KR100423176B1 - 투사형표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투사형 표시 장치에 관한 것이고, 광원과, 출사면에 편광판을 가지는 액정패널을 사용하여, 상기 광원으로부터 출사한 광속을 영상신호에 근거하여 변조하기 위한 변조광학계와, 상기 변조광학계를 통과한 직선편광의 광속을 원편광으로 하기 위해서 상기 편광판의 출사측에 설치한 제1의 위상차판과, 상기 제1의 위상차판을 통과한 원편광의 광속을 다시 직선편광으로 하기 위해서 상기 제1의 위상차판의 출사측에 설치한 제2의 위상차판과, 상기 제2의 위상차판을 통과한 직선편광의 광속을 스크린에 확대 투사하기 위한 투사광학계를 가지기 때문에, 액정패널로 되돌아가는 반사광을 방지하면 매우 투사광속을 직선편광으로 할 수 있다.

Description

투사형 표시 장치{A projection type display device}

발명의 배경

본 발명은, 액정패널을 라이트밸브로서 사용하여, 여기를 통과하는 광속(光束)을 영상신호에 대응시켜서 변조하고, 그 광속을 투사렌즈를 통해 스크린상에 확대 투사하도록 구성한 투사형 표시 장치에 관한 것이다. 더욱 자세히는, 액정패널을 통과한 빛이 투사 렌즈 또는 광합성 프리즘 등에 의해 반사하여 다시 액정패널에 입사하는 것을 방지하기 위한 투사형 표시 장치의 기구에 관한 것이다.

종래의 기술

오늘날, 광원으로부터의 광속을 액정패널을 통해서 영상 정보에 대응시켜서변조하고, 그리고 투사광학계를 통해 변조한 광속을 스크린상에 확대 투사하는 투사형 표시 장치의 개발실용화가 추진되고 있다. 그런데, 제 8 도에 나타낸 바와 같이, 편광판(6)과 공기와의 계면에서 반사한 광속이 액정패널로 되돌아오는 것에 기인하는 소자의 오류 동작 등의 문제점이 남겨지고 있고, 이 문제점을 해결하는 것이 조급히 구해지고 있다. 일본국 특허공개 (평)5-210097호 공보에는 이 문제를 해결하기 위해서, λ/4판을 액정패널과 투사광학계의 사이에 배치한 투사형 표시장치가 개시되어 있다.

제 9 도(a)에는, 종래의 1매의 액정패널을 사용한 투사형 표시 장치의 광학계의 구성을 나타내고 있다. 제 9 도에 있어서는, 광원램프(1)로부터 출사한 광속은, 입사측 편광판(4), 액정패널(5) 및 출사측 편광판(6)을 가지는 변조광학계(3)를 향하여 출사한다. 변조광학계(3)에서는, 영상 신호에 근거하여 입사한 광속을 액정패널(5)로 변조하고, 출사측 편광판(6)을 통과함에 의하여 직선편광으로 된 광속을, 그 지연축의 방향이 출사측 편광판의 투과축의 방향과 45°어긋난 λ/4판(7)을 향하여 출사한다. 그리고 λ/4판(7)을 통과한 광속은 투사광학계(2)에 의해서, 스크린(9)에 확대 투사된다. 한편, λ/4판(7)과 공기와의 계면에 의해서 반사한 광속은 다시 λ/4판(7)을 역방향으로부터 통과함에 의해, 그 편광방향이 출사측 편광판(6)의 투과축방향과 90°어긋난 직선편광이 된다. 그 때문에, 투사광학계(2)에 의해서 반사한 광속은, 출사측 편광판(6)에 흡수되기 때문에 액정패널에는 되돌아가지 않는다.

제 9 도(b)에는, 종래의 3매의 액정패널을 사용한 투사형 표시 장치의 광학계의 구성을 나타내고 있다. 제 9 도(b)에 있어서는, 광원램프(1)로부터 출사한 광속은, 다이크로익(dichroic) 미러(101,102)를 포함하는 색분리광학계(10)를 통해, 빨강, 초록 및 파랑의 각 색광속으로 분리된다. 그리고, 색분리광학계(10)에 의해서 분리된 각 색광속은 미러(111,112 및 113)로 이끌어지고 빨강, 초록 및 파랑의 각 색에 대응하는 3매의 액정패널(5R,5G 5B)을 구비한 변조광학계(3R,3G 및 3B)에 입사한다. 각 변조광학계(3R,3G 및 3B)에서는, 영상신호에 근거하여 입사한 각 색광속을 각 액정패널(5R,5G 및 5B)에 의해서 변조하여, 출사측 편광판(6R,6G 및 6B)을 통과함으로써 직선 편광으로 된 광속을, 그 지연축의 방향이 출사측 편광판의 투과축의 방향과 45°어긋난 λ/4판(7R,7G 및 7B)을 향하여 출사한다. 그리고 λ /4판(7R,7G 및 7B)을 통과한 광속을, 광합성계(11)에 의해서 합성하고, 그 후 투사광학계(2)에 의해서, 스크린(9)에 확대 투사된다. 한편, λ/4판(7)과 공기와의 계면에 의해서 반사된 광속은 다시 λ/4판(7R,7G 및 7B)을 역방향으로부터 통과함으로써 그 편광방향이 출사측 편광판(6R,6G 및 6B)의 투과축방향과 90°어긋난 직선편광이 된다. 그 때문에, 투사광학계(2)에 의해서 반사한 광속은, 출사측 편광판(6R,6G 및 6B)에 흡수되기 때문에 액정패널에는 되돌아가지 않는다.

발명의 목적

상술한 종래의 투사형 표시 장치에 있어서는, 변조광학계(3 또는 3R,3G 및 3B)를 통과하는 광속, 결국은 스크린(9)에 확대 투사하는 광속은 λ/4판(7 또는 7R,7G 및 7B)을 통과하기 때문에 원편광으로 된다. 그러나, 스크린에 투사하는 광속 또는, 광합성계에 입사하는 빛은 직선평광인 것이 바람직하다.

그 이유를 이하에 서술한다.

