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KR0172628B1 - 전기광학소자를 이용한 화상표시장치 - Google Patents

전기광학소자를 이용한 화상표시장치 Download PDF

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Publication number
KR0172628B1
KR0172628B1 KR1019940035512A KR19940035512A KR0172628B1 KR 0172628 B1 KR0172628 B1 KR 0172628B1 KR 1019940035512 A KR1019940035512 A KR 1019940035512A KR 19940035512 A KR19940035512 A KR 19940035512A KR 0172628 B1 KR0172628 B1 KR 0172628B1
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KR
South Korea
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image
image display
optical
electro
liquid
Prior art date
Application number
KR1019940035512A
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KR950022936A (ko
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시게카즈 야마기시
요시토 미야타케
히로시 미야이
Original Assignee
모리시타 요이찌
마쓰시다덴기산교 가부시기가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 모리시타 요이찌, 마쓰시다덴기산교 가부시기가이샤 filed Critical 모리시타 요이찌
Publication of KR950022936A publication Critical patent/KR950022936A/ko
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Abstract

광에 의한 입력상을 광전효과에 의해 투영상으로 변환하는 화상표시장치에 있어서, 화상전사수단의 크기를 감소시킴으로써 장치전체를 소형화, 저가격화를 실현할 수 있다.
복수의 굴절률분포형렌즈는 광축과 평행하게 배열하고 화상전사수단은 화상표시수단위의 광에 의한 입력상이 전기광학수단의 광도전층위에 동일한 크기로 전사되도록 전기광학수단과 화상표시수단사이에 설치한다.
화상전사거리는 현저하게 감소될 수 있고 화상은 화질의 열화없이 전사될 수 있으므로, 장치전체를 화질의 열화없이 소형화, 저가격화시킬 수 있다.

Description

전기광학소자를 이용한 화상표시장치
제1도는 전사렌즈를 통해 화상을 전사하는 종래예에 의한 전기광학소자를 이용한 화상표시장치의 구성을 도시한 도면.
제2도는 광파이버판을 통해 화상을 전사하는 종래예에 의한 전기광학소자를 이용한 화상표시장치의 구성을 도시한 도면.
제3도는 본 발명의 제1 실시예에 의해 전기광학소자를 이용한 화상표시장치의 구성을 도시한 도면.
제4도는 본 발명의 제1 실시예에 의해 화상표시장치에 이용된 전기광학소자의 구성을 도시한 도면.
제5도는 본 발명의 제1 실시예에 의해 화상표시장치에 이용된 화상전사소자의 구성을 도시한 도면.
제6도는 본 발명의 제1실시예에 의해 화상표시소자로서 음극선관을 사용하는 전기광학소자를 이용한 화상표시장치의 구성을 도시한 도면.
제7도는 본 발명의 제2실시예에 의해 전기광학소자를 이용한 화상표시장치의 구성을 도시한 도면.
제8도는 본 발명의 제2실시예에 의해 전기광학소자를 이용하는 화상표시장치에 사용된 온도보정을 고려한 화성전사광학유닛의 제1예를 도시한 도면.
제9도는 본 발명의 제2실시예에 의해 전기광학소자를 이용하는 화상표시장치에 사용된 온도보정을 고려한 화상전사광학유닛의 제2예를 도시한 도면.
제10도는 본 발명의 제2실시예에 의해 전기광학소자를 이용하는 화상표시 장치에 사용된 온도보정을 고려한 화상전사광학유닛의 제3예를 도시한 도면.
제11도는 본 발명의 제2실시예에 의해 전기광학소자를 이용하는 화상표시 장치에 사용된 온도보정을 고려한 화상전사광학유닛의 제4예를 도시한 도면.
제12도는 본 발명의 제3실시예에 의해 전기광학소자를 이용한 화상표시장치의 구성을 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 제1광원유닛 2 : 제1광원
3 : 제1반사기 4 : 콜드미러
5 : 제1색선별필터 (자외선제거용) 6 : 편광빔스폴리터
7 : 유전체다층막 8 : 전기광학소자
8a, 8g : 유리베이스 8b, 8f : 투명전극
8c : 액정층 8d : 차광층
8e : 광도전층 9 : 투사렌즈
10 : 스크린 11 : 제2광원유닛
12 : 제2 광원 13 : 제2 반사기
14 : 색선별미러(적외선반사용) 15 : 제2색선별필터(자외선제거용)
16 : 화상표시소자 17 : 투과액정패널
18 : 베이스 19 : 입사측편광판
20 : 출사측편광판 21 : 화상전사소자
22 : 굴절률분포형렌즈 23 : 흑색실리콘수지(흡광제)
24 : 전사렌즈 25 : 광파이버판
26 : 음극선관 27, 34, 42 : 제1케이싱
28 : 제1 액체 29, 35, 46 : 제2 케이싱
30, 47 : 제2 액체 31, 33, 38, 41, 43 : 체적팽창흡수수단
32, 39 : 케이싱 34a, 35a, 39a : 전케이싱
34b, 35b, 39b : 후케이싱 36, 37, 40, 44 : 탄성중합체
39c : 중앙케이싱 45 : 평행면유리판
본 발명은 광에 의한 입력상을 광전효과에 의해 투영상으로 변환시키는 화상 표시장치에 관한 것이다.
종래, 전기광학소자를 이용한 화상표시장치로서는 화상표시장치상의 화상을 종래의 전사렌즈에 의해 전기광학소자의 광도전층상에 전사시키는 구성을 이용하여 왔다.
