KR100436477B1 - 편광분리장치및그제조방법,그리고투사형표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의하면, 편광분리막면과 반사막면을 미세한 피치로 교대로 배치하는 반복구조를 가지는 판상의 편광분리장치 및 그 편광분리장치를 이용한 투사형 표시장치를 제공한다. 편광분리장치의 제조공정에는 우선, 무기물질로 되는 다층막으로 구성된 편광분리막을 표면에 구비하는 판유리와, 반사면을 표면에 구비하는 판유리를 상호 부착한 유리블럭을 형성하고, 그 부착면에 대하여 경사의 절단면을 따라 유리블럭을 절단한다. 이와 같이 하여 절단된 판상의 블럭의 측면의 적어도 하나에 편광분리장치의 위치결정을 위하여 사용되는 돌출부를 설치한다. 상기 편광분리장치의 광출사면의 일부에 λ/2위상플레이트를 부착하면 광원부에서의 광을 S편광 또는 P편광 가운데 어느 일측의 편광방향을 구비하는 광속으로서 출사하는 편광분리장치가 얻어진다. 이와 같이 편광분리장치를, 투사형 표시장치에 이용할 수 있다.

Description

편광분리장치 및 그 제조방법, 그리고 투사형 표시장치

도 26에 종래의 편광 빔스플리터의 사시도가 도시되어 있다. 이것은 삼각기둥의 형상을 한 프리즘에, 편광분리막이나 알미늄 반사막을 증착한 후에, 접합된 것이다. 즉 프리즘(71,72,73)은 BK7을 재질로 하는 연마품이고, 4개가 한조의 반복 단위로 되어 전체를 구성하고 있다. 프리즘(72)이 프리즘(71)과 접하는 면에는 편광분리막(75)이 무기질의 박막으로 증착성형되어 있다. 또한 프리즘(73)이 프리즘(74)과 접하는 면에는 알미늄의 반사막(76)이 증착되어 있다. 프리즘(71,72,73,74)과 접착제로 각면이 서로 붙어있다. 광선(77)이 프리즘(72)에 들어오면, 편광분리막(75)에서 광입사면에 대하여 P편광성분은 투과광(77)로서 프리즘(71)을 통하여 나간다. 한편 S편광성분은 편광분리막(75)으로 반사된 후에 프리즘(73)에 들어가고 반사막(76)으로 반사되어, S편광광선(78)로서 밖으로 나간다. 이와 같이 종래는 편광분리막을 가지는 프리즘과 반사막을 가지는 프리즘의 부착에 의하여 반복되는 구조로 편광빔스프리터가 형성되어 있다.

종래의 방법에는 삼각프리즘을 한개 한개 연마하여, 증착하여 부착하는 것으로, 편광분리막과 반사막의 반복구조를 가늘게 하여, 전체를 박판의 구조로 하는 것은 불가능하였다. 왜냐하면, 반복구조를 가늘게 하면, 보다 얇은 삼각프리즘을 작성하여야 하고, 프리즘의 능선이 프리즘 연마를 위하여 흠집이 생기고, 여기서 광이 투과하지 않도록 되어서 밝기가 저하되는 문제가 있는 것이다. 또한 프리즘의 높이를 구비하는 것도, 프리즘이 얇게 되면 될 수록 보다 복잡한 작업으로 된다. 또한 부착시의 문제로서 각 프리즘의 부착각도가 어긋나거나 광의 입사면, 광의 출사면이 울퉁불퉁하게 되거나 단차가 생기는 문제점이 있다. 따라서 단차로 되는 능선부가 깨어지기 쉽고 또한 광의 입사, 출사면에 다른 광학소자를 설치하는 것이 곤란하다. 또한 각 프리즘의 부착시의 각도가 어긋나면 프리즘에 의하여 입사광과 출사광으로 광축이 변하고 마는 문제점도 생긴다. 본 발명은 이러한 과제에 대하여 개력책을 부여하는 것이다.

본 발명은 편광분리장치의 구성과, 그 제조방법, 그리고 그 편광분리장치를 사용하는 투사형 표시장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예의 편광 빔스플리터의 제조방법을 예시하는 사시도.

도 2는 도 1에 도시한 기판블럭의 평면도 및 정면도.

도 3은, 제1실시예의 편광 빔스플리터의 사시도 및 단면도.

도 4는 제1실시예의 편광 빔스플리터와 그 편광빔스플리터를 사용하는 편광변환장치의 일실시예의 단면도.

도 5는, 도 4에 도시한 편광 빔스플리터에, λ/2위상플레이트를 부착한 사시도.

도 6은, 제2실시예에 의한 편광 빔스플리터의 제조방법을 보이는 사시도.

도 7은, 도 6의 판유리블럭의 평면도 및 정면도.

도 8은 도 7(a)의 절단면(84a,84b)에 따라 절취된 블럭에서 액정 프로젝터용 편광분리장치를 제조하는 공정을 보이는 설명도.

도 9는, 제2실시예의 편광 빔스플리터의 사시도.

도 10은, 제3실시예에 의한 편광 빔스플리터의 제조방법을 보이는 사시도.

도 11은, 도 7의 판유리블럭의 평면도 및 정면도.

도 12는, 도 8(a)의 절단면(328a,328b)를 따라 절취된 블럭에서, 액정 프로젝터용의 편광분리장치를 제조하는 공정을 보이는 설명도.

도 13은, 제3실시예의 편광 빔스플리터의 사시도.

도 14는, 더미 유리(324)의 효과를 보이는 설명도.

도 15는, 제4실시예에 의한 편광 빔스플리터의 제조방법을 보이는 사시도.

도 16은, 도 15의 판유리블럭의 평면도 및 정면도.

도 17은, 제4실시예의 편광 빔스플리터의 사시도.

도 18은, 편광 빔스플리터의 광입사면과 반사면의 부조화 상태를 보이는 설명도.

도 19는, 실시예에 의한 편광 빔스플리터 어레이를 구비하는 편광 조명장치의 요부를 평면적으로 본 개략 구성도.

도 20는, 편광조명장치(500)를 구비하는 투사형 표시장치(800)의 요부를 보인 개략 구성도.

도 21은, 본 발명의 투사형 표시장치의 다른 실시예의 평면도.

도 22는, 본 발명의 편광 빔스플리터의 실시예의 사시도.

도 23은, 편광분리막으로의 광의 입사각도를 보이는 설명도.

도 24는, 입사광의 스펙트럼 및 입사각에 대한 편광분리막의 투과율 특성을 보이는 그래프.

도 25는, 다른 편광분리막에 있어서의 입사광의 스펙트럼 및 입사각도에 대한 투과율 특성을 보이는 그래프.

도 26은, 종래의 편광빔 스플리터의 사시도이다.

상술한 과제의 적어도 일부를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 제1방법은, 랜덤한 편광방향을 구비하는 광을 2종류의 편광성분을 구비하는 광으로 분리하는 편광분리장치의 제조에 있어서, 제1기판, 편광분리층, 제2기판, 반사층의 반복구조를 구비하는 기판블럭을 형성하는 공정과, 상기 기판블럭을 기판의 면에 대하여 소정의 각도로 절단하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 방법에 의하면, 각각의 편광분리층과 반사층의 면의 연마가 불필요하다는 잇점이 있다. 또한 반복되고 있는 편광분리층과 반사층의 평행도가 각각의 사면체 프리즘의 부착구조에 비하여 높다고 하는 효과가 있다. 더욱이 동일한구조로 동일한 특성의 편광분리장치를, 기판블럭을 잘라내는 것에 의하여 많은 수를 용이하게 만드는 효과가 있다.

이러한 제1방법에 있어서, 기판블럭을 형성하는 공정은, 제1기판상에 편광분리층을 형성하는 공정과, 제2기판상에 반사층을 형성하는 공정과, 편광분리층이 형성되는 제1기판과 반사층이 형성된 제2기판을 상호 중합하는 공정으로 구성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면 기판블럭을 용이하게 형성하는 것이 가능하다.

제1방법에 있어서, 더욱이 편광분리충이 형성된 제1기판과, 상기 반사층이 형성되는 제2기판과를 상호 중합하는 공정에 있어서, 상기 기판블럭을 절단하는 각도에 대하여 그 단면을 어긋나게 하면서 제1기판과 제2기판을 서로 중합하는 것이 바람직하다.

기판의 단면을 어긋나게 하면서 중합하도록 하면, 기판블럭을 절단하는 경우에 발생하는 기판의 결점을 저감하는 것이 가능하다.

또한 상기 제1방법에 있어서, 상기 기판블럭을 형성하는 공정은, 제1기판상에 편광분리층을 형성하는 공정과, 제2기판상에 반사층을 형성하는 공정과, 편광분리층이 형성된 하나의 제1기판과 반사층이 형성된 하나의 제2기판을 중합하여 기본블럭을 형성하는 공정과, 복수개의 기본블럭을 중합하는 공정으로 구성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면 복수개의 기판블럭을 합치는 것만으로 소정 크기의 기판블럭을 용이하게 형성하는 것이 가능하다.

상기 복수개의 기판블럭을 중합하는 공정에 있어서, 상기 기판블럭을 절단하는 각도에 대하여 그 단면을 어긋나게 하면서 중합하는 것이 좋다. 이렇게 하면 기판을 절단하는 경우에 발생하는 기판의 낭비를 줄이는 것이 가능하다.

제1방법에 있어서, 상기 기판블럭을 기판의 면에 대하여 소정 각도로 절단하는 공정후에, 절단면을 연마하는 공정을 구비하는 것이 바람직하다. 이와 같이 연마된 두개의 전단면은, 평활한 광입사면 및 광출사면으로 된다.

또한 상기 제1방법에 있어서, 기판블럭을 형성한 후, 기판블럭의 양표면을 구성하는 기판 가운데 적어도 일방의 기판상에 더미(dummy)기판을 중합하는 공정을 더욱 구비하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면 최외부의 크랙 등에 의하여 손상되는 것을 없앨 수 있어서 최외부를 통과하는 광의 손실을 저감시키는 것이 가능하다.

또한 상기 제1방법에 있어서, 제1기판 및 제2기판은 연마판유리인 것이 바람직하다. 또한 상기 연마판유리는 백판 또는 무알카리유리로 하는 것이 바람직하다. 혹은 제1기판 및 제2기판은 플로트유리로 하는 것이 바람직하다. 연마판유리나 플로트유리를 사용하면 편광분리막과 반사막의 반복 정밀도를 용이하게 저렴한 가격으로 하는 것이 가능해진다.

또한 제1방법에 있어서, 상기 제1기판, 제2기판 가운데, 일방이 색이 있는 광투과성 기판이고, 다른 측이 무색의 광투과성기판인 것이 바람직하다. 이와 같이 하면 2매의 기판의 색에서, 편광분리층과 반사층의 위치를 용이하게 식별하는 것이 가능하다.

그리고 반사막은, 알미늄 박막으로 구성하여도 좋다. 유전체박막으로 구성하여도 좋다. 혹은 알미늄 박막과 유전체 박막으로 구성하는 것도 가능하다.

본 발명에 의한 제1편광분리장치는, 상술한 편광분리장치의 제조방법 가운데, 어느 것인가의 방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 한다. 이러한 편광분리장치에 의하면, 편광분리층과 반사층의 반복구조를, 기판의 두께와 수량에 대하여 설정할 수 있다. 즉 미세한 반복으로, 많은 반복구조를 얇은 기판 중에 구성 가능하다. 편광분리층과 반사층의 평행성은 기판의 정밀도로 결정되기 때문에 용이하게 고정밀도의 평행도가 얻어진다. 또한 반복의 배열도 정밀도 높고 규칙적으로 구성할 수 있다. 또한 광입사면과 광출사면도 깨끗하고, 위상플레이트를 부착하거나 반사방지막을 부착하는 등의 처리가 쉽다.

