KR20010007248A

KR20010007248A - 화상표시장치

Info

Publication number: KR20010007248A
Application number: KR1020000030808A
Authority: KR
Inventors: 나카니시히로시; 카토히로미
Original assignee: 마찌다 가쯔히꼬; 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 1999-06-04
Filing date: 2000-06-05
Publication date: 2001-01-26
Also published as: US6327093B1; KR100481400B1; TW548426B

Abstract

본 발명의 화상표시장치는, 적색, 녹색, 청색의 3원색 광을, 이들 3원색의 광성분중의 두 개의 광성분이 다른 칼라 광성분과 편광방향이 다른 상태로, 출력하기 위한 조명광학계; 상기 조명광학계로부터 출력되는 광을 편광방향에 따라 분리하는 광 분리소자; 편광방향이 같은 상기 두 개의 칼라 광성분을 분리하는 색 분리소자; 상기 광 분리소자 및 상기 색 분리소자에 의해 분리된 광을 변조하는 복수의 반사형 화상표시소자; 및 상기 복수의 반사형 화상표시소자에 의해 변조된 빛을 투영하는 투영광학계 를 구비한다.

Description

화상표시장치{IMAGE DISPLAY APPARATUS}

본 발명은 예컨대 액정 프로젝터와 같은, 광원으로부터 화상표시소자를 통해 광을 스크린에 확대투영하는 화상표시장치에 관한 것이다.

액정표시소자(LCD)는, 매트릭스형태로 규칙적으로 배열된 화소전극에 화상신호에 대응하는 구동전압을 각각 인가함으로써 LCD장치에 봉입된 액정재료의 광학특성을 변화시켜, 화상이나 문자 등을 표시하도록 구성되어 있다. 상술한 화소전극에 독립적인 구동전압을 인가하는 방식으로는, 단순매트릭스방식, 또는 비선형 2단자 소자나 3단자 소자가 액정표시소자에 제공되는 액티브매트릭스 방식이 있다.

후자의 액티브매트릭스 방식의 경우에는, MIM (금속-절연체-금속) 소자나 박막트랜지스터(TFT) 소자 등의 스위칭소자와, 화소전극에 구동전압을 공급하기 위한 배선전극을 제공할 필요가 있다.

이와 같은 액티브매트릭스 LCD 장치는 다음과 같은 문제가 있다. 스위칭소자에 강한 빛이 입사하면, OFF 상태에 있어서의 소자의 저항이 저하하여, 전압인가시 충전된 전하가 방전된다. 뿐만 아니라, 상기 스위칭소자 및 배선전극이 형성된 영역에 대응하는 액정재료의 일부에는, 정규의 구동전압이 인가되지 않아 본래의 표시동작이 실행되지 않기 때문에, 흑상태에서도 빛이 누출되어 콘트라스트비가 저하하는 문제가 있다.

상기 결점을 극복하기 위해, 액정표시소자가 투과형인 경우에는, 도31에 도시한 바와 같이, 블랙매트릭스(602)로 불리우는 차광부를 제공하여, 입사광으로부터 상기 영역을 차단해야 한다. 도31에 있어서, 상기 블랙매트릭스(602)는, TFT(601)와 같은 스위칭소자 및 화소전극(605)이 형성된 TFT 기판을 액정층을 통해 대면하는 대향기판에 형성된다. TF(T601), 게이트버스라인(603) 및 소스버스라인(604)은 고유적으로 차광성을 갖는다. 따라서, 투과형의 액정표시소자의 경우에는, 화소의 전체 면적에 있어서 유효한 개구부의 점유율, 즉 개구율을 감소시킨다.

스위칭소자 및 배선전극은, 그 전기적 성능이나 제조기술 등의 제약으로 인해 어느정도 이하의 크기로 형성하는 것이 곤란하다. 따라서, 액정표시소자의 고정세화, 소형화에 따라, 화소전극의 피치가 작아짐에 따라, 개구율이 더욱 감소된다.

따라서, 상기 문제를 해결하기 위해 반사형의 액정표시소자가 개발되고 있다.

반사형 액정표시소자는, 도32에 도시한 바와 같이 스위칭소자로서의 TFT(651)상에 반사형의 화소전극(655)을 형성할 수가 있기 때문에, 상기 투과형 액정표시소자보다 개구율을 크게 할 수 있어, 투영형 액정표시장치에 있어서의 밝기의 향상에 대단히 효과적이다.

이러한 반사형 액정표시소자를 투영형 화상표시장치에 적용한 방식이 Electronic display Forum 97(pp. 3-27∼3-32) 및 일본국 공개특허공보 4-338721호에 제안되어 있다.

Electronic display Forum 97에서는, 도33에 도시한 바와 같이, 광원(701)으로부터 출사된 빛을 다이크로익 미러에 의해, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3원색의 광으로 분리되어, 대응하는 편광광 분리소자(PBS)(702)에 입사된다. PBS(702)는, 입사광을 서로 수직하는 방향의 직선 편광 성분으로 분리하고, 상기 광성분의 일방이 대응하는 반사형 액정표시소자(704)에 입사한다. 반사형 액정표시소자(704)로부터 반사된 후, 편광방향이 변조된 R, G, B의 광은, 다시 PBS(702)에 입사하여, 크로스 다이크로익 미러(703)에 의해 합성된 후, 투영렌즈(705)를 통해 스크린에 투영된다.

일본 공개특허공보 4-338721호에서는, 도34A 및 도34B에 도시한 바와 같이, 광원(101)으로부터 출사된 빛을 PBS(105)에 의해 2개의 직선편광으로 분리한 후, 일방의 빛을 색분리/합성 소자(도14A의 크로스 다이크로익 프리즘, 및 도14B의 필립스형 프리즘)에 의해 R, G, B의 광으로 분리하고, 반사형 액정표시소자 107-R, 107-G, 107-B에서 반사된 후, 상기 색분리/합성 소자에 의해 상기 칼라 광을 결합한다. 상기 결합된 광은 재차 PBS(105)에 입사되며, 편광방향이 변조된 빛광성분만 투영렌즈(108)에 입사하고 스크린에 투영된다.

상기 방식은, 3판식 액정프로젝터로 불리우고, 광원으로부터의 R, G, B의 광을 고효율로 이용할 수 있기 때문에, 매우 밝은 화상이 실현된다.

상기 3판식 액정프로젝터는, R, G, B 모두를 항상 표시에 사용한다(공간 혼색). 타임 시퀀셜 방식 또는 필드 시퀀셜 방식 등으로 불리우는 다른 방식이 알려져 있으며, 이는 표시용의 광을 R, G, B의 광으로 시분할하여 칼라표시를 하는 방식이다.

예컨대, 일본 공개특허공보 5-158012호에 개시되어 있는 액정프로젝터는, 광원으로부터 출사된 광의 R, G, B의 광성분을 시분할로 순차 선택한 후, PBS에 입사시킨다. PBS는, 입사광을 P 편광성분과 S 편광성분으로 분리하고, 일방을 화상표시소자에 입사시킨다(이 예에서는 S 편광성분을 입사시킨다). 화상표시소자는, 입사되는 칼라 광에 동기된 신호가 입력된다. 표시는 R, G, B 광이 매 사이클 동안 하나의 기간(프레임으로 불리우며, R, G, B 광의 각각에 대한 표시 기간을 필드라 한다)로서 행해진다.

상기 공보에 개시되어 있는 액정 프로젝터는, R, G, B의 광을 시분할로 표시하기 위해, 광원으로부터의 백색광을 R, G, B의 광으로 분리하는 다이크로익 미러와, 분리된 칼라 광을 투과/차단하는 셔터를 조합한 구성을 사용하고 있다. 이 밖에, 도39에 도시한 바와 같은 R, G, B의 투과영역을 갖는 회전칼라필터를 사용하는 방법도 있다. 이 방식의 프로젝터(상기 3판식 프로젝터에 대하여, 단판식 프로젝터로 불리운다)는, 1개의 반사형 화상표시소자와 1개의 PBS만으로 구성하는 것이 가능하고, 또한, 색분리 및 색합성용의 광학계를 별도로 마련할 필요가 없기 때문에, 저가격으로 콤팩트한 시스템이 실현된다.

그러나, 상기 종래의 장치는 이하와 같은 문제가 있다.

Electronic display Forum 97에 제안되어 있는 방법에서는, R, G, B의 각 색에 대응하는 3개의 PBS가 필요하고, 또한, 색분리용의 광학계와 색합성용의 크로스 다이크로익 프리즘도 필요하기 때문에, 시스템의 비용이 대단히 고가로 될 뿐만 아니라, 시스템 사이즈가 대단히 커진다.

일본 공개특허공보 4-338721호에서는, 색분리와 색합성을 하나의 소자로 하고, 또한, PBS도 하나만 필요하기 때문에, 시스템 사이즈의 소형화를 꾀할 수 있으나, 크로스 다이크로익 프리즘을 사용하는 구성은 다음과 같은 문제가 있다. 즉, 광이 크로스 다이크로익 프리즘의 색분리면에 통상 45°의 각도로 입사하기 때문에, 도35에 도시한 바와 같이 색분리면에서의 분광특성의 편광의존성이 증대한다 (도35에서는, B 광의 색분리면에서의 분광특성을 표시). 따라서, 크로스 다이크로익 프리즘으로 색분리와 색합성을 행하면, 광의 사용가능한 대역폭이 크게 제한되어, 광이용 효율이 불량하고, 또한, 색의 순도를 저하시킨다.

필립스형 프리즘을 사용한 경우, 색분리면으로의 빛의 입사각도는 크로스 다이크로익 프리즘과 비교하여 작기 때문에, 상기한 바와 같은 편광의존성에 의한 영향은 완화되나, 필립스형 프리즘내를 통과하는 빛의 광로가 길어져, 입사한 광을 필립스형 프리즘의 측면으로 벗어나지 않고 필립스형 프리즘을 통과시키기 위해서는, 프리즘과 투영렌즈를 대형화해야 되기 때문에 비용이 고가로 된다.

일본 공개특허공보 5-158012호에 개시된 방식에서는, 상기 3판식에서의 문제는 해결되나, 광원으로부터의 R, G, B의 광이 순차적으로 반사형 화상표시소자에 입사되기 때문에, 예컨대 R의 광이 선택되어 있을 때, 나머지 G 및 B의 광은 실질적으로 이용할 수 없게 되어, 밝기가 원리적으로 1/3로 저하한다.

또한, 예컨대, 1/60초를 1프레임으로서 화상표시하는 경우, R, G, B 광 각각에 할당된 표시시간은, 5 msec 정도이다. 이 시간 주기내에 각 색의 표시를 행하지 않으면 안되기 때문에, 대단히 응답속도가 빠른 표시소자가 필요하게 된다. 이는 CRT 등과 달리, 응답속도가 비교적 느린 액정표시소자를 사용하는 경우에는 심각한 문제로 된다.

또한, R, G, B의 3원색이 시분할로 표시되기 때문에, 동화상 등을 표시하는 경우나 시선이 이동한 경우, 각각의 원색이 분리되어 보이는 현상(이후, 이 현상을 색 브레이킹이라 한다)가 발생하여 화질을 저하시킨다. 이 색 브레이킹 현상을 저감하기 위해, 구동주파수를 증가시켜 표시를 행하는 방법이 있으나, 표시소자의 응답속도를 더욱 고속화해야 하기 때문에, 액정표시소자에는 대단히 불리하다.

본 발명은, 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은, 소형, 경량 및, 밝은 화상의 반사형 액정표시소자를 사용하는 투영형 화상표시장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 양태에 의한 화상표시장치는, 적색, 녹색, 청색의 3원색 광을, 이들 3원색의 광성분중의 두 개의 광성분이 다른 칼라 광성분과 편광방향이 다른 상태로, 출력하기 위한 조명광학계; 상기 조명광학계로부터 출력되는 광을 편광방향에 따라 분리하는 광 분리소자; 편광방향이 같은 상기 두 개의 칼라 광성분을 분리하는 색 분리소자; 상기 광 분리소자 및 상기 색 분리소자에 의해 분리된 광을 변조하는 복수의 반사형 화상표시소자; 및 상기 복수의 반사형 화상표시소자에 의해 변조된 빛을 투영하는 투영광학계를 구비하며, 에에 의해 상기 목적이 달성된다.

상기 광 분리소자의 빔 분리면과 상기 색 분리소자의 색분리면에 의해 형성되는 각은 20°이하인 것이 바람직하다.

상기 조명광학계는, 3원색 광성분의 광을 출사하기 위한 광원; 및 상기 3원색의 광성분중 적어도 하나의 편광방향을 변경시키는 제1 편광제어소자를 구비할 수 있다.

상기 제1 편광제어소자의 광입사측의 광로상에 위치된 소정 방향의 편광방향을 갖는 편광만을 투과 또는 반사시키는 편광선택소자가 배치될 수 있다.

상기 색 분리소자의 색분리면이 2개의 기판사이에 개재되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 광 분리소자에 의해 분리된 광로들중 적어도 하나에 투명기판이 배치된다. 특히, 색분리소자의 두 기판의 전체 두께에 대응하는 두께를 갖는 기판이 색분리소자를 통하지 않고 복수의 반사형 액정표시장치중 하나에 입사하는 광 분리소자에 의에 분리되는 광중 하나의 광경로상에 위치되는 것이 바람직하다. 상기 투명 기판은, 필요할 경우, 두매의 기판에 의해 협지된 색분리면을 갖는 상기 구성 이외에 색분리소자의 구성을 위해 사용될 수도 있다.

상기 색 분리소자는 2개의 3각주 프리즘을 접합시킨 4각주 프리즘일 수 있다.

상기 4각주 프리즘으로의 입사광 및 출사광의 주광선은, 상기 4각주 프리즘의 광입사면 및 출사면의 법선에 대하여 대략 평행하게 입출사하고, 또한 상기 4각주 프리즘의 빔 분리면에 이 빔 분리면의 법선에 대해 45°보다 작은 각도로 입사한다.

상기 색 분리소자의 색분리면은, 기판의 한 면에 형성되어 상기 광 분리소자측을 향하도록 배치되어 있고, 또한, 청색의 빛을 투과하고, 편광방향이 동일한 상기 두 개의 칼라 광성분이 청색의 광성분을 포함한다.

상기 광 분리소자의 상기 투영광학계에 인접하여 적색, 녹색, 청색의 3원색의 광성분의 편광 방향을 동일 방향으로 하기 위한 제2 편광제어소자를 더 포함한다.

상기 제2 편광제어소자의 광출사측의 광로상에 소정의 편광방향을 갖는 편광만을 투과 또는 반사시키기 위한 편광선택소자를 더 포함한다.

상기 조명광학계와 상기 투영광학계 사이의 광로상에, 적어도 하나의 파장규제소자가 삽입되어 있다.

상기 파장규제소자는 상기 제1 편광제어소자에 의해 편광방향이 변환되는 광과, 그외의 광간의 경계의 파장 범위의 광을 커트하는 것이 바람직하다.

상기 파장규제소자는, 상기 광 분리소자에 의해 분리된 광의 광로상의 적어도 일방에 배치되고, 상기 파장규제소자가 삽입된 광로에 배치된 상기 복수의 반사형 화상표시소자의 어느 것에 대응하는 광 이외의 광을 커트하는 것이 바람직하다.

상기 파장규제소자는, 적색과 녹색의 경계파장역 및 녹색과 청색의 경계파장역의 적어도 일방의 광성분을 커트하는 것이 바람직하다. 녹색과 청색의 광성분이 동일한 편광방향을 갖는 경우, 적색과 녹색의 경계 파장역의 광성분은 커트되는 것이 바람직하며, 적색과 녹색의 광성분이 동일한 편광방향을 갖는 경우, 녹색과 청색의 경계 파장역의 광성분은 커트되는 것이 바람직하다.

상기 파장규제소자는, 상기 광 분리소자와 상기 반사형 화상표시소자 사이에 배치되고, 상기 파장규제소자의 광규제면이, 상기 반사형 화상표시소자의 화상표시면과 각도를 이루어 경사져 있다. 즉, 이들 두 면은 서로 평행하지 않는 것이 바람직하다. 상기 파장규제소자의 광규제면과 상기 반사형 화상표시소자의 화상표시면이 이루는 각도는 1.5°∼13.5°의 범위내에 있는 것이 바람직하다.

상기 적색, 녹색, 청색의 3원색의 광성분중, 편광방향이 같은 두 개의 칼라 광성분에 녹색의 광성분이 포함되는 것이 바람직하다.

상기 광 분리소자의 빔 분리면의 P 편광에 대한 투과율 및 S 편광에 대한 반사율의 어느 일방이 타방보다 높고, 상기 높은 투과율 또는 반사율을 갖는 편광으로서 상기 광 분리소자에 의해 분리된 광이 상기 복수의 반사형 화상표시소자중 2개 이상에 입사한다.

