또, 여기서는 확산체(5)로서 ±2차 이후의 차수의 확산광에 대해서는 무시할 수 있는 9점 확산형을 이용했지만, ±2차 광이나 ±3차광 등과 같은 고차(高次)의 확산광을 발생시키는 확산체를 사용할 수도 있다. 다만, 고차의 확산광을 발생시킬 때에도 확산되는 범위는 인접하는 같은 색 화소와 겹치지 않는 범위에 있는 것이 바람직하다. 또한, 고차인 확산광이 발생하지 않도록 했을 때에도 각 차수의 확산광의 피크는 동일한 것이 바람직하다.

또한, 확산체(5)로서는, 표시 장치(4)에 의해 표시되는 화소를 관찰자가 관찰하는 결상면인 스크린(7)상에서, 도 7에 도시하는 바와 같이 각 화소의 확산 후의 휘도 분포가 동일한 복수의 피크를 갖고, 또 해당 복수의 피크의 반값폭의 합계, 인접하는 같은 색 화소 사이의 거리가 같게 되도록 각 화소를 확산시키도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 이와 같은 화상 표시 장치(1)를 설계할 때에는 표시 장치(4)에 표시되는 화소 그 자체뿐만 아니라, 스크린(7)상에서의 결상 이미지를 함께, 확산체(5)에 의한 확산 방향이나 확산수를 결정하는 것이 바람직하다. 그리고, 이와 같이 설계된 화상 표시 장치(1)에서는 실제로 결상되는 위치에 있어서 같은 색 화소 사이의 틈이 완전히 메워지기 때문에, 휘도 불균등이 상당히 경감되고, 화소 사이의 틈은 거의 두드러지지 않게 된다.

또, 도 7은 확산체(5)에 의한 확산의 모양을 도 5와 마찬가지로 나타낸 도면이다. 즉, 도 7의 (a)는 같은 색의 화소에 대응한 화소 개구(10)를 실선으로 나타내고, 그 외의 화소 개구(10)를 점선으로 나타낸 도면이며, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)에서 실선으로 나타낸 화소 개구(10)에 대응한 확산체(5)로 확산되기 전 화소의 휘도 분포를 나타낸 도면이고, 도 7의 (c)는 도 7의 (a)에서 실선으로 나타낸 화소 개구(10)에 대응한 확산체(5)로 확산된 후의 화소의 휘도 분포를 나타낸 도면이다.

이상과 같이 확산체(5)에 의해 각 화소마다 확산된 광은 도 1에 도시하는 바와 같이 투사 렌즈(6)로 입사한다. 그리고, 투사 렌즈(6)는 그들 광을 스크린(7)상에 결상시킨다. 즉, 이 화상 표시 장치(1)에서는 표시 장치(4)에 의해 표시된 화상이 해당 화상을 구성하는 각 화소마다 확산체(5)에 의해 확산된 상태에서, 투사 렌즈(6)에 의해 스크린(7)상에 투사되어 표시된다. 또, 이 화상 표시 장치(1)는 소위 업 프로젝터형의 화상 표시 장치이고, 스크린(7)을 투과한 광에 의해 표시된 화상이 관찰자에 의해 무시되게 된다.

또한, 이 스크린(7)에는 간단한 평면상의 스크린뿐만 아니라, 앤치큐라 스크린 등과 같은 주기성 스크린을 이용해도 된다. 이와 같은 주기성 스크린을 이용했을 때, 본 발명을 적용하고 있지 않으면 해당 스크린(7)의 주기성과, 표시 장치(4)에 표시되는 화소의 배열 주기와의 관계에 의해, 표시되는 화상에 무아레가 발생하기도 한다. 그러나, 본 발명을 적용한 화상 표시 장치(1)에서는, 확산체(5)에 의해 외견상의 화소수가 늘어나게 되기 때문에, 이와 같은 무아레는 거의 발생하지 않는다.

