KR19980063393A - 표시장치 및 편광 광원장치 - Google Patents

표시장치 및 편광 광원장치 Download PDF

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KR19980063393A
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타께시 고토오
테쓰야 꼬바야시
마리 수가와라
토시히로 스즈끼
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세끼자와 다다시
후지쓰 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 표시장치 및 편광 광원장치에 관한 것으로서, 광원 광의 이용효율이 높음과 동시에 컴팩트하게 구성가능한 표시장치 및 편광 광원장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 표시장치(10)는, 광원(12)과, 액정 패널(14)과, 반사형 편광자(16)와, 검광자(18)와, 상기 편광자(16)로부터의 반사 편광을 상기 편광자를 향하여 반사시키도록 배치된 적어도 하나의 미러(20)와, 편광회전막(22)을 구비하고, 상기 편광자(16)는 입사광선과 출사광선 사이의 각도가 90도 미만으로 되도록 광축에 대하여 경사져 배치되고, 미러(20)는 광원(12)에 인접하여 배치되고, 광원 광의 일부의 편광은 편광자(16)를 투과하고, 최초로 상기 편광자(16)에서 반사한 일부의 편광은 상기 미러(20)에서 반사됨과 동시에 편광회전막(22)에 의해 진동면이 회전하여 편광자(16)를 투과하도록 구성한다.

Description

표시장치 및 편광 광원장치
본 발명은 투사형 액정 표시장치 등의 표시장치 및 편광 광원장치에 관한 것이다.
투사형 액정 표시장치는, 광원과, 라이트 밸브(light valve)로서의 액정 패널과, 투사 렌즈를 구비하고 있다. 액정 패널은 일반적으로 직선 편광을 필요로 한다. 예를 들어, 액정 패널의 트위스티드 네마틱 액정(twisted nematic liquid crystal)을 사용하는 경우에는, 편광자와 액정 패널의 광원측에 배치되고, 검광자가 액정패널의 광원과는 반대측에 배치되어 있다.
트위스티드 네마틱 액정 표시장치에서는, 일반적으로 흡수형 편광자가 사용된다. 흡수형 편광자는, 광원 광 내의 일부는 직선편광을 투과시키며 남은 일부의 편광을 흡수하고, 따라서, 편광자를 투과한 편광만이 액정패널로 인도된다. 그러나, 이와 같은 액정 표시장치에서는, 광원 광 내의 반의 광은 사용되지 않게 되어, 표시장치로서의 효율이 낮고, 표시가 어둡다는 문제가 있었다.
밝은 표시를 얻기 위해서는 보다 강력한 광원을 이용할 필요가 있어, 장치의 소비전력의 증대를 초래하였다. 또한, 편광자의 흡수작용에 의해 편광자가 발열하고, 편광자가 열화함을 방지하기 위하여, 강력한 냉각을 행할 필요가 있었다.
이에 대하여, 반사형의 편광자는, 광원 광 내의 일부의 직선 편광을 투과시키고 또 남은 일부의 편광을 반사시킨다. 필름형태로 형성된 그와 같은 편광자의 예는, 일본공개특허 특개평 6-51399호 공보에 기재되어 있다. 이 공보에서는, 반사형의 편광자를 투과한 P평광만이 액정 패널로 향하도록 되어 있다. 또한, 편광 비임 스플리터(polarization beam splitter)로 반사형의 편광자의 한 예이다.
편광 비임 스플리터를 투과한 편광 및 편광 비임 스플리터에서 반사된 편광을 동시에 이용할 수 있게 되면 광의 이용 효율은 높아진다.
예를 들어, 일본공개특허 특개평 7-72428호 공보는, 광원을 통하는 광축상에 역V자형을 배치된 두 개의 편광 비임 스플리터를 포함한 투사형 액정 표시장치를 개시하고 있다. 두 개의 편광 비임 스플리터는, 역 V자의 다리부가 광원측을 향하고, 역V자의 정점부가 액정 패널측을 향하여 배치되어 있다. 1/2 파장판이 상기 두 개의 편광 비임 스플리터의 중심선상에 배치되고, 두 개의 미러가 두 개의 편광 비임 스플리터의 외측에서 바로 옆에 배치되어 있다. 광원 광 내의 일부의 직선 편광(예를 들어 P편광)은 두 개의 편광 비임 스플리터를 투과하여 액정 패널로 향한다. 광원 광 내의 남은 일부의 직선편광(S편광)은 각각의 편광 비임 스플리터에서 반사하고, 1/2 파장판을 통하여 다른 편광(P편광)으로 되어 다른 쪽의 편광 비임 스플리터를 투과하고, 미러에서 반사되어 액정 패널로 향하도록 되어 있다. 따라서, 광원 광 내의 대부분의 광을 이용할 수 있다.
그러나, 종래기술에서는, 편광 비임 스플리터는 상기 편광 비임 스플리터로의 입사각도가 45도가 되도록 배치되고, 두 개의 미러가 두 개의 편광 비임 스플리터의 외측에서 바로 옆에 배치되어 있고, 또 각 미러는 각 편광 비임 스플리터의 크기와 동등한 크기를 갖는 구성이므로, 두 개의 미러는, 두 개의 편광 비임 스플리터로 규정되는 광로의 단면적보다도 외측으로 크게 나와, 장치가 대형화된다. 또, 미러에서 액정 패널로 향한 편광은, 꽤 큰 각도로 액정 패널로 입사하게 되고, 이 편광은 액정 패널을 통과하여도 투사 렌즈를 통과하도록 하기 어렵다.
또한, 컬러 표시의 액정 표시장치의 경우에는, 3세트의 색분리 및 편광분리 장치가 필요하고, 각 세트의 편광분리장치는 상기한 두 개의 편광 비임 스플리터와 1/2 파장판과 두 개의 미러를 포함한 것으로 된다. 따라서, 장치는 더욱 대형화된다.
본 발명의 목적은, 광원 광의 이용 효율이 높고 또 컴팩트하게 구성가능한 표시장치 및 편광 광원장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 표시장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 표시장치를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시예의 표시장치를 나타낸 도면.
도 4는 도 1의 장치의 원리를 이용한 투사형 컬러 표시장치의 예를 나타낸 도면.
도 5는 도 2의 장치의 원리를 이용한 투사형 컬러 표시장치의 예를 나타낸 도면.
도 6은 도 3의 장치의 원리를 이용한 투사형 컬러 표시장치의 예를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예의 표시장치를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예의 표시장치를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 다른 실시예의 표시장치를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 다른 실시예의 표시장치를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명의 다른 실시예의 표시장치를 나타낸 도면.
도 12는 본 발명의 다른 실시예의 표시장치를 나타낸 도면.
도 13은 본 발명의 다른 실시예의 표시장치를 나타낸 도면.
도 14은 본 발명의 다른 실시예의 표시장치를 나타낸 도면.
도 15은 본 발명의 다른 실시예의 표시장치를 나타낸 도면.
도 16은 본 발명의 다른 실시예의 표시장치를 나타낸 도면.
도 17은 본 발명의 다른 실시예의 표시장치를 나타낸 도면.
도 18은 본 발명의 다른 실시예의 표시장치를 나타낸 도면.
도 19는 본 발명의 다른 실시예의 편광 광원장치를 나타낸 도면.
도 20는 본 발명의 다른 실시예의 편광 광원장치를 나타낸 도면.
도 21는 본 발명의 다른 실시예의 편광 광원장치를 나타낸 도면.
도 22는 도 21의 편광회전자의 작동을 설명하는 도면.
