KR940003422B1 - 투사형 영상표시장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

투사형 영상표시장치

제1도는 본 발명의 표시장치의 예를 표시한 다이어그램도.

제2도는 광원으로부터 광선의 평행도를 예시한 다이어그램도.

제3도는 본 발명의 표시장치의 제2예시를 표시한 다이어그램도.

제4도는 본 발명의 표시장치의 제3예시를 표시한 다이어그램도.

제5도는 본 발명의 표시장치의 제4예시를 표시한 다이어그램도.

제6도는 종래의 대표적인 표시장치를 예시한 다이어그램도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 표시장치 12 : 광원

13 : 반사경거울 14 : 표시장치

17 : 콘덴서렌즈 18 : 필드렌즈

19 : 투사렌즈

본 발명은 일반적으로 영상표시장치에 관한 것으로서 특히 액정패널과 같은 투과표시장치로부터 렌즈를 통해 투사영상을 표시하는 투사형 영상표시장치에 관한 것이다.

최근 투사형 표시장치는 대규모 스크린 투사텔레비젼, 정보표시장치 등에 표시하기 위하여 널리 사용되고 있다.

제6도는 표시장치(1)의 투사형의 대표적인 예로서 이하 표시장치라고 한다.

표시장치(1)는 영상을 형성하기 위하여 콘덴서렌즈(condenser lens)(4)에 의하여 광원(2)의 광을 집중시키도록 하는 광원(2)과 반사경렌즈(3)를 포함한다.

투사렌즈(7)는 영상에 인접하여 설치된다.

액정장치와 같은 투과표시장치(6)는 콘덴서렌즈(4)와 투사렌즈(7) 사이에 설치된다.

표시장치(6)는 적, 록, 청색의 투과를 독립적으로 제어하는 층을 포함한다.

콘덴서렌즈(4)는 표시장치(6)에 광원(2)의 광을 들어가게 한다. 그리고 그 통과하는 광은 스크린(8)상의 영상으로 투사된다. 광원(2)의 영상근처에 투사광이 위치하는 이유는 투사렌즈(7)의 직경을 극소화하기 위한 것이다.

이 장치는 코러(Kohler)조명이라고 한다.

이 장치는 콘덴서렌즈(4)를 통한 광이 콘덴서렌즈(7)상에 반드시 초점이 생기게 되며 표시장치(6)의 입사각은 그위의 입사위치와 상이하게 되는 구조를 가진다.

제6도에서 각(Q1, Q2)는 상이한 값을 가진다.

복수의 표시장치(6R, 6G, 6B)는 제6도에 표시된 바와같이 층을 형성하며 시차(視差 parallax)는 표시장치 상호간에서 발생하기 쉽다.

따라서 각 표시장치(6R, 6G, 6B)간에 나타난 영상은 스크린(8)상에서 서로 연결되지 않는다.

그래서 색수차(色收差; chromatic aberration)를 야기한다.

일반적으로 이 문제는 표시장치(6R, 6G, 6B)간의 상이한 거리때문에 투사확대를 변화시키므로서 야기된다고 설명된다. 상기에서 언급된 문제를 설명하기위하여 여러가지 제안이 있었는데 그중 일본공개공보 60-2916에서 평행광선을 가진 표시패널을 조사시키는 방법이 개시되어 있다.

이 선행기술은 한쌍의 투사렌즈가 스크린상에 영상을 투사하도록 액정패널이 평행광선으로 조사되는 광시스템을 개시하고 있다. 이러한 공지의 방법은 표시패널의 직경보다 더 큰 직경을 가진 투사렌즈를 요구한다.

그래서 생산비와 크기를 증가시키게 된다.

더욱이 이 광시스템은 단일렌즈로 구성된 투사렌즈를 가지고 있다면 더 큰 색수차를 일으키게 될 것이다. 따라서 어떠한 적절한 장치가 색수차의 가능성을 회피하기 위하여 제공되어야 한다.

그래서 생산비와 크기가 더 커지게 된다.

