KR940002287B1

KR940002287B1 - 액정 투사형 칼라표시장치

Info

Publication number: KR940002287B1
Application number: KR1019900019888A
Authority: KR
Inventors: 아끼라 오오쯔까; 싱이찌로 이시하라; 요시또 미야따께; 사다요시 홋따
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시기가이샤; 다니이 아끼오
Priority date: 1989-12-05
Filing date: 1990-12-05
Publication date: 1994-03-21
Also published as: JPH03175436A; EP0431886A2; US5144462A; EP0431886A3; KR910013031A

Abstract

내용 없음.

Description

액정 투사형 칼라표시장치

제1a도는 본발명의 일실시예에 의한 액정 투사형 칼라표시장치의 개략도.

제1b도는 제1a도 또는 제3도에 도시한 액정표시장치의 일례의 일부를 상세히 도시한 단면도.

제2도는 제1a도에 도시한 마이크로렌즈 배열의 제조방법의 예를 도시한 도면.

제3도는 본발명의 또다른 실시예에 의한 액정 투사형 칼라표시장치의 개략도.

제4도는 제1a도 및 제3도에 도시한 액정표시장치의 다른예의 일부를 상세히 도시한 단면도.

제5도는 종래 기술에 의한 액정 투사형 칼라표시장치의 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 4 : 편광판 2 : 제1마이크로렌즈배열

2r, 2g, 2b : 마이크로렌즈배열 3 : 액정표시패널

3a, 3c : 투명기판 3b : 액정층

5 : 제2마이크로렌즈배열 6 : 스위칭소자

7, 8 : 직류전압원 11 : 광원

12 : 적외선 차단 필터 13 : 콘덴서렌즈

14r, 14g, 14b : 적, 녹, 청색광반사의 색선별 거울

15r, 15g, 15b : 액정표시장치 16, 16r, 16g, 16b : 투사렌즈

17 : 스크리인 18, 20 : 색선별프리즘

20 : 거울 20a, 20b, 50a, 50b : 투명전극

21 : 유리기판 100 : 구동회로

본발명은 액정표시장치에 형성된 광화상에 광을 조사하므로써 투사렌즈에 의해 스크리인상에 투사하는 액정 투사형 칼라표시장치에 관한 것이다.

종래, 액정표시장치의 광원측상에 배치된 마이크로렌즈 배열을 가지는 액정 투사형 칼라표시장치에 있어서, 형성된 광화상은 마이크로렌즈 배열을 통해 조사광이 화소에 조사됨과 동시에 투사렌즈에 의해 스크리인상에 투사된다(예를들면, 일본국 특개평 1-189685호(1986) 참조). 제5도는 이런 유형의 액정 투사형 표시장치의 개략적인 예이다. 제5도에 있어서, (41)은 광원, (42)는 콘덴서렌즈, (43)은 액정표시장치, (44)는 투사렌즈, (45)는 스크리인이다. 액정표시장치(43)는 제5도에 도시된 원안에 상세히 도시되어 있으며, 편광판(46), 마이크로렌즈 배열(47), 액정표시패널(48) 및 편광판(49)으로 구성되어 있다. 마이크로렌즈 배열(47)은 매트릭스 형상으로 배치된 정(正)의 굴절력을 각각 가지는 복수의 마이크로렌즈를 가진다. 액정표시장치(43)에 입력된 입사광은 편광판(46)을 통과하여 직선편광광이 된 후, 액정표시패널(48)의 매트릭스 형상으로 배치된 각 화소상에 세분가능하게 마이크로렌즈 배열(47)을 통해 집광되어 액정표시패널(48)을 통과한다. 이 경우에, 각 광은 액정표시패널(48)에 의해 편광되면서 확대되어 광변조된 광이 편광판(49)을 통과한다. 액정표시장치(43)의 출력광은 투사렌즈(44)에 의해 확대되어 스크리인(45)으로 보내져 그위에 화상을 투사한다. 이 장치에 의해서, 액정표시패널(48)의 각 화소상에 세분가능하게 마이크로렌즈 배열(47)에 의해 일단 집광된 광은 투사렌즈(44)로 감과 동시에 발산된다. 이렇게 발산되면서 투사렌즈(44)로 간 광은 확대가능하게 그곳으로부터 출력된다. 그결과, 액정표시장치와 투사렌즈사이의 거리가 특정치를 초과하면, 서로 인접한 화소신호는 체계적으로 혼합될 수 있으므로, 그결과, 체계적 근거상에 역효과를 가져온다. 또한, 칼라표시장치의 경우에는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 3원색광의 화상이 통합적으로 동일 배율비를 가져야만 한다. 그러나, 종래 기술에서는 그러한 문제점을 극복하기가 곤란하다.

