KR20030036105A - 편광 유닛, 이 편광 유닛을 이용하는 편광 조명 장치 및이 편광 조명 장치를 이용한 투사형 표시 장치 - Google Patents

Abstract

감소된 발산각에서 소형의 액정 표시 장치에 광을 효율적으로 인가하는 작은 편광 조명 장치가 마련된다. 상기 장치는 광원과, 반사 거울과, 개구를 갖는 반사 장치와, 방형파 플레이트와, 로드 집적기와, 편광 분리 수단과, 집광 수단을 갖는 데, 개구를 갖는 반사 수단과, 방형파 플레이트와, 로드 집적기와, 편광 분리 수단은 일체로 배열될 수 있다. 장치는 작게 만들어 질 수 있다. 편광 분리 수단을 투과하지 않고 그에 반사되는 선형 편광 요소는 편광 분리 수단으로 다시 들어가기 전에 1/4 파형판을 통해 투과하기 때문에 상기 반사 장치에 반사되거나 그의 개구를 투과한 후에 전환되고 조명에 기여할 수 있어, 광원 사용의 효율을 향상시킨다.

Description

편광 유닛, 이 편광 유닛을 이용하는 편광 조명 장치 및 이 편광 조명 장치를 이용한 투사형 표시 장치 {POLARIZING UNIT, POLARIZING ILLUMINATION DEVICE USING SAME POLARIZING UNIT AND PROJECTION DISPLAY DEVICE USING SAME POLARIZING ILLUMINATION DEVICE}

본 발명은 예컨대 선형 편광으로 이루어진 조명광을 얻기 위한 편광 유닛, 편광 유닛을 이용하는 편광 조명 장치 및 편광 조명 장치를 이용하는 투사형 표시 장치에 관한 것이다.

본 출원은 본 명세서에서 참조되는 2001년 11월 2일자 일본 특허 출원 제2001-337827호와 2002년 7월 16일자 일본 특허 출원 제2002-207553호의 우선권을 주장한다.

최근 수년간에, 소형화 및 고해상 처리를 위한 단계와 투사형 표시 장치를 구성하는 광학 시스템의 개선물들이 제조되었다. 특히, 표시 장치의 성능을 수행하는 요구조건인 스크린의 조명 균일성과 투사된 화상의 선명도를 개선하는 방법으로서, 편광 빔 스플리터 어레이(splitter array)로 구성된 편광 전환 광학 시스템과 플라이 아이 렌즈(fly's eye lens)로 구성된 집적식 광학 시스템을 결합하여 구성된 광학 시스템이 상업적으로 실용화됨으로써, 현재 시장에서 통용되는 3편의 액정 표시 장치를 이용하는 광학 시스템은 전술한 구성을 구비한다.

전술한 구성을 갖는 광학 시스템에서, 복수의 광원 화상을 형성하기 위해 2편의 플라이 아이 렌즈로 구성된 집적식 광학 시스템을 사용하여 광원으로부터 제공된 광을 복수편의 부분 광으로 분할함으로써, 그리고 액정 표시 장치에 광을 중첩 인화시킴으로써, 동일한 광 분포 강도를 갖는 조명광이 효과적으로 얻어질 수 있다.

더욱이, 집적식 광학 시스템과 편광 빔 스플리터 어레이로 구성된 광 전환 광학 시스템을 조합하여 사용함으로써, 광을 복수편의 부분 광으로 분할하고 전환된 편광을 전환한 후에, 즉 동일한 편광 방향이 제공된 후에 액정 패널 상에 조명광이 중첩 인화되므로 광원을 사용하는 효율이 상대적으로 높아진다.

그러나, 전술한 구성을 갖는 투사 액정 표시 장치에서, 통상의 경우에, 플라이 아이 렌즈와 편광 빔 스플리터 어레이의 크기가 조사되는 표면으로 기능하는 액정 표시 장치의 화상 표시부의 크기보다 더 크기 때문에, 액정 표시 장치로 입사광의 발산 각도가 더 커진다. 입사광의 발산 각도가 더 커짐으로써 액정 패널로의 입사광의 평행이 감소될 때, 광이 액정 패널로 효과적으로 인가될 수 없고 광의 사용 효율이 저하된다. 또한, 액정 패널의 개구비를 개선시키기 위해, 마이크로렌즈를 구비한 액정 표시 장치가 상업적으로 이용가능하지만 높은 평행도를 갖는 광이 마이크로렌즈 상에서 입사되지 않으면 투사 액정 표시 장치에서 픽셀 개방부를 통해 투과되는 광을 사용하는 효율이 감소된다.

