KR100555614B1

KR100555614B1 - 픽셀어레이를구비한전기장치

Info

Publication number: KR100555614B1
Application number: KR1019980703346A
Authority: KR
Inventors: 존 알프레드 클라크
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 1996-09-07
Filing date: 1997-08-21
Publication date: 2006-07-27
Also published as: KR20000064344A; EP0865649B1; DE69708458T2; WO1998010402A1; JP2000501857A; US6014232A; CN1200828A; DE69708458D1; JP4101297B2; EP0865649A1; GB9618720D0; CN1133894C

Abstract

본 발명에 따른 픽셀 어레이를 구비한 전기장치는, 복수의 픽셀(11)로 이루어진 각각의 서브어레이를 갖는 복수의 패널(10, 20, 30)을 구비한다. 각각의 패널(10, 20, 30)은, 서브어레이의 1개 또는 그 이상의 픽셀로 이루어진 그룹과 관련될 수 있는 복수의 렌즈부재(42)로 이루어진 어레이(40)와 관련된다. 상기 복수의 렌즈부재(42)는 관련된 픽셀 그룹의 피치보다 큰 피치를 갖고 배치되어, 발산하는 상이 생성되므로, 영상 감지소자 또는 표시장치에 대한 복수의 패널의 타일식 접합을 가능하게 한다.

Description

픽셀 어레이를 구비한 전기장치

본 발명은, 예를 들어 액정표시장치 또는 광학 영상 감지소자 등과 같은 복수의 픽셀로 이루어진 어레이를 구비한 전기장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 복수의 서브어레이로 분할된 픽셀 어레이를 구비한 장치에 관한 것이다.

대면적 어레이를 제조할 수 있도록 하기 위해, 서로 인접하여 배치된 다수의 픽셀로 이루어진 복수의 서브어레이로부터 장치를 제조하여 크기가 큰 복합체 어레이를 형성하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 영상 감지소자와 표시 장치 모두에 대해, 복수의 서브어레이 사이의 접합부를 감추는 것이 바람직하다는 점과 관련된 이미 알려진 문제점이 발생한다. 일반적으로, 이것은 2가지 방법 중 한가지에 의해 달성할 수 있다. 한가지 가능한 방법은, 접합부 양단에 균일한 픽셀 피치를 유지하면서 서로 인접한 복수의 서브어레이를 사용하는 것이다. 명백하게, 이러한 방법은 장치의 해상도를 증가시키기 위해서는, 특히 픽셀 치수를 최소한의 크기로 줄이려고 할 때 매우 정밀한 서브어레이의 가공을 필요로 한다. 또한, 접촉하는 모서리를 따라 주변 회로에 대해 전기 접점을 만들 수가 없으므로, 사용가능한 서브어레이의 개수가 제한을 받는다. 또 다른 가능한 방법은, 복수의 서브어레이가 서로 이격 배치될 수 있도록 하는 광학계를 사용하는 것이다. 본 발명은 더 넓은 어레이를 제조할 수 있도록 하기 위해 복수의 서브어레이를 타일식으로 연결하는 문제에 대한 광학적 해결책에 대한 것이다.

이와 같은 복수의 서브어레이의 타일식 접합을 가능하게 하기 위해 광학계를 이용하는 것에 대한 밑바탕이 되는 기본 원리는, 광학계에 의해 형성된 복수의 서브어레이의 상(image)이 균일한 상을 이루면서 복수의 서브어레이 사이의 접합부가 제거될 수 있도록, 광학계가 각 서브어레이의 광학적 확대를 제공해야 한다는 것이다. 즉, 표시장치의 경우에는 복수의 서브어레이의 확대된 화면이 관측되고, 영상 감지소자의 경우에는 감지된 영상이 복수의 서브어레이에 의해 감지되기 위해 크기가 더 작은 복수의 부분으로 분할된다.

이와 같은 광학적 확대에 대한 기본 개념은, 도 1에 개략적으로 도시된 것 같이 갈릴레오식 망원경에서 사용된 장치의 사용을 제안한다. 3개의 서브어레이를 도면부호 10, 20 및 30으로 나타내었는데, 이들 각각은 관련된 발산렌즈(11, 21, 31)와 관련된 시준렌즈(12, 22, 32)를 구비한다. 이와 같은 장치는 확대기능을 제공하면서 시준렌즈의 출력에 평행한 비임을 유지할 수 있다. 그러나, 관측영역 VA에서 보이는 상은 각 서브어레이(10, 20, 30)의 확대된 허상이다. 표시장치의 경우에는, 서로 다른 각도에서 볼 때 경계면에서 상이 일부 손실될 수 있고, 이들 상이 허상으로 렌즈 개구에 의해 일부가 가려질 수 있기 때문에, 시야갹의 범위가 제한될 수 있다는 문제점이 있다. 영상 감지소자의 경우에는, 상이 광학계의 실제 광학초점에서 형성되어야 하므로, 도 1에 도시된 장치는 가상 상평면에 문서의 상을 형성하기 위해 보조 광학계가 설치되어야만 동작할 수 있게 된다.

미국특허 제 4,321,628호에는, 복수의 감광소자로 이루어진 선형 어레이가 이격 배치된 복수의 서브어레이로 분할된 영상 주사시스템에 대해 개시되어 있다. 이때, 각각의 서브어레이는, 주사되는 문서가 배치되는 플래턴(platen) 위에 서브어레이의 도립되지 않은(non-inverted) 상을 효율적으로 집속시키기 위한 한쌍의 시준렌즈와 관련되어 있다. 그러나, 상기 미국특허 제 4,321,628호에 개시된 센서장치는, 플래턴에 전체 서브어레이 각각의 초점화된 상을 형성하기에 충분한 배율을 갖는 시준렌즈를 필요로 하여, 어레이와 감지될 문서 사이에 상당한 거리를 유지해야 한다. 물론, 이러한 치수 제약은 디스플레이 패널의 전체 깊이가 가능한한 작게 유지되어야 하는 표시장치의 경우에도 마찬가지로 중요한 문제이다.

