KR20000071685A - 액정 소자 및 액정 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

우수한 색조화와 광 효율성을 나타낼 수 있는 소형 액정은 액정층과; 액정에 전압을 인가하고, 액정과 함께 하나의 화소 전극에 각각 대응하는 2차원 배열 화소를 형성하도록 배치되며, 복수의 컬러 중 하나의 광을 방사하도록 디자인된 2차원 배열 화소 전극과; 복수의 컬러 중 하나의 조명광의 집광된 광 스폿으로 각각의 화소를 조명하도록 배치된 마이크로렌즈의 어레이를 포함하도록 구성된다. 이 소자에서, 복수의 컬러 중 적어도 하나의 화소는 다른 컬러의 화소와 다른 화소 크기를 갖도록 설정된다.

Description

액정 소자 및 액정 디스플레이 장치{LIQUID CRYSTAL DEVICE AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY APPARATUS}

본 발명은 마이크로렌즈를 구비한 액정 소자 및 액정 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 특히 액정 소자를 포함하는 풀-컬러 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다.

오늘날의 멀티-미디어에 있어서, 화상 데이터의 통신을 위한 장치 및 소자에 대한 요구가 증가되어 왔다. 이들 중에서 액정 디스플레이 장치는 그 얇은 두께 및 적은 전력 소모로 인해 공중의 관심을 모아 왔고 이미 반도체 사업에 필적할 만한 주요 산업으로 성장해 왔다. 액정 디스플레이 장치는 10∼20 인치의 화상 면적 사이즈를 갖는 노트북형 개인용 컴퓨터에 주로 사용되어 왔으나, 개인용 컴퓨터 뿐만 아니라 워크스테이션 및 가정용 텔레비젼 세트용의 대면적 디스플레이 장치로서 채용될 것으로 믿어진다.

화상 사이즈가 증가함에 따라 대규모, 고가의 제조 장치의 요구 및 대규모 장치를 구동하기 위한 엄격한 전기적 요건 등과 같은 문제를 수반하게 되어, 화상 면적의 2 내지 3 제곱을 증가시키는 심한 생산비의 증가를 초래한다.

따라서, 최근에는 소형 액정 디스플레이 패널을 준비하고 이에 디스플레이되는 화상을 광학적으로 확대하여 관측자에게 디스플레이하는 투영-형 액정 디스플레이 시스템이 주목을 받아 왔다. 이것은 소형 액정 패널의 제조가 반도체 장치의 제조에 있어 고밀도화, 고선명화, 성능 향상 및 비용 절감과 관련된 스케일링 룰과 마찬가지로 소규모화, 성능 향상 및 비용 절감을 허용하는 생산 기술의 진보를 이용할 수 있기 때문이다.

상기 목적을 위해서는, 특히 TFT 구동 액정 디스플레이 패널의 경우, 충분한 구동력을 가진 소형의 TFT가 요구되며, 현재의 경향으로서 TFT는 비정질 Si로 된 것에서 다결정 Si로 된 것으로, 더 나아가 단결정 Si 기판 상에 형성된 것으로 바뀌고 있다. 따라서, TFT만이 아니라 시프트 레지스터 또는 디코더 등과 같은 주변 구동 회로가 다결정 Si 또는 단결정 Si로 집적 형성되어 있는 디스플레이 영역 및 주변 구동 회로의 통합 구조를 포함하는 액정 디스플레이 장치가 제안되어 왔다.

이러한 구조를 갖는 액정 디스플레이 장치의 일례로서, 투영-형 액정 디스플레이 장치가 공지되어 있으며, 디스플레이 장치를 포함하는 통상의 시스템에서는 편광된 광이 액정 소자에 입사되어 주어진 디스플레이 화상 데이터에 따라 변조된 발광을 제공되며, 이에 따라 관측용 발광 영상이 확대, 투영된다. 이러한 액정 디스플레이 장치에서는, 마이크로렌즈를 구비한 액정 패널 및 상기 패널을 포함하는 액정 디스플레이 장치를 개시하고 있는 일본 특개평 8-114780에 기재된 바와 같이, 액정 소자의 증가된 개구비(즉, 화소 전극에 의해 주어지는 개구의 면적 백분율)를 제공하도록 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 것이 일반적이다. 이러한 목적의 마이크로렌즈를 구비한 액정 패널은 통상적으로 투과형이다. 이러한 구조의 일례가 도 10에 도시되어 있는데, 화소 전극층(18)과 마이크로렌즈 어레이(16) 사이에는 액정층(17)이 삽입되어 있고, 원색 R, G, B의 각각의 조명광이 각각 다른 각도로 액정 패널에 입사되어, 각각의 원색광이 각각 다른 화소 또는 화소 전극(18)으로 입사되며, 이에 따라 컬러 필터층이 제거되고 향상된 광 효율성이 실현된다. 이러한 투사-형 디스플레이 장치는 단일 액정 패널에 의해 밝은 풀-컬러 화상 투영 디스플레이를 구현할 수 있고, 이들의 상업 제품이 시장에 점차 유통되고 있다.

도 3은 공지된 마이크로렌즈 장착 액정 패널을 포함하는 디스플레이 장치에 대한 기본 광학 시스템을 나타낸다. 도 3을 참조하면, 디스플레이 장치 시스템은 광원(201), 광원(201)으로부터 적색, 녹색 및 청색 광속을 각각 선택적으로 반사시키기 위한 적색(R)의 다이크로익 미러(202), 녹색(G)의 다이크로익 미러(203) 및 청색(B)의 다이크로익 미러(204), 다이크로익 미러로부터의 광속을 변조시키기 위한 액정 패널 또는 소자(205), 프레넬 렌즈(206), 투영 렌즈(207) 및 스크린(208)을 포함한다. 광원(201)으로부터 방사된 평행광은 각각 다이크로익 미러(202, 203, 204)에 의해 각각의 R, G, B의 광속으로 분리되어 액정 소자(205)에 입사된다. 액정 소자(205)에서 R, G, B의 각 화소에서 액정에 인가되는 전압은 주어진 화상 데이터에 따라 휘도 변조를 실시하도록 제어되며, 방사된 화상 데이터 보유 광속은 광속의 집속을 위한 프레넬 렌즈(206)와 투영 렌즈(207)를 통과하여 스크린(208) 상에 확대된 크기로 투영된다.

도 2a는 마이크로렌즈(211), 및 R, G, B에 대응하는 컬러 화소 전극(212r, 212g, 212b)을 포함하고 도 2b에 확대 도시된 바와 같이 개구(213)를 각각 구비한 화소 전극(212)을 포함하는 마이크로렌즈 장착 액정 소자(205)의 컬러 화소 배열 패턴의 일례를 나타낸다. 다이크로익 미러에 의해 분리되고 반사된 G 광은 마이크로렌즈(211)의 상부로부터 마이크로렌즈(211)에 수직으로 입사되어 G 화소(전극; 212)의 표면에 집속된다. 반면, R 광 및 B 광은 각각 소정의 각도로 마이크로렌즈(211)에 입사되어 R 화소(전극) 및 B 화소(전극)의 표면에 각각 집속되며, 이에 따라 다소 왜곡된 원형 스폿이 제공된다. 각각의 컬러 화소는 예를 들면 도 4에 도시된 바와 같이 TFT 구조를 가질 수 있다.

도 4에 도시된 각 화소는 글래스(101) 상에 형성되고, 게이트(106), 데이터 신호 전극에 접속된 소스 영역(150), 얇게 도핑된 드레인 영역(107)을 수반하는 드레인 영역(103), 적층(108a 및 108b)을 포함하는 드레인 전극(108), 및 이 드레인 전극(108)에 접속된 화소 전극(508)을 포함하는 TFT 구조를 포함한다. TFT 기판(101)에 대향하여, (그 위에 마이크로렌즈가 배치되나 도시되지 않은) 대향 기판(621)이 배치되는데, 이것은 인접 화소들과 투명 대향 전극(623) 사이의 영역을 마스크하기 위한 블랙 매트릭스 마스크(622)를 포함한다. 2개의 기판(101 및 621)의 표면은 그 사이에 액정(611)을 정렬하도록 얼라인먼트막(4010 및 221)을 갖는다.

그러나, 기존의 마이크로렌즈 장착형 액정 패널은 화소 크기, 즉 개구의 크기가 감소되어 패널 크기를 감소시킬때 후술하는 바와 같은 문제점을 수반한다는 것이 발견되었다. 개구(213)의 크기가 마이크로렌즈(211)와의 응축에 의해 형성된 스폿 지름에 대하여 상대적으로 감소되면, 스폿 지름의 왜곡은 디스플레이 특성에 민감한 영향을 미친다. 특히, 스폿 지름 및 개구의 크기가 거의 같은 경우, 스폿 지름은 경사진 방향의 광 입사에 의해 야기된 스폿 지름 왜곡에 기인하여 개구(213)의 크기보다 어느 정도 커지게 되어 광 이용율을 낮게 할 수 있다. 이것은 명도 및 색조화에 영향을 미친다. 광 효율성의 저하를 수반하는 이러한 곤란성을 제거하기 위하여, 화소 크기는 보다 큰 개구를 필요로 하는 화소에 기초하여 보통 설정되어, 전체 장치 크기가 확대된다. 액정 패널 크기가 확대되면, 광학 시스템의 크기도 역시 확대되어 투영-형 액정 디스플레이 장치의 크기를 증가시키게 된다.

또한, 화소 크기가 더 작아지게 되면, 소위 "디스티네이션(distination)이라 부르는 액정 정렬 무질서 영역(214)이 인근 화소들간의 측방향 전계에 기인하여 하나 이상의 화소측을 따라서 야기되어 (본사 연구 개발부의 분석 연구 결과에 기초하여) 도 2b에 도시된 바와 같이 화질을 낮추는 또 다른 문제점을 발생시키는데, 여기서 얼라인먼트막(도 4)(4010 및 221)은 실선 화살표 및 점선 화살표 방향으로 각각 러빙되어 경사가 45°인 등방성 정렬 네마틱 액정 분자를 기판의 법선에 대하여 점선 화살표 방향으로 정렬시킨다. 디스클리네이션(214)이 응축된 광 스폿(215)과 중첩되는 곳이 있는 경우, 화질을 보다 떨어뜨리는 콘트라스트의 저하가 야기된다. 디스클리네이션(214)에 의한 문제점을 제거하기 위하여, 응축된 광 스폿(215)의 크기를 감소시키거나, 각 화소 크기를 확대시켜, 유효 개구율[즉, 화소 전극(212)에 대한 개구(213)의 면적 비율]을 저하시켜야 한다. 후자는 고해상도의 요건과는 반대이다. 반면에, 응축된 광 스폿의 크기면에서의 감소는 복잡한 광학 시스템을 필요로 한다. 보다 구체적으로, 마이크로렌즈로 입사된 광속이 균일하지 않고, 입사전 한 방향에서의 광속의 균일성은 매우 복잡한 광학 시스템을 필요로 한다.

