KR100381827B1 - 컬러액정투사디스플레이시스템 - Google Patents

Abstract

한 행 또는 델타 구성으로 소자(42)가 세 개의 인접 디스플레이 소자의 각 그룹위에 놓이는, 패널 끝의 입력측에서의 마이크로렌즈 배열(21)과 디스플레이 소자(40)의 배열을 갖는 LC 패널(20)상에서, 상호 다른 방향으로부터 세 개의 다른 색의 조명 빔(R,G 및 B)이 입사되고, 이들 디스플레이 소자 각각을 통해서 세 개 색(R,G및 B)의 각 광은 각각 다른 각도로 향하고 그 관련된 그룹에서 디스플레이 소자의 각 하나에 모아지는 액정 투사 디스플레이에 있어서, 예컨대 패널의 유리 기판내에 형성되는 마이크로렌즈 소자(44) 또는 마이크로 프리즘(46)을 포함하는 편향 소자 배열(25)은 패널의 출력측에서 세 개의 색의 광의 방향을 공통 방향을 향하게 양호하게는 실질적으로 서로 평행이 되도록 하기 위해, 각 마이크로렌즈 소자(42)로 부터의 세 개의 색 중 최소한 두 개의 광의 방향을 편향시키기 위한 디스플레이 소자의 평면에 근접하여 위치한다. 이와 같이 해서 출력측이 얻어지면, 광의 분산량에서의 상당한 감소 즉, 비교적 적은 구경의 투사 렌즈(30)가 사용될 수 있다.

Description

컬러 액정 투사 디스플레이 시스템

본 발명은, 디스플레이 출력을 생성하기 위해 광변조를 위한 디스플레이 소자들의 평면 배열을 갖는 액정 패널과, 상기 패널로부터 상기 디스플레이 출력을 모으고 디스플레이 출력들을 스크린상에 투사시키기 위한 투사 렌즈와, 세 개의 다른 색의 광 조명 빔들이 상호 다른 방향들로부터 상기 패널에 입사하도록 이들을 상기 패널을 향하게 하는 조명 수단을 포함하고, 상기 패널에는 그 입력측에 마이크로렌즈 소자들의 배열(array)이 제공되고 이를 통해 입력 광의 세 개의 다른 색들이 상기 배열에서의 디스플레이 소자들의 각각의 세트들을 향하게 되고, 상기 배열의 각 마이크로렌즈 소자들은 인접하는 세 개의 디스플레이 소자들의 그룹에 관련되고 한 색의 입력 광은 상기 마이크로렌즈 소자를 통해 그 관련된 그룹의 하나의 디스플레이 소자를 향하고 다른 두개의 색의 입력 광은 다른 각도들로 상기 마이크로렌즈 소자들을 통해 상기 그룹의 다른 두개의 디스플레이 소자들을 향하는, 컬러 액정 투사 디스플레이 시스템에 관한 것이다.

이러한 종류의 투사 시스템은 EP-A-0465171로 부터 공지되어 있다. 설명된 실시예에 있어서, 예컨대 금속 할로겐 아크 램프를 포함하는 백색 광원은 평면이 상호 다른 경사의 각으로 배열된 세 개의 다이크로익(dichroic) 미러들의 세트를 향하는 대략 평행의 백색광을 생성한다. 이들 다이크로익 미러들은 액정 패널의 입력측으로 향하는 세 개의 각기 다른 색의 빨강(R), 녹색(G) 및 청색(B) 광빔을 생성하여, 세 개의 빔이 상기 패널의 영역에서 겹쳐지고, 예컨대 중앙 빔은 상기 패널에 수직으로 도달하고 다른 두 개의 측면의 빔은 상기 중앙 빔에 대해 경사지게, 세 개의 다른 방향으로 부터 상기 패널에 입사되도록 한다. 상기 패널은 LC 패널의 유리 기판들중 하나의 외부 표면상에서 그 입력측에 인접한 마이크로렌즈열을 가져서 디스플레이 소자의 배열로 부터의 거리가 상기 기판의 두께에 의해 결정되도록 한다. 상기 배열내에서 각각의 마이크로렌즈 소자는, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 디스플레이 소자를 구성하는 디스플레이 소자 배열의 한 행에 또는 델타형(두행 위에 분산된)으로 세 개의 바로 인접한 LC 디스플레이 소자의 그룹위에 놓이고, 이들 세 개의 디스플레이 소자중 각각의 하나를 통해 세 개의 다른 색(R,G,B)의 입력 광 빔의 각각으로 부터 광을 수렴시켜 조명하는 작용을 한다. 상기 디스플레이 소자들은 거기를 통과하는 광을 적절히 가해진 R,G,B 비디오 신호에 따라서 변조시키고, 이렇게 조명된 상기 배열에서의 모든 디스플레이 소자로 부터의 변조된 광 출력은 상기 디스플레이 스크린으로의 투사를 위하여 투사 렌즈에 의해 모아진다.