본발명의 목적은 같은 배율에서 투사된 3원색 화상광 및 광이 색에 있어서의 차이에 의해 액정표시장치의 구경비에 차이가 없으므로, 고분해능 칼라화상을 얻는 것이 가능한 액정 투사형 칼라표시장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본발명의 액정 투사형 칼라표시장치는 적, 녹, 및 청색광으로 각각 사용하기 위한 3개의 액정표시장치를 가진다. 3개의 액정표시장치의 각각은, 전계를 인가하므로써 그의 굴절력을 제어할 수 있으며 변조를 위해 각 화소상에 입사광을 집광하기 위한 콘덴서렌즈로써 기능을 부여하는 마이크로렌즈 배열과, 전계를 마이크로렌즈 배열로 인가하기 위한 전계인가 수단으로 구성된다.

바람직한 실시예에 있어서, 마이크로렌즈 배열은 그의 유리기판의 이온을 이동성 이온으로 교환해서 사용할 수 있다. 그 내부의 이온이 이동되어 전계를 인가하므로, 굴절력이 변환될 수 있다. 이것은, 3개의 액정표시장치의 각각의 마이크로렌즈 배열에 적절한 전계를 인가하므로써, 광의 칼라에 따라 굴절력이 각 마이크로렌즈 배열에 제공될 수 있다는 것을 의미한다. 그결과, 소정칼라의 광을 각 화소상에 유효하게 집광할 수 있으므로, 같은 배율로 적, 녹 및 청색화상을 제공하는 것이 가능하다. 따라서, 칼라화상은 소정색이 시어링(Shearing) 또는 분산됨이 없이 보다 높은 분해능으로 스크리인상에 투사될 수 있다.

전계인가 수단은 바람직하게는 마이크로렌즈 배열의 양측상에 각각 배치된 투명전극과 상기 투명전극 사이에 전압을 인가하는 전압원으로 구성된다. 투명전극은 유리기판의 표면에 균일하게 배치되거나 매트릭스 형상으로 배치된 마이크로렌즈 배열의 패턴과 일치하도록 만들 수 있다.

마이크로렌즈 배열에 부가하여, 각 액정표시장치가 출력광을 평행광으로 변환할때, 각 액정표시장치의 스크리인측상에 제2마이크로렌즈 배열을 배치할 수 있다. 만약 3개의 액정표시장치의 각각으로부터의 출력광이 평행광이라면, 시스템 및 투사형 표시장치가 설계기준 등에서 전적으로 소형화될 수 있다는 점에서 많은 장점이 있다. 제2마이크로렌즈 배열은 전계인가수단이 장착될 뿐만아니라 광원측상에 배치된 제1마이크로렌즈 배열과 마찬가지의 배열을 가지도록 하는 것이 바람직하다.