일본 특허 출원 제7-159771호는 투과형 색 액정 디스플레이를 제안하고 있는데, 여기서 컬러 필터 세그먼트 영역은 최대 투과율을 제공하며, 백색과 각 색의 색 순도를 향상시키도록 변화되는데, 컬러 필터의 사용은 명도의 저하라는 심각한 문제점을 갖는다.

배경 기술에 대한 이와 같은 설명에 비추어, 본 발명의 주 목적은 패널 크기가 축소될 때에도 명도 및 색도의 열화를 제거할 수 있는 액정 소자, 및 이러한 액정 소자(패널)를 포함하는 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 모자이크 무늬가 없는 풀-컬러 투영 화상을 제공하고, 모든 화소 마다에서 컬러가 혼합될 수 있는 액정 소자, 및 이러한 액정 소자를 포함하는 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 디스클리네이션 등의 정렬 무질서 영역에 기인하는 명도 및 색도의 열화와 같은 악영향을 제거할 수 있는 액정 소자, 및 이러한 액정 소자를 포함하는 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 액정 소자는 액정의 층과; 상기 액정에 전압을 인가하고, 상기 액정과 함께, 하나의 화소 전극에 각각 대응하는 2차원 배열 화소를 형성하도록 배치되며, 복수의 컬러 중 하나의 광을 방사하도록 디자인된 2차원 배열 화소 전극과; 상기 복수의 컬러 중 하나의 조명광의 집광된 광 스폿으로 각각의 화소를 조명하도록 배치된 마이크로렌즈 어레이를 포함하며, 상기 복수의 컬러 중 적어도 하나의 화소는 상기 다른 컬러의 화소와 다른 크기를 갖도록 설정된다. 여기서, "화소 크기"란 일반적으로 화소 전극의 개구 사이즈에 의해 결정된 유효한 화소 크기를 의미한다. 그 결과, 양호한 색조화 및 광 효율성을 보이면서도, 액정 소자의 전체 사이즈가 증가하는 것을 방지할 수 있는 액정 소자를 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상술한 한 형태의 액정 소자에서, 복수의 컬러는 3원색이며, 상기 3원색에 대한 화소는 제1 방향 및 제2 방향으로 2차원 배열되어, 상기 3원색 중 2색에 대한 화소가 교대로 제1 방향에서 제1 피치로 배열되고, 상기 3원색 중 다른 2색에 대한 화소가 교대로 제2 방향에서 제2 피치로 배열되며, 상기 마이크로렌즈는 제1 방향에서 제1 피치의 2배의 피치로 2차원 배열되고 상기 제2 방향에서 상기 제2 피치의 2배의 피치로 2차원 배열된다.

다시 말해서, 제1 원색 및 제2 원색의 화소들은 교대로 제1 방향에서 제1 피치로 배열되고, 제1 원색 및 제3 원색의 화소는 교대로 제2 방향에서 제2 피치로 배열되며, 마이크로렌즈는 제1 방향에서 제1 피치의 2배의 피치로 및 제2 방향에서 제2 피치로 2차원 배열된다.

액정 소자를 원색광으로 상이한 방향으로 조명하기 위해 디자인된 조명 광학 시스템과 결합하면, 화소 유닛을 형성하는 3화소 R, G 및 B에서 변조 후 반사된 원색광속들이 1 마이크로렌즈를 통해 방사될 수 있도록 하므로써 RGB 모자이크-프리 고품질 색 화상 투시 디스플레이를 제공한다.

좀 더 상세히는, 제1 컬러 조명 광속은 제1 컬러 화소 바로 위의 마이크로렌즈를 통해 입사되어 제1 컬러 화소에서 밀집된 광 스폿 (촛점 스폿)을 형성하게 되고, 반사된 후 동일한 마이크로렌즈를 통해 방사된다. 제2 컬러 조명 광속은 제2 컬러 화소 바로 위의 지점으로부터 제1 방향으로 시프트된 마이크로렌즈를 통해 입사되어 제2 컬러 화소에서 촛점 스폿을 형성하게 되고, 반사된 후 제1 컬러 화소 바로 위의 마이크로렌즈를 통해 방사되어 입사 마이크로렌즈에 인접하게 된다. 제3 컬러 조명 광속은 제3 컬러 화소 바로 위의 지점으로부터 제2 방향으로 시프트된 마이크로렌즈를 통해 입사되어 제3 컬러 화소에서 촛점 스폿을 형성하게 되고, 제1 컬러 화소 바로 위의 마이크로렌즈를 통해 방사되어 입사 마이크로렌즈에 인접하게 된다. 그 결과, 각 마이크로렌즈는 제1 컬러 화소광으로부터 반사된 광속을 아래로 방사하고 제2 및 제3 컬러 화소는 제1 및 제2 방향으로 각각 제1 컬러 화소에 인접한다. 좀 더 상세히는, 제1 컬러 화소는 각 마이크로렌즈의 중심 바로 아래에 배치되고, 제2 및 제3 컬러 화소는 제1 및 제3 방향으로 각각 인접한 마이크로렌즈를 갖는 마이크로렌즈의 경계 아래에 배치된다. 이 경우, 각 컬러 화소로부터의 광속은 마이크로렌즈를 통해 두번 통과되면서 실질적으로 병렬로 되어 개구수가 적은 저가의 투시 렌즈를 사용하여도 스크린 상에 밝게 투시된 이미지를 형성하는 것이 가능하다.

바람직한 실시예에서, 각 마이크로렌즈는 밀집된 광 스폿을 형성하기 위한 광축을 갖도록 배치되고, 광축은 연관된 화소의 중심으로부터 시프트된다. 그 결과, 화소에서 디스클리네이션 영역(disclination region)을 제거하면서 관련 화소에서 밀집된 광 스폿을 형성할 수 있게 되므로써, 상술한 효과들이 향상되어 휘도 및 색도의 열화로부터 자유로운 효과적인 액정 소자를 제공하게 된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 복수의 컬러의 조명광으로 액정 소자를 조명하여 복수의 컬러의 변조된 광이 상기 액정 소자로부터 방사되도록 하기 위한 조명 수단, 및 상기 액정 소자로부터 방사된 상기 변조된 조명광을 수신하여 화상 광을 투영하기 위한 투영 수단을 포함하는 액정 디스플레이 장치를 제공한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 액정 디스플레이 장치에 있어서, 액정의 층과, 상기 액정에 전압을 인가하고, 상기 액정과 함께, 하나의 화소 전극에 각각 대응하는 2차원 배열 화소를 형성하도록 배치되며, 하나 또는 복수의 컬러 중 하나의 광을 방사하도록 디자인된 2차원 배열 화소 전극을 각각 포함하는 복수의 액정 소자와; 복수의 액정 소자를 대응하는 컬러의 조명광으로 조명하여 상기 대응하는 컬러의 변조된 조명광이 각각의 액정 소자로부터 방사되도록 하기 위한 조명 수단; 상기 복수의 액정 소자로부터 방사되는 변조된 조명광을 합성하기 위한 광학 합성 수단과; 상기 합성된 변조 조명광을 수신하여 화상 광을 투영하기 위한 투영 수단을 포함하며, 상기 복수의 액정 소자 중 하나 또는 복수의 컬러 전체 중에서 적어도 하나의 화소는 다른 컬러의 화소와 다른 화소 크기를 갖도록 설정되는 액정 디스플레이 장치를 제공한다.

또한, 화소 전극이 반사 전극으로서 구성되면, 높은 개구율의 밝은 고품질 화상을 갖는 반사-형 액정 소자를 제공할 수 있다.

본 발명의 이러한 목적, 특성 및 장점들은 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에서 더욱 분명해질 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로렌즈와 (컬러 화소를 포함하는) 화소 유닛의 레이아웃을 도시하는 개략적인 확대 평면도.

도 2a는 공지된 단일 플레이트형 액정 소자에서 화소 및 마이크로렌즈의 레이아웃을 도시하는 개략적인 평면도, 및 도 2b는 공지된 단일 플레이트형 액정 소자의 일부 확대 개략도.

도 3은 공지된 단일 플레이트형 액정 디스플레이 장치의 광 시스템을 도시하는 도면.

도 4는 도 1에 도시된 화소 레이아웃을 갖는 액정 소자의 일부 단면도.

도 5는 도 1에 도시된 바와 같은 화소 레이아웃을 갖는 액정 소자의 액티브 매트릭스 기판 상의 회로 구성을 도시하는 도면.

도 6은 도 1에 도시된 화소 레이아웃을 갖는 액정 소자 주변의 주변 전기 회로의 블럭도.

도 7a 내지 7c는 3 방향에서 관찰된 본 발명의 제2 실시예에 따른 투사-형 액정 디스플레이 장치의 전체 광 시스템을 도시하는 도면.

도 8a 내지 8c는 각각 도 7a 내지 7c의 장치에 사용된 B-, B/G-, 및 R-다이크로익 미러의 스펙트럼 반사 특성을 도시하는 도면.

도 9는 도 7a 내지 7c의 장치에서 컬러 분리 조명 유닛의 원근 구성을 도시하는 도면.

도 10은 공지된 투과형 마이크로렌즈 장착 액정 패널의 확대된 부분 단면도.

도 11은 도 7a 내지 7c의 장치에 사용된 액정 소자의 개략적 단면도.

도 12a 내지 12c는 도 7a 내지 7c의 장치에서 액정 소자에 따른 컬러 분리 및 컬러 합성 원리를 설명하기 위한 평면도 및 단면도.

