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KR100225041B1 - 투사형 화상 표시장치 - Google Patents

투사형 화상 표시장치 Download PDF

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KR100225041B1
KR100225041B1 KR1019970008052A KR19970008052A KR100225041B1 KR 100225041 B1 KR100225041 B1 KR 100225041B1 KR 1019970008052 A KR1019970008052 A KR 1019970008052A KR 19970008052 A KR19970008052 A KR 19970008052A KR 100225041 B1 KR100225041 B1 KR 100225041B1
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박태수
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구자홍
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Abstract

본 발명은 화상 표시장치에 관한 것으로서, 픽셀(pixel) 단위로 화상이 표시되는 단판식 평판 패널(평판 표시소자)을 이용한 투사형 화상 표시 장치에 관한 것이다.
종래의 투사형 화상 표시장치는 화소 개구부에 의한 격벽으로 인하여 화질이 저하되고, 이 것을 제거하기 위하여 다면평판이나 다면 프리즘 등을 이용한 기술에서는 다면소자의 모서리 부분에서 발생하는 새로운 형태의 잡음이 화상에 나타나는 제약이 있다.
본 발명은 단판식 평판 패널을 이용한 투사형 화상 표시장치에서 평판 패널(100)에서 출사된 화소의 광이 투과할 수 있는 영역(개구부)에서 전파되는 광을 복수매의 복굴절판(102a,102b,102c)을 이용해서 4개 또는 8개로 분할하여 복제이동된 화소를 구성하고, 이 복제된 화소를 원화소와 함께 스크린(104)에 확대 투사하여 격벽이 제거된 화상이 결상되도록 함으로써, 고화질의 투사형 화상 표시장치를 제공한다.

Description

투사형 화상 표시장치
본 발명은 화상 표시장치에 관한 것으로서, 픽셀(pixel) 단위로 화상이 표시되는 단판식 평판 패널(평판 표시소자)로서 액정표시패널(LCD패널)을 이용한 투사형 화상 표시 장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 평판 패널에서 출력된 화상 이미지의 화소광을 복수매의 복굴절판을 이용해서 복수개의 광으로 분할하고 분할하여 복제된 화소를 화소 개구부에 의한 격벽이 제거된 위치로 이동하여 원화소와 함께 스크린에 결상시켜 확대 투사된 화상을 얻을 수 있도록 한 투사형 화상 표시장치이다.
종래의 기술로서, 액정표시패널(LCD패널)을 이용한 화상 투사 표시장치의 경우 화상의 분할과 쉬프트를 수행하여 격벽(평판패널은 화소의 광이 투과할 수 있는 영역(개구부)과, 광이 투과하지못하는 영역(격벽)을 가진다)을 제거하는 기술이 제시되고 있다.
도면 제 1 도를 참조하여 종래의 화상 분할과 쉬프트의 개념을 설명한다.
액정표시패널의 R(Red)화소,G(Green)화소,B(Blue)화소에 의한 영상의 스크린 투사시에 각 화소 사이의 격벽으로 인하여 스크린상의 화상에는 화상이 표시되지 않는 영역이 나타나게 된다.
이 것은 액정표시패널의 화소 사이의 격벽으로 인하여 스크린 상의 R화소(1),G화소(2), B화소(3) 사이에도 격벽(4)에 의한 간격이 필연적으로 나타나게 되고, 이 간격은 스크린상의 화상에 모자이크모양의 무늬로 나타나게 되어 화질을 저하시키는 요인이 된다.
이러한 격벽에 의한 화질 저하를 방지하기 위하여 종래에는 원화소를 광학소자를 이용해서 분할하고 격벽을 제거할 수 있는 방향과 거리만큼 쉬프트하여 쉬프트된 화소(1a),(1b),(1c)에 의한 화상을 원화소에 의한 화상과 함께 스크린에 투사하고 있다.
이때 쉬프트되는 양은 화상을 복수개로 나누어 화소 주기보다 적은 양만큼 특정의 방향으로 이동시켜 격벽을 제거하고 있다.
위와같이 격벽을 제거하기 위한 기술은 액정표시패널을 이용한 화상 투사 표시장치에 적용되는바, 화상 투사 표시장치는 실상 방식과 허상 방식이 있다.
실상 방식은 도면 제 2 도에 도시한 바와같이, 액정표시패널(5), 투사렌즈(6), 스크린(7)의 배열로 구성되어 있으며, 투사 렌즈(eyepiece lens)의 촛점거리(f) 밖에 액정표시패널(5)이 위치하게 하여 스크린(7)에 투사된 실상의 화상이 보여지되도록 하는 기술이고, 허상 방식은 도면 제 3 도에 도시한 바와같이, 아이피스(8), 액정표시패널(9), 스크린(10)의 배열로 구성되며, 촛점거리(f) 안쪽에 액정표시패널(9)이 위치하게 하여 이 액정 표시패널에 의한 허상의 화상(10)이 보여지도록 하는 기술이다.
어느 경우나 공히 액정표시패널의 화상이 스크린에 확대 투사되는 기술이며, 상기의 격벽의 문제는 그대로 존재하게 된다.