우선, 첫째로 광합성계에 입사하는 광속이 원평광인 경우를 생각한다. 광합성계에는 일반적으로 파장 선택성이 있는 다이크로익 프리즘이 사용되지만, 이 다이크로익 프리즘을 S 편광성분 또는 P 편광성분의 어느 쪽에도 동등의 파장 선택성을 가지게 하도록 만드는 것은 곤란하기 때문에, 통상 어느 한쪽의 편광성분으로 최적화되어 있다. 그 때문에, 예를 들면 상기한 종래예에 있어서 광합성계를 S 편광성분에 대하여 최적화하고 있는 경우, 변조광학계(3R)에서 출사한 광속중 S 편광성분에 관하여는 광속은 광합성계(11)의 빨강 반사막에 의해서 반사하여 투사광학계로 이끌어지지만, P 편광 성분에 관하여는 그 일부가 빨강 반사막을 투과해 버린다. 그 결과, 변조광학계(3R)와 광합성계(11)를 통해 서로 대향하는 위치에 배치된 변조광학계(3B)에 빨간 광속이 입사한다. 물론, 다른 변조광학계(3G 및 3R)에 대하여도 같은 것을 말할 수 있다.

둘째로 투사광학계에 입사하는 광속, 즉 스크린에 투사하는 광속이 원편광인 경우를 생각한다. 투사화상의 질저하의 원인의 하나로서, 스크린에 의해서 반사된 조명 등의 빛이 사용자의 눈으로 들어가는 것이 있다. 일반적으로, 말하여, 방의 조명은 천정에 붙어 있는 것이 많기 때문에, 스크린에 의해서 반사하는 빛은, P 편광 방향의 반사광과 S 편광 방향의 반사광을 비교하면 P 편광 방향의 반사광의 쪽이 눈에 띈다고 하는 경향이 있다. 그 때문에, 스크린에는, P 편광 방향의 빛을 흡수하는 기능을 가지는 편광 스크린을 사용하는 것이 많다. 그런데 투사화상이 원편광이면, 조명등의 빛의 P 편광성분뿐만 아니라 투사화상의 P 편광 성분도 흡수하기때문에 투사화상의 광량이 반감하여, 밝은 표시를 얻을 수 없게 되어 버린다고 하는 문제를 남기게 된다. 따라서, 스크린에 투사하는 광속 또는 광합성계에 입사하는 빛은 직선편광, 바람직하게는 S 편광의 직선 편광인 것이 바람직한 것이다.

발명의 요약

본 발명은 상기한 문제점 결국 편광판 또는 λ/4판과 공기와의 계면에 의한 반사광속의 액정패널에의 입사를 방지함과 동시에, 스크린에 투사하는 광속 또는 광합성계에 입사하는 빛을 직선편광으로서, 표시 특성이 양호한 투사형 표시 장치를 실현하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 투사형 표시 장치는, 광원과, 출사면에 편광판을 가지는 액정패널을 사용하여, 상기 광원으로부터 출사한 광속을 영상 신호에 근거하여 변조하기 위한 변조광학계와, 상기 변조광학계를 통과한 직선편광의 광속을 원편광으로 하기 위해서 상기 편광판의 출사측에 설치한 제1의 위상차판과, 상기 제1의 위상차판을 통과한 원편광의 광속을 다시 직선편광으로 하기 위해서 상기 제1의 위상차판의 출사측에 설치한 제2의 위상차판과, 상기 제2의 위상차판을 통과한 직선편광의 광속을 스크린에 확대투사하기 위한 투사광학계를 가진다.

또한, 상기 제1 및 제2의 위상차판은 λ/4판이고, 상기 제1의 위상차판의 지연축의 방향이 상기 편광판의 투과축의 방향과 45°어긋난 상태가 되도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2의 위상차판은 그 지연축의 방향이 상기 제1의 위상차판의 지연축의 방향과 90°어긋난 상태가 되도록 배치되어 있다.

그위에, 상기 변조광학계, 상기 제1의 위상차판, 상기 제2의 위상차판은 상기 스크린에 투사하는 광속의 편광이 S 편광이 되도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.