도 13은 도 7a 내지 7c의 장치에서 액정 소자의 화소 레이아웃을 도시하는 도면.

도 14는 도 7a 내지 7c의 장치에서 액정 소자의 화소를 도시하는 확대된 평면도.

도 15는 도 7a 내지 7c의 장치에서 투영 렌즈를 통한 액정 패널로부터 발광을 투영함으로써 투영 이미지를 형성하기 위한 광 시스템을 도시하는 도면.

도 16은 스크린 상에 결과적인 투영 화상의 일부 확대도.

도 17은 도 7a 내지 7c의 장치에서 액정 소자의 액티브 매트릭스 구동 유닛의 일부 회로도.

도 18은 도 7a 내지 7c의 장치용 구동 회로 시스템의 블럭도.

도 19는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 소자에서 화소 레이아웃을 도시하는 도면.

도 20은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치용 전체 광 시스템을 도시하는 도면.

도 21 및 도 22 각각은 도 20의 장치에서 액정 소자의 화소 레이아웃을 도시하는 도면.

도 23은 공지된 마이크로렌즈 장착 전송-형 액정 패널을 포함하는 공지된 투사-형 액정 디스플레이 장치에 의해 형성된 스크린 상의 투영 화상을 도시하는 개략적인 확대 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

211 : 마이크로렌즈

212 : 화소

213 : 개구

214 : 디스클리네이션

215 : 스폿

(제1 실시예)

이제, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 소자가 R-, G- 및 B-화소를 포함하는 화소 유닛 및 마이크로렌즈 사이의 위치 관계를 나타내기 위한 평면도로서, 도 2b에 도시된 종래의 액정 소자의 일부에 대응하는 도 1을 참조하여 설명될 것이다. 액정 소자는 도 4 또는 도 10에 도시된 바와 같은 단면 구조를 갖는다. 도 1을 참조하여, 화소 유닛은 각 R, G 및 B 컬러에 대응하는 화소 전극을 통해 전압이 공급된 액정의 일부로 형성된 (컬러) 화소(212)를 포함하며, 마이크로렌즈(211)는 컬러 광속으로 각 (컬러) 화소를 조사하기 위한 압축 광 스폿(215)을 형성하도록 배치된다. 각 화소(212)는 유효 화소 면적을 이루는 개구(213)를 포함한다. 도 2b에 도시된 종래의 소자 내에서의 화소 배열과는 달리, 마이크로렌즈(211)의 중심 아래 우측에 있는 화소(이 실시예에서 G-화소)(212)(G)는 다른 R-화소(212)(R) 및 B-화소(212)(B)의 개구(213)보다 작은 개구(213)를 갖도록 디자인되고, G-화소(212)(G)의 개구 면적의 감소된 부분이 다른 R-화소(212)(R) 및 B-화소(212)(B)의 개구(213)에 할당된다. 한 특정 예에서, G-화소(212)(G)는 15 ㎛×20 ㎛ 크기의 개구(213)를 포함하여 27 ㎛×30 ㎛의 화소 크기를 갖도록 설정되며, 인접한 R-화소(212)(R) 및 B-화소(212)(B)는, 각각, 21.5 ㎛×20 ㎛ 크기의 개구(213)를 포함하여 31.5 ㎛×30 ㎛의 화소 크기를 갖는다. 마이크로렌즈(211)는 G-화소에서 ca.16 ㎛ 지름의 스폿(215)을 제공한다. 다른 한편으로, R-화소 및 B-화소에서, 광 기록 스폿은 다소 왜곡된 원형(도 1에 타원으로 도시됨)이 된다. 그런데 이 실시예에서, R- 및 B-화소는 G-화소보다 큰 개구를 갖도록 디자인되며, 이들 화소는 120 W-UHP 램프(초고압 수은 램프) 하에 조사된 G-화소와 실질적으로 동일한 효율을 나타내게 된다. 한 특정 실시예에서, 마이크로렌즈(211)는 도 1에 디스플레이된 배열을 갖는 거의 육각형 구조이며, 화소(212)로부터 700 ㎛ 간격으로 배치된다.

도 1에 도시된 바와 같은 화소 배열을 갖는 액정 소자는, 도 3에 도시된 바와 같은 광학 시스템을 같는 투사-형 액정 디스플레이 디바이스로서 통합될 수 있다. 도 3을 참조하면, 광원(201)은, 바람직하게는 상대적으로 짧은 arc 길이를 갖는 금속 할로겐 램프 또는 할로겐 램프일 수 있다. 광원(201)으로부터의 광은 플라이 아이(fly-eye)를 포함하는 반사경(reflector)에 의해 평행 광으로 전환되어, 본 실시예에서 고효율 압축기를 제공한다. 이것은 반드시 필요한 것은 아니지만, 가령, 타원형 반사경과 로드 적분기(rod integrator)를 포함하는 시스템을 사용하여, 균일 조사하도록 하는 스크램블 광(scrambled light)을 형성하는 것이 가능하다.

다음에, 조명광은 각 다이크로익 미러(dichroic mirror)(202∼204)에 의해 컬러 분리되고, 다음 본 실시에서의 ECB(electrically controlled birefringence) 모드에 따른 광 변조용 호메오트로픽 정렬 액정(homeotropic alignment liquid crystal)을 사용하는 액정 소자(205)에 입사된다. 따라서, 액정 소자(205)는, 액정 셀(패널)을 샌드위칭하는 한 쌍의 크로스 니콜 편광자(cross nicol polarizer)를 포함하여 일반적으로 블랙 디스플레이를 제공하며, 여기서 어두운 디스플레이(dark display) 상태는 전압 인가가 없을 때 형성되고 밝은 디스플레이(bright display) 상태는 인가 전압에 종속하는 아날로그 그레데이션(gradation) 레벨과 함께 인가되는 전압하에 형성된다. 다음에, 액정 소자(205)로부터 방사된 이미지 광은 프레넬 렌즈(206) 및 투영 렌즈(207)를 통해 스크린에 투영된다. 한 특정 실시예에서, 사용된 액정(611)(도 4)은 호메오트로픽으로 정렬된 네마틱 액정(예를 들어, 머크 사의 "MLC 6608") 및 호메오트로픽 정렬 막(4010 및 221)이며, 여기서 각 호메오트로픽 정렬 막(4010 및 221)은 500 Å 두께의 폴리이미드막(예를 들어, JSR K.K.에서 얻을 수 있는, 폴리이미드 프리커서로 "JALS 682"로 형성됨)이다. 얼라인먼트막(4010 및 221)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 0.5 mm 압축 깊이, 30 cm/sec 이송 속도, 600 rpm 롤러 회전속도로, 면직으로된 롤러면을 갖는 130 mm 지름의 마찰 롤러로 각각 실선 방향 및 점선 방향으로 두 번씩 문질러졌다.

이 실시예에서, 액정 소자(205)를 구성하는 액정 셀은, 도 4에 도시된 바와 같은, 종래의 디바이스와 유사한 n형 TFT를 포함하는 액티브 매트릭스형 구조를 갖는다. 그러나 이는 필수적인 것은 아니다. 단순 매트릭스형 액정 셀을 사용하는 것이 가능하다. 또한, n형 TFT 기판 대신에, p형 TFT 기판 또는 C-MOS 기판을 사용하는 것이 가능하다. 또한, 국부적으로 에칭된 개구 또는 SOI(silicon on insulator) 기판이 제공된 반도체 기판을 사용하는 것이 가능하다.

액정 소자에서 각 화소에서의 액정은 도 5에 도시된 등가 회로 구조물에 의해 표현되는 바와 같이 액티브 매트릭스 구동 회로로부터 전압 어플리케이션에 의해 구동되는데, 수평 시프르 레지스터(1201, 1202); 수직 시프트 레지스터(1203); 비디오 신호를 공급하기 위한 비디오 신호 라인(1204∼1209, 1210, 1211); 수직 시트프 레지스터(1201, 1202)로부터의 스캐닝 펄스에 따라 비디오 신호를 샘플링하기 위한 샘플링 MOS 트랜지스터(1212∼1223); 샘플링 MOS 트랜지스터(1212∼1223)로부터 각각의 TFT로 비디오 신호를 공급하기 위한 데이터 신호 라인(1224∼1235); 및 화소 전극과 카운터 전극 사이에 배치되고 화소 전극에 인접하여 형성된 보각 캐패시터(1238)를 수반한 액정(1237)에 공급된 비디오 신호에 따라 전압을 인가하도록 디자인된 스위칭 MOS 트랜지스터(TFTs)(1236)를 포함한다.

TFT(1236)의 각각의 로우가 수직 시프트 레지스터(1203)로부터 수평 스캐닝 드라이브 라인(1239∼1241)을 경유하여 수평 스캐닝 신호에 의해 순차적으로 선택되고, 데이터 신호 라인(1224∼1235)으로의 비디오 신호의 공급은 수직 스캐닝 드라이브 신호(1242∼1245)를 통해 수평 시프트 레지스터(1201, 1202)로부터 인가된 신호에 의해 구동된 샘플링 MOS 트랜지스터(1212∼1223)에 의해 제어된다.

더 구체적으로, 구동 회로의 동작으로서, 수평 시프트 레지스터(1201, 1202)로부터 라인(1242∼1245)을 통해 수직 스캐닝 제어 신호에 기초하여 공급되고, 수직 비디오 신호 라인(1224∼1235)에 공급된 샘플링 MOS 트랜지스터(1212∼1223)에 의해 입력된 비디오 신호가 샘플된다. 이 때, 제1 수평 스캐닝 드라이브 라인(1239)을 경유한 수평 스캐닝 제어 신호가 하이인 경우, 제1 로우 상의 스위칭 MOS 트랜지스터(1235)가 턴 온되어, 샘플된 비디오 신호가 제1 로우 상의 각각의 화소 상에 공급되어, 대응하는 전위로 각각의 화소를 제공한다. 다음 로우 상의 각각의 화소는 수직 스캐닝 디바이스 라인(1240, 1241, …)의 순차적 선택과 동기하는 상술된 화상 데이터 및 샘플링 MOS 트랜지스터(1212∼1223) 동기 턴-온에 기초하여 각각의 전위로 공급된다.