도 23은 본 발명의 다른 실시예의 편광 광원장치를 나타낸 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 표시장치12 : 광원
14 : 액정 패널16 : 편광자
18 : 검광자20 : 미러
22 : 편광회전자24: 컨덴서 렌즈
26 : 투사 렌즈
본 발명에 의한 표시장치는, 광원과, 라이트 밸브와, 상기 광원과 라이트 밸브의 사이에 배치되고, 일부의 편광을 투과시키고 또 일부의 편광을 반사시키는 편광자와, 상기 라이트 밸브를 투과한 광을 받는 검광자와, 상기 편광자로부터의 반사편광을 상기 편광자를 향하여 반사시키도록 배치된 적어도 하나의 미러와, 상기 편광자와 상기 적어도 하나의 미러의 사이에 배치된 편광회전막을 구비하고, 상기 편광자는, 상기 광원에서 상기 편광자로 입사하는 광선과 상기 편광자에서 상기 적어도 하나의 미러로 반사되는 광선 사이의 각도가 90도 미만으로 되도록 상기 광원과 상기 라이트 밸브를 통과하는 광축에 대하여 경사지게 배치되고, 상기 적어도 하나의 미러는 상기 광축에 직교하고 또 상기 편광자의 중심을 통과하는 평면보다도 상기 광원 측에 배치되고, 광원 광의 일부의 편광은 상기 편광자를 투과하고, 광원광의 최초로 상기 편광자에서 반사한 일부의 편광은 상기 적어도 하나의 미러에서 반사하고 또 상기 편광회전막에 의해 진동면이 회전하여 상기 편광자를 투과하도록 한 것을 특징으로 한 것이다.
이 구성에 있어서는, 광원 광 내의 일부의 편광은 편광자를 투과하여, 라이트 밸브로 입사한다. 최로로 편광자에서 반사하고 또 상기 적어도 하나의 미러에서 반사한 일부의 편광은 상기 편광회전막에 의해 진동면이 회전하여 상기 편광자를 투과하고, 라이트 밸브로 입사한다. 따라서, 광원 광의 거의 모든 편광을 라이트 밸브로 입사시켜, 광원 광의 이용효율이 높게 된다. 또, 최초의 상기 편광자를 투과한 편광은 라이트 밸브로의 입사각도와, 최초로 편광자에서 반사하고 또 상기 적어도 하나의 미러에서 반사하여 상기 편광자를 투과하는 편광의 라이트 밸브로의 입사각도는, 그 만큼 차이가 없으므로, 투사 렌즈에 입사시킴에 곤란이 없다.
더구나, 미러는, 상기 광축에 직교하고 또 상기 편광자를 통과하는 평면 보다도 상기 광원측에 배치되고, 바람직하게는 상기 광원의 바로 근방에 배치된다. 표시장치내에서, 광원의 근방은 비교적 자유로운 공간이므로 표시장치를 대형화할 필요가 없다. 더욱이, 나중에 설명하는 바와 같이, 컬러 표시장치의 경우에도, 3세트의 색분리 및 편광 분리장치가 필요하지만, 3세트의 편광 분리장치에 대하여 미러는 공통의 것으로 구성할 수 있으므로, 장치가 더욱 대형화하지 않는다.
상기 구성에서, 투사렌즈를 더 구비하였다. 또한, 상기 라이트 밸브가 액정 패널로 된다. 즉, 상기 표시장치는 투사형 액정 표시장치로서 구성된다.
바람직하게는, 상기 적어도 하나의 미러는 상기 편광자에서 반사한 광이 상기 적어도 하나의 미러에 대략 수직으로 입사하도록 배치되어 있다.
바람직하게는, 상기 적어도 하나의 미러가, 상기 광원으로부터 상기 편광자로 향하는 광선의 광로의 외측에서 상기 광원에 인접하는 위치에 배치되어 있다. 또는, 상기 적어도 하나의 미러가, 상기 광원에서 상기 편광자로 향하는 광선의 광로 내에 배치되어 있다.
상기 편광자는 평탄한 반사면을 갖는다. 또는, 상기 편광자는 만곡한 반사면을 갖는다. 후자의 경우, 상기 편광자의 만곡한 반사면은 광원측에서 봐서 凸면으로 되거나, 상기 편광자의 만곡한 반사면은 광원측에서 봐서 凹면으로 된다. 그리고, 상기 편광자의 만곡한 반사면은 그 중심에 대하여 대칭으로 만곡한 적어도 제1부분 및 제2부분을 갖고, 상기 적어도 하나의 미러는, 상기 적어도 제1부분 및 제2부분에 대응하는 적어도 두 개의 미러로 된다.
또한, 상기 편광자로부터 상기 적어도 하나의 미러로 향하는 광을 수렴시키는 렌즈가 설치된다. 또는, 상기 편광자로부터 상기 적어도 하나의 미러로 향하는 광을 수렴시키고, 또 상기 편광자를 투과한 광을 상기 투사 렌즈로 향하여 수렴시키는 렌즈가 설치되어 있다. 또는, 상기 편광자로부터 상기 적어도 하나의 미러로 향하여 광을 수렴시키는 제1렌즈와, 상기 편광자를 투과한 광을 상기 투사 렌즈로 향하여 수렴시키는 제2렌즈가 설치되어 있다.
바람직하게는, 상기 편광자와 상기 라이트 밸브의 사이에, 상기 편광자를 투과하는 편광과 같은 진동방향의 편광을 투과시키고 또 직행하는 진동방향의 편광을 흡수하는 편광수단을 설치하였다. 상기 편광자는, 원 편광의 선택반사성을 갖는 필름과 우회전 또는 좌회전 원편광을 직선편광으로 변환하는 위상차 필름을 적층하여 되는 필름 및 표면에 미소한 프리즘을 형성하고, 프리즘의 각 변에 굴절율이 다른 박막을 적층하여 되는 필름의 어느 것으로 된다. 또는, 상기 편광자는, 글래스 기판에 부착하고, 또 글래스 기판측을 광원측을 향하여 배치한다. 또한, 상기 편광회전막은, 상기 글래스 기판의 이면에 부착되어 있다. 또는, 상기 편광회전막은 상기 적어도 하나의 미러에 부착되어 있다.
바람직하게는, 상기 적어도 하나의 미러가 하나의 미러로 되고, 상기 투사렌즈의 광축은 상기 광원과 상기 라이트 밸브를 통과하는 광축에 대하여 상기 미러와는 반대측에 어긋나게 배치된다.
또한, 본 발명에 의한 투사형 액정 표시장치는, 광원과, 복수의 라이트 밸브와, 상기 광원과 상기 라이트 밸브의 사이에 각각 배치되고, 일부의 편광을 투과시키고 또 일부의 편광을 반사시키는 복수의 편광자와, 각각의 라이트 밸브를 투과한 광을 받는 검광자와, 상기 복수의 편광자로부터의 반사편광을 각각 원 편광자로 향하여 반사시키도록 배치된 적어도 하나의 미러와, 상기 편광자와 상기 적어도 하나의 미러의 사이에 배치된 상기 적어도 하나의 미러와 같은 수의 편광회전막과, 투사 렌즈를 구비하고, 상기 편광자는, 상기 광원으로부터 상기 편광자로 입사하는 광선과 상기 편광자로부터 상기 적어도 하나의 미러로 반사하는 광선 사이의 각도가 90도 미만으로 되도록 상기 광원과 상기 라이트 밸브를 통한 광축에 대하여 경사지게 배치되고, 상기 적어도 하나의 미러는 상기 광원의 근방에 배치되고, 광원 광의 일부의 편광은 각 편광자를 투과하고, 광원 광의 최초로 상기 각 편광자에서 반사하고 또 상기 적어도 하나의 미러에서 반사한 일부의 편광은 상기 편광회전막에 의해 진동면이 회전하여 상기 편광자를 투과하도록 한 것을 특징으로 한다.
