KR920006179B1 - 투영형 화상 표시장치 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 액티브 매트릭스 형식의 액정표시 패널의 모식적 등가 회로도면.
제2도는 제1도에 도시한 액정표시 패널중의 1개의 화소의 주변을 도시하는 확대도면.
제3도는 액티브 매트릭스 형인 액정표시 장치에 마이크로렌즈어레이가 장착된 상태를 도시하는 사시도면.
제4도는 투영형 화상 표시 장치에 있어서의 화상의 투영원리 도면을 도시하는 도면.
제5a도, 제5b도는 제4도에 도시한 표시패널 부분의 확대도면.
제6도는 본 발명이 적용된 투영형 화상 표시 장치의 상부도.
제7도는 표시 패널의 화소 피치와 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈간의 피치와의 관계를 도시하는도면.
제8도는 각각의 마이크로렌즈의 경계가 부분적으로 융합되어 있는 마이크로렌즈의 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 표시패널 2 : 마이크로렌즈어레이
3 : 투영렌즈 4 : 접속 렌즈
5 : 광원 16 : 화소영역
22 : X전극 23 : Y전극
25 : 화소전극 26 : 유리기판
본 발명은 매트릭스형의 비발광형 표시패널(예컨대, 액청표시패널)과 마이크로렌즈어레이를 구비한 투영형 화소 표시장치에 관한 것이며, 특히 패널 전역에 걸쳐 밝은 표시가 행해지는 투영형 화상표시 장치에 관한다.
본 발명에 쓰이는 비발광형 표시 패널로 그 자신은 발광하지 않는 패널이며, 광의 투과율이 구동신호에의해서 변화한다. 따로 설치된 광원으로부터의 광의 강도를 변조하고, 이 패널에 부여함으로서 화상이나 문자가 표시된다. 비발광형 묘시 패널의 예로는 액정표시 패널, 전기색도 디스프레이, PLZT(투과성 세라믹)등이 있다. 그 중에도 액정표시 패널은 휴대용 TV나 워드프로세서등에 널리 이용되고 있다. 이같은 페널에선 화소라 불리는 최소의 표시 단위가 규칙적으로 배치된다. 화소에 각각 독립된 진동 전압이 인가됨으로서 화상이나 문자가 표시된다. 각 화소에 독립된 구동 전압을 인가하는 방법에는 단순 매트릭스 구동법, 액티브매트릭스 구동법이 있다. 제1도에 액티브매트릭스 구동의 액정 표시 패널의 모식 등가 회로를 도시한다. 제1도를 참조해서 액티브매트릭스 구동형 액정 표시 패널은 X전극(22) 및 Y전극(23)의 각각의 교점에 매트릭스상으로 배치된 TFT(24)와 TFT(24)에 계속된 화소를 구성하는 액정소자(25)를 포함한다. 제2도는 제1도에 도시한1개의 화소 주위의 상세를 도시하는 도면이다. 제2도를 참조해서 X전극(22)에 대응하는 게이트버스 라인과 Y전극(23)에 대응하는 소스버스 라인의 교점에 박막 트랜지스터 TFT(24)가 설치되며, 그 드레인측이 화소전극(25)에 접속되고 있다.
액티브매트릭스형 액정 표시 장치에 있어선 각 화소에 구동 전압을 공급하기 위한 구동신호 라인이 화소와 화소간에 배선될 필요가 있다. 따라서, 화면중의 화소 영역이 차지하는 비율(개구율)이 작아진다. 패널에 조사된 빛중에서 화소영역 이의의 부분에 맞닿는 빛은 표시에 기여치않고 쓸모없게 된다. 따라서, 같은광원을 쓰지 않아도 패널의 개구율이 낮을 수록에 화면이 어두워진다는 결점이 있었다.
이 대책으로서 마이크로렌즈어레이(미소한 렌즈가 2차원적으로 규칙적으로 배열된 것)이 표시패널에 적용되었다. 조명광을 화소 영역에 집광함으로서 표시 화면의 밝기의 향상이 도모해졌다. 그 내용은 예컨대, 특개소 60-165621-165624, 특개소 60-262131호 공보등에 개시되고 있다.
제3도는 액티브매트릭스형의 액정 표시장치(1)에 마이크로렌즈어레이(2)가 장착된 상태를 도시하는 사시도면이다. 제3도를 참조해서 액티브매트릭스형 액정 표시장치(1)는 제1도로서 설명한 화소전극(25)과 화소전극(25) 및 대향한 위치에 설치된 배향막/대향전극(28)과 화소전극(25)의 아래쪽에 설치한 유리기판(26)과, 배향막/대향전극(28)의 상부에 설치된 칼러필터(27)과 칼러필터(27)의 위쪽에 설치된 유리기판(26)을포함한다.
