KR20020005133A

KR20020005133A - 액정디스플레이용 광학장치

Info

Publication number: KR20020005133A
Application number: KR1020000039115A
Authority: KR
Inventors: 고한일
Original assignee: 고한일; 주식회사 아큐픽스
Priority date: 2000-07-08
Filing date: 2000-07-08
Publication date: 2002-01-17

Abstract

본 발명은 액정디스플레이용 광학장치에 관한 것으로서, 광선을 방출하는 광원과, 상기 광원의 상측에 소정의 거리를 두고 위치되어 광선을 화상으로 광 변조시키는 반사형액정판과, 상기 광원 및 반사형액정판의 사이에 위치되어 상기 광원으로부터 조사되는 빛을 상기 반사형액정판에 고르게 투영시키고, 상기 반사형액정판을 통해 광 변조된 광선을 받아 반사시켜 사람의 눈에 전달시키는 반사체로 구성된 것을 특징으로 하며, 반사형액정판을 설치하고, 반사체의 구조를 두 개의 구면을 형성시킴과 동시에 자유곡면을 이루는 프리즘 형태로 구현하여 상기 반사형액정판의 전면에 상기 반사형 액정판과 수평을 이루도록 편광판을 설치하거나, 또는 상기 반사체의 전면에 편광판을 소정의 각도로 기울어지는 구조로 구현함에 따라 그 광학구조가 간단하여 고 배율화가 용이한 이점이 있고, 반사형액정판을 사용함에 따라 고 해상도화가 용이한 이점이 있다.

Description

액정디스플레이용 광학장치{Optical Device for Liquid Crystal Display}

본 발명은 액정디스플레이용 광학장치의 구조를 개선하여 그 구조를 간단히 함과 동시에 고 배율화를 용이하게 할 수 있도록 하고, 또한, 고해상도화가 용이하도록 하는 액정디스플레이용 광학장치에 관한 것이다.

일반적으로, 투과형 액정판은 현재 활용되고 있는 노트북용, PC모니터용LCD(Liquid Crystal Display)인 TFT-LCD(Thin Film Transistor - Liquid Crystal Display)를 나타내는 것으로서, 도 1에 도시한 바와 같이 화소 전극을 구동하는 트랜지스터를 투명한 글라스(1,1′) 위에 형성시키고, 그 글라스(1,1′)의 사이에 액정(3)을 주입시켜 이루어진 것이다.

또한, 반사형 액정판은 도 2에 도시한 바와 같이 각 열(ROW)과 행(COLUMN)을 Matrix로 콘트롤하는 CMOS(Complementry Metal Oxide Semiconductor) 아이씨(I.C)가 실리콘기판(5)위에 실장되어 있으며, 이 실리콘기판(5)위에 액정층(7)을 결합하고, 투명전극인 ITO(Indium Tin Oxide)(9)와 커버글라스(11)를 접합하여 반사형 액정디스플레이를 만든다.

미설명부호(8)는 액정을 배향시키기 위한 배향막을 나타낸다.

이와 같이 구성된 반사형 액정판은 실리콘기판(5)위에 각 CMOS 픽셀(Pixel)전극과 투명전극(9)에 화면의 밝기에 상응하는 전압이 가해지면, 전극 사이의 액정이 전압에 비례하는 상태변화를 일으켜, 일정량으로 들어온 광원의 빛이 액정층(7)을 통과하면서 그 편광 방향이 변조된다.

그 결과로 실리콘기판(5)에서 반사되어 커버글라스(11)를 통해 밖으로 나가는 빛은 그 편광방향이 변조되고 커버글라스(11) 외부에 설치된 편광자에 의해 편광자의 투과방향과 일치하는 광선만 투과하게 되어 밝기를 표시하고, 보통의 투과형 컬러 액정판에서는 화소를 만들어서 풀 컬러(Full Color)를 재현하지만 반사형 액정판에서는 광원을 R,G,B로 순차적으로 조사하여 빠른 속도로 중첩, 투사하여 풀 컬러를 만든다.

종래의 투과형 액정디스플레이용 광학장치는 도 3에 도시한 바와 같이 광원으로 사용되는 형광램프로부터 밝기가 균일한 평면광을 만드는 백라이트유닛(Back Light Unit(13)과, 상기 백라이트유닛(13)의 아래에 설치되어 상기 백라이트유닛(13)에 의해 평면광으로 재현된 광선을 화상으로 광 변조시키기 위한 투과형액정판(15)과, 상기 투과형액정판(15)의 하측에 소정의 각도로 경사지게 설치되어 상기 투과형액정판(15)에 의해 광 변조된 광선을 반사시키는 평면경(17)과, 상기 평면경(17)의 전면에 설치되어 상기 평면경(17)으로부터 입사되는 광선을 반사시키도록 반사면이 오목하게 형성된 구면경(19)으로 이루어져 있다.

