KR950006359B1 - 컬러액정 표시장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

컬러액정 표시장치

제1도는 본 발명의 한 실시예의 설명에 제공하는 컬러액정표시장치의 모식도.

제2도는 제1도에 표시한 컬러액정표시장치의 액정표시소자의 요부상세도.

제3a,b도는 본 발명의 다른 실시예의 설명에 제공하는 화소전극배열과 마이크로렌즈의 배열의 위치관계를 나타내는 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 백색광원 2 : 구면경

3 : 콘덴서렌즈 4R,4G,4B : 다이크로익미러

5 : 필드렌즈 6 : 투명렌즈

7 : 스크린 10 : 마이크로렌즈어레이

20 : 액정표시소자 21R,21G,21B : 신호전극

22 : 주사전극 23 : 액정층

24,25 : 글라스기판

본 발명은 1매의 액정표시소자에 따른 방위에서 서로 파장역이 상이한 복수의 광속을 조사한 후 이들을 합성하여 컬러표시를 하는 단판식 컬러액정표시장치에 관한 것이고 특히 콤팩트한 투영형 컬러텔레비젼(TV)시스템이나 정보표시 시스템에 적용시키는 것이다.

종래 일반적으로 알려져 있는 투영형 컬러액정표시장치에 대하여 개략설명한다.

종래의 브라운관에 표시된 화상을 스크린에 투영하는 방식, 이른바 투영형 TV에 대신하는 것으로 액정 표시소자를 사용한 투영형 TV의 개발이 이루어지고 이미 시판품이 등장하고 있다. 액정표시소자는 그 자체발광하지 않으므로 별도로 광원를 마련할 필요가 있지만 원리적으로는 그 광원의 밝음에 응하여 얼마든지 밝은 화면을 표시할 수 있다는 특징이 있다.

또 같은 화면사이즈로 브라운관 방식의 투영형 컬러 TV와 비교하면 격단에 소형·경량으로 된다는 특징을 겸하여 갖으므로 금후의 발전이 기대되고 있다.

액정표시소자에는 구동법에 의하여 단순매트릭스방식과 액티브매트릭스방식이 있지만 본 발명은 어느경우도 적용된다.

또 이와같은 액정표시소자를 사용한 투영형 컬러화상표시방식에는 3원색에 응하여 액정표시소자를 3매사용하는 3판식과 1매만 밖에 사용하지 않은 단판식이 있다. 전자의 액정표시소자를 3매사용한 3판식에는 적, 록, 청의 3원색 각기의 색광을 전송하는 광학계와 그 색광을 제어하여 화상을 형성하는 표시소자의 쌍을 각기 독립으로 설치하고 각색의 화상을 광학적으로 서로 겹쳐서 풀컬러표시를 한다. 적, 록, 청, 각기의 색광을 발생원으로하여 개별의 3광원과 컬러필터를 사용한 예가 특개소 60-3291호에 개시되어 있지만 단일한 백색광원의 빛을 다이크로익미러에 의해 적, 록, 청의 3원색의 색광에 분광하여 각기의 색광을 그 색에 대응하는 액정표시소자에 조사하는 것도 가능하며, 이 예는 본 출원인에 의하여 특개소 60-169827호로서 개시되어 있다.

백색광원으로 해서는 할로겐램프, 크세논램프, 메탈헬라이드램프 등이 사용된다.

그 발광스택트럼은 연속 스텍트럼이어도 휘선스텍트럼이어도 좋다.

이 구성에는 공통의 백색광원에서 방사된 빛을 유효하게 이용됨으로 다른 조건이 같다면 후술한 종래의 단판식구성에 비하여 약 3배 밝은 화상이 얻어지지만 단판식보다 부품수가 많아짐으로 코스트 및 장치의 콤팩트의 점에서 단판식에 비하여 일반적으로 불리하다.

또한 여기서 사용하는 다이크로익미러는 글라스등의 투명기판상에 있는 파장역의 빛만을 선택적으로 반사 또는 투과하도록 주지의 박막형성기술에 의하여 유전체다층박막을 형성한 것, 혹은 컬러 TV용의 촬상기에 사용되고 있는 다이크로익 프리즘과 같은 프리짐의 표면에 동일한 파장선택용 유전체 다층 박막을 형성한 것을 편성한 것이다.

