KR19990055227A - 투사형 화상 표시 장치 - Google Patents

Abstract

색 분리계를 콤팩트화하고 높은 광효율을 구현할 수 있는 투사형 화상 표시 장치는 광원, 프로젝션 렌즈, 광원과 프로젝션 렌즈의 사이에 위치하여 다수의 화소들이 매트릭스 형태로 배열된 하나의 액정판, 다수의 제1 렌즈 셀들로 구성된 제1 마이크로 렌즈 어레이, 제1 렌즈 셀의 개수와 동일한 개수의 제2 렌즈 셀로 구성되며 대응되는 제1 렌즈 셀에 의해 포커싱된 광선을 압축하여 액정판의 하나의 화소에 조사되는 크기로 압축시키기 위한 제2 마이크로 렌즈 어레이, 제2 마이크로 렌즈 어레이를 통과한 광선을 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리시키기 위한 프리즘 셀들이 순차적으로 배열된 마이크로 프리즘 어레이, 그리고 마이크로 프리즘 어레이와 액정판의 사이에 배치되어 하나의 제3 렌즈 셀이 액정판의 세 개의 화소들에 대응되는 다수의 제3 렌즈 셀들로 이루어진 제3 마이크로 렌즈 어레이를 구비한다. 제2 마이크로 렌즈 어레이와 마이크로 프리즘 어레이가 일체화되고, 제3 마이크로 렌즈 어레이와 액정판이 일체화됨으로써, 색 분리계를 콤팩트화하고 높은 광효율을 구현할 수 있다.

Description

투사형 화상 표시 장치

본 발명은 투사형 화상 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 액정판을 포함하는 단판식 투사형 화상 표시 장치에 있어서 색 분리계를 콤팩트화하고 높은 광효율을 구현할 수 있는 투사형 화상 표시 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 광학 에너지(optical energy)를 스크린 상에 투영하기 위한 장치인 공간적인 광 변조기(spatial light modulator)는 광통신, 화상 처리 그리고 정보 디스플레이 장치와 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 통상적으로 이러한 장치들은 광학 에너지를 스크린 상에 표시하는 방법에 따라 직시형 화상 표시 장치(direct-view image display device)와 투사형 화상 표시 장치(projection-type image display device)로 구분된다.

직시형 화상 표시 장치의 예로서는 CRT(Cathode Ray Tube)를 들 수 있는데, 이러한 CRT 장치는 소위 브라운관으로 불리는 것으로서 화질은 우수하나 화면의 대형화에 따라 그 중량과 용적이 증가하여 제조 비용이 상승하게 되는 문제가 있다.

투사형 화상 표시 장치로는 액정 표시 장치(이하 LCD라 칭함), 디포머블 미러 디바이스(Deformable Mirror Device ; DMD) 및 액튜에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Array ; AMA)를 들 수 있다. 이러한 투사형 화상 표시 장치는 다시 그들의 광학적 특성에 따라 2 개의 그룹으로 나뉠 수 있다. 즉, LCD와 같은 장치는 전송 광 변조기(transmissive spatial light modulators)로 분류될 수 있는데 반하여, DMD 및 AMA는 반사 광 변조기(reflective spatial light modulators)로 분류될 수 있다.

LCD 장치는 빛의 투과도를 전기적으로 제어할 수 있는 액정을 사용하는 표시 장치로서, 이러한 LCD를 사용하는 프로젝터(또는 '액정 프로젝터'라 한다)는 광학적 구조가 매우 간단하므로 CRT 프로젝터에 비해 경박단소화 시킬 수 있다. 또한, 대화면, 고화질을 얻을 수 있기 때문에 고품위 텔레비전(HDTV) 및 비디오 컨퍼런스용 표시 장치로서 널리 사용되고 있다.

액정 프로젝터에 사용되는 액정판(LC panel)은 통상적으로 매트릭스형 액정판으로 알려져 있는데, 화소들이 서로에 대해 수직인 두 방향으로 매트릭스 형태로 배열되어 있으며 구동 전압에 의해 개별적으로 구동됨으로써 액정의 광학 특성을 변화시킨다. 구동 전압은 간단한 매트릭스 시스템에 의해 개개의 화소들에 인가될 수 있으며, 또한 MIM(Metal-Insulating Metal)과 같은 비선형 2 단자 소자 또는 TFT(박막 트랜지스터)와 같은 3 단자 스위칭 소자가 각 화소에 대해 배치되어 있는 액티브 매트릭스 시스템에 의해 교호적으로 각 화소들에 인가될 수 있다.