액정 표시 장치 상에 입사되는 광의 발산 각도를 감소시키기 위한 종래의 광학 시스템은 원주 적산 장치(주로, 로드 집적기)를 사용하는 조명 집적 유닛과 편광 전환 유닛이 결합되는 것으로서 일본 특허 출원 공개 제2000-131647호 및 2001-206464호에 개시되어 있다. 종래의 광학 시스템에서, 편광 분리 유닛으로서, 직사각형 프리즘과 웨지형 프리즘 사이의 접합면 상에 형성된 편광 분리 막을 각각 갖는 복수의 편광 빔 스플리터 어레이와 또는 복수의 편광 빔 스플리터가 어레이 형태로 배열된다.

그러나, 조명의 균일도를 얻기 위한 장치와 편광을 전환하기 위한 장치가 전술한 종래의 광학 시스템들에서 독립적으로 배치되므로, 이것들을 수용하기 위한물리적 공간이 요구된다. 편광 빔 스플리터가 유리를 사용하여 제조되고, 특히 전술한 실시예로서 제공된 종래의 광학 시스템이 상대적으로 커지므로, 종래의 광학 시스템은 소형 크기의 투사형 표시 장치를 구현하는데 적합하지 않다. 또한, 종래의 광학 시스템은 제조 비용면에서 단점을 갖는다. 편광에 의해 각각 분리되는 2개의 로드 집적기, 즉 p-편광용으로 사용되는 로드 집적기와 s-편광용으로 사용되는 로드 집적기가 요구됨으로 인해, 종래의 광학 시스템은 경량 및 저비용면에서 적절치 못하다. 로드 집적기가 필요한 개수는 하나이고 편광 전환 과정은 편광 비임 스플리터 어레이를 사용하면서 실행되기 때문에 개시된 상기예에 제공되는 광학 시스템에서, 개시된 상기예에서 제공되는 광학 시스템과 비교될 때 중량 및 비용면에서 장점을 갖는다. 하지만, 조명의 균일성을 위하여 사용되는 광학 장치 및 편광 전환용으로 사용되는 광학 장치는 독립적으로 위치되기 때문에, 장치를 위한 공간은 고정되어야 하고, 이는 조명 장치를 소형으로 만드는 점에서는 단점을 갖게 한다.

상기 내용을 비추어 볼 때, 본 발명의 제1 목적은 원주형 집적 장치(주로, 로드 집적기) 및 편광 전환 광학 시스템으로 구성되는 광학 시스템을 소형으로 제조할 수 있고, 광의 발산각을 감소시킬 수 있는 편광 유닛을 제공하는 것이다. 본 발명의 제2 목적은 종래 편광 조명 장치와 비교될 때 소형 및 경량으로 제조되며, 상기 편광 유닛을 사용함으로써 상대적으로 작은 액정 패널에 대하여 입사하는 광의 발산각을 감소시킬 수 있는 새로운 형태의 편광 조명 장치를 제공하는 것이다.본 발명의 제3 목적은 새로운 형태의 편광 조명 장치를 이용함으로써, LCOS(Liquid Crystal On Silicon)로 구성되는 시분할 형태의 단일판 표시 장치 및 마이크로렌즈로 구성되는 프로젝션 표시 장치의 소형화를 달성하는 것이다.

본 발명의 제1 태양에 따르면, 광원으로부터 공급되는 광을 수용하고 조명될 물체에 편광된 조명광을 방사하기 위한 편광 유닛을 제공하며,

이 편광 유닛은 특정 형태의 편광을 얻고, 편광이 조명될 물체의 측면으로부터 입사될 때 그 편광 방향이 서로 직각인 두 개의 광 요소들 사이에서의 위상차를 전환시키고, 조명될 물체의 측면에 편광을 방사하도록 사용되는 편광 전환 수단과,

광원의 측면에 형성된 광 입사 단부면 및 조명될 물체의 측면에 형성된 광 입사 단부면을 갖고, 직선으로 이동하는 입사광을 갖거나 또는 상기 광을 안내하기 위해 발생하는 내부 반사를 갖는 데 사용되는 광 안내 수단과,

다른 특정 형태의 편광으로부터 특정 형태의 편광을 분리시키고 이 분리된 편광을 투과시키기 위한 편광 분리 수단을 포함하며, 상기 편광 전환 수단 및 광 안내 수단은 편광 분리 수단 내의 광원의 일측면에 위치된다.

상기 구성으로, 편광 전환 수단, 광 안내 수단 및 편광 분리 수단은 집적식으로 형성될 수 있다. 결과적으로, 이러한 구성은 편광 유닛의 소형화에 기여한다.