이 시스템은 다른 공지된 종류의 컬러 LC 투사 시스템들에 대해 장점을 갖는다. 각각의 컬러광에 대해 각각 동작 가능한 세 개의 분리된 LC 패널들을 사용하는 시스템의 종류와 비교하여, 동일한 디스플레이 해상도를 제공하기 위해 패널의 디스플레이 소자의 밀도가 세 배가 되어야 하지만, 구성부품들의 숫자와 시스템의 복잡성은 물론 상당히 감소된다. 디스플레이 소자 배열과 백색광의 조명 빔에 관련된 적색, 녹색 및 청색의 마이크로 필터 배열을 사용하여 색이 얻어지는 단일의 LC 패널을 사용하는 종래의 컬러 LC 투사 시스템들과 비교하여, 광출력 및 이에 따른 밝기는, 색 필터에 의해 종래의 시스템에서 약 2/3정도의 입력광이 흡수되거나 또는 반사되기 때문에 주어진 광원에 대해 상당히 증가한다.

그러나 EP-A-0465171에 설명된 시스템은 LC 패널의 출력측으로부터 나오는 광은 입력 광보다 많이 분산되는 단점을 갖는다. LC 패널로부터의 출력광의 분산과 상기 패널로부터 나오는 세 개의 광(R,G,B)의 서로에 대한 각도 때문에, 비교적 큰 각(숫자)의 구경(aperture)을 갖는 투사 렌즈가 필요하고, 크기가 커지는 것외에 비용이 많이 들고 제조가 복잡해진다. 출력광의 분산은 적절한 품질의 디스플레이를 생성하기 위해, 관측 스크린은 관찰자의 눈에 R,G,B 빔들이 겹칠 수 있는 충분한 광의 확산 품질들을 가져야만 된다는 추가의 단점을 갖는다.

본 발명의 목적은 상기 종류의 개선된 투사 디스플레이 시스템을 제공하는 것이다,

본 발명에 따르면 서두에서 설명된 종류의 투사 시스템은, 상기 패널이 디스플레이 소자들의 평면에 근접하여 마이크로렌즈 소자 배열로부터 이격된 광 편향 소자 배열을 포함하고, 상기 편향 소자들은 상기 패널의 출력측에서 디스플레이 소자들의 관련된 그룹으로부터 세 개의 색들의 광의 각 방향들을 공통 방향을 향하게 하기 위해 각 마이크로렌즈 소자로 부터의 최소한 두 개 색의 광 방향들을 편향시키는 것을 특징으로 한다.

양호하게, 상기 편향 소자 배열은 각 마이크로렌즈 소자로 부터의 세 개의 색의 광중에 최소한 두 개의 방향을 편향 시키도록 배치되어, 패널의 출력측에서 세 개의 광의 색들의 방향들은 실질적으로 서로 평행이 되게 한다.

본 발명은 최소한 어느 정도로 상기 설명한 단점을 극복한다. 예컨대 디스플레이 소자들의 각 그룹이 한 행에 세 개의 디스플레이 소자들을 포함하고 상기 패널은 상기 패널에 수직으로 향하는 중앙(G)빔과 방향들이 중앙 빔의 축의 양 측면으로 동일하게 경사진 두 개의 측면(R,B) 빔에 의해 조명되는 EP-A-0465171에 기술된 실시예를 고려하면, 상기 마이크로렌즈 소자들 각각은 중앙 빔의 광을 관련된 그룹의 중앙의 디스플레이 소자에 초점을 맞추고, 두 개의 측면 빔의 광은 두 개의 다른 디스플레이 소자에 각각 초점을 맞추고, 마이크로렌즈 배열상의 두 개의 측면빔의 입사각은 디스플레이 소자의 피치와 마이크로렌즈 소자의 초점 거리에 따라서 결정된다. 각 디스플레이 소자로부터의 필연적인 광 출력은 발산하고 두 개의 디스플레이 소자들로부터 중앙 디스플레이 소자의 양 측면으로의 출력들의 중앙 선들은, 중앙 디스플레이 소자로 부터의 광 출력의 중앙 선에 대해 경사짐으로써, 상기 패널로부터 나오는 출력 광이 상당히 분산되게 된다.

광 편향 소자들의 배열의 동작에 의해 각 그룹에서의 세 개의 전체 디스플레이 소자들의 광 출력들의 방향 사이의 각도들은 줄어들고, 양호하게는 0에 근접한다. 예컨대 마이크로렌즈 소자와 관련된 디스플레이 소자의 그룹이 한 행에 세 개의 디스플레이 소자를 포함하는 경우를 고려하면, 상기 패널로 부터 나오는 두 개의 측면 빔의 방향은 중앙 빔의 방향에 근접하고, 양호하게는 이와 평행하게 된다. EP-A-0465171의 시스템으로 얻어진 출력 빔들과 유사하게, 그들은 각각이 발산적이지만 패널의 출력측에서 두 개의 측면 빔과 중앙 빔사이의 각도는 EP-A-0465171의 시스템에서의 것과 비교하여 줄어들고, 이는 구경이 작은 숫자의 투사 렌즈의 채용이 가능하고 원가와 공간에서 상당히 절약될 수 있음을 의미한다. 게다가 출력 빔들의 방향이 서로 근접하고 양호하게는 평행하므로 관측 스크린이 충분한 확산 품질을 갖아야 할 필요성이 감소된다. 상기의 논의와 같이 한 행에 세 개를 포함하는 디스플레이 소자 그룹들의 경우에 있어서, 편향 소자들은 삼 색의 광 중 오직 두개만을 편향시킬 필요가 있고 양호하게는 상기 두 개의 디스플레이 소자의 광을 상기 그룹의 중앙 디스플레이 소자의 양 측면으로 편향시키도록 배열된다. 이때 공통의 방향은 중앙 디스플레이 소자로 부터의 컬러 광의 방향에 상응한다.