이와 같이 구성된 투과형 액정디스플레이용 광학장치는 백라이트유닛(13)에의해 광원으로부터 조사되는 빛을 밝기가 균일한 평면광으로 만들어지고, 그 광선은 투과형액정판(15)을 통과하여 광 변조된 후 소정의 각도로 경사지게 설치된 평면경(17)을 통해 반사되고, 상기 평면경(17)를 통해 반사된 광선은 반사면이 오목하게 형성된 구면경(19)에 의해 또다시 반사되어 사람이 눈으로 전달되게 된다.

또한, 종래의 투과형 액정디스플레이용 광학장치의 또 다른 예는 도 4에 도시한 바와 같이 광원으로 사용되는 형광램프로부터 밝기가 균일한 평면광을 만드는 백라이트유닛(Back Light Unit(13′)과, 상기 백라이트유닛(13′)의 아래에 설치되어 그 평면광을 화상으로 광 변조시키는 투과형액정판(15′)과, 상기 투과형액정판(15′)의 하측에 설치되어 상기 투과형액정판(15′)을 통해 광 변조된 빛을 입사시켜 빛을 반사시키는 반사체(21)로 이루어져 있다.

상기 반사체(21)의 상면(21a)은 자유곡면을 이루고, 나머지 두면(21b,21c)은 오목하게 형성된 구면을 이루고 있어 상기 투과형액정판(15′)으로부터 입사되는 광은 자유곡면(21a)을 통과한 후 구면(21c)에 의해 반사되고, 그 반사된 빛은 다시 구면(21b)에 의해 반사되어 사람의 눈으로 전달된다.

또한, 종래의 반사형 액정디스플레이용 광학장치는 도 5에 도시한 바와 같이

광선을 방출하는 광원(23)과, 상기 광원(23)의 전면측에 설치되어 상기 광원(23)을 통해 조사되는 광선을 받아 반사시키는 직각형상을 한 반사프리즘(25)과, 상기 반사프리즘(25)의 하측에 설치되어 상기 반사프리즘(25)을 통해 전 반사되는 빛을 모아주어 휘도를 높여주는 집광프리즘시트(27)와, 상기 집광프리즘시트(27)의 하측에 설치되어 상기 집광프리즘시트(27)에 의해 휘도가 높아진 광선의 파동렬이 편광축과 평행한 광선만 통과시키는 편광판(29)과, 상기 편광판(29)의 하측에 소정의 각도로 기울어지게 설치되어 상기 편광판(29)을 통과한 광선을 후술하는 반사형액정판으로 통과하도록 해주는 폴라라이징 빔 스프리터(Polarizing Beam Splitter)(31)와, 상기 폴라라이징 빔 스프리터(31)를 통해 반사된 광선을 받아 액정층을 통과시키면서 그 양을 변조시킨 후 반사키는 반사형액정판(33)과, 상기 반사형액정판(33)를 통해 그 양이 변조되어 나온 빛을 사람의 눈에 확대 결상 시켜주는 렌즈(35)로 이루어져 있다.

상기 반사형액정판(33)을 통해 광 변조된 광선은 폴라라이징 빔 스프리터(31)를 통과하게 된다.

이와 같이 구성된 종래의 반사형 액정디스플레용 광학장치는 먼저, 광원(23)으로부터 빛이 조사되면 상기 빛은 반사프리즘(25)의 반사면을 통해 전반사되고, 상기 전반사 된 빛은 집광프리즘시트(27)를 통과하면서 휘도가 높아진 후 편광판(29)에 집광 투영되며, 상기 편광판(29)를 통과하면서 상기 편광축과 수평이되는 파동렬 광선이 상기 편광판(29)을 통해 투영된 후 폴라라이징 빔 스프리터(31)를 통해 반사되어 반사형액정판(33)으로 들어가고, 상기 반사형액정판(33)으로 일정량으로 들어온 빛은 액정층을 통과하면서 그 양이 변조되어 나가게 되고, 그 양이 변조되어 나온 빛은 폴라라이징 빔 스프리터(31)를 투과하여 렌즈(35)에 의해 확대결상되어 사람의 눈에 전달된다.

