KR20040069578A - 반사형 액정 디스플레이와 이를 이용한 프로젝션 시스템 - Google Patents
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Abstract
디지털 구동에 적합하도록 개선된 반사형 액정 디스플레이 및 이를 구비한 프로젝션 시스템에 관한 것으로서, 스위칭 소자인 반도체 집적 회로를 구비하는 반도체 하부 기판과, 액정층을 사이로 반도체 하부 기판에 일체로 조립되는 상부 기판과, 액정층에 대향하는 상부 기판의 일면에 형성되는 투명 전극과, 액정층에 대향하는 반도체 하부 기판의 일면에 형성되며 반도체 집적 회로와 전기적으로 연결되는 반사 전극들을 구비하는 반사형 액정 셀과; 반사형 액정 셀 전면에 배치되어 편광된 빛을 반사형 액정 셀에 제공하는 편광자를 포함하며, 다음의 조건을 만족하는 반사형 액정 디스플레이를 제공한다.
0.2 < Δnd(㎛) < 0.3, α= 90°, β=18°
여기서, Δnd는 액정 셀의 위상 지연(retardation)을 나타내고, α는 액정의 꼬임각을 나타내며, β는 편광자의 편광 방향과 액정 셀 상부 기판의 러빙축 사이의 각도를 나타낸다.
Description
본 발명은 반사형 액정 디스플레이와 이를 구비한 프로젝션 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 백색의 휘도 저하를 최소화하여 디지털 구동에 적합하도록 개선된 반사형 액정 디스플레이 및 이를 이용하여 소정의 이미지를 구현하는 프로젝션 시스템에 관한 것이다.
반사형 액정 디스플레이의 한 종류로 반도체 기판 위에 액정 셀을 형성한 이른바 엘코스(LCOS; liquid crystal on silicon, 이하 편의상 'LCOS'라 한다)가 공지되어 있다. LCOS는 각 화소의 구성 요소와 스위칭 회로를 고집적으로 배치하고 있어 대략 1인치 정도의 소형 크기로 XGA급 이상의 고해상도 화면을 구현할 수 있다.
따라서 프로젝션 시스템의 소형화를 위해 프로젝션 시스템의 디스플레이 장치로 LCOS를 적용하려는 노력이 진행되고 있으며, LCOS를 적용한 프로젝션 시스템 가운데 적(R), 녹(G), 청(B) 광별로 3개의 LCOS를 구비하고, 각각의 LCOS가 구현한 단색의 영상들을 칼라 영상으로 합성하여 스크린으로 확대 투사하는 이른바 3-패널 방식이 공지되어 있다.
한편, 최근들어 LCOS를 포함한 액정 디스플레이 분야에서 아날로그 구동에 비해 계조 표현이 용이하고 회로 구성이 간단하여 제조 원가면에서 유리한 디지털 구동을 선택하고 있는 추세이며, LCOS를 구비한 3-패널 방식의 프로젝션 시스템에도 동일하게 적용되고 있다.
그러나 디지털 방식으로 구동하는 액정 디스플레이는 계조에 따른 구동 특성상 백색 표현시 최소한의 단위가 켜져있기 때문에 액정에 어느 정도의 전압(대략, 1.1∼1.4V)이 가해지게 된다.
따라서 액정 디스플레이가 노말리 화이트(normally white; 전압 무인가 상태에서 백색을 표시하는 모드)와 노말리 블랙(normally black; 전압 무인가 상태에서 흑색을 표시하는 모드) 가운데 특히 노말리 화이트 모드로 설정된 경우, 액정 디스플레이가 표시하는 백색의 휘도는 전압 무인가 상태에서 표시되는 백색의 휘도보다 낮아지는 문제가 발생한다.
반사형 액정 디스플레이의 경우 상기 휘도는 반사율로 표시되며, 통상적으로 반사율을 포함한 액정 디스플레이의 광학 특성은 액정 셀의 위상 지연(retaration, Δnd, 여기서 Δn은 액정의 복굴절을 의미하고, d는 셀 갭을 의미한다), 액정의 꼬임각(twisted angle), 편광자(polarizer)의 편광 방향과 액정 셀 상판의 러빙축 사이의 관계 등 액정 셀의 광학 조건을 변경하는 것으로 조절이 가능하다.
이와 관련한 선행 기술로 미국특허 5,933,207호가 MTN(mixed-mode twisted nematic) 액정을 사용하는 반사형 액정 디스플레이의 광학 조건(구체적으로 액정 셀의 Δnd, 액정의 꼬임각, 편광자의 편광 방향에 대한 액정 셀 상판의 러빙축 사이의 각도 등)을 개시하고 있다.