전사화상의 화질은 그다지 열화되지 않지만, 전사렌즈자체가 클 뿐만 아니라 전사거리 또한 멀게 유지해야 할 필요가 있고, 따라서 장치가 대형화되는 문제점이 있다. 상기 문제를 해결하기 위해, 종래의 전사렌즈 대신에 직경이 수 ㎛이고 굴절률의 값이 중심부에서 주변부까지 상이한 다발의 광파이버로 구성된 광파이버판에 의해 화상표시장치와 광도전층을 직접 결합시키는 구성을 취하고 있다. 상술한 광파이버판을 사용함으로써, 전사에 필요한 거리는 수 ㎝(센티미터)이내로 억제될 수 있고, 따라서 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
이하, 종래예에 의한 전기광학소자를 이용한 화상표시장치의 전형적인 2개의 예를 설명한다. 그 일례는 전사렌즈(24)에 의해 화상을 전사하는 구성으로서 제1도에 도시되어 있다. 다른 예는 광파이버판(25)에 의해 화상을 전사하는 구성이다.
제1도에 도시된 제1장치는 해상도는 양호하지만, 양호한 휘도를 얻기 위해 서는 화상표시소자(16)와 전기광학소자(8)사이의 전사거리가 긴 것이 요구된다. 그 결과, 제1장치는 대형화되고 값비싸게 된다. 제2도에 도시된 제2장치는 가장 짧은 광파이버판(25)으로 화상을 전사할 수 있고 광파이버판(25)의 개구율을 크게 할 수도 있다. 그러므로 화상은 밝지만, 투과액정패널(17)의 화상면이 광파이버판(25)의 표면과 단단히 밀착되지 않는 한 화상해상도는 현저히 열화된다. 따라서, 전기광학소자(8)의 유리베이스(8g)를 광파이버판(25)으로 바꾸고 광파이버판(25)상에 전기광학소자를 형성시킬 필요는 있지만, 광파이버판과 전기광학소자의 생산수율이 모두 양호하지 못하기 때문에 장치전체는 비싸지게 된다. 전기광학소자(8)측의 광파이버판과 화상표시소자(16)측의 광파이버판을 접속시키면, 다발의 광파이버판의 각각의 인접한 파이버사이에 소정의 모아레가 발생하게 되므로 화질이 열화된다.
광파이버판에는 다음과 같은 3개의 문제점이 있다.
(1) 제1문제점은 전사화상의 열화이다. 광파이버판의 개구율은 크게 할 수 있지만, 화상면과 광파이버판면사이의 소정의 갭으로 인해 초점이 흐려지는 것을 방지하기 위해 화상면을 밀착시켜야만 한다. 그러므로, 광이 파이버를 투과하지 않는 부분, 즉, 다발의 광파이버판의 두 인접한 파이버사이의 공간은 화상에 그물형상처럼 나타나게 되어 화질을 열화시키고 또 이 그물형상과 표시화상 사이에 모아레를 발생시킬 가능성이 있다. 또한, 다수의 파이버를 묶을때, 파이버 사이에 소정의 경사가 있으면, 휘도의 불균일이 발생하여 화질이 현저하게 열화된다.
(2) 제2 문제점은 장치의 생산성과 신뢰성이다. 상기 언급한 바와 같이 광파이버판을 화상표시소자의 화상면과 거리를 두고 위치시키는 것은 바람직하지 못하기 때문에, 광파이버판면에 화상표시소자의 화상면을 직접 설치해야만 할 뿐아니라, 광파이버판면에 전기광학소자의 광도전층도 직접 부착해야만 한다. 현재, 전기광학소자의 생산수율이 낮아서 유리판을 통하지 않은 전기광학소자와 화상표시소자간의 직접적인 결합은 기계적인 응력을 증가시키기 때문에, 이 부분에서의 생산수율이 악화되기 쉽다.
(3) 제3문제점은 광파이버판 자체의 생산성이다. 광파이버판의 구조로 인해 광파이버판의 생산에 걸리는 1인당 1시간의 노동량이 많고 광파이버의 파손이나 경사 등으로 인해 생산수율이 나쁘다. 그 결과, 가격이 지나치게 높아지게 된다.
본 발명은 상기 화상표시장치의 화상전사광학유닛의 소형화에 관한 것으로서, 액정층 및 광도전층으로 구성된 전기광학소자를 이용하고 광전효과를 이용하여 입력상을 투영상으로 변환시키고, 복수의 굴절률분포형렌즈를 광축과 평행하게 배열하여 화상표시소자상의 입력상이 전기광학소자의 광도전층상에 등배전사되도록 상기 전기광학소자와 상기 화상표시소자사이에 화상전사소자를 배치한다.
여기서, 상기 화상표시소자는 화상표시면이 평탄한 음극선관 또는 액정패널과 광원과 광도파로수단의 조합으로 구성된다.
상기 복수의 굴절률분포형렌즈의 각각 인접한 파이버사이에 흡광재를 충전하고, 상기 전기광학소자와 상기 화상전사소자사이 및 상기 화상전사소자와 상기 화상표시소자사이에 액체를 충전함으로써 상기 액체는 상기 전기광학소자와 상기 화상전사소자사이 및 상기 화상전사소자와 상기 화상표시소자사이의 공간에서 대류가 가능하게 된다.
상기의 두 부분사이에 액체를 충전하는 대신, 화상전사소자와 상기 화상표시소자 사이에만 냉매를 충전할 수도 있다. 이 경우, 상기 액체에 온도변화가 발생하여 액체의 굴절률의 값이 변화할 때에도 화상전사소자와 화상표시소자간의 광학적거리가 변화하지 않도록, 화상전사소자와 상기 화상표시소자간의 기계적거리를 조정가능하게 하거나 상기 전기광학소자와 화상전사소자간의 기계적 거리를 조정가능하게 한다.
또, 상기 전기광학소자와 화상전사소자 사이에 설치된 평행면 유리판과 상기 화상표시소자 사이의 공간에 액체가 충전되도록 화상전사광학유닛을 형성할 수 있고 상기 액체는 상기 평행면유리판과 화상전사소자사이 및 화상전사소자와 상기 화상표시소자의 공간에서 대류가 가능하게 된다.
