KR940000590B1 - 영상표시장치 - Google Patents

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Description

영상표시장치

제1도는 본 발명의 영상표시장치의 구성을 표시하는 약단면도.

제2도는 제1도의 영상표시장치에서의 표시수단의 1부를 표시하는 확대사시도.

제3도는 제2도의 표시수단의 액정표시판에서의 화소전극의 인근을 표시하는 확대평면도.

제4도는 광출면에서 설명될때, 제2도의 표시수단의 마이크로렌즈어레이를 표시하는 약사시도.

제5도는 본 발명의 타의 색영상장치의 구성을 표시하는 약단면도.

제6도는 제5도의 영상표시장치에서의 표시수단의 1부를 표시하는 확대사시도.

제7도는 본 발명의 단색영상표시장치의 구성을 표시하는 약단면도.

제8도는 종래의 영상표시장치에서의 마이크로렌즈의 형상과 칼라필터간의 관계를 표시하는 약도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 광원 3 : 반사경

4,5 : 콘덴서 렌즈 7 : 투사렌즈

7 : 스크린 61 : 표시수단

100 : 칼라영상표시장치 110 : 마이크로렌즈어레이

112, 121, 126 : 유리기판 114,314 : 마이크로렌즈

116 : 3원색 (적,녹,청) 120 : 액정표시관

122 : 화소전극 123 : 구동신호선

124 : 주사신호선 127 : 대향전극

130 : 접착충 316R,316G,316B : 칼라필터

본 발명은 투사형의 영상표시장치에 관한 것이다. 그년에는, 소형의 영상이 비교적 큰 표시를 얻기위하여, 표시판뒤의 광원에서 표시판에 광을 투사함으로서 영상을 형성하는 투광형의 비발광표시판을 사용하는 경량표시장치인 스크린상에 영상을 투사하는 투사형 영상표시장치가 사용되어 왔다. 비발광표시판은 그 자체 발광하지 않으나, 그의 투광은 구동신호에 의해 변경되고 그리고 영상은 각각 제공된 광원에서 광력을 변조함으로서 표시된다.

비발광표시판의 보기는 액정표시판, 전기크로믹(electrochromic)표시판, 그리고 투광형 시라믹판(예, 표시소자에 연란틴 지르코네이트 티타네이트(lanthanum zirconate titanate) (PLZT)를 사용하는 표시판) 특히, 액정표시판은 포타블 텔레비젼, 워드프로세서등에 넓게 사용되어 왔다.

이러한 표시판에 있어서, 화소로서 관련된 가장 작은 단위가 정규패턴으로 배열되고 그리고 그 영상은 각화소에 독립구동전압의 인가에 의해 표시된다.

각 화소에 독립구동전압을 인가하기 위해 사용되는 방법은 단순 매트릭스 구동시스템과 액티브 매트릭스 구동시스템을 포함한다.

칼라영상의 표시를 얻기위하여 3원색(적,녹,청)에 대응하는 3개 표시판에 의해 구성되는 흑백영상을 겹쳐 놓으므로서 칼라영상을 생출하는 3개판 시스템이 사용되고, 또는 표시판의 각 화소에 향하도록 모자이크 또는 줄무늬 패턴(아래 칼라필터에 단축된)에 대응하는 3개 종류의 칼라필터를 배열함으로서 칼라표시를 실행 하는 1개판 시스템이 사용된다. 3개판 시스템에서는, 3원색에 대응하는 3개 흑백영상을 겹쳐 놓기위해 3개 표시판과 광시스템 둘다를 필요하기 때문에, 소형의 경량영상표시장치를 생산하는 것은 어렵다.

반면에, 2개판 시스템으로 소형의 경량영상표시장치를 저생산비로 생산하는 것은 비교적 간단하다.

그러나, 1개판 시스템으로 영상을 색체화할때 3개판 시스템의 그것과 동등한 해상도를 얻기위하여, 많은 화소로서는 단 1개판을 위해 3배가 필요하게 된다.

그래서, 각 화소는 더 작게 만들어져야 되고 그리고 화소의 농도도 증가되어져야 한다.

각 화소에 3원색(적,녹,청)의 광을 전송하는 칼라필터의 매트릭스 구동시스템의 액정표시판을 사용할때, 스위칭 소자와 각종 신호선이 화소사이에 제공되어야 한다.

특히, 스위칭 소자(박막트렌지스터 또는 금속-절연-금속(MIM)소자)의 액티브 매트릭스 구동시스템의 액정표시판을 사용할때, 분리표시전극은 이러한 스위칭 소자, 이러한 표시전극에 구동신호를 공급하는 구동 신호선, 그리고 상기 스위칭 소자를 주사하는 제어신호를 공급하는 주사신호선에 접속되어야 한다.

그러므로, 표시하기 위해 기여하는 영역 (표시전극이 형성되는 영역)의 단위영역당 백분비 (개구비)는 표시하기 위해 기여하지 않는 영역(각종 신호선과 스위칭 소자가 형성되는 영역)에 비교될때 축소된다. 1개판 표시시스템으로 칼라영상을 표시할때, 상기와 같이 표시전극을 더욱 작게하고 화소의 밀도를 증가하는 것이 필요하고, 그래서 표시하기 위해 기여하지 않는 세이팅 (shading)영역이 비교적 크게되고, 그리고 더욱 개구비를 축소한다. 개구비에서의 이러한 축소는 액정표시판에 의해 전송된 광량을 축소하고, 이리하여 비록 같은 광원이 사용되더라도 더욱 어두운 표시영상을 초래한다.

