KR0171636B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR0171636B1
KR0171636B1 KR1019940022105A KR19940022105A KR0171636B1 KR 0171636 B1 KR0171636 B1 KR 0171636B1 KR 1019940022105 A KR1019940022105 A KR 1019940022105A KR 19940022105 A KR19940022105 A KR 19940022105A KR 0171636 B1 KR0171636 B1 KR 0171636B1
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미츠시 이케다
고우헤이 스즈키
후미오 스기야마
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사또오 후미오
가부시기가이샤 도시바
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Abstract

본 발명은 광이용 효율을 향상시키는 액정 표시 장치를 제공한다. 이 액정 표시 장치는 1 개의 화소마다 또는 복수의 화소로 구성되는 화소열 마다에 대응해서 외부로부터의 입사광을 집광하는 수단과, 집광된 광을 각각 평행광으로 변환하는 수단과, 평행광의 각각을 적, 녹, 청의 각 파장 성분으로 분광하는 수단과 분광된 광의 각각에 대하여 투과량의 변조를 이루기 위한 액정층과 액정층의 투과율을 복수의 화소마다 제어하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 또 대향시킨 2개의 전극에 협지되고, 화상 신호에 따른 구동 신호에 의하여 투과율 변조가 이루어지는 액정층과, 상기 전극의 한쪽 또는 액정층의 한쪽의 표면에 접촉되도록 설치되고, 상호 상이한 특정의 파장의 광만을 투과하는 복수의 간섭 필터와 액정층과는 반대측에 있어서 간섭 필터에 대향하도록 설치되고, 간섭 필터에 의하여 반사된 광을 반사하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정 표시 장치
제 1도는 본 발명의 제 1의 실시예에 관한 액정 표시 장치의 요부의 개략 단면도.
제 2도는 액정 셀에 입사하는 광속을 상부로부터 본 모양을 설명하는 도면.
제 3도는 액정 셀에 입사되는 광속을 상부로부터 본 상태를 설명하는 다른 도면.
제 4도는 본 발명의 제 2의 실시예에 관한 액정 표시 장치의 요부의 개략 단면도.
제 5도는 본 발명의 제 3의 실시예에 관한 액정 표시 장치의 요부의 개략 단면도.
제 6도는 본 발명의 제 4의 실시예에 관한 액정 표시 장치의 요부의 개략 단면도.
제 7도는 제 5의 실시예에 관한 액정 표시 장치의 요부의 개략 단면도.
제 8도는 본 발명의 제 6의 실시예에 관한 액정 표시 장치의 요부의 개략 단면도.
제 9도는 본 발명의 제 7의 실시예에 관한 액정 표시 장치의 요부의 개략 단면도.
제 10도는 프레넬(fresnel)형의 렌즈 및 회절 격자를 도시하는 도면.
제 11도는 본 발명의 제 8의 실시예에 관한 액정 표시 장치의 요부의 개략 단면도.
제 12도는 본 발명의 제 9의 실시예에 관한 액정 표시 장치의 요부의 개략 단면도.
제 13도는 본 발명의 제 10의 실시예에 관한 액정 표시 장치의 요부의 개략 단면도.
제 14도는 본 발명의 제 11의 실시예에 관한 액정 표시 장치의 요부의 개략 단면도.
제 15도는 종래의 액정 표시 장치의 요부의 개략 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
5, 8 : 투명 재료 9, 115 : ITO 전극
10 : 유리 기판 11 : 볼록 렌즈 어레이
12 : 오록 렌즈 어레이 13, 13R, 13G, 13B, 114 : 간섭 필터
14 : 액정 셀 15 : 반사판
16, 17, 19 : 프리즘 어레이 18 : 회절 격자
20 : 변형 회절 격자 어레이 21 : 변형 오목 렌즈 어레이
22 : 고굴절율 기판 23 : 변형 오목 미러
24 : 변형 프리즘 어레이 31, 32 : 광속
101 : TFT-LCD 기판 102, 119 : 광원
103, 120 : 광원 미러 111 : 어레이 기판
112 : TFT 113 : 반사층
116 : 액정 117 : 컬러 필터
118 : 대향 기판 121 : 미러
122 : 반사막 123 : 반사 방지막
124 : 대향 ITO 전극 125 : 외부광 집광 렌즈
126 : 외부광 127 : 반사광
128 : 반사 집광 렌즈 129 : 산란광
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다.
최근에, 퍼스널컴퓨터의 디프플레이나 소형 텔레비젼에 사용되는 박형 경량의 표시 장치로서 액정 표시 장치가 많이 이용되고 있다. 또, 요구가 높아지고 있는 벽걸이 텔레비젼이나 컴퓨터의 디스플레이에 사용되는 대형 디스플레이로서도 액정 표시 장치의 적용이 고려되고 있다.
종래의 컬러 표시 디스플레이에 있어서는 제 15도에 도시된 바와 같이 어레이 기판(241)과 대향하는 대향 기판(248)에 컬러화를 위하여 투과 파장 이외의 광을 흡수하는 흡수형의 컬러 필터(247)를 설치하고 있었다. 이로 인해 광에 포함된 적색광, 녹색광, 청색광(R, G, B) 성분 중에서 어느 하나밖에 이용이 안되고, 광의 이용 효율이 1/3로 저하되었다.
또, 특히 휴대용의 컴퓨터의 디스플레이에서는 전지 동작의 구동 시간을 연장시키는 것이 요망되고 있으므로 디스플레이의 광 이용 효율을 향상시키는 것이 중요하다. 또 흡수형의 컬러 필터는 R, G, B를 형성하기 위하여 다수의 공정이 필요하고, 비용이 높아진다는 문제가 있었다.