상기 광 분리소자의 빔 분리면의 P 편광에 대한 투과율 및 S 편광에 대한 반사율의 어느 일방이 타방보다 높고, 녹색의 광이 상기 높은 투과율 또는 반사율을 갖는 편광으로서 상기 광 분리소자에 의해 분리되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 양태에 의한 화상표시장치는, 적색, 녹색, 청색의 3원색의 광을 2개의 칼라 광 그룹으로 분할하고, 상기 두 그룹의 칼라 광을 시분할로 순차 절환하고, 또한, 3원색의 광성분중 두개의 편광방향을 다른 1색의 칼라 광성분의 편광방향과 상이하게 변경한 후 출사하기 위한 조명광학계; 상기 조명광학계에서 출사된 빛을 편광방향에 따라 분리하는 광 분리소자; 상기 광 분리소자에 의해 분리된 광을 변조하는 복수의 반사형 화상표시소자; 및 상기 복수의 반사형 화상표시소자에 의해 변조된 광을 투영하는 투영광학계를 구비하며, 이에 따라 상기 목적이 달성된다.

상기 조명광학계는, 3원색의 광을 출사하기 위한 광원; 상기 광원으로부터 3원색의 광성분중 두 개를 각각 포함하는 다른 두 그룹의 칼라 광을 순차적으로 절환하는 색절환소자; 및 상기 다른 2개 그룹의 칼라 광에 공통적으로 포함되는 칼라 광성분의 편광 방향 또는 상기 공통 칼라 광성분의 이외의 두 개의 칼라 광성분의 편광방향을 절환하는 제1 편광제어소자를 구비한다.

상기 장치는, 광 분리소자의 상기 투영광학계측에 근접하여 상기 제1 편광제어소자와 실질적으로 동일한 기능을 갖는 제2 편광제어소자를 더 포함한다.

상기 장치는, 제1 편광제어소자의 광입사측의 광로상에, 소정의 편광방향을 갖는 편광만을 투과시키는 편광선택소자를 더 포함한다.

상기 장치는, 제2의 편광제어소자의 광출사측의 광로상에, 소정의 편광방향을 갖는 편광만을 투과시키는 편광선택소자를 더 포함한다.

상기 색절환소자는, 상기 상이한 칼라 광 그룹에 포함된 공통 칼라 광빔 성분 이외의 두 개의 칼라 광빔 성분보다 낮은 강도를 갖는 칼라 광빔 성분을 포함하는 칼라광 그룹을, 타방의 칼라 광성분을 포함하는 칼라 광 그룹보다 긴 기간에 걸쳐 선택할 수 있다.

상기 색절환소자에 의해 선택되는 상기 다른 2개 그룹의 칼라 광중의 일방에만 녹색의 광성분이 포함되고, 상기 색절환소자는, 녹색의 광성분을 포함하는 그룹의 칼라 광을, 타방 그룹의 칼라 광보다 긴 기간에 걸쳐 선택할 수 있다.

상기 2개의 다른 칼라광 그룹에 포함된 공통 칼라광빔 성분이, 3원색의 광성분중 가장 강도가 약한 광성분일 수 있다.

상기 2개의 다른 칼라 광 그룹에 포함된 공통 칼라광빔 성분이 녹색의 광성분일 수 있다.

상기 색절환소자는, 소정의 기간에 걸쳐, 적색, 녹색, 청색의 3원색의 광성분을 동시에 선택할 수 있다.

또는, 상기 조명광학계는, 3원색의 광을 출사하기 위한 광원; 상기 광원으로부터 3원색의 광성분중 두 개를 포함하는 하나의 칼라 광과 다른 하나의 칼라광빔 성분을 순차적으로 절환하는 색절환소자; 및 상기 칼라 광 그룹에 포함되는 두 개의 칼라 광성분중 하나와 다른 하나의 칼라 광성분의 편광방향을 절환하는 제1 편광제어소자를 구비한다.

상기 색절환소자는, 3원색의 광성분중 가장 강도가 약한 칼라 광빔 성분이, 상기 두 개의 칼라 광빔 성분을 포함하는 칼라 광의 그룹 또는 다른 1색의 광성분중 보다 긴 기간에 걸쳐 선택되는 쪽에 포함되도록, 상기 두 개의 칼라 광빔 성분을 포함하는 칼라 광 그룹과 다른 1색의 광성분간에 선택한다.

상기 색절환소자는, 녹색의 광성분이, 상기 두 칼라 광성분을 포함하는 칼라 광의 그룹 또는 다른 1색의 광성분중 긴 기간에 걸쳐 선택되는 쪽에 포함되도록, 상기 두 칼라 광성분을 포함하는 칼라 광 그룹과 다른 1색의 광성분간에 선택한다.

상기 복수의 반사형 화상표시소자는, 2개의 반사형 화상표시소자를 포함하며, 일방이 상기 3원색 칼라 성분중 하나에 대응하고, 타방이 나머지 두 칼라 광성분에 대응한다.

상기 파장규제소자는, 상기 광 분리소자와 상기 복수의 반사형 화상표시소자의 적어도 일방 사이에 배치되고, 상기 적어도 하나의 반사형 화상표시소자에 의해 표시를 행하기 위해 사용되는 칼라 광을 선택적으로 투과한다.

상기 파장규제소자는, 상기 광 분리소자와, 상기 복수의 반사형 표시소자중 상기 다른 2개의 그룹의 칼라 광에 포함된 공통 칼라 광성분이 입사하는 반사형 화상표시소자 사이에 배치되어, 상기 공통 칼라 광빔 성분을 선택적으로 투과한다.

상기 파장규제소자는, 상기 편광제어소자에 의해 편광방향이 변환되는 광빔 성분과, 그외의 광성분간의 경계의 파장역의 광성분을 커트한다.

도1은 본 발명의 실시예 1의 투영형 칼라 화상표시장치의 개략도.

도2는 실시예 1에 사용된 편광 제어 소자의 분광 특성도.

도3은 편광 제어 소자의 분광 특성의 측정을 위해 사용되는 광학계를 보인 도면.

도4는 편광 제어 소자의 기능을 도시한 도면.

도5는 다이크로익 미러의 구조도.

도6a와 6b는 실시예 1에 사용된 다이크로익 미러의 분광 특성도.

도7a는 실시예 1의 투사형 칼라 화상표시장치의 PBS 주변의 광학소자의 레이아웃을 보인 개략도.

도7b는 도7a에 보인 레이아웃의 변형예의 개략도.

도8은 도7b에 보인 레이아웃에 의해 콘트라스트비의 저하를 방지하는 효과를 보인 개략도.

도9는 PBS의 불완전한 편광 분리 특성으로 인해 콘트라스트비를 저하시키는 메카니즘을 보인 개략도.

도10은 실시예 1의 투사형 칼라 화상표시장치에 사용된 PBS의 편광 분리 특성을 보인 개략도.

도11a와 11b는 본 발명의 실시예 1의 다른 투영형 칼라 화상표시장치의 개략도.

도12는 종래 다이크로익 미러에서 발생되는 고스트 현상을 보인 개략도.

도13a와 13b는 본 발명의 실시예 1의 다른 투영형 칼라 화상표시장치의 개략도.

도14는 본 발명의 실시예 1의 또 다른 투영형 칼라 화상표시장치의 개략도.

도15는 본 발명의 실시예 2의 투사형 칼라 화상표시장치의 개략도.

도16a와 16b는 실시예 2에 사용된 회전 칼라 필터를 보인 도면.

도17a와 17b는 실시예 2에 사용된 다른 회전 칼라 필터를 보인 도면.

도18은 적색의 파장 범위에 있는 편광 성분만 회전시키는 편광 제어 소자의 분광 특성도.

도19a와 19b는 실시예 2에 사용된 다른 회전 칼라 필터를 보인 도면.

도20은 녹색의 파장 범위에 잇는 편광 성분만 회전시키는 편광 제어 소자의 분광 특성도.

도21은 실시예 2에 사용된 회전 칼라 필터를 보인 도면.

도22는 본 발명의 실시예 2의 다른 투영형 칼라 화상표시장치의 개략도.

도23은 실시예 2에 사용된 회전 칼라 필터를 보인 도면.

도24는 본 발명의 실시예 2의 또 다른 투영형 칼라 화상표시장치의 개략도.

도25는 본 발명의 실시예 2의 또 다른 투영형 칼라 화상표시장치의 개략도.

도26은 실시예 1에 사용된 편광 제어 소자의 분광 특성도.

도27은 트리밍 필터의 분광 특성도.

도28은 본 발명의 실시예 2의 또 다른 투영형 칼라 화상표시장치의 개략도.

도29는 칼라 필터의 분광 특성도.

도30은 다른 칼라 필터의 분광 특성도.

도31은 투과형 화상표시장치의 화소부를 보인 도면.

도32는 반사형 화상표시장치를 보인 도면.

도33은 반사형 화상표시장치를 사용하는 3판식 액정 프로젝터를 보인 도면.

도34a와 34b는 반사형 화상표시장치를 사용하는 다른 3판식 액정 프로젝터를 보인 도면.

도35는 크로스 다이크로익 미러의 편광 의존성을 보인 도면.

도36a와 36b는 색분리를 위한 다이크로익 미러의 위치를 보인 도면.

도37은 종래 색분리를 위한 다이크로익 미러를 보인 도면.

도38은 적색 및 청색 광의 편광 방향이 같을 때 관찰되는 편광 제어 소자의 분광 특성도.

도39는 종래의 회전 칼라 필터를 보인 도면이다.

실시예 1

본 발명의 실시예 1의 화상표시장치의 조명광학계는 3원색의 광성분중 한개의 색의 광성분의 편광방향이, 다른 두개의 색의 광성분의 편광방향과 다른 상태에서, 3원색의 광을 출사한다. 즉, 3원색의 광성분중 두개의 색은, 다른 한개의 색의 광성분의 편광방향과 다른, 동일한 편광방향을 갖는 편광이다. 광분리소자(편광분리소자)는 조명광학계에서 출사된 광을 편광방향이 서로 다른 광으로 분리한다. 따라서, 상기 경우에는, 상기 광을 편광방향이 동일한 두개의 광성분의 광과 다른 한개의 광성분의 광으로 분리한다. 본 발명의 실시예 1의 화상표시장치의 색분리소자는 편광방향이 동일한 두개의 색의 광을 각 색의 광으로 분리한다.

상기 구성에 의하면, 본 발명의 실시예 1의 화상표시장치는, 색분리(및 색합성)에, 크로스 다이크로익 프리즘이나 필립스형 프리즘을 사용할 필요가 없다. 이로써 상기 크로스 다이크로익 프리즘이나 필립스형 프리즘의 편광 의존성에 의한 휘도의 저하, 색순도 및 콘트라스트비의 저하를 개선한다. 또한, 화상표시장치의 소형화와 대폭적인 비용절감이 가능하다.

광분리소자(예컨대, PBS)의 광분리면은 색분리소자(예컨대, 다이크로익 미러)의 색분리면에 대해 20°(절대치) 이하의 각도로 배치될 수 있다. 이는 또한 콘트라스트비를 향상시킬 수 있다. 광분리면과 색분리면에 의해 형성되는 각은 10°이하가 바람직하고, 대략 서로 평행(약 0°)한 것이 더욱 바람직하다. 이하에, 도 36a 및 도 36b를 참조하여, 그 이유를 설명한다.

광분리소자는, 통상, 입사광을 P 편광과 S 편광으로 분리한다. P 편광 및 S 편광은, 광분리면상의 광의 입사광로와 광분리면으로의 법선을 포함하는 면에 대한 편광방향에 의해 규정된다. 일반적으로, 광분리소자에 입사하는 빛은 완전한 평행광이 아니라, 어느 정도의 수렴각 θ를 갖는다. 따라서, 광분리소자에 의해 반사광 또는 투과광으로서 분리된 광의 편광방향(진동방향)은 완전한 평행광을 분리함으로써 얻어진 P 편광이나 S 편광의 편광방향과 다르다.

도 36a를 참조하여, 수렴각을 갖는 광이 광분리소자(105)로부터 반사되어, 광분리소자(105)의 광분리면에 거의 수직으로 배치되는 색분리소자(106')의 색분리면에 입사한다고 가정하면, 상기 광은 색분리면에 대해 P 편광 또는 S 편광으로부터 어긋난 편광방향을 갖고 있는 것으로 된다. 색분리면에서는, 통상, 직선편광(광의 입사면에 대한 P 편광 및 S 편광)의 편광방향에 따라 위상변화가 발생한다. 따라서, 수렴각을 갖는 광은 상기 위상변화에 의해 영향을 받아, 타원편광으로서 색분리소자(106')로부터 출사되기 때문에, 콘트라스트비가 저하된다.

이와 반대로, 도 36b에 도시한 바와 같이, 색분리면을 광분리면에 대해 거의 평행하게 배치하면, 상기 2개의 면에 대한 S 편광 및 P 편광의 편광방향은 서로 동일하다(예컨대, 색분리면에 대한 S 편광은 광분리면에 대해서도 S 편광이다). 따라서, 색분리면에서 위상의 어긋남이 발생하였다고해도, P 편광 또는 S 편광중 어느 하나만이 존재하기 때문에, 편광상태는 변하지 않는다. 이로써 콘트라스트비가 향상된다.

도 36b에서는, 광분리소자의 광분리면과 색분리소자의 색분리면을 평행하게 배치한다. 광분리면에 대한 색분리면의 각도가 도 36b에 나타낸 각도(0°)로부터 약 ±20°범위내로 어긋나게 되면, 효과는 감소하지만 도 36a에 도시된 구성보다 콘트라스트비가 더욱 높다.

본 발명의 화상표시장치로 사용되는 조명광학계는, 예컨대, 백색의 광을 방출하는 광원과, R, G, B의 광성분중 적어도 1개의 편광방향을 회전시키는 제 1 편광 제어소자로 구성된다. 상기 구성에 의해, 소정의 편광방향을 갖는 광을 대응하는 반사형 화상표시소자에 효율적으로 입사하게 할 수 있어, 휘도를 증가시킬 수 있다. 상기 광원으로부터 방출되는 R, G, B의 광은, 예컨대, 편광판을 사용하여 직선편광으로 바뀔 수 있다.

제 1 편광제어소자는, 예컨대, 미국특허 제 5,751,384호에 개시되어 있는 것과 같은 소자로 될 수 있다. 상기 소자는 파장판의 축(광학축, 예컨대 위상축)이 상이한 각도로 서로 적층되어 있는 복수의 파장판(위상차판이라고도 함)을 포함하고, 어떤 특정 파장 범위에 있는 광성분만의 편광방향을 회전시킬 수 있다. 예컨대, 도 4에 도시한 바와 같이, B의 광성분의 편광방향을 회전시키는 편광제어소자(104)를 사용하는 경우, 백색의 직선편광이 편광제어소자(104)에 입사하면, 출사 광중 나머지 R 및 G의 광성분의 편광방향은 유지되고, B의 광성분의 편광방향만 회전시킬 수 있다.

또한, 2면의 기판(평행평판) 사이에 끼워진 구조를 갖는 색분리소자는, 분리된 두개의 색의 광에 대해 대략 동일한 양의 비점 수차를 생성하기 때문에, 투영광학계에 의해 이 비점 수차를 보상할 수 있다. 분리된 두개의 색의 광에 대한 비점 수차의 발생량을 서로 일치시키기 위해서는, 색분리면이 사이에 삽입된 2개의 기판의 굴절율 및 두께가 서로 같은 것이 바람직하다. 이하에, 도 5 및 도 37을 참조하여 설명한다.

화상표시소자에 의해 변조된 광에 의해 형성된 화상을 스크린에 투영하는 경우, 투영렌즈와 화상표시소자 사이에 색분리소자등의 평행평판을 삽입하면, 비점 수차가 발생하여, 스크린상의 화상에 비점 수차에 기인하는 왜곡이 생긴다.

도 37에 나타낸 종래의 색분리소자(106')에서는, 평행평판의 한면에 색분리면(전형적으로, 유전체 다층막)(CP)이 형성되어 있다. 상기 구성에서는, 예컨대 반사형 화상표시소자(107-R)에서 색분리소자(106')쪽으로 반사되는 빛은, 색분리소자(106')의 표면(색분리면(CP))에서 반사되기 때문에, 비점 수차가 발생하지 않는다. 이에 대해, 반사형 화상표시소자(107-G)에서 반사된 빛은, 색분리소자(106')(평행평판을 포함한다)를 통과하기 때문에, 비점 수차가 발생한다. 이와 같이, 반사형 화상표시소자(107-R,107-G)로부터 반사되는 두 광중 단지 하나의 광에 대해서만 비점 수차가 발생하기 때문에, 투영광학계에 의해 비점 수차를 보상하는 것은 곤란하다.