본 발명에 따르면, 복수의 픽셀로 이루어진 어레이를 구비하며 복수의 전기 패널(electrical panel)을 갖되, 각각의 패널은 복수의 픽셀로 이루어진 각각의 서브어레이를 형성하고, 복수의 렌즈부재로 이루어진 어레이는 각각의 패널과 관련되고, 각각의 렌즈부재는 서브어레이 중 1개 또는 그 이상의 픽셀로 이루어진 그룹과 관련되고, 상기 렌즈부재는 관련된 픽셀 그룹의 피치보다 큰 피치를 가지면서 배치된 것을 특징으로 하는 전기장치가 제공된다.

본 발명에 따르면, 렌즈 어레이는 복수의 픽셀로 이루어진 각각의 서브어레이 위에 설치되어, (더 큰 피치에 의해) 렌즈 어레이는 서브어레이의 면적보다 더 큰 면적을 포괄한다. 상기 렌즈 어레이의 대략적인 외형은 패널 형태와 비슷한데, 예를 들면 정사각형의 렌즈 어레이가 정사각형의 패널 위에 배치되거나, 직사각형의 렌즈 어레이가 직사각형의 패널 위에 배치된다.

바람직하게는, 상기 렌즈부재는 마이크로렌즈 부재를 구비한다. 예를 들어, 한 개의 마이크로 렌즈가 각각의 픽셀과 관련될 수 있으며, 이 경우에 마이크로 렌즈의 피치는 픽셀의 피치보다 크다. 또한, 한 개의 마이크로 렌즈가 픽셀 그룹, 예를 들면 n×n 픽셀로 이루어진 정사각형과 관련될 수 있다. 위에서 언급되고 이하의 설명 및 청구범위에서 언급되는 " 관련된 픽셀 그룹의 피치" 는 개별적인 픽셀 피치의 n배를 나타내도록 의도된 것으로, 이때 픽셀 그룹은 n개의 픽셀의 치수를 갖는다. 위에서는 정사각형으로 설명하였지만, 픽셀 그룹은 직사각형, 육각형 또는 기타 형상을 가질 수 있다. n개의 픽셀의 치수를 언급할 때 n의 값은 정수일 필요는 없다.

렌즈부재의 더 큰 피치는 마이크로 렌즈 어레이가 복수의 픽셀로 이루어진 서브 어레이로부터 발산하는 상을 받도록 한다(또는 복수의 픽셀로 이루어진 서브 어레이로 시준하는 상을 형성하도록 한다). 이것은 상기 서브어레이보다 크기가 더 큰 서브어레이의 초점화된 실상을 생성함으로써, 타일식 접합을 가능하게 하여 대면적의 상 형성 또는 표시장치를 제조할 수 있게 한다.

각각의 패널은 서브어레이의 모든 픽셀과 관련된 시준하는 시야렌즈(field lens)를 구비하고, 인접한 패널의 복수의 시야렌즈는 거의 서로 인접 배치되며 각각의 패널과 동일한 대략적인 형상을 갖는데, 예를 들어 정사각형의 시야렌즈는 정사각형의 패널과 연관된다. 이것은, 서브어레이의 각 픽셀에 입사되거나 각 픽셀에 의해 방출된 광 비임이 장치의 활성영역에서 서브어레이의 표면에 대해 거의 수직으로 진행할 수 있도록 한다. 본 명세서에 있어서, 상기 활성영역은 표시장치의 관측영역 또는 영상 감지소자에 대해서는 상 형성될 문서가 놓이는 영역으로 정의된다.

상기 마이크로 렌즈 어레이와 각각의 시야렌즈는, 복수의 렌즈부재로 이루어진 어레이를 시야렌즈의 표면에 설치함으로써 일체로 결합할 수 있다.

발산렌즈는 각각의 패널과 렌즈 어레이 사이에 각 패널에 인접하여 설치되어, 서브어레이의 모든 픽셀과 관련되도록 할 수 있다. 이것은, 빛이 각 픽셀에 거의 수직으로 또는 동일한 각도로 각 픽셀에 입사되거나 그것으로부터 방출되도록 한다. 이는 표시장치의 경우에 더 우수한 콘트라스트를 제공하며, 영상 감지소자의 경우에는 향상된 수광 기능을 제공한다.

비도립상 렌즈(non-inverting lens) 장치는 패널 각각과 관련될 수 있으며, 상기 비도립상 렌즈장치는 렌즈 어레이와 적어도 1개의 추가적인 렌즈 어레이를 구비하고, 상기 렌즈 어레이와 적어도 1개의 추가적인 렌즈 어레이의 렌즈부재는 서로 다른 피치로 배치되며, 그 각각은 관련된 픽셀 그룹의 피치보다 큰 피치를 갖는다. 이와 같은 비도립상 렌즈 장치의 사용에 의해, 패널과 렌즈 장치의 정렬을 단순화할 수 있다.

전술한 것 같이, 본 발명의 전기장치는 표시장치 또는 영상 감지소자를 구비할 수 있다. 어느 경우에나, 바람직하게는, 각각의 렌즈 부재는 복수의 픽셀과 관련된다. 각각의 패널은, 패널의 각 픽셀에 입사되거나 각 픽셀에 의해 방출된 빛이 장치의 활성영역에서 거의 텔레센트릭(telecentric)하게 되도록 배치된 복수의 렌즈부재로 이루어진 추가적인 어레이를 구비한다. 이러한 구성은, 각 픽셀과 관련된 광 비임이 장치의 활성영역에서 서브어레이의 평면에 수직하게 투사할 수 있도록 한다.