본 발명에 의하면, 종래의 전사렌즈보다 화상전사에 요구되는 광로(光路)길이는 한층더 단축되고 전사렌즈의 크기는 한층 더 소형화될 수 있으므로, 장치전체의 크기가 현저히 감소하게 된다. 또, 화상표시면과 화상전사소자사이 및 전기광학소자의 광도전층과 화상전사소자 사이에 접촉이 없기 때문에 기계적인 스트레스도 없고 온도차에 의한 스트레스도 없고, 또한 생산성과 신뢰성의 문제점도 없다.
본 발명의 화상전사소자는 작은 전사렌즈의 집합체로 간주될 수 있기 때문에, 광파이버판의 경우에서와 같이, 화상전사소자의 형태가 전사화상에 나타나지 않으므로, 결국은 양호한 전사화상을 얻을 수 있게 된다.
광파이버판을 구성하는 광파이버의 직경은 수 ㎛인 반면에 본 발명의 화상전사소자를 구성하는 굴절률분포형렌즈의 직경은 약1㎜이다. 따라서, 화상전사소자의 생산성과 취급이 보다 양호해지고 생산성에서의 문제도 없다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 화상전사소자와 화상전사에 요구되는 광로길이는 현저하게 단축될 수 있으므로 장치전체의 소형화가 실현될 수 있다. 또, 생산성에서도 문제가 없으며 장치전체의 가격을 대폭 낮출 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
[실시예1]
제3도는 본 발명의 제1 실시예에 의해 전기광학소자를 이용한 화상표시장치의 구성을 도시한 것이다.
제4도는 본 발명의 제1 실시예에 의해 화상표시장치에 이용된 전기광학소자의 구성을 도시한 것이다.
제5도는 본 발명의 제1 실시예에 의해 화상표시장치에 이용된 화상전사소자의 구성을 도시한 것이다.
제1광원유닛(1)은, 제1광원(2)과 이 제1광원(2)에서 방출된 광을 그 개구방향으로 반사기축과 평행하게 반사시키는 제1반사기(3)로 구성된다. 제1광원유닛(1)에서 반사된 광의 광축에 대해 경사지게 설치된 콜드미러(4)에 의해 제1광원(2)에서 방출된 광내의 적외성분이 제거된다. 콜드미러(4)에서 반사된 적외선이 제거된 광은 광로상에 배치된 자외선을 제거하는 제1색선별필터(5)를 투과하고, 여기서 자외선이 제거된다. 상기 콜드미러(4)에서 반사되어 상기 제1색선별필터(5)를 투과한 후, 상기 광은 가시광선만으로 구성되며, 이 가시광선은 편광빔스플리터(6)에 입사한다.
편광빔스플리터(6)는 2개의 유리면사이의 경계면에 유전체다층막(7)을 설치하거나 또는 유전체다층막이 설치된 평행면유리판을 액체중에 설치함으로써 구성된다. 입사광 및 유전체다층막(7)의 수선을 포함하는 광입사면에 대해 평행한 방향으로 진동하는 편광(이하, P편광이라 함)은 유전체다층막(7)을 투과한다. 상기 P편광에 수직방향으로 진동하는 편광(이하, S편광이라 함)은 유전체다층막(7)에서 반사된다. 따라서, 편광빔스플리터(6)로 입사하는 가시광선중 P편광은 광로의 밖으로 인도되고 S편광만이 유전체다층막(7)에서 반사되어 전기광학소자(8)에 입사한다. 제4도에 도시한 바와 같이, 전기광학소자(8)는 유리베이스(8a),(8g), 투명전극(8b),(8f), 액정층 (8c), 차광층(8d)및 광도전층(8e)으로 구성된다. 광도전층(8e)에 입사광이 없을 때는, 인가전압의 대부분은 광도전층(8e)의 저항이 액정층(8c)의 저항보다도 크기 때문에 광도전층(8e)에 인가되고 액정층(8c)에서는 광전효과는 발생하지 않는다. 광도전층(8e)에 광이 입사될 때, 광도전층(8e)의 저항이 감소하여 액정층(8c)에 전압이 인가되며 액정층(82)에는 광전효과가 발생한다.
따라서, 광도전층(8e)에 광이 조사되지 않을 경우에는 편광빔스플리터(6)에 의해 인도되는 S편광은 유리베이스(8a), 투명전극(8b) 및 액정층(8c)을 투과한 후에 차광층(8d)에 의해 반사된다. 상기 반사된 광은 역방향, 즉 , 액정층(8c), 투명전극(8b) 및 유리베이스(8a)의 순으로 투과하여 진행하고 다시 편광빔스플리터(6)로 입사한다. 액정층(8c)에서 광전효과가 발생하지 않기 때문에, 편광방향은 변화하지 않아 광은 S편광 그대로이며 상기한 바와 같이 유전체다층막(7)에서 반사되어 투사렌즈(9)에는 입사하지 않는다.
한편, 광도전층(8e)에 광이 조사될 경우에는 편광빔스플리터(6)에 의해 인도되는 S편광은 유리베이스(8a), 투명전극(8b) 및 액정층(8c)을 투과한 후에 차광층(8d)에 의해 반사되고, 이 반사된 광은 액정층(8c), 투명전극(8b), 및 유리베이스(8a)의 순으로 투과하여 진행하고 다시 편광빔스플리터(6)에 입사한다. 그러나, 액정층(8c)에서 광전효과가 발생하기 때문에 편광방향은 90도로 변화하여 광은 P편광이 되고 상기한 바와 같이 유전체다층막(7)을 투과해서 투사렌즈(9)로 입사한다.