디스플레이 소자들의 각 그룹이 델타 형을 포함하는 경우에 있어서, 세 개의 모든 색들의 방향들은 편향 전에 어느 한 색의 방향에도 상응하지 않는 공통의 방향으로 편향될 수 있다. 광의 다른 색들 모두가 최적의 컨트라스트를 위해 적절한 각도에서 각 디스플레이 소자들이 통과되는 것을 보장하기 위해 편향 소자의 배열이 디스플레이 소자 배열보다 선행될 때, 이것은 특히 바람직하다.

광 소자들의 배열은 상기 디스플레이 소자 배열과 상기 패널의 출력측 사이에 배치될 수 있다. 그러나 상기 배열은 양호하게 마이크로렌즈 소자 배열과 디스플레이 소자 배열사이에 삽입된다. 이것은, 광의 세 가지 색 방향을 공통 방향을 향하게 함으로써, 예컨대 각 그룹의 두 개의 외측 디스플레이 소자와 관련된 광의 색을 편향시켜 그 광이 상기 디스플레이 소자에 도달하기 전에 중앙 디스플레이 소자의 광 방향과 근접한 방향 또는 평행으로 진행시킴으로써, 보다 균일한 성능이 얻어진다는 추가의 장점을 갖는다. LC 디스플레이 소자를 통해 진행하는 광의 각도는 전송 값의 일부 역할을 하고 이에 대해 디스플레이 소자들의 전송 값 특성이 모든 색에 대해 유사한 것이 바람직하다. 또한 세 개의 모든 빔이 최적의 컨트라스트를 제공하는 각도로 디스플레이 소자를 통과하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 세 개의 모든 빔들은 최적 컨트라스트 요구를 달성하기 위해 상기 패널에 대해 경사질 수 있다.

마이크로렌즈 소자를 통해 행해진 최소한 두개의 다른 광 색들의 편향은 인접한 마이크로렌즈 소자들로 부터의 광 색들에 대해 겹치지 않는 영역에서 일어나며, 이는 편향 소자의 배열이 디스플레이 소자의 평면에 근접한 영역에 위치함을 의미하며, 여기서 마이크로렌즈 소자들의 포커싱 작용 때문에, 이 영역에서는 세 개의 다른 색의 조명 빔의 광이 분리되게 된다, 편향 소자 배열은 각 마이크로렌즈 소자로부터의 세 개의 광 색들이 부분적으로 겹치는 영역에서 디스플레이 소자의 평면에 근접하여 위치할 수 있다. 편향 소자 배열은 LC 패널의 유리 기판의 내부벽 다음에 위치할 수 있다. 대안으로 편향 소자 배열은 LC 패널의 유리 기판에 포함될 수 있다.

상기 편향 소자 배열은, 바람직하게는 제 2의 배열의 각 마이크로렌즈 소자가 제 1의 마이크로렌즈 소자 배열의 각 마이크로렌즈 소자에 상응하고 이것과 정렬되고 이에 관련된 세 개의 디스플레이 소자의 그룹을 덮도록 배열된 제 2의 마이크로렌즈 소자 배열을 포함한다. 제 2의 배열에서 마이크로렌즈 소자의 초점 거리를 실질적으로 제 2의 배열과 제 1의 배열사이의 광 거리와 동일하게 배열시킴으로써, 이후 모든 색들은 보다 동일한 각도의 범위를 갖고 제 2의 마이크로렌즈 소자 배열로 부터 나오게 된다. 즉, LC 패널의 출력측에서의 3개의 색 광빔의 중앙 선들의 방향들은 실질적으로 서로 평행이 되고 각 빔의 분산 각도는 실질적으로 동일하게 된다. 이 제 2의 마이크로렌즈 소자 배열의 마이크로렌즈 소자들은 편리하게는 유리 기판내에 형성될 수 있는 그레디드 인덱스 형태(graded index type)가 될 수 있다.

대안으로, 편향 소자 배열은 개별 마이크로-프리즘 소자들이 원하는 방법으로 광 색들을 편향시키는 마이크로-프리즘 소자들의 배열을 포함할 수 있다. 상기 마이크로 프리즘 소자는 상기 패널의 유리 기판내에 형성되는 그레디드 인덱스 형태가 될 수 있다.

디스플레이 소자의 각 그룹이 한 행에 세 개의 인접 디스플레이 소자를 포함하는 곳에서, 제 1의 마이크로렌즈 소자 배열은, 3개의 디스플레이 소자들의 그룹을 각각 덮는 구형 마이크로렌즈 소자들 또는 서로 평행하게 연장하는 일련의 원통형 마이크로렌즈 소자들을 포함할 수 있고 각 소자는 디스플레이 소자의 세 개의 인접 열들의 각 그룹을 덮고 원통소자 부분들은 각 그룹에 관련된다. 편향 소자 배열도 마이크로렌즈 소자들을 포함하면, 이들 소자들은 구형 마이크로렌즈 소자들 또는 일련의 상응하는 원통형 소자들로 구성될 수 있다.