이러한 액티브 매트릭스 시스템에서는 화소들이 최소 피치(pitch)로 배열되어야 하는데, 이에 따라 전체 면적에 대해 화소들이 차지하는 유효 구멍(opening)의 비(개구율(aperture ratio))가 감소된다. 액정판의 투과율은 편광기의 효율과 각 화소의 개구율에 의해 결정된다. 따라서, 상기 개구율을 증가시키기 위하여, 각각의 화소에 대응하여 표시 소자의 광 입사면 또는 광 입사면과 출구면 상에 마이크로 렌즈 어레이(microlens array)를 배치하는 방법이 주로 사용되고 있다. 이러한 마이크로 렌즈 어레이는 화소들 간의 피치와 동일한 피치로 배열되는 다중 렌즈 요소들을 포함하는데, 광 입사면 상에 배치된 렌즈 요소들을 통해 각 화소에 빛이 포커싱된다.

도 1은 단판식(single panel) 액정판을 이용하여 색 화상을 표시할 수 있는 종래의 투사형 화상 표시 장치를 나타내는 개략도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 투사형 화상 표시 장치(10)는 화상을 스크린(도시되지 않음) 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(22)와 더불어 하나의 액정판(18)을 구비한다. 상기 액정판(18)은 서로에 대해 수직인 두 방향으로 매트릭스 형태로 배열되는 다수의 화소들을 구비하며 각 화소들이 구동 전압에 의해 개별적으로 구동됨으로써 액정의 광학 특성을 변화시킨다. 상기 액정판(18)은 인가되는 화상 신호에 따라 그 투과율이 변하게 되어 입사광을 투과시키거나 차단시킨다.

또한, 종래의 투사형 화상 표시 장치(10)는 광원(11), 반사경(12), 다이크로익 미러(13, 14, 15), 마이크로 렌즈 어레이(16) 그리고 콘덴서 렌즈(20)를 포함한다.

광원(11)은 통상적으로, 백색광(W)을 방출하는 금속 할로겐 램프(metal halide lamp)로서 스펙트럼에서 장파장의 적외선(LWIR) 내지 자외선(UV)을 방출한다. 반사경(12)은 램프(11)로부터 후방으로(rearwardly) 방출되는 광선을 반사하여 액정판(18)을 향하게 한다.

다이크로익 미러(13, 14, 15)는 상기 램프(11)로부터 방출된 백색광(W)을 3 원색 광, 즉 적색광(R), 녹색광(G) 및 청색광(B)으로 분리하는 역할을 한다. 다이크로익 미러는 굴절률이 다른 물질의 많은 박층으로 이루어지는 반사경으로, 어떤 색의 빛은 반사하고 다른 색의 빛은 모두 투과하는 성질을 가지고 있다. 여기서, 제1 다이크로익 미러(13)는 청색광(B)을 반사시키고 녹색광(G) 및 적색광(R)을 투과시키며, 제2 다이크로익 미러(14)는 녹색광(G)을 반사시키고 청색광(B) 및 적색광(R)을 투과시키며, 제3 다이크로익 미러(15)는 적색광(R)을 반사시키고 청색광(B) 및 녹색광(G)을 투과시킨다.

마이크로 렌즈 어레이(16)는 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 렌즈 요소(17)가 액정판(18)의 세 개의 화소들(19a, 19b, 19c)에 대응되도록 형성된다. 상기 콘덴서 렌즈(20)는 볼록 렌즈와 같은 작용을 하는 렌즈로서, 액정판(18)을 통과한 광선을 그 초점에 집속시키는 역할을 한다.

이하, 상술한 구조를 갖는 종래의 투사형 화상 표시 장치(10)의 동작 원리를 설명한다.