이하, 본발명을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1a도는 본발명의 일실시예에 의한 액정 투사형 칼라표시장치의 개략도이다. 동도에 있어서, (11)은 광원, (12)는 적외선차단필터, (13)은 콘덴서렌스, (14r), (14g) 및 (14b)는 각각 적색광 반사의 색선별거울, 녹색광반사의 색선별거울 및 청색광반사의 색선별거울, (15r), (15g) 및 (15b)는 각각 액정표시장치, (2r), (2g) 및 (2b)는 각각 마이크로렌즈 배열, (16r), (16g) 및 (16b)는 각각 투사렌즈, (17)은 스크리인, (100)은 액정표시장치(15r), (15g) 및 (15b)을 구동하며, 주사선 구동회로 및 신호선 구동회로를 포함하는구동회로이다. (Vr), (Vg) 및 (Vb)는 각각 마이크로렌즈 배열(2r), (2g) 및 (2b)의 대응하는 것에 전계를 인가하여 그들의 굴절력을 제어하는 전압원이다. 광원(11)으로부터 출력된 백색광은 적외선차단필터(12)를 통과하여 콘덴서렌즈(13)에 의해 평행광이 되도륵 평행하게 된다. 이렇게 얻어진 평행광은 청색광반사의 색선별거울(14b), 녹색광반사의 색선별거울(14g) 및 적색광반사의 색선별거울(14r)의 순서로 입사된다. 청색광은 청색광반사의 색선별거울(14b)을 거쳐 액정표시장치(15b)로 향하는 방향으로 변환된다.

이와같이 액정표시장치(15b)로 입사된 청색광은 직선편광이 된후, 매트릭스형상으로 배치된 각 화소상에 세분가능하게 집광되어 편광장치을 받는다. 이렇게 편광된 청색광은 확대되어서 광변조된 광이 액정표시장치(15b)를 통과한다. 이렇게 통과한 광은 투사렌즈(16b)에 의해 확대되어, 스크리인(17)상에 청색화상을 결상한다. 다음에, 녹색광이 청색광반사의 색선별거울(14b)을 통과하여 녹색광반사의 색선별거울(14g)로 가서 그 방향을 액정표시장치(15g)로 전환된다. 이렇게 액정표시장치(15g)에 입사된 녹색광은 직선편광된후, 매트릭스형상으로 배치된 각 화소상에 세분가능하게 집광되어 편광을 받는다. 이와같이 편광된 녹색광은 확대되어서 광변조된 광이 액정표시장치(15g)를 통과한다. 이와같이 통과한 광은 투사렌즈(16g)에 의해 확대되어 스크리인(17)상에 녹색화상을 결상한다. 적색광은 청색광반사의 색선별거울(14b) 및 녹색광반사 색선별거울(14g)를 통과하여 적색광반사 색선별거울(14r)로 가서 그 방향을 액정표시장치(15r)로 전환한다. 이와같이 액정표시장치(15r)에 입사된 적색광은 직선편광된 후, 매트릭스형상으로 배치된 각 화소상에 세분가능하게 집광되어 편광을 받는다. 이와같이 편광된 적색광은 확대되어 광변조된 광이 액정표시장치(15r)를 통과한다. 이와같이 통과한 광은 투사렌즈(16r)에 의해 확대되어 스크리인(17)상에 결상한다. 각각의 액정표시장치(15b), (15g) 및 (15r)는 그들의 색선별거울측상에 전압원(Vb), (Vg) 및 (Vr)에 의하여 전계를 인가하므로써 그들의 굴절력을 제어가능한 마이크로렌즈 배열(2b), (2g) 및 (2r)을 가진다.

각각의 액정표시장치(15b), (15g) 및 (15r)는 제1b도에 단면을 도시한 바와같이 배열된다. 동도에 이어서, (1)은 편광판, (2)는 액정표시장치(15b), (15g) 및 (15r)의 각각의 광원측상에 배치된 마이크로렌즈 배열, (3)은 투명기판(3a), (3c) 사이에 액정층(3b)을 삽입하므로써 형성된 액정표시패널, (4)은 다른 편광판, (6)은 상기 기판(3c)상에 매트릭스형상으로 형성된 스위칭소자, (7)은 투명전극과 접속된 직류전압원이다. 여기서는 도시하지는 않았으나, 잘 알려진 바와같이 화소를 형성하기 위해 스위칭소자(6)와 접속된 화소전극은 기판(3c)상에 매트릭스형상으로 형성되어 있으며 화소전극과 대항한 공통전극은 기판(3a)상에 형성되어있다.