디스플레이 소자의 그룹 각각이 델타 형으로 배열된 세 개의 디스플레이 소자를 포함하는 델타 조명 설계에 있어서, 제 1의 마이크로렌즈 소자 배열 및 유사하게 마이크로렌즈소자들을 포함하면 편향 소자 배열은 직사각형 또는 육각형 포맷으로 배열된 구형 마이크로렌즈 소자들을 포함할 수 있다.

본 발명에 따라 컬러 액정 투사 디스플레이 시스템의 실시예들이 첨부 도면들을 참조하여 예로서 설명된다.

제 1도는 본 발명에 따른 컬러 LC 투사 디스플레이 시스템의 개략도.

제 2도는 동작중의 광의 경로들의 예를 도시하는 제 1도의 시스템의 일 실시예에서 LC패널을 통과한 확대 개략 단면도.

제 3A 및 제 3B도는 제 1도 시스템의 제 2의 실시예의 대안의 형태로 LC 패널의 부분을 통과한 단면도들.

도면들은 단지 개략도이고 축적에 맞게 그린 도면이 아니라는 것을 이해해야 한다. 특히 어떤 치수들 예를 들면 두께와 공간은 확대되었고 반면 다른 치수들은 축소되었다.

제 1도를 참조하면, TV 또는 그래픽 데이타 디스플레이 목적으로 사용될 수 있는 투사 시스템은 바람직하게는 아크 램프형태의 광원(10)을 포함하고, 이것은 통상적으로 백색광의 평행 빔(12)을 형성하기 위해, 후면 반사경의 도움으로, 콘덴서 렌즈(11)을 통과하는 백색광을 생성한다. 세 개의 다이크로익 미러들(14,15 및 16)의 세트는 상호 다른 각도로 빔(12)에 대해 약간 경사지게 배열되고, 백색 광을 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 성분 빔으로 분리시킨다. 1점 쇄선으로 나타낸 적색 광은 제 1의 미러(14)의 입력 표면으로 부터 반사된다. 투과된 청색 및 녹색 광 중, 실선으로 나타낸 녹색 광은 제 2의 미러(15)의 입력 표면으로 부터 반사되어 미러(14)를 다시 통과한다. 점선으로 나타낸 투과된 청색 광은 미러(16)에 의해 반사되어 두 미러(15,14)를 다시 통과한다. 세 개의 다른 색(R,G 및 B)의 광 빔들은 그 입력측에 마이크로렌즈 소자 배열(21)을 갖는 액티브 매트릭스 LC 디스플레이패널(20)상으로 향한다. 광원, 다이크로익 미러들 및 LC 패널은, 세 개의 다른 색(R,G 및 B)의 통상적으로 평행 광의 조명 빔이 상호 다른 방향들로부터 LC 패널(20)에 입사하도록, 서로에 상대적으로 배열된다. 제 1도의 실시예에 있어서, 단순하게 하기 위해 녹색 빔은 패널(20)의 평면에 실질적으로 수직으로 도달하는 것으로 도시되었고, 청색 및 적색 빔들은 수직의 양측면에 제 1도에 나타낸 각도(α)로 도달하는 것으로 도시되었다.

LC 패널(20)은, 박막 다이오드와 같은 비선형 장치인 TFT 또는 두 단자를 포함하는 각 스위치 소자를 통해 각각 제어되는 종래 형태의 개별적으로 구동가능한 LC 디스플레이 소자들의 행과 열의 배열을 갖는다. 마이크로렌즈 소자 배열(21)은 마이크로렌즈 소자들의 세트로 구성되고, 각 마이크로렌즈 소자는 디스플레이 소자의 각 세트들을 통한 적색, 녹색 및 청색 조명 입력 빔들로 부터의 광을 포커싱하기 위해 세 개의 인접 디스플레이 소자들의 각 그룹과 정렬되고 이 위에 놓이며, 여기서 광은 가해지는 비디오 신호에 따라서 변조된다.

지금까지 설명한 투사 시스템은 EP-A-0465171에서 설명된 것과 많은 점에서 유사하고, 상기 명세서는 광원(10), 다이크로익 미러들(14,15 및 16)의 세트 및 LC 디스플레이 패널(20)과 그 마이크로렌즈 배열(21)의 일반적 구성과 동작 원리의 추가의 설명을 위해 인용될 것이고, 이와 관련한 내용이 본 명세서에서 참조될 것이다.