위에선 언급한 선행기술의 불리한점과 결함을 극복하기 위하여 본 발명의 표시장치는 광원과 광원으로부터 광선을 수렴시키고 주요 광선을 서로 평행하게 투과표시장치에 들어가게 하도록 광원과 투과표시장치간에 광통로를 따라 배치된 제1광수단과, 투과표시장치로부터 광선을 집중시키도록 투과표시장치에 관해서 광원과 반대측상에 배치된 제2광수단과 스크린상에 투과된 광 영상을 투사하기 위하여 제2광수단의 초점 근처에 배치된 제3광수단을 포함한다.

더 좋은 실시예에서 투과표시장치는 광선이 통과되는 방향에 중첩된 한쌍의 단일 매트릭스 액정셀(cell)을 포함한다.

또 다른 실시예에서 각 액정셀은 광선이 통과되는 방향에서 한개의 액정셀의 주사선이 다른 액정셀의 주사선과 중첩되지 않도록 소정피치(pitch)에서 배열된 주사선을 가진다.

또 다른 실시예에서 투과표시장치는 광선이 통과되는 방향에 중첩된 세개의 액정셀을 포함한다.

또 다른 실시예에서 액정셀은 적, 록, 청색에의 각각 대응하는 광성분의 투과를 변화시킨다.

따라서 여기서 언급된 본 발명은 (1) 영상불연속성이나 색수차를 가질 가능성이 없이 스크린상에 선명한 영상화면을 표시할 수 있는 투사형 표시장치를 제공하며 (2) 상대적으로 소형이고 경제적인 크기의 투사형 표시장치를 제공하는 목적을 가진다. 본 발명은 다음과 같이 부도면에 따라 더 잘 이해되며 그 목적과 이점이 그 기술에 익숙한 자에게 분명하게 될 것이다.

제1도에서 표시장치(11)는 광원(12)과 반사경거울(13)(이하, 반사경이라고 한다)을 포함하며 거기에는 할로겐램프(halogen lamp) 금속 할로겐화물램프 또는 크세논램프가 광원(12)으로 사용된다.

구형표면을 가진 반사경(13)은 제1광수단으로서 콘덴서렌즈(17)를 통해 서로 평행하게 기본광선을 표시장치(14)를 향해 흐르도록 광원(12)으로부터 광선을 반사시킨다.

표시장치(14)를 통과하는 광선은 제2광수단으로 필드렌즈(field lens)(18)를 통과하며 그에 의해서 필드렌즈(18)의 전면에 위치한 제3광원으로서 투사렌즈(19) 상에 초점을 모은다. 투사렌즈(19)는 화면으로서 표시장치(14)의 영상을 스크린(20) 상에 투사시킨다.

투사광 수단은 필드렌즈(18)와 투사렌즈(19)를 더 포함하도록 구성된다.

제2광수단은 이중볼록렌즈, 평면볼록렌즈 또는 메니스커스렌즈(mieniscus lens)의 형태로 구성되고 제3광수단과 결합해서 색수차를 전체로 극소화 시키도록 설계되어 있다. 제2광수단은 단일렌즈가 아크로매트(acromat)나 아포크로코우트(apochrocoat)와 같은 복합렌즈로 구성된다.

제3광수단은 보통 스라이드프로젝터나 카메라에서 사용되는 통상의 투사렌즈로 구성될 수 있다.

또한 필요한 경우 복수렌즈는 그 상대위치가 합성조점길이를 변화시키는 줌렌즈(moon lens)로서 작동하게 조절되도록 배치될 수 있다.

표시장치(14)는 그 자신 조명되지 않으나 구동신호에 따라 변화되는 광 투과률을 가지며 그래서 광원(12)으로부터 입사광의 세기를 조절하여 문자 및/또는 화소를 표시한다.

표시장치(14)는 액정, 에렉트로크롬(electro-chrome)이나 PLZT와 같은 투과세라믹(transmissive ceramic)로 구성된다.

다음 예시는 액정을 사용한다.

액정패널은 MIM(meta-insulating layer-metal)과 같은 비선형 2단자 요소나 TFT(thi film transistor)와 같은 3단자 스위칭 요소가 배치된 단일매트릭스시스템이나 액티브매트릭스시스템의 어느 하나가 선택적으로 될 수 있다.