이하에서 양자를 포함하여 간단히 다이크로익미러라 칭한다. 한편 후자의 액정표시소자를 1매만큼 사용하는 단판식의 구성에는 직시형의 액정 TV와 같은 모자이크상의 3원색 컬러필터 패턴을 구비한 액정표시소자를 슬라이드 투영기와 같은 광학계에 의하여 투영하는 것으로 예컨데, 특개소 59-131278 및 특개소 59-230383호에 개시되어 있다.

이 방식은 광학계의 구성이 간단하고 사용되는 액정표시소자도 1매 앞으로서 소형의 투영형 시스템에 적합하다.

그러나 이 방식에는 액정표시소자에 조사된 빛의 약 2/3는 컬럼필터에 의하여 흡수 또는 반사된다.

예컨데, 적을 표시하는 화소에는 붉은 컬러필터가 배치되지만 이 붉은 컬러필터로 록 및 청의 빛을 차단한다.

따라서 액정표시소자에의 입사광의 1/3만큼 밖에 이용되지 않는다. 상술의 액정표시소자를 3판식으로 같은 광원을 사용한 경우와 비교하여 화면의 밝음은 약 1/3로 저하한다.

이상의 종래의 투영형 컬러액정표시장치의 개요이지만 단판식 액정표시장치에 있어서 액정표시소자를 백색광으로 조명하고 3원색의 화소의 조마다에 그것에 대응부여한 미소다이크로익미러, 마이크로프리즘 어레이 혹은 회절격자를 배치하는 것에 따라 컬러표시를 하는 구성이 특개소 61-210328호, 특개소 62-293222호, 특개소 62-293223호, 특개소 63-l18125호에 개시되어 있다.

그러나 100 ㎛정도의 피치의 미소다이크로익미러를 형성하는 것은 현실적으로는 대단히 곤란하고 또 마이크로프리즘어레이 또는 회절격자를 사용하여 조명광을 스펙트럼 분해하는 방식으로는 화소의 개구율을 충분히 높이 설정하는 것이 현상에서 곤란함으로 분해된 스펙트럼 성분의 1부만이 이용할 수 없다는 다른 결점이 있다.

본 발명은 단판식투영형 컬러액정 TV 혹은 박형컬러정보표시장치등에 사용되는 컬러액정표시장치의 밝음을 향상시키는 것을 기도하는 것으로 더 저가격의 컬러액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 컬러액정표시장치는 서로 다른 파장역을 갖는 복수의 광속을 서로 다른 방향에서 공통의 액정표시에 입사하는 광조사계를 설치하고, 액정표시 소자에는 서로다른 각도로 투과하는 각 광속을 광속마다에 광변조하는 액정구동수단을 구비하며 또한 액정표시소자의 출사측에는 액정 표시소자를 투과한 각 광속을 표시화면상에서 합성된 컬러화상으로서 형성하기 위한 광학계를 배치한 것을 특징으로 한다.

또 액정표시소자에 입사된 광속은 마이크로렌즈어레이를 이용하는 것에 의하여 입사각에 응하여 마이크로 렌즈를 통과하는 때에 각기 대응하는 색신호가 독립하여 인가되는 신호전극으로 구동되는 액정부위에 광속 마다에 분배조사되도록 구성할 수 있다.

본 발명의 구성에 의하면 단판식의 컬러액정표시장치에서, 표시에 필요한 파장광의 광속을 서로 다른 각도에서 복수선 공통의 액정표시소자에 입사시켜 광속마다에 광변조를 하고 투과된 광속을 합성하는 것에 의하여 표시화면상에 컬러표시가 얻어진다.

이 경우 전광속을 거의 차단하는 것없이 표시에 기여시키는 것이 가능하며 빛의 이용효율이 높고 밝은 컬러화상을 얻을 수가 있다.

본 발명에 의하면 예컨데 백색광원과 적, 록, 청의 3원색을 선택적으로 반사하는 3매의 다이크로익미러 혹은 상호다른 방향보다 조사된 복수의 색광속과 화소배열에 대응하여 각 광속을 광변조하는 액정표시소자에 의해 광원의 빛을 헛됨없이 이용하는 것이 가능하여 단판식의 이점을 살린 콘팩트하고 화면이 대단히 밝은 컬러화상표시장치가 실현된다.

이하 도면을 참고로하여 본 발명의 적합한 실시예를 상세하게 설명한다.

[실시예 1]

제1도는 본 발명의 한 실시예를 표시하는 단판식 투영형 컬러 화상표시장치의 광원부의 모식도이다.