이 구성에서는, 상기한 바와 같이, 적어도 하나의 미러는 상기 광원의 근방에 배치되고, 모든 색의 라이트 밸브에 대하여 공통적으로 설치되는 것이다.
또한, 본 발명에 의한 편광 광원장치는, 타원 리플렉터와, 상기 타원 리플렉터의 한쪽의 초점에 배치된 램프와, 상기 타원 리플렉터의 다른 쪽의 초점에 배치된 핀홀판과, 상기 타원 리플렉터의 다른 쪽의 초점에 초점을 갖는 필드 렌즈와, 상기 필드 렌즈의 출사측에 타원 리플렉터 및 상기 핀홀판으로 정해지는 광축에 대하여 경사져 배치되고, 일부의 편광을 투과시키고 또 일부의 편광을 반사시키는 편광자와, 상기 필드 렌즈와 상기 핀홀판의 사이에서 상기 핀홀판의 핀홀 근방에 배치된 미러와, 상기 미러와 상기 편광자 사이에 배치된 편광회전자를 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 편광 광원장치는, 구면 리플렉터와, 상기 구면 리플렉터의 초점에 배치된 램프와, 상기 램프의 위치에 초점을 갖는 필드 렌즈와, 상기 필드 렌즈의 출사측에 상기 램프 및 상기 필드 렌즈로 정해지는 광축에 대하여 경사져 배치되고, 일부의 편광을 투과하고 또 일부의 편광을 반사시키는 편광자와, 상기 램프의 근방에 배치된 미러와, 상기 미러와 상기 편광자 사이에 배치된 편광회전자를 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 편광 광원장치는, 포물면 리플렉터와, 상기 포물면 리플렉터의 초점에 배치된 램프와, 컨텐서 렌즈와, 상기 컨덴서 렌즈의 출사측에 상기 램프와 상기 컨덴서 렌즈로 정해지는 광축에 대하여 수직으로 배치되고, 일부의 편광을 투과시키고 또 일부의 편광을 반사시키는 편광자와, 상기 램프와 상기 컨덴서 렌즈 사이에서 상기 광축상에 배치시킨 미러와, 상기 반사 미러와 상기 편광자 사이에 배치된 평광회전막을 구비한 것을 특징으로 한다.
상기한 편광 광원장치를 이용하여, 투사형 표시장치를 구성할 수 있다.
(발명의 실시 형태)
도 1은 본 발명의 제1실시예의 표시장치(10)를 나타낸 도면이다. 이 표시장치(10)는, 광원(12)과, 라이트 밸브로서의 액정 패널(14)과, 광원(12)와 액정 패널(14) 사이에 배치된 반사형 편광자(16)와, 액정패널(14)을 투과한 편광을 받는 검광자(18)와, 편광자(16)에서 반사된 편광을 반사하는 미러(20)와, 편광회전막(22)으로 된다. 도 1의 표시장치(10)는 투사형 표시장치로서 형성되고, 또 컨덴서 렌즈(24) 및 투사 렌즈(26)를 포함한다.
광원(12)은 메탈 할라이드 램프(metal halide lamp)나 , 할로겐 램프나, 크세논 램프 등의 높은 휘도의 발광을 하는 램프 및 리플렉터(reflector)를 포함한다. 액정 패널(14)은 트위스티드 네마틱형 액정을 한 쌍의 투명한 글래스 기판 사이에 삽입하여 된다.
반사형의 편광자(16)는, 광원(12)의 광 내의 일부의 직선 편광을 투과시키고 또 광원 광의 진동면이 다른 남은 일부의 직선 편광을 반사시키는 것이다. 이와 같은 편광자(16)는, 편광 비임 리플렉터로서 구성할 수 있고, 필름형태의 편광막으로서 구성할 수도 있다. 필름형태의 편광막의 경우에는, 글래스 기판에 부착하여 사용된다. 도 1의 편광자(16)는 평탄한 반사면을 갖는다.
편광회전막(22)은 편광자(16)에서 반사되는 편광의 진동방향에 대하여 45도의 광학축을 λ/4 위상차판으로 형성되고, 편광이 편광자(16)와 미러(20)의 사이를 왕복하는 사이에 편광의 진동방향이 90도 회전하도록 되어 있다. 따라서, 편광자(16)에서 반사된 편광은, 편광회전막(22)에 의해 진동방향이 90도 회전하여 편광자(16)에 입사하여, 편광자(16)을 투과할 수 있도록 된다. 따라서, 편광자(16)를 최초로 투과한 편광 및 편광차(16)에서 최초로 반사되어 편광회전된 편광은 함께 액정 패널(14)에 입사하여, 광의 이용효율이 높은 액정 표시장치를 실현할 수 있다.
편광자(16)는, 편광(12)에서 편광자(16)로 입사하는 입사광선과 편광자(16)에서 미러(20)에 입사하는 출사광선 사이의 각도가 90도 미만으로 되도록 광원(12)과 액정 패널(14)을 통과하는 광축에 대하여 경사지게 배치되어 있다. 실시예에서는, 광원(12)으로부터 편광자(16)로 입사하는 광선과 편광자(16)로부터 미러(20)로 반사하는 광선 사이의 각도가 약 10도로 되어 있다. 미러(20)는 편광자(16)로부터 미러(20)로 나아가는 광축에 직교하고 또 편광자(16)의 중심을 통과하는 평면보다도 광원(12)측에 배치되어 편광자(16)의 어떤 위치에서 반사하고, 미러(20)에서 다시 반사한 편광이, 편광자(16)의 최초의 입사 위치와 가능한 한 가까운 위치에 재입사하도록 되어 있다.
바람직하게는, 미러(20)는 편광자(16)에서 반사된 광이 상기 미러(20)에 대략 수직으로 입사하도록 배치되어 있다. 따라서, 편광자(16)의 어떤 위치에서 반사하고, 미러(20)에서 다시 반사된 편광이, 편광자(16)의 최초의 입사위치와 같은 위치에 입사하도록 되어 있다. 단, 편광자(16)를 최초로 투과한 편광이 광축과 대략 평행하게 나아감에 대해서, 편광자(16)에서 최초로 반사하여, 미러(20)에서 다시 반사한 후에 편광자(16)로 입사하는 편광은, 광축에 대하여 다소 경사져 나아간다. 이 편광의 경사각도는 편광자(16)의 경사각도에 따라서 정해지므로, 편광자(16)의 경사각도는 가능한한 작은 쪽이 좋다.
그러나, 미러(20)가, 광원(12)으로부터 편광자(16)로 향하는 광선의 광로의 외측으로 광원(12)에 인접하는 위치로 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 편광자(16)의 경사각도를 작게 할 수 있음과 동시에, 광원(12)으로부터 편광자(16)로 향하는 광선이 미러(20)에 의해 방해됨이 없이, 편광자(16)의 경사각도를 가능한 작게 할 수 있다. 또한, 표시장치(10)내에서는 광원(12) 근방에는 빈 공간이 많아, 표시장치(10)를 그만큼 대형화하지 않아도 미러(20)를 설치할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예의 표시장치(10)를 나타낸 도면이다. 이 표시장치(10)도, 광원(12)과, 액정 패널(14)과, 반사형 편광자(16)과, 검광자(18)와, 편광자(16)로부터의 광을 반사하는 미러(20x, 20y)와, 편광회전막(22)과, 컨덴서 렌즈(24)와, 투사 렌즈(26)를 포함한다.