그러나 본 발명자의 실험 결과, 위 선행 특허에 개시된 광학 조건은 노말리 화이트 모드에서 전압 무인가시 최대의 반사율을 나타내며, 전압 인가 상태에서 반사율이 감소하여 디지털 구동시 전술한 휘도 손실을 나타내는 것으로 확인되었다. (위 선행 특허에 개시된 광학 조건을 비교예로 하여 본원 발명의 상세한 설명에 본원 발명과의 휘도 차이를 비교 설명하였다.)
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 노말리 화이트 모드에서 백색의 휘도 저하를 최소화하여 디지털 구동에 적합하도록 개선된 반사형 액정 디스플레이 및 이를 이용하여 소정의 이미지를 구현하는 프로젝션 시스템을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 프로젝션 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시한 3개의 반사형 액정 디스플레이 가운데 어느 한 액정 디스플레이의 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시한 액정 셀의 부분 확대 단면도이다.
도 4는 상부 기판의 러빙축과 반도체 하부 기판의 러빙축을 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반사형 액정 디스플레이(실시예)와 종래 기술에 의한 반사형 액정 디스플레이(비교예) 각각에서 인가 전압에 따른 반사율 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 도 5의 부분 확대도이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
백색광을 방출하는 광원과, 광원에서 나온 백색광을 적(R), 녹(G), 청(B) 광으로 분리시키는 제1, 2 다이크로익 미러와, 분리된 R, G, B 광 경로상에 배치되며 편광자 및 편광자의 일면에 배치되고 상, 하부 기판 사이에 액정층을 마련한 반사형 액정 셀을 구비하여 단색의 영상을 구현하는 3개의 반사형 액정 디스플레이와, 반사형 액정 디스플레이가 구현한 단색의 영상들을 칼라 영상으로 합성하는 영상 합성부와, 영상 합성부에서 나온 칼라 영상을 스크린으로 확대 투사하는 투사 렌즈계를 포함하며, 반사형 액정 디스플레이가 다음의 조건을 만족하는 프로젝션 시스템을 제공한다.
0.2 < Δnd(㎛) < 0.3, α= 90°, β=18°
여기서, Δnd는 액정 셀의 위상 지연(retardation)을 나타내고, α는 액정의 꼬임각을 나타내며, β는 편광자의 편광 방향과 액정 셀 상부 기판의 러빙축 사이의 각도를 나타낸다.
상기 편광자는 편광 빔 스플리터로 이루어지고, 반사형 액정 셀은 내부에 스위칭 소자인 반도체 집적 회로를 구비하는 반도체 하부 기판과, 액정층을 사이로 반도체 하부 기판에 일체로 조립되는 상부 기판과, 액정층에 대향하는 상부 기판의일면에 형성되는 투명 전극과, 액정층에 대향하는 반도체 하부 기판의 일면에 형성되며 반도체 집적 회로와 전기적으로 연결되는 반사 전극들과, 투명 전극과 반사 전극들 표면에 각각 형성되는 상, 하부 배향막을 포함한다.
바람직하게, 상기 액정층은 MTN(mixed-mode twisted nematic) 액정 물질로 이루어진다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
스위칭 소자인 반도체 집적 회로를 구비하는 반도체 하부 기판과, 액정층을 사이로 반도체 하부 기판에 일체로 조립되는 상부 기판과, 액정층에 대향하는 상부 기판의 일면에 형성되는 투명 전극과, 액정층에 대향하는 반도체 하부 기판의 일면에 형성되며 반도체 집적 회로와 전기적으로 연결되는 반사 전극들과, 투명 전극과 반사 전극들 표면에 형성되는 상, 하부 배향막을 구비하는 반사형 액정 셀과, 반사형 액정 셀 전면에 배치되어 편광된 빛을 반사형 액정 셀에 제공하는 편광자를 포함하며, 다음의 조건을 만족하는 반사형 액정 디스플레이를 제공한다.
0.2 < Δnd(㎛) < 0.3, α= 90°, β=18°
여기서, Δnd는 액정 셀의 위상 지연(retardation)을 나타내고, α는 액정의 꼬임각을 나타내며, β는 편광자의 편광 방향과 액정 셀 상부 기판의 러빙축 사이의 각도를 나타낸다.
바람직하게, 상기 편광자는 편광 빔 스플리터로 이루어지고, 상기 액정층은 MTN(mixed-mode twisted nematic) 액정 물질로 이루어진다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 프로젝션 시스템의 개략도이다.