또, 투사형의 액정 디스플레이에서는 광의 이용 효율을 양호하게 하기 위하여 2-색성(dichroic) 미러에 의하여 광을 R, G, B 성분으로 분해하고, 3 장의 액정 디스플레이에 의하여 각 색마다 표시를 제어하여, 그 후에 재차 3원색을 합성하였다. 이로 인해 디스플레이 및 광학계가 2 조(set) 필요하는 등 구성이 복잡해지고, 장치의 가격이 비싸지는 등의 문제점이 있었다.
이상과 같이 종래의 컬러 표시 기능을 갖는 액정 표시 장치에서는 흡수형의 컬러 필터에 의하여 광의 이용 효율이 저하하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위하여 고안된 것으로서 광 이용 효율을 향상시킨 액정 표시 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 액정 표시 장치는 1 개의 화소마다 또는 복수의 화소로 구성되는 화소열마다에 대응해서 외부로부터 입사되는 광을 집광하는 집광 수단과, 이 집광된 광을 각각 평행광으로 변환시키는 광로 변환 수단과, 이 평행광의 각각을 적색, 녹색, 청색의 각 파장의 성분으로 분광하는 분광 수단과, 이 분광된 광의 각각에 대하여 투과량의 변조를 실행하기 위한 액정 셀과, 이 액정 셀의 투과율을 복수의 상기 화소마다 제어하는 투과율 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 액정 표시 장치는 상기 구성을 가지는 동시에 액정 셀을 투과한 광을 반사하여 상기 액정측에 입사시키는 반사 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 액정 표시 장치는 대향시킨 2 개의 전극 사이에 끼우고 화상 신호에 따른 구동 신호에 의하여 투과율 변조를 실시하는 액정 셀과, 상기 전극의 한쪽의 표면 또는 상기 액정 셀의 표면에 접촉되도록 설치되고 서로 상이한 특정의 파장을 가지는 광만을 투과하는 복수의 간섭 필터와, 상기 액정 셀과는 반대측에 있어서 상기 간섭 필터에 대향되도록 설치되고 상기 간섭 필터에 의하여 반사된 광을 반사하는 반사 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 액정 표시 장치는 상기 구성을 가지는 동시에 상기 간섭 필터와는 반대측에 배치되어 상기 액정 셀의 표면, 또는 상기 액정 셀의 표면에 설치된 상기 전극의 다른쪽의 표면에 상기 간섭 필터의 각각에 대응하도록 설치한 복수의 분해 필터를 추가로 구하하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정 표시 장치에서는 상기 집광 수단이 외부로부터 광을 집광하고 상기 광로 변환 수단이 이 집광된 광을 각각 평행광으로 변환하여 상기 분광 수단에 이 각각의 평행광을 적, 녹 및 청의 각 파장의 성분으로 분광한다. 그리고 상기 액정측에서 적, 녹, 및 청의 각 파장으로 분광된 각 파장마다 변조된다.
또, 상기 반사 수단을 설치하는 경우는 상기 액정 셀을 투과하여 이 반사 수단에 의해 반사된 광은 거의 반대의 광로를 진행하여 외부로 방사된다.
이와 같이 본 발명에서는 광원으로부터 입사되는 광을 광속의 1/3 이하의 범위로 집광한 후에 R, G, B로 분광하여 각 파장의 광을 액정으로 변조하므로 종래의 컬러 필터를 사용하는 방식보다도 광의 이용률을 약 3배 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 액정 표시 장치에서는 광원 또는 외부로부터 입사되는 광을 분리하기 위한 간섭 필터와 반사판을 설치하고 간섭 필터와 반사판의 사이에서 광을 반복적으로 반사시킴으로써 최종적으로 각각의 색 성분이 이에 대응되는 간섭 필터를 투과하도록 구성한다.
이것에 의하여 적, 청, 녹의 모든 파장의 광을 표시에 이용할 수가 있다.
따라서 본 발명에 의하면 고휘도, 저소비 전력, 저비용의 컬러의 직시(直視)형 및 투사형의 액정 표시 장치를 실현할 수 있다.
[실시예]
이하 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또 이하의 설명에서 경우에 따라 적색, 녹색 및 청색을 각각 R, G 및 B로 약기한다.
[제1 실시예]
제 1도에 본 발명의 제1의 실시예에 관한 액정 표시 장치의 요부의 개략 단면도를 도시한다.
본 실시예의 액정 표시 장치에서는 제 1도와 같이 디스플레이 표면에 외부로부터의 입사광(1)을 집광하기 위한 볼록() 렌즈 어레이(11)를 설치한다. 볼록 렌즈 어레이(11)에 있어서의 각 렌즈의 폭 L은 R, G, B 화소의 1 세트분의 폭과 대략 같도록 형성한다. 또 각 렌즈의 형상은 제 2도의 도시와 같이 세로 방향(제 1도의 지면에 대하여 수직 방향)으로는 직선상으로 연결되는 생선묵 형상(목판에 붙인 어묵 모양으로 가운데가 불룩 솟은 반원형 모양)으로 구성해도 좋다. 또는 제 3도의 도시와 같이 각각의 렌즈를 각 화소에 대응되는 형태로 가로 방향으로 분리해서 형성해도 좋다. 그러나 이 경우에는 각 렌즈의 세로 방향의 폭은 화소의 세로 방향의 폭보다 작게 설정하는 것이 좋다.