한편, 상기 액정표시패널은 화소의 배치 모양에 따라 제 4 도와 같은 델타(Delta)방식과 제 5 도와 같은 스트라이프(Stripe) 방식이 있다.
상기 델타 방식은 R,G,B 필터가 수평 방향으로 순차적으로 배치되어 있으며 인접한 수평 라인 사이의 관계는 3/2화소가 수평 방향으로 이동 배치되어 있다.
상기의 액정표시패널(LCD패널) 이외에도, 영상을 투사할 수 있는 평판 패널로서 PDP패널, FED패널, DMD패널 등이 적용될 수 있다.
어느 경우나 평판 패널을 이용한 화상은 투사 렌즈에 의하여 확대 투사될때에는 스크린상의 화소들이 확대되기 때문에, 충분한 거리만큼 스크린으로부터 떨어져서 화상을 관측하지 않으면 상기 격벽에 의해 각 화소들이 분리된 상태로 인지된다.
그러므로, 마치 화상을 구성하는 모든 화소들이 모자이크처럼 인지되어 화상이 자연스럽지 못하고, 화질이 매우 저하된 상태로 화상이 관측된다.
이러한 단점을 극복하기 위하여 제 1 도와같은 화상의 분할과 쉬프트 기술이 도입된다.
즉, 화소(화상)를 복제하여 원화소에 의한 화상과 쉬프트된 복제 화상을 한 스크린상에 투사함으로써 격벽에 의한 화질 저하를 제거하고자 하였으며, 격벽 제거에 그 촛점을 두고있다.
화상 복제를 위해서는 액정표시패널에 의한 각 화상의 각각의 지점에서 출발한 광의 파면을 분할하는 파면 분할법(wavefront division method)을 이용하고 있다.
도면 제 6 도는 파면 분할법을 이용해서 화상의 분할과 쉬프트를 수행하는 종래의 화상 투사 표시장치의 제 1 의 예(미국 특허 제 5,250,967 호)로서 다면 평판을 이용한 화상 분할과 쉬프트 기술을 나타내며, 제 7 도는 제 2 의 예(미국 특허 제 5,005,968 호)로서 다면 프리즘을 이용한 화상 분할과 쉬프트 기술을 나타낸다.
상기의 기술들은 투사 광학계의 조리개와 가까운 위치에 화상을 복수개로 나누어 화소 주기보다 적은 양만큼 특정한 방향으로 이동시키는 부품을 삽입하는 기술이다.
제 6 도에 도시한 다면 평판을 이용한 종래의 화상 투사 표시장치는 액정표시패널(11), 조명계(12), 조리개(13), 다면 평판(14), 투사렌즈(15), 스크린(16)으로 구성된다.
액정표시패널(11)은 스크린에 투사할 영상 신호원으로서, 화상 정보를 가지는 광을 출력하고, 여기서 출력된 광은 조리개(13)를 거쳐서 다면 평판(14)에 입사된다.
다면 평판(14)에 입사된 광은 다면 평판(14)의 굴곡진 각각의 면에서 파면 분할되어 원화소에 의한 화상과 분할된 복제 화상을 투사렌즈(15)를 통해서 스크린(16)에 투사한다.
스크린(16)에 투사되는 화소(화상)의 모양은 도면 제 1 도에 도시된 바와같이 분할과 쉬프트가 이루어진 원화상 및 복제된 화상이 된다.
화상의 분할과 쉬프트는 도면 제 8 도에 도시한 바와같이, 다면 평판(14)의 복수개의 면에서 입사광의 파면 분할과 쉬프트가 이루어짐에 따라 굴절광(23a)에 의한 원화상(24a) 및, 복제되고 쉬프트된 화상(24b)이 구해지도록 한 것이다.
그러나, 여기서 중요한 문제점이 노출된다.
복수개의 면을 구성하는 경계부(모서리; 14a,14b,14c)에서 입사광의 산란이 일어나고 이 산란된 광(23b)에 의해서 원하지 않는 화상이 매우 불규칙적이고 또 산만한 형태로 스크린에 투사된다는 점이다.
이 것은 격벽제거에 의한 화질 향상에 반하여, 새로운 형태의 화질 저하의 원인으로 제공된다.
마치, 고우스트처럼 그림자가 지워지는 듯한 화상이 상기 다면 평판의 면 경계부에서의 산란광에 의해 스크린에 투사되는 것이다.
따라서, 제 6 도의 종래 기술에 의하면 제 1 도에서 볼때 격벽에 의한 화질 저하는 개선할 수 있지만, 새로운 문제점으로 다면 평판에 의한 산란광의 원하지 않는 화상이 투사된다는 것이다.
또한, 제 6 도의 종래 기술에서는 투사 광학계의 조리개(13) 위치에 다면으로된 굴절 광학 부품인 다면 평판(14)이 삽입되어야 하므로, 투사 광학계의 의존성이 매우 크다.
이 것은 투사 렌즈와 화상 투사 표시 시스템의 설계에 제약을 주게 된다.
또한, 복제된 화상을 구하기 위하여 정확한 양의 분할과 쉬프트가 요구되므로 다면 평판(14)의 제작을 어렵게 한다.