상기 문제점을 해결하기 위해, 도 5에 도시한 바와 같이, 색분리면(CP)이 2개의 유리기판(투명한 평행평판)(106a,106b) 사이에 삽입된 색분리소자(106)를 사용할 수 있다. 상기 구성에서는, 반사형 화상표시소자(107- R,107-G)로부터 반사된 광이 동일한 거리의 색분리소자(106)의 유리판을 통과한다. 상기 구성에 의해, 그 결과로서 생성되는 비점 수차를 투영광학계에 의해 보상하는 것이 가능해진다. 그 결과, 비점 수차에 의한 왜곡이 없는 양호한 화상을 표시할 수 있다.

또한, 크로스 다이크로익 프리즘의 색분리면에 대한 입사각도보다 작은 각도(통상, 45°)로 색분리소자(106)의 색분리면상에 광을 입사할 수 있다. 이는 광이 색분리면을 사이에 삽입시킨 유리기판(106a,106b)의 표면상에서 광이 굴절하기 때문이다. 이에 의해, 상기한 색분리면의 편광의존성의 영향을 감소시킬 수 있다.

또한, 예컨대, R, G, B의 광에 대응하는 3개의 반사형 화상표시소자를 도 1에 도시한 바와 같이 배치한 경우, 반사형 화상표시소자(107-B)의 광로상에는 색분리소자가 필요하지 않다. 따라서, 상기 B의 광에 대한 비점 수차가 발생하지 않는다. 한편, 상기와 같이, 반사형 화상표시소자(107-R,107-G)의 광로에서는 색분리소자(106)에 의해 비점 수차가 발생한다. 이는 투영광학계(투영렌즈)(108)로 투영되는 R, G, B의 광중, R 및 G의 광에서만 비점 수차가 발생한다는 것을 의미한다. 이러한 비점 수차를 투영광학계에서 보상하는 것은 곤란하다.

상기 문제점을 해결하기 위해, 반사형 화상표시소자(107-B)로부터 반사된 빛의 광로상에 투명기판(109)을 삽입함으로써, R, G, B의 광에 대한 비점 수차의 발생량을 서로 같게 한다. 이 결과로서 발생되는 비점 수차를 투영광학계(투영렌즈)(108)에 의해 보상할 수 있다. 그 결과, 양호한 화상이 얻어진다. 도 1로부터 명백하게 된 바와 같이, 3색의 광에 대한 비점 수차의 광량을 같게 하기 위해, 투명기판(109)은 색분리소자(106)와 동일한 재료 및 두께(두께는 2개분)으로 됨이 바람직하다. 또한, 상기 투명기판(109)은 B의 광의 광로에 대해, R 및 G의 빛의 광로에 대한 색분리소자(106)(광분리면)의 배치각도와 동일한 각도로 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 각각의 반사형 화상표시소자에 의해 편광방향이 변조된 R, G, B의 광은, 한개의 색(도 1의 예로서는, B의 광)의 편광방향이 다른 두개의 색(도 1의 예로서는, R 및 G의 광)의 편광방향과 다르기 때문에, 제 2 편광제어소자를 광분리소자(광합성소자로서도 기능한다)의 투영광학계에 가깝게 배치됨으로써, R, G, B의 광의 편광방향과 같아질 수 있다. 그 결과, 밝은 조명하에서도 높은 콘트라스트비를 유지할 수 있는 편광스크린을 사용할 수 있다. 상기 편광스크린은 입사한 랜덤 편광(비편광)의 반을 커트하기 위해 스크린면에 부착된 편광판을 갖는다. 상기 편광판의 투과축과 투영기(투영 화상표시장치)로부터 출사되는 광의 편광방향을 일치시키도록 상기 편광스크린을 배열할 수 있다. 상기 구성에 의해, 투영기로부터 투영된 광은 거의 커트되지 않고, 외광의 영향을 반감할 수 있기 때문에, 높은 콘트라스트비의 표시가 가능해진다. 후술하는 편광선택소자(통상, 편광판)를 제 2 편광제어소자의 후방(투영광학계에 가까운 쪽)에 배치함으로써, 콘트라스트비를 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 편광선택소자를 제 1 편광제어소자의 입사측 광로상에 배치할 수 있다. 상기 구성에 의해, 제 1 편광제어소자에 직선편광이 입사한다. 그 결과, 제 1 편광제어소자 및 광분리소자에 의해 색분리/편광분리(및 색합성/편광합성)가 효율적으로 될 수 있고, 이에 의해, 콘트라스트비가 높은 밝은 화상을 표시하는 것이 가능해진다.

또한, 편광선택소자를 제 2 편광제어소자의 광출사측의 광로상에 배치할 수 있다. 상기 구성에 따르면, 상기 광분리소자에 의해 광원의 방향으로 되돌아가야 하는 광성분이, 광분리소자를 통과하더라도 편광선택소자에 의해 커트되기 때문에, 콘트라스트비가 높은 화상을 표시할 수 있다.

파장규제소자가 삽입되는 것에 의해, 각 반사형 화상표시소자에 조사되어서는 안 되는 임의의 파장 범위의 광성분 및 임의의 편광방향의 광성분을 규제할 수 있기 때문에, 색순도를 향상시킬 수 있고 콘트라스트비의 저하를 방지할 수 있다.

3색의 광들이 각각의 반사용 화상표시소자에 입사하는 경우, 두개의 색의 광의 편광방향은 다른 한개의 색의 광의 편광방향과 다르다. 그 결과, 편광방향이 같은 두개의 색의 광과 다른 한개의 색의 광 사이의 경계파장역에, P 편광 성분과 S 편광 성분이 혼재하는 파장역이 발생한다. 상기 편광이 혼재하고 있는 파장역의 광성분을 파장규제소자로 커트하는 것에 의해, 콘트라스트비 및 색순도를 향상시킬 수 있다.

편광제어소자의 특성에 의해, 편광제어소자는, 편광이 불완전하게 회전된 광이나 편광이 회전되지 않은 광에 있어서 일부 편광혼란을 발생시킬 수 있다. 또한, 광분리소자도 광을 편광방향에 따라 완전하게 분리하지 못할 수 있다. 이에 의해, 혼색 및 콘트라스트비의 저하가 발생한다. 광분리소자와 반사형 화상표시소자(107) 사이에 파장규제소자를 삽입함으로써, 각 반사형 화상표시소자에 대응하는 색의 광 이외의 광을 커트할 수 있다. 이에 의해, 색순도 및 콘트라스트비를 향상시킬 수 있다.

적색과 녹색과의 경계파장영역 및 녹색과 청색과의 경계파장역중 적어도 하나의 광성분을 파장규제소자로써 커트할 수 있다. 이에 의해, 색순도를 향상시킬 수 있다. 상기 목적을 위한 파장규제소자는 상기 각 반사형 화상표시소자에 대응하는 색의 광 이외의 광을 커트하는 파장규제소자와 동시에 사용될 수 있다. 이 경우, 두 파장규제소자 모두의 분광특성을 갖는 파장규제소자를 사용하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 편광방향이 같은 두개의 색의 광과 다른 한개의 색의 광 사이의 파장의 경계역에 있어서 P 편광과 S 편광이 혼재하는 파장역이 존재한다. 상기 편광이 혼재하고 있는 파장역은 콘트라스트비에 영향을 미치기 때문에, 커트하는 것이 바람직하다.

R 및 B의 광의 편광방향이 동일한 경우에는, 도 38의 사선부에 나타낸 바와 같은 G의 파장의 단파장측(B 측)과 장파장측(R 측)의 광성분을 커트할 필요가 있다. 따라서, G의 파장대역을 확보하기 위해, R 및 B의 파장대역을 좁게한다. 반대로, R 및 B의 파장대역을 확보하기 위해, G의 파장대역을 좁게한다. 각 경우에 있어서, 휘도와 색순도가 저하된다.

이와 대해, R 및 G의 편광방향 또는 B 및 G의 편광방향이 동일한 경우, 예컨대 도 2에 도시한 바와 같이(도 2는 R 및 G의 편광방향이 같은 경우의 예), 사선부의 파장대역의 광성분만 커트하면 된다. 이에 의해, 휘도의 저하를 최소화하면서, 색순도를 대폭 향상시킬 수 있다.

파장규제소자를 광분리소자와 반사형 화상표시소자 사이에 배치한 구성에 있어서, 파장규제소자의 파장규제면을 반사형 화상표시소자의 화상표시면에 대해 임의의 각도로 경사지게 배치한다(도 7b 참조). 이는 다음의 이유로 콘트라스트비를 향상시킬 수 있다.

광분리소자의 소광비(편광선택비)가 충분하지 않으면, 불필요한 편광성분(다른 반사형 화상표시소자 쪽으로 출사되어야 한다)이 원래의 편광 성분과 함께 반사형 화상표시소자 쪽으로 출사된다. 상기 불필요한 편광 성분은 광분리소자와 반사형 화상표시소자 사이에 배치된 파장규제소자에 입사되어, 파장규제면에서 반사된다. 파장규제면이 반사형 화상표시소자의 표면과 평행하면, 파장규제면에서 반사되는 불필요한 편광 성분은, 투영광학계 쪽으로 반사되어, 표시의 콘트라스트비를 저하시킬 수 있다. 상기 문제점을 해결하기 위해, 파장규제면을 반사형 화상표시소자의 화상표시면과 각도(0°이상 90°미만)를 갖도록 비스듬하게 배치한다. 상기와 같이 비스듬하게 배치하면, 불필요한 편광 성분은 표시에 사용되는 원래의 편광 성분과 다른 각도로 투영광학계 쪽으로 반사되기 때문에, 투영광학계에 의해 용이하게 제거될 수 있다. 특히, 파장규제면과 반사형 화상표시면 사이의 각도를 약 1.5°∼ 13.5°의 범위내에 설정하면, 통상 사용되는 F 넘버 1∼8의 투영렌즈에 의해 불필요한 편광 성분을 용이하게 제거할 수 있다.

비점 수차를 발생시키지 않는 프리즘 색분리소자를 사용하면, 표시품위를 향상시킬 수 있다. 또는, 투영광학계에 비점 수차를 보상하기 위한 특별한 설계를 할 필요가 없다. 판(plate)상의 색분리소자를 사용한 경우, 도 12에 도시한 바와 같이, 색분리면(CP)에 대향하는 판상의 색분리소자의 표면에서 반사에 의해, 화상이 2중으로 비치는 고스트라 불리우는 현상이 스크린상에 발생한다. 이와 반대로, 프리즘 색분리소자를 사용하는 경우, 반사형 화상표시소자에서 반사된 광은 프리즘의 표면으로 입사한다. 상기 광의 일부가 프리즘의 표면에서 반사되지만, 반사형 화상표시소자 쪽으로 되돌아가게 되므로 스크린 쪽으로는 입사하지 않는다. 따라서, 프리즘 표면에서 반사된 빛에 의한 표시품위의 저하가 발생하지 않는다. 색분리 프리즘은 통상 접합면에 유전체 다층막을 통해 서로 2개의 삼각주 프리즘을 접합하여 형성된 사각주 프리즘이다. 상기 결합면(유전체 다층막)은 색분리면으로서 작용한다.

색분리프리즘의 색분리면에 대한 광의 입사각이 크면, 색분리면의 색분리특성(파장선택성)의 편광의존성이 증가하고, 색분리의 효율이 저하된다. 예컨대, 직각삼각주 프리즘을 서로 접합하여 형성된 정사각주 프리즘의 경우, 상기 분리면에 대한 입사각은 45°이다. 이에 의해, 편광의존성이 증가하고, 색분리의 효율이 저하된다. 둔각의 2등변 삼각주 프리즘을 서로 접합하여 형성된 평행사변형주 프리즘을 사용함으로써, 프리즘의 색분리면에 대한 광입사각을 45°미만으로 감소시킬 수 있다. 따라서, 상기 프리즘은 색분리특성의 편광의존성을 최소화할 수 있고, 결과적으로 색분리소자에 의한 색분리의 효율을 향상시킬 수 있다.

색분리소자로서, 샌드위치 구조를 갖는 다이크로익 미러를 사용하는 것이 바람직하다. 투명기판의 한면에 색분리면(CP)을 갖는 다이크로익 미러(도 37 참조)를 사용할 수도 있다. 후자의 경우, 색분리면(CP)은 광분리소자(PBS)와 대향하는 표면상에 배치된다. 상기 구성에 의해, 도 12에 도시된구성과 비교하여, 고스트의 발생을 최소화할 수 있다. 또한, 투명기판의 표면상에 형성된(노출된) 색분리면(CP)에서 반사되는 R 및 G의 광에는 비점 수차가 발생하지 않고, 색분리면(CP)을 투과하는 B의 광에만 비점 수차가 발생한다(도 14 참조). B의 광의 시감도가 가장 낮기 때문에, 비점 수차가 표시화상의 해상도에는 영향을 미치지 않는다. 따라서, 시감도가 가장 낮은 B의 광을 투과하는 다이크로익 미러를 사용함으로써, 고스트의 발생을 최소화할 수 있고, 비점 수차에 의한 해상도의 저하를 최소화할 수 있다.

상기한 서로 적층된 복수의 파장판으로 형성된 편광제어소자에서는, R의 광 또는 B의 광성분의 편광방??을 회전시키기 위한 파장판보다 R 및 B의 광성분 또는 R 및 G의 광성분의 편광방향을 회전시키기 위한 파장판의 수가 더 많이 필요하다. 따라서, R의 광성분 또는 B의 광성분의 편광방향을 회전시키는 편광제어소자를 사용함으로써, 파장판의 수가 감소되기 때문에 비용을 절감할 수 있다.

일반적으로, 광분리소자의 광분리면의 편광분리특성(P 편광을 선택적으로 투과 및 S 편광을 선택적으로 반사)은 광의 파장범위에 의존한다. P 편광에 대한 투과율과 S 편광에 대한 반사율 모두를 최적화하는 것은 어렵다. 일방의 특성(예컨대, P 편광에 대한 투과율)을 최적화하면, 타방의 특성(S 편광에 대한 반사율)이 저하한다.

상기 관점에서, 다음 구성에 의해 표시품위가 향상될 수 있다. 즉, 광분리소자의 광분리면의 P 편광에 대한 투과율 및 S 편광에 대한 반사율의 어느 일방을 최적화한다. 상기 최적화된 특성을 갖는 편광이 2개 이상의 반사형 화상표시소자에 입사될 수 있다. 또한, 3원색의 광중 시감도가 가장 높은 G의 광이 최적화된 특성을 갖는 편광으로서 광분리소자에 의해 분리될 수 있다. 이로써 표시품위를 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예 1을 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 투영형 칼라 화상표시장치(100)의 개략도이다. 또한, 이하의 도면들에 있어서, 실질적으로 같은 작용을 갖는 구성 요소는 동일 참조 부호로 나타낸다.

화상표시장치(100)는 : 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3원색의 광을, 그중 2색의 광의 편광방향을 다른 1색의 광의 편광방향과 다르게 되도록 출사하는 조명광학계(1OOa); 조명광학계(1OOa)에서 출사된 광을 편광방향에 따라 분리하는 광분리소자로서의 편광 분리소자(PBS)(105); 편광방향이 같은 상기 2색의 광을 분리하는 색분리소자로서의 다이클로익 미러(106); PBS(105) 및 다이클로익 미러(106)에 의해 서로 분리된 광(R,G,B)을 변조하는 반사형 화상표시소자(107-R,107-G,107-B); 및 반사형 화상표시소자(107-R,107-G,107-B)에 의해 변조된 광을 투영하는 투영광학계(투영렌즈)(108)를 포함한다.

조명광학계(1OOa)는 백색광원(1O1), 파장규제소자로서의 트리밍필터(102), 편광선택소자로서의 편광판(103), 및 편광제어소자(104)를 포함한다.

이 실시예에서는 광원(101)으로서, 필립스사의 1.4mm의 아크 길이를 가진 120W UHP 램프(고압 수은 램프)를 이용한다. 광원(101)으로는, 이밖에 할로겐 램프, 크세논 램프, 및 메탈 할라이드 램프를 이용할 수 있다.

광원(1O1)에서 출사된 광은 포물면경(1O1a)에서 대략 평행광으로 된 후, 편광판(103)상의 트리밍필터(102)를 통해 입사한다. 편광판(103)은 도면의 평면에 대해 수직방향의 광만을 투과하며, 얻어진 직선편광은 편광제어소자(104)로 입사된다.

편광제어소자(104)는 도 2에 나타낸 바와 같은 특성을 가지며, 입사광중 B의 광성분의 편광방향만을 도면의 평면에 대해 평행방향으로 회전시켜 그 결과의 광을 PBS(105)로 입사시킨다.

도 2에서 실선은 도 3에 나타낸 광학계에서 PBS(105)의 광분리면(PP)에 의해 반사된 광의 특성을 나타내고, 파선은 PBS(105)의 광분리면(PP)을 투과한 광의 특성을 나타낸다.

