KR940000591B1 - 투사형 칼라 영상표시장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

투사형 칼라 영상표시장치

제1도는 본 발명에 따른 실시예에 통합된 광시스템을 표시하는 선도.

본 발명은 일반적으로 표시장치에 관한 것이고, 특히 매트릭스로 배열된 다중화소를 칼라영상이 포함하는 액정표시판과 같은 투광성표시판에서 렌즈를 통하여 투사된 영상을 표시하는 투사형 표시장치에 관한 것이다.

이 형태의 표시장치는 대형 스크린투사 TV(텔레비젼), 정보표시시스템등에 적용가능하다.

본 발명에서 사용되는 표시판은 그들자체는 발광하지 않으나, 그들의 투광성은 광원에서 광의 휘도를 변조하는 것에 의해 영상 그리고/또는 문자를 표시하도록 구동신호에 응답으로 변화한다.

그러한 표시관의 예는 액정표시판, 전기크로믹(electrochromic)표시, PLZT와 같은 투명세라믹을 사용하는 표시단위를 포함하고, 이중에서 액정표시판이 포켓트형 TV와 워드프로세서에 매우 넓게 사용되고 있다. 보기로서 액정표시판을 가지고, 본 발명의 배경을 설명한다.

일반적으로 불리우는“매트릭스형 액정표시판”은 영상 그리고/또는 문자를 만들어 내도륵 특정의 광특성을 변화하도록 구동전압에의해 개별적으로 구동되는 매트릭스로 배열된 화소를 포함한다. 전압은 각종방법으로 개별화소에, 예를들면 단일 매트릭스시스템 또는 바람직하게, MIM(metal-insulating layermetal)또는 3-터미널 스위칭소자와 같은 비라이너 2-터미널소자가 각 화소에 배치되는 액티브 매트릭스시스템에 의해 인가될수가 있다.

본 발명은 각 이러한 시스템에 적용될 수 있으나, 액티브 매트릭스시스템에 적용될때는 큰 효과를 얻게 된다. 투광성형표시판이 관찰될 수 있는 적어도 2개 방법이 있고, 하나는 표시판을 직접관찰하는 것이고, 또다른 하나는 렌즈를 통하여 확대된 투사된 영상을 관찰하는 것이다.

본 발명은 후에 투사형을 설명하고, 그리고 적·황·청색광의 조사를 통한 3원색에서 영상을 표시하고, 그리고 같은 광로를 통하여 구성된 영상을 통과하도록 이러한 영상을 구성하고, 그리고 같은 투사렌즈를 통하여 투사한다. 대부분의 종래 영사기와 스라이투사기의 경우에는 투사형 액정표시장치가 코라(Kohler)의 발광을 사용한다

이 발광을 사용하기위해, 광시스템은 콘덴서렌즈를 통한 광원에서의 영상이 투사렌즈의 지름은 국소화되게 투사렌즈에 만들어 내도록 구성된다. 이 광구조가 투사형표시장치를 구성하기위해 사용되면, 곤란이 몇몇 영상을 광학적으로 정렬하는데에, 특히 표시판상의 그러한 3원색에서 발생하기쉽다. 피정렬의 결점이 3개 렌즈가 정확하게 정렬하지 않으면 발생한다.

게다가, 광은 투사렌즈에 향하여 콘덴서렌즈에서 집중되고, 그것에 의해 표시판의 위치에 의존하는 표시판에 입사각을 구별한다.

이것이 영상이 관찰되는 각에 의존하는 액정판으로서 사용될때 영상의 상부와 하부사이의 불일치한 대조를 일으키기 쉽다.

이 문제를 해결하기위해, 특개소 60-2916이 액정 표시판이 실질적으로 평행광으로 발광되는 광시스템을 개지하였다. 그러나, 이 장치는 다음과 같은 문제를 내포하고 있다.

(1) 장치는 표시판보다 더 큰 지름을 가지는 투사렌즈를 요구한다.

(2)큰 뒤틀림정도가 투사렌즈와 신호렌즈의 평행 사용때문에 발생하기 쉽다.

그 뒤틀림정도를 축소하기위해, 투사렌즈의 상당한 복합배열이 사용되어야 한다.