상기 램프(11)로부터 방출된 백색광(W)은 제1 다이크로익 미러(13)에 입사된다. 상기 제1 다이크로익 미러(13)는 백색광 중에서 적색광(R) 및 녹색광(G)을 투과시키고 청색광(B)만을 반사시켜 액정판(18)으로 입사시킨다. 상기 제1 다이크로익 미러(13)를 투과한 적색광(R) 및 녹색광(G) 중에서, 녹색광(G)은 제2 다이크로익 미러(14)에 의해 반사되어 액정판(18)으로 입사된다. 상기 제2 다이크로익 미러(14)를 투과한 적색광(R)은 제3 다이크로익 미러(15)에 의해 반사되어 액정판(18)으로 입사된다.

이와 같이 세 개의 다이크로익 미러(13, 14, 15)들에 의해 각각 반사되어진 청색광(B), 녹색광(G) 및 적색광(R)은 마이크로 렌즈 어레이(16)를 통해 액정판(18)으로 입사된다. 상기 마이크로 렌즈 어레이(16)는 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 렌즈 요소(17)가 액정판(18)의 세 개의 화소들(19a, 19b, 19c)에 대응되도록 형성된다. 따라서, 마이크로 렌즈 어레이(16)의 하나의 렌즈 요소(17)에 입사되어진 청색광(B)은 액정판의 B-화소(19c)에 포커싱되고, 녹색광(G)은 G-화소(19b)에 포커싱되며, 적색광(R)은 R-화소(19a)에 포커싱된다.

상기 액정판(18)은 인가되는 화상 신호에 따라 그 투과율이 변하게 되어 적색, 녹색 및 청색 광선들을 투과시키거나 차단시킨다. 그러므로, 액정판(18)의 투과율이 변함에 따라 상기 액정판(18)을 통과한 적색, 녹색 및 청색 광선은 콘덴서 렌즈(20)에 의해 집속된 후, 프로젝션 렌즈(22)를 통해 스크린 상에 투사된다.

상술한 종래의 단판식 투사형 화상 표시 장치에 의하면, 세 개의 다이크로익 미러를 이용하여 백색광을 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리한다. 따라서, 색 분리계의 크기가 커지게 되어 광학계를 콤팩트하게 구성하기가 어려운 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 액정판을 포함하는 단판식 투사형 화상 표시 장치에 있어서 색 분리계를 콤팩트화하고 높은 광효율을 구현할 수 있는 투사형 화상 표시 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 단판식 투사형 화상 표시 장치를 나타내는 개략도이다.

도 2는 도 1에 도시한 'A' 부분의 확대도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단판식 투사형 화상 표시 장치를 나타내는 개략도이다.

도 4는 도 3에 도시한 마이크로 프리즘 어레이의 확대도이다.

도 5는 도 3의 장치에 있어서, 광선의 전파 경로를 도시한 개략도이다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 단판식 투사형 화상 표시 장치를 나타내는 개략도이다.

도 7은 도 6에 도시한 색 분리 수단의 확대도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100, 200 : 투사형 화상 표시 장치 102 : 광원