이 문제를 해결하기 위해서, 각종 방법이 특개소 60-165621에서 60-165624 그리고 60-262131에 개지되었고, 그리고 화소영역 (표시전극)상에서, 액정판에 광입사를 집중하기 위해 마이크로렌즈어레이를 사용하는 것에 의해 표시영상의 휘도를 개량한다.

다음 방법은 마이크로렌즈어레이를 형성하기 위해 제안되었다.

(1) 합성수지재료 또는 유리를 마이크로렌즈어레이로 형성하기 위해 금속주형이 사용도는 성형법 (2) 감광수지의 일정한 형태가 마이크로렌즈어레이에 대응하는 패턴에서 광에 노출될때, 비반응감광수지가 비노출부분에서 노출부분으로 이동하고 그리고 그 노출된 부분이 볼록렌즈를 형성하기 위해 팽창하는 형상을 이용하여 마이크로렌즈어레이에서의 볼록렌즈가 형성되는 방법.

(3) 마이크로센즈어레이에서의 볼록렌즈가 그 마이크로렌즈어레이에 대응하는 평판형상에 열가소성수지를 패턴화하기 위해 알려진 포토리소그래픽 (photolithograp hic)기술을 사용함으로서 형성되고 그리고나서 분산성을 제공하고 단부에서 만곡이 되게하기 위해 연화점 부근의 온도에 그 수지를 가열하는 방법.

(4) 마이크로렌즈어레이에서의 볼록렌즈가 감광수지에 근접프린팅을 실행하고 그리고 근접프린팅에서 사용되는 마스크의 단부에서 감광수지상의 전송영상의 불면도에 따라 광반응재료의 량을 분산하는 것에 의해 형성되는 방법 .

(5) 마이크로렌즈어레이에 상당하는 구성이 광의 휘도에 대응하는 굴절율 분포를 형성하기 위해 감광수지상에 휘도분포의 광을 조사하는 것에 의해 얻게되는 방법.

(6) 마이크로렌즈어레이에 상당하는 구성이 선택이온 확산기술을 사용하는 유리 또는 다른 투명 기판상에 굴절율 분포를 형성하는 것에 의해 얻게되는 방법.

(7) 마이크로렌즈어레이에서의 볼록렌즈가 광이 감광유리에 적용될때 결정화를 수반하는 단락제거를 이용하여 형성되는 방법.

대신으로, 특개소 61-208080과 62-267791에서 개지되었든 색소 또는 염료를 사용하는 마이크로렌즈어레이를 선택적으로 색체화(적,녹,청의 원색으로)함으로서 칼라필터에 의해 결함되는 방법도 있다.

상기 방법에서, 거기의 형상을 선택하는 칼라필터의 기능으로서 분광특성을 제어하는 기도가 이루어져야 하나 그러나 칼라필터도 역시 마이크로렌즈어레이로서 기능을 함으로, 요구되는 렌즈특성을 기초로 하여 확립되는 형상을 변화하는 것은 곤란하다.

또한, 투광도가 마이크로렌즈 그 자체의 두께의 분포에 따라 변하므로(투광도는 각 마이크로렌즈의 센터 부근에서 감소하고, 반면에 흡수될 파장대에서의 광이 각 마이크로렌즈의 단부부근을 통과하게 허용된다) 그래서 요망되는 분광특성을 얻는 것은 곤란하다.

더욱, 마이크로렌즈어레이를 형성하기 위해 사용될 수 있는 재료의 범위는 굴절율, 분사구조, 그리고 용해점과 같은 그러한 요인의 관점에서는 비교적 좁다.

더욱, 마이크로렌즈를 형성하기 위해 사용될 수 있는 재료가 제한되어 있으므로, 사용될 수 있는 색소와 염료의 범위는 크게 제한된다.

그러므로, 칼라필터를 마이크로렌즈어레이에서 분리하여 제공하는 것이 바람직하다. 마이크로렌즈어레이가 상기 방법(1)에서 (7)까지 중의 어느하나를 사용하여 만들어질때, 원형 마이크로렌즈는 서로 겹치는 것을 방지하기 위해 소정의 간격으로 배열된다. 마이크로렌즈어레이의 그러한 형태에서, 광의 집중에 기여하지 않는 인접마이크로렌즈들사이에 잔존하는 공간이 있어, 그래서 마이크로렌즈어레이에 입사하는 모든 광은 집중될 수가 없고 그리고 표시로서는 사용할 수 없다.

이러한 문제의 관점에서, 집중용량은 그들사이에 공간이 없도록 각 마이크로렌즈의 형상을 변화하는 것에 의해 상승되게 할 수가 있다.

예를들면 화소가 직교격자 패턴으로 배열될때, 마이크로렌즈는 화소피치에 대응하는 직사각형상을 각 마이크로렌즈에 제공함으로서 그들사이에 공간없이 채워질 수가 있다.

대부분의 경우에는, 액정표시장치의 화소는 줄무늬 매트릭스, 경사 매트릭스, 델터 매트릭스로 배열된다.

마이크로렌즈는 액정표시판에서 화소 매트릭스에 따라 배열된다. 델터 매트릭스에 있어서는, 홀·짝수행에서의 화소는 화소피치의 반을 서로 시프트하게 된다(칼라표시판에서, 각 색의 화소는 화소피치를 1.5배 시프트 하게 된다).