도시한 바와 같이, 프로젝션 시스템은 백색광을 방출하는 광원(2)과, 백색광을 적(R), 녹(G), 청(B) 광으로 분리시키는 제1, 2 다이크로익 미러(4, 6)와, 분리된 R, G, B 광 경로상에 각각 위치하여 단색의 영상을 구현하는 3개의 반사형 액정 디스플레이(8a, 8b, 8c)와, 3개의 반사형 액정 디스플레이(8a, 8b, 8c)가 구현한 단색의 영상들을 칼라 영상으로 합성하는 영상 합성부(10)와, 영상 합성부(10)에서 나온 칼라 영상을 스크린(12)으로 확대 투사하는 투사 렌즈계(14)를 포함한다.
바람직하게, 광원(2)과 제1 다이크로익 미러(4) 사이에는 광학 필터(16)와 한쌍의 플라이-아이 렌즈(18) 및 편광 변환계(PCS; polarization conversion system)(20)로 이루어지는 조명계(22)가 위치하여 백색광의 이용 효율을 높인다.
보다 구체적으로, 상기 광학 필터(16)는 광원(2)에서 나온 백색광 가운데 자외선과 적외선을 차단하여 가시광 파장의 빛을 선택적으로 투과시키며, 한쌍의 플라이-아이 렌즈(18)는 백색광의 밝기 균일성을 향상시킨다. 그리고 편광 변환계(20)는 불안정한 편광 상태의 빛을 반사형 액정 디스플레이(8a∼8c) 구동에 유리한 안정된 편광 상태의 빛으로 변환시키는 역할을 한다.
이로서 제1 다이크로익 미러(4)에는 밝기와 편광 균일성이 향상된 가시광 파장의 빛이 제공되며, 제1 다이크로익 미러(4)는 제공받은 백색광 가운데 청색광(B)을 투과하고, 녹색(G)과 적색광(R)을 반사하여 청색광을 분리시킨다. 그리고 제2 다이크로익 미러(6)가 R/G 광 경로상에 배치되어 적색광(R)을 투과하고 녹색광(G)을 반사하여 두가지 광을 분리시킨다.
이와 같이 조명계(22)에서 나온 백색광은 제1, 2 다이크로익 미러(4, 6)에 의해 R, G, B 광으로 분리되며, 분리된 각각의 R, G, B 광 경로상에 본 발명이 제공하는 반사형 액정 디스플레이(8a∼8c)가 위치하여 단색의 영상들을 구현한다.
그리고 반사형 액정 디스플레이들(8a∼8c)이 구현한 단색의 영상들은 X-큐브와 같은 영상 합성부(10)에 제공되어 칼라 영상으로 합성되고, 영상 합성부(10) 다음에 배치된 투사 렌즈계(14)가 칼라 영상을 스크린(12)으로 확대 투사하여 스크린(12) 상에 소정의 이미지를 구현한다.
도 2는 도 1에 도시한 3개의 반사형 액정 디스플레이 가운데 어느 한 액정 디스플레이, 일례로 R 광 경로상에 위치하는 반사형 액정 디스플레이의 개략도이고, 도 3은 도 2에 도시한 액정 셀의 부분 확대 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명이 제공하는 반사형 액정 디스플레이(8a)는 광의 편광 기능을 갖는 편광자(polarizer), 바람직하게 편광 빔 스플리터(24)와, 편광 빔 스플리터(24)의 일면에 배치되며 액정 물질을 보유하여 소정의 이미지를 구현하는 반사형 액정 셀(26)로 이루어지며, 반사형 액정 셀(26)은 바람직하게 반도체 기판 위에 액정 셀을 형성한 LCOS로 이루어진다.
상기 편광 빔 스플리터(24)는 제공받은 빛을 S-편광 빛과 P-편광 빛으로 분리시키고, 이 가운데 반사 효율이 우수한 S-편광 빛을 LCOS(26)에 제공한다. 이러한 편광 빔 스플리터(24)는 빛이 통과하는 어느 일면에 편광판(미도시)을 구비하여 선편광 효율을 좋게 할 수 있다.
그리고 LCOS(26)는 도 3에 도시한 바와 같이, 내부에 스위칭 소자인 반도체 집적 회로(28)를 구비하는 반도체 하부 기판(30)과, 액정층(32)을 사이로 반도체 하부 기판(30)에 일체로 조립되는 상부 기판(34)과, 액정층(32)에 대향하는 상부 기판(34)의 일면에 형성되어 공통 전극으로 기능하는 투명 전극(36)과, 투명 전극(36) 표면에 형성되는 상부 배향막(38)과, 액정층(32)에 대향하는 반도체 하부 기판(30)의 일면에 형성되어 화소 전극으로 기능하는 반사 전극들(40)과, 반사 전극들(40) 표면에 형성되는 하부 배향막(42)을 포함한다.