이것이 생산비를 증가하게 한다. 액티브 매트릭스시스템은 MIM(metal-insulating layer-metal)과 같은 비라이너 2-터미널소자 또는 각 화소에 배치되는 TFT(박막트랜지스터)와 같은 3-터미널 스위칭소자를 구동하도록 화소사이의 신호선을 사용하여야 한다. 신호선의 양식은 공간을 요구하나, 그 허용된 공간은 전력성능과 제조편의의 관점에서 제한된다. 화소피치가 과도하게 극소화 될때는, 개구비는 축소되고, 그것에 의해 밝은 광이 사용되어도 영상을 어둡게 한다.

선행기술의 상기 논의되는것과 많은 다른 결점과 결함을 능가하는 본 발명의 투사형 칼라 영상표시 장치는, 화소가 매트릭스로 배열되는 표시판과, 원색의 영상신호에 응답으로 영상을 표시하는 표시판, 각 표시판에 원색의 광을 보내는 제1수단, 표시판에 의해 표시되는 영상을 광학적으로 구성하는 제2수단, 같은 점에서간 표시판을 통하여 통과하는 주광선을 집중하는 표시판의 그것에 대응하는 많은 렌즈서브그룹을 포함하는 제1렌즈그룹, 표시판보다 더 큰 영역을가지는 가 렌즈서브그룹, 스크린에 구성된 영상을 투사하도록 제1렌즈그룹의 백촛점부근에 배치된 제2렌즈그룹을 포함하고, 그리고 제1수단, 제1렌즈그룹과 제2렌즈그룹이 광원에 이 순서로 배열된다.

바람직한 실시예에 있어서, 제1렌즈그룹의 각 서브그룹은 광원에서 입사광을 직면하는 그들의 평면과 배열되는 평면볼록렌즈를 포함한다.

다른 바람직한 실시예에서는, 제2수단은 파장의 선택능력이 없는 하나의 거울과 2개의 색선별 거울을 포함한다

본 발명의 또다른 구면에 따라, 투사형 칼라 영상표시장치는 화소가 매트릭스로 배열되는 표시판, 원색의 영상신호에 응답하여 영상을 표시하는 표시판과, 광학적으로 스크린상에 구성되고 투사되는 표시판상의 영상, 각 표시판에 원색의 광을 보내는 제1수단, 같은 지점에서 각 표시판을 통하여 통과하는 주광선을 집중하는 표시판의 그것에 대응하는 많은 렌즈서브그룹을 포함하는 제1렌즈그룹, 거기를 통하여 통과하는 광선이 판의 화소의 개방에서 만나도록 결정되는 그들의 위치와 촛점길이로서, 광원을 향하여 각 표시판을 위해 배치된 마이크로렌즈어레이를 포함하는 제1렌즈그룹, 각 표시판보다 더 큰 영역을 가지는 제1렌즈그룹의 각 렌즈서브그룹, 스크린에 구성된 영상을 투사하도록 제1렌즈 그룹의 백촛점부근에 배치된 제2렌즈그룹을 포함하고, 제1렌즈, 제1렌즈그룹과 제2렌즈그룹이 광원에서 이 순서로 배열된다.

이리하여, 여기에서 언급된 이 발명은 스크린을 통하여 칼라 영상의 동일한 대비를 표시할 수 있고(1), 표시판사이의 상대적위치의 조정을 용이하게 허용하고(2), 마이크로렌즈어레이의 사용으로 향상된 효과적인 개구율을 가지는(3) 투사형 칼라 영상표시장치를 제공하는 목적을 가능하게 하고, 이것에 의해 영상의 밝은 표시를 확실하게 한다.

각 표시판의 렌즈서브그룹을 포함하는 제1렌즈그룹과, 제2렌즈그룹은 테레센트릭(telecentric)시스템을 구성한다.

바람직하게, 마이크로렌즈 또는 수정체렌즈로 구성된 마이크로렌즈어레이는 광원을 향해 각 표시판을 위해 배치된다. 마이크로렌즈어레이의 촛점길이와 위치는 거기를 통하여 통과하는 광선이 판의 화소의 개방에서 만나도록 결정된다.

정상적인 3개표시판은 적·청·녹의 3원색을 위해 배치되나, 그러나 원색중의 2개가 혼합될때, 2개 표시판은 충분하다.

설명의 편의를 위해, 다음의 실시예는 3원색에 대응하는 3개표시판을 가진다.

본 발명의 특징중의 하나는 표시판의 영상이 광학적으로 구성되고 그리고나서 그들은 공통 투사렌즈를 통하여 스크린상에 투사되는 것이고, 그리고 특개소 61-167297에 개지된 것과 같이 알려진 표시장치와는 다르다.

본 발명의 또다른 특징은 마이크로렌즈어레이는 필드렌즈로서 각 판에 배치되는 것이다.