동작에 있어서, 마이크로렌즈 소자배열(21) 각각은 세 개의 다른 색 및 상이한 방향을 향하는 조명 빔들의 광을 세 개의 분리된 영상들로 포커싱하고 이들 각각은 그 관련된 그룹의 각 디스플레이 소자와 일치된다. 패널(20)의 디스플레이 소자들은 그들 각각의 광 입력들을 구동 회로(도시 안됨)에 의해 종래의 방법으로 변조시키기 위해 관련된 스위치 소자들을 통해 구동된다. 이 구동 회로는 배열의 디스플레이 소자의 행들을 차례대로 선택하고 공급된 비디오 신호에서 비디오 정보에 따라 선택된 행에서 디스플레이 소자들을 구동한다. 이 동작은 연속적인 디스플레이 출력 필드들을 생성하기 위해 비디오 신호의 연속적인 필드들에 대해 반복된다. 디스플레이 소자들로부터의 개개의 변조된 광 출력을 포함하는 패널(20)로부터의 디스플레이 광 출력은 단일 투사 렌즈(30)에 의해 모아지고 영상을 투사하는 자연색(full color) 투사 영상이 디스플레이 되는 스크린(31)상에 투사된다.

R,G 및 B 성분빔들이 LC 패널(20)을 통해 안내되는 방식은 EP-A-0465171의 시스템의 것과 다르다. 이 차이는 특히 적은 각의 구경의 투사 렌즈를 사용할 수 있게 하는 이점을 갖는, 패널(20)으로부터 나오는 광의 분산을 적게 한다.

EP-A-0465171의 시스템에 있어서, 패널로부터 나오는 광은 입릭 광의 분산보다 더 많이 분산된다. 상기 배열의 마이크로렌즈 소자들 각각은, 간단히 하기 위해 예컨대 광원 아크의 유한한 크기에 기인한 입력 광의 임의의 발산을 무시하고, 상호 다른 각도들로 도달하는 세 개의 조명 빔들 각각의 광을 수렴하고, 세 개의 인접 디스플레이 소자의 관련된 그룹의 각각의 것들에 이 광을 포커싱하는 작용을 한다. 각 디스플레이 소자에서 초점을 통과한 후, 광은 발산 빔으로 나오게 된다. 예컨대 세 조명 빔들중 하나가 패널에 수직인 중앙선을 따른 방향을 향하고, 다른 두 개의 측면 빔들은 그 중앙 선에 대해 동일하지만 마주하는 각(α)으로 패널을 향하는 경우에 있어서, 마이크로렌즈 소자와 관련된 그룹의 중앙 디스플레이 소자로 부터 나오는 광은 이후 그 중앙 선이 실질적으로 중앙 축과 평행인 발산하는 빔으로 구성되고, 한편 상기 그룹의 두 개의 바깥 디스플레이 소자로부터 나오는 빔은 그 중앙 선이 상기 중앙 축의 양쪽에 대해 각(α)만큼 경사진 발산하는 측면 빔들로 구성된다. 전체로서 디스플레이 패널 출력을 위해, 조합해서 세 개의 조명 빔들에 의한 조명의 결과로서 패널로부터 나오는 세 개의 다른 색과 변조된 출력 광 빔들은 입력 광보다 더 많은 분산을 갖는 출력 빔을 형성한다.

제 1도의 시스템에 있어서, 패널(20)은 광 편향 소자(25)의 배열을 더 포함하고, 이 소자는 배열(21)의 마이크로렌즈 소자와 관련된 세 개의 인접 디스플레이 소자의 전형적인 그룹에 대해, 패널의 출력 측에서의 그룹으로부터의 광의 삼색의 방향을 공통의 방향으로 향하게 하기 위해 양호하게는 서로 평행하게 하기 위해, 그룹의 두 개의 디스플레이 소자들로부터 얻어진 광 색들의 최소한 두 색의 방향들을 조정한다. 패널로부터 출력된 삼색의 광 빔의 중앙 선의 방향을 서로 근접시키고 양호하게는 실질적으로 서로 평행이 되도록 함으로서, 패널로부터 나오는 광의 분산량은 물론 상당히 감소된다.

제 2도는 본 시스템의 일 실시예에서의 LC 패널(20)의 전형적인 부분을 통과한 단면도와 이를 통과하는 광 경로들의 예를 도시하고, 편향 소자 배열(25)의 동작과 효과를 도시한다. 패널(20)은 두개의 떨어진 유리 기판들(35, 36)을 포함하며, 이들 사이에는 트위스트 네마틱(nematic) LC 재료가 배치된다. 기판들은 디스플레이 소자들의 행과 열의 배열을 종래의 방법으로 한정하는 어드레스 라인과 전극들(도시 안됨)을 갖고, 한 개 행으로부터의 소자의 일부는 단순 블록(40)으로 도시되었고, 문자 R, C 또는 B는 이들의 관련된 색을 나타낸다. 기판(35)의 외측 표면상에 보유된 마이크로렌즈 배열(21)은 각각이 이 열에서의 세 개의 인접 디스플레이 소자(40)의 각 그룹과 정렬되고 그 그룹 바로 위에 놓이는 마이크로렌즈 소자(42)로 구성되고, 마이크로렌즈 소자의 폭은 그 그룹의 폭에 대략적으로 상응한다. 이 실시예에 있어서, 마이크로렌즈 소자 배열은 디스플레이 소자들의 각 그룹위에 놓이는 구형의 렌즈 또는 패널의 열방향으로 확장되고 각 소자가 디스플레이 소자들의 세 개의 인접 열들을 덮는 일련의 평행의 원통형 소자들을 포할할 수 있다. 제 2도의 광 경로로 도시된 바와 같이, 기판(35)의 평면에 실질적으로 수직으로 마이크로렌즈 소자(42)에 도달하는 중앙 조명 빔의 녹색 광은 그 아래 놓이는 그룹의 디스플레이 소자(40)의 중앙(G)으로 향하고, 마이크로렌즈 소자에 도달하는 두 개의 측면 빔인 적색 및 청색 광은 녹색, 중앙, 디스플레이 소자의 바로 양 측면의 디스플레이 소자들로 각각 향한다. 마이크로렌즈 소자(42)의 파워는 광의 세 개의 색을 디스플레이 소자 배열의 평면에서 세 개의 독립된 영상으로 모으고 초점이 맞춰지도록 선택되고, 상기 평면은 마이크로렌즈 배열로부터 기판(35)의 두께(d)만큼 떨어져 위치한다, 제 2도에 도시된 바와 같이, 기판(35)내의 두 측면 빔들(R,B)의 중앙 선들은 중앙 빔(G)에 근접한 영역에서 이의 중앙 선에 대해 경사지고, 디스플레이 소자 배열의 평면은 분리되게 되고 서로 겹치지 않는다.