액정 소자(패널)는 도 6에 도시된 주변 전기 회로에 의해 구동될 수 있다. 도 6을 참조하여, 회로는 패널과 신호 프로세싱 회로를 구동하기 위해 개략적으로 램프 전원과 시스템 전원으로 분리된 전원(385); 플러그(386); 및 램프 안전 스위치(L.SW)에 의한 램프의 턴-오프와 같이 제어 보드(388)가 제어에 영향을 미치는 것에 기초하여 램프 온도의 이상을 검출하기 위한 램프 온도 검출기(387)를 포함한다. 또한, 필터 안전 스위치(389)에 의해서도 유사하게 제어될 수 있다. 예를 들면, 안전 측정이 포함되어, 높은 온도의 램프 하우스 박스가 시도되더라도 오픈되지 않는다.

또한, 시스템은 원하는 3D 사운드 또는 서라운드 사운드용 프로세서를 포함할 수 있는 사운드 보드(390)에 접속된 스피커(390)를 포함한다. 제1 확장 기능 보드(392)는 비디오 신호 터미널 S-터미널, 및 비디오 신호 합성 화상 신호와 사운드 신호용 터미널을 갖는 외부 디바이스(396)에 접속된 입력 터미널, 신호 선택 스위치(395), 튜너(394)를 포함하고, 디코더(393)를 경유하여 제2 확장 기능 보드(397)에 신호를 전송하도록 디자인된다. 제2 확장 기능 보드(397)는 컴퓨터의 핀 터미널이고 대체적으로 다른 채널로부터 터미널(309, 399)을 경유하여 비디오 입력(1)과 컴퓨터 사운드(2)을 수신하는 역할을 하는 Dsub(15)을 포함하여, 이들 신호 또는 비디오 신호를 변환 스위치(450)를 경유하여 수신된 디코더(393)로부터 A/D 컨버터(451)를 갖는 디지털 신호로 변환한다.

A/D 컨버터(451)에 의해 형성된 디지털 신호(NTSC 신호)가 대체적으로 비디오 RAM과 CPU와 같은 메모리를 포함하는 메인 보드(453)에 송신된다. 메인 보드에 의해 수신된 디지털 신호가 메모리에 저장된 후, 다수의 액정 화소, γ-변환 또는 에지 그레데이션(gradation), 휘도 조절, 및 바이어스 조절을 포함하는데 필요한 인터폴레이션법에 의해 빈 화소용으로 불충분한 신호의 준비와 같은 신호 프로세싱이 수행된다. NTSC 신호에 부가하여, 컴퓨터 신호가 또한 VGA 신호를 수신하는 동안 높은 해상도 XGA 패널에 대한 해상도 변환과 같이 프로세스된다.

메인 보드(453)도 하나의 화상 뿐 아니라 복수의 화상에 대한 NTSC 신호 데이터에 기초한 컴퓨터 신호의 합성과 같은 또한 다른 프로세싱에 영향을 미친다. 메인 보드(453)로부터의 출력이 직렬/병렬 변환되어 노이즈를 적게 받아들일 수 있는 형태에서 신호를 형성하는데, 이러한 신호가 패널 드라이브 헤드 보드(454)에 공급된다. 헤드 보드(494)에서, 신호 데이터가 병렬/직렬 변환된 후, D/A 변환되어 패널 드라이브 라인에 대응하는 복수의 신호로 분리된다. 신호가 드라이브 증폭기를 통해 공급되어, 액정 패널(G)(455)을 구동한다.

또한, 시스템은 원격 제어기 광-수신 유닛(LUR), LED 디스플레이 유닛 및 메인 보드를 조절하기 위한 키 매트릭스 입력 유닛(KMI)을 향하는 원격 제어 동작 패널(452)을 포함하는데, 컴퓨터 화상은 텔레비젼 화상에서와 유사한 방식으로 동작할 수 있다. 도 6에서, 단일 플레이트-형 액정 패널(455)(G) 만이 도시되었으나, 복수의 액정 소자가 메인 보드에 접속된 경우와 같은 유사한 방식에 기초하여 주변 회로를 구성하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명은 이하 구체적으로 설명된 실시예에 제한되지 않는다. 예를 들면, 여기에 도시된 복수의 실시예들은 복수의 실시예들이 결합된 효과를 얻기 위해 결합될 수 있다. 또한, 상술된 액정 패널(액정 소자)은 반도체 기판을 포함하나, 이하 후술될 투명 기판을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 액정 소자의 실시예에서, MOS-FET 또는 TFT 구동기를 포함하나, 다이오드와 같은 2 터미널 구동 소자가 또한 사용될 수 있다. 여기에 설명된 액정 패널은 가정용 텔레비젼 세트용 디스플레이 소자는 물론이고 프로젝터, 헤드-장착 디스플레이, 3-차원 화상 게임 세트, 랩-탑 컴퓨터, 전자 노트북, 텔레비젼 회의 시스템, 자동차 네비게이터, 및 비행기용 플라이트 패널과 같이 효과적으로 사용될 수 있다.

상술된 바와 같이 각각의 컬러에 대한 상이한 영역의 개구(213)를 갖는 액정 소자의 구체적인 일례로서, 다음과 같은 단색성 디스플레이와 백색 디스플레이에 대한 x와 y의 색도 조합값을 얻을 수 있다. 즉, 청색 컬러 디스플레이에서는 x=0.15, y=0.15이고, 녹색 컬러 디스플레이에서는 x=0.60, y=0.33이고, 백색 컬러 디스플레이에서는 x=0.30, y=0.31이다. 따라서, 각 컬러의 색도를 유지하는 동안 칩 사이즈를 증가시키지 않으면서 원하는 색조화와 높은 효율성을 구현하는 것이 가능하다. 따라서, 상술된 방식의 가장 적절한 화소 디자인에서, 작은 액정 소자 및 좋은 색조화의 액정 소자를 갖는 액정 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

상술된 바와 같이, 마이크로렌즈의 중심 바로 하부(또는 상부)에 배치된 G-화소에 상대적으로, R- 및 G-화소가 액정 이용 효율과 색조화에 큰 중요성을 추가함으로써 확대된다는 일례가 대두되었다. 이것은 반드시 필수적인 것이 아니다. 예를 들면, 각각의 컬러에 대한 개구를 디자인하여 램프의 성능과 최적 시스템을 고려하여 최적 시스템 발란스를 제공하는 것도 또한 가능하다. 상술된 일례에서, 3 컬러 R, G, 및 B 중 2개의 컬러가 개별적인 개구 사이즈를 갖도록 디자인되나, 서로 상이한 개구 사이즈를 갖는 모든 3개의 컬러 화소를 제공할 수 있다. 또한, 상술된 일례에서는 TFT-기판을 포함하는 전송-형 패널을 사용하였으나, 비결정질 실리콘 기판을 포함하는 패널 또는 반사-형 패널을 사용할 수 있다.

(제2 실시예)

도 7a 내지 도 7c는 X-Y 좌표 시스템, X-Z 좌표 시스템, 및 Y-Z 좌표 시스템 상에서 각각 살펴본 본 발명에 따른 투영-형 액정 디스플레이 장치의 광학 시스템 구성을 도시하고, 도 9는 시스템의 일부분의 단면도를 도시한다. 이들 도면을 참조하여, 액정 디스플레이 장치 시스템은 금속 할로겐화 램프 또는 UHP 램프와 같은 백색 광원으로서의 arc 램프(8); 상기 램프(8)로부터 광을 반사하여 집광하기 위한 타원 반사기(7); 적분기(6)로부터 발광을 병렬 광속으로 변환하기 위한 볼록 렌즈(51) 및 프레넬 렌즈(50); R(적색)-광 반사 다이크로익 미러(40), B/G(청색 & 녹색)-광 반사 다이크로익 미러(41), B(청색)-광 반사 다이크로익 미러(42), 프레넬 렌즈(50)로부터 컬러-분리 백색 조명광에 대하여 모든 광속을 R, G, 및 B로 반사하기 위한 고반사율 미러(43); 편광된 조명 광으로 조명된 마이크로렌즈-장착 액정 패널(2); 및 조명된 액정 패널(2)에 의해 형성된 화상을 투사하기 위한 투사 렌즈(1)를 포함한다.

여기서, R(적색)-반사 다이크로익 미러(40), B/B(청색 & 녹색)-반사 다이크로익 미러(41), 및 B(청색)-반사 다이크로익 미러(42)는 각각 도 8c, 도 8b, 및 도 8a에 도시된 스펙트럼 반사 특성을 갖는다. 이들 다이크로익 미러가 도 9의 단면도에 도시된 바와 같이 고반사율 미러(43)와 함께 3차원적으로 배치되고, 백색 조명광이 R, G, 및 B의 3원색 광으로 분리된 후, 후술될 바와 같이 이들은 3차원적으로 상이한 방향에서 액정 패널(2)을 조명한다.

이제, 광속 진행 프로세스가 설명된다. 먼저, 광원(8)으로부터 방사된 백색 광속이 타원 반사기(7)의 정면에 배치된 적분기(6)의 입구에서 타원 반사기(7)에 의해 압축되어, 적분기(6)의 수직 바디를 통해 나아가고, 공간적인 강도 분포를 균일화하기 위해 바디 내에서 반복적인 반사를 수행한다. 다음, 적분기(6)로부터 방사된 광속이 볼록 렌즈(51)와 프란넬 렌즈(50)를 통해 통과하여, 도 7b의 x-축을 따라 네거티브 방향에서 병렬 광속으로 변환되어, B-반사 다이크로익 미러에 도달한다.

B-반사 다이크로익 미러(42)에서, B(청색)-광 분류만이 반사되어 일반적으로 R-반사 다이크로익 미러(40)를 향하는 Z-축으로부터 설정된 각으로 Z-축을 따라 네거티브 방향으로 내려간다. 반면에, 다른 컬러 광 분류(RG 광)가 B-반사 다이크로익 미러(42)를 통해 통과하여 높은 반사 다이크로익 미러(43)에 도달하여 R-반사 다이크로익 미러(40)를 향하는 Z-축을 따라 네거티브 방향으로 오른쪽 각에서 반사된다.