투사렌즈(9)는 전기광학소자(8)상의 화상을 확대하여 투사하는 위치에 배치된다. 광도전층(8e)상의 광이 조사된 부분에 상당하는 액정층(8c)을 투과하는 광은 투사렌즈(9)에 의해 스크린(10)에 투사되어 해당 부분은 스크린(10)상에 백색표시가 된다.
한편, 광도전층(8e)상의 광이 조사되지 않은 부분에 상당하는 액정층(8c)을 투과하는 광은 투사렌즈(9)에 입사하지 않아 해당부분은 스크린(10)상에 흑색표시가 된다.
따라서, 광도전층(8e)에 화상을 광학적으로 기록하면, 화상은 투사렌즈(9)에 의해 스크린(10)상에 확대 투사된다.
다음은, 광도전층(8e)에 화상을 기록하는 광학계를 설명한다. 제1광원유닛(1)과 마찬가지로 제2광원유닛(11)은 제2광원(12)과 이 제2광원(12)에서 방출된 광을 개구방향으로 반사기의 축과 평행하게 반사시키는 제2반사기(13)로 구성된다. 제2광원(12)의 광출력은 제1광원(2)의 광출력보다도 작다.
제2광원(12)에서 방출된 광중에서 적외선의 일부는 색선별미러(14)에서 반사되고 완전히 제거할 수 없는 자외선은 제2색선별필터(15)에서 제거되어 적외선의 일부만이 화상표시소자(16)로 입사한다. 상기 화상표시소자(16)는 투과액정패널(17), 구동회로(도면에 도시되어 있지 않음)을 실장시키고 투과액정패널(17)의 개구부에 해당하는 위치에서 패널의 개구부보다 큰 개구부를 구비한 베이스(18), 투과액정패널(17)의 입사측과 출사측에서 편광방향이 서로 직교하는 방향으로 , 광투과축을 지니는 입사측 편광판(19) 및 출사측 편광판(20)으로 구성된다.
외부에서 부여된 신호가 없거나 또는 백색표시의 신호가 부여된 경우에, 입사측편광판(19)을 투과하는 광은 액정에 의해 편광방향이 90도 비틀어지는 출사측 편광판(20)을 투과한다.
또, 외부에서 흑색표시의 신호가 부여될 경우에 입사측편광판(19)을 투과하는 광은 액정에 관계없이 편광방향이 변화하지 않으며 출사측편광판(20)에 의해 흡수되어 차광한다. 이 신호에 의해 편광방향의 변화를 부분적으로 변화시킴으로써 화상을 표시할수 있다.
제2광원(12)에서 방출되고 화상표시소자(16)상의 백색표시에 해당하는 부분을 투과하는 광은 화상전사소자(21)로 입사한다. 상기 화상전사소자(21)는 화상표시소자(16)와 전기광학소자(8)를 결합하는 광축상에 배치되어 있고 광축과 평행하게 복수 배열된 관형상의 굴절률분포형렌즈(22)로 구성되며 각각 인접한 렌즈사이의 갭에는 렌즈에서 누설된 불필요한 광을 흡수하도록 흡광재로서 흑색실리콘수지(23)가 충전되어 있다. 굴절률분포형렌즈(22)는 중심에서 주변에 이르기까지 굴절률의 분포를 감소시키고 렌즈의 길이는 광축방향으로 정립등배상(erecting equisized image)이 선정된 광의 파장에서 얻어지도록 설정되어 있다.
투과액정패널(17)은 전기광학소자(8)의 광도전층(8e)이 화상면에 상당하는 위치로 입사하도록 화상전사소자(21)의 물체면에 상당하는 위치에 배치되기 때문에, 화상표시소자(16)의 백색표시부분을 투과하는 광은 광도전층(8e)에 도달하고 투과액정패널(17)상에 표시되는 화상의 정립상은 광도전층(8e)에 전사된다.
이와 같이, 전기광학소자(8), 편광빔스플리터(6) 및 투사렌즈(9)의 조합에 의해 투과액정패널(17)의 화상이 스크린(10)상에 확대하여 투사된다.
본 발명의 제1실시예에 의하면, 화상전사소자(21)는 작은 전사렌즈의 집합체로 간주되고 그 축의 길이는 전사렌즈(24)를 이용한 경우에 비해 단축될 수 있다. 또, 광파이버판(25)에 비해 열등하여도, 전사렌즈(24)에 비해 개구수를 크게할 수 있으므로 밝은 전사화상이 얻어진다.
화상전사소자(21)는 광파이버판(25)과 마찬가지로, 전기광학소자(8) 또는 화상표시소자(16)에 밀착될 필요가 없기 때문에, 생산성에 있어서도 유리하다. 또 1열 또는 2열배열의 굴절률분포형렌즈의 결합체는 복사기 또는 팩시밀리와 같은 화상전사기계에 이용되고 생산성에서도 문제는 없다. 이와 같이, 밝고 고해상인 화상을 가진 화상표시장치를 저렴한 가격으로 한층 더 양호한 생산성으로 제공할 수 있다.
본 실시예에서는 기록광으로서 적외선을 사용하였으나, 이것에 한정되는 것이 아니고, 전기광학소자의 최적의 파장에 일치하도록 설정하면 된다.
제6도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에서의 제2광원유닛(11), 색선별미러(14), 제2색선별필터(15) 및 화상표시소자(16) 대신에 음극선관(26)을 사용할 수 있다. 화상표시면이 화상전사소자(21)의 초점심도내에 위치해야 하기 때문에, 이 음극선관(26)은 평면이어야 한다. 또, 음극선관의 형광체는 전기광학소자(8)의 특성에 맞는 발광특성을 가져야 한다.
[실시예2]
제7도는 본 발명의 제2실시예에 의해 전기광학소자를 이용한 화상표시장치의 구성을 도시한 도면이다.