마이크로렌즈 배열(2)은 매트릭스형상으로 배치된 것과 같은 마이크로렌즈로 이루어지며, 그의 각 측상에 투명전극(20a), (20b)을 가진다. 투명전극(20a), (20b) 사이에 전압원(7)에 의해 전압을 인가하므로써, 각 마이크로렌즈내에 전계가 발생된다. 제2도는 마이크로렌즈 배열의 제조방법을 도시한다. 동도에 있어서, (21)은 유리기판, (22)는 티탄막, (23)은 내식막, (24)는 황화아연용액, (25)는 이온교환이 이루어진 영역이다. 제2도를 참조하면, 공정(a)는 유리기판(21)상에 티탄막을 형성하고 그 위에 내색막 패턴화를 수행하는 마수크용착 공정이다. 공정(b)는 상기 선행공정(a)에서 패턴화된 내식막을 티탄막으로 바꾼후 제거하는 마스크형성 공정이다. 공정(c)는 선행공정(b)에서 얻어진 기판을 2시간 또는 3시간 동안 300℃ 이상의 ZnSO₄용액에 담그므로써 유리기판내의 양이온을 Zn²⁺이온으로 교환하는 이온교환공정이다. 공정(d)는 공정(c)에서 얻어진 유리기판의 뒷면을 연마하고, 티탄막을 에칭한후 어니일링처리를 수행하는 마스크제거 공정이다. 그후, 투명전극(20a), (20b)(제1b도참조)은, 마이크로렌즈 배열에 대하여 그의 한쪽으로부터 3원색광의 대응광으로 확실하게 전계를 인가하도록 이와같이 제조된 마이크로렌즈 배열의 스크리인측 및 광원측상에 각각 배치된다. Zn²⁺이온은 전극(20a)와 (20b) 사아에 전압의 인가에 의해 발생된 전계에 의해 이동되어, 마이크로렌즈의 굴절력을 변화시킨다. 그결과, 발생되는 전계 또는 인가되는 전압의 적절한 선택에 의해 소망의 굴절력을 지닌 마이크로렌즈를 가질 수 있다.

제1b도를 참조하면, 마이크로렌즈의 초점거리는, 마이크로렌즈 표면으로부터 스위칭소자(6)가 녹색광을 수광하는 파장(545㎜)을 가지는 액정표시패널(3)상에 배치되는 기판표면까지의 거리와 같이 설계된다. 액정표시패널(3)과 마이크로렌즈 배열(2)은 서로 결합되어 있다. 이것은, 액정표시패널(3) 및 마이크로렌즈 배열(2)의 위치결정이 마이크로렌즈 배열(2)의 매트릭스형상으로 배열된 4코오너부에서의 미소렌즈와 액정표시패널(3)의 매트릭스형상으로 배치된 4코오너부에서의 화소를 일직선으로 맞춘후, 유리와 근접한 굴절력을 가지는 투명접착제를 액정표시패널(3)과 마이크로렌즈 배열(2) 사이에 주입하여 이루어지는 것과 같은 방식으로 성취할 수 있다.

이 경우에, 액정표시패널(3) 또는 마이크로렌즈 배열(2)의 표면으로부터 광의 반사가 경감될 수 있다. 이것에 대하여, 액정표시패널의 기판의 팽창계수는 마이크로렌즈의 기판의 팽창계수와 동일한 것이 요구된다. 제1a도에 있어서, 전압(Vb), (Vg) 및 (Vr)은 Vb+Vr=Vg와 같은 식을 만족하도록 설정된다. 그러나, 이 경우에, 각 전압원은 마이크로렌즈 배열의 특성의 변화를 보상하기 위하여 정교하게 조정가능해야할 뿐만아니라 가변전압이어야 한다.