한편, 제 7 도에 도시한 다면 프리즘을 이용한 종래의 화상 투사 표시장치는 조명계(17), 액정표시패널(18), 조리개(19), 투사렌즈(20), 다면 프리즘(21), 스크린(22)으로 구성된다.
액정표시패널(18)은 스크린에 투사할 영상 신호원으로서, 화상 정보를 가지는 광을 출력하고, 여기서 출력된 광은 조리개(19)와 투사렌즈(20)를 거쳐서 다면 프리즘(21)에 입사된다.
다면 프리즘(21)에 입사된 광은 다면 프리즘(21)의 굴곡진 각각의 면에서 파면 분할되어 원화소에 의한 화상과 분할된 복제 화상을 스크린(22)에 투사한다.
스크린(22)에 투사되는 화소(화상)의 모양은 도면 제 1 도에 도시된 바와같이 분할과 쉬프트가 이루어진 원화상 및 복제된 화상이 된다.
다면 프리즘에 의한 화상의 분할과 쉬프트는 도면 제 8 도에 도시한 것과 극히 유사한 작용에 의한다.
그러므로, 이 기술도 제 6 도의 다면 평판을 이용한 기술에서의 문제점을 그대로 가지게 된다.
종래의 격벽을 제거하기 위한 화상의 분할과 쉬프트 기술로서, 액정표시패널의 각각의 화소에 마이크로 렌즈가 하나씩 대응되는 마이크로 렌즈 어레이판(micro lens array sheet)을 사용하거나(미국특허 제 5,300,942 호), 또는 그레이팅 쉬트(grating sheet)를 이용하는 기술도 제시된다.
그러나, 마이크로 렌즈 어레이판을 이용한 기술은 마이크로 렌즈가 액정표시패널의 각 화소에 정확하게 대응되게 배치되어야 하므로 제작상의 어려움이 크다.
또한, 마이크로 렌즈 각각의 경계부에서 상기한 바와같은 산란에 의한 화질 저하가 발생하는 것을 회피할 수 없다.
그리고, 그레이팅 쉬트를 이용한 기술에 있어서도 그레이팅을 이루는 모서리 부분에 의한 의도되지 않은 산란에 의하여 화질의 저하가 초래되고, 또 액정표시패널의 화소에 그레이팅 사이의 간섭에 의한 물결무늬(moire)가 발생하여 화질이 열화될 가능성이 있다.
한편, 상기한 바와같은 종래의 액정표시패널 화상의 경우 화소가 보이지 않을 만큼 스크린으로부터 멀리 떨어져서 화상을 관측해야 하는데, 이러한 경우 시야각이 좁아지고 또 그 정도로 넓은 시청 공간이 요구된다.
상기한 바와같은 종래의 기술들에서 나타나는 문제점들을 요약해 보면 다음과 같다.
첫째, 화상의 분할과 쉬프트가 격벽 제거를 목적으로 하기 때문에 화소 주기보다 적은양 만큼 화상을 이동시키게 되고, 이 것을 다면 패널이나 다면 프리즘, 마이크로 렌즈 어레이판, 그레이팅 쉬트 등의 파면 분할법을 이용한 부품을 이용해서 구현하기 때문에 산란광에 의한 영향을 배제하기 어렵다.
둘째, 투사 광학계의 조리개 위치에 상기 분할과 쉬프트 부품이 위치해야 되므로 부품 종속성이 크고, 또 이것은 화상 투사 표시장치의 각 부품 설계와 배치 등에 제약으로 작용하게된다.
셋째, 조리개 삽입 위치에 삽입된 다면소자 등의 굴절 광학계에 의해서 투사 광학계의 수차 특성이 떨어진다.
넷째, 액정표시패널 각각의 화소에 대응하는 위치에 마이크로 렌즈나 그레이팅이 배열되어야 하므로 제작을 어렵게 한다.
위와같은 문제점은 델타 방식 뿐만 아니라 스트라이프 방식에서도 동일하게 나타난다.
위와같이 종래의 투사형 화상 표시장치에서 나타나는 화질 저하를 해소하기 위한 기술로서 화소의 분할과 쉬프트를 이용해서 복제된 화소를 생성하는 기술이 제시되고 있다.
그러나, 이 기술에 사용되는 화소의 분할과 쉬프트는 다면 프리즘, 다면 평판을 이용하기 때문에 다면 프리즘이나 다면 평판의 모서리 부분에서의 산란광에 의한 화질 저하나, 시스템 제작과 설계상의 곤란함을 극복하지는 못하였다.
종래의 기술에서는 매트릭스 배열의 화소를 갖는 투사형 화상 표시장치에서 격벽을 제거하기 위하여 다면 프리즘, 다면 평판, 마이크로 렌즈 어레이판, 그레이팅 쉬트 등을 이용하고 있지만, 이 기술들이 격벽을 제거하는 대신 그 설계와 제작상의 곤란함, 산란광에 의해서 파생되는 화질의 간섭 등 상기한 문제점들에 노출되었다.
이러한 점을 감안하여 본 발명 출원인은 복굴절판을 이용해서 화상을 분할하고 복제하여 복제화소를 원화소와 독립된 위치에 독립하여 투사함으로써 상기의 문제점을 해소한 바 있다.