본 실시예의 광원으로는 150W, 아크길이 A_L=5㎜ 아크의 구경 A_Ø=2.2㎜의 메탈 헬라이드램프를 아크가 지면에 수직이 되도록 배치하여 되는 백색광원(1)이 사용된다.

다른 백색광원으로는 할로겐램프나 크세논램프를 사용할 수 있다. 백색광원(1)의 배면에는 구면경(2)이 배치되어 전면에는 구경 80㎜ø, 초점거리 f_c60㎜의 콘덴서렌즈(3)가 배치되어 있다. 구면경(2)의 중심은 백색광원(1)의 발광부의 중심과 일치하도록 배치되며 또한, 백색광원(1)의 발광부의 중심은 큰덴서렌즈(3)의 초점과 일치하도록 배치된다.

이와같은 배치에 의하여 백색광원(1)에서 콘덴서렌즈(3)로 출사한 빛은 거의 평행한 백색광속으로 된다.

이때의 광속의 평행도는 아크길이방향(제1오의 지면에 수직인 방향)에는 약 2.2°,아크의 구경의 방향(제1도의 지면에 평행인 방향)에는 약 1°이다.

콘덴서렌즈(3)의 전방에는 3종의 다이크로익미러 4R, 4G, 4B가 배치되어 있다.

각 다이크로익미러 4R, 4G, 4B는 각기 적, 록, 청의 각 파장대의 빛을 선택적으로 반사하며 그밖에 투과하는 특성을 보유하고, 이 순서로 광축상에 놓여있다.

이하 R, G, B는 각기 적, 록, 청을 나타냄, 이들의 다이크로익미러 4R, 4G, 4B는 주지의 다층박막코팅 기술에 의해 형성된다. 적의 다이크로익미러는 약 600nm보다 장파장, 청은 특 500nm보다 단파장의 가시광을 반사하로 록은 거의 570nm~500nm의 범위를 반사하도록 미러를 구성하는 다층박막의 조건이 설정된다.

백색광원(1)에서 가장 먼곳에 배치된 다이크로익미러(본 실시예의 배치에는 4B)는 남았던 가시광을 반사하면 좋고 타의 파장역의 빛에 대하여는 반사하거나 아니하여도 좋다. 어느 다이크로익미러 4R, 4G, 4B도 적외선이 투과하도록 설계하면 액정표시소자의 온도상승을 저감하는데 효과적이다.

다이크로익미러 4R, 4G, 4B는 본 실시예로는 광축상에서 다이크로익미러 4R에의 입사각이 30°, 전후가 되도록 또다시 각기 서로 평행한 상태에서 지면에 수직인 방향을 회전축으로 하여 순차적으로 몇도씩 기울려서 배치되어 있다.

이 서로 형성된 각도는 후술하는 액정표시소자(20)의 화소의 배열 피치(P) 및 마이크로렌즈(10)의 초점 거리에서 구해진다.

광학계가 이와같은 배치를 잡는 것에 의하여 예컨대 적의 파장역의 빛은 4R에 의하여 반사되어 반사광의 광로상에 배치된 액정표시소자(20)에 부설되어 있는 마이크로렌즈어레이(10)에 다른 각도로 입사하여 록의 파장역의 빛은 4R를 투과후 4G에 의하여 반사되어 재차 4R를 투과하여 동일하게 마이크로렌즈어레이(10)에 다른 각도로 입사하고, 청의 파장역의 빛은 4R, 4G를 투과후 4B에 의해 반사되어 재차 4G, 4R을 투과해서 같은 모양으로 마이크로렌즈어레이(10)에 다른 각도로 입사한다.

이와같이 단일의 백색광원(1)의 빛은 3색의 색광에 분리되어 3방향에서 마이크로렌즈어레이(10)에 입사되는 것으로 된다.

또한, 백색광속의 마이크로익미러 4R, 4G, 4B에 대한 입사각은 종래는 약 45°로 설정되어 있었지만 반듯이 45°이라는 필요는 없고 오히려 본 실시예와 같이 입사각을 적게하는 것이 입사각의 흩어짐에 의한 반사스펙트럼의 시프트를 작게 할 수가 있다.

제2a도에 본 실시예로 사용된 액정표시소자(20)와 마이크로렌즈어레이(10)의 단면의 모식도를 표시한다.

액정표시소자(20)는 제2a도에 표시함과 같이 2매의 글라스기판(24,25)간에 액정층(23)이 봉입되어 이 액정층(23)을 단순 매트릭스구동하기 위한 매트릭스 전극구조를 구성하는 신호전극 21R, 21G, 2lB과 주사 전극(22)의 글라스기판(24,25)의 내면에 배열된 구조를 보유하고 있다.