델터 매트릭스는 거기의 공간해상도는 거의 이방성이 없다는 이점이 있고, 3원색은 서로 잘 혼합되고, 그리고 최고의 표시품질은 화소의 동수가 사용되는 경우에 얻게된다.

그래서, 델터 매트릭스가 대부분의 포타불 액정텔레비젼에 사용되고, 그리고 같은 효과를 역시 투사형의 영상표시장치에서 얻게 될 수가 있다. 화소가 델터 매트릭스에 배열될때, 마이크로렌즈는 그들이 정사각형인가 또는 육각형으로 그들 사이에 공간없이 함에 채워질 수가 있다. 마이크로렌즈가 상기 방법(1)을 사용하여 만들어질때, 거기의 형상은 형상의 회전대칭을 잃지 않고 직사각형이나 또는 육각형으로 분할될 수가 있어, 그래서 이들의 마이크로렌즈사이의 집중용량에는 거의 차이가 없다.

그러나, 비원형 형상의 마이크로렌즈가 상기 방법 (1)과는 다른 방법을 사용하여, 노출패턴을 요망하는 형상으로 형성하는 것에 의해 만들어질때, 형상의 회전대칭은 잃게되어 렌즈의 비점수차(非點收差)가 발생하고, 이리하여 집중점의 사이즈를 증가하거나 집중점의 지름을 외곡한다. 만일 이것이 화소의 개방에서 집중 점을 내밀게 하면, 집중용량은 감소한다.

마이크로렌즈어레이를 만들기 위해 사용되는 방법에도 불구하고, 상기 방법(1)과는 다른것으로, 비점수차의 정도는 육각형렌즈의 것보다 사각형렌즈의 것으로 더욱 커진다.

이것이 비점수차의 정도가 마이크로렌즈의 오목/볼록형싱에서나 또는 회전대칭에서의 그들의 굴절율 분포 에서 시프트에 따라 변화하기 때문이다. 그래서, 델터 매트릭스에서 화소의 액정표시판을 위해 육각형형상의 마이크로렌즈어레이를 사용하는 것이 일반적으로 가장 효과적이다. 마이크로렌즈사이에 공간을 없게하도록 상기 이온확산방법(6)으로 마이크로렌즈어레이를 형성할때, 이온은 형성되는 마이크로렌즈의 지름보다 더욱 작게 확산윈도에서 확산된다. 그래서, 마이크로렌즈의 형상이 자연히 육각형이 된다.

제8도는 종래의 칼라필터와 마이크로렌즈의 형상간의 관계를 표시한다. 그러한 결합에 있어서, 칼라필터 (316R,316G,316B)는 구형이고, 그래서 백색광 또는 또다른 색의 광이 마이크로렌즈(314)에서 내미는 그러한 부분에서 에스케이프한다.

이것이 표시 콘트라스트를 축소하거나 또는 색의 혼합이 투명도를 작게하고, 이리하여, 마이크로렌즈의 그것과 같은 칼라필터의 형상을 만드는 것이 바람직하다. 마이크로렌즈어레이와 결합된 액정표시판을 가지는 영상표시장치의 경우에 있어서, 액정표시판과 마이크로렌즈어레이 둘다는 마이크로렌즈어레이에서의 마이크로렌즈가 개별적으로 액정표시판에서의 화소에 대응하도록 서로 인접하여 위치되어야 한다.

더욱, 칼라영상의 표시를 실행할때, 얼라인먼트(alighnment)가 칼라필터와 마이크로렌즈사이에 요구된다. 그러나, 그러한 영상표시장치에 있어서, 기계적 수단으로 높은 정확도의 각 소정 위치에 각 부분을 두는 (유지)것은 곤란하고, 그리고 생산비도 정확도를 증가하는 기도가 이루어질때 중가된다.

더욱더, 액정판, 마이크로렌즈어레이, 그리고 칼라필터사이에 공기층이 있다면, 영상품질은 간섭발생감소, 표면반사, 그리고 광의 산란때문에 저하한다. 간섭발생감소, 표면반사, 그리고 광의 산란을 방지하기 위해, 이러한 부분은 접착제로서 서로 결합될 수가 있다.

일반적으로, 2개 또는 그 이상의 기판을 함께 접착을 허용하는 기술은 광부품을 서로 결합하거나 또는 액정표시장치를 생산하기 위해 사용된다. 자외선고정수지는 색지움복합렌즈, 프리즘의 각종 형 그리고 편향빔 분할기와 같은 광부품을 결합하기 위해 일반적으로 사용된다.

비록 냉간경화수지(cold-setting resin)가 때때로 사용되어도, 그들의 오랜 고정시간 때문에 대량 생산에는 적합하지 않다.

이러한 광부품에 있어서, 유리의 서로다른 종류가 때때로 서로 결합되나, 그러나 그들의 열신장계수에는 거의 차이가 없다.