이 실시예에서, 편광제어소자(104)로서 미국 특허 제 5,751,384호에 개시된 타입의 소자를 사용하였다. 이 소자는 복수의 파장판을 그의 축의 각도를 변화시켜 적층하여 형성되며, 어떤 특정한 파장역의 광의 편광방향만을 회전시키는 기능을 갖는다. 이 실시예에서, B 편광의 편광방향을 회전시키는 소자를 이용하는 경우, 도 4에 나타낸 바와 같이, 백색의 직선편광이 상기 소자(104)에 입사하면, R 및 G의 광의 편광방향은 변화되지 않고 유지되는 반면에, B의 광의 편광방향만이 회전될 수 있다.

상기 실시예에서는, 편광제어소자(104)로서 상기 소자를 이용하지만, 같은 기능을 갖는 것이면, 어떠한 것이라도 이용할 수 있다. 예컨대, 콜레스테릭 액정 재료를 이용할 수 있다.

트리밍필터(102)는 도 2의 사선부에 나타낸 바와 같이 편광제어소자(104)에 의해 편광방향이 회전될 B의 광과 편광 방향이 회전되지 않는 G의 광 사이의 경계의 파장역을 커트하는 기능과, R과 G 사이의 경계의 파장역(570 nm∼590 nm)을 커트하는 기능들을 가진다.

편광제어소자(104)에서 출사된 광이 PBS(105)에 입사되면, R 및 G의 광은 PBS(105)에 대하여 S 편광이 되어 광분리면(PP)에서 반사되는 반면에, B의 광은 P 편광이 되어 광분리면(PP)을 투과한다.

PBS(105)에서 반사된 R 및 G의 광은 PBS(105)의 광분리면(PP)과 대략 평행하게 배치된 다이클로익미러(106)에 입사되어, R의 광은 반사되고, G의 광은 투과한다. 다이클로익미러(106)의 색분리면(CP)이 광분리면(PP)과 대략 평행하게 배치되어 있기 때문에, 상기한 바와 같이 색분리면(CP)에서의 편광상태의 교란이 억제되어, 콘트라스트비가 향상된다.

상기 PBS(105) 및/또는 다이클로익미러(106)를 투과/반사한 R, G, B의 광은 각각 대응하는 반사형 화상표시소자(107-R,107-G,107-B)에 입사되어 화상신호에 따라 변조된다. 그후, 변조된 R 및 G의 광은 다이클로익미러(106)에 다시 입사되어, 합성된 후, PBS(105)로 향하여 반사된다. B의 광도 유사하게 변조된 후에 PBS(105)로 향하여 반사된다. PBS(105)는 편광방향이 변조된 광만을 선택적으로 투영렌즈(108)를 향하여 출사한다. 이 때, PBS(105)는 편광합성소자 또는 색합성소자로서 작용한다.

반사형 화상표시소자(107)로는, 0.9 타입 XGA 패널의 수직배향 액정모드를 이용한다. 액정의 모드로는, 이밖에도 TN 모드등 임의의 반사형 액정표시소자도 사용될 수 있다.

다이클로익미러(106)는 도 5에 나타낸 바와 같은 구조로 되어 있다. 즉, 유전체 색분리면(CP)이 유리기판(106a,106b) 사이에 삽입되어 함께 광학적으로 결합되어 있다. 이 구성에 의하여, 다이클로익미러(106)에 의해 색결합될 반사형 화상표시소자(107-R,107-G)에서 반사된 R, G의 광이 다이클로익미러(106)에 의해 색분리될때, R, G의 광이 통과하는 유리기판내의 광로의 길이가 동일하게 된다. 그 결과, 발생되는 비점 수차(非点收差)량도 같게 된다. 물론, 유리기판(106a,106b)으로서 동일한 유리기판(평행 평판)을 사용함이 바람직하다. 또한, 상기한 바와 같이 다이클로익미러(106)의 색분리면(CP)은 색합성면으로도 작용한다.

상기 구성을 가진 다이클로익미러(106)에서는, 유리기판(106a,106b) 에서의 광의 굴절에 따라 색분리면(CP)에 대한 광의 입사각도가 변화하며, 다이클로익미러(106)의 배치각도가 변화된 경우와 유사한 상태를 나타낸다. 이 변화량은 20°이하이기 때문에, 콘트라스트비를 크게 감소시키는 정도의 영향은 주지 않는다. 물론, 유리기판(106a,106b)에서의 광 굴절을 고려하여 색분리면(CP)에 대한 입사각을 20°이하로 설정함이 바람직하다.

한편, 반사형 화상표시소자(107-B)에서 반사된 B의 광은 투명유리기판(107)을 통해 PBS(105)로 입사된다. 상기 투명유리기판(107)의 두께를 다이클로익미러(106)의 두께(유리기판(106a,106b)의 두께의 합)와 같게 하면, R, G 및 B의 광에 대한 비점 수차량은 서로 같아 진다. 또한, 유리기판(109)의 광로에 대한 배치각도 다이클로익미러(106)의 광로에 대한 배치각과 같은 것이 바람직하다. 상기 비점 수차량이 R, G, B의 광에 대해 동일하게 되어 있다면 다른 구성을 이용할 수 있다.

투영렌즈(108)는 상기 비점 수차를 보상(보정)하도록 설계된다. 상기한 바와 같이, 기판들 사이에 삽입된 색분리면을 갖는 색분리소자를 이용하고 색분리소자를 필요로 하지 않는 반사형 화상표시소자로의 광로상에 색분리소자와 같은 두께의 투명기판을 배치함으로써 R, G, B의 모든 칼라의 광에 대한 비점 수차량을 동일하게 할 수 있다. 따라서, 투영렌즈(108)의 설계를 변경하는 것 만으로 비점 수차를 보상할 수 있게 된다.

이 실시예에서는 삽입 구조의 다이클로익미러(106)를 이용하지만, 필요한 해상도에 따라, 반드시 삽입 구조로 할 필요는 없고, 색분리면이 유리 기판의 표면에 형성된 종래 타입의 다이클로익미러를 이용할 수 있다. 이 경우에, 해상도에 가장 영향을 주는 G의 광에 대한 반사형 화상표시소자(107-G)를 비점 수차가 발생하지 않는 광로에 배치함이 바람직하다. 이와 다르게, 반사형 화상표시소자(107-G)에서 발생된 비점 수차를 보정하도록 투영렌즈를 설계하는 것도 바람직하다. 또한, 투명유리기판(109)도 필요한 해상도에 따라, 반드시 배치할 필요는 없다.

PBS(105)와 투영렌즈(108)의 사이에는 : 편광제어소자(104)와 동일한 특성의 편광제어소자(110); 및 도면의 평면에 대하여 평행한 방향의 편광을 투과시키는 편광판(111)이 배치된다.

PBS(105)측에 투영렌즈(108)와 대향하게 배치된 편광제어소자(110)는 B의 광만의 편광방향을 회전시켜, R, G 및 B의 편광방향을 동일하게 하는 작용을 한다. 편광제어소자(110)로서, 편광제어소자(104)와 동일한 소자를 이용할 수 있다. 또한, 편광제어소자(110)와 투영렌즈(108) 사이에 삽입된 편광판(111)은 편광제어소자(110)로부터의 광중 PBS(105)에 의해 커트되는 광의 리크광을 커트하여, 콘트라스트비를 향상시킨다. 이와 같이, 투영렌즈(108)를 통해 투사되어 표시를 위해 사용되는 R, G 및 B의 모든 광은 동일 편광을 갖게 된다. 상기 광이 편광스크린상에 투영될때, 표시의 콘트라스트비를 향상시킬 수 있다.

PBS(105)와 반사형 화상표시소자(107-R,107-G) 사이 및 PBS(105)와 반사형 화상표시소자(107-B) 사이에는 도 6a 및 6b에 나타낸 바와 같은 특성의 다이클로익미러(112,113)가 삽입되어 있다. 각 반사형 화상표시소자(107-R,107-G,107-B)에 대응하는 광 이외의 광을 커트하도록 작용한다. 다이클로익미러(112,113)에서 반사된 불필요한 광은 PBS(105)를 통해 광원(101)을 향해 되돌아간다. 또한, 도 6a는 R, G의 광을 선택적으로 투과하는 다이클로익미러(112)의 분광특성을 나타내며, 도 6b는 B의 광을 선택적으로 투과하는 다이클로익미러(113)의 분광특성을 나타낸다.

이 실시예에서는, 다이클로익미러(112)를 PBS(105)의 직후에 배치하였지만, R, G의 광을 다이클로익미러(106)에 의해 광을 분리한 후에 대응하는 다이클로익미러를 배치할 수 있다. 이 경우, 반사형 화상표시소자(107-G)에 대응하는 다이클로익미러는 G의 광만을 투과시키고, 반사형 화상표시소자(107-R)에 대응하는 다이클로익미러는 R의 광만을 투과시킨다. 이와 다르게, PBS(105) 및 편광제어소자(104)의 특성에 따라 어느 하나의 다이클로익미러가 배치될 수 있다.

이 실시예에서는, PBS(105)에서 분리된 광로들에 각각 다이클로익미러(112,113)를 배치하였지만, PBS(105) 및 편광제어소자(104)의 특성에 따라 다이클로익미러(112,113)중 어느 하나만을, 또는 아무 것도 배치하지 않을 수 있다.

이 실시예에서는, B와 G의 광의 경계 파장역을 커트하고 R과 G의 광의 경계 파장역을 커트하도록 트리밍필터(102)를 사용하였지만, PBS(105) 및 편광제어소자(104)의 특성, 및 사용될 파장역에 따라 반드시 양쪽의 경계 파장역의 광을 커트할 필요는 없다. 또한, 요구되는 표시성능에 따라 트리밍 필터(102)를 반드시 배치해야 하는 것은 아니다. 또한, 트리밍필터(102)의 배치 위치는 광원으로부터 스크린까지의 광로상의 임의의 위치에 제공될 수 있다.

상기 구성을 갖는 프로젝터(100)는 고콘트라스트비에서 대단히 밝은 화상을 표시할 수 있는 소형의 저가 액정프로젝터이다.

이 실시예에서는, B의 광의 편광방향을 회전시키는 편광제어소자(104, 110)를 이용하지만, 이와 다르게 다른 색의 광의 편광방향이 회전될 수 있고, PBS(105)로 입사하는 색의 광의 p 및 s 편광이 반전될 수 있다.

이 실시예에서는 백색광을 R/G의 광 및 B의 광으로 분리하였지만, G/B의 광 및 R의 광으로 조합을 변경할 수 있다. 이 변경은 편광제어소자(104,110)에 의해 편광 방향이 회전되는 광의 색만을 변경하면 된다.

이 실시예에서는, PBS(105)의 광입사측 및 출사측 양쪽에 편광판과 편광제어소자를 배치하였지만, 광출사측의 편광제어소자(110)와 편광판(111)은 반드시 필요하지 않다.

다음, 도 1에 나타낸 화상표시장치(100)에 의해 제공되는 표시의 품위는 다음과 같이 구조를 변경함에 의해 더욱 개선될 수 있다.

도 7a는 화상표시장치(100)의 PBS(105) 주변의 광학소자의 배치관계를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 7b는 도 7a의 배치관계를 변경한 상태를 개략적으로 나타낸다. 도 7a 및 7b에서는, 간략화를 위해, 색분리용 다이클로익미러(106)를 생략하고, 반사형 화상표시소자(107-R,107-G)중 하나를 반사형 화상표시소자(107) 아래에 도시하고 있다. 참조 부호(107)는 임의의 반사형 화상표시소자로서 언급된 것이다.

화상표시장치(100)와 같이 파장 규제를 위한 다이클로익미러(112, 113)를 각각 대응하는 반사형 화상표시소자(107)와 PBS(105) 사이에 배치한 경우, 예컨대 도 7a에 나타낸 바와 같이, PBS(105)의 광분리면(PP)을 투과해야 할 광(B(p))(B의 P 편광)의 일부가 PBS(105)의 소광비가 불충분하기 때문에 PBS(105)의 광분리면(PP)에서 반사된다. 반사된 광은 다이클로익미러(112)에 입사한다. B 광(B(p))의 P 편광중 불필요한 반사광을 광(B (p)')으로 나타낸다.

광(B(p)')은 상기한 바와 같이 원래 PBS(105)의 광분리면(PP)을 투과하여 대응하는 반사형 화상표시소자(107-B)로 입사한다. 따라서, 상기 광(B(p)')은 다이클로익미러(112)를 투과하도록 허용되지 않고 PBS(105)로 입사한다. PBS(105)로 입사한 광(B(p)')의 대부분은 PBS(105)의 광분리면(PP)을 투과하여 투영렌즈(이 도면에 도시 안됨)로 입사되어, 표시 콘트라스트비를 감소시킨다.

도 7b에 나타낸 배치관계에서는, 다이클로익미러(112,113)의 광규제면이 반사형 화상표시소자(107)의 화상표시면에 대해 경사지게 배치된다. 이 배치에 의해, 다이클로익미러(112)에서 반사된 광(B(p)')은 반사형 화상표시소자(107)에서 반사된 광(표시에 이용되는 광)과 다른 각도로 PBS(105)로 입사된다. 따라서, 도 8에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 투영렌즈(108)에는 콘트라스트비의 저하의 원인이 되는 광(B(p)')만이 입사될 수 없다. 그 결과, PBS(105)의 불완전한 색분리특성에 기인하는 콘트라스트비의 저하를 방지할 수 있다.

통상, 투영형 화상표시장치에 사용되는 투영렌즈(108)의 수광각은 사용되는 화상표시소자의 사이즈에 따라 변화하지만, 대략 3°∼27°(F 넘버 1∼8)의 범위이다. 따라서, 콘트라스트비의 저하의 원인으로 되는 불필요한 광(B(p)')이 다음 방식으로 커트될 수 있다. 도 8을 참조하면, 상기 도면에 파선으로 나타낸 바와 같이 투영렌즈(108)의 수광각보다 큰 각도로 투영렌즈(108)상에 입사되도록, 다이클로익미러(112)의 파장 규제면(통상 유전체다층막)의 반사형 화상표시소자(107)의 화상 표면에 대한 각도(θ)를, 투영렌즈의 수광각에 따라, 약 1.5°∼13.5°의 범위내에서 조절함으로써, 불필요한 광(B(p)')이 커트되어, 효과적으로 콘트라스트비를 향상시킬 수 있다. 더 구체적으로, 다이클로익미러(112)의 파장 규제면을 각도(θ)만큼 경사지게 하면, 반사광은 입사광에 대하여 2θ만큼 경사지게 된다. 따라서, 투영렌즈의 수광각은 2θ이하로 되어야 한다. 이 관계를 고려하여, 투영렌즈의 수광각에 따라 다이클로익미러(112)의 파장 규제면의 반사형 화상표시소자(107)의 화상 표면에 대한 각도(θ)를 조절한다.

PBS(105)의 불완전한 광분리특성에 기인하여 표시 품위가 저하될 수 있다. 도 9를 참조하여 이 현상을 설명한다. 도 9는 화상표시장치(100)에서의 PBS(105)의 주변 광학소자의 배치관계를 개략적으로 나타낸 도면이다. 또한, 간단화를 위해 설명에 불필요한 광학 소자를 생략하고 있다.

도 9에 나타낸 바와 같이, 대응하는 반사형 화상표시소자(107-G)에 입사한 광(G(s))(G의 S 편광)이 반사형 화상표시소자(107-G)에 의해 변조되지 않고 반사되었을 때(통상, 반사형 화상표시소자(107-G)가 흑표시상태인 경우), 다시 PBS(105)로 입사하는 광(G(s))의 대부분은 PBS(105)의 광분리면(PP)에 의해 반사되어 광원(도시 안됨)을 향해 되돌아간다. PBS(105)의 소광비가 완전하지 않기 때문에, 광(G(s))의 일부(G(s)'라고 표기함)는 PBS(105)의 광분리면(PP)을 투과한다. 이 광(G(s)')의 대부분은 편광판(111)에 의해 커트된다. 그러나, 특히, 편광제어소자(110)가 PBS(105)와 편광판(111) 사이에 배치되어 있는 경우, 광(G(s)')의 일부의 편광방향이 편광제어소자(110)에 의해 교란되어, 편광판(111)을 투과함으로써 표시의 콘트라스트비가 저하한다.

또한, 도 33에 나타낸 광학계에서는, 조명광을 R, G, B의 광으로 색분리한 후, PBS(702)로 입사된다. 그러나, 이 실시예의 화상 표시장치(100)에서는, 모든 색의 광이 PBS(105)로 입사되기 때문에, PBS(105)는 R, G, B 색의 모든 파장역에 대하여 높은 소광비가 요구된다. 그러나, 넓은 파장역에 걸쳐 p 편광 및 s 편광의 양쪽에 대하여 높은 소광비를 갖는 PBS(105)를 얻는 것은 곤란하다. 예컨대, s 편광에 대한 특성(반사율)이 양호하게 설계된 경우, p 편광에 대한 특성(투과율)은 저하한다. 즉, 도 10에 나타낸 바와 같은 색분리특성이 얻어진다.