제2실시예는, 판독광학계 즉, 제1광원유닛(1), 편광빔스플리터(6), 전기광학소자(8) 및 투사렌즈(9)의 구성에 대해서는 제1실시예와 동일한 구성을 가지지만, 기록광학계 즉, 제2광원유닛(11), 색선별미러(14), 제2색선별필터(15) 및 화상표시소자(16)대신에 평면판을 구비한 음극선관(26)을 가진다. 이 화상표시소자인 음극선관(26)과 화상전사소자(21)의 입사측유효부와 직면한 개구부를 가진 제1케이싱(27)과 결합되어 있고 제1케이싱(27)의 내부는 제1액체(28)로 충전되어 있으며 음극선관(26)과 화상전사소자(21)사이에 공기층은 없다.
또, 화상전사소자(21)와 전기광학소자(8)도 마찬가지로 화상전사소자(21)의 출사측유효부 및 전기광학소자(8)의 광도전층(8e)의 유효부와 직면한 개구부를 가진 제2케이싱(29)과 결합되어 있고 제2케이싱(29)의 내부는 제2액체(30)로 충전되어 있으며 화상전사소자(21)와 전기광학소자(8)사이에 공기층은 없다. 상기 액체(28),(30)는 온도변화에 따라 체적이 변화하기 때문에 체적팽창(수축)흡수수단(31)을 제1케이싱(27)과 제2케이싱(29)내에 설치한다.
제2실시예에 의하면, 액체(28), (30)로 공기층을 대신 함으로써 유리와의 굴절률의 차를 감소시켜 경계면에서 반사로 인한 투과율의 저하와 표류광으로 인한 전사화상의 콘트라스트의 저하를 억제할 수 있어, 양호한 화상을 얻을 수 있다.
또 액체의 온도변화가 그다지 크지 않을 경우에 상기한 구성에서는 문제가 없지만 액체의 온도변화가 클 경우에는 액체온도상승에 따른 액체의 굴절률변화에 따라 광로길이가 변화함으로써 전사화질에 열화가 발생한다. 특히, 대부분의 온도상승은 음극선관(26)의 방열에 원인이 있으므로 음극선관(26)과 화상전사소자(21)사이의 제1액체(28)의 온도가 화상전사소자(21)와 전기광학소자(8)사이의 제2액체(30)의 온도보다도 더 높게 된다. 이 때 제1액체(28)는 온도상승으로 인한 체적변화뿐 아니라 굴절률의 변화도 동반한다. 예를 들면, 제1액체(28)에 에틸렌글리콜을 사용할때, 23℃와40℃에서의 e선(546nm[나노미터])의 굴절률을 각각 n1과 n2로 정의하고 제1액체(28)의 광축방향으로의 길이를 d1이라 하면, 23℃에서의 광로길이와 비교해서 실질적으로 광로길이는 (1/n1-1/n2)*d1만큼 변화한다.
n1=1.4337 이고 n2=1.428이므로(1/n1-1/n2)*d1=0.0054*d1이 된다.
광로길이는 0.0054*d1만큼 변화하고 물체면과 화상전사소자(21)의 거리가 변하는 것으로 화상전사소자(21)와 정기광학소자(8)의 화상면간의 거리도 변화함으로써 광도전층(8e)상에 형성된 전사화상에 열화가 발생한다. 화상전사소자(21)는 복수의 관형상의 굴절률분포형렌즈(22)로 구성되었기 때문에 화상표시소자의 화상표시면과 화상전사소자(21)의 입사측면사이의 광학적거리(d2)가 화상전사소자(21)의 출사측면과 광도전층(8e)사이의 광학적거리 (d3)와 다르면 , 관계 (d2:d3=1:1)가 붕괴되어 인접한 렌즈의 화상이 일부분 중첩됨으로써 화상의 화질이 현저히 열화된다. 한편, 광학적거리(d2)와 (d3)가 설정값에서 일탈하여도, 두 광학적거리(d2)와 (d3)사이의 차가 작으면 화질에 미치는 영향은 , (d2)나(d3)중 하나는 설정치에 근사하지만 다른 하나는 설정치에서 크게 일탈하는 경우보다도 작다.
제8도는 본 발명의 제2실시예에 의해 전기광학소자를 이용하는 화상표시장치에 사용된 온도보정을 고려한 화상전사수단의 제1예를 도시한 것이다.
따라서, 방열량이 클 때, 제8도에 도시한 바와 같이, 액체(28), (30)는 대류가 가능하도록 케이싱(32)을 화상전사소자(21)의 유효부보다도 충분히 크게 구성함으로써 온도분포를 균일하게 한다. 즉 , 온도변화가 발생하여도, (d2)와(d3)간의 차이는 거의 커지지 않아 전사화상의 화질의 열화는 억제될수 있다. 케이싱 (32)에 액체를 강제로 대류시키는 수단을 설치하면 보다 양호한 효과가 얻어질 수 있음은 명백한 일이다.
상기 케이싱(32)은 하나로 구성되고 상기 액체는 상기 케이싱내에서 대류가 가능하며 방열을 위해 상기 케이싱(32)에 라디에이터와 같은 수단을 설치한다. 또한, 팬(fan)으로 공기를 강제로 냉각함으로써, 화상표시면과 화상전사소자(21)간의 액체(28)와, 화상전사소자(21)와 전기광학소자(8)간의 액체(30)사이의 온도차를 감소시킬 수 있다. 그 결과, 장치의 환경온도와 관계없이 양호한 화상을 광도전층(8e)에 전사할 수 있다.