이 실시예에서는, 편광자(16)의 반사면은 광원(12)측에서 봐서 凸면으로 만곡되고, 그 중심에 대하여 대칭인 제1부분(16x) 및 제2부분(16y)를 갖는다. 제1부분(16x) 및 제2부분(16y)의 각각은 평탄하다. 그리고, 두 개의 미러(20x, 20y)는, 편광자(16)의 제1부분(16x) 및 제2부분(16y)에 대칭하여 광원(12)의 양측에 인접하여 배치된다. 편광회전막(22)은 각 미러(20x, 20y)에 부착되어 있다. 또한, 실시예에서는, 편광자(16)의 반사면을 제1부분(16x) 및 제2부분(16y)으로 분할하고 있지만, 편광자(16)의 반사면의 분할은 2분 할로 한정되지 않고, 그와 다르게 분할할 수 있다.
이 실시예의 기본적인 작동은 앞의 실시예의 작동과 마찬가지이다. 요컨대, 광원(12)의 광중 일부의 편광은 편광자(16)의 제1 및 제2부분(16x, 16y)을 투과하여 액정패널(14)로 향하고, 광원(12)의 광중 남은 편광은 편광자(16)의 제1 및 제2부분(16x,16y)에서 반사되어, 미러(20x, 20y)에서 반사되고 또 편광회전하여, 액정 패널(14)로 향한다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예의 표시장치(10)를 나타낸 도면이다. 이 표시장치(10)도, 광원(12)과, 액정 패널(14)과, 반사형 편광자(16)와, 검광자(18)와, 편광자(16)로부터의 광을 반사하는 미러(20x, 20y)와, 편광회전막(22)과, 컨덴서 렌즈(24)와, 투사 렌즈(26)를 포함한다.
이 실시예에서는, 편광자(16)의 반사면은 광원(12)측으로 봐서 凸면으로 만곡되어, 그 중심에 대하여 대칭인 제1부분(16x) 및 제2 부분(16y)을 갖는다. 그리고, 두 개의 미러(20x, 20y)는, 편광자(16)의 제1부분(16x) 및 제2부분(16y)에 대칭하여 광원(12)의 양측에 인접하여 배치된다. 편광자(16)의 제1부분(16x) 및 제2부분(16y)의 각각은 광원(12)측에서 봐서 凹면으로 만곡되어 있다. 따라서, 제1부분(16x) 및 제2부분(16y)에서 반사한 광은 미러(20x, 20y)로 향하여 수렴성의 광선으로 된다.
이 실시예의 기본적인 작동은 앞의 실시예의 작동과 마찬가지이다. 요컨대, 광원(12)의 광 중의 일부의 편광은 편광자(16)의 제1 및 제2부분(16x, 16y)을 투과하여 액정패널(14)로 향하고, 광원(12)의 광 중의 남은 편광은 편광자(16)의 제1 및 제2부분(16x, 16y)에서 반사하고, 미러(20x, 20y)에서 반사하여, 액정 패널(14)로 향한다. 그리고, 편광자(16)의 제1부분(16x) 및 제2부분(16y)에서 반사한 광은 미러(20x, 20y)로 향하여 수렴성의 광선으로 되므로, 편광자(16)의 크기에 비하여, 미러(20x, 20y)의 크기를 작게 할 수 있다. 따라서, 장치를 그만큼 대형화할 필요가 없다.
도 4는 도 1의 표시장치(10)의 원리를 이용한 투사형 컬러 표시장치(100)을 나타낸 도면이다. 이 투사형 컬러 표시장치(100)는, 청, 녹, 적의 3색이기 때문에, 3세트의 액정 패널(14a, 14b, 14c), 편광자(16a, 16b, 16c), 검광자(18a, 18b, 18c) 및 컨덴서 렌즈(24a, 24b, 24c)를 포함한다.
다이크로익 미러(dichroic mirror)(30a, 30b, 30c, 30d)가 배치된다. 다이크로익 미러(30a, 30b, 30c, 30d)는, 공지와 같은 특정색의 광을 투과시키고, 남은 색의 광을 반사시킴으로써, 색분리 및 색합성을 행한다. 또한, 전반사 미러(32a, 32b)가 배치된다.
단일의 미러(20)가, 광원(12)에 인접하여 배치된다. 미러(20)는 3개의 편광자(16a, 16b, 16c)에 대하여 공통의 것이다. 편광회전막(22)은 미러(20)에 부착된다. 또한, 투사 렌즈(26)가 설치된다. 따라서, 1개의 미러(20)를 설치하는 공간을 확보하는 것만이므로, 종래의 투사형 글래스 표시장치의 구성을 대략 그대로 사용할 수 있다.
각 세트의 액정 패널(14a, 14b, 14c) 및 편광자(16a, 16b, 16c) 또는 미러(20) 및 편광회전막(22)에 대하여, 도 1의 실시예의 원리가 적용된다. 즉, 각 편광자(16a, 16b, 16c)는, 광원(12)가 각 액정 패널(14a, 14b, 14c)을 통과하는 광축에 대하여 경사져 배치되어 있다. 액정 패널(14a) 및 편광자(16a)에 대하여 보면, 광원(12)의 광은, 다이크로익 미러(30a)을 투과하고, 전반사 미러(32a)에서 반사하여, 편광자(16a)에 도달한다. 일부의 편광은 편광자(16a)를 투과하여 액정 패널(14a)로 향하고, 남은 일부의 편광은 편광자(16a)에서 반사하고, 전반사 미러(32a)에서 반사하여, 미러(20)로 향하고, 미러(20)에서 반사된 편광은, 편광회전막(22)에 의해 진동면이 90도 회전하여 전반사 미러(32a)를 거쳐 편광자(16a)에 재차 입사한다. 이 편광은 편광자(16a)를 투과하여 액정 패널(14a)로 향한다. 따라서, 예를 들어 적색의 편광성분은 모두 편광자(16a)를 투과하여 액정 패널(14a)에서 화상변조되고, 다이크로익 미러(30c, 30d)에서 다른 색의 편광성분과 합성되어, 투사렌즈(26)으로부터 스크린(도시하지 않음)으로 투사된다.
또한, 액정 패널(14b) 및 편광자(16b)에 대해서 보면, 광원(12)의 광은, 다이크로익 미러(30a)에서 반사하고 또 다이크로익 미러(30b)를 투과하여, 편광자(16b)에 도달한다.일부의 편광은 편광자(16b)를 투과하여 액정패널(14b)로 향하고, 남은 일부의 편광은 편광자(16b)에서 반사하고, 다이크로익 미러(30a)에서 반사하여, 미러(20)로 향한다. 미러(20)에서 반사된 편광은, 편광회전막(22)에 의해 진동면이 90도 회전하여 편광자(16b)로 재차 입사한다. 이 편광은 편광자(16b)를 투과하여 액정 패널(14b)로 향한다. 따라서, 예를 들어, 청색의 편광성분은 모두 편광자(16b)를 투과하여 액정 패널(14b)에서 화상변조되고, 전반사 미러(32b)에서 반사되어, 다이크로익 미러(30d)에서 다른 색의 편광성분과 합성되어, 투사 렌즈(26)에서 스크린(도시하지 않음)으로 투사된다.
