KR20030003687A

KR20030003687A - 액정 프로젝터

Info

Publication number: KR20030003687A
Application number: KR1020027011076A
Authority: KR
Inventors: 에이지 요다
Original assignee: 니폰 오일 코포레이션
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2003-01-10
Also published as: EP1260852A4; WO2001063348A1; JP2001235747A; US20030025862A1; EP1260852A1

Abstract

전극을 구비한 한쌍의 투명기판으로 이루어진 액정셀과, 2장의 편광소자 및 하이브리드-배향된 액정층으로 이루어진 2장의 광학이방층으로 이루어진 액정 셔터부를 구비한 프로젝터에 있어서, 상기 2장의 광학이방층이 2장의 편광소자 사이에 배치되고, 한쪽의 광학이방층의 칠드방향과 다른쪽 광학이방층의 칠드방향과 이루는 각도가 85°내지 100°가 되도록 배치되므로써, 액정 프로젝터의 장치를 대폭적으로 변경하지 않고서도 표시 콘트라스트가 대폭적으로 개선된 액정 프로젝터를 얻을 수 있다.

Description

액정 프로젝터{LQUID CRYSTAL PROJECTOR}

액정 표시소자의 표시화상을 확대하여 투영하는 액정 프로젝터는 액정표시소자의 배면에 광원을 배치하고, 액정표시소자를 투과한 광을 렌즈로 확대하여 투영하므로써, 화상을 확대표시하지만, 표시화상의 밝기나 콘트라스트의 개선이 강하게 요구되고 있다.

밝기를 증가시키는 수단으로서는 광원 럼프(lump)의 출력을 높이거나, 상기 럼프의 종류를 변경시켜 광원의 휘도를 높이는 방법과, 렌즈의 집광율을 크게 하여 광원으로부터의 광 이용율을 높이는 방법이 있다. 전자의 방법은 간편하지만, 소비전력이나 발광량이 증대되기 때문에 종래 보다 강력한 냉각장치가 필요하게 되고, 그 결과 장치의 중량이 증가하고 크기가 커져버린다는 문제가 있다. 또한, 후자의 방법은 간편하지만, 콘트라스트가 저하되어버린다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 액정 프로젝터의 장치를 대폭적으로 변경하지 않고, 표시 콘트라스트가 대폭적으로 개선된 액정 프로젝터를 제공하는 것이다.

본 발명은 액정 프로젝터에 관한 것으로서, 특히 콘트라스트 특성이 대폭적으로 개선된 액정 프로젝터에 관한 것이다.

도1은 광학이방층의 칠드방향의 정의를 도시한 설명도.

도2는 액정 프로젝터의 광학계의 기본구조를 도시한 도면.

도3은 액정 셔터부의 기본구성을 도시한 도면.

도4는 액정 셔터부의 기본구성이 도시된 다른 실시예를 도시한 도면.

도5는 액정 셔터부의 기본구성이 도시된 또 다른 실시예를 도시한 도면.

본 발명의 특징에 따르면, 전극을 구비한 한쌍의 투명기판으로 이루어진 액정셀과, 2장의 편광소자 및 하이브리드 배향된 액정층으로 이루어진 2장의 광학이방층으로 이루어진 액정 셔터부를 구비한 프로젝터에 있어서, 상기 2장의 광학이방층이 2장의 편광소자 사이에 배치되고, 한쪽 광학이방층의 칠드방향과 다른쪽 광학이방층의 칠드방향과 이루는 각도가 85°내지 100°되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터가 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 광학이방층의 평균 디렉터와 광학이방층의 평면과 이루는 각도가 10°내지 80°이고, 광학이방층의 지연 절대값이 50㎚내지 300㎚인 광학이방층을 갖는 액정 셔터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터가 제공된다.

이하, 본 발명의 내용에 대해 하기에 서술하기로 한다.

본 발명의 액정 프로젝터는 액정셀, 2장의 편광소자와 2장의 광학이방층을구비하고, 상기 2장의 광학이방층의 칠드방향과 이루는 각도를 85°내지 100°가 되도록 배치된 액정셔터부를 구비하고 있다.