도 10에 나타낸 바와 같이, s 편광에 대하여 높은 특성을 나타내는 PBS를 도 9의 PBS(105)로서 이용하면, 광(G(s)')의 발생을 감소시키게 되어 콘트라스트비를 향상시킬 수 있다.

일반적으로, PBS(105)의 편광분리특성을 p 편광 및 s 편광중 어느 하나에 대하여 최적화할 수 있지만, 다른쪽의 편광에 대한 편광분리특성이 저하되기 때문에, 더 많은 수의 반사형 화상표시소자(통상, R, G, B의 3패널이 사용되기 때문에 2개 이상의 소자)가 배치되어 있는 측의 편광에 대한 PBS(105)의 편광분할특성을 최적화하거나, 또는 보다 시감도가 높은 G의 광에 대응하는 반사형 화상표시소자가 배치되어 있는 편광에 대하여 PBS(105)의 편광분리특성을 최적화하는 것이 더욱 효과적이다.

도 11a 및 11b는 화상표시장치(100)에 대하여 상기한 구조를 적용한 투영형 칼라 화상표시장치(200,300)를 개략적으로 나타낸다.

도 11a의 화상표시장치(200)에서, 다이클로익미러(112,113)는 대응하는 반사형 화상표시소자(107)의 표시면에 대하여 약 5°경사지게 배치되어 있다(즉, 도 8의 θ가 약 5°). 또한, 도 11b의 화상표시장치(300)에서는, 다이클로익미러(112,113)와 거의 같은 기능을 갖는 다이클로익미러(211,212,213)가 각각 대응하는 반사형 화상표시소자(107)의 표시면에 대하여 약 5°경사지게 배치되어 있다.

화상표시장치(200,300)는 투영렌즈(108)로서 F 넘버 3.0(수광각:±9.5°)의 렌즈를 이용하여, 반사형 화상표시소자(107)에 대하여 ±10°의 평행도를 갖는 조명광을 입사하였다.

상기 구조를 채용함으로써, 다이클로익미러(112,113), 또는 다이클로익미러(211,212,213)에서 반사된 불필요한 광이 PBS(105)의 불완전한 편광분리특성에 의해 투영렌즈(108)의 방향으로 출사되더라도, 이 불필요한 광은 도 8에 파선으로 나타낸 바와 같이 투영렌즈(108)를 통과할 수 없기 때문에, 콘트라스트비의 저하가 방지된다. 따라서, 화상표시장치(200,300)는 화상표시장치(100)에 의해 얻어지는 것 보다 더 높은 콘트라스트비의 표시를 실현할 수 있다.

화상표시장치(200,300)에서는, 다이클로익미러(112,113), 및 다이클로익미러(211,212,213)가 경사지게 배치됨으로써 상기 미러들에서 반사된 불필요한 광이 모두 투영렌즈(108)에 의해 커트될 수 있다. 이와 다르게, 다이클로익미러의 경사각을 감소시켜 불필요한 광의 일부가 투영렌즈(108)를 투과하는 구성을 채용하더라도, 화상표시장치(100)보다 높은 콘트라스트비를 얻을 수 있다.

또한, 화상표시장치(200,300)에서는, 도 10에 나타낸 바와 같이 s 편광에 대한 특성(반사율)이 p 편광에 대한 특성(투과율)보다 우수한 PBS(105)를 이용하고 있다. 따라서, PBS(105)의 광분리면(PP)에서 p 편광보다 양호하게 분리된 s 편광이 출사되어, 3개의 반사형 화상표시소자중 반사형 화상표시소자(107G,107R)로 입사된다. 편광분리특성이 뒤떨어지는 p 편광은 반사형 화상표시소자(107B)에만 입사된다. 이 방식으로, PBS(105)의 편광분리특성을 최대한으로 이용함으로써, 콘트라스트비를 저하시키는 광을 더욱 감소시킬 수 있다.

화상표시장치(200,300)에서는, s 편광에 대한 편광분리특성을 최적화한 PBS(105)를 이용하여 2개의 반사형 화상표시소자(107G,107R)를 s 편광측에 배치하였지만, s 편광측에 시감도가 높은 반사형 화상표시소자(107G)만을 배치하더라도 같은 효과가 얻어진다. 또한, p 편광에 대하여 편광분리특성을 최적화한 PBS(105)를 이용하는 경우, PBS(105)의 p 편광측에 2개의 반사형 화상표시소자(107)를 배치한 구성을 채용할 수 있다. 이 경우에, p 편광측에 시감도가 높은 반사형 화상표시소자(107G)만을 배치한 구성을 채용하더라도, 같은 효과가 얻어진다.

화상표시장치(200,300)에서는, 편광제어소자(104)에 의해 B 광의 편광방향을 회전시키지만, 이와 다르게 R, G의 광의 편광방향을 회전시키더라도, PBS(105)에 입사하는 광의 p 편광과 s 편광이 반전될 수있다. 또한, PBS(105)에서 분리된 광로의 양쪽에 다이클로익미러(112,113) 및 다이클로익미러(211,212,213)를 배치하였지만, PBS(105) 및 편광제어소자(104)의 특성에 따라, 상기 다이클로익미러의 수를 감소시킬 수 있다. PBS(105)의 광입사측 및 출사측 양쪽에 편광판과 편광제어소자를 배치하였지만, 광출사측의 편광제어소자(110)와 편광판(111)은 반드시 필요한 것은 아니다.

또한, 화상표시장치(200,300)에서, 색분리면이 2개의 유리기판에 삽입된 색분리소자(106)를 이용하였지만, 필요한 해상도에 따라서는, 반드시 삽입 구조의 색분리소자(106)를 사용할 필요는 없고, 유리기판의 일 표면에 색분리면이 형성된 종래의 색분리소자(106')(예컨대, 도 37 참조)를 사용할 수 있다.

다음, 색분리소자로서 다이클로익프리즘의 구성과 동작을 설명한다.

상기한 바와 같이, 색분리소자로서 평행 평판의 일 표면상에 색분리면을 형성한 종래의 다이클로익미러(106')를 사용하면, 비점 수차를 발생하기 때문에, 상기한 바와 같이 그 비점 수차를 보상하기 위한 특별한 연구(즉, 색분리소자(106) 및 유리기판(109)의 사용)가 필요하게 된다.

또한, 종래의 다이클로익미러(106')등의 평행 평판의 색분리소자를 이용하면, 도 12에 나타낸 바와 같이 색분리면(CP)에 대향하는 유리기판(106a')의 표면에서 반사된 광("고스트 광"이라 함)에 의해 스크린상에 화상이 2중으로 비치는 현상, 소위 고스트 현상이 발생한다.

이 문제를 해결하도록, 도 13a 및 13b에 나타낸 투영형 칼라화상표시장치(400,500)는 프리즘 색분리소자(다이클로익프리즘)(206)를 사용한다. 이 프리즘은 비점 수차를 발생하지 않기 때문에, 도 1에 나타낸 화상표시장치(100)와 같이 특별한 연구를 하지 않고 표시 품위를 향상시킬 수 있다. 다이클로익프리즘(206)은 통상 2개의 삼각주 프리즘을 서로 결합시킨 사각주 프리즘이고, 결합된 면에 유전체 다층막이 형성되어 상기 결합면이 색분리면(CP)으로서 작용한다.

다이클로익프리즘(206)를 이용하면 다음의 점에서 유리하다. 반사형 화상표시소자에서 반사된 광은 다이클로익프리즘(206)에 입사될때 그 표면에서 부분적으로 반사되더라도, 반사형 화상표시소자의 방향으로 되돌아가기 때문에, 스크린에는 입사되지 않는다. 따라서, 다이클로익프리즘(206)의 표면에서 반사된 광에 의해 발생되는 고스트 현상을 방지할 수 있다.

화상표시장치(400)의 다이클로익프리즘(206)은 2개의 직각 삼각주 프리즘을 서로 결합시킨 정사각형주 프리즘으로 되어, 색분리면(CP)에 대한 광 입사각이 45°로서, 비교적 크기 때문에, 편광 의존성이 커지고 색분리의 효율이 낮다. 이 문제는 도 13b의 화상표시장치(500)와 같이, 예컨대 둔각의 2등변 삼각주 프리즘을 서로 결합시킨 평행사변형주 프리즘으로 이루어지는 다이클로익프리즘(206)를 사용하면, 색분리면(CP)에 대한 다이클로익프리즘의 입사각이 45°미만으로 되어, 색분리특성의 편광 의존성을 억제할 수 있다. 이 예에서는, 광입사각이 40°로 되는 다이클로익프리즘(206)을 이용한 결과, 색분리의 효율을 향상시켜, 밝음 및 색순도를 향상시킬 수 있었다.

색분리소자로서 프리즘소자를 이용하는 경우에는, 모든 색의 광에 대해 광로 길이가 같게 되도록 도 13a 및 도 13b에 나타낸 바와 같이 다이클로익프리즘(206)을 포함하지 않는 광로에 유리 블록(209)을 배치하는 것이 바람직하다.

색분리소자로서 다이클로익프리즘을 사용하는 화상표시장치의 구성은 상기 화상표시장치(400,500)로 한정되지 않고, 상기한 구성과 프리즘을 조합함에 의해서도 실현될 수 있다. 다이클로익미러의 위치에 다이클로익프리즘을 사용함에 의해, 상기 다이클로익프리즘의 효과들을 얻을 수 있다.

상기한 바와 같이, 색분리소자로서 삽입 구조를 갖는 다이클로익미러(106) 및 다이클로익프리즘(206)를 이용함이 바람직하지만, 종래의 다이클로익미러(106')를 이용할 수도 있다. 도 14는 다이클로익미러(106')를 사용하는 이 실시예의 다른 투영형 칼라 화상표시장치(100')를 개략적으로 나타낸다.

도 14에 나타낸 화상표시장치(100')는 도 1에 나타낸 화상표시장치(100)의 삽입형 다이클로익미러(106)를 유리기판의 일 표면에 색분리면(CP)을 갖는 종래의 다이클로익미러(106')로 대체한 것이다. 다이클로익미러(106')는 색분리면(CP)이 PBS(105)를 향하도록 배치되어 있다. 또한, 다이클로익미러(106')는 B의 광을 투과하는 것을 이용한다. 또한, 다이클로익미러(106')를 상기와 같이 배치하면, G 또는 R의 색의 광은 노출된 색분리면(CP)에서 반사되기 때문에, 이들의 색의 광에서는 비점 수차가 발생하지 않는다. 따라서, 이 경우에, 도 1의 화상표시장치(100)에서 투명기판(109)은 제공되지 않는다.

화상표시장치(100')에서는 B의 광에 대하여 비점 수차가 발생하지만, R 및 G의 광과 합성되어, 스크린상에 투영된 화상의 해상도에는 거의 영향을 미치지 않는다. 이는 B의 광에 대한 인간의 눈의 시감도는 R 및 G의 광에 대한 시감도보다 낮기 때문에, 투영된 표시의 화상의 해상도는 R 및 G의 화상의 해상도가 지배적이기 때문이다.

다이클로익미러(106')의 색분리면(CP)을 PBS(105)측을 향하여 또한 시감도가 가장 낮은 B의 광이 색분리면(CP)을 투과하는 구성을 채용함으로써, 스크린상에서의 고스트의 발생을 거의 인식할 수 없는 정도로 억제할 수 있다.

도 14에 나타낸 배치에 따르면, 반사형 화상표시소자(107-R,107-G)에서 반사된 광은 직접 색분리면(CP)에서 반사되기 때문에, 고스트는 발생하지않는다. 반사형 화상표시소자(107-B)에서 반사된 광은 투명기판의 색분리면(CP)이 형성되어 있지 않은 면에서 반사되지만, 이 반사광은 투영렌즈로 입사하지 않는다. 또한, 색분리면(CP)에 도달한 B의 광의 대부분은 색분리면(CP)을 투과한다. 색분리면(CP)의 특성에 의해, B의 색의 광의 일부가 반사되고 이 반사된 광의 일부가 투명기판의 색분리면(CP)에 대향하는 쪽의 면에서 다시 반사되어, 고스트를 발생시킨다. 그러나, 이 고스트는 색분리면(CP)이 반사형 화상표시소자(107)측을 향하도록 배치된 도 12의 구성에서 발생하는 고스트에 비하면 지극히 약한 정도이다. 물론, 색분리면(CP)이 시감도가 가장 낮은 B의 광을 투과하는 구성을 채용하는 것이 고스트의 발생을 억제하기 위해서 바람직하지만, 다른 색의 광을 투과하는 구성을 채용하더라도, 도 12에 나타낸 구성보다, 고스트의 발생은 억제된다.

또한, B의 광이 다이클로익미러(106')를 투과하는 구성보다 효과는 낮지만, 필요로 하는 화질에 따라서는, B의 광 다음으로 시감도가 낮은 R의 광이 다이클로익미러(106')를 투과하는 구성을 채용할 수 있다.

화상표시장치(100')에서는, B 및 G의 광을 PBS(105)로 반사시키는구성을 채용하였지만, 이와 다르게 B 및 R의 광을 반사시킬 수 있다. 또한, B 및 G의 광 또는 B 및 R의 광이 PBS(105)를 투과하는 구성을 채용할 수 있다.

따라서, 상기한 바와 같이, 종래의 다이클로익미러(106')를 투명기판의 일 표면에 형성된 색분리면(CP)이 PBS(105)의 방향을 향하도록 배치함으로써, 고스트의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 시감도가 가장 낮은 B의 광을 투과하도록 다이클로익미러(106')를 구성함에 따라 고스트의 발생을 더욱 억제할 수 있고, 비점 수차에 의한 해상도의 저하도 억제할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, PBS로 입사하는 R, G 및 B중 하나를 다른 것들과 편광방향을 다르게 함에 의해, PBS와 다이클로익미러에 의해 색분리를 할 수 있기 때문에, 소형의 저가 화상표시장치(예컨대, 액정프로젝터)가 실현된다.

R, G 및 B의 광에서 편광방향이 같은 2색의 광중 하나를 G의 광으로 함으로써, 사용가능한 광의 대역이 확대되고, 따라서 밝음 및 색순도를 증가시킬 수 있다.

또한, 색분리용의 다이클로익미러의 색분리면을 유리기판에 의해 삽입하는 구조로 하여, 색분리를 필요로 하지 않는 쪽의 광로상에 투명기판을 배치한다. 이 구성에 의해, 모든 반사형 화상표시소자에서 발생하는 비점 수차량이 같게 되어, 투영렌즈로 수차를 보정할 수 있기 때문에, 고해상도의 화상을 실현할 수 있다.

s 편광과 p 편광이 혼재하는 파장역의 광 및 각 반사형 화상표시소자에 대응하는 광이외의 광을 커트하는 파장규제소자를 제공함에 의해, R, G 및 B의 색순도 및 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.

파장규제소자의 파장 규제면을 반사형 화상표시소자의 화상표시면에 대하여 경사지게 배치함으로써, 콘트라스트비를 향상시킬 수 있다.

프리즘 색분리소자를 이용하면, 표시품위를 향상시킬 수 있다.

편광분리특성이 p 편광 및 s 편광중 어느 하나에 대하여 최적화된 광분리소자를 이용함으로써, G의 색의 광이 최적화된 편광으로서 분리되거나, 또는 2개 이상의 반사형 화상표시소자를 최적화된 편광에 대응하도록 배치함으로써, 더욱 표시품위를 향상시킬 수 있다.

실시예 2

본 발명의 실시예 2의 화상표시장치의 조명광학계는 빨강, 초록, 파랑의 3원색의 광을 2개의 광의 그룹으로 분할하여, 2개의 그룹의 색의 광을 시분할로 순차 절환하고, 또한 3원색의 광중 2색의 광의 편광방향을 다른 1색의 광의 편광방향과 다르게 출사한다. 조명광학계에서 출사된 광은 광분리소자(편광 분리소자라고도 함)로 입사되어, 그 편광방향에 따라 분리된다. 상기 분리된 광은 복수의 반사형 화상표시소자에 의해 변조되어, 투영광학계에 의해 투영표시된다.

실시예 2의 화상표시장치에 의하면 다음 점에서 유리하다. 지금까지 R, G, B의 단색을 시분할로 표시했기 때문에, 밝음이 3개의 화상표시소자를 이용하는 방식에 비해 1/3로 감소됨에 대하여, 이 실시예에서는 R, G, B중 2색을 포함하는 2개의 다른 색의 광그룹을 이용하기 때문에, 항상 3원색중 2색이 사용될 수 있고, 시스템 사이즈를 크게 하지 않고 밝기를 비약적으로 향상시킬 수 있다.

이 방법에서는, 상기한 바와 같이 2색을 포함하는 2개의 다른 색의 광그룹을 순차 절환시켜 표시하고 있기 때문에, 2개의 광그룹들 사이에서 색브레이킹이 발생하지만, 종래와 같이 3원색으로 분리되어 보이는 것이 아니라, 2색으로 분리되어 인식된다. 또한, 각 색의 광그룹에는 R, G, B중 2색이 포함되어 있기 때문에, 인간에게는 색브레이킹 현상이 크게 완화되어 나타난다.