상기 실시예에서 단일 매트릭스시스템의 한쌍의 액정패널(15, 16)은 단일 매트릭스시스템상에 표시용량을 증대시키도록 사용된다. 단일 매트릭스 시스템의 표시장치에서 누화가 주사선의 증가에 따라 발생되기 쉽다.

TN 모드에서는 약 100개의 주사선이 한계이며 STN 모드에서는 200개의 주사선이 한계이다.

이 예에서 각 액정패널(15, 16)은 액정패널이 다른 것의 주사선을 분할하지 않도록 최적 표시용량을 얻는데 요구되는 주사선의 반수로서 공급된다.

이것은 콘트라스트를 줄이지 않고 표시용량을 증가시킨다.

액정패널(15, 16)은 유리와 같은 투과물질로 된 기판(21과 22, 23과 24)으로 제공된다.

예시에서 640개의 데이터선(25)과 200개의 주사선(26)은 기판(21, 22)간에 샌드위치(sandwich)된다.

슈퍼트위스트네마틱(super twisted nematic) 액정층(27)은 선(25, 26)의 2개 군 사이에서 샌드위치 된다.

액정패널(15, 16)의 기판(22)은 표시장치(16)의 기판(23)에 인접하여 위치한다.

200개 주사선(28)과 640개 데이터선(29)은 액정층(27)과 같은 물질의 액정층(30)이 샌드위치된 것 사이에 제공된다.

주사선(26, 28)은 주사선의 각 군(group)이 표시장치(14)의 두께 방향의 주사선의 다른군에 중첩되도록 위치한다.

주사선(26, 28)간의 피치(D1)(화소피치)와 데이터선(25, 29)은 100㎛이다.

콘덴서렌즈(17)와 필드렌즈(18)는 제1도에 표시된 바와같이 200mm의 초점길이와 100mm의 직경(D2)을 각각 가진 평볼록렌즈를 배열하여 구성된다.

투자렌즈(19)는 200mm의 초점길이와 400mm의 직경을 가진 평볼록렌즈로서 구성된다.

광원으로부터 광선은 반사경(13)과 콘덴서렌즈(17)에 의해 평행빔으로서 표시장치(14)에 들어간다.

입사광은 액정패널(15, 16)의 화소 신호입력에 따라 조정된다.

광선은 필드렌즈(18)에 의하여 투사렌즈(19)에 인도된다.

액정패널(16)과 팰드렌즈(18)간의 거리(L1)가 40mm이고 필드렌즈(18)와 투사렌즈(19)의 거리(L2)가 200mm라 가정한다.

그 결과 액정패널(16)의 허상은 필드렌즈(18)를 통해 투사된다.

또한 허상은 액정패널(17)의 크기보다 5배로 스크린(20)상에 확대되므로 그곳에서 스크린(20)은 투사렌즈(19)의 정면에서 거리(L4)(1,000mm)에 위치한다.

필드렌즈(18)와 투사렌즈(19)간의 거리(L2)가 170mm이라면 허상은 거리(L4)(예로서 2,200mm)에서 투사렌즈(19)로부터 약 10배 확대된다.

이 거리는 스크린(20)상의 영상이 초점에 집중되는 것을 확실하게 한다.

거리(L2)가 200mm를 유지하면 영상초점은 여러개의 거리(L1)와 관계가 없다.

스크린(20)상의 영상이 두께방향의 액정패널(15, 16)의 층간의 가운데점에서 투사렌즈(19)에 의하여 초점이 집중되면 스크린(20)상의 액정층(27, 30)의 영상은 기판(22, 23)의 두께(L3=1.1mm)에 의하여 초점밖에 있게 된다.

기판(21~24)의 각 굴절율(n)이 1.53이고 액정층의 두께(L3)가 공기중의 거리(L3a)에 의해 표현될때 다음 방정식이 수립된다.

L3a=L3/n=1.1/1.53≒0.72(mm)………………(1)

이예에서 초점깊이는 광원(12)으로부터 광선의 평행도에 따라 좌우된다.

제2도는 광원(12)으로부터 광선의 평행도를 표시한다.