신호전극 21R, 21G, 21B 및 주사전극(22)은 함께 투명도전막으로 형성되어 있고 신호전극 21R, 21G, 21B에는 각기 R, G, B신호가 입력된다.

또, 신호전극 21R에는 다이크로익미러 4R로 반사되어 적의 반사광이 마이크로렌즈를 통하여 투과되어 신호전극 21G에는 동일한 다이크로익미러 4G로 반사된 록의 반사광이 투과되어 신호전극 21B에는 동일한 다이크로익미러 4B로 반사된 청의 반사광이 투과된다.

제2b도에 신호전극 21R, 21G, 21B의 배열패턴의 평면도을 표시함.

이와같이 본 실시예로는 종래의 모자이크상의 컬러필터를 사용하는 대신에 1개의 광원에서 반사되는 백색 광속을 복수의 색(예컨대 3원색)의 광속으로 분할하고 그것들을 다른 방향에서 액정표시소자(20)의 광원측의 표면에 배치된 마이크로렌즈어레이(10)의 입사시켜 각색의 광속을 개개의 마이크로렌즈(10)에 대하여 다른 위치에 집광시킨다.

이때, 마이크로렌즈어레이(10)에 대한 각색의 광속의 입사각을 다음에 기술하는 바와같이 적절히 고르면 각색의 광속의 집광스폿이 각기 별도의 화소개구부에 입사시킬 수 있다.

이 조건이란 마이크로렌즈의 중심에 핀홀을 둔 경우에 핀홀을 통한 빛이 대응하는 화소개구부의 중심을 통한다는 고건이다.

이 조건은 복수색의 중의 어느 2색에 관하여도 그들의 광속의 입사각을 차를 , θ마이크로렌즈의 공기중에서의 초점거리를, 대응하는 색의 화소간격을 P라하면라고 나타낼 수 있다.

본 살시예로는 1개의 백색광원(1)에서 방사된 백색광속을 복수의 색(예로 3원색)의 광속으로 분할하고 그것들을 다른 방향에서 마이크로렌즈어레이(10)에 입사시킨 수단으로서 분할하는 색의 스펙트럼에 응한 다이크로익미러 4R, 4G, 4B를 거의 평행한 상태에서 상술의 입사각도에 대한 조건을 채우도록 약간 기우려 배치하고 있다.

또, 다이크로익미러 4R, 4G, 4B의 간격은 출사광이 액정표시 소자의 표시영역으로 겹치도록 설정된다.

다음에 본 실시예의 중요한 요소인 마이크로렌즈어레이(10)에 대하여 설명한다.

상술의 액티브매트릭스방식에는 각 화소에 독립한 구동전압을 공급하기 위하여 각 호소에 박막트랜지스터 또는 MIM등의 소자를 마련하여 그들에게 구동신호를 공급하는 라인을 화소와 화소의 사이에 배선하지 않으면 안된다.

또 화소영역이외의 영역에 입사한 빛이 새어나오므로 표시화면의 흑레벨이 떠올라서 컨트래스트가 저하한다.

이것을 방지하기 위하여 통상은 화소이외의 영역에 차광 마스크를 마련하여 표시에 기여하지 않은 빛을 흡수 또는 반사하도록 구성한다.

따라서 표시패널이 같은 조도로 조명된 경우 표시패널의 개구율이 낮은 만큼 화면이 어두워진다는 문제가 생긴다.

이와같은 문제를 해결하는 수단으로서 특개소 60-165621호~165624호에는 「미소렌즈배열」을 표시패널의 광원측에 마련하여 조명광을 각기의 화소영역에 집광하여 조명광의 이용율의 향상을 도모하는 구성이 개시되어 있다.

단 이들의 공보에는 광원의 종류나 조명광의 평행도에 대하여는 기술되어 있지 않고 화상을 투영하는 것에 대하여도 기술되어 있지 않다.

단지 그 구성을 보면 시각이 확대된다는 효과가 기대된다고 미루어 살피게 된다.

또 특개소 60-262131호에는 표시패널의 양측에 각 화소에 대하여 한쌍의 렌즈요소를 마련하여 제1의 렌즈에 의하여 표시패널에 입사한 조명광을 화소영역에 집광하여 표시영역을 통과한 후는 개구수로 정하는 각도로 발산해가는 빛을 제2의 렌즈에 의하여 재차 대부분평행한 광속에 변환하는 것이 개시된다.