또한, 액정 패널(14c) 및 편광자(16c)에 대하여 보면, 광원(12)의 광은, 다이크로익 미러(30a)에서 반사하고 또 다이크로익 미러(30b)를 투과하여 편광자(16c)에 도달한다. 일부의 편광은 편광자(16c)를 투과하여 액정 패널(14c)로 향하고, 남은 일부의 편광은 편광자(16c)에서 반사하고, 다이크로익 미러(30b)에서 반사하여 미러(20)로 향한다. 미러(20)에서 반사된 편광은, 편광회전막(22)에 의해 진동면이 90도 회전하여 다이크로익 미러(30b)를 거쳐 편광자(16c)에 재차 입사한다. 이 편광은 편광자(16c)를 투과하여 액정 패널(14c)로 향한다. 따라서, 예를 들어 녹색의 편광성분은 모두 편광자(16c)를 투과하여 액정 패널(14c)에서 화상변조되고, 다이크로익 미러(30c, 30d)에서 다른 색의 편광성분과 합성되어, 투사 렌즈(26)로부터 스크린(도시하지 않음)으로 투사된다.
광원(12)으로부터 편광자(16a)까지의 광로 길이, 광원(12)로부터 편광자(16b)까지의 광로 길이 및 광원(12)로부터 편광자(16c)까지의 광로 길이는 서로 같게 되도록 형성되어 있다. 마찬가지로, 편광자(16a)로부터 미러(20)까지의 광로길이, 편광자(16b)로부터 미러(20)까지의 광로 길이 및 편광자(16c)로부터 미러(20)까지의 광로 길이로 서로 같게 되도록 형성되어 있다. 후자의 구성은, 다이크로익 미러(30b)의 크기를 광원(12)의 광로면적 및 미러(20)의 광로 면적을 포함한 크기로 함으로써 달성하고 있다.
도 5는 도 2의 표시장치(10)의 원리를 이용한 투사형 컬러 표시장치(100)를 나타낸 도면이다. 이 투사형 컬러 표시장치(100)는, 도 2와 마찬가지로, 각 편광자(16a, 16b, 16c)가 만곡하고, 두 개의 미러(20x, 20y)가 설치되고, 편광회전막(22)이 각각의 미러(20x, 20y)에 부착되어 있는 점을 제외하면, 도 4의 투사형 컬러 표시장치(100)와 유사하다.
도 6은 도 3의 표시장치(10)의 원리를 이용한 투사형 컬러 표시장치(100)를 나타낸 도면이다. 이 투사형 컬러 표시장치(100)는, 도 3과 마찬가지로, 각 편광자(16a, 16b, 16c)가 만곡되고, 두 개의 미러(20x, 20y)가 설치되고, 편광회전막(22)이 각각의 미러(20x, 20y)에 부착되어 있는 점을 제외하면, 도 4의 투사형 컬러 표시장치(100)와 유사하다.
도 3의 실시예에서는, 편광자(16)의 반사면은 광원(12)측에서 보아 凸하게 만곡된 제1부분(16x) 및 제2부분(16y)를 갖고, 제1부분(16x) 및 제2부분(16y)의 각각은 광원(12)측에서 보아 凹하게 만곡하고, 제1부분(16x) 및 제2부분(16y)에서 반사한 광은 미러(20x, 20y)로 향하여 수렴성의 광선으로 되었다.
도7 및 도 8에 나타낸 실시예에서는, 편광자(16)의 반사면은 광원(12)측에서 보아 凸하게 만곡된 제1부분(16x) 및 제2부분(16y)을 갖고, 제1부분(16x) 및 제2부분(16y)의 각각은 평탄하지만, 제1부분(16x) 및 제2부분(16y)에서 미러(20x, 20y)로 향하는 광을 수렴시키는 렌즈가 설치되어 있다.
도 7에서는, 컨덴서 렌즈(24)가 편광자(16)보다도 광원(12)측에 배치되어 있고, 컨덴서 렌즈(24)가 편광자(16)에서 미러(20x, 20y)로 향하여 광을 수렴시키고, 또 편광자(16)의 제1부분(16x) 및 제2부분(16y)을 투과한 광을 투사 렌즈(26)로 향하여 수렴시킨다. 다만, 편광자(16)의 제1부분(16x) 및 제2부분(16y)에서 반사하고, 다시 미러(20x, 20y)에서 반사한 편광은 2회 컨덴서 렌즈(24)를 통과하기 때문에, 편광자(16)를 최초로 투과한 편광과는, 집광점이 다르게 된다. 따라서, 이 구성은 광원(12)과 편광자(16) 사이의 거리가, 편광자(16)과 투사 렌즈(26) 사이의 거리보다도 짧은 경우에 유효하다.
도 8에서는, 컨덴서 렌즈는 두 개의 컨덴서 렌즈(24x, 24y)로 구성되고, 제1 컨덴서 렌즈(24x)는 편광자(16) 보다도 광원(12)측에 배치되어 있고, 그 중앙부는 비교적 평탄하고, 주로 편광자(16)의 제1부분(16x) 및 제2부분(16y)에서 미러(20x, 20y)로 향하는 광을 수렴시키도록 되어 있다. 제2컨덴서 렌즈(24y)는 편광자(16)와 액정 패널(14) 사이에 배치되고, 주로 편광자(16)를 투과한 광을 투사 렌즈(26)로 향하여 수렵시키도록 되어 있다.
이렇게 하면, 1회 컨덴서 렌즈(24x)를 통과하는 편광의 집광점과 2회 컨덴서 렌즈(24x)를 통과하는 편광의 집광점의 차를, 제2 컨덴서 렌즈(24y)로 보정할 수 있다.
또한, 도 8의 구성에서, 편광자(16)를 도 1과 같이 평탄한 편광자로 할 수도 있다. 이 경우, 제1컨덴서 렌즈(24x)를 분할형(좌우, 상하 등에 두 개의 초점을 갖는 것)으로서, 편광자(16)에서 반사한 광을 두 개의 미러(20x, 20y)로 인도하도록 할 수도 있다. 또한, 제1컨덴서 렌즈(24x)의 분할부 사이에 어두운 영역이 생기는 경우가 있지만, 이 경우에는 렌즈를 프레넬(Fresnel)화하면 좋다.
도 9∼도 23은 다른 실시예를 나타낸다.
도 9에서는, 표시장치(10)는, 광원(12)과, 액정 패널(14)과, 편광자(16)와, 검광자(18)와, 편광자(16)의 반사광을 받는 미러(20)와, 편광회전막(22)으로 된다. 컨덴서 렌즈(24)와 투사 렌즈(26)는 여기서는 도시가 생략되어 있다. 편광자(16)는, 글래스 기판상에 SiO2나 Al2O3등의 굴절율이 다른 박막을 적층한 편광 비임 스플리터나, 굴절율이 다른 결정을 조합시킨 편광 비임 스플리터로 된다.
도 10에서는, 표시장치(10)는, 편광(12)과, 액정 패널(14)과, 편광자(16)와, 검광자(18)와, 편광자(16)의 반사광을 받는 미러(20)와, 편광회전막(22)으로 된다. 컨덴서 렌즈(24)와 투사 렌즈(26)는 여기서는 도시가 생략되어 있다. 또한, 편광자(16)와 액정 패널(14) 사이에, 편광자(16)를 투과하는 편광과 같은 진동방향의 편광을 투사시키고 또 직행하는 진동방향의 편광을 흡수하는 편광자(36)가 설치되어 있다. 편광자(16)의 편광분리 특성이 예리하지 않은 경우에, 소정의 진동방향 이외의 진동방향의 편광이 편광자(16)를 투과하는 것이 있고, 그와 같은 경우에는, 이 편광자(36)는 바람직하지 않은 진동방향의 편광을 흡수하고, 바람직한 진동방향의 편광만을 투과시켜, 표시품질을 향상시키는 것이다.