제1편광분리장치에 있어서, 편광분리장치의 광출사면 측에는 상기 편광분리층에 의하여 분리된 2종류의 편광성분을 구비하는 광을 1종류의 편광성분을 구비하는 광으로 변환하는 편광변환수단이 설치되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면 2종류의 편광성분을 구비하는 광을 입사하여, 1종류의 편광성분을 가지는 광을 출사시킬 수 있다.

상기 편광변환수단은, 제1기판으로 구성된 광출사면, 및 상기 제2기판으로 구성된 광출사면 가운데, 어느 것인가의 일측면에 대응하여 설치한 λ/2위상층인 것이 바람직하다. 이와 같이 하면 1종류의 직선편광을 출사하는 것이 가능하다.

상기 제1편광분리장치에 있어서, 광입사면측, 광출사면측의 적어도 일측에 반사방지막을 설치하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 표면에 있어서 반사에 의한 광의 손실을 저감할 수 있다.

본 발명에 의한 제1투사형표시장치는, 광원과, 상기 광원에서의 빛을 복수개의 중간광속으로 분할하는 제1렌즈판, 제2렌즈판으로 구성되는 인테그레이터(integrator)광학계와, 상술한 어느 것인가의 편광변환장치와, 상기 편광변환장치에서의 출사광을 변조하는 변조수단과, 상기 변조수단에 의하여 변조된 광을 투사하는 투사광학계를 구비한다.

본 발명에 의한 제2투사형 표시장치는 광원과, 상기 광원에서의 광을 복수개의 중간광속으로 분할하는 제1렌즈판, 제2렌즈판으로 되는 인테그레이터광학계와, 상술한 어느 것인가의 편광변환장치와, 편광변환장치에서의 출사광을 복수색의 광으로 분리하는 색분리광학계와, 상기 색분리광학계에 의하여 분리된 상기 복수색의 광의 각각을 변조하는 복수개의 변조수단과, 상기 변조수단에 의하여 변조된 광을 합성하는 합성광학계와, 상기 합성광학계에 의하여 합성된 광을 투사하는 투사광학계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 편광분리막의 투과율특성은, 편광분리막에 입사되는 광의 스펙트럼의 각 색광의 피크에 대응하는 파장의 광이 소정 범위 내의 입사각도의 차이로 입사된 경우, 상기 각 색광의 피크에 대응하는 파장의 광에 대한 투과율의 차이가 약 5% 이내로 하도록 조절되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 제2편광분리장치는 광입사면과, 상기 광입사면에 거의 평행한 광출사면과, 상기 광입사면 및 광출사면과 소정의 각도를 이루는 복수개의 계면에서 순차적으로 부착되는 복수개의 투과성기판과, 상기 복수개의 계면(界面)에 상호 설치된 복수개의 편광분리막 및 복수개의 반사막을 구비하는 기판블럭을 구비하고, 상기 기판블럭의 측면 가운데 상기 복수개의 계면에 거의 수직으로 형성된 두개의 측면의 적어도 일측에, 편광분리장치를 위치 결정하는 경우에 사용 가능한 위치식별부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 제2편광분리장치에 있어서 위치식별부와 위치식별부를 구비하는 측면의 양측에 인접하는 다른 두개의 측면에서의 거리가 거의 동일한 위치에 존재하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면 광학소자의 중앙부에 있어서 위치결정 정도를 높이는 것이 가능하다. 혹은 상기 위치식별부는, 위치식별부를 구비하는 측면의 양측에 인접하는 다른 두개의 측면에서의 거리가 상이한 위치에 존재하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면 편광분리장치의 방향을, 위치식별부에서 판단하는 것이 가능하다.

상기 위치식별부는, 상기 측면에 설치된 돌출부로 하여도 된다. 또한 위치식별부는, 측면에 설치된 요부이어도 된다. 혹은 위치식별부는 측면상에 있어서 다른 것과 상이한 특정의 색이 부착된 부분으로 하는 것도 가능하다.

본 발명에 의한 편광분리장치의 제조를 위한 제2방법은, (a) 복수개의 편광성 기판을 복수개의 계면을 통하여 상호 부착하는 것에 의하여 상기 복수개의 계면에 상호 설치되는 복수개의 편광분리막 및 복수개의 반사막을 구비하는 합성판재를 형성하는 공정과, (b) 상기 복합판재를 상기 복수개의 계면에 대하여 소정의 각도로 절단하는 것에 의하여 거의 평행한 광입사면과 광출사면을 구비하는 기판블럭을 생성하는 공정과, (c) 상기 기판블럭의 광입사면과 광출사면을 연마하는 공정을 구비하여, 상기 공정(a)는, 상기 기판블럭의 측면 가운데에서 복수개의 계면에 거의 수직으로 형성되는 두개의 측면의 적어도 일측에, 상기 편광분리장치를 위치결정하는 경우에 사용 가능한 위치식별부를 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다. 제2방법에 의하면, 상기 제2편광분리장치를 제조하는 것이 가능하다.

상기 제2방법에 있어서, 더욱이 (d) 상기 기판블럭의 광입사면과 광출사면을 연마하는 공정을 구비하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 편광분리장치로 되는 기판블럭의 광입사면과 광출사면을 용이하게 연마하는 것이 가능하여서 광분리장치를 용이하게 제조하는 것이 가능하다.

상기 제2방법에 있어서, 상기 공정(a)는, 복수개의 투광성기판의 적어도 일부를 다른 투광성기판에서 어긋나도록 하는 것에 의하여 위치식별부로서의 돌출부를 형성하는 공정을 구비하는 것도 가능하다. 이렇게 하면 위치식별부로서의 돌출부를 용이하면서도 정밀도 높게 형성할 수 있다.

본 발명에 의한 편광변환장치는, 상기 2방법의 어느 것인가의 편광분리장치를 사용한 편광변환장치로서, 편광분리장치의 광출사면측에는 상기 편광분리막에 의하여 분리된 2종류의 편광성분을 구비하는 광을 1종류의 편광성분을 구비하는 광으로 변환하는 편광변환수단이 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 편광변환수단은, 상기 기판에 의하여 구성되는 광출사면 가운데 하나를 건너뛴 기판에 의하여 구성되는 광출사면에 대응하게 설치되는 λ/2위상차층으로 하여도 된다. 또한 상기 광입사면, 광출사면의 적어도 일측에 반사방지막을 설치하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 제2투사형 표시장치는, 광원과 상기 광원에서의 광을 복수개의 중간광속으로 분할하는 제1렌즈판, 제2렌즈판으로 되는 인테그레이터광학계와,상기 제7발명의 어느 것인가의 편광변환장치와, 상기 편광변환장치에서의 출사광을 변조하는 변조수단과, 상기 변조수단에 의하여 변조되는 광을 투사하는 투사광학계를 구비한다.

본 발명에 의한 제4투사형 표시장치는, 광원과 상기 광원에서의 광을 복수개의 중간광속으로 분할하는 제1렌즈판, 제2렌즈판으로 되는 인테그레이터광학계와, 상기 제7발명의 어느 것인가의 편광변환장치와, 상기 편광변환장치에서의 출사광을 복수색의 광으로 분할하는 색분리광학계와, 상기 색분리광학계에 의하여 분리된 복수색의 각각을 변조하는 복수개의 변조수단과, 상기 변조수단에 의하여 변조된 광을 합성하는 합성광학계와, 상기 합성광학계에 의하여 합성된 광을 투사하는 투사광학계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

다음에는 본 발명에 의한 편광분리장치(광학소자라고도 칭함)의 제조방법과 편광분리장치의 구성을 실시예를 참조하면서 설명한다.

A. 제1실시예

도 1에 본 발명의 편광 빔스플리터의 제조방법을 보이는 제1실시예의 사시도를 도시하고 있다. 청판(blue plate)플로트유리(float glass)(1)에는, 무기물질으로 되는 다층박막에 의한 구성의 편광분리막(2)가 증착되어 있다. 또한 청판 플로트유리(4)에는 알미늄의 반사막이 증착되어 있다. 이러한 알미늄의 반사막(5)은 청판 플로트유리(4)와의 사이에 일층 이상의 무기질의 박막을 증착하는 것으로, 반사율을 높이고 있다. 이러한 2매의 청판 플로트유리(1,4)을 접착제(3)에 의하여, 접착하는 것에 의하여 기판구성 유리체(7)로 된다. 동일하게 기판구성 유리체(8,9)를 구성하고, 단면을 어긋나게 하여 접착제(6)에 의하여 부착시킨다. 이와 같이 복수개의 기본 구성유리체가 부착되어 있는 것을 유리블럭(19)라고 칭한다.유리블럭(19)의 양면에는 후에서 상술하는 더미유리(10,12)가 각각 설치된다.

그리고 본 명세서에서는 판유리나 더미유리와 같은 판상의 투광성 부재를 투광성기판 또는 단순히 기판이라고도 칭하기로 한다. 또한 판유리나 더미유리를 부착하여 형성되는 유리블럭(19)이나, 이들에서 절단된 블럭을, 기판블럭이라고도 칭한다.

도 2는 도 1에 도시한 기판블럭의 평면도 및 정면도이다. 이러한 기판블럭은, 절단기에서 절단면(14,15,16. . .)을 따라 절단된다. 그리고 도 2에는, 접착제층(3)과, 편광분리막(2)과, 반사막(5)의 도시를 생략하고 있다. 도 1에서 보면, 본실시예에서는 절단면(14,15,16, . . .)이 편광분리막(2), 반사막(5)에 대하여 45도의 각도를 가지도록 절단되어 있다. 최후에 절단면을 연마하는 것에 의하여 편광 빔스플리터를 얻을 수 있다. 도 3(a)는, 이와 같이 제조된 편광 빔스플리터(20)의 사시도, 도 3(b)는, 그 평면도이다. 그리고 편광 빔스플리터(20)의 양단부를 절단하여, 약 직방체형상으로 하면 투사형 표시장치 등의 광학장치에 조립되는 경우에 편리하다.

이러한 편광 빔스플리터(20)에 있어서는, 편광분리면과 반사면이 절단면(14,15)에 대하여 45도의 각도로 서로 정렬되어 있다. 이 구조에 의하면 편광분리막(2)과 알미늄의 반사막(5)의 간격은 청판플로트유리(1,4)의 두께에 의하여 결정되는 것임을 알 수 있다. 즉 판의 두께를 얇은 것을 사용하는 것으로, 상당히 피치가 조밀한 편광 빔스플리터를 구성하는 것이 가능하다. 이것은 종래와 같은 삼각 프리즘의 부착에는 불가능한 것이다. 또한 본 발명의 예에서는 절단면(14,15,16. . .)이 최종 공정에서 연마되어서, 광입사면, 광출사면에 있어서의 높은 평면성이 확보될 수 있다. 즉 삼각 프리즘을 부착한 때에 발생하는 상호 어긋남의 문제나, 절단면(14,15,16, . . .)에 상당하는 광의 입사 및 출사면에 요철이 생기거나 접착제가 흘러서 광입사면이 오염되는 등의 문제를 해결한다. 그 결과 광이 절단면(14,15,16, . . .)에 대하여 수직방향에서 편광 빔스플리터(20)에 입사되는 때에 광축이 정확하게 유지되고, 광이 산란하지 않는 효과가 있다. 또한 기판에 청판플로트유리를 사용하는 것으로, 편광분리막(2)과, 알미늄의 반사막(5)의 반복 간격이, 유리의 두께로 관리되어서, 동일한 큰 판의 플로트유리에서 유리블럭(19)을 만들면 편광분리막과 반사막과의 간격을 균등하게 할 수 있다. 따라서 후술하는 바와 같이 액정 프로젝터 등의 투사형 표시장치에 본 실시예의 편광 빔스플리터를 채용하면 편광분리막이나 반사막의 반복위치 정밀도를 높이고, 평행성을 높이는 것이 되어서, 광의 편광분리효율을 향상시킬 수 있다.