제9도는 본 발명의 제2실시예에 의해 전기광학소자를 이용하는 화상표시장치에 사용된 온도보정을 고려한 화상전사수단의 제2예를 도시한 것이다. 음극선관(26)과 화상전사소자(21)는 음극선관의 화상표시부 및 화상전사소자(21)의 입사측유효부와 직면하는 개구부를 가진 제1케이싱(34)과 결합되어 있고 상기 제1케이싱(34)은 제1액체(28)로 충전되어 있으며 음극선관(26)과 화상전사소자(21)에 공기층은 없다.
또 화상전사소자(21)와 전기광학소자(8)도 마찬가지로 화상전사소자(21)의 출사측유효부 및 전기광학소자(8)의 광도전층(8e)의 유효부와 직면한 개구부를 가진 제2케이싱(35)과 결합되어 있고, 상기 제2케이싱(35)은 제2액체(30)로 충전되어 있으며 화상전사소자(21)와 전기광학소자(8)사이에 공기층은 없다.
제1케이싱(34)과 제2케이싱(35)은 모두 2개의 유닛으로 구성된다. 제1케이싱(34)은 전케이싱(34a)과 후케이싱(34b)로 구성되며, 전케이싱(34a)과 후케이싱(34b)사이의 갭은 전케이싱(34a)과 후케이싱(34b)사이에 충전된 탄성중합체(36)의 도움으로 온도변화에 따라 광축에 대해 변화할 수 있다.
제2케이싱(35)도 마찬가지로 전케이싱(35a), 후케이싱(35b) 및 탄성중합체(37)로 구성된다. 제1액체(28)와 제2액체(30)의 굴절률이 온도상승에 따라 변화하고 음극선관(26)과 화상전사소자(21)간의 광학적거리및 화상전사소자(21)와 전기광학소자(8)간의 광학적거리도 변화하기 때문에, 상기 탄성중합체(36)와(37)는 상온에서 광학적거리와 동일한 광축방향으로 수축한다.
액체의 온도변화에 대한 굴절률의 차를 △n, 탄성중합체의 온도변화에 대한 광축방향의 탄성중합체의 길이 변화량을 △d, 상온에서의 광축방향의 액체길이를 d1으로 정의하면 다음의 관계가 얻어진다.
(1-1/△n)(△d+d1)=d1
이와 같이 온도변화에 관계없이 양호한 전사화상이 얻어질 수 있다.
또 탄성중합체는 케이싱(34), (35)의 중심에 배치할 필요는 없지만 단면에 배치해도 된다.
제10도 및 제11도는 각각 본 발명의 제2실시예에 의해 전기광학소자를 이용하는 화상표시장치에 사용된 온도보정을 고려한 화상전사수단의 제3 및 제4예를 도시한 것이다. 여기서 음극선관(26)의 화상표시면과 화상전사소자(21)의 입사측사이의 광학적거리는 화상전사소자(21)의 출사측과 광도전층(8e)사이의 광학적 거리와 항상 같도록 구성되어 있다.
제2실시예의 제2예 내지 제4예에서 설명한 상기 화상전사수단에 있어서, 광축방항의 길이는 탄성중합체에 의해 변화했지만 탄성중합체 대신,온도에 따라 체적이 변하는 것이면 어떤 것이든 사용가능하다. 그렇지 않으면, 벨로우 기구 (bellow mechanism)등과 같이 체적이 변화가능한 케이싱을 설치하고, 또 액체온도 변화로 인한 광학적 길이를 변화를 흡수하는 기구를 이동시킴으로써 동일한 효과를 얻을 수 있다.
[실시예3]
제12도는 본 발명의 제3실시예에 의해 전기광학소자를 이용한 화상표시장치의 구성을 도시한 도면이다.
제3실시예는 판독광학계 있어서 제1 및 제2실시예와 동일한 구성을 하고 있고 화상표시소자로서 음극선관(26)을 사용한다. 음극선관(26)과 화상전사소자(21)는 음극선관(26)의 화상표시면 및 화상전사소자(21)의 입사측유효부와 직면한 개구부를 가진 제1케이싱(27)과 결합되어 있고 제1케이싱(27)의 내부는 제1액체(28)로 충전되어 있으며 제2실시예에서와 같이 음극선관(26)과 화상전사소자(21)사이에 공기층은 없다.
한편, 기록광을 투과하는 평행면유리판(45)은 광축에 대해 수직으로, 또한 화상전사소자(21)와 전기광학소자(8)사이에 광축위에 설치되어 있다. 상기 평행면유리판(45)과 화상전사소자(21)는 상기 평행면유리판(45)의 유효부 및 화상전사소자(21)의 출사측유효부와 직면한 개구부를 가진 제2케이싱(46)과 결합되어 있고 상기 제2케이싱(46)의 내부는 제2액체(47)로 충전되어 있으며 상기 화상전사소자(21)와 상기 평행면유리판(45)사이에 공기층은 없다. 여기서, 상기 평행면유리판(45)과 전기광학소자(8)의 유리베이스(8f)사이의 공기갭은 상기 화상전사소자(21)와 상기 평행면유리판(45)사이의 제2액체(47)로 충전된 갭에 비해 매우 작게 설정된다.
평행면유리판(45)과 전기광학소자(8)사이에 소정의 공기층이 있으면, 상기 평행면유리판(45)과 상기 전기광학소자(8)사이의 경계면에서 소정의 유해광이 발생할 수 있다. 매우 높은 휘도의 광이 판독광으로서 제1광원유닛(1)에서 전기광학소자(8)로 입사할 때, 전기광학소자(8)는 반드시 100%의 광을 반사할 수 있는 것은 아니며 입사광의 일부를 흡수한다. 또한 흡수된 광은 열로 변환되어 전기광학소자(8)의 판독측을 가열한다. 이 온도상승이 클 경우, 제2실시예와 같이 액체를 기록측에 직접접촉시키면, 전기광학소자(8)의 판독측가 기록측사이에 온도는 커지고 상기 전기광학소자(8)에서 소정의 스트레스가 발생하여 결국 투사된 화상의 화질이 열화될 수 있다. 제3실시예에 의하면, 전기광학소자(8)에 액체를 직접 접촉시키지 않기 때문에, 상기 전기광학소자(8)에서의 스트레스뿐 아니라 기타 화상전사수단에서 발생하는 경계면에서의 광학적 손실과 유해광도 최대한도로 억제하여 양호한 전사화상이 얻어진다.