도 11은 도 10의 표시장치(10)와 같이 표시장치(10)를 나타내는 도면이다. 단, 도 11에서는, 편광자(16)는 필름 형태의 편광자(16)로 된다.
도 12는 필름 형태의 편광자(16)의 일 예를 나타내고, 이 편광자(16)는, 액정의 콜렉스테릭 상(cholesteric phase)의 광학특성인 원편광의 회전방향에 의해 선택반사성을 갖는 필름(38)과, 우회전 또는 좌회전 원편광을 직선편광으로 변환하는 λ/4 위상차 필름(40)을 적층하여 된 필름이다.
도 13은 필름 형태의 편광자(16)의 다른 예를 나타내고, 이 편광자(16)는, 아크릴이나 폴리 카보네이트 필름(polycarbonate film)(42)의 표면에 미소한 프리즘을 형성하고, 프리즘의 각 변에 굴절율이 다른 박막(예를 들어, SiO2나 TiO2나 MgF 등의 박막)을 적층하여 되는 필름이다. 필름 형태의 편광자(16)는, 설치 용적을 적게 할 수 있어, 광학계의 소형화, 경량화에 기여한다.
도 14는 도 13의 표시장치(10)와 같은 표시장치(10)를 나타낸 도면이다. 단, 도 14에서는, 필름 형태의 편광자(16)는 글래스 기판(46)에 부착되고, 글래스 기판(46)이 광원(12)측에 배치된다. 이 구성에 의해, 광원(12)의 점멸에 따른 열사이클에 의해 필름의 신축이나 이 신축에 의한 굴절율의 변동에 의해 편광특성의 변화를 방지함이 가능하게 된다. 또한, 글래스 기판(46)을 광원(12)측에 배치함으로써, 필름의 광원(12)측이 보다 평탄하게 되어, 광의 난반사 등을 방지할 수 있어, 광의 이용 효율을 높게 할 수 있다.
도 15에서는, 편광회전막(22)는 편광자(16)의 반사 편광을 반사시키는 미러(20)의 표면에 부착되어 있다. 도 14는 편광회전막(22)은 공기와 접하고 있으므로, 편광이 왕복하는 사이에, 편광이 공기중에서 편광회전막(22)으로 입사하고, 편광회전막(22)에서 공기중으로 출사하고, 또 공기중에서 편광회전막(22)으로 입사하고, 편광회전막(22)에서 공기중으로 출사한다. 광의 입출사가 있는 때마다 표면반사에 의해 광량의 감소가 생기는데, 도 14의 구성에서는 광량의 감소가 4회 생긴다. 도 15의 구성에 의하면, 광량의 감소를 최저한으로 억제할 수 있다. 또, 같은 목적에서, 편광회전막(22)을 편광자(16)를 부착한 글래스 기판(46)의 표면에 부착할 수도 있다.
도 16에서는, 컨덴서 렌즈(24)를 검광자(18)와 투사 렌즈(26) 사이에 배치한 예가 나타나 있다. 이에 의해서도, 앞의 실시예와 마찬가지로, 모든 광선은 컨덴서 렌즈(24)에 의해 투사 렌즈(26)에 집광된다.
도 17에서는, 컨덴서 렌즈(24)를 광원(12)과 편광자(16) 사이에 배치한 예가 나타나 있다. 컨덴서 렌즈(24)는 편광자(16)에서 반사하여 미러(20)로 향한 편광을 수렴한다. 미러(20)는 편광자(16)로부터의 입사광이 미러(20)에 대하여 수직이 아닌 어떤 입사각도로 입사하도록 배치된다. 그에 의해, 미러(20)에서 반사하여 편광자(16)에 입사한 편광이 투사렌즈(26)에서 크게 빗나감을 방지하도록 되어 있다. 컨덴서 렌즈(24)는 편광자(16) 및 액정 패널(14)을 투과한 광선을 투과 렌즈(26)로 집광시키는 기능도 갖는다.
도 18에서는, 투사 렌즈(26)의 광축(a)이 광원 및 액정 패널(14)을 관통하는 광축(b)에 대해서 평행하게 어긋나 있다. 어긋난 방향은, 미러(20)와는 광축을 끼운 반대측이다. 이에 의해, 최초로 편광자(16)를 투과한 편광 및 최초로 편광자(16)에서 반사하여 재입사한 편광을 투사 렌즈(16)로 효율 좋게 입사시킬 수 있도록 된다. 그 때문에, 투사 렌즈(26)의 초점 거리를 짧게 하거나, 입사동(entrance pupil)을 크게 하거나 할 필요가 없게 되어, 장치의 가격을 낮추는 효과가 있다.
도 19는 본 발명에 의한 편광 광원장치(50)의 실시예를 나타낸 도면이다. 이 편광 광원장치(50)는 표시장치(10)나 투사형 표시장치(100)의 일부로서 사용할 수 있음은 명확이다.
도 19에서, 편광 광원장치(50)는, 타원 리플렉터(52)와, 램프(54)와, 광의 평행도를 제어하는 핀홀판(pin-hole plate)(56)과, 발산광을 평행으로 하는 필드 렌즈(58)와, 반사형의 편광자(60)와, 미러(62)와, 편광회전자(64)로 된다. 램프(54)는 메탈 할라이드 램프(metal halide lamp)나 할로겐 램프나 크세논 램프 등의 높은 휘도의 발광을 행하는 것을 사용할 수 있다.
램프(54)는 타원 리플렉터(52)의 한 쪽의 초점에 배치되고, 광은 타원 리플렉터(52)에서 반사된 후 다른 쪽의 초점에서 집광된 후 발산한다. 핀홀판(56)의 핀홀(56a)은 타원 리플렉터(52)의 다른 쪽의 초점에 배치되고, 집광 광을 제한하여 광의 산란량을 제어한다. 필드 렌즈(58)는 핀홀판(56)에 초점을 갖고, 핀홀판(56)에서의 출사 발산광을 평행 광선으로 한다.
편광자(60)는 상기한 편광자(16)와 마찬가지로 일부의 편광을 투과시키고 또 일부의 편광을 반사시키는 것이어서, 타원 리플렉터(52) 및 핀홀판(56)으로 정해진 광축에 대하여 경사져 배치된다. 미러(62)는 필드 렌즈(58)와 핀홀판(56) 사이에서 핀홀판(56)에서의 출사광을 차단하지 않는 위치에 배치되고, 편광자(60)로부터의 반사광이 필드 렌즈(58)를 통하여 핀홀판(56)의 핀홀(56a) 근방에 있는 미러(62)에 집광된다. 미러(62)는 그 반사광이 재차 필드 렌즈(58)에 입사되도록 편광자(60)의 반사광의 광축에 대하여 수직으로 배치된다. 편광회전막(64)은 미러(62)와 필드 렌즈(58) 사이에 배치되고, 상기 편광회전막(22)과 마찬가지로 편광이 왕복하는 사이에 편광의 진동방향을 90도 회전시킨다.