상기 렌즈 어레이의 렌즈부재는, 복수의 렌즈부재가 서로 접하도록 그것의 피치와 거의 일치하는 직경을 가질 수 있다. 이러한 구성은 큰 시계가 요구되는 표시장치에 있어서 바람직하다. 또한, 시계를 증가시키기 위해 난반사 표면이 포함될 수도 있다.

그러나, 영상 감지소자의 경우에는, 렌즈부재의 직경이 렌즈부재의 피치보다 작게 형성되면서 복수의 렌즈부재 사이에 있는 공간의 적어도 일부가 불투명 재질로 충전되도록 할 수 있다. 따라서, 각 렌즈부재의 개방된 개구가 줄어들어, 이러한 구성은, 예들 들어 문서의 스캐닝 응용분야에서와 같이 영상 감지소자에 대한 초점심도를 향상시킨다는 이점을 갖는다.

더구나, 각 픽셀과 이 각각의 픽셀과 관련된 영역 이외의 활성영역 사이에 빛의 통과를 차단하는 수단이 설치될 수 있다. 이러한 구성은 포착된 상 내부에 고스트 이미지(ghost image)가 발생하는 것을 방지하여, 표시된 상의 품질을 향상시킨다. 상기 수단은 불투명 재료로 이루어진 차단부재 및/또는 개구 어레이를 구비할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 다음의 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 복수의 서브어레이에 적용된 광학 확대기능을 제공하기 위한 종래의 망원경 장치를 나타낸 것이고,

도 2는 본 발명에 따른 전기장치의 패널과 관련된 광학장치를 나타낸 것이며,

도 3은 도 2에 도시된 3개의 패널을 구비한 본 발명에 따른 장치의 개략도이고,

도 4 내지 도 14는 각 패널과 관련된 광학장치에 대한 다양한 변형예를 나타낸 것이다.

도 2는 복수의 픽셀로 이루어진 서브어레이를 구비하고 활성영역(13)에 서브어레이를 광학적으로 확대하는 1개의 패널(10)이 결합된 광학장치를 나타낸 것이다. 이와 같은 확대는 물론 반대 방향으로 진행하는 빛에 대해서는 축소인 것으로 동등하게 고려될 수 있다. 그 결과, 본 발명은 타일식으로 접합된 표시장치와 마찬가지로 타일식으로 접합된 영상 감지장치에도 동일하게 적용될 수 있다. 이하의 설명에 있어서, 본 발명의 이들 2가지 응용분야 중 한가지만을 언급하면서 특정한 특징부에 대한 이점을 설명한다. 특별한 고려사항이 적용되지 않는 한, 이들 이점은 일반적으로 영상과 표시장치의 응용분야 모두에 동일하게 적용가능하다.

타일식 접합을 위해, 이격된 복수의 패널로부터 연속적인 실상이 형성될 수 있도록 복수의 디스플레이 패널의 확대된 상을 형성하는데 전술한 확대기능이 사용될 수 있다. 한편, 상기 활성영역(13)에 있는 완전한 연속 상의 일부를 광학계에 의해 축소시켜, 서로 다른 이격된 영상 감지 패널에 의해 이들 부분이 감지되도록 할 수 있다.

개괄적으로, 본 발명은 각 패널(10)의 복수의 픽셀로 이루어진 서브어레이와 관련되고 개별적인 복수의 렌즈부재(42)로 이루어진 어레이를 구비한 렌즈 어레이(40)를 제공한다. 상기 렌즈부재는 성형된 복수의 마이크로렌즈를 구비할 수 있다. 그러나, 예들 들어 (서로 다른 굴절률을 갖는 매질 사이의 경계면의 형태에 의존하는 것 대신에, 렌즈부재 내부의 비균일한 굴절률에 의존하는) 굴절률 분포형 렌즈(graded-index lens)와 같은 다른 형태의 소규모 시준렌즈 부재가 사용될 수도 있다. 이러한 가능한 방법은 본 발명이 속한 기술분야의 당업자에게 있어서 자명할 것이다.

도 2에 도시된 실시예에 있어서, 각각의 마이크로 렌즈(42)는 서브어레이의 개별적인 픽셀(11)과 관련된 것으로 생각될 수 있다. 마이크로렌즈(42)의 피치는 픽셀(11)의 피치보다 약간 크므로, 마이크로렌즈 어레이(40)는 서브렌즈 어어레이의 면적보다 더 큰 면적을 점유한다. 서브어레이로부터의 마이크로레이(40)의 간격과 활성영역으로부터의 간격은, 각 픽셀의 상이 광학계에 의해 표시장치의 표면에 형성되거나 상 형성하려는 문서가 놓인 표면에 형성되도록, 각 마이크로렌즈 부재(42)의 초점거리에 따라 선정된다. 이때, 마이크로렌즈에 의한 각 픽셀의 국부적인 확대가 마이크로렌즈의 피치에 의한 전체 서브어레이의 전체적인 확대와 일치하도록 하는 것이 바람직하다. 서브어레이의 상에 대해 필요한 초점화 및 확대를 제공하여 표시장치 또는 영상 감지소자 서브어레이의 타일식 접합을 가능하게 하기 위해서는, 단일의 마이크로렌즈 어레이(40)로 충분하다.