또한, 이 실시예에 있어서 칼라화상을 얻기 위하여 (R), (G) 및 (B)광을 반사하기 위한 각각의 3개의 색선별거울, 3개의 액정표시장치 및 3개의 투사렌즈를 배치하는 것이 요구된다. 그러나, 화상신호에 응답하는 광학시스템에는 화상을 형성하기 위한 액정표시장치와, 액정표시장치에 거의 평행광을 출력하기 위한 광원과, 투사렌즈가 설비되어 있다. 또한 이 실시예는 3개의 투사렌즈를 사용하나, 제3도에 도시한 바와같이 액정표시장치 근처에 3원색광을 합성하기 위한 거울을 배치하므로써, 사용되는 투사렌즈는 하나만 설치해도 된다.

제3도에 있어서, (19)는 거울, (18)은 3원색광을 분리하기 위한 색선별프리즘, (20)은 3원색광을 합성하기 위한 색선별프리즘, (16)은 투사렌즈이다. 색선별프리즘은 파장의 편광방향을 변화시킨다.

또한, 이 실시예에 있어서, 액정표시패널 및 마이크로렌즈 배열은 분리 배치되어 있으나, 마이크로렌즈 배열은 액정표시패널(3)이 스위칭소자(6)를 가지는 쪽에 대항하여 배치된 투명기판(3a)내에 형성된다고 하여도, 본발명의 적용범위내에 포함된다.

그러나, 본 실시예에 있어서, 마이크로렌즈 배열의 제조방법에 의해 동일 굴절률을 가지는 렌즈소자를 형성하며, 이 목적용으로 이하의 방법, 즉 렌즈소자가 이온교환법에 의해 이온교환시간을 3원색광의 각각에 상당하는 시간에 대응시켜 변화시키므로써 제조되는 방법, 이온교환법에 의해 이온원을 변화시켜 3원색광의 각각에 대응하는 굴절률차를 부여하므로써 제조되는 방법, 이온주입법에 의해 이온원을 변화시켜 3원색광의각각에 대응하는 굴절률차를 부여하므로써 제조되는 방법 또는 이온주입법에 의해 이온주입 시간을 3원색광의 각각에 상당하는 시간에 대응시켜 변화시키므로써 제조되는 방법등을 사용할 수 있다.

상기 방법중의 하나로 제조된 마이크로렌즈 배열은 제조공정에 의해 표면편차 및 롯(lot) 편차가 발생할 수도 있다. 그 결과, 전계를 인가하므로써 굴절률을 최적화하는 것이 바람직하다. 이 경우, 본발명은 효과적으로 이용될 수 있다. 또한, 마스크로써 본 실시예에서는 티탄막을 사용하였으나, 유리를 부식시키지 않고 사용되는 마스크제거용액 및 사용되는 이온교환용액에 불용성인 재료이면 어느 것이나 이 목적용의 막으로 사용될 수 있다. 소망의 굴절률차를 가지는 유리 및 소망의 두께를 가지는 이온교환막이 제공될 수 있다면, 이온교환용액 용액온도 및 이온교환시간은 본발명의 적용범위내에 포함된다.