더욱, 그것이 얇게 유지되는 동안 접착층의 두께를 엄격히 제어할 필요는 없다. 액정표시판이 균일전기광학특성을 가지는 것이 요구됨으로, 판의 두께는 일정하여야 한다. 액정표시판을 구성하는 2개 기판을 결합할때, 스페이서(spacer)는 기판사이에 우선 펼쳐지고, 그리고나서 액정이 기판사이의 공간에 주입된다. 비록 봉합부분이 광을 투과하기를 요구하지 않아도, 봉합수지에 스페이서를 사용하는 것은 또한 필요하다. 봉합수지로서, 열경화성 에폭시접착제가 액정표시장치의 특성과 신뢰성에 대한 효과의 견지에서 일반적으로 사용된다. 액정표시판의 경우에 있어서, 서로 결합되는 기판은 같은 재료로 일반적으로 만들어지고, 그래서, 열신장계수의 차이를 고려할 필요가 없다.

그러나, 다른 열시장계수의 2개 기판이 종래의 기술에 의해 서로가 결합되는 경우에 있어서 열환경에서의 변화에 기인하는 기판의 분리, 뒤틀림(warp) 그리고 스트레스의 완화를 방지하는 것이 필요하다.

특히, 마이크로렌즈어레이가 접착제로서 액정표시판에 의해 결합되는 경우에 있어서, 접착제는 광특성에서 변화가 발생하거나 또는 접착제의 비균일 두께가 초점거리에서 시프트를 발생하여, 간섭의 방지, 표면반사, 그리고 광의 산란의 효과가 축소된다.

예를들면, 붕규산유리기판의 액정표시판이 소다석회유리기판의 평마이크로렌즈어레이에 의해 결합되는 경우에서 발생하는 문제들이 논의 될 것이다.

상기와 같이, 마이크로렌즈어레이는 화소상에 액정표시판의 블랙 매트릭스부분에 부수하는 광을 집중하고, 그래서 표시영상의 휘도가 증가되고 그리고 등가 개구비도 상승된다.

가장 큰 가능한 효과를 얻는 목적을 위해, 마이크로렌즈어레이는 각 마이크로렌즈의 촛점이 대응하는 화소의 영역에서 위치되도록 그곳사이에서 접착제의 두께를 조정함으로서 액정표시판에 의해 균일하게 결합되어야 한다.

이온교환방법으로 굴절율 분포가 제공된 평마이크로렌즈어레이의 경우에 있어서, 나트륨 이온의 큰량을 함유하는 소다석회유리는 기판으로서 사용된다. 소다석회유리가 액정에 이온의 용리에 기인하는 액정표시판의 기판으로서 바람직하지 않고, 액정의 특성을 낮추므로, 저이온함량을 가지는 붕규산유리가 사용된다.

소다석회유리의 열신장계수가 8-10×10^-6deg^-1이고, 그리고 붕규산유리의 열신장계수가 4-5×1O^-6deg^-1이므로, 한쌍의 3인치 기판이 서로 결합될때, 약 0.9mm의 뒤틀림이 150℃의 온도에서 발생하고, 그래서, 열에 관한 신뢰도는 떨어진다.

선행기술의 상기 논의되고 다수의 결점과 결함을 능가하는 본 발명의 영상표시장치는 광원과 적어도 하나의 투사렌즈를 포함하는 광시스템 ; 표시영상을 형성하는 표시수단, 표시판의 광입사측에 배치된 마이크로 렌즈어레이와 비발광표시판을 포함하는 표시수단, 그리고 표시영상을 투사하는 적어도 하나의 투사렌즈를 포함하고, 그 표시판과 마이크로렌즈어레이는 투명재료로 만들어진 접착제의 수단에 의해 서로가 결합된다.

바람직한 실시예에서의 비발광표시판은 액정표시판이다.

바람직한 실시예에서의 비발광표시판은 표시판의 화소에 대응하도록 매트릭스로 배열된 복수의 마이크로렌즈를 가진다.

더욱, 바람직한 실시예에서의 상기 마이크로렌즈어레이는 마이크로렌즈에 대응하도록 배열된 복수의 칼라 필터를 가지고, 그 칼라필터는 적어도 3원색으로 만들어진다.

더욱 바람직한 실시예에서의 칼라필터는 마이크로렌즈어레이의 광입사측에 배치된다.

더욱 바람직한 실시예에서의 칼라필터는 마이크로렌즈어레이의 광출사측에 배치된다.

바람직한 실시예에서의 칼라필터는 마이크로렌즈의 그것과 같은 형상을 가진다.

더욱 바람직한 실시예에서의 상기 마이크로렌즈의 형상과 칼라필터는 육각형이다.

바람직한 실시예에서의 상기 접착제는 거기에 분산된 스페이서를 포함한다.

이리하여, 여기에어 언급된 발명은 표시영상의 뜻있게 개량된 콘트라스트와 휘도의 소형의 경량영상표시 장치를 제공하고(1), 색광의 혼합과 광누설의 문제가 해결되고 그리고 마이크로렌즈어레이와 칼라필터를 통하여 통과하는 광은 효과적으로 이용되고, 더욱 개량된 표시영상의 콘트라스트와 휘도를 얻는 영상표시장치를 제공하고(2), 비발광표시패널의 기판과 마이크로렌즈어레이는 광특성을 낮추는 것이 없이 함께 결합되고, 그리고 뒤틀림 또는 분리는 즉시 발생하지 않고 그리고 높은 열신뢰성이 열신장계수에서의 차이가 축소 되기 때문에 얻게되는 영상표시장치를 제공(3)하는 목적을 가능하게 한다.