한편, 투영형상화표시장치에 있어서 마이크로렌즈어레이를 액정표시소자의 광원측만에 마련한 경우에는 마이크로렌즈어레이에 입사한 대부분 평행한 광속은 수속되어 액정표시소자의 화소영역을 통과하여 화상신호에 응하여 변조를 받은 후 마이크로렌즈의 개구수(NA)에 의하여 정하는 입체각내에 넓어져 가지만 이들의 광속을 수광하도록 투영렌즈의 구경을 고르면 그것에 의하여 액정표시패널을 투과한 빛이 제한된다는 것은 없다.

요컨데 액정표시패널에 입사하여 화소영역을 통과한 빛은 유효하게 이용됨으로 마이크로렌즈가 없는 투영형화상표시장치와 비교하여 밝은 화상이 얻어진다.

이와같은 목적에 사용되는 마이크로렌즈어레이의 형성법이란 이하의 방법이 있다.

(1) 선택적 이온확산에 의한 굴절율 분포형렌즈를 얻는 방법, 이것은 모체로되는 글라스판을 용융염에 침지하고, 글라스 판상에 마련한 마스크를 통하여 클라스판과 용융염과의 사이에 이종의 알카리이온등의 이온을 교환시켜 마이크로 패턴에 대응한 굴절율분포를 갖는 글라스판을 얻는방법(Electronics Letters Vol. 17 No. 13 P452(1981)). 이 방법으로 마이크로렌즈를 형성한 경우에는 렌즈의 외형은가 없음으로 캐나다발삼이나 광경화성수지를 사용하여 공기층을 통하지 않고 액정표시패널로 경쟁할 수 있고, 기판표면에의 반사손실를 거의 무시할 수 있는 정도로 저감된다.

(2) 플라스틱 혹은 글라스를 기계가공 또는 금형에 의하여 성형하는 방법금형은 직접가공하는 이외에 하기(3) 이하의 방법으로 형성된 것을 원형으로하여 전기주조등의 방법에 의하여 전사한 것을 사용하여도 좋다.

(3) 어떤종류의 감광성수지를 패턴상에 노광하였을 때 비노광부에서 노광부에 미반응이 모노머가 이동하여 노광부가 솟아오른다는 현상을 이용하여렌즈를 형성하는 방법(응용물리학회 광학간화회 미소광학연구 그룹기관지 Vol.5 No. 2Pl18(1987), 등 Vol.6 No. 2P87(1988).)

(4) 열가소성수지를 주지의 포퇴그래픽기술등에 의하여 렌즈의 평면형상에 패턴화하여 그후 연화점이상의 온도로 가열하여 유동성을 갖게하고 에지의 찌꺼기를 일으켜서렌즈를 얻는다는 방법, 이 경우 열가소성 수지가 감광성이라면 그 자체를 노광하는 것에 의하여 패턴화하는 것이 된다(특개소 60-38989호, 특개소 60-165623호, 특개소 61-67003호).

(5) 감광성수지에 프럭시머티노광 (포토마스크를 밀착하지 않고 노광시키는 방법)을 하고 패턴의 에지의 변색에 응하여 광반응생성물의 량의 분포를 갖게하여렌즈형상을 얻는방법(특개소 61-153602호).)

(6) 감광수지에 강도분포를 갖는 빛을 조사하고 빛의 강도에 응한 굴절율분포의 패턴을 형성하여 렌즈효과를 갖게하는 방법(특개소 60-72927호). 광조사에 의하여 굴절율의 변화하는 재료에 대하여는 특개소 60-166946호에 개시되어 있다.

(7) 은염에 흰해 감광성을 부여한 감광성글라스에 대하여 패턴화된광조사를 하고 그것보다 생성된 은의 결정핵을 열처리에 의하여 성장시켜 그것에 의하여 일으키는 글라스의 결정화에 따라가는 체적수축을 이용하여렌즈를 얻은 방법(Applied Optics Vol.24 No.16P2520(1985)).

더욱더 이와같은 마이크로렌즈어레이와 모자이크상 컬러필터와를 편상하여 액정표시소자에 적용하는 것이 특개고 61-208080호, 특개소 62-94826호, 특개소 62-203126호, 특개소 62-267791호, 특개소 62-267723호등에 개시되어 있다.

단 투영형표시장치에 적용하는 것에 대하여는 명확히 언급되어 있지 않다.