이 기술은 화소의 복제이동을 이용한 것으로서 여기서에 사용된 분할과 쉬프트의 개념을 도면 제 9 도에 도시하였다.
스크린 화상을 구현하는 R,G,B 원화소를 복제하여 적어도 화소 주기보다 큰 양만큼 쉬프트한다.
예를들어, R화소(105)를 복제한 화소(105a)를 화소주기의 1.5배 쉬프트하여 표시함으로써, 화소수를 2배로 증가시킨다.
이렇게 함으로써 원화소와 복제된 화소가 함께 스크린에 확대 투사되어 결상되고, 이 것에 의해서 실질적으로 관측되는 화소수가 배가되어 격벽에 의한 화질 저하를 해소할 수 있었다.
따라서, 본 발명에서는 단판식 평판패널을 이용한 투사형 화상 표시장치에서, 2매의 복굴절판을 이용해서 화소광을 복제이동시키고, 이 화소광이 확대 투사되는 스크린상에서는 액정표시패널의 개구부를 격벽부분에 적절하게 복사하여 표시도게 함으로써, 결과적으로 화소수를 4배로 증가시켜 화질을 월등히 향상시킨 투사형 화상 표시장치를 제공하고자 한다.
또한 본 발명에서는 3매의 복굴절판을 이용해서 스크린상에 액정표시패널의 개구부를 격벽부분에 적절하게 복사하여 결과적으로 화소수를 8배로 증가시켜 화질을 월등히 향상시킨 투사형 화상 표시장치를 제공하고자 한다.
제 1 도는 종래의 화상 분할과 쉬프트 개념을 나타낸 도면
제 2 도는 실상 방식에 의한 화상 투사 표시장치의 구성을 나타낸 도면
제 3 도는 허상 방식에 의한 화상 투사 표시장치의 구성을 나타낸 도면
제 4 도는 델타(Delta)방식에 있어서의 화소의 모양을 나타낸 도면
제 5 도는 스트라이프(Stripe)방식에 있어서의 화소의 모양을 나타낸 도면
제 6 도는 종래의 화상 투사 표시장치의 제 1 의 예를 나타낸 도면
제 7 도는 종래의 화상 투사 표시장치의 제 2 의 예를 나타낸 도면
제 8 도는 종래의 제 1 의 예에서 광산란 현상을 설명하기 위한 도면
제 9 도는 본 발명의 화상 분할과 쉬프트의 개념을 나타낸 도면
제 10 도는 본 발명의 화상 표시 장치의 구성을 나타낸 도면
제 11 도는 본 발명에 적용된 복굴절판의 광투과 및 굴절 원리를 나타낸
도면
제 12 도는 상기 제 10 도를 더 상세하기 설명하기 위한 도면
제 13 도는 액정표시패널의 편광축이 45도인 경우의 복굴절판 결정광축을
표시한 도면
제 14 도의 a는 제 1 복굴절판을 통과한 광의 편광상태를 표시한 도면
제 14 도의 b는 x축 방향으로 편광된 광의 성분 분리를 표시한 도면
제 15 도는 R화소의 화소수가 4배로 복제되는 모양을 표시한 도면
제 16 도는 액정표시패널의 편광축이 0도인 경우의 복굴절판 결정광축을
표시한 도면
제 17 도는 본 발명의 투사형 화상 표시장치의 실시예를 나타낸 도면
제 18 도는 제 17 도의 실시예에서 액정표시패널의 편광축이 45도인 경우의
복굴절판들의 결정광축의 방향을 표시한 도면
제 19 도의 a는 제 17 도 및 제 18 도에서 제 1 복굴절판을 통과한 광의
편광상태를 표시한 도면
b는 x축 방향으로 편광된 광의 성분 분리를 표시한 도면
c는 y축 방향으로 편광된 광의 성분 분리를 표시한 도면
제 20 도는 제 17 도의 실시예에서 R화소의 화소수가 8배로 복제되는 모양을
표시한 도면
제 21 도는 제 17 도의 실시예에서 액정표시패널의 편광축이 0도인 경우의
복굴절판들의 결정광축을 표시한 도면
제 22 도는 제 17 도의 실시예에서 액정표시패널의 편광축이 0도인 경우의
복굴절판들과 편광방향 회전용 편광판의 방향을 표시한 도면
제 23 도는 제 17 도의 또다른 실시예를 나타낸 도면
제 24 도는 제 23 도에 의해서 복제 이동되는 화소를 표시한 도면
도면 제 10 도는 상기 제 9 도와같은 화상의 분할과 쉬프트가 이루어지는 본 발명의 투사형 화상 표시장치의 실시예를 나타낸다.
제 10 도에 도시한 화상 표시 장치는 델타방식의 액정표시패널을 이용하는 경우이다.
물론, 본 발명에서 화상을 표시하는 평판표시패널로서 PDP패널, FED패널, DMD패널 등의 다른 평판표시패널을 이용한 방식과, 스트라이프 방식의 단판식 평판표시패널에 대하여도 마찬가지로 확장 설명이 가능하다.