이 편광 광원장치(50)의 작동을 설명한다. 타원 리플렉터(52)의 한 쪽의 초점에 있는 램프(54)로부터의 출사광은, 타원 리플렉터(52)에서 반사되고, 다른 쪽의 초점에서 집광된다. 집광할 수 없는 광은 핀홀판(56)에 의해 차단되고, 핀홀판(56)을 통과한 광선이 필드 렌즈(58)측으로 출사된다. 필드 렌즈(58)는 핀홀(56a)로부터의 발산광을 평행 광으로 한다. 이로부터, 광은 편광자(60)에 도달하고, 일부의 편광이 편광자(60)를 투과하고 또 일부의 편광이 편광자(60)에서 반사한다. 편광자(60)에서 반사한 편광은 필드 렌즈(58) 및 편광회전막(64)을 통하여 미러(62)에 도달하고, 미러(62)에서 반사되어 편광회전막(64) 및 필드 렌즈(58)를 통하여 재차 편광자(60)에 도달한다. 이 편광은 진동방향이 90도 회전하여 있으므로, 편광자(60)를 투과한다. 이와 같이 하여, 램프(54)의 거의 전부의 출사광을, 평행한 편광으로서 제공할 수 있다.
도 20는 본 발명에 의한 편광 광원장치(50)의 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 편광 광원장치(50)는, 구면 리플렉터(spherical reflector)(52a)와, 램프(54)와, 발산광을 평행으로 하는 필드 렌즈(58)과, 반사형 편광자(60)와, 미러(62)와, 편광회전자(64)로 된다. 램프(54)는 구면 리플렉터(52)의 초점에 배치되고, 램프(54)로부터의 출사광의 일부는 필드 렌즈(58)로 향하여 진행하나, 구면 리플렉터(52a)에서 반사된 광은 초점, 즉, 램프(54)에서 집광하여 필드 렌즈(58)로 향하여 진행한다. 필드 렌즈(58)는 램프(54)에 초점을 가져, 램프(54)로부터의 출사 발산광을 평행광선으로 한다.
편광자(60)는 상기한 편광자(16)과 마찬가지로 일부의 편광을 투과시키고 또 일부의 편광을 반사시키는 것으로서, 구면 리플렉터(52) 및 필드 렌즈(58)로 정해진 광축에 대해서 경사져 배치된다. 미러(62)는 필드 렌즈(58)와 램프(54) 사이에서 램프(54)의 근방에 배치되고, 편광자(60)로부터의 반사광이 필드 렌즈(58)를 통하여 미러(62)에 집광된다. 미러(56)는 그 반사광이 재차 필드 렌즈(58)에 입사하도록 편광자(60)로부터의 반사광이 광축에 대하여 수직으로 설치된다. 편광회전막(64)은 상기 편광회전막(22)과 마찬가지로 편광이 왕복하는 사이에 편광의 진동방향을 90도 회전시킨다. 따라서, 이 구성에서도, 램프(54)의 상당한 출사광을, 평행한 편광으로서 제공할 수 있다.
도 21은 도 19의 실시예의 변형예를 나타낸 도면이다. 이 예에서는, 편광회전막(64)의 위치가 도 19의 실시예의 것과는 다르다. 편광회전막(64)은 필드 렌즈(58)의 출사측에 배치된다. 즉, 편광자(60)은 글래스 기판(66)의 한 쪽의 표면에 부착되고, 편광회전막(64)은 글래스 기판(66)의 다른 쪽 표면에 부착되어 있다.
이 구성에 의하면, 필드 렌즈(58)에 의해 평행화된 광을 편광회전막(64)에 입사시킬 수 있으므로, 편광회전막(64)으로의 입사각도가 거의 수직으로 되고, 입사각도 의존성이 있는 저렴한 편광회전막(64)을 사용할 수 있도록 된다.
도 22는, 저렴한 편광회전막(64)을 사용한 경우의 편광회전 효율을 나타낸 곡선(P)과, 고가인 편광회전막(64)을 사용한 경우의 편광회전효율을 나타낸 곡선(Q)을 나타내고 있다. 고가인 편광회전막(64)을 사용하면, 입사각도의 분산에 의한 편광회전 효율이 작으나, 저렴한 편광회전막(64)을 사용하면 입사각도의 분산에 의해 편광회전효율이 크게 변동한다. 그래서, 편광회전막(65)으로의 입사각도의 분산을 작게 하면, 저렴한 편광회전막(64)을 사용하여도, 편광회전효율의 변동이 작은 범위에서 사용할 수 있다. 이 특징은 다른 실시예에서도 적용할 수 있다.
도 23은 본 발명에 의한 편광 광원장치(50)의 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 편광 광원장치(50)는, 포물선 리플렉터(parabolic reflector)(52b)와, 램프(54)와, 평행광을 집광하는 컨덴서 렌즈(59)와, 반사형 편광자(60)와, 미러(62)와, 편광회전자(64)로 된다. 램프(54)는 포물면 리플렉터(52b)의 초점에 배치되고, 포물면 리플렉터(52b)에서 반사한 광은 평행광으로 된다.
편광자(60)는 상기한 편광자(16)와 마찬가지로 일부의 편광을 투과시키고 또 일부의 편광을 반사시키는 것이며, 포물면 리플렉터(52) 및 컨덴서 렌즈(59)로 정해진 광축에 대하여 수직으로 배치된다. 미러(62)는 컨덴서 렌즈(59)와 램프(54) 사이에서 포물면 리플렉터(52)로부터의 반사광의 광로 내에 배치된다. 미러(62)는 그 반사광이 재차 컨덴서 렌즈(59)에 입사하도록 편광자(60)로부터의 반사광의 광축에 대하여 수직으로 설치된다. 편광자(60)은 글래스 기판(66)의 한 쪽의 표면에 부착되고, 편광회전막(64)은 글래스 기판(66)의 다른 쪽의 표면에 부착된다. 편광회전막(64)은 편광이 왕복하는 사이에 편광의 진동방향을 90도 회전시킨다.
종래의 포물면 리플렉터를 사용한 광원장치에서는, 램프관이 그림자로 되어, 조사면의 중앙부에 어두운 부분이 생겼다. 이를 방지하기 위하여, 램프와, 리플렉터와, 컨덴서 렌즈의 거리를 크게 하였다. 이 실시예의 광원장치를 사용하면, 광의 이용효율이 높은 편광을 얻을 뿐만 아니라, 편광자(60)로부터의 반사광에 의해 조사면의 중앙부의 그림자 부분을 보상할 수 있어, 밝은 조사면을 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 광원 광의 이용효율이 높음과 동시에 컴팩트한 구성이 가능한 표시장치 및 편광 광원장치를 얻을 수 있다.