다음에 제1a도 또는 제3도에 도시한 액정표시장치의 다른예는 제4도에 예시되며, 동도에서 마이크로렌즈 배열은 액정표시패널의 각 표면상에 배치된다. (1)은 편광판, (2)은 제1마이크로렌즈 배열, (3)은 액정표시패널, (4)는 또다른 편광판, (5)는 그의 각 표면상에 투명전극(50a), (50b)을 가지는 제2마이크로렌즈 배열, (6)은 액정표시패널(3)용의 스위칭소자, (7) 및 (8)은 각각 제1마이크로렌즈 배열(2)의 투명전극에 접속된 전압원 및 제2마이크로렌즈 배열(5)의 투명전극에 접속된 전압원이다. 대략 평행인 광은, 스위칭소자(6)가 배치된 액정패널(3)의 기판표면상의 제1마이크로렌즈 배열(2)에 의해 접속되고, 그후 패널(3)을 통과한 후 확대되기 시작한 광은 제2마이크로렌즈 배열(5)에 의해 거의 평행광으로 복귀된다. 액정표시장치로부터의 출력광이 평행광이라는 사실은, 본발명의 액정 투사형 칼라표시장치에 있어서의 설계 근거 뿐만아니라 소형화의 근거라는 점에서 유리하다. 이들 실시예에 있어서, 액정표시패널의 기판 및 마이크로렌즈 배열의 기판이 분리되어 있으나, 각 마이크로렌즈 배열을 액정표시패널 형성용의 두개의 유리기판사이에 배치하여 전계를 각 마이크로렌즈 배열로 인가하는 방법도 본 발명의 적용범위에 포함된다.

Claims

대략 평행광으로써 적, 녹 및 청색의 3원색광을 출력하기 위한 광원수단과, 각각 상기 3원색광을 통과시켜 화상신호에 따라 광화상을 형성하는 3개의 액정표시장치수단과, 각각 상기 광화상을 스크리인상에 투사하기 위한 투사렌즈로 구성된 액정 투사형 칼라표시장치에 있어서, 상기 3개의 액정표시장치수단은 각각, 매트리스형상으로 배치된 복수의 화소를 가지는 액정표시패널과, 상기 액정표시패널의 광원측상에 배열되고 매트릭스형상으로 형성된 복수의 마이크로렌즈와 전계에 의해 제어가능한 굴절력을 가지는 마이크로렌즈 배열과, 전계를, 상기 마이크로렌즈 배열에 인가하여 상기 복수의 마이크로렌즈의 각각을 소정 굴절력으로 형성하는 전계인가수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 투사형 칼라표시장치.
제1항에 있어서, 상기 전계인가수단이, 상기 마이크로렌즈 배열의 양표면상에 각각 형성된 제1 및 제2투명전극과, 상기 제1 및 제2투명전극 사이에 전압을 인가하는 전압인가수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 투사형 칼라표시장치.
대략 평행광으로써 적, 녹 및 청색의 3원색광을 출력하기 위한 광원수단과, 각각 상기 3원색광을 통과시켜 화상신호에 따라 광화상을 형성하는 3개의 액정표시장치수단과, 각각 상기 광화상을 스크리인상에 투사하기 위한 투사렌즈로 구성된 액정 투사형 칼라표시장치에 있어서, 상기 3개의 액정표시장치수단은 각각 매트릭스형상으로 배치된 복수의 화소를 가지는 액정표시패널과, 상기 액정표시패널의 광원측 및 스크리인측상에 각각 배치되고 매트릭스형상으로 형성된 복수의 마이크로렌즈와 전계에 의해 제어가능한 굴절력을 가지는 제1마이크로렌즈 배열 및 제2마이크로렌스 배열과, 전계를 상기 제1마이크로렌즈 배열 및 제2마이크로렌즈 배열에 인가하여 상기 복수의 마이크로렌즈의 각각을 소정 굴절력으로 형성하므로써 상기 제2마이크로렌즈 배열로부터 대략 평행광을 출력할 수 있도록 하는 전계인가수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 투사형 칼라표시장치.
제3항에 있어서, 상기 전계인가수단이 각각의 상기 제1 및 제2마이크로렌즈 배열의 양표면상에 각각 형성된 제1 및 제2투명전극과, 상기 제1 및 제2투명전극 사이에 전압을 인가하는 전압인가수단으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 투사형 칼라표시장치.