이상과 같은 화상 표시 장치(1)에서는 표시 장치(4)에 의해 표시된 각 화소를 확산체(5)에 의해 확산시키고 있기 때문에 화소 사이의 틈에 기인하는 그물눈 모양 패턴이나 화소 패턴에 기인하는 오톨도톨한 느낌이 두드러지지 않게 된다. 즉, 상기 화상 표시 장치(1)에서는 광학적인 처리에 의해 표시 화상의 해상도를 감소시키지 않고 그물눈 모양 패턴이나 오톨도톨한 느낌을 두드러지지 않게 할 수 있다.

또한, 보는 측의 렌즈 초점을 흐리게 함으로써, 화소 사이의 틈을 두드러지지 않게 하는 종래의 방법에서는 화소가 흐려지거나 색 오차가 발생하기 때문에, 선명한 화상을 얻을 수 없지만, 이 화상 표시 장치(1)는 화소가 흐리게 되거나 색 오차가 발생하지 않고, 선명한 화질을 유지한 채 화소 사이의 틈을 두드러지지 않게 할 수 있다.

또, 상기 화상 표시 장치(1)에서는, 확산체(5)에 의한 각 화소의 확산 방향을 제1 사선 주축 방향(Xa) 및 제2 사선 주축 방향(Xb)으로 했지만, 확산체(5)에 의한 각 화소의 확산 방향은 이에 국한되는 것은 아니다. 즉, 표시 장치(4)로부터의 화소를, 같은 색 화소 사이의 틈을 메우도록 복수 개로 확산시키는 것이면 확산 방향에 상관없이, 본 발명의 효과가 얻어진다. 따라서, 예를 들어 각 화소의 확산 방향을 서로 교차하는 2방향으로 하고, 각각의 방향이 화소 개구(10)의 종축의 배열 방향에 대해 ±45도의 방향일 수 있다. 이 경우에는, 확산체(5)에 형성된 회절 격자 피치 사이의 무아레 간섭을 저감할 수 있다. 또한, 각 화소의 확산 방향이, 예를 들어 화소 배열의 각 행이나 각 열에 대해 평행하게 되도록 해도 된다.

다만, 확산체(5)에 의한 확산은, 같은 화소 사이의 틈이 보다 효율 좋게 메워지도록 되어 있는 것이 바람직하다. 따라서, 각 화소 개구(10)가 도 2에 도시한 바와 같이 배치되어 있지 않으면, 상술과 같이 제1 사선 주축 방향(Xa) 및 제2 사선 주축 방향(Xb)으로 확산시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 화상 표시 장치(1)에서는 확산체(5)를 표시 장치(4)와 투사 렌즈(6) 사이에 배치했지만, 확산체(5)는 표시 장치(4)의 후단에 배치될 수 있고, 예를 들어 투사 렌즈(6)와 스크린(7) 사이에 배치될 수도 있다.

또, 상기 화상 표시 장치(1)에서는 광원(2)으로부터의 광을 3원색의 각 광으로 나눔과 동시에, 그들 광의 표시 장치(4)로의 입사각을 바꾸기 위해, 3장의 거울(3a, 3b, 3c)을 갖는 색선별 거울(3)을 이용했지만, 화상 표시 장치(1)는 색이 다른 각각의 광이 표시 장치(4)로 다른 입사각으로 입사하도록 구성될 수 있다. 따라서, 예를 들어 색선별 거울(3) 대신에 회절 격자를 사용할 수 있고, 또는 광원 자체에 3원색의 각 광을 출사하는 것을 사용할 수도 있다.

또한, 상기 화상 표시 장치(1)에서는 액정 패널(11)에 의해 각 화소 개구를 투과하는 광량을 제어하도록 했지만, 각 화소 개구마다 투과할 광량을 제어할 수 있도록 한 것이면 액정 패널 이외의 장치를 사용할 수 있다.

또한, 상기 화상 표시 장치(1)에서는 스크린(7)을 구성 요소의 하나로서 표시 장치(4)에 의해 표시되는 화소를 관찰자가 관찰하는 결상면이 해당 스크린 위로 되도록 했지만, 본 발명에 따른 화상 표시 장치는 이와 같은 스크린(7)을 구비하지 않아도 된다. 즉, 예를 들어 프로젝터와 같이 화상 표시 장치에서 떨어진 위치에 배치된 스크린상에 화상을 투영하는 것과 같은 화상 표시 장치에 대해서도 본 발명은 적용 가능하다. 혹은, 소위 헤드 마운트 디스플레이와 같이, 표시 장치에 의해 표시되는 화소를 감시자의 망막 상에 결상시키는 것과 같은 화상 표시 장치에도 본 발명은 적용 가능하다.