제 1 도 및 제 2 도(a) 및 (b)를 사용하여 상기 한 발명의 작용을 자세히 설명한다. 광원(1)으로부터 출사하여 그 뒤 액정패널에 의해서 변조하고, 투과축의 방향이 수직방향인 편광판(6)을 통과한 광속(181)은 직선편광이 되고, 그 편광방향(131)은 수직방향으로 되어 있다. 이 직선편광의 광속은, 그 지연축(141)이 편광판의 투과축의 방향과 45°어긋난 상태가 되도록 배치되어 있는 λ/4판인 제1의 위상차판(7)을 통과함에 의해, 직선편광의 광속의 성분중 제1의 위상차판(7)의 지연축(141) 방향의 성분이, 제1의 위상차판(7)의 속도축(142) 방향의 성분과 비교하여 1/4 파장분 위상이 지연된다. 그 때문에, 제1의 위상차판(7)을 출사한 광속(132)은 원편광이 된다. 제 2 도(a)에 이 기간에 있어서의 각 성분의 위상의 변화를 나타낸다. 도면중 세로축은 광속의 진폭을 나타내고, 횡축은 시간변화를 나타낸다. 실선으로 나타낸 (13a)는 광속의 제1의 위상차판(7)의 지연축(141) 방향 성분의 위상, 파선으로 나타낸 (13b)는 광속의 제1의 위상차판(7)의 속도축(142)방향 성분의 위상, (150)은 광속이 편광판(6)과 제 1의 위상차판(7)의 사이를 편광판(6)의 측에서 통과하는 기간, (151)은 광속이 제1의 위상차판을 편광판(6)의 측에서 통과할 때까지의 기간, (152)는 광속이 제1의 위상차판(7)과 제2의 위상차판(8)의 사이를 제1의 위상차판(7)의 측에서 통과하는 기간을 나타낸다. 또한, 지연축이란, 위상차판에 있어서 높은 굴절률을 가지고 있는 방향이고, 속도축이란 지연축과 직교하는 방향으로서 낮은 굴절율을 가지고 있는 방향의 것이다. 다음에, 제1의 위상차판(7)을 통과하여 원편광이 된 광속(132)은, 그 지연축(143)과 제1의 위상차판(7)과의 지연축(141)이 90°어긋나는 것 같은 상태가 되도록 배치하고 있는 λ/4판인 제2의 위상차판(8)을 통과함에 의해, 원편광의 광속(132)의 성분중 제2의 위상차판(8)의 지연축(143) 방향의 성분 즉 제1의 위상차판의 속도축(142) 방향의 성분(13b)이, 제2의 위상차판(8)의 속도축(144) 방향의 성분 즉 제1의 위상차판의 지연축(141) 방향의 성분(13a)과 비교하여 1/4 파장분 위상이 지연된다. 그 때문에, 제2의 위상차판(8)을 출사한 광속(133)은 편광판을 통과한 직선편광의 광속(131)과 같은 방향의 직선편광이 된다. 제 2 도(b)에 이 기간에 있어서의 각 성분의 위상의 변화를 나타낸다. 도면중 세로축은 광속의 진폭을 나타내고, 횡축은 시간 변화를 나타낸다. 실선으로 나타낸 (13a)는 광속의 제2의 위상차판(8)의 속도축(144) 방향성분의 위상, 파선으로 나타낸 (13b)는 광속의 제2의 위상차판(8)의 지연축(143) 방향성분의 위상, (152)는 광속이 제1의 위상차판(7)과 제2의 위상차판(8)의 사이를 제1의 위상차판(7)의 측에서 통과하는 기간, (153)은 광속이 제2의 위상차판(8)을 제1의 위상차판(7)의 측에서 통과할 때까지의 기간, (154)는 광속이 제2의 위상차판(8)과 투사광학계(2)의 사이를 제2의 위상차판의 측에서 통과하는 기간을 나타낸다. 다음에, 제1의 위상차판(7)의 출사면 및 제2의 위상차판(8)의 입사면에 의해서 반사한 빛에 대하여 생각한다. 제1의 위상차판(7)의 출사면 및 제2의 위상차판(8)의 입사면에서 반사한 광속은 제1의 위상차판(7)을 반대방향에서 통과함에 의하여, 편광판의 투과축과 직교하는 직선편광이 되고, 편광판(6)에 흡수되기 때문에 액정패널(5)로는 되돌아가지 않는다. 본 발명에 사용하는 제1및 제2의 위상차판은 λ/4판에 한한 것이 아니고, 광속의 성분중 어느 한쪽을 상대적으로 물려 놓는 것이면 반사광의 액정패널에의 입사를 줄일 수 있다. 또한, 편광판(6)과 제1의 위상차판을 광학적으로 밀착한 구성이라고 하면 편광판(6)과 공기와의 계면이 없어지기 때문에, 액정패널로의 반사광을 없앨 수 있다. 상기 발명에 의하면 투사광학계 등에 의해 반사한 광속이 액정패널에 입사하는 것을 방지할 수 있음과 동시에, 투사광학계로부터 스크린을 향하여 투사하는 광속이 직선편광의 광속이 되기 때문에, 스크린을 편광 스크린이라고 하면, 스크린에 의해서 반사하는 조명 등의 빛을 반감하고, 또한 투사화상을 효율이 좋게 반사하는 것이 가능하게 된다. 그 위에 투사광학계로부터 스크린을 향하여 투사하는 광속을 S 편광의 광속이라고 하면, P 편광의 빛을 흡수하는 편광스크린을 사용하는 것에 의해, 천정 등 스크린의 상부에 설치한 조명의 빛의 편광성분중 P 편광성분의 빛을 흡수할 수 있기 때문에 가장 효율이 좋게 조명등의 반사광을 삭감할 수 있다. 따라서, 소자의 오류 동작을 방지함과 동시에 높은 콘트라스트(contrast)를 가지는 색 재현성이 우수한 액정표시소자를 실현할 수 있다.

또한 본 발명의 투사형 표시 장치는, 빨강, 초록 및 파랑의 3원색의 빛을 포함하는 광속을 출사하는 광원과, 상기 광원으로부터 출사한 상기 광속을 상기 3원색의 각 색의 광속으로 분리하는 색분리광학계와, 출사면에 편광판을 가지는 액정패널을 사용하여, 분리한 상기 각 광속의 각각을 영상신호에 근거하여 변조하기 위한 변조광학계와, 상기 변조광학계를 통과한 직선편광의 광속을 원편광으로 하기위해서 상기 편광판의 출사측에 설치한 제1의 위상차판과, 상기 제1의 위상차판을 통과한 원편광의 광속을 다시 직선편광으로 하기 위해서 상기 제1의 위상차판의 출사측에 설치한 제2의 위상차판과, 상기 제2의 위상차판을 통과한 각색의 광속을 합성하기 위한 합성광학계와, 상기 합성광학계에 의해 합성한 광속을 스크린에 확대 투사하기 위한 투사광학계를 가진다.

또한, 상기 제1의 위상차판은, 상기 3원색의 색광을 변조하기 위한 각각의 상기 변조광학계가 가지는 각각의 상기 편광판의 출사측에 배치되어 있고, 상기 제2의 위상차판은, 상기 3원색의 색광을 변조하기 위한 각각의 상기 변조광학계가 가지는 각각의 상기 편광판의 출사측에 배치되어 있는 상기 제1의 위상차판의 출사측에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1의 위상차판은, 파랑의 광속을 변조하기 위한 상기 변조광학계가 가지는 상기 편광판의 출사측에만 배치되어 있고, 상기 제2의 위상차판은, 파랑의 광속을 변조하기 위한 상기 변조광학계가 가지는 상기 편광판의 출사측에 배치되어 있는 상기 제1의 위상차판의 출사측에만 배치되어 있더라도 좋다.

또한, 상기 제1 및 제2의 위상차판은, 각각의 상기 변조광학계에 입사하는 색광마다 최적화되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 및 제2의 위상차판은, 파랑의 광속에 대하여 최적화되어 있더라도 좋다.

또한, 상기 합성광학계는 다이크로익(dichroic) 프리즘이다.