광 편향 소자 배열(25)은, 각 그룹의 두 개의 외측 디스플레이 소자로부터 나오는 측면 빔들의 방향을 다시 돌려 이들 측면 빔의 방향을 중앙 빔의 방향 축에대해 보다 직선이 되도록 배열된다. 이와 같이 원하는 방향으로 구부러지도록 하기 위하여, 편향 소자 배열(25)은 중앙 및 측면 빔들이 겹치지 않는 영역에서 디스플레이 소자의 평면에 근접하여 위치한다. 이 실시예에 있어서, 편향 소자 배열(25)은 내측 표면과 바로 인접한 기판(35)의 유리내에 그레디드 인덱스 마이크로렌즈 소자로서 형성되고 배열(21)과 유사한 구성의 추가의 마이크로렌즈 소자 배열을 포함한다. 배열의 각 마이크로렌즈 소자(44)는 배열(21)의 각 마이크로렌즈 소자(42)에 상응하고 이것과 정렬되고 그 소자(42)에 관련된 그룹의 세 개의 디스플레이 소자들(40)위에 놓인다.

각 마이크로렌즈 소자(44)는 그 중앙에 도달하는 중앙 빔(G)의 광을 그 방향축에 큰 변화 없이 통과하도록 한다. 제 2도에 도시된 바와 같이, 마이크로렌즈(44)의 대향 에지들을 향해 도달하는 두 측면 빔(R,B)은 동일하게 편향되지만, 디스플레이 소자의 출력 측에서 그들의 중앙선의 방향이 실질적으로, 중앙 빔(G)의 중앙 선의 방향과 일직선이 되도록 대향 방향으로 편향된다. 제 2도에도 도시된 바와 같이, 기판(35)의 굴절율을 고려한 마이크로렌즈 소자(44)의 초점 거리는 마이크로렌즈 소자 배열(21)로부터의 거리(d)와 대략 동일하게 선택되어, 세 개의 다른 색이 디스플레이 소자를 통과하여 이로부터 실질적으로 동일한 각의 범위로 나오도록 한다.

그레디드 인덱스 형태의 마이크로렌즈 소자 배열들의 기술은 잘 정립된 공지기술이고 여기에서 상세하게 이들의 조립을 설명할 필요는 없다고 생각한다. 조립기술들에 대한 예는 EP-A- 0465171를 참조한다. 기판(35)내의 그레디드 인덱스 형태의 마이크로렌즈 소자(44)의 형성은 기판에 사용된 유리가 이온 교환을 허용하는 적절한 형태이어야 함을 필요로 한다. 기판(35)은 바람직하게는 패널의 패시브 플레이트(passive plate)이다, 즉 기판은 제조중에 적은 처리를 요하기 때문에 디스플레이 소자들의 스위치 소자들을 포함하지 않는 기판이다. 양호하게, 기판(35)에 요구되는 재료의 반응 특성 때문에, 이 기판의 표면은 거기에 전극 구조가 침착되기 전에 얇은 투명의 보호층으로 덮힌다.

광 편향 소자 배열(25)을 디스플레이 소자 배열의 입력측에 인접하여 위치시켜 측면의 빔이 각 그들의 디스플레이 소자에 들어가기 전에 구부러지도록 하는 것은 LC 재료를 통과한 광의 각도 때문에 보다 균일한 성능의 부수적인 장점을 갖고, 이는 투과값들을 결정하는데 유효하고, 실질적으로 모든 색에 대해 동일한 값을 갖는다.

두 배열들(21, 25) 모두에 대해 다양한 형태의 마이크로렌즈 소자가 가능하다. 원통형이면, 마이크로렌즈 소자들(42, 44)은 평행 스트라이프들로 배열된다. 구형 또는 환형 형태이면, 소자들(42,44)은 육각형 또는 사각형 포맷으로 배열될 수 있고, 필요하면 인접 행들은 서로에 대해 엇갈리게 할 수 있다. EP-A-0 465 171에서 설명된 바와 같이, 적색, 녹색 및 청색 디스플레이 소자들이 델타 형으로 그룹지어지는 델타 색 조명 소자 설계가 채용되면, 구형 또는 환상 형태의 마이크로 렌즈 소자들이 요구된다.