또한 본 예에서는 유리블럭(19)의 양측에 크랙방지용의 더미유리(10,12)가 접착제(11,13)에 의하여 부착되어 있다. 이러한 더미유리(10,12)는, 유리블럭(19)의 절단시에 잘려나간 판상의 편광 빔스플리터의 유리의 예각부가, 크랙이 발생되는 것을 방지하기 위한 것이다. 즉 이러한 더미유리의 에지가 손상되거나 크랙이 발생하는 것에 의하여 편광분리막(2)을 구비하는 청판플로트유리(1)의 크랙을 방지할 수 있다.

또한 본 실시예에 의한 방법에 의하면, 동일한 구조로, 동일한 정밀도를 구비하는 편광 빔스플리터를 보다 많이 제조하는 것이 가능한 효과가 있다. 즉, 유리블럭(19)를 절단기구에 세트하고 절단면(14,15,16, . . .)을 따라 절단하는 것에 의하여 동일한 구조로 동일한 정밀도를 구비하는 편광빔스플리터가 얻어진다. 이와같이 본예의 제조방법을 사용하면 균질한 편광 빔스플리터를 다량으로 생산 가능한 효과가 있다. 이상의 효과는 부착되어 있는 프리즘의 크기가 가늘게 되고, 판유리의 부착의 수가 많아지면 많아 질수록, 유효하게 된다. 그리고 본 실시예에서는, 절단면(14,15,16, . . .)이 편광 분리막(2), 반사막(5)에 대하여 45도로 되도록 절단하는 것이지만, 이러한 각도는 반드시 45도로 할 필요는 없다.

또한 본 실시예에서는 유리에 청판 플로트유리를 사용하여서, 증착면의 연마는 불필요하게 된다. 즉 소재를 그대로 사용하여 정밀도를 낼 수 있는 것이다. 이것은 종래의 삼면 연마의 삼각 프리즘의 부착의 제조에 비하여 훨씬 우수한 특성을 가진다. 또한 절단이나 연마시의 유리의 흠집도 최외주의 유리만인 점도, 광의 손실이 작아지는 점에서 우수한 특성이다. 또한 다층 박막을 증착하는 경우에도, 큰 판유리에 증착하는 측이, 장치로의 부착이나 검사가 용이한 점에서, 질이 우수한 증착막이 얻어지는 효과가 나온다. 그리고 청판플로트유리 대신에 연마판유리를 사용하면 더욱 그 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한 본 실시예에서는 우선 기본 구성 유리체(7,8,9)를 2매의 유리를 부착하여 만들기 때문에, 품질이 좋은 편광 빔스플리터를 얻을 수 있다. 이것은 기포가 없는 것임을 눈으로 확인 가능하다. 이러한, 기본유리체 가운데를 통과하는 광이 없고 인접하는 기본 유리구성체의 사이에서 반사되는 광은, 보다 유효한 광은 아니다. 기본유리체와 기본유리체 사이의 접착은, 알미늄의 반사막이 몇층으로도 되기때문에, 기포 등이 확인되지 않고, 접착에도 고르지 않은 얼룩이 지는 경우도 있다. 그러나 여기에서는 기포(17)가 있어도 얼룩(18)이 있어도 되고, 접착되어 있어도 된다. 즉 본 실시예에 의한 제조에 의하면 기본 구성 유리체 내에 중요한 접착에 대해서는 품질이 확보되어서, 편광분리특성이 우수해 진다고 할 수 있다.

그리고 반사막(5)은 알미늄막만으로서 형성되어도 되지만, 본 실시예와 같이 알미늄막과 유전체 다층막(유전체박막)으로 반사막(5)을 형성하는 것에 의하여, 그 반사율이 약 3% 내지 5% 높아질 수 있다. 이것은 광의 이용효율을 높이는 것과 같이 반사막(5)에 있어서 광흡수를 저감시키는 것으로 되고, 편광 빔스플리터의 발열을 억제하고, 신뢰성을 높이는 것으로 된다.

도 4에는 본 발명의 편광 빔스플리터의 다른 예와, 그 편광 빔스프리터를 사용하는 편광변환장치의 단면도를 보이고 있다. 도 3에 도시한 편광 빔스플리터에서는, 청판플로트유리(1,4)를 사용하였지만, 본 예에서는 이들 대신에 백판유리(22)(white plate glass)와 청판유리(24)를 같이 사용한다. 23은 편광분리막이고, 다른 두종류의 무기질을 백판유리(22)에 증착하고 있다. 25는 알미늄의 반사막이고, 청판유리(24) 상에 증착되어 있다. 이들은 접착제(35)로 접착되어 있다. 편광분리막(23)이 증착된 백판유리(22)와, 반사막(25)가 증착된 청판유리(24)가 순차적으로 접착제(21)로 접착되고 전체의 편광 빔스플리터(36)를 구성하고 있다. 이러한 편광 빔스플리터(36)의 제조방법은, 상술한 바와 같이 편광분리막(23)을 구비하는 큰 사이즈의 평판의 백판유리(22)와 알미늄의 반사막(25)을 구비하는 큰 사이즈의 평판의 청판유리(24)를 교대로 접착한 후에 접착면에 대하여 경사로 절단하여, 판상의 블럭을 만들고 나서 절단면을 연마하는 것이다. 따라서 본 실시예의 편광 빔스플리터(36)는, 백판유리(22)와 청판유리(24)가 연마면에서 단차가 없이 연결되어, 일체로 구성되는 특징이 있다. 정밀도는, 구성되는 백판유리(22)와 청판유리(24)에 의하여 결정되지만, 상당히 높은 정밀도가 기대된다. 일반적으로 판유리는 두께가 얇을 수록 두께에 대한 정밀도가 높아지기 때문에, 편광분리막(23)과, 알미늄반사막(25)의 피치가 작게되고, 편광빔스플리터(36)의 두께가 얇게 될 수록 정밀도가 향상된다. 즉 얇고 정밀도가 높은 편광 빔스플리터를 얻을 수 있다.

또한 31과 32는 광이 표면에서 반사하는 것을 방지하기 위한 무기물질로 되는 박막으로 저온형성된 반사방지막이다. 반사방지막(31,32)을 편광 빔스플리터(36)의 광입사면측과 광출사면측에 각각 저온형성하는 것으로 박막형성시에 접착제(21,35)의 접착력이 약해지거나 상호 유리가 벗겨지거나 어긋나는 것을 방지한다. 이러한 반사방지막(31,32)의 저온 형성에 의하여 광의 표면에서의 손실이 없는 구조를 가능하게 한다. 편광 빔스플리터(36)를 구성하는 청판유리의 하면(광출사면) 측에는 λ/2위상플레이트(26)이 설치된다. 저온형성에 의한 반사방지막(32)는 이러한 λ/2위상플레이트(26)를 청판유리(24) 상에 부착한 후에 형성된다.

편광 빔스플리터(36), 선택적으로 설치된 λ/2위상플레이트(26), 및 구(矩)형상으로 구성된 렌즈군(33)에 의하여, 랜덤한 편광축을 가지는 광선(이하 램덤편광 광이라고 칭함)을, 일방향의 편광축을 가지는 광선으로 변환하는 편광변환장치가 구성되어 있다. 이러한 시스템에 대하여 설명한다. 렌즈군(33)은 백판유리(22)와 청판유리(24)을 한매씩 접착한 블럭의 연마면상에서의 폭과 동일한 피치의 렌즈의 집합체이다. 광이 렌즈군(33)에 입사되면 굴절하여, 광(27)과 같이 백판유리(22)의 연마면에 집광된다. 이러한 연마면에는 반사방지막(31)이 있고, 여기서의 광의 손실은 없고 거의 전부의 광이 백판유리(22) 내에 입사된다. 편광분리막(23)에 의하여 광(27)은 P편광 광(29)와 S편광 광(28)으로 분리된다. S편광 광(28)은, 알미늄 반사막(25)에서 반사된 후 반사방지막(32)을 통하여 출사된다. λ/2위상플레이트(26)의 광축은 P편광 광의 편광축에 대하여 45도로 설정되어 있다. 따라서 P편광 광(29)은, λ/2위상플레이트에서 편광축이 90도 회전하여, S편광 광(28)과 동일한 편광축을 가지는 S편광 광(30)으로 된다. 이상과 같이, 본 실시예에 의하면 랜덤한 편광 광(27)에서, 편광축이 가지는 편광 광(28,30)을 얻는 것이 가능하다. 이상과 같이 본 실시예에서는 편광 빔스플리터(36)를 렌즈군(33)이나 λ/2위상플레이트(26)와의 조합하거나, 저온형성된 반사방지막(31,32)을 표면에 부착하거나 하여 효율 높은 랜덤한 편광 광에서의 한종류의 편광 광을 만들어내는 편광 변환장치를 실현하고 있다.

본 실시예의 편광 빔스플리터(36)는, 일측의 판유리에 무기물질로 되는 다층 박막으로 구성된 편광분리막을 증착하고, 다른 일측의 판유리에 알미늄의 반사막을 증착한 후에 절단하여 연마한 것이어서 판유리의 두께에 대하여 얇은 판상의 구성까지 가능하게 된다. 또한 편광분리막(23)에 의한 반사광이 통과하는 광로길이의 길이측의 판유리를 백판유리(22)로 하는 것으로, 여기서의 광의 흡수를 억제하는 효과가 있다. 또한 타측을 청판유리(24)로 하고 있지만, 백판유리(22)와청판유리(24)의 구별은 용이하다. 따라서 좌우의 최외부에 위치하는 유리를 일측은 백판유리, 타측은 청판유리로 하는 것으로, 편광분리막과 반사막의 위치가 용이하게 구별가능한 것으로 된다. 따라서 알미늄 반사막(25)과 백판유리(22)와의 사이에 무기물질로 되는 박막을 설치하고 반사율을 높이는 경우에, 편광분리막과 반사막의 반사면의 배치를 반대로 하고, 그 효과를 낭비하는 것도 없어진다.

또한 본 실시예에서는, 유리판을 접합한 후, 절단 연마하는 것에 의하여, 편광 변환장치를 제조하고 있지만, 피치가 가늘고, 소형의 편광변환장치를 제공하는 것이 가능하다. 또한 반복 피치가 가늘게 되는 경우에는 도 5에 도시한 바와 같이, λ/2위상플레이트(38)를 단책(短冊)형상으로 창을 열어서 구성하고, 이들을 편광 빔스플리터(37)의 광출사면측에 설치하면 된다.