따라서, B-반사 다이크로익 미러(42)와 높은 반사율 미러(43)가 배치되어, 도 7b를 참조하여 아래쪽으로 x-축을 따라 네거티브 방향으로 입사된 광속을 반사한다. 또한, 회전축으로서 y-축에 대한 x-y면으로부터 높은 반사율 미러(43)가 45도 각도로 배치되고(또는 회전하고), B-반사 다이크로익 미러(42)가 45도 각도보다 조금 작은 각도로 각각 배치된다.

따라서, 도 7b를 참조하여 R/G 광이 Z-축에 따라 네거티브 방향으로 아래쪽으로 오른쪽 각도에서 고반사율 미러에 의해 반사되고, B-광이 Z-축으로부터 규정된 각도로 형성하는 방향으로 B-반사 다이크로익 미러에 의해 반사된다. 본 실시예에서, B-광과 R/G 광을 갖는 액정 패널(2) 상의 조광 영역의 얼라인먼트를 제공하기 위해, 높은 반사율 미러(43)로부터의 다량의 시프트와 B-반사 다이크로익 미러(42)의 다량의 틸트가 결정되어, 액정 패널(2) 상에서 서로 교차된 각 컬러 광의 주광선을 갖게 된다.

다음, 아래쪽으로 향하는 B-광과 R/G 광이 R-반사 다이크로익 미러(40)와 B/G-반사 다이크로익 미러(41)를 향하게 된다. 본 실시예에서, 이들 다이크로익 미러(40, 41)가 B-반사 다이크로익 미러(42)와 높은 반사 미러(43) 아래에 배치된다. 또한, 회전축으로서 x-축에 대한 x-z면으로부터 B/G-반사 다이크로익 미러(41)가 45도 각도로 배치되고(또는 회전하고), R-반사 다이크로익 미러(41)가 45도 각도보다 조금 작은 각도로 각각 배치된다.

따라서, 이들 다이크로익 미러(dichroic mirror)에 진입하는, R/G/B-광 프랙션(light fractions) 중에, B/G-광은 R반사 다이크로익 미러(40)를 통과하게 되고 y축을 따라 포지티브(+) 방향에서 B/G-반사 다이크로익 미러(41)에 의해 반사되며 PBS(3)를 통과하여 편광된후 액정 패널(2)을 조사한다. 물론, B-광속은 Z축에 대해 소정의 각으로 경사를 이루는(tilted) 방향으로 향하게되고, B/G-반사 다이크로익 미러 미러에 의해 반사된 후, 액정 패널(2)에 입사되며, 입사각(x-y 면으로 경사를 이루는)으로서 소정의 각을 유지한다.

G-광은 B/G-반사 다이크로익 미러에서 수직으로 반사되어 Y-축을 따라 포지티브(+) 방향으로 진행하며, 0도의 입사각 즉, 액정 패널(2)에 대해 수직인 각으로 액정 패널(2)을 조사한다. 더욱이, 소정의 각(y-z 면에서 y축으로부터 경사를 이루는)으로 y축을 따라 포지티브(+) 방향으로 B/G-반사 다이크로익 미러(41) 전에 배치되어 있는 R-반사 다이크로익 미러(40)에 의해 나머지 R-광이 반사되고, PBS(3)를 통해 편광되어 도 7c에 도시되어있는 바와 같이, y-z면의 y축으로부터의 경사각으로서 소정의 경사각으로 액정 패널(2)을 조사한다.

마찬가지로 고반사 미러(43)와 B-반사 다이크로익 미러(42)처럼, B/G-반사 다이크로익 미러(41)로부터의 시프트 양과 R-반사 다이크로익 미러(40)의 경사는 각각의 컬러광의 주요선(principal rays)들이 액정 패널(2)상에서 서로 교차하도록하며, 이로 인해 액정 패널(2)상의 각각의 컬러광에 의해 조사 영역이 정렬된다. 더욱이, 본 실시예에서, 도 8b와 도 8c에 도시한 바와 같이, B/G-반사 다이크로익 미러(31) 및 R-반사 다이크로익 미러(40)에 의한 차단 파장(cut wavelength)은 각각 570nm와 600nm에서 결정되므로 불필요한 오렌지광 프랙션은 B/G-반사 다이크로익 미러(41)를 통과한 후 버려지므로 최적의 색 밸런스를 확보할 수 있다.

이어서, 액정 패널(2)로 입사하는 R,G,B 각각의 광은, PBS(3)로 되돌리기 위한 편광 변형(polarization modification)을 수용하면서 반사되고, 후술하는 바와 같이, x축을 따라 포지티브(+) 방향으로 반사된 광플럭스가 화상광으로서 발광되고 투영렌즈(1)를 통해 스크린(도시생략)상에 투영된다. 의도적으로 R,G,B-광은 상호 상이한 입사각으로 액정 패널(2)에 입사하므로, 그로부터 R,G,B-광은 상이한 방사광을 가지며, 투영렌즈(1)는 이러한 광을 전부 포획하기에 충분한 직경과 개구를 갖도록 디자인된다.

의도적으로, 본 실시예의 반사형 액정 디스플레이 장치의 경우에, 액정 패널에 입사하는 컬러광의 경사(inclination)는 각각의 광의 마이크로렌즈를 2회 통과함으로 인한 병렬화 동작에 의해 더 완화된다. 한편, 도 10에 예시한 바와 같이 종래의 투과형 액정 디스플레이 장이에 있어서, 액정 패널(2)로부터 발광플럭스는 마이크로렌즈의 포커싱 동작에 의한 상승(enhancement)으로 인해 더 퍼지게되므로, 이러한 스프레드광을 포획하기 위해서는 커다른 수차(numerical aperture)를 갖는 값비싼 투과렌즈가 요구된다. 그러나, 이러한 실시예에서 액정 패널(2)로부터의 발광광의 확산은 비교적 억제될 수 있으므로, 비교적 작은 수차를 갖는 투영 렌즈는 충분히 밝은 투영화상을 제공할 수 있어 저렴한 투영렌즈를 사용할 수 있다.

이어서, 본 발명에 사용될 액정 패널(2)을 도 11을 참조하여 상세히 설명한다. 도 11은 도 7c의 y-z면을 따라 취한 액정 패널(2)의 개략적 확대도이다. eh 11을 참조하면, 액정 패널(2)은 실리콘 반도체 기판928), 이 실리콘 반도체 기판928)에 형성되어 도 4를 참조하여 설명되는 구조와 유사한 구조를 갖는 활성화 매트릭스 회로부(27)와, 유리 기판(21)의 표면을 따라 형성되는 마이크로렌즈(22)와, 유리 기판(21) 아래에 배치되는 글라스 시트(glass sheet;23)과, 이 유리박판(23)위에 배치되는 투명 대향 전극(24)과, 이 투명 대향 전극(24)에 대향하여 배치되는 화소 전극(26; 26g, 26r 및 26r 포함)과, 전극(24 및 26) 사이에 배치되는 액정을 포함하고 있다.

마이크로렌즈(22)는 화소 전극(26)의 그것보다 2배 큰 피치에서 2차원 어레이 구조를 형성하도록 소위 이온 교환 처리를 통해 알카리 그래스의 유리기판(21)의 한 표면에 형성된다. 액정층(25)은 네가티브 유전체 이방성을 가지는 자기 정렬형 네마틱 액정(homeotropically aligned nematic liquid crystal)을 사용하는 DAP 모드(deformation of aligned phase)를 포함하여 ECB(Electrically controlled birefringence) 모드와, 포지티브 또는 네가티브 유전체 이방성을 가지는 네마틱 액정을 사용하는 HAN(hybrid alignment nematic)모드를 포함하고 있다. 이러한 액정들은 이들과 접촉하는 얼라인먼트막(alignment film)을 사용하여 특정 형태로 각각 정렬되어 액정 분자들의 프리틸트(pretilt)를 야기하고, 도 21과 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 직사각형 화소(rectangular pixel)의 전체적인 두 측면 중 적어도 한 측면을 따른 목적지(destination)를 부득이 하게 초래한다. 화소 전극(26)(도 26과 도 26r 등을 포함하여)은 Al을 포함하고, 반사 미러로서의 기능도 한다. 이러한 목적을 위해, Al 전극(26)은 향상된 반사성(reflectivity)을 나타내는 양호한 표면 특성을 제공하도록 그 패터닝화 이후, 소위 CMP(Chemical mechanical polishing) 처리된다.

활성화 매트릭스 유닛(27)은 실리콘 반도체 기판(28)상에 형성되는 반도체 회로이고, 상기 활성화 매트릭스 구동 모드에 따라 각각의 화소 전극(26)에 구동전압을 공급한다. 매트릭스 회로를 둘러싸거나 또는 이웃하는 주변부와, 수직 시프트 레지스터와 같은 게이트 라인 구동기 및 수평 시프트 레지스터와 같은 데이터 라인 구동기를 포함하는 주변 구동 회로(도시생략)가 도 5를 참조하여 설명하고 있는 것처럼 배치된다. 이러한 주변 구동 회로는 R, G, B의 소정의 주 컬러 신호에 기초한 각각의 컬러 화소 R, G, B에서 소정의 디스플레이 상태로 기록할 수 있도록 디자인된다. 각각의 화소 전극(26)에는 컬러 필터 세그먼트가 제공되지는 않지만 여기에 공급된 주 컬러 신호에 기초하여 R, G, B와 같이 식별될 수 있으므로 후술하는 바와 같이 R,G,B의 소정의 배열을 형성한다.

도 11을 보면, 예를 들어 액정 패널(2)을 조사하기 위한 G-광에 주목한다. 앞서 설명한 바와 같이, PBS(3)를 통해 편광된 후에, G-광은 액정 패널(2)에 수직으로 입사한다. G컬러선들 중에서, 하나의 마이크로렌즈(22a)에 입사하는 G컬러선을 도 10에 화살표 G(in/out)로 나타내었다. 도 11에 도시한 바와 같이, G-광은 화소 전극(26g)을 조사하기 위해 마이크로렌즈(22a)에 의해 집광되며 상기 마이크로렌즈(22a)를 통해 다시 액정 패널(2)로부터 방사되도록 Al로 이루어진다.