제 4 도를 사용하여 상기 구성에 의한 작용을 설명한다. 광원(1)으로부터 출사한 광속은, 색분리광학계(10)에 의해서 3원색의 빨강, 초록 및 파랑의 각 색의 색광으로 분리된다. 그리고 분리한 각 광속은 각각의 색광에 대응하고 있는 각 변조광학계(3R,3G 및 3B)에 입사하여 액정패널(5R,5G 및 5B)에서 영상신호에 근거하여 변조된다. 그리고 편광판(6R,6G 및 6B)을 통과한 광속은 직선편광이 되어 출사한다. 제1의 위상차판(7R,7G 및 7B)에 입사하여 거기를 통과한 광속은 제1의 위상차판(7R,7G 및 7B)의 작용에 의하여 원편광이 되어 제2의 위상차판(8R,8G 및 8B)을 향하여 출사한다. 제2의 위상차판(8R,8G 및 8B)에 입사하여 거기를 통과한 빛은 제2의 위상차판(8R,8G 및 8B)의 작용에 의해서 다시 직선편광이 되어 광합성계(11)를 향하여 출사한다. 그리고 광합성계(11)에 입사한다. 광합성계(11)에는 다이크로익 프리즘이 사용되는 것이 많지만, 일반적으로 다이크로익 프리즘을 S 편광 및 P 편광의 양방의 파장성분에 그다지 파장선택성을 갖게 하도록 만드는 것은 어렵다. 그 때문에, 통상은 다이크로익 프리즘은 S 편광 또는 P 편광의 어느 한쪽의 광속에 대하여 적절한 파장선택성을 가지도록 작성되어 있다. 그 때문에, 예를 들면 파랑 반사막(11B)에서 파랑의 색광이 투과하는 것을 방지하기 위해서는, 광합성계(11)에 입사하는 광속을 직선편광으로 하고, 그리고 그 직선편광과 같은 방향의 광속에 그다지 적절한 파장선택성을 가지는 것 같은 다이크로익 프리즘(11)으로 한다. 한편, 제1의 위상차판(7R,7G 및 7B)의 출사면 및 제2의 위상차판(8R,8G 및 8B)의 출사면과 공기와의 계면에서 반사한 반사광속은, 제1의 위상차판(7R,7G 및 7B)의 출사방향과 반대의 방향으로부터 통과하여, 편광판의 편광축과 직교하는 직선편광이 된다. 따라서, 이 광속은 편광판에 있어서 흡수되기 때문에 액정패널에는 이르지 않는다. 여기에서, 제1 및 제2의 위상차판은 λ/4판으로 하고, 제1의 위상차판(7R,7G 및 7B)의 지연축의 방향이 상기 편광판의 투과축의 방향과 45°어긋난 상태가 되도록 배치하고 있으면, 먼저 제 1도 및 제 2도를 이용하여 설명한 것과 같은 작용에 의해, 광합성계(11)에 입사하는 빛 및 광합성계(11)의 광입사면에서 반사하여 편광판(6R,6G 및 6B)으로 되돌아온 광속은, 완전한 직선편광이 된다. 따라서, 소자의 오류 동작을 방지함과 동시에 높은 콘트라스트를 가지는 색재현성이 우수한 액정표시소자를 실현할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2의 위상차판의 지연축의 방향은 90°어긋난 상태가 되도록 배치하면, 광합성수단(11)에 입사하는 광속의 편광방향과 편광판(6R,6G,6B)투과축이 같은 방향이 된다.

또한, 변조광학계, 제1의 위상차판 및 제2의 위상차판을 합성광학계에 입사하는 각 색의 광속의 편광방향이 각각 같게 되도록 배치하면 바람직하다. 왜냐하면 이와 같이하여, 그 편광방향에 대하여 적절한 파장선택성을 가지는 것 같은 다이크로익 프리즘을 사용하는 것에 의해, 광속의 편광방향에 기인하는 다이크로익 프리즘의 파장선택성의 저하를 방지할 수 있다. 그리고, 그 편광방향은 S 편광방향인 것이 바람직하다. 그 이유는, 일반적으로 다이크로익 프리즘은, S 편광방향의 광속에 대하여 파장선택성을 적절히 하는 쪽이, P 편광방향의 광속쪽에 대하여 파장선택성을 적절히 하는 쪽이 간단하고 또한 염가로 할 수 있기 때문이다.

또한, 제1의 위상차판 및 제2의 위상차판은 각각의 변조광학계에 대응하여 배치되어 있는 것이 바람직하고, 그위에 제 1 및 제 2의 위상차판은 각각의 변조광학계에 입사하는 색광의 광속마다 최적화되어 있는 것이 바람직하다. 빨강, 초록 및 파랑의 색광은 각각 파장이 다르기 때문에 각각의 파장에 따라서, 사용하는 제1 및 제2의 위상차판도 달라진다. 제1 및 제2의 위상차판을 각각의 색광에 따라서 알맞은 것을 선택함에 의하여, 액정패널에 입사하는 반사광을 최소로 할 수 있다.

또한, 제1 및 제2의 위상차판은, 파랑의 광속에 대하여 최적화되어 있더라도 좋다. 그것은, 반사광속중 가장 광량이 많은 것은 그 파장이 단파길이측에 있는 파랑의 광속이고, 또한, 얇은 막 트랜지스터를 형성하는 폴리실리콘은 파랑의 빛을 가장 흡수하기 쉽다. 그 때문에, 파랑의 광속에 대하여 최적화한 제1 및 제2의 위상차판을 사용하면, 액정패널에 입사하는 반사광을 효과적으로 방지할 수 있고, 또한 트랜지스터의 오동작을 효과적으로 방지할 수 있다. 그위에, 상기의 경우에 있어서는 한종류의 위상차판을 준비하면 족하기 때문에 보다 염가인 장치가 실현된다.

또한, 제1 및 제2의 위상차판은, 파랑 광속을 변조하기 위한 상기 변조광학계가 가지는 상기 편광판의 출사측에만 배치되어도 좋다. 그 이유는 상술한 바와 같이, 반사광속중 가장 광량이 많은 것은 그 파장의 단파길이측에 있는 파랑의 광속이기 때문이다.

또한, 제1의 위상차판은 편광판에, 제2의 위상차판은 광합성수단에 광학적으로 밀착하여 배치하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 이렇게 함에 따라 광합성수단과 공기와의 계면 및 편광판과 공기와의 계면을 없게 할 수 있기 때문에, 액정패널(5)에의 반사광을 없앨 수 있기 때문이다.