제 10 도의 화상 표시 장치는, 화소(pixel) 단위로 화상을 표시하는 수단으로서 액정표시패널(100)과, 상기 액정표시패널(100)에 표시되는 화상 정보를 가지는 의미있는 광의 편광을 위한 편광판(101a)(101b)과, 상기 편광판(101a)을 통과한 광을 분할하여 쉬프트하는 광학수단으로서 2매의 복굴절판(double refraction plate)(102a,102b)과, 상기 복굴절판(102a,102b)에서 분할되고 또 쉬프트된 광을 확대투사하는 투사렌즈(103)와, 상기 투사렌즈(103)에 의해서 확대된 화상이 결상되는 스크린(104)을 포한한다.
이때, 출사측에 배치된 편광판(101a)의 편광축은 복굴절판(102)의 결정 광축(crystaline optic axis)에 대하여 45。의 방향을 갖도록 배치되거나(제 13 도), 0도의 방향을 갖도록 배치되거나(제 16 도), 90도로 배치되며, 각각에 대하여 2매의 복굴절판(102a,102b)의 결정광축(crystaline optic axis)들의 방향이 결정된다.
이 실시예에서, 액정표시패널(100)에서 표시된 화상 정보를 가지는 광은 지면에 대하여 수평인 성분(x축)이나 수직인 성분(y축)중 어느 하나의 성분만을 가지므로 편광판(101a)을 사용해서 지면에 대하여 편광 방향이 수직한 성분과 수평한 성분을 모두 가지도록 편광시킨다.
편광판(101a)을 통과한 화상 정보를 갖는 광은 복굴절판(102a,102b)에 입사되고, 복굴절판(102a,102b)은 입사된 광의 화소를 두개로 분리하여, 하나는 투사렌즈(103)를 통해 스크린(104)에 원화소에 의한 화상으로 투사되게 하고, 다른 하나는 투사렌즈(103)를 통해 스크린(104)에 원화소를 복제한 화상으로 투사되게 한다.
상기와같이 광을 2분할하여 그중 하나를 특정한 위치로 이동시키는 작용을 하는 1매의 복굴절판의 구조 및 원리를 도면 제 11 도 및 제 12 도에 도시하였다.
복굴절판(102)의 결정 광축(COA)은 입사광(V1)에 대하여 그 두께(t) 방향에서 볼때 소정의 각도(θ)를 가진다.
입사광(V1)은 편광판(101a)을 통과하면서 지면에 대하여 그 편광 방향이 수직한 성분(V1y)과 수평한 성분(V1x)을 모두 가지게 된다.
복굴절판(102)은 이 입사광(V1)을 상기 결정 광축에 따른 편광 방향에 따라서 두개로 분리한다.
하나의 광은 입사광(V1)의 수직한 성분(V1y)을 그대로 통과시키는 원화소에 대응하는 광(V1o)이고, 다른 하나의 광은 입사광(V1)의 수평한 성분(V1x)을 소정각도(α)만큼 굴절시켜 원화소에 대응하는 광(V1o)과 소정의 거리(l)만큼 이동된 광(V1c)이다.
즉, 진폭 분할에 의한 분할(복제)과 쉬프트(이동)가 이루어지는 것이다.
상기 분할되어 쉬프트된 광(V1c)은 복제된 화상 정보를 가진다.
상기 분리되는 광폭(l)은 아래의 식으로 주어진다.
(n2 e- n2 0)tanθ
l = t ────────
n2 e+ n2 0tan2θ
여기서, ne는 이상 광선에 대한 굴절율이고, n0는 정상 광선에 대한 굴절율이며, t는 복굴절판의 두께이다.
그리고, 직진하는 광은 그 편광방향이 지면에 대하여 수직이며 정상광선(ordinary wave)이라 부르고, l만큼 이동되어 진행하는 광은 편광 방향이 지면에 대하여 나란한 방향이며 이상광선(extraordinary wave)이라 부른다.
상기의 복굴절판(102)의 재료로는 인공수정(quartz), 방해석(calcite), LiNbO3등이 있을 수 있다.
상기에서 보는 바와 같이, 복굴절판의 두께(t)와 결정광축의 방향을 적절히 조절하면 액정표시패널(101)의 화소수를 4배 또는 8배로 만들 수 있게된다.
도면 제 13 도는 2매의 복굴절판을 사용해서 화소수를 4배로 증가시키는 실시예로서 액정표시패널(100)의 편광판축이 45도인 경우를 나타내고 있다.
제 1 복굴절판(102a)은 결정광축의 방향이 x축 방향(수평방향)이고, 제 2 복굴절판(102b)은 x축 방향에 대하여 결정광축의 방향이 θ만큼 기울어진 x'방향이다.
액정표시패널(100)을 통과한 광의 편광방향은 액정표시패널의 출사측에 부착된 편광판(101a: 편광축방향 x축에 대하여 45도)에 의해서 x축에 대하여 45도 방향을 갖게 된다.
이때 45도 편광된 광은 x축과 y축 방향으로 성분분리를 할 수 있고, 수평 편광된 광은 제 1 복굴절판(102a)을 통과하면서 d1(d1=3/2Px)만큼 x축 방향으로 이동되어 진행하며 수직방향 성분은 그대로 직진하게 된다.