여기에서 액정 셀(14)에 입사하는 광속(光束)을 상부에서 본 상태를 제 2도 및 제 3도에 도시한다. 생선묵형의 렌즈 어레이를 사용했을 경우에는 제 2도와 같이 광속(31R, 31G, 31B)이 화소 중앙부를 세로로 연결한다. 한편, 분리형의 렌즈 어레이를 사용한 경우에는 제 3도와 같이 광속(31R', 31G', 31B')은 각 화소의 중앙을 통과한다. 또 제 2도 및 제 3도에 있어서 7a는 게이트선, 7b는 신호선, 7c는 박막 트랜지스터(TFT)를 표시한다. 또 표시 전극의 주위를 블랙 매트릭스로 해도 좋다. 블랙 매트릭스는 광속(32)과 대략 동일하면 된다.
한편, 볼록 렌즈 어레이(11)의 하부에는 집광된 광(2)을 평행광(3)으로 변환시키는 오목 렌즈 어레이(12)를 설치한다. 이 때의 광속의 폭 L'는 단위 화소의 가로 방향의 폭보다 작게 하는 것이 좋다.
상기 각 렌즈 어레이는 유리로 형성해도 좋다. 또는 플라스틱을 사용하면 일체 형성이 용이하므로 더욱 바람직하다. 또 볼록 렌즈 어레이(11)는 굴절율이 큰 플라스틱이나 유리와 공기의 조합으로 형성해도 좋고, 굴절율이 큰 플라스틱과 굴절율이 작은 플라스틱의 조합으로 형성해도 좋다. 오목 렌즈(12)는 그 반대의 조합으로도 좋다.
다음에 오목 렌즈 어레이(12)의 아래에는 상기 평행광의 R 성분만을 투과하고, 다른 파장의 광은 반사하는 대역 통과 필터(간섭 필터) 어레이(13R)를 45° 의 경사 각도로 설치한다. 또 동일하게 B 성분만을 투과하고 다른 파장의 광은 반사하는 대역 통과 필터(간섭 필터) 어레이(13G) 및 단순 미러 또는 적외선 투과 필터로 구성되는 제 3의 어레이(13B)를 45° 의 경사 각도로 설치한다.
제1도와 같이 각 어레이는 톱니 형상으로 형성한 투명 재료(유리 또는 투명 유기막)(8)의 45°의 각 면에 필터나 미러를 증착 등의 방법으로 형성하면 된다. 각 어레이의 1개의 필터나 미러의 수평폭 H는 단위 화소의 폭과는 대략 동일한 것으로 한다.
각 어레이(13R, 13G, 13B)의 하부에는 투명 재료(5)를 삽입하여 유리 기판(10)상에 설치한 액정 셀(14)이 배치된다. 제 1도에는 각 어레이(13R, 13G, 13B)의 바로 아래에 ITO 전극(9)이 배치되는 상태를 도시한다. 또 화소 부분의 상세한 구성은 생략하고 있다. 예를 들어 편광판은 액절 셀의 상하 또는 위에 설치하면 된다. 또 유리 기판(10)의 아래쪽에는 반사판이 설치되어 있다.
이상과 같은 구성에 있어서 외부로부터 입사한 광은 볼록 렌즈 어레이(11)에 의하여 집광되고 오목 렌즈 어레이(12)에 의하여 평행광으로 변환되어 적생광(R) 투과 미러(13R)에 입사한다.
이 R 투과 미러(13R)에 있어서 입사광의 R 성분이 투과하여 투명 재료를 통해서 액정 셀에 입사되고, 녹색광(G)과 청색광(B)의 성분은 반사되어 다음의 청색광(B) 투과 필터(13G)에 입사된다.
청색광(B) 투과 필터(13G)에서는 녹색광(G) 성분이 반사되어 액정 셀에 입사된다.
한편, 청색광(B) 투과 필터(13G)를 투과한 청색광은 단순 미러 또는 적외선 투과 필터(13B)에 의하여 반사되어서 액절 셀(14)에 입사한다.
다음에 액정 셀(14)에 입사한 광은 R, G, B의 파장의 투과율이 제어된다. 그리고, 액정 셀(14)을 투과한 광은 셀 하부에 설치되는 반사판(15 ; 제 4도 참조)에 의하여 반사된다. 이 반사된 각 성분의 광은 반사판(15)에 입사할 때까지 꼭 반대의 경로, 즉 액정 셀(14), 각각의 어레이(13R, 13G, 13B), 오목 렌즈(12), 볼록 렌즈(11)의 순으로 통과하여 외부로 조사된다. 이 외부로 조사된 광이 화상으로서 인식되는 것이다.
여기에서 광속(1)은 액정 셀에 대하여 수직으로 입사되도록 구성하는 것이 입사할 때와 동일 장소를 통과하기 때문에 광속의 분포의 변동이 적어서 바람직하나, 완전히 수직이 아니라 약간은 어긋나도 대략 동일한 효과를 얻을 수 있다.
R, G, B의 최종 미러는 상기와 같이 간섭 필터를 사용하면 보라색 자외선광을 통과시키고 액정 셀에 입사하는 광으로부터 자외선 광 및 적외선 광을 제거하고, 편광판 등의 열화 및 발열을 방지할 수 있어서 바람직하나, 과제를 해결하기 위해서는 단순 반사 미러를 사용하면 충분하다.