104 : 반사경 106 : 제1 마이크로 렌즈 어레이

108 : 제2 마이크로 렌즈 어레이 110 : 마이크로 프리즘 어레이

112 : 프리즘 114a, 114b : 미러

115 : 색 분리 수단 116 : 제3 마이크로 렌즈 어레이

118 : 액정판 120 : 콘덴서 렌즈

122 : 프로젝션 렌즈

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광선을 발생시키기 위한 광원; 화상을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈; 상기 광원과 프로젝션 렌즈의 사이에 위치하고, 다수의 화소들이 매트릭스 형태로 배열된 하나의 액정판; 상기 광원과 액정판의 사이에 위치하며, 다수의 제1 렌즈 셀들로 구성된 제1 마이크로 렌즈 어레이 및 상기 제1 렌즈 셀의 개수와 동일한 개수의 제2 렌즈 셀로 구성되며 대응되는 제1 렌즈 셀에 의해 포커싱된 광선을 압축하여 상기 액정판의 하나의 화소에 조사되는 크기로 압축시키기 위한 제2 마이크로 렌즈 어레이; 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이를 통과한 광선을 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리시키기 위한 프리즘 셀들이 순차적으로 배열된 마이크로 프리즘 어레이; 그리고 상기 마이크로 프리즘 어레이와 액정판의 사이에 배치되며, 하나의 제3 렌즈 셀이 상기 액정판의 세 개의 화소들에 대응되는 다수의 제3 렌즈 셀들로 이루어진 제3 마이크로 렌즈 어레이를 포함하며, 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이와 마이크로 프리즘 어레이가 일체화되고, 상기 제3 마이크로 렌즈 어레이와 액정판이 일체화된 투사형 화상 표시 장치를 제공한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 광선을 발생시키기 위한 광원; 화상을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈; 상기 광원과 프로젝션 렌즈의 사이에 위치하고, 다수의 화소들이 매트릭스 형태로 배열된 하나의 액정판; 상기 광원과 액정판의 사이에 위치하며, 다수의 제1 렌즈 셀들로 구성된 제1 마이크로 렌즈 어레이 및 상기 제1 렌즈 셀의 개수와 동일한 개수의 제2 렌즈 셀로 구성되며 대응되는 제1 렌즈 셀에 의해 포커싱된 광선을 압축하여 상기 액정판의 하나의 화소에 조사되는 크기로 압축시키기 위한 제2 마이크로 렌즈 어레이; 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이를 통과한 광선을 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리시키기 위한 다수의 셀들로 구성되며, 하나의 셀이 한 개의 프리즘과 두 개의 미러로 구성된 색 분리 수단; 그리고 상기 색 분리 수단과 액정판의 사이에 배치되며, 하나의 제3 렌즈 셀이 상기 액정판의 세 개의 화소들에 대응되는 다수의 제3 렌즈 셀들로 이루어진 제3 마이크로 렌즈 어레이를 포함하며, 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이와 색 분리 수단이 일체화되고, 상기 제3 마이크로 렌즈 어레이와 액정판이 일체화된 투사형 화상 표시 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 투사형 화상 표시 장치에 있어서, 제1 마이크로 렌즈 어레이의 각각의 제1 렌즈 셀에 의해 액정판의 세 개의 화소에 조사될 광량을 집중시킨 후, 상기 광선을 제2 마이크로 렌즈 어레이의 대응되는 각각의 제2 렌즈 셀에 의해 액정판의 하나의 화소에 조사될 수 있는 크기로 압축시킨다. 이와 같이 압축된 광선은 다수의 프리즘 셀들로 구성된 마이크로 프리즘 어레이의 적색, 녹색 및 청색 광선 중의 하나의 색 광선을 투과시키는 하나의 프리즘 셀에 조사된 후, 나머지 두 개의 색 광선을 각각 투과시키는 두 개의 프리즘 셀에 의해 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리된다. 상기 마이크로 프리즘 어레이의 세 개의 프리즘 셀을 각각 통과한 적색, 녹색 및 청색 광선은 다수의 제3 렌즈 셀들로 구성된 제3 마이크로 렌즈 어레이에 입사된다. 상기 제3 마이크로 렌즈 어레이는 하나의 제3 렌즈 셀이 액정판의 세 개의 화소들에 대응되도록 형성되므로, 제3 마이크로 렌즈 어레이의 하나의 제3 렌즈 셀에 입사되어진 적색, 녹색 및 청색 광선은 액정판의 대응되는 세 개의 화소에 조사된 후, 화상으로 스크린 상에 투사된다.

따라서, 본 발명에 의하면, 제2 마이크로 렌즈 어레이와 마이크로 프리즘 어레이를 일체화하여 색 분리계를 콤팩트화할 수 있으며, 제3 마이크로 렌즈 어레이와 액정판을 일체화시킴으로써 전체 광학계를 콤팩트하게 구성할 수 있다. 또한, 액정판의 세 개의 화소에 조사될 광량을 집중하여 빔 사이즈를 하나의 화소에 대응되도록 압축한 후 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리함으로써, 색 손실 없이 모든 색 화상을 표시할 수 있어 높은 광효율을 구현할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단판식 투사형 화상 표시 장치를 나타내는 개략도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 투사형 화상 표시 장치(100)는 화상을 스크린(도시되지 않음) 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(122)와 더불어 하나의 액정판(118)을 구비한다. 상기 액정판(118)은 서로에 대해 수직인 두 방향으로 매트릭스 형태로 배열되는 다수의 화소들을 구비하며 각 화소들이 구동 전압에 의해 개별적으로 구동됨으로써 액정의 광학 특성을 변화시킨다. 상기 액정판(118)은 인가되는 화상 신호에 따라 그 투과율이 변하게 되어 입사광을 투과시키거나 차단시킨다.