[실시예]

1도는 본 발명의 칼라영상표시장치를 표시한다. 이 칼라영상표시장치(100)는 광원(2)과 반사경(3)을 가진다. 광원(2)과 반사경(3)에서의 광은 콘덴서렌즈(4,5)를 통하여 통과하고 그리고나서 표시수단(61)에 들어 간다. 광원(2)은 하로겐램프, 하라이드(halide)램프, 또는 크세논램프가 될 수 있는 백색광원이다. 반사경 (3)은 대향측을 향하여 광원(2)에 의해 이미트된 광을 반사하고, 표시수단(61)을 향하여 광을 돌린다.

비록 Koehler조도(조광)가 이 보기에서 사용되더라도, 다른 조도방법(임계조도 또는 텔레센트릭 (telecentric)조도)도 또한 사용될 수가 있다. 표시수단(61)을 통하여 통과하는 광은 투사렌즈(7)에 의해 스크린(8)에 투사되고, 칼라영상으로 귀착한다.

2도는 표시수단(61)은 일부를 표시하는 확대사시도이다. 표시수단(61)은 마이크로렌즈어레이(110)와 액정표시판(120)을 가지고, 그 둘다는 투명재료로 만들어진 접착충(130)와 수단에 의해 서로 결합된다. 마이크로렌즈어레이(110)는 표시수단 (61)의 광입사측에 설치된다. 접착층(130)으로 향한 마이크로렌즈어레이 (110)의 표면은 유리기판(112)상에 형성된 각 마이크로렌즈에 대응하는 3원색(적,녹,청) 필터 (116) (필터의 각색은 116R, 116G, 116B 번호로 표시된다)를 가진다. 칼라필터 (116)에 사용되는 재료는 바람직하게 광과열에 관한 저항을 고려하여 무기재료나 또는 유기재료이다.

사용될 수 있는 무기재료의 예는 다른 굴절율의 2종류의 산화막이 전자빔 용착(석출) 또는 스퍼터링 (sputtering)에 의해 바람직하게 형성되는 간섭필터를 포함한다. 산화막 배합의 일정한 예는 이산화티타늄 (TiO₂)와 이산화실리콘 (SiO₂) 이다.

여기에서 이산화지르코늄(ZrO₂)은 TiO₂대신에 사용될 수 있고 그리고 마그네슘프르오라이드(magnesiumfluoride) (MgF₂)는 SiO₂대신 사용될 수 있다. 리프트-오프(lift-off)기술 또는 포토에칭 (photo-etching)기술과 같은 알려진 포토리소그래픽공정이 간섭칼라필터를 패턴하기 위해 사용될 수가 있다. 사용될 수 있는 유기색소의 예는 퀴나크리돈(quinacridone)적색소, 그리고 프탈옥시야닌(phthalocyanine)녹과 청색소를 포함한다.

이러한 유기색소는 바인더로서 사용하는 감광수지에 균일하게 분산되고, 그리고 소정의 패턴이 알려진 포토리소그래픽공정에 의해 혼합물에서 형성된다. 입사의 기점방향과는 다른 방향에서의 마이크로렌즈어레이 (110)에의 광입사와, 또는 마이크로렌즈 (114) 그들자체에서의 광수차에 기인하는, 광이 집중해야 하는 화소 영역에 향하는 것과 다른 방향으로 가는 광은 표유광으로서 다른 칼라필터(116)에 대응하는 화소영역을 주향(走向)한다. 표유광을 차광하는 목적을 위해, 세이팅(shading)마스크(118)가 칼라필터 (116)사이에 제공된다. 세이딩마스크(118)는 제1도에는 표시되지 않는다. 세이딩마스크(118)는 알려진 포토리소그래픽공정에 의해, 크롬(chrome) 또는 흑색소와 같은 금속의 박막으로 형성된다. 액정표시판(120)은 아래에서 설명되는 구조를 가진다. 화소전극(122). 구동신호선(123), 스위칭 소자(표시되지 않음), 그리고 주사신호선 (124)은 광입사측에 위치하는 유리기판(121)상에 형성된다. 대향전극(127)은 화소전극(122)에 직면하도록 대향유리기판(126)의 전표면에 형성된다. 액정층(128)은 유리기판(121,126)사이에 삽입된다. 유리기판(121,126)에 사용되는 재료로서, 예를들면 붕규산유리가 사용된다. 화소전극(122)과 대향전극(127)은 인듐주석산화물 (ITO)과 같은 투명도전성재료로 형성된다.

그러한 액정표시판(120)에 있어서, 화소전극(122)은 투광영역을 구성하고, 한편 구동신호선(123), 스위칭소자, 주사신호선(124)등은 광을 투과하지 않는 세이팅영역을 구성한다.

제3도는 액정표시판(120)의 표시화소로서 기능을 하는 소자전극(122)의 인근을 표시하는 확대평면도이다. 이 액정표시판(120)는 액티브 매트릭스 구동형이 될 수 있다.

제3도에 표시한 것과 같이 화소전극(122)은 유리기판(121)상에 매트릭스로 배열되어 있다.

이러한 화소선극(122)에의 구동신호는 박막트랜지스터(TFTs)와 같은 스위칭 소자(125)를 경유 구동신호선(123)에서 제공된다. 주사신호선(124)에서의 주사신호의 입력에 의해, 이러한 스위칭 소자(125)는 온과 오프로 스위치되고 그리고 차례차례 구동신호는 온과 오프된다. 마이크로렌즈어레이(110)는 예를들면 유리 기판이 휘도분포를 가지도록 선택이온확산방법 또는 이온교환방법에 의해 고다석회유리로 만들어진 유리기판(112)에 나트륨이온을 주입하는 것에 의해 만들어진다.