가령 광원(12)의 조명구획이 100mm의 직경(D4)을 가지고 콘덴서렌즈(17)가 200mm의 초점길이(f)를 가진다면 광원(12)으로부터 광선의 평행도(tanθ)는 다음식으로 표시된다.

tanθ=±/f=±=±0.025……………(2)

투사렌즈(7)가 액정패널(15,16)간의 초점이 형성될때 액정층(27, 30)의 영상은 다음식과 같은 초점밖에 있다.

0.72(mm)×0.025=0.018(mm)………………(3)

스크린(20)상의 영상을 보는 시청자에 대하여 이 아우트오브 초점조건은 무시될 수 있다.

대조적으로 필드렌즈(18)가 제1도에 표시된 구조로부터 다시 움직일때 그리고 투사가 200mm의 초점길이와 100mm의 직경을 통해서만 수행될때 큰 색수차가 발생한다.

본 발명하에서는 광원(12)으로부터 광선이 기본광선을 평행하게 표시장치(14)로 들어가게 하도록 배치된다.

그래서 액정패널에 따라 확대되므로 위에서 언급된 영상의 불연속성의 해로움을 피할수 있어서 스크린상의 영상화면의 품질은 개선시키는 것이다.

제3도에서 표시장치(31)의 수정된 내용을 설명한다. 여기에서 제1예시의 대응부품은 동일한 부호를 갖는다. 이 예시의 뚜렷한 특징은 표시장치(14a)는 3개의 액정패널(32R, 32G, 32B)을 포함하며 액정패널(15)과 같은 구조를 가진 각각 패널은 선택적으로 단일의 세개의 층을 가진 구조로 될 수 있으며 그 성층된 층은 투과기판에 의하여 분리된다.

표시장치(31)는 색채영상을 표시하게 설계되어 있고 액정패널(32R, 32G, 32B)은 색채영상을 표시하도록 적, 록, 청색에 대응하는 광성분의 투과를 변화시킨다.

더욱이 이색성(二色性)색소는 전압에 의하여 분자방향을 제어하도록 각 액정패널(32R, 32G, 32B)로 분해된다.

이러한 방법으로 적, 록,청색에 대응하여 광성분의 흡수가 된다.

이 시스템은 통상“게스트 호스트 모드”(Guest Host Mode)라고 칭하며 이하 GH모드라고 한다.

이 GH모드 이 예시에서 결합시키는 것이 바람직하다.

GH모드에서 스크린(20)상의 영상화면의 최적밝기를 유지하기 위하여 광선이 흡수가 조절되는 범위로부터 파장을 가진다면 광선은 흡수되지 않는 것이 바람직하다.

이것은 사용된 색소가 제어된 색에 보충하는 색으로 되는 것을 의미한다.

특히 액정패널(32R, 32G, 32B)이 적, 록, 청색을 제어하게 되면 사이안(cyan)과 마젠터(magenta)색과 황색의 색제가 사용된다. 최소에서 최대까지 적색성분을 제어함에 있어서 사이안색소를 사용하는 액정패널(32R)은 사이안색과 밝은색간에서 변화한다. 녹색광을 조절하기 위하여 마젠터색소를 포함하는 액정패널(32G)은 액정패널(32R, 32B)간에 위치하게 된다.

이것은 인간의 눈이 녹색에 대해 고감도와 공간해상능력을 가진다는 관찰에 의거한 것이다.

결과적으로 초점은 다른 2개 패널(32R, 32B)간에 위치한 액정패널(32G)에 배치된다.

그래서 인간의 눈의 가시행상능력을 강화시킨다. 표시장치(14a)의 성분 디멘죤은 다음과 같다.

표시스크린의 대각선 길이는 75mm이고 픽셀피치는 190㎛(세로방향)×161㎛(측방향), 픽셀면적은 88㎛(세로방향)×104㎛(측방향)이며 다공도는 30%이다.

액정패널(32R, 32G, 32B)은 제1예시의 액정패널(15)의 것과 같은 구조를 가지며 인접한 2개 패널(L5)간의 거리(L5)는 제1도의 결합된 2개 기판(21, 24)의 두께와 같다.