상기 광학이방층은 적어도 하이브리드-배향된 액정층으로 구성된다. 여기서 하이브리드-배향된 액정층과는 네마틱-배향된(netemic-oriented) 액정분자의 디렉터(director)가 한쪽의 경계근방으로부터 다른쪽의 경계근방으로 연속적으로 변화되고, 상기 디렉터와 액정층 평면과 이루는 각도가 두께방향으로 전체 장소에서 다르게 되어 있다. 따라서, 액정층 전체에는 광학축은 더 이상 존재하지 않는다.

또한, 본 발명에 따른 광학이방층의 칠드방향은, 광학이방층을 구성하는 액정층의 상하 2면내에, 상기 액정층 경계근방의 액정분자의 디렉터와 상기 액정층 평면과 이루는 각도가 보다 적은 면에 대한 상기 디렉터의 투영방향을 의미한다. 구체적으로는 예를 들어 도1에서 광학이방층의 상하 2면을 b면, c면으로 가정한다. 상기 b면측 및 c면측에 대한 액정분자의 디렉터와 액정층 평면과 이루는 각도는 b면측의 각도 > c면측의 각도 이다. 이때, b면으로부터 필름박막 방향으로 c면을 투시한 경우에, b면측 근방의 액정분자 디렉터와 c면측 근방의 액정분자 디렉터와 c면이 이루는 각도가 예각이 되는 방향으로, 또한 b면측 근방의 디렉터와 c면측 근방의 디렉터의 c면에 대한 투명성분이 평행이 되는 방향을 본 발명에서는 광학이방층의 칠드방향으로 한다. 또한, 막두께 방향에 대한 각각의 액정분자의 디렉터와 광학이방층 평면과 이루는 각도의 평균값을 본 발명에서는 평균칠드각으로 정의한다.

본 발명에서는 광학이방층을 2장 사용하고 있지만, 광학이방층 2장의 칠드방향이 이루는 각도는 절대값으로서 통상 85°내지 100°이고, 양호하기로는 87°내지 97°, 보다 양호하기로는 90°내지 95°이다. 이 범위외에서는 충분한 콘트라스트 향상효과를 얻을 수 없다는 가능성이 있다.

또한, 본 발명에 사용되고 있는 광학이방층의 평균칠드각으로서는 10°내지 80°의 범위가 바람직하다. 또한, 본 발명에서는 2장의 광학이방층을 필수로 하고 있지만, 각각의 광학이방층의 평균칠드각은 동일한 각도이어도 좋고, 다른 각도이어도 무방하다.

광학이방층의 지연은 광의 파장 550㎚에 대한 굴절율 이방성 △n 과 물리적 막두께(d)와의 곱(product)(△nd)으로 정의되고, 광학적인 이방성이 포지티브인 경우는 △nd의 값은 포지티브로 되고, 네거티브인 경우 △nd의 값은 네거티브가 된다. 본 발명에서는 포지티브와 네거티브 모두 사용될 수 있다. △nd의 절대값은 50㎚ 내지 300㎚가 바람직하고, 보다 양호하기로는 70㎚ 내지 250㎚가 바람직하다. 이 범위외에서는 충분한 콘트라스트 향상효과를 얻을 수 없다. 또한, 본 발명에 사용되고 있는 광학이방층 이외에도, 광학적 이방성을 갖는 다른 부재를 조합하여 사용할 수 있다. 이 경우, 상기 지연값은 하기에 서술하는 액정셀과 편광소자 사이에 배치된 전체 광학이방층의 지연의 총합으로 한다.

본 발명의 광학이방층으로 사용되는 하이브리드-배향된 액정층은 공지의 방법에 의해 광학적으로 포지티브 또는 네거티브의 일축성(一軸性)을 표시하는 액정을 배향고정하므로써 얻을 수 있다. 또한, 상기 액정층은 적절한 트리아세틸 셀룰로즈 등의 지지기판상에 형성하여 본 발명에 사용할 수 있다. 또한, 상기 액정층의 표면을 보호하기 위하여, 광경화형 또는 열경화형 오버코트층(overcoat layer)을 적절히 설치할 수도 있다.

광학적으로 포지티브의 일축성을 표시하는 액정물질로서는 카르복실기, 알콜성 수산기, 아미노기, 티올기(thiol group) 등을 갖는 화합물을 축합시켜 이루어진 축합계 액정성 고분자, 아크릴로일기, 메타크릴오일기, 비닐기, 아릴기 등 이중결합을 갖는 액정성 화합물 등을 원료로 하여 얻어지는 액정성 비닐폴리머, 알콕시실란기를 갖는 액정화합물 등으로 합성되는 액정성 폴리실록산, 에폭시기를 갖는 액정성 화합물 등으로 합성되는 액정성 에폭시 수지 및 상기 액정성 고분자 혼합물 등을 예로 들 수 있지민, 축합계 액정성 고분자가 가장 바람직하다. 또한, 액정성 저분자 화합물도 사용할 수 있지만, 이 경우에는 열가교 또는 광가교에 의해 배향상태를 고정화하는 것이 바람직하다.