마지막으로, 참고로서 표시 장치에 의해 표시된 화소를 확산시켜 같은 색 화소 사이의 틈을 두드러지지 않게 했을 때 와이어 프레임 화상의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 또, 이 시뮬레이션에서는 화소 개구 전체가 광을 발하는 것으로 했다. 따라서, 화소 내에 휘도 분포가 있을 경우와는 약간 다르게 되어있다. 다만, 화소 내에 휘도 분포가 있을 경우에도 광의 분포 상태는 유사한 경향을 나타낸다.

시뮬레이션의 결과를 도 8에 도시한다. 여기서, 도 8의 (a)는 확산체에 의해 확산되기 전에 표시 장치상에서의 원화소 패턴의 일례를 나타내고 있고, 도 8의 (b)는 도 8의(a)에 도시한 원화소 패턴이 확산체에 의해 확산된 후의 화소 패턴을 나타내고 있다. 또, 도 8에 도시한 패턴에서는 사선 방향에서 에지 부분이 어떻게 되는 가도 알 수 있도록, V자형으로 광을 발하고 있지 않은 부분이 존재하도록 하고 있다.

여기서, 각 화소 개구의 횡방향의 폭(Lx)은 15.5㎛로 하고, 각 화소 개구의 종방향의 폭(Ly)은 21.4㎛로 했다. 또한, 각 화소 개구의 횡방향의 피치는 19.8㎛로 했다. 따라서, 같은 색 화소에 대응하는 화소 개구의 횡방향의 피치(PCx)는 19.8㎛×3=59.4㎛이다. 또한, 각 화소 개구의 종방향의 피치(Py)는 37.0㎛로 했다. 또한, 확산체에 의한 각 화소의 확산은 9점 확산으로 하고, 그 확산 방향은 서로 직교하는 2방향으로 하며, 화소 개구의 종횡의 배열 방향에 대해 ±45도의 방향으로 되도록 했다. 그리고, 0차 광 피크 위치와 ±1차 광의 피크 위치와의 틈은 각각 11.7㎛로 했다.

도 8의 (b)에서 알 수 있는 바와 같이, 확산체에 의해 화소를 확산시킴으로써, 인접하는 같은 색 화소 사이의 틈이 확산광에 의해 메워지고, 화소 사이의 틈이 거의 두드러지지 않게 되어있다. 게다가, 사선 방향의 에지 부분도 매우 평활하게(smoothly) 표시되도록 되어 있다. 또, 도 8에 도시한 와이어 프레임 화상은 화소 개구 전체가 광을 발하는 경우이기 때문에, 화소 내에 휘도 분포가 있을 경우와는 약간 다르게 되어 있다. 그러나, 화소 내에 휘도 분포가 있을 경우에도 광의 분포 상태는 유사한 경향을 나타내기 때문에 이와 같은 시뮬레이션은, 예를 들어 확산체의 기본적인 설계를 행하는 상태에서는 유용하다.

이상의 설명으로부터 명확해지는 바와 같이 본 발명에 따른 화상 표시 장치에서는, 표시 장치에 의해 표시된 각 화소를 확산시키도록 하고 있기 때문에, 각 화소 내에 휘도 분포를 갖고 있어도 화소 사이의 틈이 두드러지지 않고, 선명한 화상을 표시하는 것이 가능하다. 즉, 본 발명을 적용한 화상 표시 장치에서는 화소 사이의 틈이나 같은 색 화소 주기가 좀처럼 두드러지지 않게 되어, 화상의 세부까지 아름답게 표시할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 화소수를 증가시키지 않고 화질의 향상을 도모할 수 있다. 바꿔 말하면, 본 발명을 적용한 화상 표시 장치에서는 적은 화소수로 화소수가 많은 종래의 화상 표시 장치와 같은 레벨의 화질을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명을 적용한 화상 표시 장치의 일례를 나타내는 도면.