또한, 본 발명에 따른 투사형 화상 표시 장치(100)는, 광원(102), 반사경(104), 제1 마이크로 렌즈 어레이(106), 제2 마이크로 렌즈 어레이(108), 마이크로 프리즘 어레이(110), 제3 마이크로 렌즈 어레이(116) 그리고 콘덴서 렌즈(120)를 포함한다.

상기 광원(102)은, 통상적으로, 백색광(W)을 방출하는 금속 할로겐 램프로서, 스펙트럼에서 장파장의 적외선(LWIR) 내지 자외선(UV)을 방출한다. 반사경(104)은 램프(102)로부터 후방으로 방출되는 광선을 반사하여 액정판(118)을 향하게 한다.

제1 마이크로 렌즈 어레이(106)는 다수의 제1 렌즈 셀(107)들로 구성되며, 하나의 제1 렌즈 셀(107)은 액정판(118)의 세 개의 화소에 조사될 광량을 집중시켜 제2 마이크로 렌즈 어레이(108)의 대응되는 하나의 제2 렌즈 셀(109)에 포커싱한다.

상기 제1 렌즈 셀(107)의 개수와 동일한 개수의 제2 렌즈 셀(109)들로 구성된 제2 마이크로 렌즈 어레이(108)의 각각의 제2 렌즈 셀(109)은 제1 마이크로 렌즈 어레이(106)의 각각의 제1 렌즈 셀(107)에 1：1로 대응된다. 제2 마이크로 렌즈 어레이(106)의 각각의 제2 렌즈 셀(109)은 그것에 포커싱된 광선을 액정판(118)의 하나의 화소(119)에 조사되는 크기로 압축시켜 제1 마이크로 프리즘 어레이(110)의 적색, 녹색 또는 청색 광선을 투과시키는 하나의 프리즘 셀(111)에 조사한다.

도 4는 마이크로 프리즘 어레이(110)의 확대도이다.

도 4를 참조하면, 적색, 녹색 및 청색 광선을 각각 투과시키는 프리즘 셀(111)들이 순차적으로 배열된 마이크로 프리즘 어레이(110)는 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이(108)를 통과한 백색광을 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리시키는 색 분리 수단으로 제공된다. 바람직하게는, 제2 마이크로 렌즈 어레이(108)의 대응되는 제2 렌즈 셀(109)로부터 백색광이 입사되는 프리즘 셀(111)은 적색광(R)만을 반사시키고 다른 광들은 투과시키는 다이크로익 미러와 청색광(B)만을 반사시키고 다른 광들은 투과시키는 다이크로익 미러가 'X' 자 형태로 배치되어 형성된다. 이때, 상기 두 개의 다이크로익 미러는 적색, 녹색 및 청색 광선의 반사 각도를 차별화하도록 배치된다. 또한, 나머지 프리즘 셀(111)들도 두 개의 다이크로익 미러가 'X' 자 형태로 배치되어 형성되며, 상기 다이크로익 미러들은 적색, 녹색 및 청색 광선의 반사 각도를 차별화하도록 배치된다. 따라서, 마이크로 프리즘 어레이(110)의 각 프리즘 셀(111)을 통과한 적색, 녹색 및 청색 광선은 서로 다른 전파 각도를 가지고 제3 마이크로 렌즈 어레이(116)로 향하게 된다.

상기 제2 마이크로 렌즈 어레이(108)의 하나의 제2 렌즈 셀(109)은 마이크로 프리즘 어레이(110)의 세 개의 프리즘 셀(111)에 대응된다. 본 발명에서는 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이(108)와 마이크로 프리즘 어레이(110)를 일체화하여 색 분리계를 콤팩트화한다.

제3 마이크로 렌즈 어레이(116)는 상기 액정판(118)의 광 입사면에 위치하며, 하나의 제3 렌즈 셀(117)이 상기 액정판(118)의 세 개의 화소들(119a, 119b, 119c)에 대응되는 다수의 제3 렌즈 셀들로 이루어진다. 콘덴서 렌즈(120)는 볼록 렌즈와 같은 작용을 하는 렌즈로서, 액정판(118)을 통과한 광선을 그 초점에 집속시키는 역할을 한다.