조명광학계는 : 3원색의 광을 출사하는 광원; 광원에서 출사된 3원색의 광중 2색을 포함하는 2개의 다른 그룹의 색의 광을 순차 절환하는 색절환소자; 및 상기 2개의 다른 그룹의 색의 광에 공통으로 포함된 색의 광의 편광방향 또는 상기 공통의 색의 광이외의 2색의 광의 편광방향을 변환시키는 제 1 편광제어소자를 포함한다. 상기 구성에 의해 대응하는 반사형 화상표시소자에 소정의 색의 광이 효과적으로 입사될 수 있고 따라서 밝음을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 종래의 방법에서는 도 39에 나타낸 회전칼라필터(393)를 이용하며, R, G, B의 광을 투과하는 3개의 영역(393a,393b,393c)으로 분할하였다. 그러나, 이 실시예의 방법에서는, 도 16a에 나타낸 바와 같이, 회전칼라필터(303)가 2개의 다른 색의 광그룹(예컨대, 마젠타 및 시안)으로 2개의 영역(303a,303b)으로 분할된다. 이로써 반사형 화상표시소자의 응답속도에 대한 요구가 도 39에 도시된 종래의 방법에 비해 기본적으로 1.5배 완화된다. 또한, 2개의 색의 광그룹에 공통으로 포함되는 색의 광은 항상 하나의 반사형 화상표시소자로 입사되기 때문에, 이 색의 광에 대응하는 반사형 화상표시소자의 응답속도에 대한 요구는 종래의 3패널 타입의 경우와 동일하다. 즉, 종래의 필드 시퀀셜 방식의 프로젝터에 비해 3배의 밝음이 실현된다.

제 1 편광제어소자는 실시예 1과 유사한 소자를 이용할 수 있다. 예컨대, 미국 특허 제 5,751,384호에 개시된 소자를 이용할 수 있다.

이와 다르게, 조명광학계는 : 3원색의 광을 출사하는 광원; 광원에서 출사된 3원색의 광중 2색을 포함하는 색의 광그룹 및 다른 1색의 광을 시분할로 순차 절환하는 색절환소자; 및 2색을 포함하는 광그룹에 포함되는 하나의 색의 광의 편광방향 또는 다른 1색의 광의 편광방향을 변환시키는 제 1 편광제어소자를 포함한다. 상기 구성에서, 광분리소자에 입사하는 색의 광을 색절환소자가 절환할 때 마다, 그 결과의 색의 광이 대응하는 반사형 화상표시소자에 조사될 때와 조사되지 않을 때가 반복된다. 상기 대응하는 반사형 화상표시소자에 광이 조사되지 않는 기간을 이용하여 상기 반사형 화상표시소자에 화상신호를 기입할 수 있다. 상기 광이 조사되면, 기입된 화상 신호에 따라 광의 편광방향을 변조할 수 있다.

예컨대, 액정패널을 이용한 종래의 필드 시퀀셜 방식에서는, 액정 재료에 전계를 인가하고 나서 액정분자가 완전히 반응할때 까지의 기간(액정의 응답시간)에는 광을 이용할 수 없었다(이하, 블랭킹 타임이라 함). 본 실시예에서는, 상기한 바와 같이 광의 비조사시간을 이용하여 화상신호를 기입할 수 있기 때문에, 상기 블랭킹 시간을 제거할 수 있다. 이로써 광의 이용효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

광분리소자의 투영광학계측에 제 1 편광제어소자와 동일한 기능을 갖는 제 2 편광제어소자가 제공되어, 다른 편광방향을 갖는 광의 편광방향을 동일하게 할 수 있다. 편광방향을 동일하게 함에 의해, 표시광을 투영하도록 편광 스크린을 이용할 수 있다. 이로써 밝은 조명하에서도 높은 콘트라스트비의 표시가 실현된다. 편광스크린은 스크린면에 편광판이 결합되어 있고, 랜덤한 편광으로 입사한 광의 절반을 커트한다. 상기 편광판의 투과축과 프로젝터에서 출사된 광의 편광방향을 일치시키도록 상기 편광 스크린이 배열될 수 있다. 이 배열에 의해, 프로젝터에서의 입사광은 거의 커트되지 않기 때문에 외광의 영향을 반감할 수 있다. 따라서, 높은 콘트라스트비를 유지할 수 있다.

제 1 편광 제어 소자의 광입사측의 광로상에 한 방향의 편광만을 투과하는 편광 선택 소자를 갖는 구성을 채용하면, 제 1 편광 제어 소자에 직선 편광이 입사되기 때문에 제 1 편광 제어 소자 및 광분리 소자에 의해 효과적으로 색분리 및/또는 편광 분리될 수 있으므로 밝고, 콘트라스트비가 높은 화상을 실현할 수 있다.

제 2 편광 제어 소자의 광출사측의 광로상에 한 방향의 편광만을 투과하는 편광 선택 소자를 갖는 구성을 채용하면, 본래 광분리 소자에 의해 광원 방향이된 광이 광분리 소자를 통과하더라도 편광 선택 소자로 커트 되기 때문에 콘트라스트비 저하가 억제되어 콘트라스트비가 높은 화상을 실현할 수 있다.

색절환 소자가 두 개의 다른 그룹의 색광에 포함된 보통의 색광 이외의 2색 광성분 중 강도가 약한 광성분을 포함하는 그룹의 색광을 다른 쪽 광을 포함하는 그룹의 색광 보다 긴 기간에 걸쳐 선택하는 구성을 채용하면 예컨대, 발광 스펙트럼의 강도 분포에 기울기가 있는 광원 (예컨대, 금속 할라이드 램프나 할로겐 램프)을 사용하더라도 발광 강도가 약한 파장의 광 (색광)의 광량을 상대적으로 늘릴 수 있기 때문에 화이트 밸런스를 개선할 수 있다.

종래, 화이트 밸런스를 중시하는 AV용 프로젝터에서 발광 강도가 강한 색광을 감광하여 화이트 밸런스 조정을 했기 때문에 휘도를 크게 저하시켰지만, 본 발명에서는 휘도의 저하가 최소로 되기 때문에 AV용 프로젝터에 대단히 유리하다.

색절환 소자에 의해 선택된 두 개의 다른 그룹의 색광 중 한편에만 녹색 광성분이 포함되고 있고, 색절환 소자가 녹색 광성분을 포함하는 그룹의 색광을 다른 쪽 그룹의 색광보다 긴 기간에 걸쳐 선택하는 구성을 채용하면, 시감도가 높고 휘도에 큰 영향을 미치게 하는 녹색 광성분의 광량을 증가시킬 수 있기 때문에 휘도를 향상시킬 수 있다. 이에 의해 화이트 밸런스가 어긋난 경우에도 데이터 프로젝션용으로 사용한 경우, 화이트 밸런스는 중요하지 않기 때문에 큰 문제가 되지 않는다.

상기 색절환 소자에 의한 색광 선택 방법은 색절환 소자가 3원색 광성분 중에서 가장 강도가 약한 광성분이 2색을 포함한 색광 그룹 또는 다른 1색 광성분 중 보다 긴 기간에 걸쳐 선택된 쪽에 포함되도록 상기 2색을 포함한 색광 그룹 및 다른 1색 광성분을 선택하는 구성에서도 동일하게 적용되어 동일한 작용·효과가 얻어진다.

또한, 색절환 소자가 소정의 기간에 걸쳐 R, G, B의 3원색 광성분을 동시에 선택하는 구성 (예컨대, 투명한 영역을 갖는 회전 칼라 필터)을 채용하면, 스크린 상에서 백색을 표시할 때 휘도를 향상시킬 수 있다.

두 개의 반사형 화상 표시 소자를 사용하여 실시예 2의 화상 표시 장치를 구성하고, 하나의 소자를 3원색 광 중의 1색 광에 대응시키고, 다른 소자를 나머지 2색 광에 대응되도록 배치하는 구성을 채용하면, 종래 방식에서 R, G, B 색광을 하나씩 표시하는 것에 비해 2색 광을 동시에 이용할 수 있기 때문에 휘도를 매우 향상시킬 수 있다.

또한 조명 광학계와 투영 광학계 사이의 광로상에 파장 규제 소자 (예컨대, 트리밍 필터)를 삽입함으로써 본래 반사형 화상 표시 소자에 조사되어서는 안되는 색광 성분 및 편광 방향의 광성분을 규제할 수 있기 때문에 색 순도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 콘트라스트비 저하를 막을 수 있다.

실제로, 편광 제어 소자는 도 26에 나타낸 바와 같이 R 및 G 광성분의 일부 편광이 분배되어 B 광성분에 섞이고, B 광성분도 완전히 편광 방향으로 회전하지 않아 일부가 R 및 G 광성분에 섞인다. 따라서, 경계 부분의 파장역은 편광 상태가 섞이게 된다.

광분리 소자도 편광 방향에 따라 광을 완전히 분리할 수 없기 때문에 색이 혼합되고 또한 편광 방향도 혼합됨으로써 콘트라스트비가 저하한다.

따라서, 광분리 소자 및 각각의 반사형 화상 표시 소자 사이에 반사형 화상표시 소자로 표시된 파장역의 광성분 (색광 성분)을 선택적으로 투과시켜 파장 규제 소자를 삽입함으로써 색순도를 향상할 수 있을 뿐만 아니라 불필요한 광성분에 의한 콘트라스트비 저하를 막을 수 있다. 파장 규제 소자는 광분리 소자 및 하나 이상의 반사형 화상 표시 소자 사이에 설치하면, 상기 효과를 얻을 수 있지만 광분리 소자 및 각각의 반사형 화상 표시 소자 사이에 설치하는 것이 바람직하다.

파장 규제 소자는 광분리 소자 및 복수의 반사형 표시 소자 중 두 개의 다른 그룹의 색광에 공통하는 색광 성분이 입사하는 반사형 화상 표시 소자 사이에 배치되어, 공통하는 색광을 선택적으로 투과하는 구성을 채용하면, 각각의 반사형 화상 표시 소자 전부에 파장 규제 소자를 삽입하지 않더라도 효과적으로 색순도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 불필요한 광성분에 의한 콘트라스트비 저하를 막을 수 있다.

또한, 편광 제어 소자에 의해 편광 방향이 변환된 광성분 및 그 이외 광성분의 경계 파장역의 광성분을 커트하는 파장 규제 소자를 이용함에 따라 콘트라스트비를 향상시킬 뿐만 아니라 색순도를 향상시킨다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예 2를 구체적으로 설명한다. 또, 이하의 도면에서는 실시예 1의 화상 표시 장치의 구성 요소와 실질적으로 동일한 기능을 갖는 구성 요소는 공통 참조 부호에 의해 나타낸다.

도 15는 본 발명의 실시예 2의 투영형 칼라 화상 표시 장치(700) 개략도이다.

화상 표시 장치(700)는 적색, 녹색 및 청색의 3원색 광을 두 개의 색광 그룹으로 나누고, 두 개의 색의 색광을 시분할로 순차적으로 바꾸며, 또한 3원색 광성분 중 2색 광성분의 편광 방향을 다른 1색 광성분의 편광 방향과 상이하게 하여 출사한다. 조명 광학계(700a) 및 조명 광학계(700a)에서 출사된 광을 편광 방향에 따라 분리하는 광분리 소자로서의 PBS(105)와 PBS(105)로 분리된 광을 변조하는 반사형 화상 표시 소자(107-1) 및 (107-2), 반사형 화상 표시 소자(107-1) 및 (107-2)로 변조된 광을 투영하는 투영 광학계 (투영 렌즈)(108)를 갖는다.

조명 광학계(700a)는 백색 광원(101), 색절환 소자로서의 회전 칼라 필터(303), 편광 선택 소자로서의 편광판(103) 및 편광 제어 소자(104)를 갖고 있다.

본 발명의 실시예 2에서는 광원(101)로서 120W, 아크 장 1.4㎜의 필립스사제의 UHP 램프 (고압 수은 램프)를 사용하였다. 광원은 이 밖에 할로겐 램프나 크세논 램프, 금속 할로겐 램프를 사용할 수 있다. 광원(101)의 배면에는 광원으로부터의 광을 제 2 초점에 집광 시키기 위한 타원 거울(302)이 배치되어 있다. 타원거울(302)의 제 2 초점 근방에는 도 16a에 나타낸 바와 같이, 시안 (B 및 G 성분을 포함하는 색) 및 마젠 (B, R의 성분을 포함하는 색) 광성분을 투과하는 영역(303a) 및 (303b)를 갖는 회전 칼라 필터(303)가 배치되어 있고, 그 전방 (출사측)에는 유리 막대(304)가 배치되어 있다. 이 유리 막대(304)는 내부에서 광을 반사시켜 광을 전달하기 때문에 광출사면이 후술하는 반사형 액정 표시 소자(107)에 대략 맞추어지도록 배치되어 있다.

유리 막대(304)의 광출사면에는 유리 막대(304) 내부에서 광이 전반사를 되풀이하기 때문에 조도 분포가 대개 균일하게 되어 있다. 이에 따라 반사형 액정 표시 소자(107)에 입사하는 광의 조도 분포를 개선할 수 있다. 유리 막대(304)를 출사한 광은 조명 렌즈(305)와 필드 렌즈(306)에 입사하여 거의 평행광이 된 후, 편광판(103)에 입사한다. 편광판(103)에서는 지면에 대해 수직 방향의 광성분만을 투과하여 편광 제어 소자(104)에 입사된다.

편광 제어 소자(104)는 실시예 1에 상술한 바와 같이 도 2에 나타낸 바와 같은 특성을 갖고 있다. 즉, 입사광 중 B 광성분 만이 편광 방향을 지면에 대해 평행한 방향으로 회전하고, PBS(105)에 입사시킨다. 도 2에서, 실선은 도 3에 나타낸 광학계에서 PBS(105)의 광분리면 PP에서 반사된 광의 특성이고, 파선은 PBS(105)의 광분리면 PP을 투과한 광의 특성이다.

본 발명의 실시예 2의 화상 표시 장치에서도 편광 제어 소자(104)로서 미국특허 제5,751,384호에 개시되어 있는 소자를 사용하였다. 본 발명의 실시예에서는 편광 제어 소자(104)로서 상기 소자를 사용했지만, 같은 기능을 갖는 것이면 어떠한 것이라도 이용할 수 있고, 예컨대 콜레스테릭 액정을 사용해도 좋다.

편광 제어 소자(104)를 출사한 광이 PBS(105)에 입사하면 R 및 G 광성분은 PBS(105)에 대해 S 편광이 되기 때문에 반사되고, B 광성분은 P 편광이 되기 때문에 투과한다. PBS(105)를 투과·반사한 광은 각각에 대응하는 반사형 액정 소자 (107-1) 및 (107-2)에 입사하여 화상 신호에 합쳐져 변조된 후, 두 번째 PBS(105)로 향해 반사되고, 편광 방향이 변조된 광성분만이 투영 광학계(108)에 입사하여 스크린에 투영된다. 반사형 화상 표시 소자(107)는 예컨대, 0.9형 XGA 패널에서, 응답 속도 2msec∼3msec의 네마틱 액정을 사용한 액정 표시 소자를 사용한다. 액정 모드는 상기 외에 강유전 액정 등 응답 속도가 비교적 빠른 것이면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다.

이 때, 시안과 마젠타 투과역을 갖는 회전 칼라 필터(303)는 1/60초로 회전하고 있기 때문에 시안, 마젠타 각각에 할당된 시간은 약 8msec 정도이고, 이때마다 색이 바뀐다. 이 중에서 두 개의 색광에 공통하는 B 광성분은 회전 칼라 필터(303)의 회전에 관계없이 항상 PBS(105)를 투과하여 반사형 액정 소자(107-2)에 입사한다. 한편, 시안, 마젠타로부터 B 광을 빼면 R, G 광이 된다. 이 R, G 광은 상기 속도에서 순차 바뀌어 반사형 액정 소자(107-1)에 입사한다. 이런 방법으로 회전 칼라 필터(303)가 한번 회전함으로써 R, G, B 광이 반사형 액정 소자(107)에 의해 변조된다.

본 발명의 실시예에서는 회전 칼라 필터(303)를 1/60초로 회전시키지만, 2배속이나 그 이상의 속도여도 좋다. 이 때, 회전 칼라 필터(303)의 회전 속도를 올리는 대신 예컨대, 도 16b에 나타낸 바와 같이 4분할 (두 개의 마젠타 영역 303a'와 두 개의 시안 영역 303b'이 교대로 배치됨) 칼라 프린터(303')을 사용하여 분할수를 많게 해도 같은 효과가 얻어진다.