Claims (25)

  1. 광원과, 라이트 밸브와, 상기 광원과 라이트 밸브의 사이에 배치되고, 일부의 편광을 투과시키고 또 일부의 편광을 반사시키는 편광자와, 상기 라이트 밸브를 투과한 광을 받는 검광자와, 상기 편광자로부터의 반사편광을 상기 편광자를 향하여 반사시키도록 배치된 적어도 하나의 미러와, 상기 편광자와 상기 적어도 하나의 미러의 사이에 배치된 편광회전막을 구비하고,
    상기 편광자는, 상기 광원에서 사이 편광자로 입사하는 광선과 상기 편광자에서 상기 적어도 하나의 미러로 반사하는 광선 사이의 각도가 90도 미만으로 되도록 상기 광원과 상기 라이트 밸브를 통과하는 광축에 대하여 경사지게 배치되고, 상기 적어도 하나의 미러는 상기 편광자의 평면보다도 상기 광원 측에 배치되고, 광원 광의 일부의 편광은 상기 편광자를 투과하고, 광원 광의 최초로 상기 편광자에서 반사한 일부의 편광은 상기 적어도 하나의 미러에서 반사하고 또 상기 편광회전자에 의해 진동면이 회전하여 상기 편광자를 투과하도록 한 것을 특징으로 하는 투사형 액정 표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    투사 렌즈를 더 구비한 것을 특징으로 하는 투사형 액정 표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 라이트 밸브가 액정 패널로 된 것을 특징으로 하는 투사형 액정 표시장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 미러는 상기 편광자에서 반사한 광이 상기 적어도 하나의 미러에 대략 수직으로 입사하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 투사형 액정 표시장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 미러가, 상기 광원에서 상기 편광자로 향한 광선의 광로의 외측에서 상기 광원에 인접하는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 투사형 액정 표시장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 미러가, 상기 광원에서 상기 편광자로 향한 광선의 광로내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 투사형 액정 표시장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 편광자는 평탄한 반사면을 갖는 것을 특징으로 하는 투사형 액정 표시장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 편광자는 만곡된 반사면을 갖는 것을 특징으로 하는 투사형 액정 표시장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 편광자의 만곡된 반사면은 광원측으로 볼 때 凸면으로 된 것을 특징으로 하는 투사형 액정 표시장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 편광자의 만곡된 반사면은 광원측에서 볼 때 凹면으로 된 것을 특징으로 하는 투사형 액정 표시장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 편광자의 만곡된 반사면은 그 중심에 대하여 점대칭 또는 상기 중심을 통과하는 선에 대하여 선대칭으로 만곡된 적어도 제1 부분 및 제2 부분을 갖고, 상기 적어도 하나의 미러는, 상기 적어도 제1 부분 및 제2 부분에 대응하는 적어도 2개의 미러로 된 것을 특징으로 하는 투사형 액정 표시장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 편광자로부터 상기 적어도 하나의 미러로 향한 광을 수렴시키는 렌즈가 더 설치된 것을 특징으로 하는 투사형 액정 표시장치.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 편광자로부터 상기 적어도 하나의 미러로 향한 광을 수렴시키고, 또 상기 편광자를 투과한 광을 상기 투사 렌즈로 향하여 수렴시키는 렌즈가 더 설치된 것을 특징으로 하는 투사형 액정 표시장치.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 편광자로부터 상기 적어도 하나의 미러로 향한 광을 수렴시키는 제1 렌즈와, 상기 편광자를 투과한 광을 상기 투사렌즈로 향하여 수렴시키는 제2 렌즈가 더 설치된 것을 특징으로 하는 투사형 액정 표시장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 편광자와 상기 라이트 밸브 사이에, 상기 편광자를 투과하는 편광과 같은 진동방향의 편광을 투과시키고 또 직행하는 진동방향의 편광을 흡수하는 편광수단을 더 설치한 것을 특징으로 하는 투사형 액정 표시장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 편광자는, 원편광의 선택 반사성을 갖는 필름과 우회전 또는 좌회전 원편광을 직선 편광으로 변환하는 위상차 필름을 적충하여 된 필름 및 표면에 미소한 프리즘을 형성하고, 프리즘의 각면에 굴절율이 다른 박막을 적층하여 된 필름의 어느 것으로 된 것을 특징으로 하는 투사형 액정 표시장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 편광자는, 글래스 기판에 부착되고, 글래스 기판측을 광원측으로 향하여 배치한 것을 특징으로 하는 투사형 액정 표시장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 편광회전자는, 상기 글래스 기판의 이면에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 투사형 액정 표시장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 편광회전자는, 상기 적어도 하나의 미러에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 투사형 액정 표시장치.
  20. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 미러가 하나의 미러로 되고, 상기 투사렌즈의 광축은 상기 광원과 상기 라이트 밸브를 통과하는 광축에 대하여 상기 미러와는 반대측에 어긋나게 배치된 것을 특징으로 하는 투사형 액정 표시장치.
  21. 광원과, 복수의 라이트 밸브와, 상기 광원과 상기 라이트 밸브의 사이에 각각 배치되고, 일부의 편광을 투과시키고 또 일부의 편광을 반사시키는 복수의 편광자와, 각각의 라이트 밸브를 투과한 광을 받는 검광자와, 상기 복수의 편광자로부터의 반사편광을 각각 원 편광자로 향하여 반사시키도록 배치된 적어도 하나의 미러와, 상기 편광자와 상기 적어도 하나의 미러의 사이에 배치된 상기 적어도 하나의 미러와 같은 수의 편광회전자과, 투사 렌즈를 구비하고,
    상기 편광자는, 상기 광원으로부터 상기 편광자로 입사하는 광선과 상기 편광자로부터 상기 적어도 하나의 미러로 반사하는 광선 사이의 각도가 90도 미만으로 되도록 상기 광원과 상기 라이트 밸브를 통과하는 광축에 대하여 경사지게 배치되고, 상기 적어도 하나의 미러는 상기 광원의 근방에 배치되고, 광원 광의 일부의 편광은 각 편광자를 투과하고, 광원 광의 최초로 상기 각 편광자에서 반사하고 또 상기 적어도 하나의 미러에서 반사한 일부의 편광은 상기 편광회전자에 의해 진동면이 회전하여 상기 편광자를 투과하도록 한 것을 특징으로 하는 투사형 액정 표시장치.
  22. 타원 리플렉터와, 상기 타원 리플렉터의 한쪽의 초점에 배치된 램프와, 상기 타원 리플렉터의 다른 쪽의 초점에 배치된 핀홀판과, 상기 타원 리플렉터의 다른 쪽의 초점을 갖는 필드 렌즈와, 상기 필드 렌즈의 출사측에 타원 리플렉터 및 상기 핀홀판을 정해지는 광축에 대하여 경사져 배치되고, 일부의 편광을 투과시키고 또 일부의 편광을 반사시키는 편광자와, 상기 필드 렌즈와 상기 핀홀판의 사이에서 상기 핀홀판의 핀홀 근방에 배치된 미러와, 상기 미러와 상기 편광자 사이에 배치된 편광회전자를 구비한 것을 특징으로하는 편광 광원 장치.
  23. 구면 리플렉터와, 상기 구면 리플렉터의 초점에 배치된 램프와, 상기 램프의 위치에 초점을 갖는 필드 렌즈와, 상기 필드 렌즈의 출사측에 상기 램프 및 상기 필드 렌즈로 정해지는 광축에 대하여 경사져 배치되고, 일부의 편광을 투과하고 또 일부의 편광을 반사시키는 편광자와, 상기 램프의 근방에 배치된 미러와, 상기 미러와 상기 편광자 사이에 배치된 편광회전자를 구비한 것을 특징으로 하는 편광 광원 장치.
  24. 포물면 리플렉터와, 상기 포물면 리플렉터의 초점에 배치된 램프와, 컨덴서 렌즈와, 상기 컨덴서 렌즈의 출사측에 상기 램프와 상기 컨덴서 렌즈로 정해지는 광축에 대하여 수직으로 배치되고, 일부의 편광을 투과시키고 또 일부의 편광을 반사시키는 편광자와, 상기 램프와 상기 컨덴서 렌즈 사이에서 상기 광축상에 배치시킨 미러와, 상기 반사 미러와 상기 편광자 사이에 배치된 평광회전막을 구비한 것을 특징으로 하는 편광 광원 장치.
  25. 제22항 내지 제24항 중의 어느 한 기재의 편광 광원 장치를 이용한 것을 특징으로 하는 투사형 표시장치.
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