이하, 상술한 구조를 갖는 본 발명의 투사형 화상 표시 장치(100)의 동작 원리를 도 3 및 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5는 도 3의 장치에 있어서 액정판(118)의 세 개의 화소에 대응되는 광선의 전파 경로를 도시한 개략도이다.

도 3 및 도 5를 참조하면, 램프(102)로부터 방출된 백색광(W)은 다수의 제1 렌즈 셀(107)들로 구성된 제1 마이크로 렌즈 어레이(106)에 조사한다. 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이(106)의 각각의 제1 렌즈 셀(107)은 액정판(118)의 세 개의 화소에 조사될 광량을 집중시켜 제2 마이크로 렌즈 어레이(108)의 대응되는 각각의 제2 렌즈 셀(109)에 포커싱한다. 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이(108)의 각각의 제2 렌즈 셀(109)은 포커싱된 광선을 액정판(118)의 하나의 화소에 조사되는 크기로 압축한 후, 마이크로 프리즘 어레이(110)의 G-프리즘 셀(111b)에 조사한다.

상기 G-프리즘 셀(111b)은 녹색광(G)을 투과시키고 적색광(R) 및 청색광(B)을 반사시키는 다이크로익 면을 가지므로, 상기 G-프리즘 셀(111b)을 투과한 녹색광(G)은 제3 마이크로 렌즈 어레이(116)에 입사된다.

상기 G-프리즘 셀(111b)에 반사된 적색광(R)은 적색광(R)을 투과시키고 녹색광(G) 및 청색광(B)을 반사시키는 다이크로익 면을 갖는 R-프리즘 셀(111a)에 조사된다. 상기 R-프리즘 셀(111a)을 투과한 적색광(R)은 제3 마이크로 렌즈 어레이(116)에 입사된다.

상기 G-프리즘 셀(111b)에 반사된 청색광(B)은 청색광(B)을 투과시키고 녹색광(G) 및 적색광(R)을 반사시키는 다이크로익 면을 갖는 B-프리즘 셀(111c)에 조사된다. 상기 B-프리즘 셀(111c)을 투과한 청색광(B)은 제3 마이크로 렌즈 어레이(116)에 입사된다.

상기 제3 마이크로 렌즈 어레이(116)는 하나의 제3 렌즈 셀(117)이 액정판(118)의 세 개의 화소들(119a, 119b, 119c)에 대응되도록 형성되므로, 제3 마이크로 렌즈 어레이(116)의 하나의 제3 렌즈 셀(117)에 입사되어진 청색광(B)은 액정판의 B-화소(119c)에 포커싱되고, 적색광(R)은 R-화소(119a)에 포커싱되며, 녹색광(G)은 G-화소(119b)에 포커싱된다.

상기 액정판(118)은 인가되는 화상 신호에 따라 그 투과율이 변하게 되어 적색, 녹색 및 청색 광선들을 투과시키거나 차단시킨다. 그러므로, 액정판(118)의 투과율이 변함에 따라 상기 액정판(118)을 통과한 적색, 녹색 및 청색 광선은 콘덴서 렌즈(120)에 의해 집속된 후, 프로젝션 렌즈(122)를 통해 스크린 상에 투사되어 그에 대응되는 색 화상을 표시한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단판식 투사형 화상 표시 장치를 나타내는 개략도이다. 도 6에 있어서, 도 3과 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 투사형 화상 표시 장치(200)는 광원(102), 반사경(104), 제1 마이크로 렌즈 어레이(106), 제2 마이크로 렌즈 어레이(108), 색 분리 수단(115), 제3 마이크로 렌즈 어레이(116), 액정판(118), 콘덴서 렌즈(120) 그리고 프로젝션 렌즈(122)를 포함한다.

도 7은 상기 색 분리 수단(115)의 확대도이다.

도 7을 참조하면, 다수의 셀들로 구성된 색 분리 수단(115)의 하나의 셀(115a)은 한 개의 프리즘(112)과 두 개의 미러(114a, 114b)로 구성된다. 상기 프리즘(112)은 제2 마이크로 렌즈 어레이(108)의 대응되는 제2 렌즈 셀(109)로부터 입사된 백색광(W) 중에서 적색, 녹색 및 청색 광선 중의 어느 하나만을 투과시키며, 상기 미러(114a, 114b)는 나머지 두 개의 색 광선을 반사시켜 제3 마이크로 렌즈 어레이(116)로 입사시키는 역할을 한다. 이때, 상기 두 개의 미러(114a, 111b)는 적색, 녹색 및 청색 광선의 반사 각도를 차별화하도록 배치된다. 따라서, 색 분리 수단(115)의 각 셀(115a)을 통과한 적색, 녹색 및 청색 광선은 서로 다른 전파 각도를 가지고 제3 마이크로 렌즈 어레이(116)로 향하게 된다.