PBS(105)와 투영 렌즈(108) 사이에는 편광 제어 소자(110)와 편광판(111)이 배치되어 있다. 편광 제어 소자(110)는 편광 제어 소자(104)와 동일한 것을 사용하고, B 광성분만 편광 방향을 회전하여, R, G, B 광성분의 편광 방향을 평행하게 한다. 편광판(111)은 편광 제어 소자(110)로부터 출사한 광 중 PBS(105)에 의해 본래 커트되어야 하는 광 중 누설 광성분을 커트함으로써 콘트라스트비 (C.R.)를 향상시킨다. 상기 구성에 의해 프로젝터를 구성한 바, 종래 단판식의 필드 시??셜 방식에 비해 휘도를 약 1.5배로 향상시킬 수 있었다.

본 발명의 실시예에서는 B 광빔 성분의 편광을 회전시키는 편광 제어 소자(104,110)를 사용하지만 R 및 G 광성분의 편광 방향을 회전시켜도 좋고, PBS(105)에 입사하는 색광 성분의 P- 및 S-편광이 반전해도 좋다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 백색 광을 R/G 광 및 B 광으로 분리하였지만, G/B 광 및 R 광 등 모든 조합이 가능하다. 이 경우, 편광 제어 소자(104,110)에 의해 회전되는 편광 방향의 색광을 바꾸기만 해도 좋다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 PBS(105)의 광입사측 및 출사측 양쪽에 편광판과 편광 제어 소자를 배치하였지만, 광출사측의 편광판(111)과 편광 제어 소자(110)는 반드시 필요한 것은 아니다.

화상 표시 장치(700)의 회전 칼라 필터(303) 대신 도 17a 및 도 17b에 나타낸 회전 칼라 필터(313) 및 (323)을 사용할 수 있다. 도 17a에 나타낸 회전 칼라 필터(313)는 마젠타 영역(313a)를 시안 영역(313b) 보다 10% 정도 크게 한 회전 칼라 필터이다. 도 17b에 나타낸 회전 칼라 필터(323)는 마젠타 영역(323a) 및 황색 (R 및 G 성분을 포함하는 색) 영역(323b)를 갖는다. 마젠타 및 황색 영역을 갖는 회전 칼라 필터(323)를 사용한 경우 편광 제어 소자(104, 110)로서 도 18에 나타낸 특성을 갖는 R 편광 방향만 회전하는 편광 제어 소자를 사용했다. 편광 제어 소자(104, 110)는 이밖에 G 또는 B 광성분만 편광 방향을 회전시키는 것을 사용할 수 있다.

도 17a의 회전 칼라 필터(313)는 R를 포함하는 마젠타 영역이 도 16a나 도16b에 나타낸 회전 칼라 필터(303)나 (303')보다 크기 때문에 마젠타 광성분이 시안 광성분보다 긴 기간에 걸쳐 선택된다. 따라서, 발광 강도가 약한 R 광성분의 광량을 실질적으로 증가시킬 수 있다. 마젠타 영역의 크기는 사용하는 광원의 발광 스펙트럼 강도 분포에 따라 알맞게 변경될 수 있다.

도 17b의 회전 칼라 필터(323)를 사용한 경우, R은 마젠타 또는 황색 영역에 보통 포함되어 있기 때문에 회전 칼라 필터(323) 색 영역의 면적 및 회전 속도에 관계없이 R 색성분은 항상 반사형 액정 표시 소자(107)에 조사된다. 이는 도 17a와 동일하게 R 광성분의 광량을 실질적으로 증가시킬 수 있다.

본 발명의 실시예 2에 사용된 필립스사제의 UHP 램프는 R 발광 강도가 약하고, 화이트 밸런스가 나쁘기 때문에 상기 특성을 갖는 회전 칼라 필터(313)나 (323)를 사용하는 것보다 양호한 화이트 밸런스를 얻을 수 있다. 본 발명의 회전 칼라 필터(313, 323)를 사용하여 프로젝터를 구성한 바, 회전 칼라 필터(303) 또는 (303')을 사용한 프로젝터에 비해 휘도를 크게 저하시키는 일 없이, AV용 프로젝터로서 대단히 양호한 화이트 밸런스를 얻을 수 있다.

R의 발광 강도가 약한 UHP 램프를 사용했지만 R, G, B 광성분의 발광 강도가 다른 램프를 사용한 경우에는 회전 칼라 필터의 발광 강도가 약한 색이 포함되어 있는 색광에 해당하는 영역을 크게 하든지 또는 다른 두 개의 색광 그룹에 보통 포함되는 색을 발광 강도가 약한 색광으로 함으로써 동일한 효과를 얻을 수 있다. 예컨대, 할로겐 램프를 사용한 경우는 상기 UHP 램프와 달리 R 광성분이 강한 반면, B 색성분이 약하기 때문에 B가 포함되어 있는 색광의 영역을 크게 하든지 마젠타와 시안과 같이 B를 다른 두 개의 색광에 보통 포함된 색으로 하면 좋다.

또한 화상 표시 장치(700)의 회전 칼라 필터(303) 대신 도 19a 및 도 19b에 나타낸 회전 칼라 필터(333) 및 (343)을 사용할 수 있다. 도 19a에 나타낸 회전 칼라 필터(333)는 시안 영역(333a)을 마젠타 영역(333b) 보다 10% 정도 크게한 회전 칼라 필터이다. 도 19b에 나타낸 회전 칼라 필터(343)는 시안 영역(343a) 및 황색 (R 및 G의 성분을 포함하는 광) 영역(343b)를 갖는다. 시안 및 황색 영역을 갖는 회전 칼라 필터(343)를 사용한 경우는 편광 제어 소자(104, 110)로서 도 20에 나타낸 특성을 갖는 G 광성분의 편광 방향만 회전하는 편광 제어 소자를 사용했다. 편광 제어 소자(104) 및 (110)는 이밖에 R 및 B 광성분만의 편광방향을 회전하는 것도 사용할 수 있다.

도 19a에 나타낸 회전 칼라 필터(333)를 사용한 경우는 시감도가 높은 G 광성분을 포함하는 시안 광의 광량을 실질적으로 증가시킬 수 있기 때문에 휘도를 향상시킬 수 있다. 또한, 도 19b에 나타낸 회전 칼라 필터(343)를 사용한 경우 G는 시안 및 황색 영역에 보통 포함되어 있기 때문에 회전 칼라 필터(343)의 색 영역 면적이나 회전 속도에 관계없이 항상 반사형 액정 표시 소자(107-2)에 조사되어 도 19a와 동일하게 G 광의 광량을 실질적으로 증가시킬 수 있다. 상기 2종류의 회전 칼라 필터(333) 또는 (343)을 사용한 바, 회전 칼라 필터(303) (또는 303')을 사용한 프로젝터에 비해 도 19a의 회전 칼라 필터(333)를 사용한 경우에는 약 1.2배, 도 19b의 회전 칼라 필터(343)를 사용한 경우에는 약 1.5배의 휘도를 향상시킬 수 있다. G를 강하게 함으로써 화이트 밸런스가 G 쪽으로 어긋나지만 데이터 프로젝션용으로서는 충분히 사용할 수 있는 범위이다.

또한, 화상 표시 장치(700)의 회전 칼라 필터(303) 대신 도 21에 나타낸 회전 칼라 필터(353)를 사용할 수 있다. 회전 칼라 필터(353)는 마젠타 영역(353a), 시안 영역(353b) 및 투명 영역(353c)을 갖고 있다. 백색광을 투과하는 투명 영역(353c)의 면적은 예컨대, 전체 면적의 약 15% 이다.

회전 칼라 필터(353)에서, 칼라 표시를 하는 경우 마젠타 영역(353a)와시안 영역(353b)를 사용하고, 백색 표시하는 경우는 또한 투명 영역(353c)을 통과하는 광을 이용한다. 투명 영역(353c)은 R, G, B 광성분의 모든 광을 투과하기 때문에 휘도를 향상시킬 수 있다. 이 회전 필터(353)를 사용한 바, 화이트 밸런스나 R, G, B의 색순도를 변화시키지 않고 회전 칼라 필터(303) (또는 303')을 사용한 프로젝터에 비해 약 1.2배의 휘도 향상을 실현할 수 있었다. 회전 칼라 필터에 투명 영역을 마련하는 방식은 예시한 다른 회전 칼라 필터(313, 323) 및 (343)에 적용할 수 있다. 회전 칼라 필터(353)는 마젠타 영역(353a) 및 시안 영역(353b)을 갖지만, 마젠타 및 황색 등 R, G, B의 3 원색 중 2 가지 다른 색 그룹을 포함하는 다른 색광과의 조합도 좋다.

도 22는 본 발명에 의한 실시예 2의 다른 투영형 칼라 화상 표시 장치(800)의 개략도를 나타낸다.

화상 표시 장치(800)는 도 23에 나타낸 바와 같이 R 영역(363a) 및 시안 영역(363b)를 갖는 회전 칼라 필터(363)를 사용하고 있다. 회전 칼라 필터는 이밖에 마젠타 영역, G 영역, 황색 영역 및 B 영역을 갖는 것을 사용해도 좋다. 또한, 이들 색광 영역의 크기는 목적에 따라 조절될 수 있다. 또한, 상술한 회전 칼라 필터(353)와 같이 R, G, B 광성분의 모든 광을 투과하는 투과 영역(353c)을 갖는 회전 칼라 필터를 사용해도 좋다.

편광판(103)은 편광 방향이 지면에 대해 수직 방향인 편광만을 투과하고 편광 제어 소자(104)에 입사시킨다. 편광 제어 소자(104)는 상술한 바와 같은 기능을 갖고 있으며 입사광 중 R 광성분의 광만 편광 방향을 지면에 대하여 평행 방향으로 회전하고 PBS(105)에 입사시킨다. 편광 제어 소자(104)를 출사한 광이 PBS(105)에 입사하면 B, G 광성분은 PBS(105)에 대해 S 편광이 되기 때문에 반사된다. 이어, 다이크로익 미러(106)에 의해 B 광은 반사되어 반사형 액정 소자(107-1)에 입사하고, G 광은 다이크로익 미러(106)를 투과하여 반사형 액정 소자(107-2)에 입사한다. 한편, R 광성분은 P 편광이 되기 때문에 PBS(105)를 투과하여 반사형 액정 소자(107-3)에 입사한다.

반사형 액정 소자(107-1, 107-2, 107-3)에 화상 신호가 합쳐져 변조된 R, G, B 광은 다시 PBS(105)로 향해 반사되고 편광 방향이 변조된 광성분만 투영 렌즈(108)에 입사하여 스크린에 투영된다. 반사형 액정 소자(107) 0.9형 XGA 패널에서 응답 속도 6 msec의 네마틱 액정을 사용하였다. 이 때, R 광성분 및 시안 (B와 G로 구성된 색광) 광은 회전 칼라 필터(363)에서 시분할로 PBS(105)에 입사되기 때문에 예컨대, 필드 1 (회전 칼라 필터 363의 시안 영역 363b)에서는 B 및 G 성분이 반사형 액정 소자(107-1)와 (107-2)에 입사하고, 필드 2 (R 영역 363a)에서는 R 광성분이 반사형 액정 소자(107-3)에 입사한다. 여기서, 필드 1은 반사형 액정 소자(107-3)에 R 광성분이 입사하지 않기 때문에 미리 이 시간 내에 다음 필드 2로 표시하는 화상 신호를 반사형 액정 소자(107-3)에 기입할 수 있다.

반사형 액정 소자(107-1, 107-2)에 관해서도 동일하게 필드 2로 B, G 광성분에 대응하는 화상 신호를 기입할 수 있다. 본 발명의 실시예 2는 회전 칼라 필터(363)를 1/60초로 회전시켰기 때문에 필드 1와 필드 2에 할당된 시간은 약 8msec 정도로 이 시간 마다 색이 바뀐다. 따라서, 8msec 보다 응답 속도가 빠른 (응답 시간이 짧음)액정 재료를 사용하면 블랭크 시간이 없고 화상 표시가 가능하기 때문에 휘도를 향상시킬 수 있다.

화상 표시 장치(800)는 회전 칼라 필터(363)를 1/60초로 회전시켰지만 2배속 또는 그 이상의 속도로 해도 좋다. 이 때, 회전 칼라 필터(363)의 회전 속도를 올리는 대신, 칼라 필터의 분할수를 많게 해도 동일한 효과가 얻어진다. 또한, 액정 재료의 응답시간이 각 필드에 할당된 시간 보다 느리더라도 블랭크 시간을 짧게 할 수가 있기 때문에 휘도 향상의 효과가 있다.

화상 표시 장치(800)는 3장의 반사형 액정 소자를 사용하지만, 도 24에 나타낸 화상 표시 장치(800')와 같이 2개의 반사형 액정 소자를 사용해도 좋다. 이 경우, 한편이, R, G, B 색 중 두 개의 색에 대응하기 때문에 반사형 액정 소자에 칼라 필터를 설치해도 좋다. 또한, 응답 속도가 충분히 빠른 액정 재료를 사용한 경우는 2색 광을 시분할로 조사할 필요는 없고, R, G, B 광을 동시에 입사시킬 수 있다.

PBS(105)와 투영 렌즈(108) 사이에 편광 제어 소자(110) 및 편광판(111)이 배치되어 있다. 편광 제어 소자(110)는 편광 제어 소자(104)와 동일한 것을 사용하여 R 광성분만 편광 방향을 회전하고 R, G, B 광성분의 편광 방향을 평행하게 한다. 편광판(111)은 편광 제어 소자(110)로부터 출사한 광 중 PBS(105)에 의해 본래 커트되어야 하는 광 중 누설광을 커트함으로써 콘트라스트비 (C.R.)를 향상시킨다. 화상 표시 장치(800)는 종래 단판식의 필드 시퀀셜 방식에 비해 약 1.5배 휘도를 향상시킬 수 있었다.

화상 표시 장치(800)는 R 광의 편광 방향을 회전하는 편광 제어 소자(104, 110)를 사용했지만, B 또는 G 광성분의 편광 방향을 회전시켜도 좋고, PBS(105)에 입사하는 각 색의 P- 및 S-편광이 반전되어도 좋다. 또한, 화상 표시 장치(800)는 백색 광을 B/G 광 및 R 광으로 분리하였지만 G/R 광 및 B 광 등 모든 조합이 가능하다. 이 경우, 편광 제어 소자(104, 110)에 의해 편광 방향으로 회전하는 색을 변경하기만 해도 좋다. 또한, 화상 표시 장치(800)는 PBS(105)의 광입사측 및 광출사측 양쪽에 편광판과 편광 제어 소자를 배치하였지만, 광출사측의 편광판(111)과 편광 제어 소자(110)는 반드시 필요한 것은 아니다.

도 25은 실시예 2의 다른 투영형 칼라 화상 표시 장치(900)의 개략도이다. 화상 표시 장치(900)는 갖는 조명 광학계(900a)가 파장 규제 소자(102)를 더 포함하는 점에서 도 15에 나타낸 화상 표시 장치(700)와 다르다.

일반적으로, 편광 제어 소자(104) 및 (110)은 도 26에 나타낸 바와 같은 특성을 갖고 있다. 도 26에서 실선은 도 3에 나타낸 광학계에서 PBS(105)를 반사한 광의 특성이고, 파선은 PBS(105)을 투과한 광의 특성이다.

따라서, 색의 경계 영역 (도 26에서의 해칭 영역)은 다양한 편광 방향이 존재하게 되고, 그 영역의 파장 광이 PBS(105)에 의해 광로를 선택할 수 없기 때문에 색순도가 저하한다.

또한, 흑색 표시에서 그 영역의 파장 광이 반사형 액정 표시 소자(107)로부터 반사된 후, PBS(105)의 소광비에 따라 약간의 광량이 편광 제어 소자(110)에 입사한다. 그러나, 여러 가지 편광 방향이 존재하기 때문에 편광판(111)에서 완전히 리플 부분의 빛을 커트할 수 없어 콘트라스트비가 저하한다.

여기서, 화상 표시 장치(900)는 도 27에 나타낸 바와 같은 분광 투과율 특성을 가지는 트리밍 필터(102)를 삽입하였다. 그렇게 하면, 색의 경계영역 (도 26에 서의 해칭 영역)의 빛은 편광 제어 소자(104)에 입사하지 않기 때문에 색순도가 좋고, 화상 표시 장치(700)에 비해 콘트라스트비가 2배 이상 향상하였다.

또, 트리밍 필터(102)는 박막 증착 기술에 의한 반사형이어 좋고, 색소 등에 의한 흡수형이어도 좋다. 또한, 화상 표시 장치(900)는 도 25에 나타낸 바와 같이 필드 렌즈(306)와 편광판(103)의 사이에 삽입하든지 광원(101)으로부터 투영 렌즈(108)에 도달하는 광로상이면 어디에 삽입하여도 같은 효과가 얻어진다.

도 28은 실시예 2의 다른 투영형 칼라 화상 표시 장치(900')의 개략도이다. 화상 표시 장치(900)는 PBS(105)와 반사형 액정 표시 소자(107-1) 및 (107-2) 사이에 각각 파장 규제 소자(312) 및 (313)을 더 포함하는 점에서, 도 15에 나타낸 화상 표시 장치(700)와 다르다.