액정 셀(14)은 투명한 모드이면 액티브 매트릭스도 좋고, 단순 매트릭스라도 좋다. 또 용도는 직시형의 디스플레이도 좋고, 투사형의 디스플레이라도 좋다. 본 액정 표시 장치에 의하여 화상화되어 외부로 조사되는 광에 착색되는 것을 문제 삼지 않는 경우에는 TN(Twisted Nematic) 이외의 액정 표시 모드를 사용해도 좋다.
또, 본 발명을 투과 모드의 액정 표시 장치에 적용할 경우에는 본 실시예의 액정 표시 장치에 있어서 반사판(15)을 제거하고 광을 투과시키도록 구성을 변경하면 된다.
이와 같이 본 실시예에서는 광원으로부터의 광을 광속의 1/3 이하의 범위로 집광한 후 R, G, B로 분광하고, 각 파장의 광을 액정으로 변조하여 이것을 반사판으로 반사한 후 반대의 광로를 지나서 집광한 후에 표시광으로서 이용한다. 또는 반사시키지 않고 투과 모드로도 이용한다.
이것에 의하여 본 실시예에서는 광원으로부터의 가시광 전부를 이용할 수 있다. 이로 인해 종래의 컬러 필터를 사용하는 방식보다도 광의 이용율을 약 3배 향상시킬 수 있다.
또, TN 액정을 사용할 경우에는 광의 입사각이 수직에 가까워지기 때문에 시야각 의존성이 작아진다.
[제2 실시예]
다음에 본 발명의 제 2의 실시예에 관한 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 제 4도에 본 실시예에 관한 액정 표시 장치의 요부의 개략 단면도를 도시한다.
본 실시예의 액정 표시 장치에서는 제 1의 실시예와 동일하게 제 4도에서와 같이 디스플레이 표면에 볼록 렌즈 어레이(11)를 설치하고, 그 아래에 오목 렌즈 어레이(12)를 설치한다. 또 각 렌즈 어레이(11, 12)는 상기한 제 1도의 것과 동일하므로 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
다음에 오목 렌즈 어레이(12)의 아래에는 분광용의 프리즘 어레이(161,162)를 설치한다. 도면중의 163의 부분은 에어갭 또는 저굴절의 투명 재료를 사용하면 좋다. 프리즘은 단일 구성으로도 좋으나 광선의 방향을 기판에 대해 수직에 가깝게 하기 위하여 도면과 같이 2 개 이상을 조합하는 것이 바람직하다. 후자의 경우 프리즘을 조합할 때에는 스페이서를 설치하는 등의 방법으로 에어갭(6)을 설치해도 되고, 접착제 등으로 밀착시켜도 좋다.
프리즘 어레이(161,162)에 의하여 R, G, B로 분관된 광은 유리(5) 하부에 설치된 프리즘(17R, 17B)에 의하여 거의 기판에 수직인 방향으로 설정될 수 있다.
그리고, 유리 기판(4)을 통과하여 액정 셀(14)에 입사한 광은 R, G, B의 파장의 투과율이 제어된다.
액정 셀(14)을 투과한 광은 그 하부에 설치된 반사판(15)에 의하여 반사된다. 이 외부에 조사된 광이 화상으로서 인식되는 것이다. 반사한 광은 입사시의 반대 경로 즉 액정 셀(14), 프리즘(162, 161), 오목 렌즈(12), 볼록 렌즈(11)의 순으로 통과하여 외부로 조사된다.
여기에서 광속은 액정 셀에 대략 수직으로 입사하는 것이 입사할 때와 동일 장소를 통과하기 때문에 광속의 분포의 변동이 적어서 바람직하나, 다소는 어긋나도 거의 동일한 효과를 얻을 수 있다. 편광판은 액정 셀의 상하 또는 위에 설치하면 된다.
광속을 액정 셀(14)에 수직으로 하기 위해서는 프리즘뿐만이 아니라, 렌즈나 미러를 사용해도 좋다.
액정 셀(14)은 투명한 모드이면 액티브 매트릭스라도 좋고, 단순 매트릭스라도 좋다. 또, 착색되는 것이 문제가 안되면 TN 이외의 액정 표시 모드라도 좋다.
또 반사판(15)을 제외하고 광을 투과시키면 투과 모드로서 이용할 수 있다.
[제3 실시예]
다음에 본 발명의 제 3 실시예에 관한 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 제 5도에 본 실시예에 관한 액정 표시 장치의 요부의 개략 단면도를 도시한다. 또 제5도에서는 3 화소분에 대응하는 부분만을 도시하고 있다.
본 실시예의 액정 표시 장치에서는 제 1실시예와 동일하게 디스플레이 표면에 볼록 렌즈 어레이(11)를 설치하고, 그 아래에 오목 렌즈 어레이(12)를 동일하게 설치한다.
또, 각 렌즈 어레이(11, 12)는 상기한 제 1도의 것과 동일하므로 여기에서는 상세한 설명은 생략한다.
오목 렌즈 어레이(12)의 아래에는 분광용의 회절 격자(18)를 형성한다. 회절 격자(18)에 의하여 R, G, B로 분광된 광은 유리(5) 하부에 설치된 프리즘(19 : 19R, 19G, 19B)에 의하여 기판에 수직으로 향하도록 방향이 설정된다.
그리고, 액정 셀(14)에 입사한 광은 R, G, B의 파장의 투과율이 제어되며 액정 셀(14)을 투과한 광은 그 하부에 설치되는 반사판(15)에 의하여 반사된다. 이 외부에 조사된 광이 화상으로서 인식되는 것이다.