마이크로렌즈(42)에 의해 생성된 필요한 국부적 확대에 영향을 미치는 추가 인자는 픽셀의 " 개방 면적" 이다. 픽셀(11)의 감광 부분이 그 픽셀과 관련된 패널(10) 면적에 비해 비교적 작은 면적을 점유하면, 표시장치의 출력이 연속적이 되거나 영상 감지소자가 감지된 전체 상을 나타내는 신호를 받을 수 있도록, 마이크로렌즈(42)의 배율을 증가시키는 것이 바람직하다.

이러한 마이크로렌즈 어레이는 이미 공지되어 있으며, 본 발명에서 사용되는 마이크로렌즈 어레이는 공지된 기술로 형성될 수 있다. 채택되는 정밀 기술은 채택된 마이크로렌즈 부재의 크기에 의존한다.

한 개의 마이크로 렌즈가 각각의 픽셀과 관련되는 경우에는, 매우 작은 마이크로렌즈가 필요하다. 이러한 경우에, 개질 열가소성 수지를 사용하여 50㎛ 정도의 작은 직경을 갖는 성형 렌즈부재를 형성하는 것이 이미 알려져 있다. 이를 위해, 상기 어레이(40)의 기판(보통 유리를 사용한다)은 열가소성 수지층으로 피복되며, 이 열가소성 수지층은 스핀 코팅법을 사용하여 도포될 수 있다. 후속되는 상기 열가소성 수지의 패턴화는 포토리소그래피를 사용하여 수행될 수 있다. 이에 따라, 원하는 위치에 각각의 마이크로렌즈(42)에 그 각각이 대응하는 개별 부분을 갖는 열가소성 수지층이 형성된다. 그후, 소정온도에서의 수지층의 열적 리플로(reflow) 공정에 의해 상기 열가소성 수지가 볼록렌즈 형태로 재형성된다.

성형 렌즈, 굴절률 분포형 렌즈 또는 회전렌즈에 관계없이 마이크로렌즈 어레이를 제조하는 다양한 방법에 대해서는, 1991년 7월호 Physics World의 "Microlens Arrays" 27∼32 페이지에 기재되어 있다. 본 발명이 속한 기술분야의 당업자에게 있어서 마이크로렌즈 어레이를 형성하는 방법은 잘 알려져 있는 기술이다.

한편, 픽셀 그룹이 각 마이크로렌즈와 관련되는 경우에는, 제조비용을 줄이기 위해 각 마이크로렌즈의 크기를 증가시킬 수 있다. 이 경우에, 성형된 마이크로렌즈는 공지된 몰드 기술에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 금속판에 다수의 홈을 형성함으로써 몰드를 제조할 수 있으며, 이 몰드는 유리 기판 또는 플라스틱 시이트 위에 다수의 플라스틱 렌즈를 만드는데 사용될 수 있다.

도 2로부터 알 수 있듯이, 패널(10)의 복수의 픽셀(11)로 이루어진 서브어레이보다 큰 면적을 포괄하는 마이크로렌즈 어레이(40)가 갖는 효과는 서브어레이로부터의 신호를 발산하는 것이다. 이때, 복수의 발산 비임을 거의 수직 방향으로 편향시키는 것이 바람직하며, 이것은 복수의 마이크로렌즈(42)로부터의 비임[또는 최소한 마이크로렌즈(42)의 광축 상의 비임]을 거의 수직한 평행 비임으로 편향시키는데 적합한 편향력을 갖는 시준렌즈인 시야렌즈(44)를 사용하여 달성될 수 있다.

이러한 시야렌즈 (및 패널의 크기에 상응하는 크기를 갖는 후술하는 기타 렌즈)는 플라스틱 렌즈의 경우에는 공지된 몰딩기술을 사용하여 형성될 수 있으며, 유리 렌즈의 경우에는 공지된 연삭 및 연마 조작에 의해 형성될 수 있다. 상기 시야렌즈는 서로 인접 배치되어 연속적인 표시 화면 또는 상 형성 표면을 형성한다.

표시장치의 경우에 있어서는, 예를 들어 액정표시장치와 같이, 특정한 방향에서 디스플레이를 관측할 때 때때로 상에 대한 더 큰 콘트라스트가 얻어진다. 따라서, 복수의 픽셀(11)로 이루어진 서브어레이에 대해 수직하게, 또는 서브어레이를 통해 소정의 각도로 방출된 복수의 픽셀로부터의 빛을 관측하도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 마이크로렌즈(42)를 향하는 빛이 서브어레이에서 수직으로 또는 소정의 각도로 방출된 복수의 편향된 비임이 되도록, 서브어레이에 인접하게 시준렌즈(46)를 도입하는 것이 바람직하다. 상기 패널의 중심선에서 벗어나도록 상기 렌즈(46)의 광축을 이동시키는 것에 의해 상기 소정 각도를 변경할 수 있다. 마찬가지로, 수직으로 영상 감지 픽셀에 입사하는 빛이 픽셀의 감광 표면에 도달하기 전에 흡수 또는 반사에 의해 감쇠되는 경향이 더 줄어든다.

개별적인 마이크로렌즈 설계에 영향을 미치는 또 다른 중요한 설계 파라미터는, 활성영역(13) 내에서의 원하는 빛의 확산이다. 일정한 직경의 마이크로렌즈에 대해서, 마이크로렌즈의 초점거리가 짧으면 짧을수록, 표시장치 또는 영상 감지 모듈이 더 얇아지는데, 물론 이것이 바람직하다. 그러나, 더 짧은 초점거리는 확산 각, 즉 도 2에 도시된 α 를 증가시킨다.

표시장치의 경우에 있어서, 더 높은 α 값은 시야각의 범위를 증가시킨다. 상기 α 값은 렌즈 44의 일면을 확산체로 형성함으로써 더욱 증가될 수 있다. 그러나, 영상 감지소자의 경우에는, 초점심도가 향상되도록 α 값을 줄이는 것이 바람직하다.