그러므로 제 1 복굴절판(102a)을 통과하는 화소광은 2배 화소수로 증가하게 된다.
제 1 복굴절판(102a)을 통과한 광의 편광상태는 제 14 도의 a와같이 수평 및 수직으로 진동하는 2가지의 상태가 있으며, 이들 광은 제 14 도의 b와같이 θ만큼 기울어진 축(x',y')에 대하여 성분 분리가 가능하다.
제 14 도의 b에서는 수평 편광된 광에 대한 x',y'축에 대한 성분 분리만 표시하였으나, 수직 편광된 광에 대해서도 마찬가지로 x',y'축에 대한 성분으로 분리할 수 있다.
이때 각 성분별 광량은 x'성분 : Ix = I0sin2θ, y'성분 : Iy = I0cos2θ 로 된다.
그러므로 제 2 복굴절판(102b)의 두께(t)와 광축의 방향(x'방향)을 적절하게 조절하여 상기 제 1 복굴절판(102a)의 출사광을 또 2분할 이동시키면 액정표시패널(100)의 화소수(스크린 결상 화소수)는 제 15 도에 도시한 바와같이 4배로 증가하게 된다.
제 15 도에서는 R화소에 대해서만 표시하였으나, G 및 B 화소도 마찬가지 방법으로 화소수가 4배로 증가하게 된다.
그리고 여기서 기울어진 각도(θ)는 액정표시패널(100)의 격벽 구조에 따라 정해지는 각이며 경우에 따라 여러가지 가능성이 있을 수 있으므로 적절하게 대응하여 설계하면 된다.
제 15 도에서 151은 원화소, 152는 복제 이동된 화소, 153은 복제 이동방향을 표시한다.
제 16 도는 상기 액정표시패널의 출사측 편광판의 방향이 0도인 경우의 복굴절판의 구성(광축 관계)을 나타난 또다른 실시예이다.
제 2 복굴절판(102b)은 결정광축의 방향이 x축 방향(수평방향)이고, 제 1 복굴절판(102a)은 x축 방향에 대하여 결정광축의 방향이 θ만큼 기울어진 x'방향이다.
액정표시패널(100)을 통과한 광의 편광방향은 액정표시패널의 출사측에 부착된 편광판(101a: 편광축방향 x축에 대하여 0도)에 의해서 x축에 대하여 0도 방향을 갖게 된다.
이때 0도 편광된 광은 x'축과 y'축 방향으로 성분분리를 할 수 있고, x'수평 편광된 광은 제 1 복굴절판(102a)을 통과하면서 x'축 방향으로 이동되어 진행하며 y'방향성분은 그대로 직진하게 된다.
제 1 복굴절판(102a)을 통과한 광은 다시 각각 x,y방향으로 성분 분리가 가능하며 x방향성분은 제 2 복굴절판(102b)을 통과하면서 d1(d1=3/2Px)만큼 이동되어 진행하며 수직방향 성분은 그대로 직진하게 된다.
이때 제 1 복굴절판(102a)을 통과한 광의 편광상태는 제 14 도의 b와같이 θ만큼 기울어진 축(x',y')방향의 성분을 갖게 되며, 각 성분별 광량은 x'성분 : Ix = I0sin2θ, y'성분 : Iy = I0cos2θ 로 된다.
그러므로 복굴절판의 두께(t)와 광축의 방향을 적절하게 조절하여 상기 원화소를 분할 이동시키면 액정표시패널(100)의 화소수(스크린 결상 화소수)는 제 15 도에 도시한 것과 마찬가지로 4배로 증가하게 된다.
그리고 여기서 기울어진 각도(θ)는 액정표시패널(100)의 격벽 구조에 따라 정해지는 각이며 경우에 따라 여러가지 가능성이 있을 수 있으므로 적절하게 대응하여 설계하면 된다.
본 발명의 또다른 실시예로서 액정표시패널(100)의 출사측 편광판(101a)의 편광축 방향이 90도인 경우에도 상기 제 16 도와 마찬가지의 복굴절판의 구성을 가지며 이 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
제 17 도는 3매의 복굴절판(102a,102b,102c)을 사용해서 화소수를 8배로 증가시키는 본 발명의 투사형 화상 표시장치의 실시예이다.
도면 제 18 도는 3매의 복굴절판을 사용해서 화소수를 8배로 증가시키는 실시예로서 액정표시패널(100)의 편광판축이 45도인 경우를 나타내고 있다.
제 1 복굴절판(102a)은 결정광축의 방향이 x축 방향(수평방향)이고, 제 2 복굴절판(102b)은 x축 방향에 대하여 결정광축의 방향이 θ만큼 기울어진 x'방향이고, 제 3 복굴절판(102c)은 결정광축의 방향이 x축 방향이다.
액정표시패널(100)을 통과한 광의 편광방향은 액정표시패널의 출사측에 부착된 편광판(101a: 편광축방향 x축에 대하여 45도)에 의해서 x축에 대하여 45도 방향을 갖게 된다.