광 편향 소자 배열(25)은 요구되는 편향을 달성하기에 적합한 마이크로렌즈 소자들 이외의 소자들을 포함할 수 있다. 대안의 실시예에 있어서, 측면 빔들을 원하는 방식으로 구부리는데 있어서 마이크로렌즈 소자들(44)과 유사한 기능을 수행하기 위해, 마이크로프리즘들의 시스템은 디스플레이 소자(40)의 평면에 근접해서 기판(35)에 형성될 수 있다.

제 3A 및 3B도는 디스플레이 소자들의 그룹들과 관련된 이와 같은 마이크로프리즘 소자들(46으로 나타냄)의 두 개의 다른 형태를 개략적으로 도시한다, 이들 도면으로부터 알 수 있는 것과 같이, 중앙 빔(G)은 편향이 없이 각 그룹의 관련된 디스플레이 소자를 통과하도록 허용하고, 한편 두 개의 측면 빔들(R 및 B)의 방향들은 이전에 설명한 마이크로렌즈 소자들에 의해 얻어지는 것과 대략 유사한 방법으로 마이크로프리즘 소자들에 의해 편향된다. 제 3A도의 실시예에 있어서, 마이크로 프리즘 소자들의 구조는 디스플레이 소자들이 그룹들 위에 완벽하게 놓이고, 한편 제 3B도의 실시예에 있어서 마이크로 프리즘 소자들의 구조는 상기 그룹의 오직 두 개의 외측 디스플레이 소자만을 포함한다. 두 형태들은 각 그룹의 외측 디스플레이 소자들 위에 놓이는 경사지고 평면 표면의 프리즘들을 포함한다. 마이크로 프리즘 소자 배열은, 그레디드 인덱스 기술을 사용하여, 또는 마이크로 프리즘 소자 인터페이스 표면들을 한정하는 오목한 부분들을 형성하기 위해, 유리 기판(35)의 표면을 가공(sculpturing)하고 오목한 부분을 평탄한 외측 표면을 남기는 광학적으로 투명한 재료로 채움으로써 기판(35)내에 형성될 수 있다.

다양한 변형들이 가능한다, 예컨대, 디스플레이 소자들을 통과하는 광의 각도들을 균일하게 하는 장점이 상실될 수 있지만, 광 편향 소자 배열(25)은 기판(35)내부에서 보다는 기판(36)의 내부 표면 영역에 배열을 형성함으로써 디스플레이 소자들의 출력측에 인접한 디스플레이 소자 배열의 평면에 근접하여 위치될 수 있다. 유리 기판내에 포함되는 대신에, 편향 소자 배열은 기판에 분리된 요소로서 유리 기판의 내부 표면상에 제공될 수 있다.

상기한 실시예들에 있어서, 패널(20)의 조명은 실질적으로 패널에 수직으로 향하는 중앙 조명 빔(G)과 중앙 빔에 어떤 각도를 갖고 향하는 두 개의 측면 빔(R 및 B)을 참조하여 단순화하여 설명되었다. 그러나 상호 다른 방향들로부터 패널에 입사되는 세 개의 다른 색 빔들을 사용하는 다른 조명 장치들이 채용될 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 중앙 조명 빔은 수직에서 벗어난 어떤 각도로 패널을 향할 수 있고, 두 개의 측면 빔들의 방향은 적절히 조정될 수 있다. 이는 조명 빔들을 패널(20)에 대해 기울임으로써 간단히 달성될 수 있다. 중앙 빔이 패널을 향하는 각도를 적절히 선택하거나 측면 빔이 디스플레이 소자로 들어가기 전에 편향되도록 편향 소자 배열을 위치시킴으로써, 광의 세 개의 색 모두가 최적의 컨트라스트를 제공하는 각도로 그들의 각 디스플레이 소자를 통과하도록 배열될 수 있고, 이 각은 모든 디스플레이 소자들에 대해 유사하지만 동일할 필요는 없다. 이같은 기울임으로, 배열(21)의 마이크로렌즈 배열과 배열(25)의 각 관련된 편향 소자들은 서로 바로 위에 놓일 필요는 없지만, 서로에 대해서 그리고 디스플레이 소자들의 관련된 그룹에 대해서 어긋나 있을 수 있음을 이해해야 한다.

제 2, 3A 및 3B도를 참조하여 설명된 실시예에 있어서, 디스플레이 소자들의 각 그룹은 일렬로 세 개의 인접 디스플레이 소자를 포함한다. 그러나 EP-A-0 455 171 에서 언급한 바와 같이, 각 그룹이 두 개의 인접 행들로부터의 디스플레이 소자들을 포함하고, 배열(21)에 대해 구형 마이크로렌즈들을 요구하는 델타 색 조명 설계에 있어서는, 세 개의 조명 빔들의 방향들은 적절히 선택되어지고, 이 경우에는 중앙 조명 빔은 없게 된다. 배열(25)의 마이크로프리즘 소자가 사용되었다면, 각각이 피라미드 형태로 배열된 세 개의 평평한 표면들을 포함한다.