그러나, 이와 같이 구성된 종래의 투과형 액정디스플레이의 광학장치는 액정소자의 고해상도화가 곤란하고, 고 해상도화 할 경우 그 부피가 커지고 액정소자의 수율(양품률)이 급격히 낮아져서 가격이 상승한다는 문제점이 있다.

또한, 반사형 액정디스플레이의 광학장치는 그 구조가 복잡해서 부피가 커지고, 확대렌즈의 배율에 한계가 있어서 대형 화면으로 확대하는 점이 곤란하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출 된 것으로서, 구조가 간단하여 고 배율화를 용이하게 하고, 고 해상도화를 용이하게 하는 액정디스플레이용 광학장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 액정디스플레이용 광학장치광선을 방출하는 광원과, 상기 광원의 상측에 소정의 거리를 두고 위치되어 광선을 화상으로 광 변조시키는 반사형액정판과, 상기 광원 및 반사형액정판의 사이에 위치되어 상기 광원으로부터 조사되는 빛을 상기 반사형액정판에 고르게 투영시키고, 상기 반사형액정판을 통해 광 변조된 광선을 받아 반사시켜 사람의 눈에 전달시키는 반사체로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 투과형액정판의 구성을 도시한 분리 사시도,

도 2는 일반적인 반사형액정판의 구성을 도시한 분리 사시도,

도 3은 종래의 투과형 액정디스플레이용 광학장치를 도시한 구성도,

도 4는 종래의 투과형 액정디스플레이용 광학장치를 도시한 구성도,

도 5는 종래의 반사형 액정디스플레이용 광학장치를 도시한 구성도,

도 6은 본 발명의 제 1실시 예에 의한 반사형 액정디스플레이용 광학장치를 도시한 구성도,

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 반사형 액정디스플레이용 광학장치를 도시한 구성이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

41,51 : 광원 47,53 : 반사형액정판

45,57 : 반사체 45a,57a : 자유곡면

45b,57b,45c,57c : 구면 43,55,48 : 편광판

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하고자 한다.

도 6은 본 발명의 제 1실시 예에 의한 반사형 액정디스플레이용 광학장치를 도시한 구성도, 도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 반사형 액정디스플레이용 광학장치를 도시한 구성이다.

상기 도 6에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 의한 액정디스플레이용 광학장치는 광선을 방출하는 광원(41)을 구비하고, 상기 광원(41)의 상측에는 상기 광원(41)으로부터 조사되는 빛의 파동렬이 그 편광축과 평행한 광선만을 통과시키는 편광판(43)이 설치되어 있고, 상기 편광판(43)의 상측에는 상기 편광판(43)을 통과한 광선을 고르게 투영시킴과 동시에 후술하는 반사형액정판으로부터 반사되는 빛을 받아 반사시키는 반사체(45)가 설치되어 있고, 상기 반사체(45)의 상측에는 상기 반사체(45)를 통과한 광선을 화상으로 광 변조시키는 반사형액정판(47)이 설치되어 있고, 상기 반사체(45)의 전면에는 상기 반사형액정판(47)을 통해 광 변조된 후 상기 반사체(45)를 통해 반사되어 나오는 광선 중 그 파동렬이 편광축과 평행한 광선만 통과시키는 편광판(48)이 설치되어 있다.

상기 반사체(45)는 상면(45a)이 자유곡면을 이루고 있으며, 그 양측면(45b,45c)은 사람이 전면에서 바라보았을 때 오목하게 형성된 구면을 이루도록 형성되어 있고, 그 바닥면(45d)은 광원(41)으로부터 광선을 반사형 액정판(53)에 전달하기 용이한 형상으로 되어 있다..

이와 같이 구성된 액정디스플레용 광학장치는 먼저 광원(41)으로부터 적색, 녹색, 청색의 빛이 순차적으로 조사시켜 빠른 속도록 중첩 투사시키면 그 광선의 파동렬이 편광판(43)의 편광축과 평행한 광선만 통과하게 되고, 상기 편광판(43)을 통과한 광선은 반사체(45)의 자유곡면(45a)에 의해 반사형액정판(47)으로 고르게 투영되고, 상기 반사형액정판(47)에 의해 화상으로 광 변조되어 반사되어 나오고, 상기 반사형액정판(47)을 통해 반사된 광선은 반사체(45)의 구면(45b,45c)에 의해 이중으로 반사되어 나온 후 편광판(48)에 의해 그 편광축과 평행한 광선만 통과되어 사람의 눈에 전달된다.