제3도에 도시하듯이 일반으로 각 마이크로렌즈는 표시 패널의 화소에 대응하는 위치에 설치되어 있다.광원으로부터의 빛은 각각의 마이크로렌즈를 거쳐서 각각의 화소전극(25)에 입사된다. 따라서, 종래에는 마이크로렌즈어레이(2)를 구성하는 각각의 마이크로렌즈의 피치와 표시패널(1)의 화소피치와 동등하게 되어있었다.
제4도는 종래의 투영형 화상 표시 장치에 있어서의 화상 투영에 원리를 도시하는 도면이다. 슬라이드프로젝터와 마찬가지의 투영 광학계가 쓰인다. 슬라이드 대신에 비발광형 표시패널(1)이 배치되며, 그 표시패널에 표시된 화상이 광원을 써서 확대 투영된다 .이같은 광학계에선 제4도에 도시하듯이 광원(5)의 상이투영렌즈(3)중에 결상된다. 표시패널(1)상의 화상은 투영렌즈(3)를 거쳐서 스크린(6)상에 투영된다.이같이설계되었을 경우, 표시패널(1)의 주변부(도면의 광축에서 떨어진 위치)에 있어선 광원(5)으로부터의 빛은콘덴서렌즈(4)로 집광되는데, 표시패널(1)에 대해서 직각이 아니고 경사로 통과한다. 이 직각으로부터의 어긋남의 각도 θ는 표시패널(1)이 클수록에 또, 표시패널(1)과 투영렌즈(3)간의 거리가 짧을수록 커진다.
제5A도, 제5B도는 제4도에 표시한 표시패널(1)의 주변확대 도면이다. 도면에 있어서, 표시패널(1)은 화소영역(1b)과 배선영역(1c)을 포함한다. 표시 패널(1)의 광원측 및 투영렌즈측에는 각각 표시패널의 화소의 피치와 같은 피치로 배치된 복수의 마이크로렌즈를 포함하는 마이크로렌즈어레이(2a), (2b)가 배치된다.
제5A도, 제5B도를 참조해서 표시 패널의 화소의 피치와 마이크로렌즈어레이의 마이크로렌즈의 피치가동등할 경우엔 θ가 커지면 다음같은 2개의 현상이 생긴다.
(1) 광원으로부터의 빛은 광원측의 마이크로렌즈로 화소의 근처에 수속되머, 광원의 상을 맺는다. 그러나, θ가 크면 제5A도에 도시하듯이 광원의 상이 화송영역(16)에서 빠져난다. 비표시 영역에 빛이 맞거나 흡수되거나 산란되거나해서 빛이 쓸모없게 된다.
(2) 제5B도에 도시하듯이 광원측의 마이크로롄즈(2b)의 중심을지난빛은 투영 렌즈측의 마이크로렌즈(2b)의 중심을 지나지 않는다. 따라서, 입사광은 방향을 바꾸며 투영렌즈(3)로 향하지 않게된다. 광축과빛의 입사방향이 이루는 각 θ는 화면의 중심에서 떠남에 따라 커진다. 따라서, 이들 2개의 현상에 의해 투영화상은 화상의 중심에서 떨어짐에 따라서 어둡게 된다.
그러므로 본 발명의 목적의 하나는 투영 화상 표시 장치에 있어서 화상의 주변부에 있어서도 투영 화상이 어둡게 되지않게 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 투영형 화상표시 장치에 있어서 마이크로렌즈어레이의 마이크로렌즈의 배열 피치와 액정표시장치의화소의 배열 피치를 동등하지 않게하는 것이다.
본 발명의 또한 다른 목적은 투영형 화상표시장치에 있어서 광원측의 마이크로렌즈이 중심을 지나는 빛이화소 및 투영 렌즈측의 마이크로렌즈의 중심을 지나도록 하는 것이다.