액정층(25)을 통해 상호 지나가는 동안 편광된 G-광은 화소 전극(26g)에 인가되는 데이터 전압에 기초하여 화소 전극(26g)과 대향전극(24) 사이에 형성되는 전계에 의해 구동되는 액정(25)에 의해 광학적으로 변조된다. 다음에, 액정층(25)에서 수신되는 변조도에 따라 G-광은 투영렌즈(1)쪽으로 PBS(3)의 경계부(3a)에서 상이한 각으로 반사되어 화소(26g)에서 밀도의 단계적변화(density gradation)을 나타낸다.

이어서, 패널(2)의 부분(도 7c에 도시한 바와 같은 y-z면)에서 경사방향으로 액정패널(2)에 입사하는 도 11의 R-광에 주목한다. PBS(3)를 통해 편광된 이후에, 마이크로렌즈(22b)에 입사하는 화살표 R(in)에 의해 표기되고 있는 R-광은 마이크로렌즈(22b)에 의해 집광되어 화소 전극(26r)을 조사하게 되고, 이 전극은 마이크로렌즈(22b)로부터 좌측으로 시프트된 위치에 자리잡고 있다. 이어서, R-광 R(in)이 화소 전극(26r)에 의해 반사되고, 이웃하고 있는 마이크로렌즈(22a)를 통해 화살표 R9out)으로 표기되고 있는 광선으로서 발광되며, 마이크로렌즈(22b)로부터 좌측(즉, z축을 따라 네가티브 방향으로)으로 이동되어 액정 패널(2)로 입력된다. 액정층(25)을 통해 지나가는 동안 편광된 R-광은 화소 전극(26r)에 인가되는 데이터 전압에 기초한 화소 전극(26r)과 대향 전극(24)간의 전계하에서 구동되는 액정(25)에 의해 광학적으로 변조된 후 액정패널(2)로부터 방사되어 PBS(3)로 되돌려진다. 그후, R-광은 상술한 G-광과 동일한 방식으로 수신된 광학 변조에 따라 단계적 변화(gradation)를 화상광 부분(portion of picture light)으로서 투영된다.

말하자면, 도 11은 상기 화소전극(26g, 26r) 상의 G-광과 R-광이 서로 오버랩되어 서로 간섭을 야기하는 상태를 예시하기 위한 것이다. 그러나, 이것은 액정층(25)의 두께를 용이한 이해를 위해 개략적으로 확대하였기 때문에 간단하다. 액정층(25)의 실제 두께는 박판 그래스(23)의 50-100㎛ 보다 작은 5㎛ 정도이므로 이러한 간섭은 화소의 크기에 무관하게 실제로는 발생하지 않는다. 덧붙여 설명하자면, 대향 전극(24)은 1000Å 정도의 두께를 갖는다. 특정 예로서, 제1 실시예에 사용되고 있는 바와 같이, 자기 정렬형 네마틱 액정 재료(Merck Co로부터 입수할 수 있는 "MLC 6608")가 제1 실시예에서 채택하고 있는 얼라인먼트막 재료 및 러빙 조건들함께 사용될 수도 있다.

본 실시예에 따른 컬러 분리 및 컬러 합성의 원리를 도 12a 내지 도 12c를 참조하여 설명한다. 도 12a는 액정 패널(2)의 개략 평면도이고, 도 12b와 도 12c는 각각 도 12a의 라인 A-A′(x 방향) 및 라인 B-B′(y 방향)를 따라 취한 이러한 패널(2)의 개략적인 부분도이다. 이들 중에서, 도 11에 대응하는 도 12c는 y-z면에 따른 부분을 나타내며, 각각의 마이크로렌즈(22)를 통한 G-광과 R-광의 입사 및 발광 방식을 예시하고 있다.

도 12c로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 각각의 G-화소 전극(26)은 연관된 마이크로렌즈(22)의 중앙 아래의 우측에 배치되고, 각각의 R-화소 전극(26)은 연관된 이웃 마이크로렌즈(22)들 간의 경계부 아래 우측에 배치된다. 따라서, R-광의 입사각 θ는 화소 피치간(G 및 R화소들간)의 비율과 마이크로렌즈 및 화소 전극간의 거리와 동일한 tan θ의 값을 제공하도록 설정된다.

한편, 도 12b는 액정 패널(2)의 x-y 부분을 나타낸다. x-y부를 따라 B화소 전극과 G화소 전극은 도 12c에 도시한 것과 유사하게 교호적으로 배치된다. 따라서, G화소 전극은 연관된 마이크로렌즈의 중앙 아래 우측에 배치되고, 각각의 B화소 전극은 연관된 이웃 마이크로렌즈들간의 경계부 아래 우측에 배치된다. 다음에, 액정 패널을 조사하는 B-광이 PBS(3)를 통한 편광후 x-y 면을 따라 경사 방향으로 액정 패널에 입사되므로, 마이크로렌즈를 통해 입사하는 B-광은 B화소 전극에 의해 반사되어 도 12b에 도시한 바와 같이 그리고 R-광과 상당히 유사한 방식으로 x방향으로의 입사를 위한 마이크로렌즈와 이웃하는 마이크로렌즈를 통해 방사된다. B화소 전극에 진입하는 B-광은 B화소 전극에 인접한 액정에 의해 변조되고, 상술한 바와 같이 G-광과 R-광과 동일한 방식으로 액정 패널로부터 발광된 후에 투영된다.

더욱이, 각각의 B화소 전극은 연관된 이웃하는 마이크로렌즈들간의 경계 아래 우측에 위치하고, B-광은 화소 피치간(G-화소 및 B-화소)간의 비 그리고 마이크로렌즈 및 화소 전극간의 거리의 비와 동일한 tan θ를 제공하는 각 θ에서 액정 패널에 입사한다. 이러한 실시예에 따른 액정 패널에서, R, G, B의 (컬러) 화소는 z방향으로 RGRGRG...의 순서로 배열되고, x방향으로(도 12a에 도시한 바와 같이) BGBGBG...의 순서로 배열된다.

도 13은 화소 레이아웃 즉, 3개의 컬러 화소를 포함한 화소 유닛의 상대 위치와 마이크로렌즈를 나타내는 도 12a의 일부 확대도에 대응하는 개력 평면도이다. 특히, 도 13은 마이크로렌즈(22)에 관련하여 각각 G-, B-, 및 R-화소에 대한 반사전극(화소전극) 26g, 2b, 26r의 위치와, 디스클리네이션(정렬 무순위 영역)(36,37)과 함께 마이크로렌즈(22)에 의해 형성되는 포컬(또는 집광) 스폿을 나타내고 있다. 화이트 디스플레이시에, 디스클리네이션(36,37)은 액정 분자 틸트 방향의 무순위에 기인하는 편광 장애(polarization failure)로 인해 보다 어두운 영역을 제공하게 되므로, 휘도의 저하 그리고 디스플레이 특성의 현저한 열화를 초래하는 색조화 혼란(color balance disorder)이 나타난다. 본 실시예에서, R-화소 전극(26r)은 기타 G 및 B 화소 전극(26g, 26b)의 개구 크기의 대략 2배의 개구 크기를 갖도록 설정된다. 그 결과, 디스클리네이션(36)은 R화소에서 마이크로렌즈(22)에 의해 주어지는 포올 스폿(foal spot; 35)으로는 오버랩되지 않으므로 양호한 디스플레이 특성을 제공한다. 특히, R화소(26r)의 좌측은 G화소(26g)의 좌측으로부터 이동되어 R화소(26r) 내의 디스클리네이션(36)에 따른 장애를 방지한다. 마이크로렌즈(22)의 치수(dimension)를 설정하는 예와, 마이크로렌즈에 의해 주어지는 포컬 스폿 및 화소 사이즈가 도 13에 예시된다.

상기 예에서, 적 화소(red pixel; 26r)의 효율성에 상당한 중요성을 부가하는 경우, 적 화소(26r)의 크기는 적 화소(26r)내 디스클리네이션에 의한 장애를 방지하도록 기타 컬러 화소(26g, 26b)에 비해 상대적으로 확대된다. 이것은 필수적인 것은 아니다. 예를 들어, 램프 및 광학 시스템의 특성을 고려하는 경우에도 최적의 시스템을 제공할 수 있도록 각각의 컬러 화소의 애퍼쳐(apertures)를 디자인하는 것도 가능하다. 전술한 3개의 컬러 R, G, 및 B 중 2개는 동일한 애퍼쳐 크기를 갖도록 디자인되지만, 3개의 컬러 화소 모두에 대해 상이한 애퍼쳐 크기를 제공할 수도 있다.

상기 예에서, 화소 배치 피치는 수직 및 측면으로 마이크로렌즈 배치 피치(arrangement pitch)의 거의 절반이다(즉, 도 12a에서 x 및 z 방향 각각에서). 더욱이, G화소는 연관된 마이크로렌즈의 중앙 우측 아래에 배치된다. 한편, R화소는 G 화소 및 B화소 사이 그리고, z방향으로 이웃하는 마이크로렌즈(22)들 간의 경계를 따라 배치되고, B화소는 2개의 G 화소 사이 그리고, z방향으로 이웃하는 마이크로렌즈(22)들 간의 경계를 따라 배치된다.

도 14는 도 12a에 도시된 화소 배치를 갖는 액정 패널(2)의 부분 확대 평면도이다. 도 14를 참조하면, 빗금친 라인 프레임(29)에 의해 한정되고 있는 사각 영역은 R,G,B 화소를 포함하는 화소부를 나타내고 있으며, 이 화소들은 단일 화소 위치에 대한 R,G,B 화소 신호에 기초한 매트릭스 구동회로(도 11의 27)에 의해 구동된다.

이제, R화소 전극(26r), G화소 전극(26g) 및 B화소 전극(26b)를 포함하는 하나의 화소부에 주목한다. 화살표 r1으로 예시하고 있는 바와 같이 마이크로렌즈(22b)를 통해 비스듬하게 입사하는 R-광과 함께 R화소 전극(26r)이 예시되어 있으며, 그 결과적인 R반사광이 화살표 r2에 의해 예시되고 있는 바와 같이 마이크로렌즈(22a)를 통해 발광된다. 화살표 b1으로 예시하고 있는 바와 같이 마이크로렌즈(22c)를 통해 비스듬하게 입사하는 B-광과 함께 B화소 전극(26b)이 예시되어 있으며, 그 결과적인 B반사광이 화살표 b2에 의해 예시되고 있는 바와 같이 마이크로렌즈(22b)를 통해 발광된다. 더욱이, G 화소 전극(26g)은 전면으로부터 도면의 배면측으로 향하는 화살표 g12로 지시되고 있는 바와 같이 마이크로렌즈(22a)를 통해 수직으로 입사하는 수직 G-광과 함께 예시되고 있으며, 그 결과적인 G반사광은 배면측으로부터 도면의 전면측으로 수직 방향으로 동일한 마이크로렌즈(22a)를 통해 발광된다.