또한 본 발명은, 광원과, 상기 광원으로부터 출사한 흰(白色) 광속을 P 편광광속 및 S 편광광속으로 분리하는 편광분리광학계와, 상기 P 편광광속 및 상기 S 편광광속중 어느 한쪽의 광속을 3원색의 각 색광속으로 분리하는 색분리광학계와, 출사면에 편광판을 가지는 휘도용액정패널을 사용하여, 상기 P 편광광속 및 상기 S 편광광속중 다른쪽의 광속을 휘도신호에 근거하여 변조하는 휘도변조광학계와, 출사면에 편광판을 가지는 컬러용액정패널을 사용하여, 상기 색분리광학계에 의해서 분리한 각 광속의 각각을 각 색신호에 근거하여 변조하는 색변조광학계와, 상기 편광판을 통과한 직선편광의 광속을 원편광으로 하기 위해서 상기 편광판의 출사측에 설치한 제1의 위상차판과, 상기 제1의 위상차판을 통과한 원편광의 광속을 다시 직선편광으로 하기 위해서 상기 제1의 위상차판의 출사측에 설치한 제2의 위상차판과, 상기 제2의 위상차판을 통과한 각 색의 광속을 합성하기 위한 색합성광학계와, 상기 색합성광학계에 의해 합성한 변조광속을 스크린에 확대 투사하는 투사광학계를 가진다.

제 5 도를 사용하여 상기 구성에 의한 작용을 설명한다. 광원(1)으로부터 출사한 광속은 편광빔 분할기인 편광분리광학계(161)에 의해서 S 편광성분과 P 편광성분으로 분리한다. 그중 P 편광성분의 광속에 관하여는, 미러(174)에 유도되어 휘도변조광학계(31)에 입사하여, 휘도용액정패널(51)에서 휘도신호에 근거하여 변조된다. 그리고 편광판(61), 제1의 위상차판(71) 및 제2의 위상차판(81)을 순차통과하고, 제 1 도를 사용하여 상기한 작용에 의해서 직선편광이 되어 편광빔 분할기인 편광분리광학계(162)를 향하여 출사한다. 한편, S 편광성분의 광속은 색분리 광학계(10)에 의해서 각 색의 광속으로 분리하여, 반사미러(171,172 및 173)에 의해서 각각의 색광에 대응하고 있는 각 변조광학계(3R,3G 및 3B)에 입사하여 컬러용 액정패널(5R,5G 및 5B)에서 영상신호에 근거하여 변조된다. 그리고 편광판(6R,6G 및 6B)을, 제1의 위상차판(7R,7G 및 7B) 및 제2의 위상차판(8R,8G 및 8B)을 순차통과하여, 제 1도를 사용하여 서술한 작용과 같은 작용에 의해서 직선편광이 되어 편광빔 분할기(162)를 향하여 출사한다. 편광빔 분할기(162)에 입사한 광속의 P 편광성분 및 S 편광성분을 합성하여 투사광학계(2)를 향해서 출사한다. 제1의 위상차판(7R,7G,7B 및 71)의 출사면 및 제2의 위상차판(8R,8G,8B 및 81)과 공기와의 계면에 의해서 반사한 광속은 제1의 위상차판(7R,7G,7B 및 71) 및 제2의 위상차판(8R,8G,8B 및 81)에 의해서, 편광판(6R,6G,6B 및 61)의 투과축과 직교한 편광방향의 직선편광이 되어 편광판(6R,6G,6B 및 61)에 흡수되어, 컬러용액정패널(5R,5G 및 5B) 또는 휘도용액정패널(51)에는 입사하지 않는다.

실시예

실시예1

제 3 도는 단판식의 투사형 표시 장치의 광학계를 나타내는 도면이다. 메탈할라이드 램프인 광원(1)으로부터 출사하는 빛의 광로상에는 변조광학계(3)가 배치되어 있다. 변조광학계(3)는 편광판(4)과 편광판(6)의 사이에 폴리실리콘 TFT 소자가 형성된 액정패널(5)을 배치한 구성으로 되어 있고, 편광판(6)은 그 투과축의 방향이 S 편광방향이 되도록 배치하고 있다. 편광판(6)의 출사측에는 제1의 위상차판(7)을 편광판(6)과 광학적으로 밀착하도록 배치하고 있고, 제1의 위상차판의 출사측에는 제2의 위상차판(8)을 배치하고 있다. 제1의 위상차판(7) 및 제2의 위상차판(8)에는 λ/4판인 1축연신필름을 사용하고 있다. 그리고 제1의 위상차판(7)의 지연축의 방향은 편광판(6)의 투과축의 방향과 45°어긋난 상태가 되도록 배치하고 있고, 제2의 위상차판(8)의 지연축의 방향은, 제1의 위상차판(7)의 지연축의 방향과 90°어긋난 상태가 되도록 배치하고 있다. 제2의 위상차판(8)의 출사측에 는 투사광학계를 배치하고 있다.

실시예2

제 4 도는 3판식의 투사형 표시 장치의 광학계를 나타내는 도면이다. 광원(1)으로부터 출사하는 빛의 광로상에는 빨간 빛을 반사하여 초록 및 파랑의 빛을 투과하는 다이크로익 미러인 색분리광학계(101)를 배치하고 있다. 색분리 초록 및 파랑의 빛의 광로상에는 초록의 빛을 반사하여 파랑의 빛을 투과하는 다이크로익 미러인 색분리광학계(102)를 배치하고 있다. 파랑의 광로상 및 빨강의 광로상에는 미러(171,172 및 173)를, 색분리광학계(10)에 의해서 분리되는 3원색의 빨강, 초록 및 파랑의 각 색의 색광이 변조광학계(3R,3G, 및 3B)에 유도되도록 배치하고 있다. 각 변조광학계(3R,3G 및 3B)는 각각 편광판(4R,4G 및 4B)과 폴리실리콘 TFT 소자가 형성된 액정패널(5R,5G 및 5B)과 편광판(6R,6G 및 6B)을 가지고 있다. 편광판(6R,6G 및 6B)은 그 투과축의 방향이 S 편광방향이 되도록 배치하고 있다. 각 변조광학계(3R,3G 및 3B)의 각각의 빛이 출사하는 측에는, 편광판(6R,6G 및 6B)에 광학적으로 밀착하도록 제1의 위상차판(7R,7G 및 7B)을 배치하고 있다. 제1의 위상차판은 λ/4 판인 1축연신필름이고, 제1의 위상차판의 지연축의 방향이 상기 편광판의 투과축의 방향과 45°어긋난 상태가 되도록 배치하고 있다. 제1의 위상차판(7R,7G 및 7B)의 출사측에 각각 제2의 위상차판(8R,8G 및 8B)을 배치하고 있다. 제2의 위상차판(8R,8G,8B)의 제1위상차판과 같게 λ/4판인 1축연신필름이고, 그 지연축의 방향은, 제1의 위상차판지연축의 방향과 90°어긋난 상태가 되도록 배치하고 있다. 제2의 위상차판(8R,8G,8B)의 출사측에는 다이크로익 프리즘인 광합성계(11)를 배치하고 있고, 그 출사측에는 투사광학계(2)를 배치하고 있다.