또한 제3실시예에서도 제2실시예에서와 같이 액체의 온도변화에 대해 광학적 성능 유지수단이 응용가능하다는 것은 명백한 일이다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 액정층 및 광도전층을 구비한 전기광학소자를 이용하여 광에 의한 입력상을 광전효과에 의해 투영상으로 변환하는 화상표시장치는, 광축과 평행하게 배열된 복수의 굴절률분포형렌즈와 화상표시소자에 의해 부여된 입사광이 상기 전기광학소자의 광도전층상에 등배전사되도록 상기 전기광학소자와 상기 화상표시소자사이에 배치된 화상전사소자로 구성되며 화질의 열화없이 화상전사수단을 소형화함으로써 장치전체의 소형화가 가능하다. 동시에, 광학전사소자의 양호한 생산성에 의해, 장치를 한층 더 저렴한 가격으로 제공할 수 있다.
또, 화상표시소자로서는, 화상표시면이 편평한 음극선관, 또는 액정패널과 광원과 도파로수단이 조합된 것도 응용가능하다.
음극선관을 이용하는 경우는 화상표시소자와 화상전사소자사이 및 화상전사소자와 전기광학소자사이의 공간에 액체를 충전함으로써 전사화상의 콘트라스트 저하를 방지한다.
일반적으로, 광이 공기중에서 유리로 입사할 때, 광의 수%는 중계면에서 반사된다. 본 발명에 있어서, 화상전사거리는 짧고 음극선관인 경우, 발광의 각은 넓으며 입사광의 각도도 넓다. 그러므로, 화상전사소자의 표면에서의 굴절률은 커지고 반사광은 유해하게 되고, 이에 의해서 전사화상에서 콘트라스트의 저하가 발생하게 된다. 따라서, 전기광학소자와 화상전사소자사이 및 화상전사소자와 화상표시소자사이의 공간에 공기층이 있으면 적어도 각 광입사면 및 각 광출사면에 반사방지막을 설치할 필요가 있다. 그러나, 반사방지막을 설치하여도 광의 입사각이 크고 반사방지막의 최적의 입사각과 다르면, 상기 반사방지막이 항상 효과적인 것은 아니다.
입사각이 넓은 광이 입사하는 상기 구성에서는 전기광학소자와 화상전사소자사이 및 화상전사소자와 화상표시소자사이를 액체로 충전함으로써 공기층이 없다. 액체의 굴절률이 공기보다는 유리의 굴절률에서 보다 근사하게 선택되기 때문에, 유리표면에서의 반사율은 현저히 감소될 수 있다. 이때, 소정의 이유로 액체온도가 변할때 액체의 굴절률은 변화하고 광로길이도 변화하고 따라서 화상의 해상도가 열화한다. 특히, 복수의 굴절률분포형렌즈로 구성된 화상전사소자가 사용되는 경우에, 전사화상은 몇개의 굴절률분포형렌즈에 의해 중첩된 전사화상으로 구성되고, 상기 전사화상의 크기가 등배로 변화하면, 화상은 렌즈에서 렌즈까지의 전사위치가 일탈된 상태로 합성되게 되어 현저한 화질열화가 발생한다. 상기 원인으로 인한 화질열화를 최소한으로 억제하기 위해, 전기광학소자의 광도전층에서의 거리가 화상표시소자의 화상표시면에서의 거리와 같도록 중심에 화상전사소자를 배치해야 할 필요가 있다. 구체적으로는, 화상전사소자와 전기광학소자사이의 액체의 굴절률의 값이 화상표시소자와 화상전사소자사이의 액체의 굴절률의 값과 동일하여야 하고, 즉 두액체의 온도가 동일하게 유지되어야 한다.
그러므로, 화상전사소자와 전기광학소자사이 및 화상표시소자와 화상전사소자사이의 액체는 대류가 가능하도록 설정되어 있다.
화상전사수단은, 전기광학소자와 화상전사소자사이의 공간은 액체로 충전되고, 화상전사소자와 화상표시소자사이의 공간은 원래부터 있던 공기로 충전되도록, 즉 양쪽의 공간을 모두 액체로 채워지지 않도록 형성되어 있으므로, 화상전사소자와 화상표시소자사이의 기계적거리나 또는 전기광학소자와 화상전사소자사이의 기계적거리가 조정가능하다. 또한, 화상전사수단은 전기광학소자와 화상전사소자사이에 설치된 평행면유리판과 화상표시소자사이의 공간이 액체로 충전되도록 형성되어 있고, 상기 액체는 대류가 가능하기 때문에, 온도상승에 관계없이 스크린상에 양호한 화상이 얻어질 수 있다.
본 발명은 , 본 발명의 정신 또는 주요 특징으로부터 벗어남이 없이 그 밖의 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 그러므로, 본 실시예는 모든 점에서 제한되는 것이 아니고 예시로서 간주되고, 본 발명의 범위는 상기 설명에 의해서 보다는 첨부된 청구범위에 의해 나타나고 있고, 따라서 클레임의 균등의 의미와 범위내에 있는 모든 변형을 다음의 클레임에 포함시키고자 한다.