반사한 광은 입사할 때의 반대 경로, 즉 액정 셀(14), 회절 격자(18), 오목 렌즈(12), 그리고 볼록 렌즈(11)의 순서로 통과하여 외부로 조사된다.
이와 같이 구성해도 상기의 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
여기에서 광속은 액정 셀에 대해 수직으로 입사하는 것이 입사할 때와 같은 장소를 통과하므로 광속의 분포의 변동이 적으며, 약간은 어긋나도 대략적으로 같은 효과를 얻을 수 있다. 편광판은 액정 셀의 상하 또는 위에 설치하면 된다.
액정 셀은 투명한 모드이면 액티브 매트릭스라도 좋고, 단순 매트릭스라도 좋다. 착색되는 것이 문제가 안되면 TN 이외의 액정 표시 모드라도 좋다. 또, 회절 격자(18)는 플라스틱으로 형성해도 좋고, 유리로 형성해도 된다. 또, 반사판(15)을 제거하고 광을 투과시키면 투과 모드로서 이용할 수 있다.
[제4 실시예]
다음에 본 발명의 제 4 실시예에 관한 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 제 6도에 본 실시예에 관한 액정 표시 장치의 요부의 개략 단면도를 도시한다.
본 실시예는 제 3 실시예(제 5도)와 유사한 구성을 가지고 제 5도와 같이 디스플레이 표면에 볼록 렌즈 어레이(11) 및 오목 렌즈 어레이(12)나 분광용의 회절 격자(18)를 형성하는 대신에 회절 격자(20)가 회절광을 집광하도록 볼록한 모양으로 형성되어 있는 점이 특징이다.
이 회절 격자(20)에 의하여 R, G, B로 분광된 광은 유리(5) 하부에 설치된 변형 렌즈(21 : 21R, 21G, 21B)에 의하여 수직에 가까운 광속으로 변환되어 유리 기판(4)에 수직으로 향하게 된다. 그리고, 액정 셀(14)에 입사한 광은 R, G, B의 파장의 투과율이 제어되어, 액정 셀(14)을 투과한 광이 표시에 사용된다.
또, 액정 셀(14)의 하부에 반사판을 설치함으로써 반사형의 표시 장치로서 사용할 수 있다. 이 경우 반사판에서 반사된 광은 입사할 때의 경로, 즉 액정 셀(14), 변형 렌즈(21R, 21G, 21B), 회절 격자(20)의 순으로 통과하여 외부에 조사된다.
여기에서, 광속은 액정 셀에 대략 수직으로 입사하는 것이 입사할 때와 동일한 장소를 통과하기 때문에 광속의 분포의 변동이 적으며 약간은 어긋나도 대략 동일한 효과를 얻을 수 있다. 편광판은 액정 셀의 상하 또는 위에 설치하면 된다. 액정 셀은 투명한 모드이면 액티브 매트릭스라도 좋고, 단순 매트릭스라도 좋다. 착색되는 것이 문제가 안되면 TN 이외의 액정 표시 모드라도 좋다.
이상과 같은 구성을 채용해도 상기한 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에 본 실시예에서는 오목 렌즈 및 프리즘이 불필요하므로 보다 간단하고 저비용의 액정 디스플레이를 실현할 수 있는 이점이 있다.
또, 굴절율이 큰 유리 대신에 제 3 실시예와 같이 프리즘을 사용하여 평행 광선으로 변환해도 좋다.
[제5 실시예]
다음에 본 발명의 제 5 실시예에 관한 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 제 7도에 본 실시예에 관한 액정 표시 장치의 요부의 개략 단면도를 도시한다.
본 실시예는 제 4 실시예(제 6도)와 대략 동일한 구성을 가지고 있으나, 제 7도에 도시된 것과 같이 제 6도의 변형 렌즈(21R, 21G, 21B) 대신 보다 굴절율이 큰 투명 기판(22)에 의하여 R, G, B로 분광된 광을 수직에 가까운 광속으로 변환하여 기판에 대략 수직을 이루는 광속으로 변환한 것이다.
이와 같이 구성해도 동일한 효과를 얻을 수 있는 동시에 구조가 간략화되므로 그 만큼 제조 공정이 용이해지는 이점이 있다.
[제6 실시예]
다음에 본 발명의 제 6 실시예에 관한 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 제 8도에 본 실시예에 관한 액정 표시 장치의 요부의 개략 단면도를 도시한다.
본 발명의 제 2 실시예(제 4도)의 오목 렌즈(12)에서 집광한 광을 오목 렌즈에 의해 평행광으로 복귀시키지 않고 그대로 분광하여 셀 기판(41)에서 반사할 때에 오목 미러(23 : 23R, 23G, 23B)에 의해 원래의 광축으로 복귀하도록 반사시키는 구성을 갖는다.
이 오목 미러(23)는 화소 전극(45) 또는 대향 기판의 공통 전극을 겸용해도 되고 하측 기판(41)의 하부에 표시용의 전극과는 별도로 설치해도 된다.
또, 동일한 구성이 다른 분광법을 사용한 각 실시예에 대해서도 적용할 수 있음은 물론이다.
[제7 실시예]
다음에 본 발명의 제 7 실시예에 관한 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 제 9도에 본 실시예에 관한 액정 표시 장치의 요부의 개략 단면도를 도시한다. 여기서는 3 화소분에 대응하는 부분만을 도시한다.
본 실시예에서는 제 9도의 도시와 같이 제 5 실시예(제 7도)에서 변형하여 회절 격자(20) 대신 변형 프리즘(24)을 사용하여 분광된 광속이 집광되도록 구성한 것이다.