영상 감지소자에 대한 초점심도를 향상시키는 한가지 방법은, 예를 들어 불투명 재료에 의해 둘러싸인 더 작은 마이크로렌즈(42)를 갖도록 함으로써, 각 마이크로렌즈(42)의 개방 면적을 줄이는 것이다. 이것을 후술하는 실시예에 나타내었다.

도 3은, 서브 시스템들이 서로 이격되고 광학계가 연속적인 상을 형성하는, 나란하게 배치된 도 2에 도시된 3개의 서브어레이를 나타낸 것이다. 이러한 구성은, 영상 감지소자의 복수의 작은 서브어레이를 사용하여 대면적을 갖는 상 형성을 가능하게 하거나, 복수의 작은 디스플레이 패널을 사용하여 상의 타일식 접합을 가능하게 하여 연속적인 대형의 상을 형성할 수 있도록 한다.

도 3에 도시된 타일식으로 접합된 시스템이 표시장치로 사용되면, 시야렌즈(44)의 표면에 타일식으로 연결된 실상이 형성된다. 이러한 구성은 경계부에서의 손실없이 표시장치에 대한 시야각의 영역을 향상시킨다. 복수의 서브어레이의 접합부에 위치하는 상의 품질을 증진시키기 위해, 경계 픽셀에 의해 표시되는 정보는 도 3에 도시된 것 같이 중첩된다. 이때, 균일한 밝기를 얻기 위하여, 각 서브어레이의 경계부에 대한 신호는 강도를 변형하여 표시하는 것이 필요하다.

도 2에 도시된 서브어레이와 관련된 광학계가 갖는 한가지 문제점은, 표시장치 또는 영상 감지소자의 각 픽셀에 대해 한 개의 마이크로렌즈가 필요하다는 점이다. 예를 들어, 고해상도의 영상 감지가 필요한 경우에는, 매우 작은 치수를 갖는 복수의 마이크로렌즈가 필요하게 되는데, 이것은 전술한 것 같이 제조하기가 곤란하다는 문제점을 갖는다. 이것을 해결하는 한가지 가능한 방법은, 각각의 마이크로렌즈(42)에 대해 서브어레이의 1개보다 많은 픽셀을 관련시키는 것이다. 예를 들면, 마이크로렌즈(42) 각각은 정사각형의 픽셀 그룹, 예를 들어 도 4에 도시된 3×3 픽셀 11₁, 11₂, 11₃, …과 관련시킬 수 있다. 이러한 구성은 마이크로렌즈 어레이(40) 내부에 필요한 마이크로렌즈의 개수를 줄이긴 하지만, 일부 신호처리를 필요로 하는 행 및 열의 번호부여 방식을 국부적으로 역전시킨다. 이것을 도 4에 화살표 부호를 사용하여 표시하였다. 간략을 기하기 위해, 각 픽셀 그룹을 3×3 픽셀로 나타내었다. 물론, 각 픽셀 그룹은 각 렌즈부재의 크기를 증가시킬 수 있도록 하기 위해 더욱 더 많은 수의 픽셀을 포함할 수 있다.

또한, 도 4에는 서브어레이(10)에 인접한 보조 마이크로렌즈 어레이(48)가 도시되어 있다. 각각의 마이크로렌즈(42)가 1개보다 많은 픽셀과 관련되는 경우에는, 각 픽셀로 향하는 빛 또는 각 픽셀로부터 나온 빛은 서로 다른 각도로 각 픽셀에 입사되거나 각 픽셀을 벗어난다. 이러한 구성은, 각각의 마이크로렌즈와 관련된 서로 다른 디스플레이 패널에 의해 생성된 신호에 대해 서로 다른 콘트라스트를 부여하거나, 각각의 마이크로렌즈와 관련된 서로 다른 영상 감지소자의 픽셀에 대해 서로 다른 수광 효율을 제공한다. 제 2 마이크로렌즈 어레이(48)는 서브어레이의 픽셀 그룹보다 더 큰 피치를 갖는 렌즈부재(49)를 구비하여, 빛이 거의 동일한 범위의 방향으로부터 각 픽셀에 입사되거나 각 픽셀을 벗어나도록 한다. 이것을 도 5에 개략적으로 나타내었다.

도 5A에 도시된 것 같이, 픽셀 11₃은 빛을 거의 수직하게 받거나 방출하는 반면에, 픽셀 11₁은 수직선에 대해 상당한 각도를 이루면서 빛을 받거나 방출한다. 그러나, 도 5B에 도시된 보조 마이크로렌즈(48)는 그룹 내의 각 픽셀에 대해 거의 동일한 입사/이탈각을 형성한다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 마이크로렌즈 어레이(48)는 도 2에 도시된 발산 시야렌즈(46)와 결합될 수 있다. 이것은, 도 5C에 도시된 것 같이, 각 픽셀에 의해 평행 비임이 입사되거나 방출되도록 하며, 픽셀(11)의 서브어레이에 대해 수직으로 중심에 위치하도록 한다.

도 6은, 시야렌즈(44)와 마이크로렌즈 어레이(40)가 패널(10)에 대해 정반대의 순서로 놓인, 도 2에 장치에 대한 또 다른 변형예를 나타낸 것이다. 이중에서 바람직한 배치는 제조의 용이성에 의존한다. 도 6에 있어서, 복수의 마이크로렌즈는 도 2 내지 도 4에 도시된 것과 반대의 배향을 갖고 배치되어, 도 4에 도시된 시야렌즈(44)의 평탄면이 문서 상 형성 표면으로 사용되는 것과 동일한 방식으로, 마이크로렌즈 어레이의 평탄 기판이 문서 상 형성 플래턴을 제공한다.