상기 색 분리 수단(115)의 하나의 셀(115a)은 제2 마이크로 렌즈 어레이(108)의 하나의 제2 렌즈 셀(109)에 1:1로 대응되며, 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이(108)와 색 분리 수단(115)은 일체화된다.

이하, 상술한 구조를 갖는 본 발명의 투사형 화상 표시 장치(200)의 동작 원리를 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 램프(102)로부터 방출된 백색광(W)은 다수의 제1 렌즈 셀(107)들로 구성된 제1 마이크로 렌즈 어레이(106)에 조사한다. 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이(106)의 각각의 제1 렌즈 셀(107)은 액정판(118)의 세 개의 화소에 조사될 광량을 집중시켜 제2 마이크로 렌즈 어레이(108)의 대응되는 각각의 제2 렌즈 셀(109)에 포커싱한다. 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이(108)의 각각의 제2 렌즈 셀(109)은 포커싱된 광선을 액정판(118)의 하나의 화소에 조사되는 크기로 압축한 후, 색 분리 수단(115)의 대응되는 셀(115a)에 조사한다.

상기 색 분리 수단(115)의 하나의 셀(115a)은 하나의 프리즘(112)과 두 개의 미러(114a, 114b)로 구성되는데, 상기 프리즘(112)은 녹색광(G)을 투과시키고 적색광(R) 및 청색광(B)을 반사시키는 다이크로익 면을 갖는다. 따라서, 상기 프리즘(112)을 투과한 녹색광(G)은 제3 마이크로 렌즈 어레이(116)에 입사된다.

상기 프리즘(112)에 반사된 적색광(R)은 제1 미러(114a)에 의해 반사된 후 제3 마이크로 렌즈 어레이(116)에 입사되며, 상기 프리즘(112)에 반사된 청색광(B)은 제2 미러(114b)에 의해 반사되어 제3 마이크로 렌즈 어레이(116)에 입사된다.

상기 제3 마이크로 렌즈 어레이(116)는 하나의 제3 렌즈 셀(117)이 액정판(118)의 세 개의 화소들(119a, 119b, 119c)에 대응되도록 형성되므로, 제3 마이크로 렌즈 어레이(116)의 하나의 제3 렌즈 셀(117)에 입사되어진 청색광(B)은 액정판의 B-화소(119c)에 포커싱되고, 적색광(R)은 R-화소(119a)에 포커싱되며, 녹색광(G)은 G-화소(119b)에 포커싱된다.

상기 액정판(118)은 인가되는 화상 신호에 따라 그 투과율이 변하게 되어 적색, 녹색 및 청색 광선들을 투과시키거나 차단시킨다. 그러므로, 액정판(118)의 투과율이 변함에 따라 상기 액정판(118)을 통과한 적색, 녹색 및 청색 광선은 콘덴서 렌즈(120)에 의해 집속된 후, 프로젝션 렌즈(122)를 통해 스크린 상에 투사되어 그에 대응되는 색 화상을 표시한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 투사형 화상 표시 장치에 의하면, 제2 마이크로 렌즈 어레이와 마이크로 프리즘 어레이를 일체화하여 색 분리계를 콤팩트화할 수 있으며, 제3 마이크로 렌즈 어레이와 액정판을 일체화시킴으로써 전체 광학계를 콤팩트하게 구성할 수 있다. 또한, 액정판의 세 개의 화소에 조사될 광량을 집중하여 빔 사이즈를 하나의 화소에 대응되도록 압축한 후 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리함으로써, 색 손실 없이 모든 색 화상을 표시할 수 있어 높은 광효율을 구현할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

1. 광선을 발생시키기 위한 광원(102);

   화상을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(122);

   상기 광원(102)과 상기 프로젝션 렌즈(122)의 사이에 위치하고, 다수의 화소들이 매트릭스 형태로 배열된 하나의 액정판(118);