나트륨이온이 주입되는 영역이, 예를들면 유리기판(112)의 그것보다 더 큰 굴절율을 가지는 볼록 마이크로렌즈(114)로 형성된다. 마이크로렌즈어레이(110)는 그들이 개별적으로 액정표시판(120)에서 화소전극 (122)에 대응하도록 매트릭스로 이러한 종류의 마이크로렌즈(114)를 배열하는 것에 의해 얻게된다. 마이크로즈(114)의 형상은 콘덴서렌즈(4,5)를 통하여 광원(2)에서 들어오는 광이 각 칼라필터 (116)를 통하여 통과하고 그리고나서 액정표시판(120)의 대응하는 화소전극(122)을 주향하도록 결정된다.

이 예에서는, 액정표시판(120)의 화소전극(122)은 델터형상 매트릭스로 형성되고, 그래서, 마이크로렌즈 (114)와 칼라필터(116)의 형상은 둘다가 육각형으로 고정된다.

제4도는 접착층(130)의 측면에서 설명될때, 마이크로렌즈어레이(110)에서 마이크로렌즈(114)의 일부만을 표시하는 약도이다.

그러나, 이 도면은 칼라필터(116)와 세이딩마스크(118)는 표시하지 않는다. 각 마이크로렌즈(114)와 굴절율은 렌즈의 센터를 향해 더욱 커진다.

역시, 각 마이크로렌즈(114)는 그곳사이의 보더라인(borderline)에서 인근 마이크로렌즈(114)로 퓨즈된다.

그러한 마이크로렌즈어레이(110)를 사용함으로서, 세이팅영역에 입사한 광은 액정표시판(120)의 화소전극(122)에 집중될 수가 있다. 마이크로렌즈(114)와 칼라필터(116)가 액정표시판(120)의 화소전극(122)에 의해 정렬된후, 마이크로렌즈어레이 (110)는 투명재료로 만들어진 접착층(130)의 수단에 의해 액정표시판(120)의 유리 기판(121)과 결합된다.

이리하여, 표시수단(61)은 단일 단위로 형성된다. 접착층(130)을 구성하는 투명재료는 높은 접착력으로 유리와 적당한 점성도(200-200cps)에 가까운 굴절율 (1.4-1.6)을 가지는 것은 바람직하다.

사용될 수 있는 투명재료의 예는 스리본드(Three-bond)의 AVR-100, 소니케미칼(Sony Chemical)의 LUV-1003, 고리고 노랜드(Norland)의 NOA-61,63, 그리고 65와 같은 합성 아크릴(synthetic acrylic)과 에폭시수지를 포함한다.

비록 이러한 투명재료가 UV 조사하에 놓일 수 있는 합성수지이라도, 열경화성수지가 역시 사용될 수 있다. 접착층(124)의 두께는 10미크론 이하이면 곧 분리가 발생하고 그리고 100미크론 이상이면 셋팅하는데 너무 많은 시간이 소요되기 때문에, 10에서 100미크론까지가 되어야 한다.

예를들면, 접착층(130)이 대랴 100미크론 두께이면 6cm의 높이에서 250-W 고압수은등에 의해 조사될때 20초 내에 충분히 셋된다. 접착층(130)이 얇은 부분에서, 두께에서의 균일의 결여는 분리를 초래하고, 그래서, 균일은 보장되어야 한다.

이 예에서, 전착층(130)의 두께는 투명재료에서 스페이서(132)의 적당한 양을 혼합함으로서 균일되어 유지된다. 스페이서(132)는 제1도에 표시되지 않는다. 스페이서(132)는 정상상태에서는 구면프라스틱 입자이다.

스페이서 (132)의 지름은 되도록이면 10에서 100미크론까지이고, 그리고 그들의 굴절율은 1.4에서 1.6까지가 바람직하다.

투면재료의 그것보다 낮은 탄성계수와 확대가능성을 가지는 스페이서(132)가 선택된다. 투명재료에 혼합하는 스페이서(132)의 비율은, 예를들면, 접착층(130)의 1평방 미리미터에 몇개이다

스페이서(132)에 사용되는 재료는 세기수이파인 케미칼(Sekisui Fine chemi cal)의 마이크로 피이얼(Microperl)SP와 니혼쇼구바이(Nihon Shokuvai)의 에포스타 (Epostar)CP와 같은 스티렌 또는 아크릴합성수지가 될 수 있다. 접착층(130)의 두께는 100미크론이였고, 그리고 마이크로렌즈어레이(110)와 액정표시판 (120)은 제2도에 표시된 것과 같이 서로 결합된 표시수단(61)에 관하여 400에서 700nm까지 파장으로 투광도의 측정은 결합된 표면에서의 반사손은 0.1% 또는 그 이하였고 그리고 스페이서 (132)에 기인하는 산란은 실제사용에 있어 무시될 만큼 작았다는 것을 표시했다.

역시, 스페이서(132)를 사용함이 없이 10미크론의 두께에서 함께 결함될때, 100℃ 또는 그 이하의 온도에서 분리가 발생했다.

대비하여, 지름에 10∼100미크론의 스페이서(132)을 사용하여 함께 균일하게 결합할때, 150℃의 온도에서도 발생하지 않았고 그리고 결합된 부분은 -25℃에서 80℃까지 100사이클의 열충격테스트에 잘 견디었다.