광학적으로 네거티브의 일축성을 표시하는 액정물질로서는 트리페닐렌 유도체, 토오크센 유도체 등의 원방형 저분자 액정화합물을 들 수 있다. 이와 같은 저분자 화합물을 이용하는 경우에는 열가교 또는 광가교에 의해 배향상태를 고정화하는 것이 바람직하다.

액정셀은 전극을 구비한 한쌍의 투명기판 및 그 사이에 삽입되는 네마틱 액정층을 갖는다. 투명기판으로서는 네마틱 액정을 특정의 배향방향으로 배향시키는 것을 이용할 수 있다. 구체적으로는 투명기판 자체가 네마틱 액정을 배향시키는 성질을 갖고 있는 투명기판 또는 네마틱 액정을 배향시키는 성질을 갖는 배향박막을 설치한 투명기판이 사용될 수 있다. 이와 같은 특정의 배향방향을 갖는 투명기판 2장을 그 배향방향이 비틀린 관계가 되도록 유지하고, 그 투명기판 사이에 네마틱 액정층을 형성시키로써, 상기 네마틱 액정층에 특정의 비틀림각을 부여할 수 있다. 또한, 액정셀의 전극은 통상 네마틱 액정층이 접하는 상기 투명기판의 면상에 설치할 수 있고, 배향막을 갖는 투명기판을 이용한 경우에는 투명기판과 배향막과의 사이에 설치할 수 있다. 상기 네마틱 액정으로서는 특정한 것이 제한되지 않으며, 통상 액정표시소자에 이용되는 각종의 것을 이용할 수 있다.

편광소자로서는 연신된 폴리비닐알콜이나 폴리비닐부티랄 등의 고분자막에 옥소 또는 2색성 색소 등의 편광요소를 흡착시킨 것이 일반적으로 이용된다. 내구성 면에서 볼 때 2색성 색소를 이용하는 편이 바람직하다. 편광소자는 흡식법 또는 건식법으로 제조되고, 통상 그 양측이 지지체로 지지되어 편광판으로 된다. 지지체로서는 예를 들어 트리아세틸셀룰로즈, 아크릴수지, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌텔레프탈레이트 등으로 이루어진 고분자 필름을 들 수 있지만, 통상적으로는 트리아세틸셀룰로즈가 적절히 이용된다. 편광소자의 막두께로서는 통상 10㎛ 내지 50㎛, 바람직하기로는 25㎛ 내지 35㎛, 지지체의 막두께로서는 통상 30㎛ 내지 250㎛, 보다 바람직하기로는 50㎛ 내지 190㎛ 정도의 것이 이용된다. 편광판의 표면에는 아크릴계, 폴리실록산계, 우레탄계 등의 보호층을 설치해도 무방하다.

본 발명의 액정 프로젝터에 사용되는 액정 셔터부에는 1/2파장 플레이트를 구비할 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 1/2파장 플레이트는 적, 녹, 청의 각각의 파장의 1/2에 상당하는 광학막 두께를 갖는 것이면 무방하다. 1/2파장 플레이트로서, 예를 들어 폴리카보네이트, 폴리비닐알콜, 폴리비닐부티랄 등을 일축연신한 고분자 필름 등을 본 발명에서는 양호하게 이용할 수 있다. 이러한 1/2파장 플레이트는 공지의 방법에 의해 제조될 수 있으며, 예를 들어 폴리카보네이트의 경우, 가열ㆍ일축연신처리에 의해 막두께 20㎛ 내지 300㎛, 양호하기로는 50㎛ 내지 200㎛의 것을 얻을 수 있다. 또한, 폴리비닐알콜이나 폴리비닐부티랄의 경우에는 습식법으로 일축연신하여 제조할 수 있으며, 통상 그 양측이 지지체로 협지된 상태에서 1/2파장 플레이트로서 이용된다. 지지체로서는 예를 들어 트리아세틸셀룰로즈, 아크릴수지, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등으로 이루어진 고분자 필름을 들 수 있지만, 통상은 트리아세틸셀룰로즈가 적절히 사용된다. 또한, 지지체에 협지된 폴리비닐알콜이나 폴리비닐부티랄의 막 두께로서는 통상 30㎛ 내지 100㎛, 양호하기로는 50㎛ 내지 80㎛ 정도, 지지체의 막두게로서는 통상 30㎛ 내지 250㎛, 양호하기로는 50㎛ 내지 190㎛ 정도의 것이 양호하게 사용된다. 또한, 1/2파장 플레이트의 표면에는 아크릴계, 폴리실록산계, 우레탄계 등의 보호층을 설치할 수 있다.