   상기 광원(102)과 상기 액정판(118) 사이에 위치하며, 다수의 제1 렌즈 셀(107)들로 구성된 제1 마이크로 렌즈 어레이(106) 및 상기 제1 렌즈 셀(107)의 개수와 동일한 개수의 제2 렌즈 셀(109)로 구성되며 대응되는 제1 렌즈 셀(107)에 의해 포커싱된 광선을 압축하여 상기 액정판(118)의 하나의 화소에 조사되는 크기로 압축시키기 위한 제2 마이크로 렌즈 어레이(108);

   상기 제2 마이크로 렌즈 어레이(108)를 통과한 광선을 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리시키기 위한 프리즘 셀(111)들이 순차적으로 배열된 마이크로 프리즘 어레이(110); 그리고

   상기 마이크로 프리즘 어레이(110)와 상기 액정판(118)의 사이에 배치되며, 하나의 제3 렌즈 셀(117)이 상기 액정판(118)의 세 개의 화소들(119a, 119b, 119c)에 대응되는 다수의 제3 렌즈 셀(117)들로 이루어진 제3 마이크로 렌즈 어레이(116)를 포함하며, 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이(106)의 각각의 제1 렌즈 셀(107)은 상기 액정판(118)의 세 개의 화소(119a, 119b, 119c)에 조사될 광량을 집중시키도록 형성되고 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이(108)의 하나의 제2 렌즈 셀(109)은 상기 마이크로 프리즘 어레이(110)의 세 개의 프리즘 셀(111)에 대응되며, 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이(108)와 상기 마이크로 프리즘 어레이(110)가 일체화되고, 상기 제3 마이크로 렌즈 어레이(116)와 상기 액정판(118)이 일체화된 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 마이크로 렌즈 어레이(106)의 제1 렌즈 셀(107)과 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이(108)의 제2 렌즈 셀(109)이 1：1로 대응되는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 프리즘 어레이(110)의 각 프리즘 셀(111)은 적색, 녹색 및 청색 광선의 반사 각도를 차별화하도록 두 개의 다이크로익 미러가 'X' 자 형태로 배치되어 형성된 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
4. 광선을 발생시키기 위한 광원(102);

   화상을 스크린 상에 투사하기 위한 프로젝션 렌즈(122);

   상기 광원(102)과 상기 프로젝션 렌즈(122)의 사이에 위치하고, 다수의 화소들이 매트릭스 형태로 배열된 하나의 액정판(118);

   상기 광원과 액정판의 사이에 위치하며, 다수의 제1 렌즈 셀(107)들로 구성된 제1 마이크로 렌즈 어레이(106) 및 상기 제1 렌즈 셀(107)의 개수와 동일한 개수의 제2 렌즈 셀(109)로 구성되며 대응되는 제1 렌즈 셀(107)에 의해 포커싱된 광선을 압축하여 상기 액정판(118)의 하나의 화소에 조사되는 크기로 압축시키기 위한 제2 마이크로 렌즈 어레이(108);

   상기 제2 마이크로 렌즈 어레이(108)를 통과한 광선을 적색, 녹색 및 청색 광선으로 분리시키기 위한 다수의 셀들로 구성되며, 하나의 셀(115a)이 한 개의 프리즘(112)과 두 개의 미러(114a, 114b)로 구성된 색 분리 수단(115); 그리고

   상기 색 분리 수단(115)과 상기 액정판(118)의 사이에 배치되며, 하나의 제3 렌즈 셀(117)이 상기 액정판(118)의 세 개의 화소들(119a, 119b, 119c)에 대응되는 다수의 제3 렌즈 셀(117)들로 이루어진 제3 마이크로 렌즈 어레이(116)를 포함하며, 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이(108)와 색 분리 수단(115)이 일체화되고, 상기 제3 마이크로 렌즈 어레이(116)와 상기 액정판(118)이 일체화된 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 제2 마이크로 렌즈 어레이(108)의 하나의 제2 렌즈 셀(109)은 상기 색 분리 수단(115)의 하나의 셀(115a)에 대응되는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 색 분리 수단(115)의 두 개의 미러(114a, 111b)는 적색, 녹색 및 청색 광선의 반사 각도를 차별화하도록 배치된 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시 장치.