실시예3

제 5 도 및 제 6 도는 4판식의 투사형 표시 장치의 광학계를 나타내는 도면이다. 제 5 도를 사용하여 본 실시예의 구성을 설명한다. 광원(1)으로부터 출사하는 광속의 광로상에는, 광속을 S 편광성분과 P 편광성분으로 분리하기 위해서 설치한 편광빔 분할기인 편광분리광학계(161)를 배치하고 있다. P 편광성분의 광속의 광로상에는, P 편광성분의 광속을 휘도변조광학계(31)에 이끌기 위한 미러(174)를 배치하고 있다 휘도변조광학계(31)는, 편광판(41), 휘도용폴리실리콘 TFT 소자가 형성된 액정패널(51) 및 편광판(61)을 가지고 있다. 휘도변조광학계(31)의 빛이 출사하는 측에는, 편광판(61)에 광학적으로 밀착하도록 제1의 위상차판(71)을 배치하고 있다. 제1의 위상차판은 λ/4판인 1축연신필름이고, 제1의 위상차판(71)의 지연축의 방향이 상기 편광판의 투과축의 방향과 45°어긋난 상태가 되도록 배치하고 있다. 제1의 위상차판(71)의 출사측에는 제2의 위상차판(81)을 배치하고 있다. 제2의 위상차판(81)도 제1위상차판(71)과 같게 λ/4판인 1축연신필름이고, 그 지연축의 방향은, 제1의 위상차판(71)의 지연축의 방향과 90°어긋난 상태가 되도록 배치하고 있다. 제2의 위상차판(81)의 출사측에는 편광빔 분할기인 편광합성계(162)를 배치하고 있다. 한편, S 편광성분의 광로상에는 빨간 빛을 반사하여 초록 및 파랑의 빛을 투과하는 다이크로익 미러인 색분리광학계(101)를 배치하고 있다. 색분리 초록 및 파랑의 빛의 광로상에는 초록의 빛을 반사하여 파랑의 빛을 투과하는 다이크로익 미러인 색분리광학계(102)를 배치하고 있다. 파랑의 광로상 및 빨강의 광로상에는 미러(171, 172 및 173)를, 색분리광학계(10)에 의하여 분리되는 3원색의 빨강, 초록 및 파랑의 각 색의 색광을 변조광학계(3R,3G 및 3B)로 이끌도록 배치하고 있다. 각 변조광학계(3R,3G 및 3B)는 각각 편광판(4R,4G 및 4B)과 폴리실리콘 TFT 소자가 형성된 액정패널(5R,5G 및 5B)과 편광판(6R,6G 및 6B)을 가지고 있다. 편광판(6R,6G 및 6B)는 그 투과축의 방향이 S 편광방향이 되도록 배치되어 있다. 각 변조광학계(3R,3G 및 3B)의 각각의 빛이 출사하는 측에는, 편광판(6R,6G 및 6B)에 광학적으로 밀착하도록 제1의 위상차판(7R,7G 및 7B)을 배치하고 있다. 제1의 위상차판은 λ/4판인 1축연신필름이고, 제1의 위상차판의 지연축의 방향이 상기 편광판의 투과축의 방향과 45°어긋난 상태로 되도록 배치하고 있다. 제1의 위상차판(7R,7G 및 7B)의 출사측에 각각 제2의 위상차판(8R,8G 및 8B)을 배치하고 있다. 제2의 위상차판(8R,8G,8B)의 제1위상차판과 같게 λ/4판인 1축연신필름이고, 그 지연축의 방향은, 제1의 위상차판(7R,7G 및 7B)의 지연축의 방향과 90°어긋난 상태가 되도록 배치하고 있다. 제2의 위상차판(8R,8G,8B)의 출사측에는 편광빔 분할기인 편광합성계(162)를 배치하고 있다. 그리고, 편광합성계(162)의 출사측에는 투사광학계(2)를 배치하고 있다.