또, 상기한 각 실시예에 있어서, 렌즈나 회절 격자 대신 제 10a도 - 제 10c도에 도시된 바와 같이 프레넬형 구성의 오목 렌즈, 볼록 렌즈, 또는 회절 격자로 구성함으로써 전체의 두께를 얇게 할 수 있다.
이상의 설명과 같이 본 발명의 각 실시예에서는 광원으로부터의 입사되는 광을 광속의 1/3 이하의 범위로 집광한 후에 R, G, B로 분광하여 각 파장의 광을 각각 액정으로 변조한다. 이것을 반사판으로 반사한 후에 반대의 광로를 통해서 집광하여 표시광으로서 이용한다. 또 반사시키지 않고 투과 모드로 이용할 수 있다. 또, 분광할 수 있는 방법이면 별도의 원리에 따른 분광 방법을 사용해도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이것에 의하여 광원으로부터 입사되는 가시광 전부를 이용할 수 있다. 이로 인해 종래의 컬러 필터를 사용한 방식보다도 광의 이용율을 약 3배 향상시킬 수 있다.
또, TN 액정을 사용할 경우에는 광의 입사각이 수직에 가까워지기 때문에 시야각 의존성이 작아진다.
[제8 실시예]
다음에 본 발명의 제 8 실시예에 관한 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 제 11도에 본 실시예에 관한 액정 표시 장치의 요부의 개략 단면도를 도시한다.
이 액정 표시 장치에서는 제 11도와 같이 투명 유리 기판(111)상에 박막 트랜지스터 어레이(112), 파장 선택 간섭 필터(114), ITO 화소 전극(115)을 형성한다. 별도의 대향 기판(118)에는 전면 투명 전극(도시 생략)을 형성하고, 2 개의 기판 표면에 배향층을 형성하고 그 사이에 액정(116)을 밀봉하여 TFT-LCD를 구성한다.
여기에서 대향 기판(118)에는 제 11도와 같이 간섭 필터(114)에 의한 외광의 반사를 방지하기 위하여 투과광과 동일한 색의 컬러 필터(색 분해 필터)(117 : 117R, 117G, 117B)를 설치해도 좋다. 또 이 컬러 필터(117)는 간섭 필터(114)에 적충해서 설치해도 된다.
또, 도면 중 112는 TFT이고, 113은 반사층이다.
다음에 백라이트 광원(119)을 어레이(101)에 가로로 설치하고 동광판(121)에 의하여 어레이 하부를 조사한다. 도광판(121)의 내측에는 반사막(122)을 설치한다. 반사막은 평면이라도 좋으나 산란면으로 구성하는 것이 좋고, 어레이(101)로부터의 광을 반사하여 다시 어레이(101)에 조사하는 기능이 있으면 된다.
이와 같이 구성함으로써 광(101)은 투명 유리 기판(111)과 도광판(121) 사이에서 반사를 반복하여 점차 소정의 색 성분이 간섭 필터(114)를 투과하기 용이해진다. 예를 들어 광원으로부터의 광(100)내에서 적색 파장의 광만 R 투과용의 컬러 필터(117R)를 투과하게 하고 다른 파장의 광은 반사한다. 반사한 녹색 및 청색의 광은 반사막(122) 사이에서 반사를 반복하고, G 투과용의 컬러 필터(117G)로 입사한다. 그 때 녹색 파장의 광만 G 투과용의 컬러 필터(117G)를 투과하고 청색 파장의 광은 반사한다. 또 반사한 청색 광은 반사막(122) 사이에서 반사를 반복하고 B 투과용의 컬러 필터(117B)에 입사하여 투과된다.
이와 같이 본 실시예의 액정 표시 장치에 의하면 광원으로부터 입사되는 광은 컬러 필터(117)와 반사막(122)사이에서 반사를 반복하여 최종적으로 적, 녹 및 청의 어느 성분도 대응하는 컬러 필터(117R, 117G, 117B)로부터 투과가 진행되므로 3원색을 전부 이용할 수가 있고, 종래의 컬러 필터를 사용하는 방식보다 광의 이용율을 약 3배 향상할 수 있다. 따라서 광의 이용율이 증가되고, 액정 표시 장치에 있어서 높은 광휘도화와 저소비전력화가 실현된다.
[제9 실시예]
다음에 본 발명의 제 9 실시예에 관한 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 제 12도에 본 실시예에 관한 액정 표시 장치의 요부의 개략 단면도를 도시한다.
이 액정 표시 장치는 제 11도의 어레이(101)의 방향을 반대로 하여 대향 전극 기판(118)에 간섭 필터(14)를 설치하고 대향 전극 기판(118)측으로부터 광을 조사하는 구성을 갖는다. 또, 광원(119)과 반대측의 기판(123)에는 반사 방지막(23)이 설치된다. 또 편광판에 반사 방지 기능을 부여해도 된다.
본 실시예와 같이 구성해도 제 8 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.
[제10 실시예]
다음에 본 발명의 제 10 실시예에 관한 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 제 13도에 본 실시예에 관한 액정 표시 장치의 요부의 개략 단면도를 도시한다.
이 액정 표시 장치는 본 발명을 투사형의 액정 디스플레이에 적용한 것이다.
본 실시예에서는 제 13도와 같이 TFT-LCD 기판(101)의 뒷쪽에 투사 광원(102) 및 미러(103)가 설치되어 있다.