상술한 바와 같이 편광 제어 소자(104, 110)의 특성이 도 26에 나타낸 바와 같은 특성을 갖기 때문에 색의 경계 영역 (도 26에서의 해칭 영역)에 다양한 평광 방향이 존재하게 되고, 그 영역의 파장광은 PBS(105)에 의해 광로를 선택할 수 없기 때문에 색순도가 저하한다.

또한, 실제로 색의 경계 영역 (도 26에서의 해칭 영역) 이외의 파장 영역에서도 원래 편광 방향이 아닌 광이 편광 제어 소자(104) 및 (110)을 투과한다 (도 26에서의 리플 부분). 그 리플 부분의 광이 PBS(105)에 의해 원래의 광로에 유도되지 않기 때문에 이 광성분이나 색순도가 저하한다.

또한, 흑색 표시에서 리플 부분의 광이 반사형 액정 표시 소자(107)에서 반사된 후, PBS(105)의 소광비에 따라 약간의 광성분이 편광 제어 소자(110)에 입사된다. 그러나, 다양한 편광 방향이 존재하기 때문에 편광판(111)에서 완전히 그 파장역의 광성분을 커트할 수 없어 콘트라스트비가 저하한다.

따라서, 화상 표시 장치(900')에서는 화상 표시 장치(900)에서 파장 규제 소자(102) 대신 도 29와 같은 분광 투과율 특성을 가지는 칼라 필터(312)를 반사형 액정 표시 소자(107-1) 직전에, 도 26와 같은 분광 투과율 특성을 가지는 칼라 필터(313)를 반사형 액정 표시 소자(107-2) 직전에 삽입함으로써 본래 반사형 액정 표시 소자(107-1) 및 (107-2)을 조사하지 않은 파장역의 광이 커트되기 때문에 색순도가 좋고 콘트라스트비가 높은 화상이 얻어졌다.

또한, 삽입하는 칼라 필터가 화상 표시 장치(900')와 같이 2개이면 확실히 색순도를 향상시킬 수 있지만, 칼라 필터가 1장만인 경우는 어느 반사형 액정 표시 소자 앞에 삽입해도 좋다.

단지, 하나의 색광만이 조사된 반사형 액정 표시 소자는 2색광의 본래 조사되어서는 안 되는 광이 조사되기 때문에 1장의 경우는 하나의 색광만이 조사되는 반사형 액정 표시 소자 앞에 삽입하는 쪽이 효과가 높고, 화상 표시 장치(900')에서는 반사형 액정 표시 소자(107-2) 앞에만 칼라 필터를 삽입한 경우 다른 하나에만 칼라필터를 삽입한 경우에 비해 약 1.8배 효과가 있었다.

물론, 화상 표시 장치(900)의 트리밍 필터(102)와 화상 표시 장치(900')의 칼라 필터(312) 및 (313)을 조합하여 사용함에 따라 한층 더 색순도 향상과 콘트라스트비 향상이 얻어졌다.

이상과 같이 본 발명의 실시예 2에 의하면 다른 색광의 칼라 필터와 특정한 파장역 광의 편광 방향만 회전하는 편광 제어 소자를 조합하여 사용함으로써 반사형 화상 표시 소자로 항상 R, G, B 색광 성분 중 2색광을 이용할 수 있기 때문에 종래의 단판식 필드 시퀀셜을 사용한 방식에 비해 사이즈나 가격을 대폭 상승시키는 일 없이 비약적으로 휘도를 향상시킬 수 있다.

또한, 회전 칼라 필터에서의 색광의 선택 영역 면적 (즉, 색광을 선택하는 기간의 길이)을 조정함으로써 다른 성능을 저하시키는 일 없이 스크린 입사광의 화이트 밸런스의 조정이나 휘도를 향상시킬 수 있다.

또한, 회전 칼라 필터의 다른 2색광 영역에 보통 포함되는 색광 성분을 광원의 발광 강도가 약한 광이나 강한 광으로 함으로써 상기 색광감의 조정과 같이 다른 성능을 저하시키는 일 없이 스크린 입사광의 화이트 밸런스 조정이나 휘도를 상승시킬 수 있다. 또한, 회전 칼라 필터에 상기 2색광 영역 뿐만 아니라 투명한 영역을 작성함으로써 백색 표시할 때 휘도를 향상시킬 수 있다.

또한, 트리밍 필터나 칼라 필터를 삽입함으로써 편광 제어 소자의 광학 특성에 의한 편광의 회전이 불충분한 점을 보충할 수 있고, 색순도와 콘트라스트비를 향상시킬 수 있다.

Claims

적색, 녹색, 청색의 3원색 광을, 이들 3원색의 광성분중 두 개의 광성분이 다른 칼라 광성분과 편광방향이 다른 상태로, 출력하기 위한 조명광학계;

상기 조명광학계로부터 출력되는 광을 편광방향에 따라 분리하는 광 분리소자;

편광방향이 같은 상기 두 개의 칼라 광성분을 분리하는 색 분리소자;

상기 광 분리소자 및 상기 색 분리소자에 의해 분리된 광을 변조하는 복수의 반사형 화상표시소자; 및

상기 복수의 반사형 화상표시소자에 의해 변조된 광을 투영하기 위한 투영광학계 를 구비하는 화상표시장치.
제1항에 있어서, 상기 광 분리소자의 빔 분리면과 상기 색 분리소자의 색분리면에 의해 형성되는 각이 20°이하인 화상표시장치.
제1항에 있어서, 상기 조명광학계는, 3원색 광성분의 광을 출사하기 위한 광원; 및 상기 3원색의 광성분중 적어도 하나의 편광방향을 변경하기 위한 제1 편광제어소자를 구비하는 화상표시장치.
제3항에 있어서, 상기 제1 편광제어소자의 광입사측의 광로상에 위치된 소정 의 편광방향을 갖는 편광만을 투과 또는 반사시키는 편광선택소자를 더 포함하는 화상표시장치.
제1항에 있어서, 상기 색 분리소자의 색분리면이 2개의 기판사이에 개재되어 있는 화상표시장치.
제5항에 있어서, 상기 광 분리소자에 의해 분리된 광로들중 적어도 하나에 투명기판이 배치되어 있는 화상표시장치.
제1항에 있어서, 상기 색 분리소자가 2개의 3각주 프리즘을 접합시킨 4각주 프리즘인 화상표시장치.
제7항에 있어서, 상기 4각주 프리즘으로의 입사광 및 출사광의 주광선은, 상기 4각주 프리즘의 광입사면 및 출사면의 법선에 대하여 대략 평행하게 입출사하고, 또한 상기 4각주 프리즘의 빔 분리면에 이 빔 분리면의 법선에 대해 45°보다 작은 각도로 입사하는 화상표시장치.
제1항에 있어서, 상기 색 분리소자의 색분리면은, 기판의 한 면에 형성되어 상기 광 분리소자측을 향하도록 배치되어 있고, 또한, 청색의 빛을 투과하며, 편광방향이 동일한 상기 두 개의 칼라 광성분이 청색의 광성분을 포함하는 화상표시장치.
제1항에 있어서, 상기 투영광학계에 인접한 상기 광 분리소자의 일측상에 적색, 녹색, 청색의 3원색의 광성분의 편광 방향을 동일 방향으로 하기 위한 제2 편광제어소자를 더 포함하는 화상표시장치.
제10항에 있어서, 상기 제2 편광제어소자의 광출사측의 광로상에 소정의 편광방향을 갖는 편광만을 투과 또는 반사시키기 위한 편광선택소자를 더 포함하는 화상표시장치.
제1항에 있어서, 상기 조명광학계와 상기 투영광학계 사이의 광로상에, 적어도 하나의 파장규제소자가 삽입되어 있는 화상표시장치.
제12항에 있어서, 상기 파장규제소자는 상기 제1 편광제어소자에 의해 편광방향이 변환되는 광과, 다른 광간의 경계의 파장 범위의 광을 커트하는 화상표시장치.
제12항에 있어서, 상기 파장규제소자는, 상기 광 분리소자에 의해 분리된 광의 광로상의 적어도 일방에 배치되고, 상기 파장규제소자가 배치된 광로에 배치된 상기 복수의 반사형 화상표시소자의 어느 것에 대응하는 광 이외의 광을 커트하는 화상표시장치.
제12항에 있어서, 상기 파장규제소자는, 적색과 녹색의 경계파장역 및 녹색과 청색의 경계파장역의 적어도 일방의 광성분을 커트하는 화상표시장치.
제12항에 있어서, 상기 파장규제소자는, 상기 광 분리소자와 임의의 상기 반사형 화상표시소자 사이에 배치되고, 상기 파장규제소자의 광규제면이, 상기 반사형 화상표시소자의 화상표시면과 각도를 이루어 경사져 있는 화상표시장치.
제16항에 있어서, 상기 파장규제소자의 광규제면과 상기 반사형 화상표시소자의 화상표시면이 이루는 각도가 1.5°∼13.5°의 범위내에 있는 화상표시장치.
제1항에 있어서, 상기 적색, 녹색, 청색의 3원색의 광성분중, 편광방향이 같은 두 개의 칼라 광성분에 녹색의 광성분이 포함되는 화상표시장치.
제1항에 있어서, 상기 광 분리소자의 빔 분리면의 P 편광에 대한 투과율 및 S 편광에 대한 반사율의 어느 일방이 타방보다 높고,

상기 높은 투과율 또는 반사율을 갖는 편광으로서 상기 광 분리소자에 의해 분리된 광이 상기 복수의 반사형 화상표시소자중 2개 이상에 입사하는 화상표시장치.
제1항에 있어서, 상기 광 분리소자의 빔 분리면의 P 편광에 대한 투과율 및 S 편광에 대한 반사율의 어느 일방이 타방보다 높고,

녹색의 광이 상기 높은 투과율 또는 반사율을 갖는 편광으로서 상기 광 분리소자에 의해 분리되는 화상표시장치.
적색, 녹색, 청색의 3원색의 광을 2개의 칼라 광 그룹으로 분할하고, 상기 두 그룹의 칼라 광을 시분할로 순차 절환하고, 또한, 3원색의 광성분중 두개의 편광방향을 다른 1색의 칼라 광성분의 편광방향과 상이하게 변경한 후 출사하기 위한 조명광학계;

상기 조명광학계로부터 출사된 광을 편광방향에 따라 분리하는 광 분리소자;

상기 광 분리소자에 의해 분리된 광을 변조하는 복수의 반사형 화상표시소자; 및

상기 복수의 반사형 화상표시소자에 의해 변조된 광을 투영하는 투영광학계를 구비하는 화상표시장치.
제21항에 있어서, 상기 조명광학계는, 3원색의 광을 출사하기 위한 광원; 상기 광원으로부터 출사된 3원색의 광성분중 두 개의 광성분을 각각 포함하는 다른 두 그룹의 칼라 광을 순차적으로 절환하는 색절환소자; 및 상기 다른 2개 그룹의 칼라 광에 공통적으로 포함되는 칼라 광성분의 편광 방향 또는 상기 공통 칼라 광성분의 이외의 두 개의 칼라 광성분의 편광방향을 절환하는 제1 편광제어소자를 구비하는 화상표시장치.
제21항에 있어서, 상기 조명광학계는, 3원색의 광성분을 출사하기 위한 광원; 상기 광원으로부터 출사되는 3원색의 광성분중의 두 개의 광성분을 포함하는 하나의 칼라 광 그룹과 다른 하나의 칼라 광성분을 순차적으로 절환하는 색절환소자; 및 상기 칼라 광그룹에 포함된 두 개의 칼라 광성분 또는 상기 다른 칼라 광성분중 하나의 편광방향을 변환시키는 제1 편광제어소자를 구비하는 화상표시장치.
제22항에 있어서, 상기 투영광학계측에 근접한 상기 광 분리소자의 일측에 상기 제1 편광제어소자와 실질적으로 동일한 기능을 갖는 제2 편광제어소자를 더 포함하는 화상표시장치.
제23항에 있어서, 상기 투영광학계측에 근접한 상기 광 분리소자의 일측에 상기 제1 편광제어소자와 동일한 기능을 갖는 제2 편광제어소자를 더 포함하는 화상표시장치.
제22항에 있어서, 상기 제1 편광제어소자의 광입사측의 광로상에, 소정의 편광방향을 갖는 편광 성분만을 투과시키는 편광선택소자를 더 포함하는 화상표시장치.
제23항에 있어서, 상기 제1 편광제어소자의 광입사측의 광로상에, 소정의 편광방향을 갖는 편광 성분만을 투과시키는 편광선택소자를 더 포함하는 화상표시장치.
제24항에 있어서, 상기 제2의 편광제어소자의 광출사측의 광로상에, 소정의 편광방향을 갖는 편광 성분만을 투과시키는 편광선택소자를 더 포함하는 화상표시장치.
제25항에 있어서, 상기 제2의 편광제어소자의 광출사측의 광로상에, 소정의 편광방향을 갖는 편광 성분만을 투과시키는 편광선택소자를 더 포함하는 화상표시장치.
제22항에 있어서, 상기 색절환소자는, 상기 상이한 칼라 광 그룹에 포함된 공통 칼라 광빔 성분 이외의 두 개의 칼라 광빔 성분보다 낮은 강도를 갖는 칼라 광빔 성분을 포함하는 칼라광 그룹을, 타방의 칼라 광성분을 포함하는 칼라 광 그룹보다 긴 기간에 걸쳐 선택하는 화상표시장치.
제22항에 있어서, 상기 색절환소자에 의해 선택되는 상기 다른 2개 그룹의 칼라 광중의 일방에만 녹색의 광성분이 포함되고, 상기 색절환소자는, 녹색의 광성분을 포함하는 그룹의 칼라 광을, 타방 그룹의 칼라 광보다 긴 기간에 걸쳐 선택하는 화상표시장치.
제23항에 있어서, 상기 색절환소자는, 3원색의 광성분중 가장 강도가 약한 칼라 광빔 성분이, 상기 두 개의 칼라 광빔 성분을 포함하는 칼라 광의 그룹 또는 다른 1색의 광성분중 보다 긴 기간에 걸쳐 선택되는 쪽에 포함되도록, 상기 두 개의 칼라 광빔 성분을 포함하는 칼라 광 그룹과 다른 1색의 광성분간에 선택하는 화상표시장치.
제23항에 있어서, 상기 색절환소자는, 녹색의 광성분이, 상기 두 개의 칼라 광성분을 포함하는 칼라 광의 그룹 또는 다른 1색의 광성분중 긴 기간에 걸쳐 선택되는 쪽에 포함되도록, 상기 두 칼라 광성분을 포함하는 칼라 광 그룹과 다른 1색의 광성분간에 선택하는 화상표시장치.
제22항에 있어서, 상기 두 개의 다른 칼라광 그룹에 포함된 공통 칼라광빔 성분이, 3원색의 광성분중 가장 강도가 약한 광성분인 화상표시장치.
제22항에 있어서, 상기 두 개의 다른 칼라 광 그룹에 포함된 공통 칼라광빔 성분이 녹색의 광성분인 화상표시장치.
제22항에 있어서, 상기 색절환소자는, 소정의 기간에 걸쳐, 적색, 녹색, 청색의 3원색의 광성분을 동시에 선택하는 화상표시장치.
제23항에 있어서, 상기 색절환소자는, 소정의 기간에 걸쳐, 적색, 녹색, 청색의 3원색의 광성분을 동시에 선택하는 화상표시장치.
제21항에 있어서, 상기 복수의 반사형 화상표시소자는, 두 개의 반사형 화상표시소자를 포함하며, 일방이 상기 3원색 칼라 성분중 하나에 대응하고, 타방이 나머지 두 개의 칼라 광성분에 대응하는 화상표시장치.
제21항에 있어서, 상기 조명광학계와 상기 투영광학계 사이의 광로상에, 적어도 하나의 파장규제소자가 삽입되어 있는 화상표시장치.
제39항에 있어서, 상기 파장규제소자는, 상기 광 분리소자와 상기 복수의 반사형 화상표시소자의 적어도 일방 사이에 배치되고, 상기 적어도 하나의 반사형 화상표시소자에 의해 표시를 행하기 위해 사용되는 칼라 광을 선택적으로 투과하는 화상표시장치.
제39항에 있어서, 상기 파장규제소자는, 상기 광 분리소자와, 상기 복수의 반사형 표시소자중 상기 다른 2개의 그룹의 칼라 광에 포함된 공통 칼라 광성분이 입사하는 반사형 화상표시소자 사이에 배치되고, 상기 공통 칼라 광빔 성분을 선택적으로 투과하는 화상표시장치.
제39항에 있어서, 상기 파장규제소자는, 상기 편광제어소자에 의해 편광방향이 변환되는 광빔 성분과, 다른 광성분간의 경계의 파장역의 광성분을 커트하는 화상표시장치.