또한, 본 발명의 액정 프로젝터에 이용되는 액정 셔터부에는 필요로 하는 광학특성에 대응하여 각종 광학부재를 구비할 수 있다. 본 발명에 사용되는 광학부재로서는 예를 들어 소다 글라스(soda glass), 보로실리케이트 글라스, 사파이어 글라스 등의 무기재료나 아크릴수지, 폴리카보네이트 수지 등의 유기재료로 이루어진 것을 들 수 있지만, 무기 글라스가 적절히 이용된다. 이들은 예를 들어 판형, 렌즈, 프리즘(예를 들어 삼각프리즘, 큐빅프리즘 등) 등의 형성체로서 이용되고, 소망의 크기 및 형상의 것이 이용된다. 예를 들어 글라스판의 경우에는, 장방형,정방형, 원형 등 어떠한 형상이라도 무방하며, 한변 또는 직경이 통상 5㎜ 내지 200㎜, 양호하기로는 10㎜ 내지 150㎜ 정도이고, 두께는 0.5㎜ 내지 5㎜, 양호하기로는 0.7㎜ 내지 2.3㎜ 정도의 것이 적절히 사용된다.

본 발명의 액정 프로젝터는 상술한 바와 같이 액정셀, 편광소자, 광학이방층, 또는 경우에 따라 1/2파장 플레이트, 광학부재로 구성되는 액정 셔터부를 구비한다. 액정 셔터부의 구성으로서는 (편광소자/광학이방층1/광학이방층2/액정셀/편광소자),(편광소자/광학이방층1/액정셀/광학이방층2/편광소자), (편광소자/액정셀/광학이방층1/광학이방층2/편광소자)의 어느 것이라도 무방하다. 또한 1/2파장 플레이트를 구비한 경우에는 편광소자의 외측, 또한 투명 광학부재라면 그 요구된 광학특성에 대응하여 각층 사이, 또는 그 표면에 적절히 구비될 수 있다. 또한, 상기 구성에 있어서, 반드시 각각의 층이 밀착되어 있을 필요는 없다. 예를 들어 렌즈나 글라스판 등의 광학부재의 한쪽에, 1/2파장 플레이트, 편광소자, 광학이방층을 접착제나 점착제를 이용하여 라미네이팅시켜, 액정셀과 조합시킬 수도 있으며, 또한 전체의 층을 액정셀에 라미네이팅하여 조합시킬 수도 있다.

액정 프로젝터의 기본적인 구성이 도2에 도시되어 있다. 메탈 할로겐화 럼프(1)의 광원으로부터 방사된 광은 UV-IR 커트필터(2)를 통과한다. 다이크로익(dychroic) 거울(3)에서는 3색[적(R), 녹(G), 청(B)]의 광성분중 R광성분과 G광성분은 반사되고, B광성분만이 투과한다.

상기 B광성분은 전반사 거울(4)에서 반사되고, 집광렌즈(5)를 통과하여 광속이 교차될 때 도면부호 6, 7, 8로 구성된 액정 셔터부를 투과하고, 이어서 B광성분만을 투과하는 다이크로익 거울(9)을 투과하고, 이어서 B광성분 및 G광성분을 반사하는 다이크로익 거울(10)로 반사되고, 투사렌즈(11)를 투과하여 스크린(12)에 투영된다.

이와 마찬가지로, G광성분은 다이크로익 거울(3)에서 반사될 때 다이크로익 거울(13)에서 반사되고, 집광렌즈(14)에 이어, 도면부호 15, 16, 17로 구성되는 액정 셔터부를 투과하고, 다이크로익 거울(9)에 이어 다이크로익 거울(10)에서 반사되고, 투사렌즈(11)를 투과하여 스트린(12)에 투영된다.