특개소 61-177079와 62-42182는 영상이 구성되는 뒤쪽에 위치하는 1필드렌즈를 공개하였으나, 그러나 본 발명의 특징을 공개하지 않았다. 본 발명의 표시장치는 표시판이 주광선이 서로 광학적으로 평행인 광에 의해 발광되는 광시스템을 가지고 있다. 광의 광선은 그들이 화소의 개방을 통하여 통과되도록 마이크로렌즈어레이에 의해 집중된다. 표시판은 광학적으로 평행인 입사광선을 받고, 그것에 의해 바람직하지 않은 므와레(moire)효과를 발생하는 가능성을 제거한다. 광선은 tlan^-1(마이크로렌즈의 마이크로렌즈/촛점길이의 반지름)의 상부각 θ을 가지는 원뿔 형상내에 퍼진다.

각 마이크로렌즈의 센터를 통하여 통과하는 광선은 곳장 전진하고,“광선원”이라 불리운다.

이러한 주광선은 백촛점에서 제1렌즈그룹을 통하여 집중되고, 그리고 필드렌즈로서 역활하는 제2렌즈그룹에 들어온다. 마이크로렌즈를 통하여 통과하는 모든 광선은 표시판과 투사렌즈×tanθ 사이의 거리에의해 확인된 범위내에 퍼지고, 그리고 그것은 투사 렌즈의 지름을 넘어서 퍼지는 것을 뜻하고, 그것에 의해 투사 렌즈의 지름이 확대되기를 요구한다.

이것은, 즉 투사렌즈의 촛점거리(F)≤마이크로렌즈의 촛점길이 (F)인 상태와 동일하다.

[실시예]

도면을 참조하여, 하로겐 램프, 금속하라이드(halide)램프, 크세논램프과 같은 백색광원이 제공된다.

필터는 액정표시판이 그들에의해 불리하게 영향을 받으면 자외선과 적외선을 단절하도록 광원(1)을 향하게 배치될수가 있다.

구상경(2)이 제공되고 그리고 광원(1)이 구상경(2)의 제1초점에 위치되고, 그리고 광은 그의 제2초점에 집중한다.

필요하면, 콜드미러(cold mirror)가 가시광은 반사되고 그리고 적외선은 통과되게 반사면을 위해 사용될 수가 있다.

적분기 (11)는 광의 각 분포가 평면상으로 만들도록 제2초점에 인접하여 배치된다. 참조번호 3은 그의 앞촛점과 적분기 (11)의 센터가 정렬되는 그러한 방법으로 배치된 콘덴서렌즈를 표시한다.

이리하여, 광학적으로 평행인 광속은 광원(정확하게는, 주광선, 그리고 적분기 11의 섹터에서 이미트된다)에서 얻게되고, 그리고 액정표시판은 광속에 의해 발광된다.

이 구조는 태양 시뮬레이터와 노출기에서 사용되는 광시스템에 기초가 되는 같은 아이디어에 의거한다.

광학적으로 평행인 광속은 구면경 또는 포물면경으로 콘덴서렌즈의 결합의 사용에 의해서와 같은 다른 방법에 의해 얻게될수가 있다.

각각 선택적으로 적색과 청색광을 반사하는 색선별거울(4R,4B)가 제공되고, 그리고 백색평행 광속은 3원색으로 분리된다. 참조번호 4M은 색을 선택할 수 없는 거울을 표시한다.

이 배열하에서 각 표시판은 각 광학적평행광속을 받고, 그것에 의해 3개씩의 영상을 형성한다. 이온교환 방법에 의해 산출되는 분포굴절율을 가지는 마이크로렌즈어레이(5R,5G,5B)가 제공된다. 인접렌즈사이의 피치는 액정표시판의 화소사이의 그것들과 같다.

보기에서는 각 렌즈의 지름은 160㎛이였다. 촛점길이는 거기의 두께와 같은 굴절율(n=1.53)을 가지는 유리기판에서 1.1mm 그리고 공기에서 720㎛이 되게 결정되었다.

그들은 자외선감응접착제의 액정표시판(6R,6G,6B)의 앞면에 접착되었다. 마이크로렌즈어레이는 같은 출원자에 의해 1988년 10월 26일에 출원한 일본특허출원에 개지되었다. 투액정표시판(6R,6G,6B)은 각각 적색, 녹색, 청색 영상을 표시한다. 표시영역은 75mm의 대각선을 가지고, 그리고 화소피치는 190㎛(세로) ×161㎛(가로)이다. 화소는 30%의 개구비를 가지는 88㎛(세로)와 88㎛(가로)의 개방을 가진다.