광원(2)에서 이미트되고 콘덴서렌즈(4,5)를 경유하여 표시수단(61)에 입사하는 광은 마이크로렌즈어레이 (110)에 의해 액정표시판(120)의 각 화소전극(122)에 집중되고 그리고 액정층(128)을 통하여 통과할때, 광은 구동신호에 대응하는 휘도변조를 받는다.

액정표시판(120)를 통하여 통과한후, 이 변조된 광은 마이크로렌즈(114)를 위해 창설된 개구비에 의해 결정된 입체각에 대응하는 원추범위내에서 확산된다.

투사렌즈(7)의 개구(Dl)가 어떤 마이크로렌즈(114)에서의 그러한 한 묶음의 광선을 받게 될 수 있도록 선택된다.

이러한 방법으로, 액정표시판(120) (표시영상)을 통하여 통과하는 광은 투사렌즈(7)에 의해 제한되지 않는다. 투사렌즈(7)에 의해 확대된 표시영상은 스크린(8)에 투사된다.

광원에서의 모든광이 액정표시판(120)의 투광영역을 통하여 유혀하게 통과할때, 스크린(8)상에 형성된 영상의 휘도는 광원(2)의 조도를 증가함이 없이 개량될 수가 있다.

더욱, 영상표시장치는 3원색(적,녹,청)에 대응하는 3개 액정표시판을 사용하는 종래의 영상표시장치와 비교할때, 더욱 소형 그리고 경량으로 만들수가 있다.

제5도는 이 발명의 다른 칼라영상표시장치를 표시한다. 이 칼라영상표시장치 (100)는 표시수단(62)의 마이크로렌즈어레이의 구조를 제외하고는 상기에서 얻은 것과 같은 것이다.

더욱, 다른것이 표시되지 않으면, 영상표시장치를 생산하는 방식과 각 부분에 사용되는 재료는 상기에서 사용된 것과 같다.

제6도는 표시수단(62)의 일부를 표시하는 확대사시도이다. 표시수단(62)은 마이크로렌즈어레이(210)와 액정표시판(220)을 가지고, 그리고 그의 둘다는 투명재료로 만든 접착층(230)으로 서로가 결합된다. 마이크로렌즈어레이 (210)은 표시수단(62)의 입사광측에 설치된다.

제6도에서 볼 수 있는 것과 같이, 이 보기의 마이크로렌즈어레이(210)는 마이크로렌즈와 칼라필터의 위치관계는 입사광의 방향에 관해 역으로 되는 상기에서 사용된 것과는 다르다.

접착층(230)에 향하는 마이크로렌즈어레이 (210)의 표면은 유리기판(212)상에 형성된 3원색필터 (216) (필터의 각색은 216R,216G,216B로 표시된다)에 대응하는 마이크로렌즈(214)를 가진다.

이 예에서는, 세이딩마스크(218)도 역시 칼라필터 (216)사이에 제공된다. 세이딩마스크(218)는 제5도에는 표시되지 않는다. 액정표시판(220)은 앞에서 사용된 액정표시판(120)의 것과 같은 구조를 가진다. 화소전극 (222), 구동신호선(223), 스위칭 소자(표시되지 않음), 그리고 주사신호선(224)은 입사광측에 위치한 유리 기판(221)상에 형성된다. 대향전극(227)는 화소전극(222)에 직면하도록 대향유리기판(226)은 전표면상에 형성된다. 액정층(228)은 유리기판(221,226)사이에 배치된다. 그러한 액정표시판(220)에 있어서, 화소전극 (222)은 투광영역을 구성하고, 한편 구성신호선 (223), 스위칭 소자, 그리고 주사신호선(224)은 광을 투과하지 않는 세이팅영역을 구성한다. 표시수단(62)는 다음과 같이 생산된다.

첫째, 칼라필터(216)는 개별적으로 칼라필터 (216)가 액정표시판(220)의 화소전극(222)에 대응하도록 3원색 (적,녹,청)의 소정의 패턴으로 유리기판(212)상에 형성된다.

이러한 칼라필터(216)은 거기에 분산된 색소를 포함한 합성수지를 적용하거나, 또는 스퍼터링을 통하여 간접필터를 선택적으로 용착함으로서 형성되고, 그리고 다른 굴절율의 복수의 산화막을 포함한다.

그리고나서 투명수지층(219)가 칼라필터 (216)로 유리기판(212)상에 형성되고, 그리고 표면이 평평하게 되고, 기판(212)이 굽게된다.

비교적 높은 굴절율의 열가소성 수지가 칼라필터(216)의 위치에 대응하는 투명수지층(219)의 표면에 선택적으로 적용되고, 그리고나서 열가소성 수지가 볼록렌즈를 형성하기 위해 그의 연화점의 온도에 가열된다.

이러한 방법으로, 마이크로렌즈어레이(210)는 마이크로렌즈(214)가 개별적으로 액정표시판(220)에서 화소전극(222)에 대응하도록 매트릭스로 마이크로렌즈 (214)를 배열하는 것에 의해 얻게된다. 마이크로렌즈(214)의 형상은 콘덴서렌즈 (4,5)를 통하여 광원(2)에서 들어오는 광은 각 칼라필터(216)를 통하여 통과하고 그리고나서 액정표시판(220)의 화소전극(222)에 주행한다.