즉,

1.1(mm)×2/1.53≒1.44(mm)……………………(4)

광원(12)으로부터 광의 평행도는 제1예시의 것과 같게 결정하면 아우트오프(out-off) 초점조건은 액정패널(32R, 32B)의 각각에서 발생한다.

그 정도는 다음식으로 표시된다.

1.44(mm)×0.025=0.0369(mm)……………………(5)

이 아우트오프 초점의 정도는 위에서 언급된 픽셀 면적보다 더 작게 된다.

그리고 스크린상의 영상화면을 보는 시청자를 위하여 무시할 수 있다.

이 예시는 제1예시에서 나오는 것과 같은 효과를 가진다.

제4도에서 더 수정된 예시가 기술되며 제1과 제2예시의 대응부품은 같은 부호를 갖는다.

제1과 제2예시의 주요한 차이점은 반사경(13)이 광원(12)으로부터 광선을 평행하게 만드는 회전파라보라 거울(paraholic mirror 33)을 가지고 있는 것이다.

평행광선은 콘덴서 렌즈(17a)에 의해 집중되고 적분기(34)는 광선을 고르게 분배하도록 광선이 집중시 되는 초점 근처에 배치된다.

적분기(34)의 광선은 콘덴서렌즈(17b)에 의해 평행하게 되며 제1예시의 표시장치(14)나 제2예시 표시장치(14a)상에 방사된다.

이 예시는 제1과 제2의 예시의 것과 동일한 효과를 이룩한다. 제5도에서 또다른 수정된 예시가 설명되며 위에 언급된 대응부품은 동일한 부호를 가진다.

주목할만한 특징은 반사경으로 회전식 타원형 거울(35)의 제공에 있다.

그것은 광원(12)으로부터 광선을 집중시키고 적분기(34)가 광선을 균일하게 분배시키도록 배치되는 제2의 초점에 수렴된다.

적분기(34)로부터 광선은 콘덴서렌즈(17)에 의하여 평행하게 되며 표시장치(14a)에 안내된다.

이 실시예는 위에서 언급된 예시의 결과와 같은 효과를 가진다.

여러가지의 변형은 본 발명의 범위와 경신에 벗어나지 않고 그 기술분야에 익숙한자에 의하여 명백하며 쉽게 만들어진다는 것이 이해된다.

따라서 여기에 첨부된 청구범위는 여기에 언급된 설명에 한정하지 않으며 오히려 청구범위는 본 발명에 내재하는 특혜 받을 수 있는 신규성의 모든 특징을 포함하는 것으로 간주되며 본 발명이 관련된 기술에 익숙한자에 의하여 균등물로서 취급되는 모든 특징을 포함한다.

Claims (5)

1. 투과표시장치를 통해 광선을 투사시켜 스크린상에 영상화면을 표시하는 투사형 영상표시장치에 있어서, 그 표시장치는 광원과 광원으로부터 광선을 집중시키고 주요광선을 투과표시장치에 서로 평행하게 들어가게 하도록 광원과 투과표시장치간의 광통로를 따라 위치한 제1광수단과, 투과표시장치로부터 광선을 집중시키도록 투과표시장치에 대하여 광원과 반대편상에 배치된 제2광수단과, 스크린상에 투과된 광 영상을 투사시키도록 제2광수단의 뒷초점근처에 배치된 제3광수단을 포함하는 투사형 영상표시장치.
2. 제1항에 있어서 투과표시장치는 광선이 통과되는 방향에서 중첩된 한쌍의 단일 매트릭 액정셀을 포함하는 투사형 영상표시장치.
3. 제2항에 있어서 각 액정셀은 한개 액정셀내의 주사선이 광선이 통과되는 방향내의 다른 액정셀내의 주사선과 정렬되지 않도록 소정피치에서 배열된 주사선을 가지는 투사형 영상표시장치.
4. 제1항에 있어서, 투과표시장치는 광선이 통과되는 방향내에 중첩된 세개의 액정셀을 포함하는 투사형 영상표시장치.
5. 제4항에 있어서, 액정셀은 적, 록, 청색에 각각 대응하는 광성분의 투과를 변화시키는 투사형 영상표시장치.