다음, 본 발명의 다른 실시 예에 의한 액정디스플레이용 광학장치는 도 7에 도시한 바와 같이 광선을 방출하는 광원(51)을 구비하고, 상기 광원(51)의 상측에는 광선을 화상으로 광 변조시키는 반사형액정판(53)이 소정의 거리를 두고 위치되어 있고, 상기 반사형액정판(53)의 하측에는 상기 반사형액정판(53)을 통해 광 변조되어 나오는 광선의 파동렬이 그 편광축과 평행한 광선만을 통과시키도록 상기 반사형액정판(53)의 전면에 편광판(55)이 설치되어 있고, 상기 편광판(55)의 하측에는 상기 광원(51)으로부터 방출되는 빛을 투영하여 상기 반사형액정판(53)으로 고르게 입사되도록 하고, 상기 반사형액정판(53)을 통해 광 변조 된 광선을 받아반사시키는 반사체(57)가 설치되어 있다.

상기 반사체(57)는 상면(57a)이 자유곡면을 이루고 있으며, 그 양측면(57b,57c)은 사람이 전면에서 바라보았을 때 오목하게 형성된 구면을 이루도록 형성되어 있고, 그 바닥면(57d)은 광원(51)으로 부터의 광선을 반사형 액정판(53)에 전달하기 용이한 형상으로 되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시 예에 의한 액정디스플레이용 광학장치는 먼저, 광원(51)으로부터 적색, 녹색, 청색의 빛을 순차적으로 빠르게 중첩, 투사시키면 그 광선은 반사체(57)를 통해 고르게 투영되고, 그 투영된 광선은 편광판(55)을 통해 그 파동렬이 편광판(55)의 편광축과 수평을 이루는 광선만이 통과되어 반사형액정판(53)에 도달하게 된다.

상기와 같이 반사형액정판(53)에 이른 광선은 화상으로 광 변조된 후 다시 반사되고, 그 반사된 광선은 반사체(57)의 구면(57b,57c)을 통해 이중으로 반사되어 사람의 눈으로 전달된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 액정디스플레이용 광학장치에 의하면, 반사형액정판을 설치하고, 반사체의 구조를 두 개의 구면을 형성시킴과 동시에 자유곡면을 이루는 프리즘 형태로 구현하여 상기 반사형액정판의 전면에 상기 반사형액정판과 수평을 이루도록 편광판을 설치하거나, 또는 상기 반사체의 전면에 편광판을 소정의 각도로 기울어지는 구조로 구현함에 따라 그 광학구조가 간단하여 고 배율화가 용이한 이점이 있고, 반사형액정판을 사용함에 따라 고 해상도화가 용이한 이점이 있다.

Claims

광선을 방출하는 광원과,

상기 광원의 상측에 소정의 거리를 두고 위치되어 광선을 화상으로 광 변조시키는 반사형액정판과,

상기 광원 및 반사형액정판의 사이에 위치되어 상기 광원으로부터 조사되는 빛을 상기 반사형액정판에 고르게 투영시키고, 상기 반사형액정판을 통해 광 변조된 광선을 받아 반사시켜 사람의 눈에 전달시키는 반사체로 구성된 것을 특징으로 하는 액정디스플레이용 광학장치.
제 1항에 있어서,

상기 광원의 상측에는 상기 광원으로부터 조사되는 빛의 파동렬이 그 편광축과 평행한 광선만 통과시키는 편광판이 구성되어 있고,

상기 반사체의 전면에는 상기 반사형액정판을 통해 광 변조된 후 상기 반사체를 통해 반사되어 나오는 광선 중 그 파동렬이 편광축과 평행한 광선만 통과시키는 편광판이 추가로 구성된 것을 특징으로 하는 액정디스플레이용 광학장치.
제 1항에 있어서,

상기 반사형액정판의 하측에는 상기 반사형액정판을 통해 광 변조되어 나오는 광선의 파동렬이 그 편광축과 평행한 광선만을 통과시키는 편광판이 추가로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정디스플레이용 광학장치.
제 1항 내지 제 3항에 있어서,

상기 반사체는 그 상면이 자유곡면을 이루고, 그 양면이 전면에서 바라보았을 때 오목하게 형성 된 구면을 이루고 바닥면은 광원으로부터의 광선을 반사형 액정판에 전달하기 용이하게 전달하기 위한 거의 수평을 이루는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 액정디스플레이용 광학장치.