액정은 꼬인 네머릭모드에서 작동되고, 그리고 비결정실리콘을 사용하는 박막트랜지스터에 의해 구동되는 액티브 매트릭스시스템이 채택되었다.

각 판을 위해 배치된 제1렌즈그룹(7R,7G,7B)이 있고, 그들은 필드렌즈와 같이 기능을 하고, 200mm의 촛점길이와 80mm의 지름을 가지는 평볼록렌즈를 사용한다. 3원색에서 영상을 형성하는 광은 이러한 렌즈에 의해 촛점이 맞추어지고, 그리고 3개색에서의 영상이 녹색과 청색광을 선택적으로 반사하는 색선별거을 (8G,8B)에 의해 광학적으로 구성된다. 참조번호 8M은 파장을 선택할 수 없는 거울을 표시한다.

각 렌즈(7R,7G,7B)는 거기의 백촛점이 서로 일치하도록 배열된다.

이리하여, 액정표시판이 투사렌즈의 위치에서 보이게 될때, 같은 위치에서 같은 사이즈로 서로 일치하는 3원색에서 가상영상을 볼 수가 있다. 광의 초점을 맞출수 있게 제공된 각 이러한 렌즈(7R,7G,7B)는 양볼록렌즈, 평볼록렌즈, 또는 메니스커스 (meniscus)볼록렌즈가 될수 있으나 전체로서 수차를 최소화하도록 렌즈를 설계할 필요가 있다. 각 렌즈(7R.7G,7B)는 단일렌즈 또는 2개 또는 그 이상의 렌즈 또는 비구면렌즈 또는 그의 결함을 가지는 색지움렌즈 또는 고차색지움렌즈와 같은 복합렌즈에의해 구성된다.

구성된 칼라영상은 스크린(10)상에 투사렌즈(9)를 통하여 투사된다. 사용된 투사렌즈(9)는 f=200mm와 F=4.5의 대형 스크린스라이드프로젝터용의 상업용렌즈였다. 번호 F는 마이크로렌즈의 번호 F와 같다.

즉 F=720/160, 그래서 원뿔형의 마이크로렌즈를 통하여 발산하는 광은 투사렌즈(9)의 입구피유필에 의해 잡히게 되고, 그리고 스라이드프로젝터와 카메라용의 그러한 것과 같은 일반사용의 형태가 될수 있다.

필요하면, 추가렌즈가 모든 투사렌즈의 촛점길이가 변화되는 줌렌즈(zoom lens)을 구성하도록 그들 사이의 상대적인 위치를 변화하는 것에의해 사용될수가 있다.

렌즈(7R,7G,7B)가 각 액정표시판에서 40mm, 그리고 투사렌즈에서 200mm 떨어져 있을때, 표시판의 가상영상이 필드렌즈(7R,7G,7B)에 의해 형성되고, 그리고 5배확대된 가상영상이 투사렌즈의 뒤쪽 1000mm점에 위치한 스크린에 투사된것을 한 실험이 증명하였다. 필드렌즈(7R,7G,7B)가 투사렌즈에서 170mm의 거리에 위치했을때, 가상영상이 10배확대되고 그리고 투사렌즈의 뒤쪽 2200mm점에 위치한 스크린에 투사되었다.

본 발명의 광시스템하에서, 표시판이 촛점에서 앞쪽 또는 뒤쪽에 벗어난 장소에 위치될대 확대율은 변하지 않으나 다만 영상에서의 차광이 발생하기 쉽고, 이것에 의해 3개 표시판의 정렬을 조장하는 것이 한가지 장점이다.

또다른 장점으로서는 실질적인 뒤틀림수차가 발생하지 않는 것이다. 이 바람직한 효과를 중명하기위해, 비교에 의한 실험이 필드렌즈와 스크린에 영상을 투사함이 없이 투사렌즈로서 100mm의 지름과 200mm의 촛점길이를 가지는 평볼록렌즈를 사용하는 것에 의해 처리되었다. 그 실험은 치명적인 비늘꽂이 변형 (pincushion distortion)이 식변된것을 표시했다.

또다른 이점은 마이크로렌즈어레이의 배열하의 투사된 영상은 그것이 사용되지않을때의 밝기의 대략 2배 정도이라는 것이다. 색선별거울과 표시판의 배열은 설명된 실시예에 한정되지 않으나, 표시판과 투사렌즈사이의 광로의 길이가 동일한 것을 다양하게 변화될 수가 있다.