광로의 일예를 표시하면 광원(102)에서 나온 광은 미러(103)에서 반사되어 R성분 투과용의 간섭 필터(114R)에서 적색광만이 투과되고 녹색 및 청색의 광은 반사된다. 이 녹색 및 청색 성분의 광은 다음에 미러(103)에서 반사하여 B 성분 투과용의 간섭 필터(114B)에서 청색의 광만을 투과시키고 녹색광을 반사한다. 이 녹색 성분의 반사광은 미러(103)에서 반사되어 다음에 녹색 성분 투과용의 간섭 필터(114G)에서 투과된다. 이로써, 광원(102)에서 나온 R, G, B 성분 전부의 파장의 광이 이용된다.
여기에서 간섭 필터의 반사율은 100%에 가깝게 하는 편이 좋다. 이 경우 R, G, B의 간섭 필터를 1회씩으로 투과하지 않고 수회 반복적으로 반사하여 모든 색 성분이 대응되는 어느 것의 간섭 필터를 투과해도 광의 이용율은 100%에 가깝게 할 수 있다.
상기 구성을 채용함으로써 종래의 3판식에 비해서 LCD를 1/3로 할 수 있으므로 프리즘, 미러, 렌즈 등의 부품, 어레이, 구동 회로를 1/3로 할 수 있어서 저비용화가 가능하다.
[제11 실시예]
다음에 본 발명의 제 11 실시예에 관한 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 제 14도에 본 실시예에 관한 액정 표시 장치의 요부의 개략 단면도를 도시한다.
이 액정 표시 장치는 투명 유리 기판(161) 위에, 파장 선택 간섭 필터(114 : 114R, 114G, 114B)와 TFT에 접속된 ITO 화소 전극(115)을 형성한다. 별도의 대향기판(118)에 전면 투명 전극(124)을 형성하고, 2 개의 기판 표면에 배향층을 형성하고 그 사이에 액정(116)을 밀봉하여 TFT-LCD를 구성한다. 대향 기판(118) 위에는 마이크로 렌즈 어레이(125 : 125R, 125G, 125B)를 형성한다.
외부로부터 입사하는 광(126)은, 예를 들어 녹색 화소에 대해서는 광(126G)이 입사하고, 125G에서 집광되어 간섭 필터(114R)와 간섭 필터(114G) 사이의 슬릿(130)을 통과하여 반사판(163)에서 반사되면, 녹색 투과의 간섭 필터(114G)를 투과하고 액정(116)에 의해 변조되어서 집광 렌즈(128G)에서 집광되어 렌즈(125G)와 렌즈(125B) 사이를 통과하여 외부로 조사된다. 한편, 녹색 투과의 간섭 필터(114G)에서 반사된 광은 녹색 이외의 파장을 가지고, 반사를 반복하여 동일하게 적색 투과의 간섭 필터(114R) 또는 청색 투과의 간섭 필터(114B)를 통과하여 외부로 조사된다.
이와 같은 구성으로 상기한 실시예와 동일한 효과를 가지는 반사형의 LCD를 실현할 수 있다.
또, 외부광의 직접 반사를 방지하기 위한 산란체(129)를 구성해도 좋다.
여기에서 상기 간섭 필터는 굴절률이 다른 투명막을 적층하여 형성하면 되고 투명막으로는 금속 산화막, 투명 수지를 사용하면 된다. 적색, 청색, 녹색의 화소는 화소마다에 각각의 색의 간섭 필터를 설치하면 되고, 기판 전면에 있는 색의 간섭 필터를 형성한 후에 소망의 화소 이외를 에칭 제거해도 좋고, 전착(電着) 등에 의하여 필요한 화소의 위에만 그 색의 간섭 필터를 형성해도 좋다. 간섭 필터의 형성법은 진공 중에서의 증착, 스패터 이외에 전착을 사용해도 좋다. 액정 디스플레이로서는 실시예에서 설명한 TFT-LCD 이외에 MIM, 단순 매트릭스도 좋다. 또 컬러 필터를 사용하는 다른 방식의 디스플레이에도 적용할 수 있다.
용도는 직시형도 좋고 투사형도 좋다. 광원으로는 R, G, B에 한정되지 않고, 필요한 파장을 포함하면 되나, 분광기(프리즘, 간섭 필터, 그레이팅)의 성능을 떨어뜨리고 비용을 낮추기 위해서는 선광원(線光源) 쪽이 바람직하다. 선광원의 파장은 R, G, B의 중심 파장에 가까운 것이 좋다.
본 발명의 액정 표시 장치에서는 광원으로부터 광을 광속의 1/3 이하의 범위로 집광한 후 R, G, B로 분광하고 각 파장의 광을 액정으로 변조한다. 반사형의 것은 반사판으로 반사시킨 후에 반대의 광로를 지나서 집광된 후에 표시광으로 이용한다.
이것에 의하여 광원으로부터의 광 전부를 이용할 수 있다. 이로 인해 종래의 컬러 필터를 사용한 방식보다도 광의 이용률을 약 3배 향상시킬 수 있다. 또 TN 액정을 사용할 경우에는 광의 입사각이 수직으로 가까워지기 때문에 시야각 의존성이 작아진다.
광 이용 효율이 우수한 컬러의 직시, 투사형의 액정 디스플레이를 실현할 수 있으므로 광 휘도화, 저소비 전력화, 저비용의 액정 디스플레이를 제공할 수 있다.
한편, 본 발명의 액정 표시 장치에서는 광원으로부터의 광을 분리하기 위한 간섭 필터와 반사판을 설치하고 간섭 필터와 반사판 사이에서 반사를 반복시킴으로써 최종적으로 각각의 색 성분이 이와 대응되는 간섭 필터를 투과하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
이것에 의하여 적, 녹, 청의 모든 파장의 광을 표시에 이용하는 것이 가능하다.