또한, 도 7 및 도 8에 도시된 것 같이 시야렌즈(44)와 마이크로렌즈 어레이(40)는, 시야렌즈(44)의 평탄면이 마이크로렌즈 어레이(40)에 대한 기판으로서 또는 마이크로렌즈 어레이 모듈이 부착될 수 있는 표면으로서 작용하면서, 단일 유니트로 결합될 수 있다.

만일, 문서 상 형성 플래턴을 제공하기 위해 평탄한 외면이 필요한 경우에는, 도 9에 도시된 것 같이 복수의 마이크로렌즈가 시야렌즈(44)의 곡면에 결합될 수 있다. 이때, 상기 시야렌즈는, 상 형성될 문서에 대해 위치설정 표면으로서의 기능을 수행하는 비교적 두꺼운 윈도우(45) 상에 지지될 수 있다. 이러한 구성은, 도 9에 도시된 것 같이, 상 형성될 문서가 초점심도(64) 내에 배치되도록 한다.

문서의 어떤 부분이 변형되더라도(접히더라도), 문서 표면의 모든 부분을 효율적인 초점화가 발생하는 범위 내에, 즉 초점심도 내부에 존재하도록 하는 것이 바람직하기 때문에, 상기한 초점심도는 문서 스캐닝과 관련된 응용분야에 대해서 매우 중요한 고려사항이다. 도 2에 도시된 것 같이, 비임의 확산각 α 를 감소시킴으로써 향상된 초점심도가 얻어질 수 있다.

도 10은, 마이크로렌즈 어레이 40이 서로 이격된 복수의 마이크로렌즈(62)를 구비하고 그 사이의 간격이 불투명 재료로 충전된 마이크로렌즈 어레이 60으로 교체된 것을 제외하고는 도 2에 도시된 것과 동일한 광학 장치를 나타낸 것이다. 이러한 구성은 각 마이크로렌즈(62)의 개방 면적을 줄여, 영상 감지 응용분야에 대해 바람직한 초점심도를 증가 효과를 나타낸다. 영상 감지소자에 대해서, 한 개의 픽셀에 의해 수광된 빛이 감지되는 상의 원하는 부분으로부터 유일하게 수신된다면, 상의 초점이 맞추어질 것이다. 상기 초점심도는 이러한 관계가 성립되는 범위로서, 도 9 및 도 10에 도시된 범위 64로 대략적으로 표시된다. 도 10에 있어서도, 마이크로렌즈(62) 각각이, 도 4를 참조하여 전술한 것과 동일한 방식으로, 서브어레이(10)의 픽셀 그룹과 관련된 것으로 도시되어 있다.

전술한 실시예에 있어서, 시야렌즈(44)는 빛을 편향시켜 초점심도(64) 내에서 거의 평행한 비임을 형성하는 역할을 한다. 그러나, 픽셀 그룹이 렌즈부재 각각과 관련된 경우에는, 비임이 모든 픽셀에 대해 활성영역에서 평행하게 되지 않는다. 예를 들면, 한 개의 렌즈부재와 관련된 중심 픽셀은 초점심도 내에서 수직 비임에 대응하지만, 그 이외의 픽셀과 관련된 비임은 중앙의 수직 비임으로부터 발산한다.

도 11은 초점심도(64) 내에서 모든 픽셀과 관련된 비임이 텔레센트릭하게 유지되도록 하는 또 다른 변형예를 나타낸 것이다. 이것은 영상 감지 응용분야에 대해 특히 중요하다. 초점심도(64) 내부에 텔레센트릭한 비임을 제공하는 것은, 오류 신호가 상 품질을 열화시키기 이전에 더 큰 초점심도가 얻어질 수 있도록 한다. 이를 위해 보조 마이크로렌즈 어레이(66)가 사용되며, 이것은 도 11에 도시된 것 같이 시야렌즈(44)와 결합될 수 있다. 이 경우에, 렌즈 어레이(66)의 복수의 렌즈부재(68)의 피치는 상 형성될 문서의 상 부분 각각의 피치와 일치한다. 물론, 상기 렌즈 어레이(66)와 시야렌즈(44)는 반대 순서로 배치될 수 있다.

이러한 보조 마이크로렌즈 어레이(66)의 기능은 제 1 마이크로렌즈 어레이(60)의 기능과 결합될 수 있다. 이러한 경우에, 도 12에 도시된 것 같이, 상기 제 1 마이크로렌즈 어레이(60)가 복수의 개구를 갖는 어레이(68)로 교체되는 경우에는, 마이크로렌즈 어레이(66)의 초점거리에 대한 적절한 선택에 의해 시스템을 활성영역에서 텔레센트릭하게 유지할 수 있다. 비록, 복수의 마이크로렌즈(66)가 서로 인접 배치되지만, α 값은 어레이(68)의 개구만큼 줄어든다.

물론, 도 4에 도시된 마이크로렌즈 어레이 48과 동일한 기능을 갖는 마이크로렌즈 어레이를 사용하여, 도 10에 도시된 장치를 각 픽셀에 평행한 수직 광이 입사되도록 변형할 수도 있다. 이것에 의해 도 13도에 도시된 장치가 구성된다. 상기 장치는 또한 도 2에 도시된 것과 같은 발산 시야렌즈(46)와 결합될 수 있다.