바람직하게, 광원과 표시판사이의 광로의 길이는 동일하다. 이것은 표시판상 발광의 분포는 동일하다는 것을 보장하고, 그리고 3원색의 광휘도에서는 균일치 않은“백색베런스”는 발생하지 않는다는 것을 뜻한다.

색선별거울에의 입사각은 일반적으로 45°이나 45°보다 더욱 작게 만들어 질수 있다.

약간의 경우에 있어서는 더 작은 입사각이 색선별거울의 색분리는 조장되고 그리고 광시스템의 구성부분은 더욱 용이하게 설계되는 이점을 제공한다. 색선별거울대신, 색선별프리즘 또는 색선별거울과의 결함은 문자 X의 형성에서 사용될 수가 있다. 각 표시판은 거기의 영상이 가장 좋은 상태에서 관찰될 수 있는 그 자체의 최적각을 가지고 있으나 그러나 때때로 각 표시판의 정상에 관해 벗어난다. 그러한 경우에는, 판은 발광을 향하여 기울게 함으로서 조정되어진다.

본 발명에 따라, 조정은 표시판의 정상위치, 투사렌즈의 광축, 그리고 정상의 평행에서의 투사스크린에 의해 용이하게 만들어 질수가 있다. 이것이 대형왜곡이 발생하지 않는 것을 보장한다

각종 변형은 이 발명의 범위와 정신에서 이탈함이 없이 기술에 익숙한 사람에게는 명백하게되고 그리고 그들에 의해 즉시 만들어 질수가 있다. 따라서 여기에 첨부된 청구범위는 여기에서 설명한것에 한정되기를 의도되지 않고, 오히려 청구범위는 본 발명이 속하는 기술에 익숙한 사람들에 의해 동등한 것으로 취급되는 모든 특징을 포함하여, 본 발명에 존재하는 특허가능신규성의 모든 특징을 망나하는 것으로 설명된다.

Claims (4)

1. 각 표시판에 적, 녹, 청의 원색의 광을 통과하는 제1수단과, 표시판에 의해 표시되는 영상을 광학적으로 구성하는 제2수단과, 같은 점에서 각 표시판을 통하여 통과하는 주광선을 집중하는 표시판의 그것에 대응하는 많은 렌즈서브그룹을 포함하는 제1렌즈그룹과, 각 표시판보다 더 큰 영역을 가지는 각 렌즈서브그룹과 스크린상에 구성된 영상을 투사하도록 제1렌즈그룹의 백촛점 부근에 배치된 제2렌즈그룹을 포함하고, 제1수단, 제1렌즈그룹과 제2렌즈그룹은 광원에서 이 순서로 배열되는 화소가 매트릭스로 배열되는 3개표시판의 투사형 칼라 영상표시장치.
2. 제1항에 있어서, 제1렌즈그룹의 각 렌즈서브그룹은 광원에서 입사광을 직면하는 그들의 평면으로, 배열된 평볼록렌즈를 포함하는 투사형 칼라 영상표시장치.
3. 제1항에 있어서, 제2수단은 색선별거울과 파장의 선택능력이 없는 하나의 거울을 포함하는 투사형 칼라 표시 장치 .
4. 화소가 매트릭스로 배열된 표시판과, 원색의 영상신호에 응답으로 영상을 표시하는 표시판과, 스크린상에 광학적으로 구성되고 그리고 투사된 표시판상의 영상과, 각 표시판에 원색의 광을 보내는 제1수단과, 같은 점에서 각 표시판을 통하여 통과하는 주광선을 집중하는 표시판의 그것에 대응하는 많은 렌즈서브그룹을 포함하는 제1렌즈그룹과, 거기를 통하여 통과하는 광선이 판의 화소의 개방에서 만나도록 결정된 그들의 위치와 초점거리로 광원을 향하여 각 표시판에 배치된 마이크로렌즈어레이를 포함하는 제1렌즈그룹과, 각 표시판보다 더 큰 영역을 가지는 제1렌즈그룹과, 각 표시판보다 더 큰 영역을 가지는 제1렌즈그룹의 각 렌즈서브그룹과, 스크린상에 구성된 영상을 투사하도록 제 1렌즈그룹의 백촛점부근에 배치된 제2렌즈 그룹을 포함하고, 제1수단, 제1렌즈그룹과 제2렌즈그룹이 광원에서 이 순서로 배열되는 투사형 칼라 영상표시장치.

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