본 발명의 상기 목적은 투영형 화상 표시장치가 이하를 포함함으로서 달성된다. 즉, 본 발명에 관계하는 비발광형 표시부에 광원으로부터의 빛을 투영하고 표시부의 화상을 소정의 투영면에 투영하는 투영형 화상표시 장치는 매트릭스상으로 복수의 화소가 서로 소정의 제1간격을 사이에 두어 배치된 표시 패널과 표시패널의 광원측에 설치되고 표시 패널상의 복수의 화소에 대응한 위치에 소정의 제2의간격을 사이에 두어 배치된 복수의 마이크로렌즈를 포함하는 제1의마이크로렌즈어레이와 표시 패널의 투영면측에 설치되고, 표시패널상의 복수의 화소에 대응한 위치에 위치된 복수의 마이크로렌즈를 포함하는 제2의 마이크로렌즈어레이를 포함함으로서 발생된다. 또한, 제 1간격과 제 2 간격은 다르게 설정되어 있다.
본 발명에 관계하는 투영형 화상 표시 장치가 상기 요소들을 포함하기 때문에 광원측 또는 투영측의마이크로렌즈의 피차가 표시패널상의 화소간의 피치와 다르다. 따라서, 주변부를 통과한 광원으로부터의 빛이표시 패널상의 대응하는 화소의 중심을 통과하도록 마이크로렌즈의 배열 피치가 정해진다. 그결과, 투영형화상 장치에 있어서 화상의 주변부에 있어서도 투영 화상이 어둡게 되지 않는다. 광원과 표시부간에는 광원으로부터의 빛을 투영면측에 접속하기 위한 접속렌즈를 포함하며 제1간격은 제2간격보다 크며, 바람직하기는 제2마이크로렌즈어레이의 복수의 마이크로렌즈는 서로 소정의 제3간격을 사이에 두고 배치되며 제3간격은 제1간격보다 좁아지도록 선정되고 잇다. .
바람직하기는 본 발명에 관계하는 투영형 화상표시장치는 상기 요소를 포함하기 때문에 광원측의 마이크로렌즈의 중심을 지난 빛은 투영렌즈측의 마이크로렌즈의 중심을 지난다. 따라서, 입사광의 방향을 바꾸지않고 유효하게 투영렌즈에 빛이 돌려진다. 그결과 투영형 화상 표시 장치에 있어서 화면 전체의 투영 화상이 소정의 밝기를 갖는다.
제6도를 참조하여, 매트릭스형이고 등가형인 액정표시패널(1)은 기판(1a)에낀 부분에 표시 단위로 되는 화소가 규칙적으로 배열되어 있다. 액정표시패널(1)의전방에는 그 화소 피치보다 콘 피치를 갖는 마이크로렌즈어레이(2a)가 추착되어 배치된다. 또한, 그 전방에는 콘덴서렌즈(4)및 광원(5)(도시생략)이 배치된다.액정표시패널(1)의 후방에는 그 화소 피치보다 작은 피치를 갖는 마이크로렌즈어레이(2b)가 밀착배치된다.또한, 그 후방에는 투영렌즈(3)가 배치되며 그 후방에는 도시가 없는 스크린(6)이 배치된다. 지금 액정 표시패널(1)의 중심에서 투영렌즈(3)까지의 거리를 L로 한다. 액정표시패널(1)의 화소가 배열되고 있는 표면과 마이크로렌즈어레이(2a) 또는 (2b)가 설치되고 있는 평면과의 거리를 로하면는 액정표시패널(1)의 기판(1a)의 두께로 간주할 수 있다.
또한, 제6도중 액정 표시패널(1)에는 가격을 두어 마이크로렌즈어레이(2a) 및 (2b)가 배열되고 있다.이것은 설명의 편의상 때문이며 실제로는 간격은 나있지 않다.
도시가 없는 광원으로부터의 빛은 집속 렌즈(4)로 집광되며 마이크로렌즈어레이(2a), 액정표시패널(1), 마이크로렌즈어레이(2b)를 투과해서 투영렌즈(3)에 상을 맺고 도시가 없는 스크린에 투영된다.
다음에 마이크로렌즈어레이의 렌즈 피치와 액정 표시패널(1)의 화소 피치와의관계에 대해서 제7도를 참조해서 설명한다. 간단하게 하기 위해서 화면중앙(광축상)의 화소와 그것에 인접하는 화소와의 관계에 대해서 설명한다. 화면 중앙의 화소의 중앙부를 A0, 그것에 대응하는 마이크로렌즈의 중심부를 A1, A2로 하고, 각각 인접하는 화소, 마이크로렌즈의 센터를 각각 B0, B1, B2로 한다. 또한, 도면에 있어서 액정층의 두께는수 μm이므로 무시한다.
A0A1및 A0A2는 액정 패널의 기판의 두꼐 t를 공기중의 광로로 환산하기 위해 기판의 굴절율 n로 나뉜값 t/n로 된다.