또한 상기의 실시예들은 액티브 매트릭스 LC 디스플레이 패널을 사용하지만, 물론 이 대신에 패널이 단순한 패시브 복합 매트릭스 디스플레이 패널로도 될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, EP-A0465171에서 논의된 바와 같이, 설명된 장치 대신에 세 개의 조명 빔들을 상호 다른 각도로 LC 패널에 향하게 하고 이를 생성하기 위한 수단이 채용될 수 있다. 예컨대 세 개의 분리된 적색, 녹색 및 청색 광원들이 사용될 수 있다.

당업자에 있어서는 본 명세서를 읽음으로써 다른 변형들이 가능할 것이다. 이 같은 변형들은 컬러 액정 투사 디스플레이 시스템의 분야에서 이미 공지되고 본 명세서에 이미 기술된 특징들 대신에 또는 이들에 부가하여 사용될 수 있는 다른 특징들을 포함할 수 있다.

Claims (10)

1. 디스플레이 출력을 생성하기 위해 광변조를 위한 디스플레이 소자들의 평면 배열(planar array)을 갖는 액정 패널과,

   상기 패널로부터 상기 디스플레이 출력을 모으고 상기 디스플레이 출력을 스크린상에 투사시키기 위한 투사 렌즈와,

   세 개의 다른 색의 광 조명 빔들이 상호 다른 방향들로부터 상기 패널에 입사되도록 이들을 상기 패널을 향하게 하는 조명 수단을 포함하고,

   상기 패널에는 그 입력측에 마이크로렌즈 소자들의 배열이 제공되고 이를 통해 입력 광의 세 개의 다른 색들이 상기 배열에서의 디스플레이 소자들의 각각의 세트들을 향하게 되고,

   상기 배열의 각 마이크로렌즈 소자들은 인접하는 세 개의 디스플레이 소자들의 그룹에 관련되고 한 색의 입력 광은 상기 마이크로렌즈 소자를 통해 그 관련된 그룹의 한 디스플레이 소자를 향하고 다른 두개의 색의 입력 광은 다른 각도들로 상기 마이크로렌즈 소자들을 통해 상기 그룹의 다른 두개의 디스플레이 소자들을 향하는, 컬러 액정 투사 디스플레이 시스템에 있어서,

   상기 패널은 상기 디스플레이 소자들의 평면에 근접하여 위치한 마이크로렌즈 소자 배열로부터 이격된 광 편향 소자들의 배열을 포함하고, 상기 편향 소자들은 상기 패널의 출력측에서 디스플레이 소자들의 관련된 그룹으로부터 세 개의 색들의 광의 각 방향들을 공통 방향을 향하게 하기 위해 각 마이크로렌즈 소자로 부터의 세 개의 색중 최소한 두 개의 색의 광 방향들을 편향시키는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 투사 디스플레이 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 편향 소자들의 배열은 상기 디스플레이 소자 배열과 상기 마이크로렌즈 소자 배열 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 투사 디스플레이 시스템.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 편향 소자들의 배열은, 상기 패널의 출력측에서 세 개의 색 광의 방향들이 실질적으로 서로 평행이 되도록, 각 마이크로렌즈 소자로부터의 세 개의 색중 최소한 두 개의 광의 방향을 편향시키도록 배열되는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 투사 디스플레이 시스템.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   디스플레이 소자의 각 그룹은 세 개의 인접 디스플레이 소자들을 한 행에 포함하고,

   한 그룹에서 상기 중앙 디스플레이 소자의 양 측면에 상기 디스플레이 소자들과 각각 관련된 상기 두 색의 광은, 이들이 상기 중앙 디스플레이 소자와 관련된 색 광의 방향 축과 실질적으로 평행한 각각의 축들을 향하도록, 상기 편향 소자들의 배열에 의해 편향되는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 투사 디스플레이 시스템.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   디스플레이 소자들의 각 그룹은 델타 형으로 배열된 세 개의 인접 디스플레이 소자를 포함하고,

   각 마이크로렌즈 소자로부터의 세 개의 색의 광은, 이들이 실질적으로 평행축을 향하도록 상기 편향 소자들의 배열에 의해 각각 편향되는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 투사 디스플레이 시스템.
6. 제 1항 또는 제 2항에있어서,

   상기 편향 소자들의 배열은, 각 마이크로렌즈 소자가 상기 제 1의 마이크로렌즈 소자 배열의 각 마이크로렌즈 소자에 상응하고 그리고 이것과 정렬되고, 상기 제 1의 배열의 마이크로렌즈 소자에 관련된 세 개의 디스플레이 소자들의 그룹을 덮는 제 2의 마이크로렌즈 소자 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 투사 디스플레이 시스템.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 제 2의 배열에서 각 마이크로렌즈 소자의 초점 거리는 제 2의 배열과 제 1의 마이크로렌즈 소자 배열 사이의 광 거리와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 컬러 액정 투사 디스플레이 시스템.
8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 편향 소자들의 배열은 마이크로 프리즘 소자들의 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 투사 디스플레이 시스템.
9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 편향 소자들의 배열은 액정 패널의 유리 기판에 포함되는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 투사 디스플레이 시스템.
10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

    상기 편향 소자들의 배열은 상기 액정 패널의 유리 기판의 내부 표면상에 제공되는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 투사 디스플레이 시스템.