이때 45도 편광된 광은 x축과 y축 방향으로 성분분리를 할 수 있고, 수평 편광된 광은 제 1 복굴절판(102a)을 통과하면서 d1(d1=3/2Px)만큼 x축 방향으로 이동되어 진행하며 수직방향 성분은 그대로 직진하게 된다.
그러므로 제 1 복굴절판(102a)을 통과하는 화소광은 2배 화소수로 증가하게 된다.
제 1 복굴절판(102a)을 통과한 광의 편광상태는 제 19 도의 a와같이 수평 및 수직으로 진동하는 2가지의 상태가 있으며, 이들 광은 제 19 도의 b,c와같이 θ만큼 기울어진 축(x',y')에 대하여 성분 분리가 가능하다.
제 19 도의 b는 x축 방향으로 편광된 광의 x',y' 성분 분리를 표시하고, c는 y축 방향으로 편광된 광의 x',y' 성분 분리를 표시한다.
이때 각 성분별 광량은 x'성분 : Ix = I0sin2θ, y'성분 : Iy = I0cos2θ 로 된다.
그러므로 제 2 복굴절판(102b)의 두께(t)와 광축의 방향(x'방향)을 적절하게 조절하여 상기 제 1 복굴절판(102a)의 출사광을 또 2분할 이동시키면 화소수는 4배로 증가하게 된다.
제 2 복굴절판(102b)을 통과한 광도 성분 분리 가능하고, 제 2 복굴절판(102b)을 통과한 4배수 화소광은 다시 제 3 복굴절판(102c)을 통과함으로써 상기한 바와 마찬가지의 작용으로 광의 2분할 이동이 이루어지게 된다.
이때 이동거리는 상기 d1의 1/2이 되도록 제 3 복굴절판의 두께를 선정하였다.
이렇게하면 최종적으로 제 3 복굴절판(102c)을 통과한 광은 원화소수를 8배로 복제한 광이 되며, 이 것에 의해서 스크린에 결상되는 화소수는 제 20 도에 도시한 바와같이 8배로 화소수가 증가한 형태로 표시된다.
제 20 도에서 201은 제 1 복굴절판(102a)에 의해서 복제된 화소이고, 202는 제 2 복굴절판(102b)에 의해서 복제된 화소이고, 203은 제 3 복굴절판(102c)에 의해서 복제된 화소이다.
제 21 도는 상기 액정표시패널의 출사측 편광판의 방향이 0도인 경우의 복굴절판(102a,102b,102c)의 구성(광축 관계)을 나타난 또다른 실시예로서, 편광방향 회전판-편광판(polarizer)(101c)이 정표시패널(100) 다음에 개입되어 있다.
결정광축이 x축 방향인 제 1 복굴절판(102a)과, x축 방향에 대하여 θ만큼 기울어진 x'방향의 제 2 복굴절판(102b), x축 방향인 제 3 복굴절판(102c)으로 구성된다.
액정표시패널(100)을 통과한 광은 x축에 대하여 0도이다.
이때 편광 방향 회전판(101c)의 편광 방향은 45도의 방향을 가지도록 하여 제 1 복굴절판(102a)에 입사하기 전의 광분포가 상기 제 18 도의 투사형 화상 표시장치와 동일하게 함으로써 상기 제 18 도에서 설명한 바와 동일한 효과를 가지게 된다.
상기 편평방향 회전용 편광판(101c)에 대신하여 1/4파장판 또는 1/2 파장판을 사용해도 동일한 효과를 가진다.
제 22 도는 상기 액정표시패널의 출사측 편광판의 방향이 0도인 경우의 복굴절판(102a,102b,102c)의 구성(광축 관계)을 나타난 또다른 실시예로서, 편광방향 회전판-편광판(polarizer)(101c)이 제 2 복굴절판(102b)과 제 3 복굴절판(102c) 사이에 개입되어 있다.
결정광축이 x축 방향인 제 1 복굴절판(102a)과, x축 방향에 대하여 θ만큼 기울어진 x'방향의 제 2 복굴절판(102b), x축 방향인 제 3 복굴절판(102c)으로 구성된다.
액정표시패널(100)을 통과한 광은 x축에 대하여 0도이다.
이때 편광 방향 회전판(101c)의 편광 방향은 45도의 방향을 가지도록 하여 제 3 복굴절판(102a)에 입사하기 전의 광분포가 상기 제 21 도의 투사형 화상 표시장치와 동일하게 함으로써 상기한 바와 동일한 효과를 가지게 된다.
상기 편평방향 회전용 편광판(101c)에 대신하여 1/4파장판 또는 1/2 파장판을 사용해도 동일한 효과를 가진다.
제 23 도는 본 발명의 투사형 화상 표시장치의 또다른 실시예로서 3매의 복굴절판을 사용하고, 제 1 복굴절판(102a)은 결정광축의 방향이 수평방향(x축)에 대하여 θ만큼 기울어지고, 제 2 복굴절판(102b)은 수평방향이며, 제 3 복굴절판(102c)은 수평방향에 대하여 θ만큼 기울어진 복굴절판을 사용하였다.
액정표시패널(100)을 통과한 광의 편광 방향은 x축에 대하여 0도 이다.