또한, R광성분은 다이크로익 거울(3)에서 반사될 때, 다이크로익 거울(13), 집광렌즈(18)에 이어 도면부호 19, 20, 21로 구성되는 액정 셔터부를 순서대로 투과하고, 전반사 거울(22)에서 반사되고, 다이크로익 거울(10)에 이어서 투사렌즈(11)를 토과하여 스크린(12)에 투영된다.

R, G, B의 각각의 성분이 투과하는 액정 셔터부는 통상 액정셀의 양측에 편광소자가 배치된 구조로 되어 있다. 본 발명의 액정 프로젝터는 상기 액정 셔터부를 구성하는 양측의 편광소자(6, 8, 15, 17, 19, 21) 사이에 광학이방층을 상술한 칠드방향의 각도를 기초로 하여 2장 배치한 것이다.

또한, 도1은 다이크로익 거울과 전반사 거울을 이용하고 있지만, 다이크로익 프리즘을 사용해도 본 발명에서는 동일한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 의해 액정 프로젝터의 광원을 변경하지 않고, 표시영상의 휘도의 향상 및 콘트라스트의 대폭적인 향상이 이루어진다.

실시예1

도1에 도시된 액정 프로젝터의 액정 셔터부는 도3에 도시된 바와 같이 구성되었다.

광학이방층으로서, 광학적으로 포지티브의 이방성을 갖는 네마틱 액정성 고분자를 하이브리드-배향하고, 고정화한 액정층과 상기 액정층의 지지기판으로 이루어진 적층체를 광학이방층으로서 사용하였다(평균 칠드각 30℃, 지연 150㎚).

2장의 광학이방층의 칠드방향이 이루는 각도를 92°가 되도록 액정 셔터부를 구성하였다. 또한, 1/2파장 플레이트는 광의 이용효율, 다이크로익 거울의 특성을 고려하여 사용하고 있으며, 액정 셔터부에서는 R, G, B의 각각의 파장에 대응한 것을 사용하였다. 액정셀에는 좌측 비틀림 액제를 사용하였다.

집광렌즈(도2에서 도면부호 5, 14, 18)는 후술하는 비교열(2)에 대해 초점거리는 변화하지 않고 렌즈직경을 표준렌즈 직경의 1.5배로 하였다. 또한, 계면에서의 반사를 방지하여 광 이용효율을 높이기 위하여, 공기 또는 각 부재의 계면에는 전체 반사율 저감의 처리를 실행하였다. 도3에서 광의 입사방향은 지면 좌측으로 하였다.

실시예2

2장의 광학이방층의 칠드방향이 이루는 각도를 90°로 한 것 이외에는 실시예1과 동일하게 하였다.

실시예3

액정 셔터부를 도4의 구성으로 한 것 이외에는 실시예1과 동일하게 하였다.

비교예1

2장의 광학이방층의 칠드방향이 이루는 각도를 83°로 한 것 이외에는 실시예1과 동일하게 하였다.

비교예2

액정 셔터부를 도5의 구성으로 하고, 표준렌즈 직경의 집광렌즈를 이용한 것 이외에는 실시예1과 동일하게 하였다.

비교예3

액정 셔터부를 도5의 구성으로 한 것 이외에는 실시예1과 동일하게 하였다.

이상의 결과를 표1에 도시하였다. 비교예2를 기준으로 하여 그 값을 100으로 하였다.

표1

콘트라스트휘도

실시예1200130

실시예2140130

실시예3190130

비교예1105130

비교예2100100

비교예380130

Claims

전극을 구비한 한쌍의 투명기판으로 이루어진 액정셀과, 2장의 편광소자 및 하이브리드-배향된 액정층으로 이루어진 2장의 광학이방층으로 이루어진 액정 셔터부를 구비한 프로젝터에 있어서,

상기 2장의 광학이방층이 2장의 편광소자 사이에 배치되고, 한쪽의 광학이방층의 칠드방향과 다른쪽 광학이방층의 칠드방향과 이루는 각도가 85°내지 100°가 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터.
제1항에 있어서, 광학이방층의 평균 디렉터와 광학이방층의 평면과 이루는 각도는 10°내지 80°이고, 광학이방층의 지연 절대값이 50㎚내지 300㎚인 광학이방층을 갖는 액정 셔터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 프로젝터.