Claims (13)

  1. 화상을 표시하는 화상표시수단과; 광에 의한 입력상을 투영화상으로 변환하고, 또한 액정층과 광도전층을 가지는 전기광학수단과; 상기 화상표시수단위에 표시된 화상을 상기 전기광학수단의 상기 광도전층위에 전사하고, 또한 상기 화상표시수단과 상기 전기광학수단을 횡단하는 광축에 평행한 복수의 굴절률분포형렌즈(graded index lens)를 가지는 화상전사수단을 구비한 화상표시장치에 있어서, 액체는 (a) 상기 전기광학수단과 상기 화상전사수단사이 및 (b) 상기 화상 전사수단과 상기 화상표시수단사이에 배치되고, 상기 액체는 대류가 가능한 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 화상표시수단은 평탄한 표시면을 가지는 음극선관을 포함한 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 화상표시수단은 액정패널, 광원 및 광도파로수단을 포함한 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  4. 제1항에 있어서, 흡광재는 상기 복수의 굴절률분포형렌즈중에서 각각 인접한 굴절률분포형렌즈사이에 배치된 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  5. 제1항에 있어서, 평행면 유리판이 상기 전기광학수단과 상기 화상전사수단사이에 배치되고, 또한 액체는 상기 화상표시수단과 상기 평행면유리판사이에 배치된 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 액체는, 상기 평행면유리판과 상기 화상전사수단사이의 공간 및 상기 화상전사수단과 상기 화상표시수단사이의 공간에서 대류가 가능한 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 복수의 굴절률분포형렌즈는 관형상인 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  8. 제1항에 있어서, 액체는 온도와 굴절률을 가지고 ; 상기 화상전사수단과 상기 화상표시수단사이의 기계적인 거리는, 상기 액체의 온도가 변동하고 상기 액체의 굴절률이 변동하여도 상기 화상전사수단과 상기 화상표시수단사이의 광학적인 거리가 실질적으로 변동하지 않도록, 자동적으로 조정가능한 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  9. 제1항에 있어서, 액체는 온도와 굴절률을 가지고, 상기 화상전사수단과 상기 화상표시수단사이의 기계적인 거리는, 상기 액체의 온도가 변동하고 상기 액체의 굴절률이 변동하여도 상기 화상전사수단과 상기 화상표시수단사이의 광학적인 거리가 상기 전기광학수단과 상기 화상전사수단사이의 광학적인 거리와 실질적으로 동일하게 되도록, 자동적으로 조정가능한 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 화상표시수단위에 표시된 화상은 상기 전기광학수단의 광도전층위에 동일한 크기로 전사되는 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  11. 화상을 표시하는 화상표시수단과; 광에 의한 입력상을 투영화상으로 변환하고, 또한 액정층과 광도전층을 가지는 전기광학수단과; 상기 화상표시수단위에 표시된 화상이 상기 전기광학수단의 광도전층위에 전사되도록 상기 전기광학수단과 상기 화상표시수단사이에 배치되고, 상기 화상표시수단과 상기 전기광학수단을 횡단하는 광축에 평행한 복수의 굴절률분포형렌즈를 가지는 화상전사수단을 구비한 화상표시장치에 있어서, 액체는, 상기 화상전사수단과 상기 화상표시수단사이에 배치되고, 액체는 온도와 굴절률을 가지고; 상기 화상전사수단과 상기 화상표시수단사이의 기계적인 거리는, 상기 액체의 온도가 변동되고 또한 상기 액체의 굴절률이 변동되어도 상기 화상전사수단과 상기 화상표시수단사이의 광학적인 거리가 실질적으로 변동되지 않도록, 자동으로 조정 가능한 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  12. 화상을 표시하는 화상표시수단과; 광에 의한 입력상을 투영화상으로 변환하고, 또한 액정층과 광도전층을 가지는 전기광학수단과; 상기 화상표시수단위에 표시된 화상이 상기 전기광학수단의 상기 광도전층위에 전사되도록 상기 전기광학수단과 상기 화상표시수단사이에 배치되고, 또한 상기 화상표시수단과 상기 전기광학수단을 횡단하는 광축에 평행한 복수의 굴절률분포형렌즈를 가지는 화상전사수단을 구비한 화상표시장치에 있어서, 액체는(a) 상기 전기광학수단과 상기 화상전사장치사이 및 (b) 상기 화상 전사수단과 상기 화상표시수단사이에 배치되고, 액체는 온도와 굴절률을 가지고; 상기 화상전사수단과 상기 화상표시수단사이의 기계적인 거리는, 상기 액체의 온도가 변경되고 상기 액체의 굴절률이 변경되어도 상기 화상전사수단과 상기 화상표시수단사이의 광학적인거리가 상기 전기광학수단과 상기 화상전사수단사이의 광학적인 거리와 실질적으로 동일하게 되도록, 자동으로 조정가능한 것을 특징으로 하는 화상표시장치.
  13. 화상을 표시하는 화상표시수단과; 광에 의한 입력상을 투영화상으로 변환하고, 액정층과 광도전층을 가지는 전기광학수단과; 상기 화상표시수단위에 표시된 화상이 상기 전기광학수단의 상기 광도전층위에 전사되도록 상기 전기광학수단과 상기 화상표시수단사이에 배치되고, 또한 상기 화상표시수단과 상기 전기광학수단을 횡단하는 광학축에 평행한 복수의 굴절률분포형렌즈를가지는 화상전자수단을 구비한 화상표시장치에 있어서, 평행면 유리판은 상기 전기광학수단과 상기 화상전사장치 사이에 배치되고, 또한 액체는 상기 화상표시수단과 상기 평행면 유리판 사이에 배치되고, 또한 상기 액체는 상기 평행면유리판과 상기 화상전사수단사이의 공간 및 상기 화상전사수단과 상기 화상표시수단사이의 공간에서 대류가 가능한 것을 특징으로 하는 화상표시 장치.
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