이상 설명한 바와 같이 상기 제조방법에 의하면, 무기물질의 다층박막 등으로 구성된 편광분리막을 표면에 구비하는 판유리와, 반사막을 표면에 구비하는 판유리를 서로 접합한 유리블럭에서, 접합면에 대하여 소정의 각도로 자르는 것에 의하여, 편광 빔스플리터에 있어서의 편광분리막과 반사면의 반복구조를, 판유리의 두께와 수량에 대응하도록 설정할 수 있다. 즉 미세한 반복으로, 많은 반복구조를 얇은 판의 가운데 편광 빔스플리터로하여, 구성하는 것이 가능하고, 또한 각면의 평행성은 판유리의 정밀도로 결정하여서, 용이하고 정도 높은 평행도가 얻어짐과 같이, 편광분리면과 반사면의, 반복피치의 정도 높은 구성을 구비할 수 있다. 더욱이 광의 광입사면과 광출사면이 균일하기 때문에 위상플레이트를 부착하거나, 반사방지막을 부착하는 등의 처리가 쉽다.

또한 제법에 대해서는, 각각의 편광분리막의 반사막의 면의 연마가 불필요하다는 점과 반복되는 편광분리막과 반사막의 평행도가, 각각의 사면체 프리즘의 부착구조에 비하여 높은점, 편광분리면이나 반사면의 크랙이 발생하지 않는 점, 동일한 구조로 동일한 특성을 구비하는 편광 빔스플리터가, 판유리의 절단에 의하여 다수개 용이하게 만들어지는 효과가 있다. 또한 편광분리막이나 반사막의 증착은 판유리 그대로 행하여서, 증착방법도 특수한 것은 필요없고 막의 특성의 검사도 용이하다 검사가 용이하면, 특성도 충분히 나오고 생산도 안정된다.

또한 편광분리막을 구비하는 한매의 판유리와 반사막을 구비하는 한매의 판유리를 접합하는 것에 의하여 기본구성유리체를 작성하는 것으로, 유효한 광이 통과하는 부착에 있어서의 기포, 접착 응어리를 억제하는 것이 가능하다.

또한 판유리로서 플로트유리를 사용하는 것으로, 편광분리막과 반사막의 반복 정도를 용이하게 저가로 하는 것이 가능하다.

또한 편광 빔스플리터의 광출사면에 편광상태를 가지는 편광변환수단을 설치하는 것에 의하여 램덤한 편광 광을, 동일한 편광상태를 가지는 편광 광으로 변환하는 편광변환장치를 구성하는 것이 가능하다. 이와 같이 편광변환장치를 액정 프로젝터 등의 투사형 표시장치에 응용하면 광원에서 출사된 광의 대부분을 조명광으로서 이용할 수 있기 때문에 그 투사화상의 밝기를 향상시킬 수 있다. 그리고 이하에 설명하는 예에서는 λ/2위상플레이트를 편광빔스플리터의 광출사면에 선택적으로 설치하는 것으로 그 구성을 달성하고 있지만, 편광변환을 행하는 수단으로서는 이러한 방법에 한정되는 것은 아니다.

또한 무기물질 박막으로 되는 반사방지막을 편광 빔스플리터의 표면에 저온형성하는 것으로, 편광 빔스플리터 내에 사용되는 접착제를 손상시키지 않고 표면에서의 광손실을 방지하는 구조를 실현하는 것이 가능하다. 특히 표면에 전술한 편광변환수단을 설치하고, λ/2위상플레이트를 부착한 후에 반사방지막을 저온형성하면 그 효과가 크다.

또한 양단부를 자르고, 크랙방지용의 더미 유리를 부착하는 구성으로 하는 것으로 양단부에 존재하는 편광분리막을 손상시키지 않을 수 있다. 즉 그 부분을 통과하는 광을 낭비하는 일이 없다. 그리고 전에 설명한 실시예에서는, 양단부에 더미유리를 설치하고 있지만, 일측만에 설치하는 구성으로도 하여도 좋다.

또한 편광분리막이 증착된 판유리와, 반사막이 증착된 판유리 가운데 일측을 백판유리 또는 무알카리유리, 타측을 색유리로 하는 것으로 편광분리면과 반사면의 위치를 명확하게 하여서 표리의 구별을 용이하게 하는 것도 가능하다.

그리고 반사막으로서는, 알미늄막 이외의 것을 사용하는 것이 가능하고, 예를 들면 유전다층막을 사용하는 것도 가능하다. 알미늄제의 반사판을 이용하면, 광의 입사각도에 반사율이 의존하지 않고, 편광 빔스플리터에서 출사되는 광에 색 얼룩이 생기기 어려운 효과가 있다. 한편 유전체 다층막(유전체박막)으로 구성된 반사막을 사용하면 반사율을 높일 수 있다.

또한 광원과, 복수개의 구형렌즈로 구성되는 제1렌즈판과, 상기 제1렌즈판을 구성하는 복수개의 구형렌즈판과 동일한 수의 집광렌즈로 되는 제2렌즈판에 의하여 인테그레이터 조명계를 구성하고, 이들과 상기 편광변환장치를 조합하는 것에 의하여, 광원에서 출사되는 램던편광 광을 동일한 편광상태를 가지는 편광 광으로 변환하는 편광 조명장치를 얻을 수 있다. 종래의 투사형 표시장치는, P편광 광속, 또는 S편광 광속 가운데 어느 것인가 일측이 액정 패널 등의 변조소자에 설치된 편광판으로 흡수되었지만, 이러한 편광조명장치를 사용하면, 이러한 광의 흡수는 발생하지 않는다. 따라서 광의 이용효율이 높고 밝은 투사형 표시장치를 얻을 수 있다.

또는 상기 편광변환장치와 인테그레이터 조명계를 조합시켜서 액정 프로젝터 등의 투사형 표시장치를 구성하면 밝고 얼룩이 없는 화면이 얻어진다. 또한 조명의 균일성과 밝기를 향상시키는 것을 목적으로서, 인테그레이터 조명계를 구성하는 렌즈판의 렌즈의 분할 수를 증가하였다고 하여도, 상기 편광변환장치의 구성에 의하면 그것에 대응하여 편광 빔스플리터의 편광분리막의 수를 증가하는 것이 용이하게 가능하다. 즉, 부착판유리의 두께를 얇게 하여 수를 증가시키면 된다. 또한 편광분리막의 수가 증가하면 증가하는 만큼 편광 빔스플리터 자체의 크기는 얇게 되기 때문에, 광학계의 중간에 배치되는 것도 더욱 용이해진다. 따라서 상기 편광변환장치를 사용하면 조명 얼룩이 없는 밝은 투사형 표시장치를 제공하는 것이 가능하다.

B. 제2실시예

도 6은, 제2실시예에 의한 편광 빔스플리터의 제조에 사용되는 판유리블럭의 사시도이다. 또한 도 7(a)는 그 평면도, 도 7(b)는 정면도이다. 도6에 도시한 판유리블럭은, 서로 부착된 6개의 기본구성유리체(80,81)와, 이들의 양단에 부착된 더미유리(82,84)를 구비한다. 각 기본구성유리체(80,81)는 도 1에 보인 제1실시예의 기본구성 유리체와 동일한 구성을 가지고 있고, 동일한 공정으로 제조된다.

도 6 및 도 7(b)에서 알 수 있는 바와 같이 6개의 기본구성유리체(80,81) 가운데, 우측에서 3번째의 기본 구성유리체(81)의 높이 방향의 위치가 다른 기본 구성유리체(80)에서 상측으로 높이(H0) 만큼 돌출되어 있다. 돌출높이(H0)의 값으로서는, 판유리블럭의 높이(H)(본 실시예에서는 약 70mm)에 대하여 3%정도(즉 본예에서는 약 2mm)의 값이 바람직하다.

도 7(b)에서 보면, 이러한 판유리블럭 상단면에는 하나의 기본구성유리체(81) 만이 돌출되어 요부를 형성하고 있고, 하단면에서는 이러한 기본구성유리체(81)가 홈부를 형성하고 있다. 따라서 이러한 판유리블럭에서 잘려지는 편광 빔스플리터에서는 이러한 요부와 홈부에서, 그 상하를 판단하기 쉽다는 잇점이 있다.

그리고 도 6과 도7(a)에 있어서 상방으로 돌출한 기본구성유리체(81)의 상면에 사선을 붙인 것은, 단순히 도면을 쉽게 볼 수 있도록 하기 위한 것이다. 실제로는 다른 기본구성유리체와 식별되기 위한 특별한 색을 가질 필요는 없다.

이러한 판유리블럭을, 절단면(84a,84b)를 따라 절단하는 것에 의하여 하나의 편광 빔스플리터로서 사용되는 기판블럭(투광성 블럭)을 절단하는 것이 가능하다.

도 8은, 도 7(a)의 절단면(84a,84b)에 의하여 절단된 기판블럭에서, 액정 프로젝터용의 편광분리장치를 제조하는 공정을 보이는 설명도이다. 우선 도 8(a)에 보인 바와 같이 절단된 기판블럭의 양단을 광입사면(85)와 광출사면(86)으로 거의 수직으로 절단하는 것에 의하여, 약 직방체의 편광 빔스플리터(89)[도 8(b)]를 얻는다. 이 때 더미유리(82,84)의 일부가 절단되어, 광출사면(86) 측으로 일부가 남는 상태로 된다. 도 8에 있어서는 편광분리막(87)를 실선으로, 반사막(88)을 점선으로 도시한다. 절단된 편광빔스플리터(89)의 광입사면(85) 및 광출사면(86)은, 각각 평활하게 연마된다. 도 9는, 이와 같이 작성된 편광빔스플리터(89)의 사시도이다.

도 8(a)의 절단에 있어서는, 편광 빔스플리터(89)의 치수가 소정의 설정값대로 하도록, 고정밀도로 절단하여야 한다. 이 때 상방에 돌출하고 있는 기본구성 유리체(81)의 돌출부(돌기부)를, 절단면을 결정하는 때의 기준위치로서 사용할 수 있다. 예를 들면 도 8(a)에 도시한 바와 같이 돌출부의 우단을 기준으로하여, 그 좌우에 폭(L1,L2)를 두도록 절단하는 것이 가능하다. 이와 같이 하면 이러한 두개의 폭의 치수를, 설정값으로 고정밀도로 맞추는 것이 가능하게 된다.

돌출된 기본구성유리체(81)과 그 좌측에 인접한 기본구성유리체(80)과의 경계면은, 편광 빔스플리터(89)의 길이 방향의 거의 중앙에 위치하고 있다. 따라서 이러한 돌출부를 기준으로하여 절단하면, 이들의 기본구성 유리체(81,80)의 경계면은 편광 빔스플리터(89)의 중앙의 소정의 위치에 가도록, 정확하게 절단할 수 있다.

그런데 통상의 광원은 중심부의 조도가 높아서, 편광 빔스플리터(89)의 중앙부를 통과하는 광량이 최고 크다. 따라서 편광 빔스플리터의 중앙부에 있어서 편광분리막이나 반사막의 위치정밀도가, 편광 빔스플리터의 변환효율에 큰 영향을 미친다. 따라서 상술한 바와 같이 약 중앙부의 돌출부를 기준으로하여 편광 빔스플리터의 양단을 절단하도록 하면, 편광 빔스플리터의 중앙부의 편광분리막이나 반사막의위치정밀도를 높이는 것이 가능하고 편광 빔스플리터의 변환효율을 높일 수 있다.

도 8(b)의 공정에서는, 편광 빔스플리터(89)의 광출사면(86) 측에 선택위상플레이트(380)를 부착하고 있다. 선택위상플레이트(380)는, λ/2위상차판(381)과, 무색투명한 부분이, 편광 빔스플리터(89)를 구성하는 복수개의 판유리의 광출사면상에 교대로 설치된 판상체이다.

도 8(c)의 공정에서는, 편광 빔스플리터(89)의 광입사면측에 집광렌즈어레이(310)이 부착된다. 집광 렌즈어레이(310)는, 각각 거의 구형의 다수개의 집광렌즈(311)을 매트릭스 형상으로 복수개 배열한 것이다. 집광렌즈어레이(310)에도, 돌출부(313)(사선을 붙인 부분)이 설치되어 있다. 편광 빔스플리터(89)와 집광렌즈어레이(310)을 부착하는 경우에는, 부착용 치구(도시 생략)에 편광빔스플리터(89)와 집광렌즈어레이(310)의 돌출부에 각각 합치되는 요부를 설치하여 두고, 그 요부에 편광 빔스플리터(89)의 돌출부와 집광렌즈어레이(310)의 돌출부를 각각 끼운다. 이렇게 하면 편광 빔스플리터(89)와 집광렌즈어레이(310)의 상호간의 위치를 고정밀도로 결정할 수 있다.

그리고 도 8(a)에 있어서 설명한 바와 같이, 편광 빔스플리터(89)는 상방의 돌출부 또는 하방의 요부를 기준으로서 고정밀도 치수로 잘라내고 있다. 이와 같이 편광 빔스플리터(89) 자체의 치수정밀도가 높기 때문에 집광렌즈어레이 (310)에 부착하는 경우, 집광 빔스플리터(89)의 외형(돌출부를 포함하지 않는 형상이나 치수)를 기준으로 하여, 집광렌즈어레이(310)이나 다른 구성 요소와의 위치결정을 행하도록 하여도 좋다.

이와 같이 편광 빔스플리터(89)를 구성하는 복수개의 기본구성유리체의 적어도 일부를, 다른 기본구성유리체에서 돌출하도록 어긋나게 하는 것에 의하여, 편광 빔스플리터(89)의 치수 정밀도를 높일 수 있다. 또한 편광 빔스플리터(89)와, 다른 편광 분리장치나 다른 기구를 조합하는 경우에, 편광 빔스플리터(89)의 위치결정 정밀도를 높이는 것이 가능하다.

C. 제3실시예

도 10은, 본 발명의 편광 빔스플리터의 제조방법의 제3실시예를 보이는 사시도이다. 또는 도 11(a)는, 그 평면도, 도 11(b)는 정면도이다. 도 10 및 도 11(b)에서 알 수 있는 바와 같이, 이러한 판유리블럭을 구성하는 복수개의 판유리 가운데, 거의 중앙에 있는 2매의 판유리(321,322)는 다른 판유리(323)보다도 높이가 높고, 상하로 돌출되어 있다. 또한 판유리블럭의 우단에는 더미유리(324)가 접착되어 있다. 판유리블럭의 좌단에는, 더미유리가 설치되어 있지 않다. 그리고 본 실시예에 의한 구성에서는 전술한 제1, 제2실시예와 달리, 기본구성유리체가 불필요하다. 기본구성 유리체(80,81)를 사용하지 않고, 유리판을 한매씩 어긋나도록 하면 기판블럭에서 편광 빔스플리터 절단의 경우 유리의 낭비를 없앨 수 있다.

도 10과 도 11(a)에 있어서, 2매의 유리(321,322)의 상면에 사선을 붙인 것은 도시의 편의를 위해서이고, 실제로는 다른 판유리(323)과 식별하기 위한 특별한 색을 가질 필요는 없다.

도 11(b)에 도시한 바와 같이 2매의 판유리(321,322)의 중앙에 있는 경계면(계면)은, 판유리블럭의 길이방향의 거의 중앙에 위치한다. 이들 판유리블럭의 상방의 돌출높이(H1)과 하방의 돌출높이(H2)는, 서로 동일한 값으로 설정하여도 된다. 또한 다른 값으로 설정하여도 된다. 돌출높이(H1,H2)의 값으로서는, 판유리 블럭의 높이(H)(본 실시예에서는 약 70mm)에 대하여 3% 정도(즉 본 실시예에서는 2mm)의 값이 바람직하다. 상하의 돌출높이(H1,H2)를 다른 값으로 설정하면, 이러한 판유리블럭에서 절단된 편광 빔스플리터의 상하를 판단하기 쉬운 잇점이 있다.

이러한 판유리블럭을, 절단면(328a,328b)를 따라 절단하는 것에 의하여 하나의 편광 빔스플리터로서 사용되는 기판블럭을 잘라낼 수 있게 된다.

도 12는, 도 11(b)의 절단면(328a,328b)을 따라 절단된 기판블럭에서, 액정 프로젝트용의 편광분리장치를 제조하는 공정을 보이는 설명도이다. 우선, 도 12(a)에 도시한 바와 같이 절단된 기판블럭의 양단을, 광입사면(327)과 광출사면(326)에 거의 수직으로 절단하는 것에 의하여, 거의 직방체의 편광 빔스플리터(320)[도 12(b)]를 얻는다. 이 때 더미유리(324)의 일부가 절단되어, 광출사면(326) 측에 일부가 남는 상태로 된다. 도 12에 있어서는 편광분리막(331)을 실선으로, 반사막(332)를 점선으로 도시하고 있다. 절단된 편광 빔스플리터(320)의 광입사면(327) 및 광출사면(326)은, 각각 평활하게 연마된다. 도 13은, 이와 같이하여 완성된 편광 빔스플리터(320)를 보이는 사시도이다.

도 12(a)의 절단에 있어서는, 편광 빔스플리터(320)의 치수가 소정의 설정값대로 되도록, 고정밀도로 절단하는 것이 바람직하다. 이 때 상하에 돌출되어 있는 판유리(321,322)의 돌출부(돌기부)를, 절단면을 결정하는 때의 기준위치로서 사용할 수 있다. 예를 들면 도 12(a)에 도시한 바와 같이 돌출부의 우단을 기준으로하여, 그 좌우에 폭(W1,W2)를 두도록 절단하는 것이 가능하다. 이와 같이 하면 이러한 두개의 폭의 치수를 설정값에 고정밀도로 맞추는 것이 가능하다.

전술한 바와 같이 돌출한 판유리(321,322)는 편광 빔스플리터(320)의 길이방향의 거의 중앙에 위치하고 있다. 따라서 그 돌출부를 기준으로 절단하면, 이들 판유리(321,322)의 경계면이 편광 빔스플리터(320)의 중앙의 소정의 위치에 오도록, 정확하게 절단할 수 있다.

그런데 상술한 바와 같이 통상의 광원은 중심부의 조도가 높기 때문에 편광 빔스플리터(320)의 중앙부를 통과하는 광량이 최고 크다. 따라서 편광 빔스플리터의 중앙부에 있어서의 편광분리막이나 반사막의 위치정밀도가, 편광 빔스플리터의 변환효율에 큰 영향을 부여한다. 따라서 상술한 바와 같이 거의 중앙부의 돌출부를 기준으로하여 편광 빔스플리터의 양단을 절단하도록 하면, 그 중앙부의 편광분리막이나 반사막의 위치정밀도를 높일 수 있고, 편광 빔스플리터의 변환효율을 높이는 것이 가능하다.

도 12(b)의 공정에서는, 편광 빔스플리터(320)의 광출사면 측에 선택위상플레이트(380)을 부착한다. 선택위상플레이트(380)는, λ/2위상플레이트(381)와, 무색투명한 부분이, 편광 빔스플리터(320)을 구성하는 복수개의 판유리의 광출사면상에서 교대로 설치되는 판상체이다.

도 12(c)의 공정에서는, 편광 빔스플리터(320)의 광입사면 측에 집광 렌즈어레이(310)가 부착된다. 집광렌즈어레이(310)는, 각각 거의 구형의 다수개의 집광렌즈(311)를 매트릭스 형상으로 복수개 배열한 것이다. 집광렌즈어레이(310)에도, 돌출부(313)(사선 부분)이 설치되어 있다. 편광 빔스플리터(320)과 집광렌즈 어레이(310)을 부착하는 경우에는, 부착용의 치구(도시생략)에, 편광 빔스플리터(320)이나 집광렌즈어레이(310)의 돌출부에 각각 합치되는 요부를 설계하여 두고, 상기 요부에 편광 빔스플리터의 돌출부와 집광렌즈어레이(310)의 돌출부를 각각 끼운다. 이렇게 하면, 편광 빔스플리터(320)과 집광 렌즈어레이(310)의 상호 위치를 고정밀도로 결정가능하다.

그리고 도 12(a)에 있어서 설명한 바와 같이 편광 빔스플리터(320)는, 중앙의 돌출부를 기준으로서 고정밀도의 치수로 절단하고 있다. 즉 편광 빔스플리터(320) 자체의 치수 정밀도가 높아서, 집광렌즈어레이(310)와 부착하는 경우, 편광 빔스플리터(320)의 외형(돌출부를 포함하지 않는 형이나 칫수)를 기준으로하여 집광 렌즈어레이(310)나 다른 구성 요소와의 위치결정을 행하도록 하여도 좋다.

편광 빔스플리터(320)의 단부에 설치된 더미유리(324)는, 이하에서 설명하는 바와 같이 선택위상플레이트(380)이 벗겨지지 않도록 하는 효과가 있다. 도 14는, 더미유리(324)의 효과를 보이는 설명도이다. 도 14(a)는, 선택위상플레이트(380)이 정상적인 위치에 부착되어 있는 상태를 보이고, 도 14(b), (c)는 선택적 위상플레이트(380)가 도 14(a)의 상태에서 약간 하부로 어긋난 상태를 보인다. 단 도 14(b)의 구성에서는 더미유리(324a)가 하단에 설치된다. 도 14(c)는, 더미유리가 생략된 경우를 보이는 것이다. 도 14(c)와 같이 더미유리가 없으면 선택위상플레이트(380)이 정규의 위치에서 다소 어긋난 경우에도, 선택위상플레이트(380)의 단부가 편광빔스플리터(320)의 단부에서 외부로 돌출하고 만다. 그 결과 선택위상플레이트(380)이 벗겨지기 쉽게 된다. 이것에 대하여 도 14(b)에 도시한 바와 같이 편광 빔스플리터(320)의 단부에 더미유리(324a)를 설치하는 경우에는, 선택위상플레이트(380)의 단부가 더미유리(324a)의 상부에 올려져 있다. 따라서 선택위상플레이트(380)이 벗겨지기 어렵다는 잇점이 있다.

이와 같이 편광 빔스플리터(320)의 광입사면 및 광반사면에 인접하는 4개의 측면 가운데, 편광분리막이나 반사막의 면(즉 복수개의 유리의 계면)에 거의 수직으로 형성된 2개의 측면에서, 몇개의 판유리가 돌출하도록 하면 편광 빔스플리터(320)의 치수정밀도를 높일 수 있다. 또한 편광 빔스플리터(320)와 다른 편광분리장치나 다른 기구를 조합하는 경우에, 편광 빔스플리터(320)의 위치결정 정밀도를 높일 수 있다.

그리고 돌출된 부분은 1개소에 한정되는 것은 아니고 복수개소에 돌출시키도록 하는 것도 가능하다. 또한 1개소의 돌출부에서 돌출된 판유리의 매수는, 2매로 한정되는 것은 아니고 1매 이상의 임의의 매수의 판유리를 돌출시키는 것이 가능하다.

상기와 같이 돌출부 대신에 편광 빔스플리터의 위치결정의 경우에 사용 가능한 다른 종류의 위치식별부(마크부분)을 설치하는 것도 좋다. 위치식별부로서는 요부나 다른 부분과는 다른 색이 단면에 부착된 유리부분이나, 특정의 마크가 각인된 유리부분 등이 고려될 수 있다. 각인도 광의의 요부의 한 종류이다.

그리고 2종류의 판그라스(321,322)로서는, 청색플로트유리를 사용하는 것이가능하다. 이 경우에는 플로트유리의 표면의 평활도가 높아서, 그 표면의 연마가 불필요하다. 그리고 2종류의 판유리(321,322)의 일측을 청판유리, 타측을 백판유리로 하면, 이들 색에 기초하여 편광분리막(331)과 반사막(332)의 위치를 용이하게 식별할 수 있다.

D. 제4실시예

도 15는, 본 발명의 편광 빔스플리터의 제조방법의 제4실시예를 보이는 사시도이다. 그리고 도 16(a)는 그 평면도, 도 16(b)는 정면도이다. 도 17은, 도 16(a)의 절단면(328a,328b)에서 절단된 후 그 양단을 도 12(a)와 동일하게 잘라 버리는 것에 의하여 완성된 편광 빔스플리터(320a)를 보이는 사시도이다. 도 15 및 도 16(b)에서 알 수 있는 바와 같이, 이러한 판유리블럭을 구성하는 복수개의 판유리 가운데, 2매의 판유리(321a,322a)에는, 다른 판유리(323) 보다 상방으로 돌출하고 있다. 단 제3실시예와 달리, 이들 판유리(321a,322a)는 하방에는 돌출하지 않고, 그 하면은 다른 판유리(323)의 하면과 동일한 평면을 형성한다. 환언하면 이러한 판유리블럭에서 절단되는 편광 빔스플리터에는 편광분리막이나 반사막의 면과 거의 직행하는 두개의 측면 가운데 일측의 측면에 있어서 판유리가 돌출되어 있다. 이와 같이 돌출부를 하나의 측면에만 설치하는 것으로 편광 빔스플리터의 상하를 식별하는 것이 용이하게 되는 잇점이 있다.

또한 이들 2매의 판유리(321a,322a)는, 길이방향을 따른 중앙부에는 없고, 일측에 치우친 위치에 있다는 점도, 제3실시예와는 다른 점이다. 이와 같이 돌출부가 편광 빔스플리터의 길이방향의 중앙부에서 어긋나 있어서 편광 빔스플리터의 광입사면과 반사면을 돌출부에서 식별하는 것이 가능한 이점이 있다. 그리고 돌기부를 길이 방향의 중앙에서 편심시키는 양은, 판유리 2매분 정도가 바람직하다.

그런데 편광 빔스플리터의 광입사면과 반사면을 상이하게 하면 다음과 같은 불합리한 점이 있다. 도 18은, 편광 빔스플리터의 광입사면과 반사면을 달리한 경우의 불합리를 보이는 설명도이다. 도 18(a)는, 편광 빔스플리터 단체(單體)의 기능을 보이고 있다. 편광 빔스플리터에 랜덤 편광 광방향의 광이 입사되면, 우선 편광분리막(331)에서 P편광 성분과 S편광 성분이 분리된다. 예를 들면 P편광성분은 편광분리막(331)을 그대로 투과하고 S편광성분은 거의 수직으로 반사된다. S편광성분은, 반사막(332)에 의하여 반사되어 출사된다.

도 18(b)는, 이러한 편광 빔스플리터(320)의 광출사면에 선택위상플레이트(380)을 부착하고, 또는 광입사면 측의 전에 차광 플레이트(340)을 설치하여, 랜덤 편광 광에서 P편광 광을 얻도록 한 편광 변환소자를 보인다. 이러한 차광플레이트(340)에는, 광을 차단하는 차광부(341)과, 광을 투과시키는 투광부(342)가 교대로 형성되어 있다. 따라서 차광플레이트(340)은, 차광플레이트(340) 상의 위치에 따라서 투과하는 광속을 제어하는 기능을 가진다. 그런데 이러한 편광 빔스플리터(320)을 사용하여, 소위 인테그레이터광학계를 구성하는 경우에는, 편광 빔스플리터(320)의 광입사측에 매트릭스 형상으로 배열된 복수개의 소렌즈를 구비하는 렌즈판이 배치되고, 또한 광출사측에는 집광렌즈가 배치된다. 차광부(341)과 투광부(342)의 배열의 방법은 이들 소렌즈에 의한 집광상이 편광 빔스플리터(320)의 편광분리면 상에만 형성되도록 설정되어 있다. 차광플레이트(340)로서는, 본 실시예와 같이 평판상의 투명체(예를 들면 유리판)에 차광성의 막(예를 들면 크롬막이나 알미늄막)을 부분적으로 형성한 것이나, 혹은 예를 들면 알미늄판과 같이 차광성의 평판에 개구부를 설치하는 것 등이 사용 가능하다. 특히 차광성의 막을 이용하여 차광면을 형성하는 경우에는, 차광성의 막을 집광 렌즈어레이나 편광 빔스플리터(320) 상에 직접 형성하여도 동일한 기능을 발휘할 수 있다.

투광부(342)를 통과한 광은 편광분리막(331)에서 P편광성분과 S편광성분으로 분리된다. P편광성분은 편광분리막(331)을 그대로 투과하여 출사된다. 한편 편광분리막(331)에서 반사된 S편광성분은 반사막(332)에 의하여 반사된 후에 λ/2위상플레이트(381)에 의하여 P편광 광으로 변환되어 출사된다. 따라서 편광 변환소자에서는 P편광 광만이 출사된다.

도 18(c)는, 편광 빔스플리터(320)의 표리를 역으로 한 상태를 보이고 있다. 차광플레이트(340)은, 출사광의 광량이 최대로 되는 위치에 위치결정된다. 도 18(c)와 같이 편광 빔스플리터(320)의 표리를 역으로 하면 출사되는 편광성분이 역으로 되고 마는 단점이 있다. 이것은 후술하는 투사형 표시장치에 편광 빔스플리터를 조립하는 경우에 문제로 된다. 즉, 도 20에 도시한 투사형 표시장치에 있어서 편광 빔스플리터는, λ/2위상플레이트와의 조합에 의하여 광원부(100)에서의 광을 한종류의 편광광속(P편광광속 또는 S편관광속)으로 변환하기 위하여 사용된다. 한편 편광 빔스플리터와 λ/2위상플레이트를 구비하는 광학요소(300)에서 출사되는 광을 변조하는 수단으로서 설치되는 액정 패널(803,805,811)의 광입사면 측에는 컨트라스트를 향상시키기 위하여 통상 P편광 광속 혹은 S편광 광속의 어느 것인가 하나만을 선택 투과시키는 편광판이 형성되어 있는 것이 많다. 따라서 출사되는 편광 성분이 역으로 되면 액정 패널(803,805,811)의 광입사면 측에 형성되어 있는 편광판에서 광이 흡수되고 말고, 투사형 표시장치로서 성립하지 않을 우려가 있다.

또한 도 18(c)의 경우에는 도 18(b)에 비하여, 광이 입사되고 나서 출사되기까지, 접착제층(325)을 통과하는 회수가 증가하고 있다. 접착제층(325)는 광을 흡수하여서 편광변환소자의 효율이 저하되는 불합리한 점이 있다.

이와 같이 편광 빔스플리터의 표리를 역으로 하면 각종 단점이 발생할 가능성이 있다. 여기서 도 15 및 도 16에 도시한 방법에 의하여 일반향의 측면에서 더욱이 중심보다 어긋난 위치에 돌출부(위치식별부)를 구비하는 편광 빔스플리터를 형성하면, 그 표리를 용이하게 실벽할 수 있어서, 이와 같은 단점을 방지할 수 있다. 또한 제4실시예에서는 돌출부를 설치하는 것에 의하여, 편광 빔스플리터의 치수 정밀도를 높이는 것이 가능하다고 하는 제3실시예와 동일한 잇점이 있다. 더욱이 편광 빔스플리터와 다른 편광분리장치나 다른 기기를 조합하는 경우에, 편광 빔스플리터의 위치결정 정밀도를 높이는 것이 가능한 잇점도 있다.

도 19는, 상기 실시예에 의한 편광 빔스플리터어레이를 구비하는 편광 조명장치(500)의 요부를 평면적으로 보인 개략구성도이다. 이러한 편광조명장치(500)는, 광원부(100)와, 편광발생장치(400)을 구비한다. 광원부(100)는 S편광 성분과 P편광성분을 포함하는 랜덤한 편광 광방향의 광속을 출사한다. 광원부(100)에서 출사된 광속은 편광발생장치(400)에 의하여 편광 광방향이 거의 구비된 한종류의 직선편광 광으로 변환되어, 조명영역(90)을 조명한다.

광원부(100)는, 광원램프(101)와 포물선레플렉터(102)를 구비한다. 광원램프(101)에서 방사되는 광은 포물선리플렉터(102)에 의하여 일방향으로 반사되고 거의 평행한 광속으로 되어 편광발생장치(400)에 입사된다. 광원부(100)의 광원광축(R)은, 시스템광축(L)에 대하여 일정한 거리(D)만큼 X방향으로 평행하게 시프트된 상태이다. 여기서 시스템광축(L)은, 편광 빔스플리터어레이(320)의 광축이다. 이와 같이 광원 광축(R)을 시프트시키는 이유에 대해서는 후술한다.

편광발생장치(400)는, 제1광학요소(200)와, 제2광학요소(300)과를 구비한다. 제1광학요소(200)는 구형상의 윤곽을 구비하는 미소한 광속분할렌즈(201)가 가로세로 복수개 배열된 구성을 구비하고 있다. 제1광학요소(200)는, 광원광축(R)이 제1 광학요소(200)의 중심에 일치되도록 배치되어 있다. 각 광속분할렌즈(201)를 Z방향에서 본 외형 형상은 조명영역(90)의 형상과 상이한 형을 이루도록 설정되어 있다. 본 실시예에서는 X방향으로 길게 가로길이의 조명영역(90)을 예정하고 있기 때문에 광속분할렌즈(201)의 XY평면 상에서의 외형 형상도 가로길이이다.

제2광학요소(300)는, 집광렌즈어레이(310)과, 편광 빔스플리터어레이(320)과, 선택위상플레이트(380)과, 출사측렌즈(390)을 구비하고 있다. 집광렌즈어레이(310)는, 제1광학요소(200)과 거의 동일한 구성을 구비한다. 즉 집 광렌즈어레이(310)는, 제1광학요소(200)을 구성하는 광속분할렌즈(201)과 동일한 수의 집광렌즈(311)을 매트릭스형상으로 복수개 배열한 것이다. 집광렌즈어레이(310)의 중심도 광원광축(R)과 일치하도록 배열되어 있다.

광원부(100)는, 랜덤한 편광 광방향을 구비하는 거의 평행한 백색의 광속을출사한다. 광원부(100)에서 출사되어 제1광학요소(200)에 입사된 광속은, 각각의 광속분할 렌즈(201)에 의하여 중간광속(202)에 분할된다. 중간 광속(202)는, 광속분할렌즈(201)과 집광렌즈(311)의 집광작용에 의하여, 시스템광축(L)과 수직의 평면내(도 19에서는 XY평면)에서 모인다. 중간광속(202)가 포커싱되는 위치에는 광속분할렌즈(201)의 수와 동일한 수의 광원상이 형성된다. 그리고 광원상이 형성되는 위치는, 편광 빔스플리터어레이(320) 내부의 편광분리막(331)의 근방이다.

광원광축(R)이 시스템광축(L)에서 어긋나는 것은, 광원상을 편광분리막(331)의 위치에서 결상시키기 위한 것이다. 이러한 편심량(D)는, 편광분리막(331)의 X 방향의 폭(Wp)의 1/2으로 설정된다. 전술한 바와 같이 광원부(100)와, 제1광학요소(200)와, 집광렌즈어레이(310)의 중심은 광원광축(R)과 일치하고 있고, 시스템광축(L)에서 D=Wp/2만큼 편심되어 있다. 한편 중간광속(202)를 분리하는 편심분리막(331)의 중심도, 시스템광축(L)에서 Wp/2만큼 어긋나 있다. 한편 중간 광속(202)를 분리하는 편광분리막(331)의 중심도, 시스템광축(L)에서 Wp/2만큼 편심되어 있다. 따라서 광원광축(R)을, 시스템광축(L)에서 Wp/2만큼 편심시키는 것에 의하여 편광분리막(331)의 거의 중간에 있어서 광원 램프(101)의 광원상을 결상시키는 것이 가능하다.

편광 빔스플리터어레이(320)에 입사되는 광속은, 전체 S편광 광 또는 P편광 광으로 변환된다. 편광 빔 스플리터어레이(320)에서 출사되는 광속은, 출사측 렌즈(390)에 의하여 조명영역(90)을 조명한다. 조명영역(90)은, 다수개의 광속분할렌즈(201)로 분할된 다수개의 광속으로 조명되어서, 조명영역(90)의 전체를 얼룩없이 조명하는 것이 가능하다.

그리고 제1광학요소(200)에 입사하는 광속의 평행성이 극히 우수한 경우에는, 제2광학요소(300)에서 집광렌즈어레이(310)을 생략하는 것도 가능하다.

이상과 같이 도 19에 도시한 편광조명장치(500)는, 랜덤한 편광 광방향을 구비하는 백색의 광속을 특정의 편광 광방향의 광속(S편광 광 또는 P편광 광)으로 변환하는 편광발생부로서의 기능과, 이와 같은 다수개의 편광 광속으로 조명영역(90)을 얼룩없이 조명하는 기능을 구비한다.

도 20은, 도 19에 도시한 편광조명장치(500)를 구비하는 투사형 표시장치(800)의 요부를 보이는 개략구성도이다. 이러한 투사형 표시장치(800)는, 편광조명장치(500)과, 다이크로익미러(801,804)(dychroic mirror)와 반사미러(802,807, 809)와 릴레이렌즈(806,808,810)과 3매의 액정 패널(LCD panels)(803,805,811)과, 크로스 다이크로익 프리즘(813)과, 투사렌즈(814)를 구비하고 있다.

다이크로익미러(801,804)는, 백색광속을 적, 청, 녹의 3색 색광으로 분리하는 색광분리수단으로서의 기능을 가진다. 3매의 액정 패널(803,805,811)는, 부여된 화상정보(화상신호)에 따라 3색의 색광을 각각 변조하여 화상을 형성하는 광변조수단으로서의 기능을 구비한다. 크로스 다이크로익 프리즘(813)은, 3색의 색광을 합성하여 칼러 화상을 형성하는 색광합성수단으로서의 기능을 구비한다. 투사렌즈(814)는, 합성된 칼러화상을 보이는 광을 스크린(815) 상에 투사하는 투사광학계로서의 기능을 구비한다.

청광, 녹광 반사 다이크로익미러(801)는, 편광조명장치(500)에서 출사된 백색광속의 적색광성분을 투과시킴과 동시에 청색광성분과 녹색광성분을 반사한다. 투과한 적색광은, 반사미러(802)로 반사되어서 적광용액정패널(803)에 도달한다. 한편 제1다이크로익미러(801)에 의하여 반사된 청색광과 녹색광 가운데, 녹생광은 반사다이크로익미러(804)에 의하여 반사되고, 녹색광용액정패널(805)에 도달한다. 한편 청색광은 제2다이크로익미러(804)도 투과한다.

이러한 실시예에서는, 청색광의 광경로길이가 3개의 색광 가운데 가장 길게 된다. 여기서 청색광에 대해서는 다이크로익미러(804) 후에 입사렌즈(806)과, 릴레이렌즈(808)과 출사렌즈(810)과를 포함하는 릴레이렌즈계로 구성된 광안내수단(850)이 설치된다. 즉 청색광은 녹광반사 다이크로익미러(804)를 투과한 후에, 우선 입사렌즈(806) 및 반사미러(807)를 경유하여, 릴레이렌즈(808)로 인도된다. 더욱이 반사미러(809)에 의하여 반사되어 출사렌즈(810)에 도달되며, 청광용 액정패널(811)에 안내된다. 그리고 3매의 액정패널(803,805,811)는, 도 19에 있어서 조명영역(90)에 상당한다.

3개의 액정패널(803,805,811)는, 도시하지 않은 외부의 제어회로에서 부여된 화상신호(화상정보)에 따라서, 각각의 색광을 변조하여, 각각의 색성분의 화상정보를 포함하는 색광을 생성한다. 변조된 3개의 색광은, 크로스 다이크로익 프리즘(813)으로 입사된다. 크로스 다이크로익 프리즘(813)에는, 적광을 반사하는 유전체다층막과, 청광을 반사하는 유전체다층막이 십자형상으로 형성되어 있다. 이들 유전체다층막에 의하여 3개의 색광이 합성되어 칼러 영상을 보이는 광이 형성된다. 합성된 광은, 투사광학계인 투사렌즈(814)에 의하여 스크린(815) 상에 투사되고, 영상이 확대되어 표시된다.

이러한 투사형 표시장치(800)로는, 광변조수단으로서, 특정의 편광 광방향의 광속(S편광 광 또는 P편광 광)을 변조하는 타입의 액정패널(803,805,811)가 사용되고 있다. 이들의 액정 패널에는 입사측과 출사측에 각각 편광 광판(도시없음)이 부착되어 있는 것이 보통이다. 따라서 랜덤한 편광 광방향을 구비하는 광속으로 액정패널을 조사하면, 그 광속 가운데 약 절반은, 액정 패널의 편광 광판에서 흡수되어 열로 변하고 만다. 그 결과 광의 이용효율이 낮고, 또는 편광 광판이 발열하는 문제가 생긴다. 그러나 도 20에 도시한 투사형 표시장치(800)에서는, 편광조명장치(500)에 의하여 액정 패널(803,805,811)을 통과하는 특정의 편광 광방향의 광속을 생성하고 있어서, 액정 패널의 편광 광판에 있어서 광의 흡수나 발열의 문제가 대폭 개선된다.

이상과 같이 본 실시예에 의한 편광 빔스플리터어레이를 사용하는 것에 의하여 투사형 표시장치에 있어서의 광의 이용효율을 종래에 비하여 높일 수 있다. 따라서 스크린(815) 상에 투사되는 영상을 보다 밝게 하는 것이 가능하다.

도 21은, 본 발명에 의한 편광변환장치를 사용하는 다른 투사형표시장치의 구성예의 개략적인 단면도이다. 광원인 램프(63)에서 거의 평행하게 출사된 광은 제1렌즈판(51)의 복수개의 구형상의 렌즈군(51-a)를 통하여, 동일한 수의 렌즈군(52-a)을 구비하는 렌즈판(52) 방향으로 모인다. 제1렌즈군(51)과 제2렌즈군(52)는, 인테그레이터조명계를 구성한다. 즉 램프(63)에서의 광속을 렌즈군(51-a)에서 분할하고, 분할된 광속을 렌즈군(52-a)를 사용하여, 액정 패널(60) 상에 중합하는 것으로, 균일한 조명을 실현한다. 또한 55는 편광 빔스플리터이지만, 이것은 상술한 바와 같이, 무기물질로 되는 다층박막으로 구성된 편광분리막을 붙인 판유리와, 알미늄으로 구성되는 반사막을 증착한 판유리를 교대로 부착한 후에, 경사로 절단하여 절단면을 연마하는 방법으로 만들어진다.

그리고 렌즈군(51-a)에 의한 집광광선(54)은, 편광 빔스플리터(55) 내의 편광분리막 상에 집광된다. 램덤한 편광성분을 가지는 집광광선(54) 가운데, 편광분리막에 있어서 P편광광이 투과되어 S편광광이 반사된다. S편광광은 반사막으로 반사된 후에, 편광 빔스플리터(55)에서 출사된다. S편광광은 반사막으로 반사된 후에, 편광 빔스플리터(55)에서 출사된다[S편광광선(58)]. 한편 P편광광은 편광 빔스플리터(55)의 광출사면측에 선택적으로 설치된 λ/2위상플레이트(62)를 통과하는 경우에 편광축이 90도 회전한다. 즉 P편광광선에서 S편광광(57)로 변환되는 것이다. 컨덴서렌즈(56)는, 편광빔스플리터(55)에서 출사된 광속을 액정 패널(60) 상에 중합하기 위한 렌즈이다. 액정패널(60)은, 화상정보에 기초하여 입사되는 광속을 변조하고, 변조된 상이 투사렌즈(61)에 의하여 스크린 상에 투영된다. 본 실시예의 투사형 표시장치는 종래의 램프출사광 가운데 일측의 편광성분만을 사용하는 시스템을, 편광 빔스플리터(55)를 사용하는 것으로, 전체의 광성분을 사용할 수 있도록 한 것이고, 광의 손실이 작기 때문에 밝은 투사화상을 얻는 것이 가능하게 하고 있다. 또한 광손실이 없어지기 때문에 종래 그러한 손실이 발열하게 되었지만, 그 열도 발생하지 않게 된다. 따라서 장치를 냉각하기 위한 냉각장치를 소형화, 혹은 간략화하는 것이 가능하기 때문에 장치 전체를 소형, 컴팩트하게 구성할 수 있다. 또한 편광 빔스플리터(55)는 판유리의 부착블럭에서 경사로 절단되어 형성되는 것이어서 얇은 판상으로 형성하는 것이 가능하다. 즉 편광 빔스플리터가 없는 인테그레이터광학계의 일부에 겨우 작은 스페이스를 나누어 삽입하는 것만으로, 밝은 투사형 표시장치를 구성하는 것이 가능하다.

그리고 인테그레이터광학계에서는, 렌즈의 분할수가 많으면 많을수록, 램프(63)의 광선의 얼룩이 저감되는 것이 가능하게 된다. 여기서 편광 빔스플리터(55)는, 인테그레이터광학계의 렌즈의 분할 수에 대응하는 수의, 편광분리막과 반사막이 필요하게 되지만, 본 실시예는 편광 빔스플리터(55)가 판유리의 부착에 의하여 형성되기 때문에 렌즈의 분할수에 대하여 많은 편광분리막, 반사막을 가지는 편광 빔스플리터를 용이하게 제조하는 것이 가능하다. 이것은, 종래의 삼각 프리즘의 부착에는 프리즘의 연마, 막의 증착, 부착 등에 한도가 있기 때문에 실현 불가능하다. 이상 상술한 바와 같이 판-유리의 부착블럭에서 경사로 자른 편광 빔스플리터를 이용하면, 인테그레이터광학계를 구비하는 투사형 표시장치에 있어서, 광의 이용효율을 높이고 더욱이 얼룩 없이 균일한 화상을 얻을 수 있다.

D. 기타

그리고 본 발명은 상기 실시예나 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 상술한 취지를 이탈하지 않는 범위 내에서 여러가지 형태로 실시하는 것이 가능하고, 예를 들면 다음과 같은 변형도 가능하다.

도 22에 본 발명의 편광 빔스플리터의 다른 예를 보이고 있다. 본 실시예에서는, 편광 빔스플리터(41A,41B)가, 그 편광분리막(43,47) 및 반사막(45,49)가 서로 대향하도록 배치되는 것에 의하여, 편광 빔스플리터(40)가 구성되고 있다. 판유리(42)상에 무기물질로 되는 편광분리막(43)이 증착되고, 판유리(44) 상에는 반사막(45)가 증착되어 있다. 또한 판유리(46) 상에는 무기물질로 되는 편광분리막(47)이 증착되고, 판유리(48)에는 반사막(49)가 증착되어 있다. 각각의 편광 빔스플리터(41A,41B)는, 판유리에 증착후, 접착되고 절단되어 판상으로 구성되는 것이다.

편광 빔스플리터를 편광변환기구를 가진 조명장치의 편광변환장치로서 사용하는 경우, 램프의 광축이 편광 빔스플리터의 거의 중앙을 통하는 형태로 배열한다. 이 때 도 23에 도시한 바와 같이, 편광분리막(43,47)에 입사되는 광의 각도는 일정하지 않다. 한편 편광분리막(43,47)은 무기물질의 다층박막으로 되어 있어서, 광의 입사각도가 일정하지 않다. 한편 편광분리막(43,47)은 무기물질의 다층박막으로 되어 있어서, 광의 입사각도가 변하면 도 24에 도시한 바와 같이 투과 반사특성이 변하고, 조명에 좌우 비대칭의 색붙음이 발생하기 쉽다. 그리고 도 24에서, 실선은 광원에서 출사된 광의 스펙트럼, 점선은 도 23중에서 θ₂의 각도로 입사된 광의 투과율곡선, 일점쇄선은 θ₁의 각도로 입사된 광의 투과율곡선을 보인다. 여기서 본 실시예의 편광 빔스플리터(40)와 같이 편광분리막(43과 47). 및 반사막(45와 49)가 좌우 대칭을 향하도록 배치되어 있으며 그와 같은 다층박막의 각도 의존성을 좌우에서 상쇄하는 것이 가능하다. 따라서 조명영역전체에 걸쳐 얼룩이 없는 조명이 가능하게 된다. 이와 같이 편광변환장치를 칼러화상을 투사하는 투사형 표시장치에 채용하면 색얼룩이 작아지고 질이 좋은 화상이 얻어진다.

더욱이 이러한 색붙음을 해결하기 위해서는, 다음과 같은 방법을 채용하는 것이 가능하다. 도 25는, 광원에서 출사된 광의 스펙트럼 가운데, 각 색광의 피크에 대응하는 파장의 광의 입사각도가 다른 것에 의하여 투과율 특성을 보이고 있다. 본 실시예에서는 θ₀는 45도, θ₁은 50도, θ₂는 40도이다. 본 실시예의 편광 비임스플리터의 편광분리막은 청색광의 피크파장인 약 435nm의 광과 녹색광의 피크 파장인 약 550nm의 광이, 40도 내지 45도의 입사각도로 입사된 경우에, 투과율의 차이가 5% 이내로 하도록 하고 있다. 또한 도 25에 도시된 스펙트럼에는 적색광의 피크가 존재하지 않지만, 적색광에 대해서는 약 610nm의 광의 입사각도 변화에 의한 투과율의 차이가 5% 이내로 하도록 한다. 환언하면, 편광분리막은, 적색광과 녹색광과 청색광의 각각의 주요한 파장범위에 있어서의 투과율의 차이가 5% 이내로 하도록 조절되어 있다. 그리고 각 색광의 피크라는 단어는 편광분리막에 입사되는 광의 각 색광의 주요한 파장범위를 의미하고 있다.

이와 같이 각 색광의 피크에 대응하는 파장의 광의 입사각도의 상이에 의하는 투과율의 차이가 5% 이내로 되도록 조절하면, 강도가 높은 광이 입사각도에 의존하지 않고 거의 균일하게 투과되기 때문에 색번짐을 효과적으로 방지하는 것이 가능하다. 따라서 본 실시예의 편광 빔스플리터를 칼러화상을 투사하는 투사형 표시장치에 채용하면, 색얼룩이 작고 양질의 투사화상을 얻을 수 있다.

그리고 도 25에 도시한 편광 빔스플리터에서는 각도 θ₀와의 차이가 ±5도이상의 입사광의 투과율 변화도 5% 이내로 하도록 제어하면 좋다. 그리고 각도 θ₀와의 차이가 어느 정도 되는가는 렌즈군(51-a,51-b)의 피치나 제1렌즈판(51)에서의 편광분리막(43,47) 까지의 거리 등에 의하여 상이하다.

더욱이 도 25에 도시한 바와 같이 적색광의 피크가 확실하지 않은 광원광의 경우에는, 적색광의 광량이 600nm에서 750nm의 파장 범위내, 더욱 바람직하게는 600nm에서 620nm의 파장범위내에서 투과율의 차이가 5% 이내로 하도록 제어되면 좋다. 600nm보다 저파장이라면, 황색 기미가 있는 조명광으로 되어버리기 때문에 바람직하지 못하다.

더욱이 도 25에 도시한 광원에서 출사되는 광의 스펙트럼 가운데 570nm 부근의 피크는 조명광의 색발란스를 불균일하게 하고 말 우려가 있기 때문에, 필터에 의하여 제거하는 것이 바람직하다.

상술한 제4실시예에 있어서 도 19에 도시한 편광조명장치(500) 및 도 20에 도시한 투사형 표시장치(800)에는, 도 17에 도시한 편광 빔스플리터를 사용하지만, 그 대신에 도 3에 도시한 제1실시예의 편광 빔스플리터나 도 9에 도시한 제2실시예의 편광 빔스플리터 또는 도 13에 도시한 제3실시예의 편광 빔스플리터, 그외 다른 실시예에 도시된 편광 빔스플리터를 사용하는 것도 가능하다.

본 발명은 투사면을 관찰하는 측에서 투사를 행하는 전방 투사형의 투사형 표시장치 뿐만 아니라, 투사면을 관찰하는 측과는 반대측에서 투사를 행하는 배면투사형 표시장치에도 적용가능하다. 또한 라이트밸브로서는, 투과형의 액정 패널이아니라 반사형의 액정 패널을 사용하는 것도 가능하다.

상기 실시예에서는 판유리를 사용하여 편광분리장치를 작성하고 있지만 판유리에 한하지 않고, 광학유리나 플라스틱 등의 다른 투광성 기판을 사용하는 것도 가능하다.

본 발명에 의한 편광 분리장치는 각종의 투사형 표시장치에 적용 가능하다. 또한 본 발명에 의한 투사형 표시장치는, 예를 들면 컴퓨터에서 출력되는 화상이나 비디오레코더에서 출력된 화상을 스크린 상에 투사하여 표시하기 위해서도 적용 가능하다.

Claims (14)

1. 광입사면과, 광입사면과 거의 평행한 광출사면과, 상기 광입사면 및 광출사면과 소정의 각도를 이루는 복수개의 계면으로 순차적으로 접합된 복수개의 투광성 기판과, 상기 복수개의 계면에 교대로 설치되는 복수개의 편광분리막 및 복수개의 반사막을 구비하는 기판블럭을 구비하고,

   상기 기판블럭의 측면 가운데, 복수개의 계면에 거의 수직으로 형성된 두개의 측면의 적어도 일측에, 편광분리장치를 위치 결정하는 경우에 사용가능한 위치 식별부를 구비하는 것을 특징으로 하는 편광분리장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 위치식별부는, 위치식별부를 구비하는 측면의 양측에 인접하는 다른 두개의 측면에서의 거리가 거의 동일한 위치에 존재하는 편광분리장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 위치식별부는, 위치식별부를 구비하는 측면의 양측에 인접하는 다른 두개의 측면에서의 거리가 상이한 위치에 존재하는 편광분리장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 위치식별부는 상기 측면에 설치된 돌출부인 편광분리장치.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 위치식별부는, 상기 측면에 설치된 요부인 편광분리장치.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 위치식별부는, 상기 측면 상에 있어서 다른 것과 상이한 특정의 색이 부착된 부분인 편광분리장치.
7. 편광분리장치의 제조방법으로서,

   (a) 복수개의 투광성기판을 복수개의 계면을 통하여 교대로 접합하는 것에 의하여, 상기 복수개의 계면에 교대로 설치된 복수개의 편광분리막 및 복수개의 반사막을 구비하는 복합판재를 형성하는 공정과,

   (b) 상기 복합판재를 상기 복수개의 계면에 대하여 소정의 각도로 절단하는 것에 의하여, 거의 평행한 광입사면과 광출사면을 구비하는 기판블럭을 형성하는 공정과,

   (c) 상기 기판블럭의 광입사면과 광출사면을 연마하는 공정을 구비하고,

   상기 공정(a)는, 기판블럭의 측면의 가운데, 복수개의 계면에 거의 수직으로 형성된 두개의 측면의 적어도 일측에, 상기 편광분리장치를 위치 결정하는 경우에 사용 가능한 위치식별부를 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 편광분리 장치의 제조방법.
8. 제7항에 있어서,

   (d) 상기 기판블럭의 광입사면과 광출사면을 연마하는 공정을 구비하는 편광분리치의 제조방법.
9. 제7항항 또는 제8항에 있어서, 상기 공정(a)는, 상기 복수개의 투광성기판의 적어도 일부를 다른 투광성기판에서 어긋나도록 하는 것에 의하여 위치식별부로서의 돌출부를 형성하는 공정을 포함하는 편광분리장치의 제조방법.
10. 제1항 내지 제6항중에서, 어느, 한 항에 기재된 편광분리장치를 이용한 편광변환장치에 있어서,

    상기 편광분리장치의 광출사면측에는, 편광분리막에 의하여 분리된 두종류의편광성분을 가지는 광을 한종류의 편광성분을 가지는 광으로 변환하는 편광변환수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 편광변환장치.
11. 제10항에 있어서,

    상기 편광변환수단은, 상기 기판에 의하여 구성되는 광출사면 가운데, 하나 건너는 기판에 의하여 구성되는 광출사면에 대응하여 설치되는 λ/2위상차층인 것을 특징으로 하는 편광변환장치.
12. 제10항에 있어서,

    상기 광입사면, 광출사면의 적어도 일측에 반사방지막을 설치한 것을 특징으로 한는 편광변환장치.
13. 광원과,

    상기 광원에서의 광을 복수개의 중간광속으로 분할하는 제1렌즈판, 제2렌즈판으로 되는 인테그레이터광학계와,

    제10항 내지 제12항 중 어느 한 항의 편광변환장치와,

    편광변환장치에서의 출사광을 변조하는 변조수단과,

    상기 변조수단에 의하여 변조된 광을 투사하는 투사광학계를 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
14. 광원과,

    상기 광원에서의 광을 복수개의 중간광속으로 분할하는 제1렌즈판, 제2렌즈판으로 되는 인테그레이터광학계와,

    제10항 내지 제12항 중 어느 한항의 편광변환장치와,

    상기 편광변환장치에서의 출사광을 복수색으로 분리하는 색분리광학계와,

    상기 색분리광학계에 의하여 분리된 복수색의 광의 각각을 변조하는 복수개의 변조수단과,

    상기 변조수단에 의하여 변조된 광을 합성하는 합성광학계와,

    상기 합성광학계에 의하여 합성된 광을 투사하는 투사광학계를 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.

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