이 보기에서는, 액정표시판(220)의 화소전극(222)은 델터형상 매트릭스로 형성되고, 그래서, 마이크로렌즈(214)와 칼라필터(216)의 형상은 둘다가 육각형이 되게 고정된다. 마이크로렌즈어레이(210)의 사용으로, 칼라필터(216)에의 입사광은 액정표시판(220)의 화소전극(222)에 효과적으로 집중된다. 마이크로렌즈(214)와 칼라필터(216)이 액정표시판(220)의 화소전극(222)에 의해 정렬된 후, 마이크로렌즈어레이(210)는 투명 재료로 만들어진 접착층(230)에 의해 액정표시판(220)의 유리기판(221)으로 결합된다.

이리하여, 표시수단(62)는 단일 단위로 형성된다. 이 보기에서는, 접착층(230)에서 어떠한 스페이서도 혼합하는 것을 필요로 하지 않다. 광원(2)에서 이미트되고 콘덴서렌즈(4,5)를 경유하여 표시수단(62)에 입사한 광은 마이크로렌즈어레이 (210)의 각 칼라필터(216)에 의해 색채화되고 각 마이크로렌즈(214)에 의해 액정표시판 (220)의 각 화소전극 (222)에 집중된다. 액정층(228)를 통하여 통과할때, 광은 구동신호에 대응하는 휘도변조를 받는다. 액정표시판(220)를 통하여 통과한후 이 변조된 광은 마이크로렌즈(214)를 위해 창설된 개구비에 의해 결정된 입체각에 대응하는 원추범위내에 확산된다. 투사렌즈(7)의 개구(Dl)는 어떤 마이크로렌즈(214)에서 그러한 한 묶음의 광선을 받게될 수 있게 선택된다.

이러한 방법으로, 액정표시판(220)(표시영상)을 통하여 통과하는 광은 투사렌즈(7)에 의해 제한하지 않는다. 투사렌즈(7)에 의해 확대된 표시영상은 스크린(8)에 투사된다. 광원(2)에서의 모든 광의 액정표시판 (220)의 투과영역을 통하여 유효하게 통과함으로, 스크린(8)상에 형성된 영상의 휘도는 광원(2)의 조도를 증가함이 없이 개량될 수가 있다.

더욱, 영상표시장치는 3원색(적,녹,청)에 대응하는 3개 액정표시판을 사용하는 종래의 영상표시장치와 비교할때, 더욱 소형이고 경량으로 만들어질 수가 있다.

제7도는 본 발명의 혹백영상표시장치의 구성서을 표시하는 약단면도이다. 흑백영상표시장치(300)는 표시 수단(63)의 마이크로렌즈어레이가 칼라필터를 가지지 않은 것을 제외하고 앞의 칼라영상표시장치와 같다.

비록 상기 언급한데 있어, 액정표시판이 비발광표시판으로서 사용되어서도, 전기크로믹표시판 또는 투광형시라믹표시판과 같은 다른 비발광표시판도 역시 사용될 수가 있다.

더욱, 마이크로렌즈어레이에서 각 마이크로렌즈의 형상은 비발광표시판에서 화소 매트릭스에 대응하도록 선택될 수가 있다. 즉, 그것은 원형, 정사각형, 육각형 또는 다른 다각형 형상이다.

더욱, 칼라필터의 형상은 바람직하게 마이크로렌즈의 그것과 같아야 한다.

각종 다른 변형은 본 발명의 범위와 정신에서 이탈함이 없이 기술에 익숙한 그들에게 명백하고 그리고 즉시 만들어 질 수 있는 것이 이해된다.

따라서, 여기에 첨부된 청구범위는 여기에서 설명된 것과 같이 제한이 있으나, 그러나 청구범위는 이 발명이 속하는 기술에 익숙한 사람들에 의해 동등한 것으로 취급되는 모든 것을 포함하여, 본 발명에 존재하는 특허가능신규성의 모든 특징을 망라하는 것으로 해석된다.

Claims (9)

1. 광원과 적어도 하나의 투사렌즈를 포함하는 광시스템과, 표시영상을 형성하는 표시수단과, 비발광표시판과 상기 표시판의 입사광측에 배치된 마이크로렌즈어레이를 포함하는 상기 표시수단과, 그리고 표시영상을 투사하는 적어도 하나의 투사렌즈를 포함하고, 상기 표시판과 상기 마이크로렌즈어레이는 투명재료로 만들어진 접착제로서 서로가 결합되는 영상표시장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 비발광표시판은 액정표시판인 영상표시장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 표시판은 매트릭스로 배열된 복수의 화소를 가지고 그리고 상기 마이크로렌즈 어레이는 상기 표시판의 화소에 대응하도록 매트릭스로 배열된 복수의 마이크로렌즈를 가지는 영상표시장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 마이크로렌즈어레이는 더욱 마이크로렌즈에 대응하도록 배열된 복수의 칼라필터를 가지고, 상기 칼라필터는 적어도 3원색으로 만들어진 영상표시장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 칼라필터는 상기 마이크로렌즈어레이의 입사광측에 배치된 영상장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 칼라필터는 상기 마이크로렌즈어레이의 출사광측에 배치된 영상표시장치.
7. 제4항에 있어서, 상기 칼라필터는 상기 마이크로렌즈의 것과 같은 형상을 가지는 영상표시장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 마이크로렌즈와 칼라필터의 형상은 육각형인 영상표시장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 접착제는 거기에 분산된 스페이서를 포함하는 영상표시장치.

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