상기 반사 전극(40)과 반도체 집적 회로(28)는 각 화소별로 구비되고, 서로 전기적으로 연결된다. 이로서 반도체 집적 회로(28)가 해당 화소의 반사 전극(40)으로 구동 신호를 인가하면, 반사 전극(40)은 투명 전극(36)과 함께 액정층(32)에 전계를 인가하여 화소별 광 투과율을 변화시키며, LCOS(26)가 구현한 이미지는 반사 전극(40)에 의해 반사되어 편광 빔 스플리터(24)를 향한다.
전술한 구성의 반사형 액정 디스플레이에 있어서, 본 발명자는 반사형 액정 디스플레이의 광학 조건을 변경하여 디지털 구동시 백색의 휘도 저하가 최소화되는 광학 조건을 구하였으며, 다음의 수학식에 본 실시예에 의한 반사형 액정 디스플레이의 광학 조건을 나타내었다.
여기서, Δnd는 LCOS의 위상 지연(retardation)을 나타내고, α는 액정의 꼬임각을 나타내며, β는 편광 빔 스플리터(24)의 편광 방향과 LCOS 상부 기판(34)의러빙축 사이의 각도(도 4에 표시)를 나타낸다. 이 때, 편광 빔 스플리터(24)의 편광 방향은 통상 LCOS(26)의 수평축(도면에서 X축)과 평행하며, 도 4에서 LCOS 상부 기판의 러빙축을 A 화살표로 나타내었다.
상기 LCOS(26)는 바람직하게 MTN(mixed-mode twisted nematic) 액정 물질을 사용하여 액정층(32)을 구성하며, 전압 무인가 상태에서 백색을 표시하는 노말리 화이트 모드로 설정된다. 또한 LCOS(26)는 상부 기판(34)과 반도체 하부 기판(30)의 러빙축이 직교하도록 결합되어 액정의 꼬임각이 90°가 되도록 한다. 즉, LCOS(26)는 도 4에 도시한 바와 같이 상부 배향막의 러빙축(A)과 하부 배향막의 러빙축(B)이 직교하도록 결합한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반사형 액정 디스플레이(실시예)와 종래 기술에 의한 반사형 액정 디스플레이(비교예) 각각에서 인가 전압에 따른 반사율 특성을 나타낸 그래프이고, 도 6은 도 5의 부분 확대도이다. 이 때, 비교예의 광학 특성을 다음의 수학식 2에 나타내었으며, 그래프에서 반사율이 높은 것이 높은 휘도를 의미한다.
여기서, Δnd와 α 및 β의 정의는 전술한 수학식 1과 동일하다.
도시한 바와 같이, 실시예와 비교예의 반사형 액정 디스플레이 모두는 전압이 인가될수록 반사율이 낮아져 흑색을 표시하는 노말리 화이트 모드를 나타내며,액정층에 0∼4V의 전압이 인가될 때, 실시예의 반사형 액정 디스플레이가 대략 1.1V 이상의 전압 조건에서 비교예의 반사형 액정 디스플레이보다 높은 반사율, 즉 높은 휘도를 구현하고 있음을 알 수 있다.
이로서 실시예와 비교예의 반사형 액정 디스플레이가 디지털 방식으로 구동할 때, 본 실시예의 반사형 액정 디스플레이가 비교예의 반사형 액정 디스플레이보다 1.1V 이상의 전압 조건, 특히 1.1∼1.4V의 전압 조건에서 높은 반사율을 나타내므로, 노말리 화이트 모드에서 백색 구현시 대략 1.1∼1.4V의 전압이 인가되는 디지털 구동에서 실시예의 반사형 액정 디스플레이가 비교예보다 높은 휘도의 백색 화면을 구현하게 된다.
즉, 본 실시예에 의한 반사형 액정 디스플레이는 전술한 광학 조건에 의해 1.1∼1.4V 전압 조건에서 비교예의 반사형 액정 디스플레이보다 높은 휘도 특성을 나타내며, 특히 1.3V 전압 조건에서 비교예의 반사형 액정 디스플레이보다 10% 향상된 휘도 특성을 나타낸다.
따라서 본 실시예에 의한 반사형 액정 디스플레이는 디지털 구동에서 발생하는 백색 화면의 휘도 저하를 최소화하여 디지털 방식으로 구동하는 경우에도 목적하는 휘도의 백색 화면을 용이하게 구현하는 장점을 갖는다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 종래의 반사형 액정 디스플레이와 비교하여 대략 1.1V 이상의 전압 조건에서 반사율, 즉 휘도 특성이 우수한 반사형 액정 디스플레이를 제공함으로써 디지털 구동시 발생하는 백색 화면의 휘도 저하를 최소화하여 목적하는 백색 휘도를 용이하게 구현할 수 있다.