전술한 것 같이, 각각의 마이크로렌즈와 관련된 픽셀 그룹을 갖는 영상 감지소자에 대해서, 마이크로렌즈가 국부적인 상의 도립을 일으킬 수 있으므로, 신호처리가 필요하게 된다. 이에 따라, 각 렌즈부재와 어떤 개별적인 픽셀이 관련되는지를 정확히 알아야 할 필요가 있다. 이것은 한 개의 픽셀의 치수 정밀도 범위 내에 렌즈 어레이를 정확히 위치시키는 것을 요구한다. 마찬가지로, 표시장치의 경우에, 각각의 픽셀에 의해 방출된 신호가 연속적인 결합 상이 되도록 신호처리될 필요가 있으며, 이 또한 서브어레이의 복수의 픽셀에 대한 각각의 마이크로렌즈의 정확한 위치를 알아야 할 필요가 있다. 이러한 제약은 더 큰 마이크로렌즈 부재를 제조할 수 있다는 이점을 경감시킨다. 이와 같은 문제에 대한 해결책은, 픽셀 그룹의 비도립 상을 형성하는 복수의 마이크로렌즈 어레이를 갖는 장치를 사용하는 것이다.

도 14는 전술한 실시예의 마이크로렌즈 어레이(40)를 비도립상 광학장치(50)로 교체한 장치를 나타낸 것이다.

도 14에 있어서, 3개의 렌즈 어레이(51, 52, 53)는 함께 기록된 원본의 비도립 상을 형성한다. 각 어레이의 복수의 렌즈부재는 다른 어레이의 복수의 렌즈 어레이와 관련되고, 이들 관련된 렌즈부재와 발산하는 광축 상에 정렬된다. 이에 따라, 각 어레이 내부의 복수의 마이크로렌즈는 관련된 복수의 픽셀의 피치보다 큰 피치를 갖고 배치되며, 3개의 어레이(51, 52, 53) 각각은 서로 다른 렌즈 피치를 갖는다. 어레이 53의 렌즈부재의 피치는 어레이 52에 대한 피치보다 크며, 이 어레이 52에 대한 피치는 렌즈 어레이 51에 대한 피치보다 크다.

복수의 렌즈부재로 이루어진 렌즈 어레이 51은 렌즈 어레이 52에 근접하게 대응하는 픽셀 그룹의 도립 상을 형성한다. 또한, 어레이 53의 복수의 렌즈부재는 상기 렌즈 어레이 52에 위치한 상을 재역전시켜, 활성영역에 비도립 상을 형성한다. 상기 제 2 렌즈 어레이(52)의 복수의 렌즈부재를 설치한 목적은 빛의 확산을 방지하기 위한 것이다. 이 렌즈 어레이 52를 생략하면, 어레이 51의 복수의 렌즈부재에서 발생한 빛이 어레이 53의 몇 개의 렌즈부재에만 도달하게 된다. 중첩 상을 방지하기 위해, 렌즈 52 근처에 위치한 도립 상의 치수는 어레이 52의 렌즈 피치보다 작아야 한다.

도면에는, 상기 렌즈 어레이(51, 52, 53)가 별개의 기판 상에 위치한 것으로 도시되어 있다. 그러나, 상기 어레이 51 및 52는 적당한 두께를 갖는 단일 기판의 반대측에 형성될 수 있다는 것은 자명하다. 또한, 어레이 52를 역전시킴으로써, 어레이 52와 53을 단일 기판 상에 형성할 수도 있다.

또 다른 대안은, 렌즈 어레이 52의 기능을 2개의 어레이로 배분한 후, 그 각각을 어레이 51이나 어레이 53의 타측 상에 형성하는 것이다. 또 다른 다양한 렌즈 배치가 본 발명이 속한 기술분야의 당업자에게 있어서 자명할 것이다.

또한, 도 14에는 시야렌즈(44) 뿐만 아니라, 도 2에 도시된 실시예에서 나타낸 것과 같은 선택적인 발산렌즈(46)가 도시되어 있다. 또한, 모든 픽셀로부터 방출된 비임을 텔레센트릭하게 유지하기 위해 상기 시야렌즈(44)가 도 11에 도시된 것과 같은 마이크로렌즈 어레이(66)와 관련될 수도 있다. 부가적으로, 또는 선택적으로, 수직 광이 각 픽셀에 입사되거나 각 픽셀로부터 방출되도록 하기 위해, 도 4에 도시된 렌즈 어레이 48의 기능을 갖는 렌즈 어레이가 사용될 수 있다.

본 발명을 영상 감지소자 또는 확산 발광 표시장치에 적용하려면, 고스트 이미지의 발생을 방지하기 위한 조치를 채용할 필요가 있다. 이러한 현상은, 상의 특정 부분으로부터 발생된 빛이 영상 검출 어레이 또는 활성 관측영역의 1개보다 많은 픽셀(반드시 인접할 필요는 없다)에 도달하는 경우에 발생한다. 원하는 영역 이외의 영역으로부터 신호가 픽셀에 도달하는 것을 방지하기 위해 다양한 차단판이나 복수의 개구 어레이를 갖는 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, EP 0 576 144호에는, 경사지게 입사한 빛이 상 형성 픽셀에 도달하는 것을 방지하는 광 차폐영역을 구비한 반도체 영상 감지소자에 대해 개시되어 있다. 비록, 본 발명이 속한 기술분야의 당업자가 용이하게 알 수 있는 것 같이, 다양한 여타 장치가 사용가능하지만, 상기 특허에 개시된 장치가 본 발명에 사용될 수 있다. 각각의 렌즈가 다수의 픽셀을 포괄하는 경우에는, 하니컴(honeycomb) 내부에 배치된 복수의 벽을 갖는 시스템이 사용될 수 있다.