투영렌즈(3)의 광축상의 위치를 C로하면 3각형 A0B0C와 3각형 A, B, C와 3각형 A2B2C는 상사로 된다.
따라서,
즉 위에 나타낸 (1), (2)의 식으로 표시되는 것 같은 관계로 화소 피치 및 마이크로렌즈의 피치가 선정되면 광원으로부터의 빛이 마이크로렌즈 및 화소의 중심부를 통과한다. 그 결과, 액티브매트릭스형 액정 표시장치와 같은 투영형 화상 표시 장치에 있어서 표시패널의 중심부뿐 아니라 주변부에 있어서도 투영화상은 어두워지지 않는다.
다음에 본 발명의 실제로의 응용예에 대해서 설명한다. 액정표시 패널로서 본 건 출원인에 의해 시판되고있는 휴대용 액정칼러-TV(기종명:3C-E1, 3E-J1)에 사용된 경우를 설명한다. 이 액정 표시 패널의 화면 치수는 세로 45.6mm, 가로 61.8mm이다. 화소피치 P0는 세로방향 190μm, 가로방향 161μm, 기판의두꼐 t는 1.1μm, 기판의 굴절율 n는 1.5이다. 투영렌즈(3)의 초점거리는 200mm로 했으므로 L도 약 200mm로 된다.
마이크로렌즈어레이는 선택적 이온 확산으로 굴절율 분포형 렌즈를 얻는 방법(마이크로일렉트로닉스레터즈 볼륨.17 번호 13 P452(1981)을 써서 제작했다. 이 방법에 의하면 유리판이 용융염에 침지된다. 유리판상에 설치된 마스크를 통해서 유리판과 용융염과 새에서 이종의 알카리 이온과의 이온 교환이 행해진다. 그결과 마스크 패턴에 대응한 굴절율 분포를 가지는 유리판이 얻어진다.
광원측 마이크로렌즈어레이(2a)의 피치는 (1) 식으로 세로방향 190.7μm, 가로방향 161.6μm로 했다. 투영 렌즈측 마이크로렌즈어레이(2)의 피치는 (2)식으로 세로방향 189.3μm, 가로방향 160.4μm로 했다. 비교를 위해 피치의 보정을 행하지 않고, 화소 피치와 같은 피치의 마이크로렌즈어레이도 제작했다. 또한, 마이크로렌즈의 직경은 150μm, 초점거리는 공기중에서 170μm(=1/m)로 했다.
이같이해서 얻어진 마이크로렌즈어레이를 투영형 칼러 액정 표시 장치에 적용했다.
마이크로렌즈어레이의 피치 보정을 행하지 않은 것으로는 화면의 중앙부 밖에 유효하게 투영되지 않았다.
즉, 액정표시 패널(1)의 끝의 위치에선 콘덴서 렌즈(4)에서의 빛이 액정표시 패널(1)에 대해서 직각이 아니고 어떤 각도 θ를 가지고 입사된다.
이때,
tanθ=((표시패널의 폭)/2)/L
= ((61.8) /2) /200
=0.1545
로 된다. 마이크로렌즈어레이의 피치의 보정을 행하지 않을 경우엔 광원측의 마이크로렌즈의 중심을 지나며, 투영렌즈의 중심을 향하는 빛은 화소의 중심에서(t/m)×tanθ=113μm 벗어난 곳을 지난다. 이 이탈은 화소 피치의 1/2보다 크므로 인접하는 화소중에 들어가고 만다. 또한, 이 빛은 투영 렌즈측의 마이크로렌즈의 중심에서 226μm 벗어난 곳을 지난다. 이 이탈은 마이크로렌즈어레이의 1피치보다 크고, 투영 렌즈에는도달하지 않는다.
한편, 본 발명으로 마이크로렌즈어레이의 피치를 보정했을 경우엔 투영 화상의 주변부에서도 광원의 빛을유효하게 이용할 수 있다. 따라서, 휘도의 분포가 화면 전체에서 고루게되어 보기쉽게 되었다.
상기 실시예에선 액정표시 패널의 실시예에 콘덴서 렌즈가 설치되었으므로 광원측의 마이크로렌즈 어레이의 피치가 화소 피치보다 크게 되었다. 콘덴서 렌즈(4)가 투영측에 있는 경우엔 역으로 된다.
마이크로롄즈어레이의 볼록면을 표시 패널측으로 향해도 반대측으로 향해도 집광기능을 차는 보이지 않는다. 그러나, 표시 패널의 화소가 배열되고 있는 평면과 마이크로렌즈어레이가 실치되고 있는 평면과 새의거리 t가 변하므로 그것에 따라서 마이크로렌즈어레이의 피치도 바꿀 필요가 있다.