따라서, 본 발명에 따른 액정 패널의 실시예에서, 하나의 화소부를 구성하는 R,G,B 화소들이 상이한 마이크로렌즈를 통해 입사하는 광플럭스와 함께 예시되고 있지만, 반사광속은 동일한 마이크로렌즈(이 경우에는 22a)를 통해 발광된다. 이것은 또한 R,G,B 화소를 포함하는 각각의 다른 화소 유닛의 경우에도 마찬가지일 수 있다.

따라서, 액정 패널(2)로부터의 모든 발광속이 PBS(3) PBS(3) 및 투영 렌즈(1)를 통과하여 도 15에 도시된 바와 같이 스크린(9) 상에 투영되는 경우, 액정 패널(2)상의 각각의 마이크로렌즈 위치가 스크린99)상에 투영되도록 광학 조정이 수행된다면, 투영 화상은 도 16에 도시된 바와 같이 마이크로렌즈들에 대응하는 프레임(17)의 어셈블리로 구성되고, 각각의 프레임(17)은 대응하는 화소 유닛의 R,G,B 화소로부터의 발광속의 혼합 컬러로 이루어진다. 따라서, 종래의 시스템에 의해 얻어지는 도 23에 도시한 바와 같은 R,G,B 모자이크 패턴을 유지하고 있는 투영 화상과는 달리, 작은 주 컬러 모자이크 패턴(minute primary color mosaic pattern)을 유지할 필요없이 고품질의 컬러 화상 디스플레이가 실현될 수 있다.

이제, 실리콘 기판(28)상에 형성되어 화상 소자(picture elements)의 활성화 구동을 위해 사용되는 활성화 매트릭스 구동 회로부927) 및 각각의 화상 소자의 조직(organization)을 상세히 설명한다. 도 17은 수평 및 수직 시프트 레지스터 등의 주변 회로 소자(members)와 관련 도선(conductor lines)을 생략하고 있으며, 활성 매트릭스 구동 회로의 관련 소자의 대략적인 배치를 예시하고 있는 개략 회로도이다. (도 17에서 도시된 화소 크기는 도 13 및 도 14에 도시된 것들을 정확히 재현하고 있는 것은 아니다) 도 17을 참조하면, 화소부의 R, G, B 화소 226r, 226g, 226b 각각에 대한 MOS 트랜지스터(321∼323)는 게이트선(310)에 공통으로 접속된다. 수직 시프트 레지스터로부터의 신호에 기초하여 게이트선(310)이 온된 후에, 관련 샘플링 스위치로부터의 신호는 신호선(301∼303)을 통해 전달되어 R, G, B의 각각의 화소(226r, 226g, 226b)에 공급된다. R,G,B화소에서의 동시 기록은 필수적인 것은 아니지만 각각의 화소에서 특정 신호의 기록은 요구된다. 각각의 화소에서 기록되는 포지티브 및 네가티브 극성 신호의 인버젼 방법과 관련하여, 칼럼 인버젼(column inversion), 라인 인버젼, 도트 인버젼 및 필드 인버젼 등의 다양한 구동 방법이 요구에 따라 채택될 수 있다. 예를 들어, 칼럼 인버젼의 경우에는, 화소(226r, 226g, 226b)에 대한 화소 전극들은 대향전극의 화소에 비해 포지티브인 전위로 설정되고, 이웃하는 화소부의 화소(226r, 226g, 226b)에 대한 화소 전극은 대향 전극에 비해 네가티브 전위로 설정된다. 이러한 경우에, 2화소부간의 경계에 인접한 해치부(230)에서 디스클리네이션이 현저히 발생하기 쉽다. 예를들어, 이러한 효과를 고려하여 화소 크기와, 광원의 조직(organization) 및 광시스템을 디자인하는 것은 본 발명에 따라 최적화되어야 한다.

도 18은 투사-형 액정 디스플레이 장치에 대한 전체 구동 회로의 블록도이다. 도 18을 참조하면, 구동 회로는 액정 패널(2)을 구동하고, R, G, B 화상 신호들을 극성 인버젼시켜 소정의 전압으로 증폭함으로써 액정 구동 신호를 형성하고, 대향 전극(24)을 구동하기 위한 신호와 다양한 타임 신호를 형성하기 위한 패널 드라이버(10)를 포함하고 있다. 다양한 화상 신호들을 디코드하고 전송 신호들을 표준 화상 신호로 제어하기 위해 인터페이스(12)가 포함된다. 디코더(11)는 인터페이스(12)로부터의 표준 화상 신호들을 R, G, B 주컬러 화상 신호와 동기화 신호 형태로 디코드하기 위해 포함되어 있다. 밸러스트(14)는 리플렉터(7)가 부착된느 아크 램프98)을 안정적으로 구동하는데 사용되며, 파워를 각각의 회로에 공급하기 위한 전원 회로(15)에 연결된다. 이러한 유닛은 그안에 설치되어 있는 동작부(도시생략)를 포함하고 있으면서 각각의 회로 블록들의 전체적인 제어를 실행하는 콘트롤러(7)에 연결된다. 따라서, 본 실시예의 투사-형 액정 디스플레이 장치는 매우 공통적인 단일 장치형 프로젝터를 요구할 뿐이며, 특정한 구동회로를 요구하는일 없이 상술한 바와 같은 R,G,B 모자이크-프리 고품질 컬러 화상 디스플레이를 실행할 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 액정 패널(액정 소자)은 도 17에 도시한 또 다른 컬러 화소 배치도 생각할 수 있으며, 여기서 각각의 B화소는 마이크로렌즈의 중앙 아래 우측에 배치되며, G화소는 B 화소와 횡방향으로 교호적으로 배치되며, R화소는 B화소와 수직으로 교호적으로 배치된다. 이러한 배치에서, B-광은 수직으로 입사하고, R 및 G-광은 동일 방향에서 다른 방향으로 경사지게 입사하므로, R,G,B화소로부터의 반사 광속은 공통 마이크로렌즈(22)를 통해 발광되며, 이로 인해 상기 실시예에서 처럼 동일한 효과가 얻어질 수 있다. 각각의 R화소가 마이크로렌즈(22)의 중앙 아래에 바로 배치되고, 다른 컬러 화소들은 횡방향 또는 수직으로 R 화소와 교호적으로 배치되는 구조를 채택하는 것도 가능하다.

(제3 실시예)

도 19는 3개의 컬러 화소를 포함한 화소부의 레이아웃(상대적 배치)과, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 액정 소자내 연관된 마이크로렌즈를 예시하고 있다. 액정 소자의 조직(organization)은 제2 실시예에 따른 상술한 액정 소자의 조직과 기본적으로는 동일하지만, 본 실시예에서 마이크로렌즈는 연관된 화소들의 중앙으로부터 벗어나는(deviated) 광축을 갖도록 배치되어 있다. 도 19와 도 13에서, 대응하는 부품들에는 동일한 참조부호를 사용하였다. 하부 및 상부 기판들은 각각의 화소들에 대해 경사지도록 즉, 각각 실선과 점선 방향으로 러빙되며, 이로 인해 열등한 디스플레이 특성을 나타내는 디스클리네이션 영역들(즉, 정렬 불일치 영역; 36, 37)은 각 화소의 좌측과 우측의 2측면을 따라 발생하게 된다. 본 실시예에서, 각각의 마이크로렌즈(22)는 연관된 화소들에서 포컬 스폿의 오버랩핑을 피할 수 있도록 배치된다.

특히, 본 실시예에서, 각각의 마이크로렌즈(22)의 광축이 경사를 수반하는 측면 반대측의 방향 (도 19의 예에서 하부 우측 방향)으로 편이되고, 화소 (전극)(26r)의 면적 크기가 화소(26r)에서의 경사(37)를 갖는 장애물을 완전하게 편이시키도록 제1 실시예에서와 유사하게 확장된다. 도 19에서, 경사(36 및 37) 및 초점 스폿(35)은 선명한 윤곽선으로서 도시되어 있지만, 실제로는 점차 변화하여 이들이 주변부에서 서로 간섭하여 화상 품질 저하를 야기할 수 있다.

상술한 바와 같이, 각각의 컬러 화소의 상이한 면적을 갖는 액정 소자의 특정한 예에서, 단색 디스플레이 및 백색 디스플레이를 위한 x 및 y의 다음의 색도 좌표값이 얻어졌다. 즉, 청색 컬러 디스플레이를 위해서는 x=0.15 및 y=0.10이고, 녹색 컬러 디스플레이를 위해서는 x=0.29 및 y=0.61이며, 백색 디스플레이를 위해서는 x=0.31 및 y=0.31이다. 따라서, 각각의 컬러의 색도를 유지하고 칩 크기를 확장시키지 않으면서 소망의 색조화와 고 효율을 실현하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 상술한 방식으로 디자인한 최적의 화소로 인하여, 우수한 색조화를 갖는 소형 액정 소자 및 이러한 액정 소자를 포함하는 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것이 가능하다.

상기에서, 마이크로렌즈의 중심 우측 아래 (또는 위)에 배치된 G-화소와 그에 인접한 B-화소와 관련하여, 광 효율성 및 색조화에 중점을 둠으로써 R-화소의 크기가 확장된 예가 부각되었다. 이는 중요한 것은 아니다. 예를 들어, 램프 및 광학 시스템의 특성에 대한 추가적인 고려를 통해 최적의 시스템 평형을 제공하도록 각각의 컬러의 개구를 디자인하는 것이 또한 가능하다. 상기 예에서, 3개의 컬러(R, G, 및 B) 중 2개는 동일한 화소 또는 동일한 개구 크기를 갖도록 디자인되지만, 3개의 컬러 모두가 서로 상이한 화소 크기를 갖도록 하는 것이 또한 가능하다. 또한, 상기 예는 반사형 패널을 사용하지만, 상술한 바와 같은 폴리실리콘 또는 비정질 실리콘 기판을 포함하는 패널이나, 투과형 패널을 사용하는 것도 가능하다.