실시예 4

제 7 도는 2판식의 기사형 표시 장치를 나타내는 도면이다. 광원(1)으로부터 출사하는 광속의 광로상에는, 광속을 S 편광성분과 P 편광성분으로 분리하기 위해서 설치한 편광빔 분할기인 편광분리광학계(161)를 배치하고 있다. P 편광성분의 광속의 광로상에는, P 편광성분의 광속을 휘도변조광학계(31)로 이끌기 위한 미러(176)를 배치하고 있다. 휘도변조광학계(31)는, 편광판(41), 폴리실리콘 TFT 소자가 형성된 휘도용액정패널(51) 및 편광판(61)을 가지고 있다. 휘도변조광학계(31)의 빛이 출사하는 측에는, 편광판(61)에 광학적으로 밀착하도록 제1의 위상차판(71)을 배치하고 있다. 제1의 위상차판은 λ/4판인 1축연신필름이고, 제1의 위상차판의 지연축의 방향이 상기 편광판의 투과축의 방향과 45°어긋난 상태가 되도록 배치하고 있다. 제1의 위상차판(71)의 출사측에는 제2의 위상차판(81)을 배치하고 있다. 제2의 위상차판(81)도 제1의 위상차판(71)과 같게 λ/4판인 1축연신필름이고, 그 지연축의 방향은, 제1의 위상차판(71)의 지연축의 방향과 90°어긋난 상태가 되도록 배치하고 있다. 제2의 위상차판(81)의 출사측에는 편광빔 분할기인 편광합성계(162)를 배치하고 있다. 한편 S 편광성분의 광로상에는 미러(175)를, 변조광학계(32)에 유도하도록 배치하고 있다. 변조광학계(32)는 편광판(42)과 폴리실리콘 TFT 소자가 형성된 컬러용액정패널(52)과 편광판(62)을 가지고 있다. 그리고 편광판(62)의 투과축의 방향이 S 편광방향이 되도록 배치하고 있다. 변조광학계(32)의 빛이 출사하는 측에는, 편광판(62)에 광학적으로 밀착하도록 제1의 위상차판(72)을 배치하고 있다. 제1의 위상차판은 λ/4판인 1축연신필름이고, 제1의 위상차판의 지연축의 방향이 상기 편광판의 투과축의 방향과 45°어긋난 상태가 되도록 배치하고 있다. 제1의 위상차판(72)의 출사측에 제2의 위상차판(82)을 배치하고 있다. 제2의 위상차판(82)의 제1도 위상차판(72)과 같게 λ/4판인 1축연신필름이고, 그 지연축의 방향은, 제1의 위상차판(72)의 지연축의 방향과 90°어긋난 상태가 되도록 배치하고 있다. 제2의 위상차판(82)의 출사측에는 평광빔 분할기인 편광합성계(162)가 배치하고 있다. 그리고, 편광합성계(162)의 출사측에는 투사광학계(2)를 배치하고 있다.

제 1 도는 본 발명의 투사형 표시 장치에 의한 편광의 변화를 나타내는 도면.

제 2 도(a) 내지 (b)는, 광속의 각 성분의 위상의 변화를 나타내는 도면.

제 3 도는 본 발명을 단판식의 투사형 표시 장치에 사용한 예를 나타내는 도면.

제 4 도는 본 발명을 3판식의 투사형 표시 장치에 사용한 예를 나타내는 도면.

제 5 도는 본 발명을 4판식의 투사형 표시 장치에 사용한 예를 나타내는 도면.

제 6 도는 본 발명을 4판식의 투사형 표시 장치에 사용한 예를 나타내는 도면.

제 7 도는 본 발명을 2판식의 투사형 표시 장치에 사용한 예를 나타내는 도면.

제 8 도는 종래의 투사형 표시 장치에 있어서의 반사광을 설명하는 도면.

제 9 도(a)는 종래의 단판식의 투사형 표시 장치의 구성을 나타내는 도면이고, (b)는 종래의 3판식의 투사형 표시 장치의 구성을 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 광원램프 3 : 변조광학계

4 : 입사측 편광판 5 : 액정패널

6 : 출사측 편광판 7 : λ/4판

9 : 스크린 10 : 색분리광학계

11 : 광합성계 31 : 휘도변조광학계

51 : 휘도용액정패널 61 : 편광판

71 : 제1의 위상차판 52 : 컬러용액정패널

162 : 편광합성계 171, 172, 173 : 반사미러

Claims (18)

1. 광원과,

   출사면에 편광판을 가지는 액정패널을 사용하여, 상기 광원으로부터 출사한 광속을 영상신호에 근거하여 변조하기 위한 변조광학계와,

   상기 변조광학계를 통과한 직선편광의 광속을 원편광으로 하기 위해서 상기 편광판의 출사측에 설치한 제1의 위상차판과,

   상기 제1의 위상차판을 통과한 원편광의 광속을 다시 직선편광으로 하기 위해서 상기 제1의 위상차판의 출사측에 설치한 제2의 위상차판과,

   상기 제2의 위상차판을 통과한 직선편광의 광속을 스크린에 확대 투사하기 위한 투사광학계를 가지는, 투사형 표시 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2의 위상차판은 λ/4판이고, 상기 제1의 위상차판은 그 지연축의 방향이 상기 편광판의 투과축의 방향과 45°어긋난 상태가 되도록 배치되어 있는, 투사형 표시 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제2의 위상차판은 그 지연축의 방향이 상기 제1의 위상차판의 지연축의 방향과 90°어긋난 상태가 되도록 배치되어 있는, 투사형 표시 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 변조광학계, 상기 제1의 위상차판, 상기 제2의 위상차판은 상기 스크린에 투사하는 광속의 편광이 S 편광이 되도록 배치되어 있는, 투사형 표시 장치.
5. 빨강, 초록 및 파랑의 3원색의 빛을 포함하는 광속을 출사하는 광원과,

   상기 광원으로부터 출사한 상기 광속을 상기 3원색의 각 색의 광속으로 분리하는 색분리광학계와,

   출사면에 편광판을 가지는 액정패널을 사용하여, 분리한 상기 각 광속의 각각을 영상신호에 근거하여 변조하기 위한 변조광학계와,

   상기 변조광학계를 통과한 직선편광의 광속을 원편광으로 하기 위해서 상기 편광판의 출사측에 설치한 제1의 위상차판과,

   상기 제1의 위상차판을 통과한 원편광의 광속을 다시 직선편광으로 하기 위해서 상기 제1의 위상차판의 출사측에 설치한 제2의 위상차판과,

   상기 제2의 위상차판을 통과한 각 색의 광속을 합성하기 위한 합성광학계와,

   상기 합성광학계에 의해 합성한 광속을 스크린에 확대 투사하기 위한 투사광학계를 가지는, 투사형 표시 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2의 위상차판은 λ/4판인, 투사형 표시 장치.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2의 위상차판의 지연축의 방향은 90°어긋난 상태가 되도록 배치되어 있는, 투사형 표시 장치.
8. 제 5 항에 있어서,

   상기 변조광학계, 상기 제1의 위상차판 및 제2의 위상차판은 상기 합성광학계에 입사하는 각 색의 광속의 편광방향이 각각 같게 되도록 배치되어 있는, 투사형 표시 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 편광방향은 S 편광방향인, 투사형 표시 장치.
10. 제 5 항에 있어서,