또 전 4건의 공보에는 화소와 컬러필터와 마이크로렌즈와는 한쌍에 대응하고 있어 5건째의 공보로는 병열한 3개의 착색화소에 걸치는 구경의 투명수지에서 되는 마이크로렌즈를 색필터의 위에 마련한 것이 특징으로되어 있다.

제2도에는 간단히 하기 위해 액정표시소자(20)의 구성요소인 편광판배향막등은 생략하고 있다.

본 실시예로는 주사전극선수 220선, 주사전극 피치 200㎛, 신호전극선수 600선, 신호전극 피치 100㎛의 슈퍼트위스티드 ㆍ네마틱모드(STN)로 동작하는 단순매트릭스형 액정표시소자를 사용함. 본 발명에는 종래의 단판식과 달리 액정표시소자에는 컬러필터를 부가할 필요가 없지만 구동신호의 색의 할당은 종 스트라이프형으로서 각 대응하는 신호전극 21R, 21G, 2lB에 인가된다.

이것에 대응하는 마이크로렌즈어레이(10)로서 신호전극 21R, 21G, 21B 3개분으로 상당한 300㎛의 종방향의 렌티큘러렌즈(포로상의 렌즈가 평행으로 배열된 것)을 이온교환법에 의하여 투명기판에 배열한 렌티큘러렌즈기판이 사용된다.

그 초점거리는 액정표시소자(20)의 글라스기판(24)의 두께 t=1.1㎜와 거의 같도록 설정된다. 단 마이크로렌즈의 초점거리를 공기중에서 측정하면 t/n=1.1㎜/1.5≒ 0.72㎜로 된다. 여기서 n는 액정표시소자기판의 굴절율를 표시한다.

이것을 렌티큘러렌즈의 축방향과 액정표시소자의 신호전극의 긴방향이 평행하게 되도록 액정표시소자(20)의 광입자측 표면에 접착하였다.

마이크로렌즈어레이(10)의 사시도를 제2c도에 표시한다. 상기 마이크로렌즈어레이(10)에 소정의 방향에서 평행광속을 조사하면 각 마이크로렌즈의 광축이 액정층과 교차하는 위치에 렌티큘러렌즈의 피치에 대응하여 300㎛ 간격의 라인상에 각 광속이 집광된다.

이 집광라인의 폭 W는

W=A_Ø(광원의 아크의 경)×(마이크로렌즈의 초점거리)/f_c(콘덴서렌즈의 초점거리)

=2.2㎜×0.72㎜/60㎜=26.4㎛

로 되어 스트라이프상의 신호전극의 폭의 중에 수속된다. 다음에 최초의 방향에서 θ=tan^-1(100/720) ≒8°기울인 방향에서 평행광속들 조사하면 최초의 집광라인의 각기 100㎛횡으로 집광라인이 형성되어 이웃의 신호전극내에 수속된다.

따라서 8°만큼 달라진 3방향에서 3원색의 평행광속으로 마이크로렌즈어레이(10)를 조사하면 3원색의 집광라인이 100㎛간격으로 순차인접한 신호전극상에 형성된다.

거기서 각 신호전극을 그 위에 형성되는 집광라인의 색으로 대응한 영상신호로 구동하면 각색의 빛은 그의 신호에 응하여 강도가 변조된다.

이 빛은 다시 투영렌즈(6)에 의해 스크린(7)의 투영되어 컬러화상표시가 이루어 진다.

투영렌즈(6)의 구경을 작게하기위하여 액정표시소자(20)의 직후에 필드렌즈(5)를 놓고 액정표시소자(20)를 통과하여 넓혀가는 빛을 수속하여도 좋다.

종래의 모자이크상 또는 스트라이프상의 컬러필터를 구비한 단판식 액정표시소자에는 화소전극의 위 또는 밑에 3원색의 어느경우의 컬러필터가 형성되어 있고 액정표시소자에 입사된 빛의 약 2/3은 차단되어 있었지만 본 실시예로는 입사광은 모두 이용됨으로 표시의 밝음은 종래의 약 3배로 향상되었다.

[실시예 2]

실시예 1로 사용한 단순매트릭스형 액정표시소자의 대신에 주지의 매트릭스상에 배열된 구형화소를 스위칭하는 아모퍼스ㆍ실리콘반도체 박막트랜지스터를 통하여 다이내믹 표시구동된 트위스티드ㆍ네마틱모드(TN)의 액티브매트릭스형 액정표시소자를 사용한 실시예에 대하여 설명한다.