따라서 본 발명에 의하면 고휘도, 저소비 전력, 저비용 컬러의 직시, 투사형의 액정 표시 장치를 실현할 수 있다.

Claims (22)

  1. 복수의 화소로 구성되는 각 화소 또는 각 화소열에 대해 외부로부터 입사하는 광을 집광하는 집광 수단과 ; 상기 집광 수단에 의해 집광된 광을 평행광으로 변환하는 제 1광로 변환 수단과 ; 상기 평행광을 적색광, 녹색광 및 청색광의 성분으로 분광하는 분광 수단과 ; 상기 각 광 성분의 투과량을 조절하기 위한 액정 셀과 ; 상기 액정 셀에 전압을 인가함으로써 복수의 화소에 대한 상기 액정 셀의 광 투과율을 제어하는 제어 수단과 ; 상기 액정 셀을 투과한 광을 반사하여 상기 액정 셀에 입사시키는 반사 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 집광 수단은 볼록 렌즈로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1광로 변환 수단은 오목 렌즈로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 분광 수단은, 상기 평행광의 광학축에 대해 실질적으로 45 의 경사 각도로 형성되어 입사광에 대해 선택적으로 적색광 성분은 투과시키고 상기 적색광 성분 이외의 광 성분은 반사시키는 제 1대역 통과 필터와, 상기 평행광의 광학축에 대해 실질적으로 45°의 경사 각도로 형성되어 입사광에 대해 선택적으로 청색광 성분은 투과시키고 상기 청색광 성분 이외의 광 성분은 반사시키는 제 2대역 통과 필터와, 상기 평행광의 광학축에 대해 실질적으로 45° 의 경사 각도로 형성된 단일미러 또는 적외선 투과 필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 분광 수단은 적어도 하나의 프리즘을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 분광 수단에 의해 분광된 각각의 광 성분을 평행광으로 변환하는 수단으로서 프리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 분광 수단은 회절 격자로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 분광 수단에 의해 분광된 각각의 광 성분을 평행광으로 변환하는 프리즘을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 분광 수단에 의해 분광된 각각의 광 성분을 평행광으로 변환하는 렌즈를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 회절 격자는 오목한 면을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 분광 수단에 의해 분광된 각각의 광 성분을 평행광으로 변환하며 비교적 큰 굴절율을 갖는 재료로 형성된 투명 기판을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 액정 셀을 투과한 광은 액정 셀에 실질적으로 수직인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  13. 복수의 화소로 구성되는 각 화소 또는 각 화소열에 대해 외부로부터 입사하는 광을 집광하는 집광 수단과 ; 상기 집광 수단에 의해 집광된 광을 적색광, 녹색광 및 청색광의 성분으로 분광하는 분광 수단과 ; 상기 각 광 성분의 투과량을 조절하기 위한 액정 셀과 ; 상기 액정 셀에 전압을 인가함으로써 복수의 화소에 대한 상기 액정 셀의 광 투과율을 제어하는 제어 수단과 ; 상기 액정 셀에 형성되며 상기 분광 수단에 의해 분광된 광 성분을 입사의 광학축으로 되돌리는 제 2광로 변환 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 제 2광로 변환 수단은 오목한 면을 갖는 미러로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 분광 수단은 프리즘으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  16. 제 13항에 있어서, 상기 분광 수단은 회절 격자로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  17. 복수의 간섭 필터가 형성된 제 1기판 및 화소 전극이 형성된 제 2기판으로 구성되는 한 쌍의 기판과, 상기 한 쌍의 기판 사이에 삽입되고 전압 인가시 광 투과율이 변경되는 액정 재료를 구비한 액정 셀과 ; 상기 제 2기판상에 형성되어 상호 상이한 소정의 파장을 갖는 광원으로부터 입사되는 광 성분만을 선택적으로 투과하는 색 분해 필터와 ; 상기 색 분해 필터를 투과한 광을 상기 액정 셀 쪽으로 반사하는 반사 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 제 1기판의 외부 표면상에 형성되는 반사 방지 필름을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 광원은 미러에 의해 에워 싸여져 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  20. 제 17항에 있어서, 상기 반사 수단은 광 전도성 플레이트와 상기 광 전도성 플레이트로부터 소정 간격으로 이격되어 배치된 복수의 광 산란체를 포함하고, 상기 광 산란체의 폭은 상기 광원으로부터 상기 광 산란체의 간격이 증가함에 따라 증가되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  21. 제 17항에 있어서, 상기 색 분해 필터를 지지하는 주표면 및 상기 액정 셀의 제 2기판의 대향 주표면상에 소정 간격으로 서로 이격되어 형성되는 복수의 미러를 포함하며, 상기 미러들간의 간격은 상기 광원으로부터 상기 광 산란체의 간격이 증가함에 따라 증가되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  22. 복수의 화소로 구성되는 각 화소 또는 각 화소열에 대해 외부로부터 입사하는 광을 집광하는 집광 수단과; 상기 집광 수단에 의해 집광된 광을 평행광으로 변환하는 제1광로 변환 수단과; 상기 평행광을 적색광, 녹색광 및 청색광의 성분으로 분광하는 분광 수단과; 상기 각 광성분의 투과량을 조절하기 위한 액정 셀과; 상기 액정 셀에 전압을 인가함으로써 복수의 화소에 대한 상기 액정 셀의 광투과율을 제어하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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