본 발명은 위에 말한것 같은 구면형인 렌즈어레이뿐 아니고 원통렌즈(실린드리칼렌즈, 롄지큘러렌즈)에 적용해도 마찬가지의 효과가 얻어진다.
폭방향으로 표시 패널의 퍽셀의 피처가 높이 방향으로의 피치와 다를때, 각 마이크로렌즈의 경계가 부분적으로 융합되는 마이크로렌즈어레이가 이용될 것이다. 이 경우에서, 광을 수신하는 영역이 증가된다. 이와같은 렌즈의 실시예는 제8도에서 도시된다.
본 발명은 선택적 이온 확산으로 굴절율 분포형 렌즈를 얻는 방법을 써서 형성된 마이크로렌즈어레이를 썼을 경우에 대해서 설명했다. 본 발명은 다른 방법으로 형성된 마이크로렌즈어레이에도 당연 적용된다.
비록 본 발명은 서술되어지며 더 세부적으로 예증되어지지만, 숙련된 기술인에 의해 본 발명의 정신에 벗어나지 않고 수정, 변경 가능하므로, 본 발명의 정신과 사상을 청구된 청구범위로 제한하고자 한다.
Claims (7)
- 비발광형인 표시부에 광원(5)에서의 빛을 투영하고 상기 표시부의 화상을 소정의 투영면(6)에 투영하는 투영헝 화상 표시 장치에 있어서, 상기 표시부는, 매트릭스상으로 복수의 화소가 서로 소정의 제1간격을 사이에 두어 배치된 표시 패널(1)과, 상기 표시 패널(1)의 상기 광원측에 설치되며, 상기 표시 패널(1)상의 복수의 화소에 대응한 위치에 소정의 제2간격을 사이에 두어 배치된 복수의 마이크로렌즈를 포함하는제1마이크로렌즈어레이(2a)를 구비하며, 상기 제1간격과 제2간격이 다르게 선정된 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시장치.
- 제1항에 있어서, 상기 표시 패널(1)의 상기 투영면(6)측에 설치되고, 상기 표시 패널(1)상의 복수의 화소에 대응한 위치에 배치된 복수의 마이크로렌즈를 포함하는 제2마이크로렌즈어레이(2b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투영형 화상 표시 장치가 상기 광원(5)과 상기 표시부(1) 사이에 설치되어 상기 광원(5)부터의 빛을 상기 투영면측에 집중하기 위한 집속 렌즈(4)를 포함하여, 상기 제1간격이 상기 제2간격보다 크게 되도록 설정된 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시창치.
- 제2항에 있어서, 상기 제2마이크로렌즈어레이(2b)의 상기 복수의 마이크로렌즈가 소정의 제3간격을 사이에 두고 배치되며, 상기 제3간격이 상기 제1간격보다 좁게 선정된 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시장치.
- 제4항에 있어서, 상기 복수의 화소는 상기 표시 패널(1)상의 제1평면상에 배치되며, 상기 제1마이크로렌즈어레이(2a)상의 복수의 마이크로렌즈는 제 2 평면상에 설치되며, 상기 제 2 마이크로렌즈어레이(2b)의 상기 복수의 마이크로렌즈는 제3평면상에 설치되며, 상기 제1평면과 상기 제1또는 제2평면사이의 거리를 t로 하고, 상기 표시 패널(1)의 기판의 굴절율을 n로 하고, 상기 표시 패널(1)과 상기 투영 렌즈(4)와의 거리를 L로 하고, 상기 제1간격을 Po로했을때, 상기 제1, 제2마이크로렌즈어레이(2a, 2b)의 피치 P1, 및 P2가를 만족시키도록 선정된 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시장치.
- 제5항에 있어서, 상기 복수의 화소는 제1방향과, 상기 제1방향과 교차하는 제2방향이 형성되며, 상기 제1및 제2마이크로렌즈어레이(2a, 2b)의 상기 복수의 마이크로렌즈는 상기 제1방향 및 상기 제2방향으로 제공되며, 상기 제2방향으로 형성된 상기 복수의 마이크로렌즈가 일체화되며, 상기 제1 및 제2마이크로렌즈어레이(2a, 2b)는 상기 제1방향으로 상기 소정의 제2간격을 사이에 두고 형성된 원통 렌즈를포함하는 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시장치.
- 제5항에 있어서, 상기 원통 렌즈는 반원통형인 것을 특징으로 하는 투영형 화상 표시장치.
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