화소피치는 종횡들 100㎛화소개구부의 크기는 종 50×횡 70㎛, 화소수는 종 450×횡 600의 델타배열로 하였다. 화소의 개구율은 35%로 된다.

광원부 및 다이크로익미러의 배치는 실시예 1과 동일하지만 광원이되는 메탈헬라이드램프의 아크의 방향은 지면과 평행으로 하였다.

화소배열이 델타배열의 경우에는 레티큘러렌즈는 부적당하고 개개의 마이크로렌즈의 형상은 반듯이 그것에 대응하는 화소의 세트의 형과 상사형이란 필요는 없음으로 구면렌즈의 외주부가 상호로 융합한 6각형의 마이크로렌즈를 주밀하게 배열한 마이크로렌즈어레이를 이온교환법에 의해 제작하였다. 제 3a도에 화소 배열과 마이크로렌즈어레이의 상대적인 위치 관계의 에를 표시한다.

그림에서 화소는 정방형의 연와적상으로 배열되어 있고 마이크로렌즈어레이는 6각형의 마이크로렌즈가 벌집모양의 단상으로 배열되어 있다.

록의 빛은 액정표시소자 및 마이크로렌즈어레이에 수직(그림에서는 지연에 수직)으로 조사되어 각 마이크로렌즈이 광축상에 배치되어 있는 록의 화소내에 집광스폿이 형성된다. 적 및 청의 빛은 록의 빛에 대하여 각기 좌우 8°경사된 방향에서 조사되어 록의 화소내에 각기의 색의 빛의 집광스폿이 형성된다.

이와같이하여 적, 록, 청의 각 화소에 각기 색의 광속이 집광된다.

집광스폿의 크기는 실시예 1과 동일한 계산에 의해 60㎛ ×26.4㎛로 되어 화소개구부내에 수납된다.

역시, 제3a도의 예로는 1개의 마이크로렌즈에서 집광된 3원색의 집광스폿은 횡으로 3개 나란히 세우지만 제 3b도에 표시함과 같은 3화소를 1조로 하여 각기에 대응하는 색광을 집광시키도록 하여도 좋다.

이 경우에는 제1도에 표시하고 있는 다이크로익미러의 면법선의 방향을 지면에서 기울게 할 필요가 있지만 마이크로렌즈의 광축과 각색의 입사광을 이루는 각은 작아짐으로 마이크로렌즈의 수차는 저감된다.

또 다이크로익미러에 의한 색분해의 순서는 필히 이 실시예의 순서로 한정되는 것은 아니다.

더욱더 본 실시예에는 백색광을 3원색으로 분해하는 예를표시하였지만, 본 발명은 그래픽표시용에 4색이상으로 분해할만한 구성에 적용하는 것도 가능하다.

마이크로렌즈의 주밀배열을 헝성하는 기술은 본건 출원인 이외에 의해 평성원년 10월 23일에 출원되어 있다(특원평 1-275410 일본판초자(주)과 공동출원).

이 방법에 의하면 개개의 마이크로렌즈의 경계선은 인접하는 마이크로렌즈의 중심간을 묶는 선분의 수직 2등분선으로 된다. 상기 각 실시예는 투영형 컬러액정표시장치에 대하여 설명하였지만 본 발명은 투영형 이외에 액정표시소자의 출사측에 산란투과판을 통하여 표시화면을 형성하여 각 투과광속이 합성 산란되어 표시화면상에 컬러화상을 형성하도록하면 직시형의 표시장치라하여 이용하는 것도 가능하다.

또 마이크로렌즈를 이용하는 것에 의하여 다른 각도보다 입사된 색광속을 대응하는 색신호가 공급되는 컬러표시전극에 광속마다에 분배조사시키는 구성으로 되어 있지만 광화이버등의 도광부재를 이용하는 것에 따라 색광속을 대응하는 컬러표시전극에 분배하도록 구성하여도 좋고 또 컬러표시전극에 도광기능을 부가하여 특정의 방향보다 조사된 광속만을 투과하는 이외에 반사 혹은 흡수하도록 빛을 가이드시키는 것에 의해 대응하는 각도로 투과되어온 색광속만이 이 컬러표시전극을 투과하도록 구성하여도 놓다.

상기 실시예로 표시함과 같은 구성의 단판식 투영형컬러액정표시장치와 마이크로렌즈어레이를 사용하지 않고 모자이크상 컬러필터를 구비한 종래의 단판식 투영형 컬러액정표시장치와를 비교하면 표시화면이 밝아짐은 약 7.5배로 되었다.