도 2는 액정 패널에 형성된 화소 개구의 패턴의 일례를 나타내는 도면.

도 3은 마이크로 어레이 렌즈와 액정 패널을 구비한 표시 장치에 대해서 3원색의 각 광이 다른 화소 개구에 집광되는 모양을 나타내는 단면도.

도 4는 도 3에 도시한 표시 장치에 대해서, 액정 패널에 형성된 화소 개구 패턴과, 마이크로 어레이 렌즈의 각 렌즈와의 위치 관계를 나타내는 평면도.

도 5는 확산체에 의한 확산의 형태를 나타내는 도면으로, 도 5의 (a)는 화소 개구의 형상을 모식적으로 나타내는 도면이고, 도 5의 (b)는 표시 장치상에서의 휘도 분포를 나타내는 도면이며, 도 5의 (c)는 확산체에 의해 확산된 후의 화소의 휘도 분포를 나타내는 도면.

도 6은 확산체에 의해 확산된 광의 광 스폿을 나타내는 도면.

도 7은 확산체에 의한 확산의 최적 상태를 나타내는 도면으로, 도 7의 (a)는 화소 개구의 형상을 모식적으로 나타내는 도면이고, 도 7의 (b)는 표시 장치상에서의 화소의 휘도 분포를 나타내는 도면이며, 도 7의 (c)는 확산체에 의해 확산된 후의 화소의 휘도 분포를 나타내는 도면.

도 8은 와이어 프레임 화상의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면으로, 도 8의 (a)는 확산체에 의해 확산을 행하기 전의 와이어 프레임 화상을 나타내는 도면이고, 도 8의 (b)는 확산체에 의한 확산을 행한 후의 와이어 프레임 화상을 나타내는 도면.

도 9는 종래의 화상 표시 장치의 일례를 나타내는 도면.

도 10은 도 9에 도시한 화상 표시 장치에 있어서, 액정 패널에 형성된 화소 개구와 실제로 표시되는 화소와의 관계를 나타내는 도면.

도 11은 액정 패널에 형성된 화소 개구의 패턴의 일례를 나타내는 도면.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 화상 표시 장치

2 : 광원

3 : 색선별 거울

4 : 표시 장치

5 : 확산체

6 : 투사 렌즈

7 : 스크린

11 : 액정 패널

12 : 마이크로 어레이 렌즈

Claims

각 화소 내에 휘도 분포를 갖는 복수의 화소를 표시하는 표시 장치; 및

상기 각 화소로부터 입사된 광을 적어도 두 방향으로 확산시켜 상기 휘도 분포가 각 화소마다 복수의 피크를 갖도록 하는 광학 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 표시 장치는, 각 화소에 대응하는 복수의 개구를 갖고, 상기 개구를 투과한 광에 의해 화소를 표시하도록 되어 있으며,

상기 개구의 형상과, 상기 표시 장치에 의해 표시되는 화소의 형상이 다른 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
제2항에 있어서, 상기 복수의 개구에 각 개구마다 정해진 소정 파장의 광을 조사하는 광원을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
제3항에 있어서, 소정 파장의 광이 각 개구에 입사하도록, 상기 광원으로부터의 광을 각 개구마다 집광하는 마이크로 어레이 렌즈를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 광학 소자는 같은 색 화소의 사선 배열 방향을 따르는 방향으로 각 화소를 확산시키는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 광학 소자는 서로 거의 직교하는 2방향으로 각 화소를 확산시키는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 광학 소자에 의해 확산된 광은 0차 광의 피크와 ± 1차 광의 피크가 거의 같은 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 표시 장치에 의해 표시되는 화소를 관찰자가 관찰하는 결상면상에서, 각 화소의 확산 후의 휘도 분포가 거의 같은 복수의 피크를 갖고, 또한 상기 복수의 피크의 반값폭의 합계와 인접하는 같은 색 화소 사이의 거리가 거의 같게 되도록, 상기 광학 소자는 각 화소를 확산시키는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.