이 실시예에서의 광의 분할과 복제이동은 상기한 예와 동일한 원리이며, 제 3 복굴절판(102c)을 통과한 광의 상태는 제 24 도에 도시한 바와같다.
제 24 도에서 204는 제 1 복굴절판(102a)에 의해서 복제 이동된 화소이고, 205는 제 2 복굴절판(102b)에 의해서 복제 이동된 화소이며, 206은 제 3 복굴절판(102c)에 의해서 복제 이동된 화소이다.
이때 분리 이동되는 양은 해상도가 문제가 되지 않을 정도로 넓은 개구 영역을 가지도록 복굴절판들의 두께를 조절한다.
이 실시예에서는 개구부가 약 6배 정도로 증가됨을 알 수 있다.
상기한 본 발명에서의 광의 분할 방법은 종래의 파면 분할법과 대조적으로 진폭 분할법에 의해서 분할된다.
또한, 종래의 방식에서는 조리개 가까운 위치에 특정의 굴절 광학계를 설치하여 광을 분할하였으나 본 발명에서는 광분할 및 이동수단인 복굴절판이 평판패널 가까이에 설치되어 렌즈와는 독립적으로 설치될 수 있는 자유로움이 있다.
그리고, 본 발명에서는 종래 방식의 가장 큰 단점인 유효광을 산란시키는 다면소자의 모서리 부분이 없으므로 스크린 화상을 관측하는 사용자 입장에서는 종래 기술의 최대 단점인 콘트라스트(contrast) 저하없이 화소수가 4 배 또는 8배로 증가되어 우수한 화질을 감상할 수 있다.
또한 화소 피치가 1/2로 감소되어 관측자가 스크린으로부터 시청거리를 1/2로 줄일 수 있기 때문에 종래에 비하여 2배 이상의 화각으로 감상할 수 있다.

Claims (6)

  1. 화소(pixel) 단위로 화상을 표시하는 수단으로서 영상신호에 대응하는 화상을 표시하여 그 화상에 대응하는 화소의 광을 출력하는 단판식 평판패널과, 상기 단판식 평판패널에서 표시되어 출력된 화상광을 원화소와 같은 정보를 가지는 제 1 의 화소로 복제하고 또 그 복제된 화소를 화소 개구부 격벽을 제거하는 위치만큼 이동시키는 제 1 복굴절판과, 상기 제 1 복굴절판에서 분할 이동된 원화소 및 복제화소의 광이 입사되어 그 입사된 화소광과 같은 정보를 가지는 제 2 의 화소들로 복제하고 또 그 복제된 화소들과 원화소를 화소 개구부 격벽을 제거하는 위치만큼 이동시키는 제 2 복굴절판과, 상기 제 2 복굴절판에서 출사된 화소광들을 확대투사하여 스크린에 결상시키는 수단으로 구성되어 화소 개구부 격벽이 제거된 4배 화소수로 증가된 화상을 투사하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기의 복굴절판들의 결정광축은 상기의 단판식 평판패널에서 출력되는 광의 편광방향에 대응하여 설정되는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기의 단판식 평판패널에서 출력되어 복굴절판들을 통과하는 광을 복절절판들의 결정광축에 대응하여 적절한 각도로 변환시키는 편광수단을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 투사형 화상 표시장치.
  4. 화소(pixel) 단위로 화상을 표시하는 수단으로서 영상신호에 대응하는 화상을 표시하여 그 화상에 대응하는 화소의 광을 출력하는 단판식 평판패널과, 상기 단판식 평판패널에서 표시되어 출력된 화상광을 원화소와 같은 정보를 가지는 제 1 의 화소로 복제하고 또 그 복제된 화소를 화소 개구부 격벽을 제거하는 위치만큼 이동시키는 제 1 복굴절판과, 상기 제 1 복굴절판에서 분할 이동된 원화소 및 복제화소의 광이 입사되어 그 입사된 화소광과 같은 정보를 가지는 제 2 의 화소들로 복제하고 또 그 복제된 화소들과 원화소를 화소 개구부 격벽을 제거하는 위치만큼 이동시키는 제 2 복굴절판과, 상기 제 2 복굴절판에서 분할 이동된 원화소 및 복제된 화소들의 광이 입사되어 그 입사된 화소광과 같은 정보를 가지는 제 3 의 화소들로 복제하고 또 그 복제된 화소들과 원화소를 화소 개구부 격벽을 제거하는 위치만큼 이동시키는 제 3 복굴절판과, 상기 제 3 복굴절판에서 출사된 화소광들을 확대투사하여 스크린에 결상시키는 수단으로 구성되어 화소 개구부 격벽이 제거된 4배 화소수로 증가된 화상을 투사하는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시장치.
  5. 제 5 항에 있어서, 상기의 복굴절판들의 결정광축은 상기의 단판식 평판패널에서 출력되는 광의 편광방향에 대응하여 설정되는 것을 특징으로 하는 투사형 화상 표시장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기의 단판식 평판패널에서 출력되어 복굴절판들을 통과하는 광을 복절절판들의 결정광축에 대응하여 적절한 각도로 변환시키는 편광수단을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 투사형 화상 표시장치.
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