이 밝은 향상의 효과는 종래의 장치에는 모자이크상 컬러필터에 의해 잘려진 약 2/3의 빛도 유효하게 이용되도록 된것에 의한 밝은 향상효과의 약 3배와 종래는 화소의 개구율이 35%밖에 없었음으로 액정표시소자에 입자한 빛의 남어지 65%는 차광막에 의해 차단되어 쓸데없이 되어 있었으나 마이크로렌즈의 집광효과에 의해 화소개구부내에 입사광의 대부분을 모아 유효이용되도록된 효과의 약 2.5배라 하는 곱이라고 생각된다.

본 발명으로는 조병광의 평행도가 나쁜경우나 미광 결국 상정되어 있는 방향이란 다른 방향에서의 빛이 액정표시소자에 입사하면 표시한 컨트래스트의 저하나 색순도의 저하를 일으키는 가능성이 있으므로 필요에 응하여 광원에서의 백색광을 콘덴서렌즈로 일단 스포트에 집광하여 스릿 또는 핀ㆍ홀등에서 불요한 빛을 차단하여도 좋다.

또 백색광을 분할하는 대신에 3원색의 3광원을 사용하여 다른 방위에서 액정표시소자를 조사하도록 구성하여도 좋다.

본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징에서 이탈하는 것없이 타의 여러가지형으로 실시할 수가 있다.

따라서 상술의 실시예는 모든 점으로 단순한 예시에 지나지 않고 본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 표시하는 것으로 명세서본문에는 하등에 구속안된다.

더한층 특허청구의 범위의 균등범위에 속하는 변형이나 변경은 모든 본 발명의 범위내의 것이다.

Claims (10)

1. 표시화면상에 화상을 나타내기 위한 컬러액정표시장치에 있어서, 빛을 생성하기 위한 광원과, 빛을 다른 파장역의 복수의 광속으로 분할하기 위한 복수매의 다이크로익미터와, 다른 파장역의 복수의 광속을 수속하기 위한 액정표시 소자를 구비하고, 상기 광속은 서로 다른 방향에서 액정표시소자로 입사되고, 상기 액정표시소자는 그를 통해서 전송되는 상기 광속을 변조하기 위한 액정구동수단을 포함하며, 상기 광입사측상에 있는 상기 액정구동 수단에 배열한 광학수단이 액정표시소자의 화소에 상기 광속을 집속시키도록 해서 합성된 컬러화상이 표시화면상에 형성될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한 컬러액정표시장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 복수매의 다이크로익미러를 사용하여 광속을 복수의 파장역을 나누어, 각 파장역의 광속을 다른 방향에서 공통의 상기 액정표시소자로 입사하는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
3. 제2항에 있어서, 3배의 상기 다이크로익미러를 사용하여 광속의 파장역을 600nm보다 긴 파장, 500~570nm의 파장 및 500nm보다도 짧은 파장에 나누어, 각 파장역의 광속을 다른 방향에서 공통의 상기 액정표시소자에 입사하는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 액정표시소자에는 색마다에 독립한 표시신호가 인가되어 액정의 구동되는 신호전극 및 다른 각도에서 입사된 각 광속을 대응하는 색의 상기 신호전극에서 구동되는 액정부위의 각기에 투과시킨 마이크로렌즈어레이를 구비하여 되는 컬러액정표시장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 마이크로렌즈어레이가 둥굴절율이 글라스 또는 플라스틱을 기계적으로 가공한 것에서 되는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 마이크로렌즈어레이가 선택적 이온확산에 의한 굴절을 분포형렌즈에서 되는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
7. 제4항에 있어서, 상기 마이크로렌즈어레이가 렌티큘렌즈에서 되고 상기 신호전극이 스트라이프상의 것에서 되는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.
8. 제4항에 있어서, 상기 마이크로렌즈어레이가 허니캄상의 렌즈에서 되고 상기 신호전극이 모자이크상의 것에서 되는 것을 특징으로하는 컬러액정표시장치.
9. 제5항에 있어서, 상기 마이크로렌즈어레이가 렌티큘러렌즈에서 되고 상기 신호전극이 스트라이프상의 것에서 되는 것을 특징으로하는 컬러액정표시장치.
10. 제6항에 있어서, 상기 마이크로렌즈어레이가 허니캄상의 렌즈에서 되고 상기 신호전극이 모자이크상의 것에서 되는 것을 특징으로 하는 컬러액정표시장치.