상기 광학장치(50)는 그 자체를 고스트 이미지를 차단하는 수단과 일체화할 수 있다. 예를 들어, 특히 렌즈 어레이 51의 초점화에 의해 어레이 52의 복수의 렌즈부재 근처에 형성된 도립 상이 어레이 52 내부의 복수의 렌즈부재의 피치보다 작은 치수를 갖는 경우에, 중앙 렌즈 어레이(52)는 복수의 렌즈부재 사이에 불투명한 차단재를 구비할 수 있다. 일반적으로, 피치의 약 절반의 상 치수가 바람직하다.

본 발명내용으로부터 본 발명이 속한 기술분야의 당업자에게 있어서 다양한 변형이 이루어질 수 있을 것이다. 이러한 변형은 전기 또는 전자 회로와 그것의 구성 부품의 설계 및 용도에 있어서 이미 알려진 여타의 특징부를 포함하며, 이것은 전술한 특징부 대신에 또는 그것에 덧붙여 사용될 수 있다. 비록, 본 출원에서는 상기 특징부의 특정한 조합에 맞추어 청구범위를 작성하였지만, 본 출원의 임의의 청구항에서 현재 특허청구된 것과 동일한 발명에 관련된 것인지 여부에 관계없이, 또한 본 발명이 해결한 동일한 기술적 문제의 일부 또는 전부를 해결했는지 여부에 관계없이, 본 출원의 발명내용의 범주는, 본 발명에 명시적으로 또는 암시적으로 개시된 모든 신규한 특징부 또는 이들 특징부의 모든 신규한 조합, 또는 본 발명이 속한 기술분야의 당업자에게 자명한 1개 또는 그 이상의 이들 특징부의 포괄적 개념을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본 출원 또는 본 출원으로부터 파생된 추가적인 출원의 심사과정 중에 이들 특징부 및/또는 이들 특징부의 조합에 맞추어 새로운 청구항이 신설될 수 있다.

Claims

복수의 픽셀로 이루어진 어레이를 구비하고 복수의 전기 패널을 가지며, 상기 패널의 각각이 픽셀로 이루어진 각각의 서브 어레이를 제공하는 전기장치에 있어서,

상기 패널의 각각은 픽셀로 이루어진 서브 어레이의 1 또는 그 이상의 픽셀 그룹과 관련되는 렌즈부재 어레이에 각각 렌즈부재를 갖는 각각의 렌즈부재 어레이와 관련되고,

상기 어레이의 렌즈부재가 관련되는 픽셀 그룹의 피치보다 큰 피치로 배치된 것을 특징으로 하는 전기장치.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 전기 패널의 각각은, 서브 어레이의 모든 픽셀과 관련되는 각각의 시준 시야렌즈를 더 구비하고, 인접한 패널의 시야렌즈가 서로 인접하는 것을 특징으로 하는 전기장치.
제 2 항에 있어서,

상기 복수의 렌즈부재로 이루어진 어레이는 시야렌즈의 일면에 설치된 것을 특징으로 하는 전기장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

각 발산렌즈가 상기 각 패널과 렌즈 어레이와의 사이에, 각 패널에 인접하여 설치되며, 상기 서브 어레이의 모든 픽셀과 관련되는 것을 특징으로 하는 전기장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 렌즈 어레이의 복수의 렌즈부재는 서로 이격 배치되고, 불투명 영역이 이 렌즈부재 사이에 설치된 것을 특징으로 하는 전기장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

각 비도립상 렌즈 장치가 각 패널과 관련되고, 상기 비도립상 렌즈장치는 상기 렌즈 어레이와 적어도 1개의 추가적인 렌즈 어레이를 구비하고, 상기 렌즈 어레이와 적어도 1개의 추가적인 렌즈 어레이의 렌즈부재는 서로 다른 피치로 배치되며, 그 각각은 관련되는 픽셀 그룹의 피치보다 큰 피치를 갖는 것을 특징으로 하는 전기장치.
제 6 항에 있어서,

상기 비도립상 렌즈장치는 3개의 마이크로렌즈 어레이를 구비한 것을 특징으로 하는 전기장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

복수의 디스플레이 픽셀 어레이를 구비하는 디스플레이 장치를 구비하되, 상기 디스플레이 장치는 다수의 디스플레이 패널을 구비하고, 각각의 디스플레이 패널은 디스플레이 픽셀 서브어레이를 제공하는 것을 특징으로 하는 전기장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

다수의 감광 픽셀 어레이를 구비하는 영상 감지소자를 구비하되, 상기 영상 감지소자는 복수의 영상 감지소자 패널을 구비하며, 각각의 영상 감지소자 패널은 감광 픽셀 서브어레이를 제공하는 것을 특징으로 하는 전기장치.
제 8 항에 있어서,

각 렌즈부재가 복수의 각 픽셀과 관련되는 것을 특징으로 하는 전기장치.
제 10 항에 있어서,

각각의 패널은, 상기 패널의 각 픽셀에 의해 방출된 빛이 텔레센트릭하게 되도록 배치된 복수의 렌즈부재로 이루어진 추가적인 어레이를 더 구비한 것을 특징으로 하는 전기장치.
제 8 항에 있어서,

각 픽셀과 상이 감지되는 영역 또는 상기 각 픽셀과 관련되는 영역 이외의 표시장치의 영역 사이에 빛의 통과를 차단하는 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 전기장치.
제 9 항에 있어서,

각 렌즈부재는 복수의 각 픽셀과 관련되는 것을 특징으로 하는 전기장치.
제 13 항에 있어서,

각각의 패널은, 상기 패널의 각 픽셀에 입사된 빛이 텔레센트릭하게 되도록 배치된 복수의 렌즈부재로 이루어진 추가적인 어레이를 더 구비한 것을 특징으로 하는 전기장치.
제 9 항에 있어서,

각 픽셀과 상이 감지되는 영역 사이에 빛의 통과를 차단하는 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 전기장치.