(제4 실시예)

도 20은 본 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치의 광학 시스템의 전체 구성을 도시하고 있다. 도 20에서, 도 7에서와 동일한 참조 번호에 의해 동일한 부분들이 디스플레이되어 있다. 도 20을 참조하면, 액정 디스플레이 장치는 2가지 형태의 액정 소자, 즉 마이크로렌즈가 장비된 R-광 및 B-광용 액정 소자(222)와, 마이크로렌즈가 장비되지 않은 G-광용 액정 소자(401)와, 1/4파 플레이트(400)를 포함한다. 액정 디스플레이 장치는 각각 도 8c, 8b, 및 8a에 도시된 것과 유사한 스펙트럼 반사 특성을 갖는 R(적색)-광 반사 다이크로익 미러(40), G(녹색)-광 반사 다이크로익 미러(411), 및 B(청색)-광 반사 다이크로익 미러를 포함한다. 이들 다이크로익 미러는 백색 조명광을 RGB 기본 색 광으로 컬러 분리시키고 후술되는 바와 같은 기본색을 갖는 액정 패널(222 및 401)을 조명하도록 배치된다.

이하, 광속 진행의 프로세스가 설명될 것이다. 먼저, 광원(8)으로부터 방사된 백색 광속이 타원형 반사기(7)의 전면에 배치된 적분기의 입력단에서 타원형 반사기(7)에 의해 축적되고 그 공간 세기 분포를 균일화하기 위한 몸체 내의 반복성 반사를 일으키면서 적분기(6)의 길이 방향 몸체를 통해 진행하도록 된다. 다음에, 적분기(6)로부터 발광속은 볼록 렌즈(51) 및 프레넬 렌즈(50)를 통과하여 x축 방향을 따라 네거티브(-) 방향으로 평행한 광속을 변환되어 R-반사 다이크로익 미러(40)에 도달한다.

R-반사 다이크로익 미러(40)에서, 단지 R(적색)-광 부분만이 반사되어 편광 빔 스플리터(PBS)(3)를 향해 일정한 각으로 보내진다. 한편, B-광 부분과 G-광 부분은 R-반사 다이크로익 미러(40)를 통과하여 PBS(3)에 대해 45도의 각으로 배치된 B-반사 다이크로익 미러(42)를 향해 보내진다. 이러한 부분들 중, B-광 부분은 B-반사 다이크로익 미러(42)에 의해 반사되어 PBS(3)를 향해 보내진다. G-광 부분은 또한 B-반사 다이크로익 미러(42)를 통과하여 1/4파 플레이트(400)에 도달하는데, 여기서 B-광의 편광이 변조된다. 변조된 B-광은 다음에 G-반사 다이크로익 미러(411)에 의해 반사되고, 다시 1/4파 플레이트(400)에 의해 편광 변조 처리된 다음 PBS(3)를 향해 보내진다. 그 결과, G-광만이 R-광 및 B-광에 대해 λ/2만큼 편광 위상 편이된다.

PBS(3)로 들어가는 R-광 및 B-광은 마이크로렌즈가 장비된 액정 소자(222)에 의해 반사 및 편광 변조되고 PBS(3)로 복귀하여 제2 실시예에서 설명된 바와 동일한 원리에 근거한 투영법을 통해 투영된다. 한편, PBS(3)로 들어가는 G-광은 PBS(3)의 평면(301)에 수직으로 반사되어 액정 소자(401)를 향해 보내진다. G-광은 액정 소자(401)에 의해 반사 및 편광 변조되어 투영 렌즈(1)를 통해 투영된다. 따라서, G-광은 R-광 및 B-광의 위상으로부터 λ/2만큼 편이된 위상을 가지며, G-광은 PBS(3)의 평면(301)에서 상이한 반사 작용을 받게, 즉 처음의 투영시에 반사되고, 패널(401)에 의한 편광 변조 후에, 패널(301)에 의해 보내져서 투영 렌즈(1)로 향하게 된다.

액정 소자의 구성이 보충된다. 도 21은 평탄한 면을 갖는 23㎛²반사 전극(510)을 포함하는 G-광용 액정 소자(401)에서의 반사 전극 배열을 도시하고 있다. 액정 소자(401)는 마이크로렌즈를 포함하지 않는다. 도 22는 R-광 및 B-광용 액정 소자(222)에서의 초점의 스폿과 함께 반사 전극 배열을 도시하고 있다. 액정 소자(222)는 교대로 배치되며 각각 23 ㎛ x 11 ㎛의 크기를 갖는 R-광용 전극(511) 및 B-광용 전극(512)을 포함한다. 마이크로렌즈(513)는 직경이 ca. 10 ㎛를 각각 측정하는 초점 스폿을 제공하도록 24 ㎛의 피치로 배열된다. 마이크로렌즈(513)는 도 22에 도시된 바와 같이 직사각형 또는 정사각형을 가질 수 있지만, 통상적으로는 원통형 렌즈로 구성될 수 있다. 특정한 예에서, 제1 실시예에서 사용된 바와 같은 동형회귀적으로 정렬된 네마틱 액정 물질(homeotropically aligned nematic liquid crystal material) ("MLC 6608", Merck Co.로부터 입수 가능)이 정렬 막 재료로 함께 사용될 수 있으며 러빙 조건이 양 액정 소자(222 및 401) 모두에서 제1 실시예에서 채용된 바와 동일할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 우수한 색조화으로 밝은 디스플레이를 제공하도록 높은 개구비를 갖는 액정 디스플레이 장치를 실현하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 본 실시예의 액정 디스플레이 장치는 상기와 같은 효과를 얻도록 나머지와 다른 크기를 갖는 적어도 하나의 컬러의 화소를 포함하는 R, G, 및 B 화소를 제공하는 2가지 형태의 액정 소자를 포함함으로써, 디자인를 위한 자유도를 증가시킨다. 상기 예에서, G-광용 화소는 R-광용 화소 및 B-광용 화소에 대해 크기가 확장된다. 이는 필수적이지는 않다. 예를 들어, 램프 및 광학 시스템의 특성에 대한 추가적인 고려로써 최적의 시스템 평형을 제공하는 것이 또한 가능하다. 상기 예에서, 3개의 컬러(R, G, 및 B) 중 2개는 동일한 개구 크기를 갖도록 디자인되지만, 3개의 화소 모두에 서로 상이한 개구 크기가 제공되는 것이 또한 가능하다. 또한, 상기 예는 TFT-기판을 포함하는 투과형 패널을 사용한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 컬러의 화소가 다른 컬러의 화소로부터 유효한 화소 면적(화소 전극의 형태와 사이즈 및 그 개구에 의해 정의됨)을 가짐으로써, 우수한 색조화와 광 효율성을 나타낼 수 있는 소형 액정 소자 및 이러한 액정 소자를 포함하는 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.

Claims (6)

1. 액정 소자에 있어서,

   액정의 층과;

   상기 액정에 전압을 인가하고, 상기 액정과 함께, 하나의 화소 전극에 각각 대응하는 2차원 배열 화소를 형성하도록 배치되며, 복수의 컬러 중 하나의 광을 방사하도록 디자인된 2차원 배열 화소 전극과;

   상기 복수의 컬러 중 하나의 조명광의 집광된 광 스폿으로 각각의 화소를 조명하도록 배치된 마이크로렌즈의 어레이

   를 포함하며,

   상기 복수의 컬러 중 적어도 하나의 화소는 상기 다른 컬러의 화소와 다른 화소 크기를 갖도록 설정되는 액정 소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 컬러는 3원색이며,

   상기 3원색에 대한 화소는 제1 방향 및 제2 방향으로 2차원 배열되어, 상기 3원색 중 2색에 대한 화소가 교대로 상기 제1 방향에서 제1 피치로 배열되고, 상기 3원색 중 다른 2색에 대한 화소가 교대로 상기 제2 방향에서 제2 피치로 배열되며,

   상기 마이크로렌즈는 상기 제1 방향에서 상기 제1 피치의 2배의 피치로 2차원 배열되고 상기 제2 방향에서 상기 제2 피치의 2배의 피치로 2차원 배열되는 액정 소자.
3. 제1항에 있어서, 상기 각각의 마이크로렌즈는 상기 집광된 광 스폿을 형성하기 위한 광축을 갖도록 배치되며, 상기 광축은 연관된 화소의 중심으로부터 편이(shift)되어 있는 액정 소자.
4. 제1항에 있어서, 상기 화소 전극은 상기 조명광을 반사시키도록 기능하는 액정 소자.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 따른 액정 소자를 포함하는 액정 디스플레이 장치에 있어서,

   복수의 컬러의 조명광으로 액정 소자를 조명하여 복수의 컬러의 변조된 광이 상기 액정 소자로부터 방사되도록 하기 위한 조명 수단, 및

   상기 액정 소자로부터 방사된 상기 변조된 조명광을 수신하여 화상 광을 투영하기 위한 투영 수단

   을 포함하는 액정 디스플레이 장치.
6. 액정 디스플레이 장치에 있어서,

   액정의 층과, 상기 액정에 전압을 인가하고, 상기 액정과 함께, 하나의 화소 전극에 각각 대응하는 2차원 배열 화소를 형성하도록 배치되며, 하나 또는 복수의 컬러 중 하나의 광을 방사하도록 디자인된 2차원 배열 화소 전극을 각각 포함하는 복수의 액정 소자와;

   복수의 액정 소자를 대응하는 컬러의 조명광으로 조명하여 상기 대응하는 컬러의 변조된 조명광이 각각의 액정 소자로부터 방사되도록 하기 위한 조명 수단;

   상기 복수의 액정 소자로부터 방사되는 변조된 조명광을 합성하기 위한 광학 합성 수단과;

   상기 합성된 변조 조명광을 수신하여 화상 광을 투영하기 위한 투영 수단

   을 포함하며,

   상기 복수의 액정 소자 중 하나 또는 복수의 컬러 전체 중에서 적어도 하나의 화소는 다른 컬러의 화소와 다른 화소 크기를 갖도록 설정되는 액정 디스플레이 장치.