Claims (7)
- 백색광을 방출하는 광원과;상기 광원에서 나온 백색광을 적(R), 녹(G), 청(B) 광으로 분리시키는 제1, 2 다이크로익 미러와;분리된 R, G, B 광 경로상에 배치되며, 편광자 및 편광자의 일면에 배치되고 상, 하부 기판 사이에 액정층을 마련한 반사형 액정 셀을 구비하여 단색의 영상을 구현하는 3개의 반사형 액정 디스플레이와;상기 반사형 액정 디스플레이가 구현한 단색의 영상들을 칼라 영상으로 합성하는 영상 합성부; 및상기 영상 합성부에서 나온 칼라 영상을 스크린으로 확대 투사하는 투사 렌즈계를 포함하며,상기 반사형 액정 디스플레이가 다음의 조건을 만족하는 프로젝션 시스템.0.2 < Δnd(㎛) < 0.3, α= 90°, β=18°여기서, Δnd는 액정 셀의 위상 지연(retardation)을 나타내고, α는 액정의 꼬임각을 나타내며, β는 편광자의 편광 방향과 액정 셀 상부 기판의 러빙축 사이의 각도를 나타낸다.
- 제 1항에 있어서,상기 편광자가 편광 빔 스플리터로 이루어지는 프로젝션 시스템.
- 제 1항에 있어서,상기 반사형 액정 셀이,내부에 스위칭 소자인 반도체 집적 회로를 구비하는 반도체 하부 기판과;액정층을 사이로 상기 반도체 하부 기판에 일체로 조립되는 상부 기판과;상기 액정층에 대향하는 상부 기판의 일면에 형성되는 투명 전극과;상기 액정층에 대향하는 반도체 하부 기판의 일면에 형성되며 상기 반도체 집적 회로와 전기적으로 연결되는 반사 전극들; 및상기 투명 전극과 반사 전극들 표면에 각각 형성되는 상, 하부 배향막을 포함하는 프로젝션 시스템.
- 제 3항에 있어서,상기 액정층이 MTN(mixed-mode twisted nematic) 액정 물질로 이루어지는 프로젝션 시스템.
- 스위칭 소자인 반도체 집적 회로를 구비하는 반도체 하부 기판과, 액정층을 사이로 반도체 하부 기판에 일체로 조립되는 상부 기판과, 액정층에 대향하는 상부 기판의 일면에 형성되는 투명 전극과, 액정층에 대향하는 반도체 하부 기판의 일면에 형성되며 반도체 집적 회로와 전기적으로 연결되는 반사 전극들과, 투명 전극과 반사 전극들 표면에 형성되는 상, 하부 배향막을 구비하는 반사형 액정 셀과;상기 반사형 액정 셀 전면에 배치되어 편광된 빛을 반사형 액정 셀에 제공하는 편광자를 포함하며,다음의 조건을 만족하는 반사형 액정 디스플레이.0.2 < Δnd(㎛) < 0.3, α= 90°, β=18°여기서, Δnd는 액정 셀의 위상 지연(retardation)을 나타내고, α는 액정의 꼬임각을 나타내며, β는 편광자의 편광 방향과 액정 셀 상부 기판의 러빙축 사이의 각도를 나타낸다.
- 제 5항에 있어서,상기 편광자가 편광 빔 스플리터로 이루어지는 반사형 액정 디스플레이.
- 제 5항에 있어서,상기 액정층이 MTN(mixed-mode twisted nematic) 액정 물질로 이루어지는 반사형 액정 디스플레이.
Priority Applications (1)
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| KR1020030006016A KR20040069578A (ko) | 2003-01-29 | 2003-01-29 | 반사형 액정 디스플레이와 이를 이용한 프로젝션 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020030006016A KR20040069578A (ko) | 2003-01-29 | 2003-01-29 | 반사형 액정 디스플레이와 이를 이용한 프로젝션 시스템 |
Publications (1)
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| KR20040069578A true KR20040069578A (ko) | 2004-08-06 |
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ID=37358290
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| KR (1) | KR20040069578A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100755859B1 (ko) * | 2006-05-29 | 2007-09-07 | 엘지전자 주식회사 | 반사형 광학 시스템 |
-
2003
- 2003-01-29 KR KR1020030006016A patent/KR20040069578A/ko not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20030129 |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |