KR100671254B1

KR100671254B1 - 색선별 거울 및 투사형 표시 장치

Info

Publication number: KR100671254B1
Application number: KR1020047015646A
Authority: KR
Inventors: 산노헤신야
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 2002-04-01
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2007-01-19
Also published as: TW200400407A; CN1646951A; WO2003083528A1; US20050225730A1; EP1491921A1; TWI275892B; KR20040093495A; CA2480648A1; JP4200266B2; US7165846B2; JP2003294938A; CA2480648C; CN100489571C

Abstract

투명 기판(1) 상에, 저 굴절률층(2) 및 고 굴절률층(3)으로 이루어지는 제1 교호 주기층(5)과, 저 굴절률층(2) 또는 고 굴절률층(3) 및 중간 굴절률층(4)으로 이루어지는 제2 교호 주기층(6)과, 저 굴절률층(2) 및 고 굴절률층(3)으로 이루어지는 제3 교호 주기층(7)을 이 순차로 구비한다. 중간 굴절률층(4)의 굴절률은 저 굴절률층(2)의 굴절률보다 높고 고 굴절률층(3)의 굴절률보다 낮다. 또, 중간 굴절률층(4)은 저 굴절률층(2)의 재료와 고 굴절률층(3)의 재료를 포함한다. 이렇게 구성된 색선별 거울은 투과 파장 대역과 반사 파장 대역 사이의 색 분리 대역이 좁아지므로, 양호한 색 분리 효율을 갖는다. 따라서, 이것을 이용한 투사형 표시 장치는 양호한 색 재현성과 높은 스펙트럼 이용 효율을 양립할 수 있다.

Description

색선별 거울 및 투사형 표시 장치{Dichroic mirror and projection type display unit}

본 발명은 투명 기판 상에 유전체 다층막을 적층하여 임의의 파장의 빛을 선택적으로 투과 및 반사시키는 색선별 거울과, 이 색선별 거울을 이용하여 라이트 밸브 상에 형성된 광학상을 스크린 상에 확대 투사하는 투사형 표시 장치에 관한 것이다.

대화면 영상을 얻기 위해서, 라이트 밸브에 영상 신호에 따른 광학상을 형성하고, 그 광학상에 빛을 조사하여 투사 렌즈에 의해 스크린 상에 확대 투사하는 투사형 표시 장치가 종래부터 잘 알려져 있다. 적, 녹, 청의 3원색광에 대응하여 라이트 밸브를 3개 이용하면 고휘도, 고해상도이고 또한 색 재현성이 양호한 투사 화상을 표시할 수 있다.

3개의 라이트 밸브를 이용한 투사형 표시 장치는 일반적으로, 광원과, 광원으로부터의 방사광을 라이트 밸브 상에 집광시키는 조명 광학계와, 라이트 밸브와, 광원으로부터의 백색광을 조명 광로 중에서 적, 녹, 청의 3원색광으로 분해하고, 라이트 밸브로부터 출력된 3원색광을 다시 1개로 합성하는 색 분해 합성 광학계와, 라이트 밸브 상에 형성된 광학상을 스크린 상에 확대 투사하는 투사 렌즈로 구성된 다.

스크린 상에 표시되는 투사 화상의 광학 성능 중에서, 해상도는 주로 라이트 밸브의 화소수와 투사 렌즈의 해상력에 의해 결정되고, 광 출력은 주로 광원으로부터 출력되는 총광량과 조명 광학계의 집광 효율과 라이트 밸브의 광 이용 효율과 색 분해 합성 광학계의 스펙트럼 이용 효율로부터 결정되고, 색 재현성은 색 분해 합성 광학계의 분광 특성으로 의해 결정된다.

이 중에서, 광 출력과 색 재현성에 기여하는 색 분해 합성 광학계는, 청색광을 반사하여 적색광, 녹색광을 투과하는 청색 반사 색선별 거울과, 적색광을 반사하여 녹색광, 청색광을 투과하는 적색 반사 색선별 거울을 이용하여, 백색광을 적, 녹, 청의 3원색광으로 분해하고 또한 3원색광을 합성시키는 구성을 이용하는 일이 많다(예를 들면, 일본국 특개평 4-372922호 공보 참조).

여기서, 예를 들면 공기 중으로부터의 빛의 입사각이 47.4°가 되도록 구성한 청색 반사 색선별 거울과, 밀착한 2개의 프리즘 형상 유리 기판 간에 개재되어 유리 중으로부터의 빛의 입사각이 10°가 되도록 구성한 적색 반사 색선별 거울을 이용한 종래의 색 분해 합성 광학계에 대해서, 이하에 설명한다.

도 10(a)는 청색 반사 색선별 거울의 분광 투과율을 도시한 도면이며, 도 10(b)는 적색 반사 색선별 거울의 분광 투과율을 도시한 도면이다. 어느 색선별 거울도 유리 기판 상에 저 굴절률층으로서의 유전체 박막과 고 굴절률층으로서의 유전체 박막과의 교호 주기층을 적층시킨 것이며, 저 굴절률층으로서 굴절률이 1.46의 SiO₂, 고 굴절률층으로서 굴절률이 2.3의 Nb₂O₅를 이용하고 있다. 청색 반사 색선별 거울은 청색광과 녹색광을 분리하는 파장대인, 투과율50%을 나타내는 파장(이하, 「반값 파장」이라고 칭한다)을 505㎚ 부근에 가지며, 적색 반사 색선별 거울은 적색광과 녹색광을 분리하는 반값 파장을 595㎚ 부근에 갖는다. 적색 반사 색선별 거울은 반값 파장 부근의 투과율 곡선이 직선적인 것에 대해, 청색 반사 색선별 거울의 반값 파장 부근의 투과율 곡선은 투과율 50% 부근에서 계단 형상으로 되어 있는 것을 알 수 있다.

이것은, 청색 반사 색선별 거울에 대한 빛의 입사각이 큰 것에 기인한다. 다시 말해, 입사각이 커질수록 도 11에 나타내는 바와 같이 S 편광과 P 편광의 투과율 곡선의 반값 파장의 차가 커지기 때문에, 이들 평균 광은 도 10(a)에 나타내는 바와 같은 특성이 된다. 여기서, S 편광이란 편파면(偏波面)이 색선별 거울면의 법선과 빛의 진행 방향을 포함하는 평면과 수직 방향인 직선 편광이고, P 편광은 편파면이 S 편광과 수직 관계에 있는 직선 편광인 것이다.

도 10(a)에 나타낸 청색 반사 색선별 거울의 경우, 반값 파장 부근의 분광 투과율 곡선이 계단상이 되어 있기 때문에, 청색측의 파장 대역의 일부가 녹색측에 투과하고, 녹색측의 파장 대역의 일부가 청색측에 반사되고, 각각의 색 순도를 열화시키는 요인이 된다. 또, 이 구성인채로 색 순도를 향상시키려고 하면 예를 들면 도 12에 나타내는 바와 같은 시안 빛을 반사시키는 제1 색 보정 필터(61)와, 이것을 이용한 것에 의해 색도 특성이 변화한 백색광의 색도를 조정하기 위한 옐로 빛을 반사시키는 제2 색 보정 필터(62)를 부가할 필요가 있어, 결과적으로 스펙트럼 이용 효율의 대폭적인 저하를 초래하게 된다.

따라서, 도 10(a)에 나타낸 청색 반사 색선별 거울도 도 10(b)에 도시한 적색 반사 색선별 거울과 마찬가지로 반값 파장 부근의 파장 분리 곡선이 직선적이며, 반사 파장 대역과 투과 파장 대역과의 분리 폭을 작게 할 수 있으면 색 재현성과 스펙트럼 이용 효율을 양호하게 양립시킬 수 있다.

본 발명은 입사각이 큰 경우라도, 파장 분리 특성이 양호한 색선별 거울을 실현하는 것을 제1 목적으로 한다. 또, 본 발명은 투사 화상의 색 재현성과 스펙트럼 이용 효율이 양호한 투사형 표시 장치를 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.

이 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제1 색선별 거울은 투명 기판 상에, 저 굴절률층 및 고 굴절률층으로 이루어지는 제1 교호 주기층과, 중간 굴절률층 및 상기 고 굴절률층으로 이루어지는 제2 교호 주기층과, 상기 저 굴절률층 및 상기 고 굴절률층으로 이루어지는 제3 교호 주기층을 이 순서로 구비하고, 상기 중간 굴절률층의 굴절률은 상기 저 굴절률층의 굴절률보다 높고 상기 고 굴절률층의 굴절률보다 낮고, 상기 중간 굴절률층은 상기 저 굴절률층 재료와 상기 고 굴절률층 재료를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 제2 색선별 거울은 투명 기판 상에, 저 굴절률층 및 고 굴절률층으로 이루어지는 제1 교호 주기층과, 상기 저 굴절률층 및 중간 굴절률층으로 이루어지는 제2 교호 주기층과, 상기 저 굴절률층 및 상기 고 굴절률층으로 이루어 지는 제3 교호 주기층을 이 순서로 구비하고, 상기 중간 굴절률층의 굴절률은 상기 저 굴절률층의 굴절률보다 높고 상기 고 굴절률층의 굴절률보다 낮고, 상기 중간 굴절률층은 상기 저 굴절률층 재료와 상기 고 굴절률층 재료를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 투사형 표시 장치는 광원과, 화상 형성 수단으로서의 라이트 밸브와, 상기 광원으로부터의 방사광을 상기 라이트 밸브 상에 집광하는 조명 광학계와, 상기 조명 광학계로부터의 조명광을 적, 녹, 청의 3원색광으로 분해하고 또한 상기 3원색광을 합성하는 색 분해 합성 광학계와, 상기 라이트 밸브 상에 형성된 광학상을 스크린 상에 확대 투사하는 투사 렌즈를 구비하고, 상기 색 분해 합성 광학계는 상기 본 발명의 제1 또는 제2 색선별 거울을 적어도 1개 구비하고 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 청색 반사 색선별 거울의 개략 구성을 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 관한 청색 반사 색선별 거울의 분광 투과율 특성을 나타낸 그래프이다.

도 3은 본 발명의 일실시 형태 관한 투사형 표시 장치의 개략 구성도이다.

도 4는 도 3의 투사형 표시 장치의 색 분해 합성 광학계의 개략 구성도이다.

도 5는 본 발명의 실시 형태 1에 관한 투사형 표시 장치의 투사 화상의 xy 색도 좌표 그래프이다.

도 6은 본 발명의 실시 형태 2에 관한 청색 반사 색선별 거울의 개략 구성을 도시한 단면도이다.

도 7은 본 발명의 실시 형태 2에 관한 청색 반사 색선별 거울의 분광 투과율 특성을 나타낸 그래프이다.

도 8은 본 발명의 실시 형태 2에 관한 청색 반사 색선별 거울을 이용한 투사형 표시 장치의 투사 화상의 xy 색도 좌표 그래프이다.

도 9는 본 발명의 일실시 형태에 관한 적색 반사 색선별 거울의 분광 투과율 특성을 나타낸 그래프이다.

도 10(a)는 종래의 청색 반사 색선별 거울의 분광 투과율 특성을 나타낸 그래프이며, 도 10(b)은 종래의 적색 반사 색선별 거울의 분광 투과율 특성을 나타낸 그래프이다.

도 11은 종래의 청색 반사 색선별 거울에 있어서의 S 편광과 P 편광에 대한 분광 투과율 특성을 나타낸 그래프이다.

도 12는 종래의 청색 반사 색선별 거울과 함께 사용되는 색 보정 필터의 분광 투과율 특성을 나타낸 그래프이다.

본 발명의 색선별 거울은 저 굴절률층 및 고 굴절률층으로 이루어지는 제1 및 제3 교호 주기층의 사이에, 상기 저 굴절률층 또는 상기 고 굴절률층과 중간 굴절률층으로 이루어지는 제2 교호 주기층을 구비한다. 그리고, 이 중간 굴절률층의 굴절률은 저 굴절률층의 굴절률보다 높고 고 굴절률층의 굴절률보다 낮고, 중간 굴 절률층은 저 굴절률층 재료와 고 굴절률층 재료를 포함한다. 이에 의해, 입사각이 큰 경우라도, 파장 분리 특성이 양호한 색선별 거울을 실현 할 수 있다.

또, 본 발명의 투사형 표시 장치에서는, 색 분해 합성 광학계가 본 발명의 색선별 거울을 적어도 1개 구비하고 있다. 이에 의해, 투사 화상의 색 재현성과 스펙트럼 이용 효율이 양호한 투사형 표시 장치를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한다.

(실시 형태 1)

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 청색 반사 색선별 거울의 개략 구성을 도시한 단면도이며, 도 1에 있어서, 1은 투명 유리 기판, 2는 저 굴절률층, 3은 고 굴절률층, 4는 중간 굴절률층, 5는 제1 교호 주기층, 6은 제2 교호 주기층, 7은 제3 교호 주기층이다.

표 1에 도 1의 각 층의 재질과 막 두께를 나타낸다. 설계 주파장은 475㎚, 표 중의 각 층의 막 두께는 박막의 굴절률과 물리적 후막을 곱한 광학적 후막으로 표시하고 있고, 설계 주파장의 1/4이 되는 경우를 1로 하고 있다.

(표 1)

투명 유리 기판(1) 상에 순차로, 저 굴절률층(2)와 고 굴절률층(3)으로 이루어지는 제1 교호 주기층(5), 중간 굴절률층(4)과 고 굴절률층(3)으로 이루어지는 제2 교호 주기층(6), 저 굴절률층(2)와 고 굴절률층(3)으로 이루어지는 제3 교호 주기층(7)이 형성된다. 제2 교호 주기층(6)의 주기수는 9로 합계 층수는 18층이며, 제1 교호 주기층(5)과 제3 교호 주기층(7)의 합계 층수는 11층이며, 전체로서 29층으로 구성되어 있다.

저 굴절률층(2)의 재질은 SiO₂로 굴절률이 1.46, 고 굴절률층(3)의 재질은 Nb₂O₅로 굴절률이 2.3, 중간 굴절률층(4)의 재질은 저 굴절률층(2)의 SiO₂와 고 굴절률층(3)의 Nb₂O₅로 이루어지는 혼합층이며 굴절률이 1.7이다. 저 굴절률층(2)과 고 굴절률층(3)은 증착에 의해 형성할 수 있다. 또, 중간 굴절률층(4)은 SiO₂와 Nb₂O₅를 동시에 증착함으로써 형성할 수 있고, 각각의 성막 속도를 제어하여 혼합비를 컨트롤함으로써 소망의 굴절률이 얻어진다. 성막 방법으로서는 Si 기판과 Nb 기판을 증착 타겟으로 한 반응성 스퍼터링을 채용하면 굴절률의 재현성이 높은 양호한 중간 굴절률층을 형성할 수 있다.

고 굴절률층으로서 본 실시 형태에 있어서는 Nb₂O₅를 이용했지만, 이외에 Ta₂O₅, TiO₂, ZrO₂ 중의 어느 하나, 혹은 이들 혼합물을 이용해도 된다.

제1 교호 주기층(5)과 제3 교호 주기층(7)은, 청색을 반사하기 위해서 충분한 파장 대역을 얻는 것과, 막 두께의 최적화에 의해 녹색과 적색의 투과 파장 대역에 발생하는 리플을 최소한으로 억제하는 작용을 갖는다. 또, 제2 교호 주기층(6)은 청색광과 녹색광을 양호하게 파장 분리하는 작용을 갖는다.

도 1 및 표 1에 나타낸 다층막 구성의 청색 반사 색선별 거울의 분광 투과율 특성을 도 2에 나타낸다. 도면 중, 실선은 본 실시 형태의 청색 반사 색선별 거울의 분광 투과율, 파선은 도 10(a)에 나타낸 종래의 청색 반사 색선별 거울의 분광 투과율이다. 매질(공기)측으로부터의 빛의 입사각은 종래예와 마찬가지로 47.4° 이다. 종래예의 분광 투과율 곡선과 비교하여 알 수 있듯이, 본 실시 형태의 다층막 구성을 이용하면, 반값 파장 부근의 파장 분리대의 곡선이 직선적이며, 종래예에 있어서는 녹색측에 투과한 사선부의 청색광(11)을 청색측에 반사시킬 수 있고, 또 청색측에 반사한 사선부의 녹색광(12)을 녹색측에 투과시킬 수 있다.

이상과 같은 본 실시 형태의 색선별 거울을 구성하는 경우, 중간 굴절률층(4)의 굴절률은 1.6 이상 1.8 이하인 것이 바람직하다. 굴절률이 1.6보다 작은 경우는, 분광 투과율 특성의 파장 분리대의 곡선이 도 2의 파선에 근접하여 본 실시 형태의 특징인 양호한 파장 분리 성능이 얻어지기 어려워진다. 또, 굴절률이 1.8보다 큰 경우는, 제2 교호 주기층(6)을 구성하는 고 굴절률층(3)과의 굴절률 차가 작아지고 청색을 반사하기 위한 충분한 반사 파장 대역이 얻어지기 어려워진다.

또, 제2 교호 주기층(6)의 주기수는 7 이상 12 이하가 바람직하다. 주기수가 7보다 작은 경우는 도 2에 나타낸 본 실시 형태와 같은 양호한 파장 분리 특성이 얻어지기 어려워지고, 주기수가 12보다 큰 경우는 분광 투과율 특성의 변화가 작아지고 주기수 증가에 의한 효과는 작아진다.

또한, 제1 교호 주기층(5)과 제3 교호 주기층(7)과의 합계 층수는 7층 이상 12층 이하가 바람직하다. 합계 층수가 7층보다 작은 경우, 청색광의 충분한 반사 파장 대역이 얻어지기 어려워지던지, 충분한 반사율이 얻어지기 어려워지고, 합계 층수가 12보다 큰 경우는 분광 투과율 특성의 변화가 작아지고 층수 증가에 의한 효과는 작아진다.

도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 투사형 표시 장치의 개략 구성을 도시한 것이며, 도 3에 있어서, 23은 광원, 28은 조명 광학계, 30은 색 분해 합성 프리즘(색 분해 합성 광학계), 31은 라이트 밸브, 32는 투사 렌즈이다.

반사형 라이트 밸브(31)는 화소마다 미러 소자가 매트릭스 형상으로 배열되고 있고, 영상 신호에 따라서 미러 소자의 경사를 변화시켜 반사각을 변화시킴으로써, 빛의 진행 방향을 변조하여 광학상을 형성한다.

광원(23)은 램프(21)와 오목면 거울(22)로 구성된다. 오목면 거울(22)은 반사면의 단면 형상이 타원형을 이루는 타원면 거울이며, 제1 초점과 제2 초점을 갖는다. 램프(21)로서 크세논 램프를 이용하고 있고, 발광체의 중심이 오목면 거울(22)의 제1 초점 부근에 배치되고, 로드 프리즘(24)의 광 입사면이 오목면 거울(22)의 제2 초점 부근에 배치되어 있다. 또, 오목면 거울(22)은 유리제 기재의 내면에 적외광을 투과시키고 가시광을 반사시키는 광학 다층막을 형성한 것이다.

조명 광학계(28)는 로드 프리즘(24), 콘덴서 렌즈(25), 전반사 미러(26), 필드 렌즈(27)로 구성된다. 로드 프리즘(24)은 빛의 입사면 및 출사면이 반사형 라이트 밸브(31)의 유효 표시면과 같은 가로세로비를 갖는 사각 기둥이며, 광원(23)으로부터의 방사광이 집광되는 장소에 배치되기 때문에, 재질은 내열성이 뛰어난 석영 유리로 이루어진다. 로드 프리즘(24)의 입사면 부근에 오목면 거울(22)에 의해 집광된 램프(21)의 발광체 상을 형성시킨다. 오목면 거울(22)에 의해 집광된 램프(21)의 발광체 상은 광 축에 가까운 중심 부근이 가장 밝고, 주변일수록 급격하게 어두워지는 경향이 있기 때문에, 입사면 내에 있어서 휘도의 불균일성을 갖고 있다. 이것에 대하여, 로드 프리즘(24)에 입사한 광선속(光線束)은 로드 프리즘(24)의 측면에서 다중 반사되고, 반사 횟수 분만큼 발광체 상이 세분할 및 중첩되기 때문에, 로드 프리즘(24)의 출사면에 있어서는 휘도가 균일화된다. 이렇게 로드 프리즘(24) 내에서 반사되는 횟수가 많을수록, 램프 발광체 상의 세분할 및 중첩 효과가 증대하여 균일성이 향상하므로, 균일성의 정도는 로드 프리즘(24)의 길이에 의존한다. 본 실시 형태에 있어서는, 스크린 상의 주변 조도가 중심 조도에 대하여 90% 이상이 되도록 로드 프리즘(24)의 길이를 설정했다.

이렇게 휘도가 균일화된 로드 프리즘(24)의 출사면을 2차면 광원으로 하고, 이 후단에 배치되어 있는 콘덴서 렌즈(25)와 필드 렌즈(27)에 의해, 이 출사면 상을 반사형 라이트 밸브(31)의 유효 표시 영역에, 반사형 라이트 밸브(31)의 유효 표시 면적과 매칭하는 배율로 상을 형성시키면, 집광 효율의 확보와 균일성의 향상을 양립시킬 수 있다.

필드 렌즈(27)를 출사한 조명광은 전반사 프리즘(29)에 입사한다. 전반사 프리즘(29)은 2개의 프리즘으로 구성되고, 서로의 프리즘의 근접면에는 매우 얇은 공기층이 형성되어 있다. 필드 렌즈(27)를 출사한 조명광은 임계각 이상의 각도로 공기층에 입사하여 전반사되어 반사형 라이트 밸브(31)에 비스듬히 입사하고, 투사 화상으로서 라이트 밸브(31)로부터 반사된 빛(이하, ON광이라고 칭한다)은 임계각 이하의 각도로 공기층에 입사하여 이것을 투과하여 투사 렌즈(32)에 입사하도록, 공기층의 각도가 설정되어 있다. 이와 같이, 전반사 프리즘(29)을 설치함으로써, 광학계 전체를 콤팩트하게 구성할 수 있다.

전반사 프리즘(29)과 반사형 라이트 밸브(31) 사이에는 색 분해 합성 프리즘(30)이 배치되어 있고, 반사형 라이트 밸브(31)는 적색용, 녹색용, 청색용에 3개 이용하고 있다.

여기서 색 분해 합성 프리즘(30)의 구성 및 작용에 대해서 도 4를 참조하여 이하에 설명한다.

도 4는 도 3에 도시한 색 분해 합성 프리즘(30)의 수평 방향의 단면도이다. 색 분해 합성 프리즘(30)은 제1 프리즘(33)과 제2 프리즘(34)과 제3 프리즘(35)의 3개의 프리즘으로 이루어지고, 제1 프리즘(33)과 제2 프리즘(34)과의 근접면에는 청색 반사 색선별 거울(36)이 설치되고, 제2 프리즘(34)과 제3 프리즘(35)과의 근접면에는 적색 반사 색선별 거울(37)이 설치되어 있다. 청색 반사 색선별 거울(36)은 도 1, 도 2, 표 1에 나타낸 구성의 색선별 거울이며, 제1 프리즘(33)측에 형성되어 있다. 제1 프리즘(33)과 제2 프리즘(34) 사이에는 공기층이 형성되며, 청색 반사 색선별 거울(36)에 대한 제1 프리즘(33)측으로부터의 빛의 입사각은 29° 이며, 이 빛의 공기층측으로의 출사각은 47.4° 이다. 또, 적색 반사 색선별 거울(37)은 제2 프리즘(34)측에 형성되며, 제2 프리즘(34)과 제3 프리즘(35)은 적색 반사 색선별 거울(37)을 개재하여 접합되어 있다. 적색 반사 색선별 거울(37)에 대한 제2 프리즘(34)측으로부터의 빛의 입사각, 및이 빛의 제3 프리즘(35)측으로의 출사각은 어느 것이나 10° 이다. 적색 반사 색선별 거울(37)은 도 10(b)에 도시한 종래의 적색 반사 색선별 거울과 같은 분광 투과율 특성을 갖는다.

전반사 프리즘(29)으로부터의 빛은 우선 청색 반사 색선별 거울(36)에 입사 하여, 여기서 반사된 청색광은 청색용 반사형 라이트 밸브(31B)에 입사한다. 다음에, 청색 반사 색선별 거울(36)을 투과한 빛은 적색 반사 색선별 거울(37)에 입사하고, 여기서 반사된 적색광은 적색용 반사형 라이트 밸브(31R)에 입사한다. 그리고, 청색 반사 색선별 거울(36)과 적색 반사 색선별 거울(37)을 어느 것이나 투과한 녹색광은 녹색용 반사형 라이트 밸브(31G)에 입사한다. 3색의 빛은 각각 대응하는 반사형 라이트 밸브(31B, 31R, 31G)에 의해 반사된 후, 다시 청색 반사 색선별 거울(36)과 적색 반사 색선별 거울(37)에 의해 1개 합성되어, 전반사 프리즘(29)에 입사한다. 이와 같이, 백색광을 적, 청, 녹의 3원색광으로 분해하고, 각 색광을 각각의 영상 신호에 대응하는 3개의 반사형 라이트 밸브(31B, 31R, 31G)를 이용하여 변조한 후, 합성함으로써, 고세밀로 풀 컬러의 투사 화상을 표시할 수 있다.

반사형 라이트 밸브(31B, 31R, 31G)에 입사한 조명광 중, 백표시에 상당하는 ON광은 전반사 프리즘(29), 투사 렌즈(32)를 투과하여 스크린(도시 생략) 상에 확대 투사된다. 한편, 흑표시에 상당하는 OFF광은 투사 렌즈(32)의 유효 직경 외로 진행하여, 스크린에는 도달하지 않는다.

본 실시 형태의 투사형 표시 장치로부터 투사되는 투사 화상의 색도를 도 5의 xy 색도 좌표 그래프에 나타낸다. 도면 중의 적, 녹, 청의 색도 좌표를 연결한 삼각형 중, 실선이 청색 반사 색선별 거울로서 본 실시 형태의 청색 반사 색선별 거울을 이용한 투사 화상의 특성을 나타내고 있으며, 파선이 종래의 청색 반사 색선별 거울을 이용한 투사 화상의 특성을 나타내고 있다. 삼각형의 면적이 클수록 색 재현 범위가 넓은 것을 나타내고, 본 실시 형태는 종래예에 비해 녹과 청을 연결하는 직선이 외측에 있고, 색 재현 범위가 넓어져 있는 것을 알 수 있다.

또, 스펙트럼 이용 효율에 대해서도, 종래예에 대하여 본 실시 형태는 약 4% 향상하고, 광 출력의 점에서도 유리해진다. 또한, 종래예에 있어서, 본 실시 형태와 동등의 색 재현 범위를 실현하기 위해서 전술의 도 12에 도시한 바와 같은 색 보정 필터를 이용하면 스펙트럼 이용 효율이 저하하기 때문에, 본 실시 형태는 종래예의 색 보정 필터를 이용한 경우와 비교하면 광 출력은 10∼15% 유리해지고, 색 재현성과 광 출력의 양립이라는 점에 있어서 현저한 효과가 있다.

한편, 본 실시 형태에 있어서는 라이트 밸브로서 빛의 진행 방향을 변조하는 반사형의 라이트 밸브를 이용했지만, 자연광을 변조하는 방식의 라이트 밸브이면 다른 방식의 반사형 라이트 밸브나 투과형 라이트 밸브를 이용한 경우라도, 본 실시 형태에 있어서의 색선별 거울을 이용한 색 분해 합성 광학계는, 상기와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또, 본 실시 형태의 색선별 거울은 공기 환산의 빛의 입사 각도가 30° 이상일 때에 특히 효과가 발휘된다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서는 색 분해 합성 광학계로서 3개의 프리즘이 조합되어, 청색 반사 색선별 거울로의 공기 환산의 광 입사각이 47.4°가 되는 구성을 채용했지만, 색선별 거울로의 공기 환산의 광 입사각이 30° 이상이 되는 구성이면 다른 구성의 색 분해 합성 광학계에서도 마찬가지의 효과가 얻어진다.

(실시 형태 2)

도 6은 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 청색 반사 색선별 거울의 개략 구성을 도시한 단면도이며, 도 6에 있어서, 41은 투명 유리 기판, 42는 저 굴절률층, 43은 고 굴절률층, 44는 중간 굴절률층, 45는 제1 교호 주기층, 46은 제2 교호 주기층, 47은 제3 교호 주기층이다.

표 2에 도 6의 각 층의 재질과 막 두께를 나타낸다. 설계 주파장은 475㎚, 표 중의 각 층의 막 두께는 박막의 굴절률과 물리적 후막을 곱한 광학적 후막으로 표시하고 있고, 설계 주파장의 1/4이 되는 경우를 1로 하고 있다.

(표 2)

투명 유리 기판(41) 상에 순차로, 저 굴절률층(42)과 고 굴절률층(43)으로 이루어지는 제1 교호 주기층(45), 저 굴절률층(42)과 중간 굴절률층(44)으로 이루어지는 제2 교호 주기층(46), 저 굴절률층(42)과 고 굴절률층(43)으로 이루어지는 제3 교호 주기층(47)이 형성된다. 제2 교호 주기층(46)의 주기수는 9로 합계 층수는 18층이며, 제1 교호 주기층(45)과 제3 교호 주기층(47)의 합계 층수는 11층이 며, 전체로서 29층으로 구성되어 있다.

저 굴절률층(42)의 재질은 SiO₂로 굴절률이 1.46, 고 굴절률층(43)의 재질은 Nb₂O₅로 굴절률이 2.3, 중간 굴절률층(44)의 재질은 저 굴절률층(42)의 SiO₂와 고 굴절률층(43)의 Nb₂O₅로 이루어지는 혼합층이며 굴절률이 1.9이다. 저 굴절률층(42)과 고 굴절률층(43)은 증착에 의해 형성할 수 있다. 또, 중간 굴절률층(44)은 SiO₂와 Nb₂O₅를 동시에 증착함으로써 형성할 수 있고, 각각의 성막 속도를 제어하여 혼합비를 컨트롤함으로써 소망의 굴절률이 얻어진다. 성막 방법으로서는 Si 기판과 Nb 기판을 증착 타겟으로 한 반응성 스퍼터링을 채용하면 굴절률의 재현성이 높은 양호한 중간 굴절률층을 형성할 수 있다.

고 굴절률층으로서 본 실시 형태에 있어서는 Nb₂O₅를 이용했지만, 이외에 TiO₂를 이용해도 된다.

제1 교호 주기층(45)과 제3 교호 주기층(47)은 청색을 반사하기 위해서 충분한 파장 대역을 얻는 것과, 막 두께의 최적화에 의해 녹색과 적색의 투과 파장 대역에 발생하는 리플을 최소한으로 억제하는 작용을 갖는다. 또, 제2 교호 주기층(46)은 청색광과 녹색광을 양호하게 파장 분리하는 작용을 갖는다.

도 6 및 표 2에 나타낸 다층막 구성의 청색 반사 색선별 거울의 분광 투과율 특성을 도 7에 나타낸다. 도면 중, 실선은 본 실시 형태의 청색 반사 색선별 거울의 분광 투과율, 파선은 도 10(a)에 나타낸 종래의 청색 반사 색선별 거울의 분광 투과율이다. 매질(공기)측으로부터의 빛의 입사각은 본 실시 형태에 있어서도 종래예와 마찬가지로 47.4° 이다. 종래예의 분광 투과율 곡선과 비교하여 알 수 있듯이, 본 실시 형태의 다층막 구성도 반값 파장 부근의 파장 분리대의 곡선이 직선적이며, 종래예에 있어서는 녹색측에 투과한 사선부의 청색광(51)을 청색측에 반사시킬 수 있고, 또 청색측에 반사한 사선부의 녹색광(52)을 녹색측에 투과시킬 수 있다.

이상과 같은 본 실시 형태의 색선별 거울을 구성하는 경우, 중간 굴절률층(44)의 굴절률은 1.8 이상 2.0 이하인 것이 바람직하다. 굴절률이 1.8보다 작은 경우는, 분광 투과율 특성의 파장 분리대의 곡선이 도 6의 파선에 근접하여 본 실시 형태의 특징인 양호한 파장 분리 성능이 얻어지기 어려워진다. 또, 굴절률이 2.0보다 큰 경우는, 제2 교호 주기층(46)을 구성하는 저 굴절률층(42)과의 굴절률 차가 작아지고 청색을 반사하기 위한 충분한 반사 파장 대역이 얻어지기 어려워진다.

또, 제2 교호 주기층(46)의 주기수는 7 이상 12 이하가 바람직하다. 주기수가 7보다 작은 경우는 도 7에 나타낸 본 실시 형태와 같은 양호한 파장 분리 특성이 얻어지기 어려워지고, 주기수가 12보다 큰 경우는 분광 투과율 특성의 변화가 작아지고 주기수 증가에 의한 효과는 작아진다.

또한, 제1 교호 주기층(45)과 제3 교호 주기층(47)과의 합계 층수는 7층 이상 12층 이하가 바람직하다. 합계 층수가 7층보다 작은 경우, 청색광의 충분한 반사 파장 대역이 얻어지기 어려워지던지, 충분한 반사율이 얻어지기 어려워지고, 합 계 층수가 12보다 큰 경우는 분광 투과율 특성의 변화가 작아지고 층수 증가에 의한 효과는 작아진다.

본 실시 형태의 청색 반사 색선별 거울을, 실시 형태 1에서 설명한 도 3의 투사형 표시 장치의 도 4에 도시한 색 분해 합성 프리즘(30)에 있어서의 청색 반사 색선별 거울(36)로서 이용한 경우의 투사 화상의 색도를 도 8의 xy 색도 좌표 그래프에 나타낸다.

도면 중의 적, 녹, 청의 색도 좌표를 연결한 삼각형 중, 실선이 청색 반사 색선별 거울로서 본 실시 형태의 청색 반사 색선별 거울을 이용한 투사 화상의 특성을 나타내고 있으며, 파선이 종래의 청색 반사 색선별 거울을 이용한 투사 화상의 특성을 나타내고 있다. 본 실시 형태의 경우도, 종래예에 비해 녹과 청을 연결하는 직선이 외측에 있고, 색 재현 범위가 넓어져 있는 것을 알 수 있다.

또, 스펙트럼 이용 효율에 대해서도, 종래예에 대하여 본 실시 형태는 약 2% 향상하고, 광 출력의 점에서도 유리해진다. 또한, 실시 형태 1의 경우와 마찬가지로, 종래예에 있어서, 본 실시 형태와 동등의 색 재현 범위를 실현하기 위해서 도 12에 도시한 바와 같은 색 보정 필터를 이용하면 스펙트럼 이용 효율이 저하하기 때문에, 본 실시 형태는 종래예의 색 보정 필터를 이용한 경우와 비교하면 광 출력은 10∼15% 유리해지고, 색 재현성과 광 출력의 양립이라는 점에 있어서 현저한 효과가 있다.

한편, 본 실시 형태의 색선별 거울도 공기 환산의 빛의 입사 각도가 30° 이상일 때에 특히 효과가 발휘된다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서도 색 분해 합성 광학계로서 3개의 프리즘이 조합되어, 청색 반사 색선별 거울로의 공기 환산의 광 입사각이 47.4°가 되는 구성을 채용했지만, 색선별 거울로의 공기 환산의 광 입사각이 30° 이상이 되는 구성이면 다른 구성의 색 분해 합성 광학계에서도 마찬가지의 효과가 얻어진다.

상기 실시 형태 1, 2의 청색 반사 색선별 거울의 경우와 마찬가지로, 빛의 공기 환산 입사각이 47.4°의 적색 반사 색선별 거울의 분광 투과율 특성예를 도 9에 나타낸다. 도면 중의 실선은 상기 실시 형태 1, 2에서 설명한 바와 같은 중간 굴절률층을 포함하는 3개의 교호 주기층을 구비한 다층막으로 이루어지는 적색 반사 색선별 거울의 특성을 나타내고 있으며, 파선은 종래예와 마찬가지로 2종류의 굴절률층의 교호 주기층만으로 이루어지는 적색 반사 색선별 거울의 특성을 나타내고 있다. 실선으로 나타난 본 발명의 적색 반사 색선별 거울은 반값 파장 부근의 파장 분리대의 곡선이 직선적인 것을 알 수 있다. 실시 형태 1, 2에 있어서는 어느 것이나 본 발명을 청색 반사 색선별 거울에 적용한 경우를 나타냈지만, 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 빛의 공기 환산 입사각이 큰 적색 반사 색선별 거울에 본 발명을 적용할 수 있고, 이 경우에 있어서도 상기 실시 형태 1, 2와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

이상에 설명한 실시 형태는 어느 것이나 어디까지나 본 발명의 기술적 내용을 명백히 하는 의도의 것으로서, 본 발명은 이러한 구체예만에 한정하여 해석되는 것은 아니고, 그 발명의 정신과 청구의 범위에 기재하는 범위 내에서 여러가지로 변경하여 실시할 수 있어, 본 발명을 광의적으로 해석해야 한다.

Claims

투명 기판 상에, 저 굴절률층 및 고 굴절률층으로 이루어지는 제1 교호 주기층과, 중간 굴절률층 및 상기 고 굴절률층으로 이루어지는 제2 교호 주기층과, 상기 저 굴절률층 및 상기 고 굴절률층으로 이루어지는 제3 교호 주기층을 이 순서로 구비하고,

상기 중간 굴절률층의 굴절률은 상기 저 굴절률층의 굴절률보다 높고 상기 고 굴절률층의 굴절률보다 낮고,

상기 중간 굴절률층은 상기 저 굴절률층 재료와 상기 고 굴절률층 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 색선별 거울.
제1항에 있어서, 상기 중간 굴절률층의 굴절률은 1.6 이상 1.8 이하인 색선별 거울.
제1항에 있어서, 상기 제2 교호 주기층의 주기수는 7 이상 12 이하이며, 상기 제1 교호 주기층과 상기 제3 교호 주기층의 합계 층수는 7층 이상 12층 이하인 색선별 거울.
제1항에 있어서, 상기 저 굴절률층은 SiO₂로 이루어지고, 상기 고 굴절률층 은 Nb₂O₅, Ta₂O₅, TiO₂, ZrO₂ 중의 어느 하나, 혹은 이들 혼합물로 이루어지는 색선별 거울.
광원과, 화상 형성 수단으로서의 라이트 밸브와, 상기 광원으로부터의 방사광을 상기 라이트 밸브 상에 집광하는 조명 광학계와, 상기 조명 광학계로부터의 조명광을 적, 녹, 청의 3원색광으로 분해하고 또한 상기 3원색광을 합성하는 색 분해 합성 광학계와, 상기 라이트 밸브 상에 형성된 광학상을 스크린 상에 확대 투사하는 투사 렌즈를 구비하고, 상기 색 분해 합성 광학계는 제1항 기재의 색선별 거울을 적어도 1개 구비하고 있는 투사형 표시 장치.
제5항에 있어서, 상기 색 분해 합성 광학계는 청색 반사 색선별 거울 및 적색 반사 색선별 거울을 가지며, 이들 중 적어도 한 쪽의 색선별 거울에 대한 매질측으로부터의 광선 입사각이 30° 이상인 투사형 표시 장치.
투명 기판 상에, 저 굴절률층 및 고 굴절률층으로 이루어지는 제1 교호 주기층과, 상기 저 굴절률층 및 중간 굴절률층으로 이루어지는 제2 교호 주기층과, 상기 저 굴절률층 및 상기 고 굴절률층으로 이루어지는 제3 교호 주기층을 이 순서로 구비하고,

상기 중간 굴절률층의 굴절률은 상기 저 굴절률층의 굴절률보다 높고 상기 고 굴절률층의 굴절률보다 낮고,

상기 중간 굴절률층은 상기 저 굴절률층 재료와 상기 고 굴절률층 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 색선별 거울.
제7항에 있어서, 상기 중간 굴절률층의 굴절률은 1.8 이상 2 이하인 색선별 거울.
제7항에 있어서, 상기 제2 교호 주기층의 주기수는 7 이상 12 이하이며, 상기 제1 교호 주기층과 상기 제3 교호 주기층의 합계 층수는 7층 이상 12층 이하인 색선별 거울.
제7항에 있어서, 상기 저 굴절률층은 SiO₂로 이루어지고, 상기 고 굴절률층은 Nb₂O₅, TiO₂ 중 어느 것으로 이루어지는 색선별 거울.
광원과, 화상 형성 수단으로서의 라이트 밸브와, 상기 광원으로부터의 방사광을 상기 라이트 밸브 상에 집광하는 조명 광학계와, 상기 조명 광학계로부터의 조명광을 적, 녹, 청의 3원색광으로 분해하고 또한 상기 3원색광을 합성하는 색 분해 합성 광학계와, 상기 라이트 밸브 상에 형성된 광학상을 스크린 상에 확대 투사하는 투사 렌즈를 구비하고, 상기 색 분해 합성 광학계는 제7항 기재의 색선별 거 울을 적어도 1개 구비하고 있는 투사형 표시 장치.
제11항에 있어서, 상기 색 분해 합성 광학계는 청색 반사 색선별 거울 및 적색 반사 색선별 거울을 가지며, 이들 중 적어도 한 쪽의 색선별 거울에 대한 매질측으로부터의 광선 입사각이 30° 이상인 투사형 표시 장치.