    상기 제1의 위상차판은, 상기 3원색의 색광을 변조하기 위한 각각의 상기 변조광학계가 가지는 각각의 상기 편광판의 출사측에 배치되어 있고,

    상기 제2의 위상차판은, 상기 3원색의 색광을 변조하기 위한 각각의 상기 변조광학계가 가지는 각각의 상기 편광판의 출사측에 배치되어 있는 상기 제1의 위상차판의 출사측에 배치되어 있는, 투사형 표시 장치.
11. 제 5 항에 있어서,

    상기 제1의 위상차판은, 파랑의 광속을 변조하기 위한 상기 변조광학계가 가지는 상기 편광판의 출사측에만 배치되어 있고,

    상기 제2의 위상차판은, 파랑의 광속을 변조하기 위한 상기 변조광학계가 가지는 상기 편광판의 출사측에 배치되어 있는 상기 제1의 위상차판의 출사측에만 배치되어 있는, 투사형 표시 장치.
12. 제 10 항에 있어서,

    상기 제1 및 제2의 위상차판은, 각각의 상기 변조광학계에 입사하는 색광마다 최적화되어 있는, 투사형 표시 장치.
13. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,

    상기 제1 및 제2의 위상차판은, 파랑의 광속에 대하여 최적화되어 있는, 투사형 표시 장치.
14. 제 5 항, 제 6 항, 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 합성광학계는 프리즘합성계인, 투사형 표시 장치.
15. 광원과,

    상기 광원으로부터 출사한 광속을 P 편광광속 및 S 편광광속으로 분리하는편광분리광학계와,

    상기 P 편광광속 및 상기 S 편광광속중 어느 한쪽의 광속을 3원색의 각 색광속으로 분리하는 색분리광학계와,

    출사면에 편광판을 가지는 휘도용액정패널을 사용하여, 상기 P 편광광속 및 상기 S 편광광속중 다른쪽의 광속을 휘도신호에 근거하여 변조하는 휘도변조광학계와,

    출사면에 편광판을 가지는 컬러용액정패널을 사용하여, 상기 색분리광학계에 의하여 분리한 각 광속의 각각을 각 색신호에 근거하여 변조하는 색변조광학계와,

    상기 편광판을 통과한 직선편광의 광속을 원편광으로 하기 위해서 상기 편광판의 출사측에 설치한 제1의 위상차판과,

    상기 제1의 위상차판을 통과한 원편광의 광속을 다시 직선편광으로 하기 위해서 상기 제1의 위상차판의 출사측에 설치한 제2의 위상차판과,

    상기 제2의 위상차판을 통과한 각 색의 광속을 합성하기 위한 색합성광학계와,

    상기 색합성광학계에 의해 합성한 변조광속을 스크린에 확대 투사하는 투사광학계를 가지는, 투사형 표시 장치.
16. 광원과,

    액정패널을 사용하여 상기 광원으로부터 출사한 광속을 영상신호에 근거하여 변조하기 위한 변조광학계와,

    상기 변조광학계의 출사측에 설치되어 상기 변조광학계를 통과한 광속을 직선 편광으로 편광하는 편광판과,

    상기 편광판의 출사측에 설치된 제1의 위상차판과,

    상기 제1의 위상차판의 출사측에 설치되어 상기 제1의 위상차판을 통과한 광속을 다시 직선 편광으로 하는 제2의 위상차판과,

    상기 제2의 위상차판을 통과한 직선 편광의 광속을 스크린에 확대 투사하기 위한 투사광학계를 가지는, 투사형 표시 장치.
17. 빨강, 초록 및 파랑의 3원색의 광을 포함하는 광속을 출사하는 광원과,

    상기 광원으로부터 출사한 상기 광속을 상기 3원색의 각 색의 광속으로 분리하는 색분리광학계와,

    액정패널을 사용하여, 상기 광원으로부터 출사한 광속을 영상신호에 근거하여 변조하기 위한 변조광학계와,

    상기 변조광학계의 출사측에 설치되어 상기 변조광학계를 통과한 광속을 직선편광으로 편광하는 편광판과,

    상기 편광판의 출사측에 설치한 제 1 위상차판과,

    상기 제1의 위상차판의 출사측에 설치되어 상기 제1의 위상차판을 통과한 광속을 다시 직선 편광으로 하는 제2의 위상차판과,

    상기 제2의 위상차판을 통과한 각 색의 광속을 합성하기 위한 합성광학계와,

    상기 합성광학계에 의해 합성한 광속을 스크린에 확대 투사하기 위한 투사광학계를 가지는, 투사형 표시 장치.
18. 광원과,

    상기 광원으로부터 출사한 광속을 P 편광광속 및 S 편광광속으로 분리하는 편광분리광학계와,

    상기 P 편광광속 및 상기 S 편광광속중 어느 한쪽의 광속을 3원색의 각 색광속으로 분리하는 색분리광학계와,

    출사면에 편광판 및 위상차판을 광학적으로 밀착시켜, 상기 P 편광광속 및 상기 S 편광광속중 다른쪽의 광속을 휘도신호에 근거하여 변조하고, 상기 위상차판을 통과하여 직선 편광을 원편광의 광속으로 출사하는 휘도용액정패널과,

    출사면에 편광판 및 위상차판을 광학적으로 밀착시켜, 상기 색분리광학계에 의해서 분리한 각 광속의 각각을 각 색 신호에 기초하여 변조하고, 상기 위상차판을 통과하여 직선편광을 원편광의 광속으로 출사하는 컬러용액정패널과,

    상기 컬러용액정패널의 각 색의 광속을 합성하기 위한 색합성광학계와,

    상기 휘도용액정패널의 광속과 상기 색합성광학계의 광속을 합성하는 편광합성계와,

    상기 휘도용액정패널과 상기 편광합성계의 사이에, 원편광의 광속을 다시 직선편광으로 하는 위상차판과,

    상기 컬러용액정패널과 상기 편광합성계의 사이에, 원편광의 광속을 다시 직선편광으로 하는 위상차판과,

    상기 편광합성계에 의해 합성한 변조광속을 스크린에 확대 투사하는 투사광학계를 갖는 것을 특징으로 하는, 투사형 표시 장치.