상기 설명에서, 양호한 모드에서는 상기 편광 전환 수단이 개구부를 통하여 광원으로부터 방사된 광을 수용하고 조명될 물체의 측면으로부터 입사되는 광을 반사하는 개구를 갖는 반사 수단과 상기 개구를 갖는 반사 수단의 조명될 물체의 측면에 위치되는 위상 지연 수단을 갖고, 상기 개구를 갖춘 반사 수단, 상기 위상 지연 수단 및 광 안내 수단은 상기 편광 분리 수단의 광원의 측면에 위치된다.

상기 구성으로, 개구부, 위상 지연 수단, 광 안내 수단 및 편광 분리 수단을 갖는 반사 수단은 집적식으로 배열될 수 있다. 결과적으로, 이러한 구성은 편광 유닛의 소형화에 기여한다.

또한, 양호한 모드에서는 상기 위상 지연 수단이 개구를 갖는 반사 수단과 광 안내 수단 사이에 위치된다.

상기 구성으로, 광 안내 수단의 광 입사 단부면과 접촉하도록 개구부 및 위상 지연 수단을 갖는 반사 수단을 구성함으로써, 개구부, 위상 지연 수단 및 광 안내 수단의 광 입사 단부면은 집적식으로 형성될 수 있어서, 편광 유닛은 소형화 될 수 있다.

또한, 양호한 모드에서는 위상 지연 수단이 광 안내 수단과 편광 분리 수단 사이에 위치된다.

상기 구성에서, 광 안내 수단의 광 입사 단부면에 접촉하도록 개구를 갖는 반사 수단을 구성하고 광 반사 단부면과 접촉하도록 위상 지연 수단을 구성함으로써, 개구, 위상 지연 수단 및 광 안내 수단을 갖는 반사 수단은 거의 집적 방식으로 형성될 수 있으므로 편광 유닛은 소형화가 가능하다.

또한, 양호한 모드에서는 광 안내 수단이 중실 또는 중공 원주형의 집적 수단으로 구성될 수 있다.

상기 구성에서, 광 입사 단부면상으로 입사되는 광은 균일한 휘도를 얻기 위해 전반사되어 광 반사 단부면으로 안내된다. 내부 반사가 이용되므로, 겹쳐진 조명은 광 수렴이 적은 발광성 플럭스를 이용하여 광 출사 단부면상에서 수행되고 따라서 비교적 높은 평행성을 갖는 조명이 조사되도록 표면상에서 구성될 수 있다.

또한, 양호한 모드에서는 개구를 갖는 반사 수단이 최중심부에 위치된 반사면 없이 개구부를 갖고, 상기 개구부는 광이 투과되도록 하며, 개구부를 제외한 다른 부분은 광을 반사한다.

상기 구성에서, 개구를 갖는 반사 수단의 개구부를 통해 투사되는 불규칙 편광은 위상 지연 수단 및 광 안내 수단을 통과하는 편광 분리 수단상으로 입사하여 편광 분리 수단으로부터 반사된 다른 광 구성요소는 광원으로 되돌아오고, 광 안내 수단 및 위상 지연 수단을 통과한 후에, 예를 들어 개구를 갖는 반사 수단으로부터 반사되어 광 안내 수단을 통해 편광 분리 수단 상으로 입사되므로 광원으로부터 공급된 광은 효과적으로 이용될 수 있다.

또한, 양호한 모드에서는 위상 지연 수단이 1/4 파장판이다.

상기 구성에서, 1/4 파장판이 위상 지연 수단으로 이용되므로, 편광 분리 수단으로부터 반사된 다른 광 구성요소는 광원으로 되돌아오고, 광 안내 수단 및 상 지연 수단으로 투과된 후에, 예를 들어 개구를 갖는 반사 수단으로부터 반사되어 위상 지연 수단을 통해 편광 분리 수단상으로 다시 입사되므로 편광 분리 수단을 통해 투과될 수 있는 이전의 편광 방향과 직각으로 선형의 편광으로 전환된다. 따라서, 광원으로부터 공급된 광은 효과적으로 이용될 수 있다.

또한, 양호한 모드에서는 원주형 집적 장치가 유리 또는 플라스틱으로 만들어지고, 상기 광 입사 단부면 및 상기 광 출사 단부면은 장방형 정사각형 막대 형상이고, 상기 원주형 집적 장치는 주위 측면에 의해 광 입사 단부면에 입사하는 광을 전체적으로 반사하여 광을 광 출사 단부면을 향해 안내한다.

상기 구성에서, 광 입사 단부면 및 사각형 전극 형태의 광 출사 단부면의 유리 또는 플라스틱으로 구성된 원주형 집적 수단은 휘도의 균일성을 달성하기 위해 주변 측면에 의해 광 입사 단부면상에 입사되는 광을 전체적으로 반사하고 광 출사 단부면으로 광을 안내한다. 내부 반사가 이용되므로, 겹쳐진 조명은 적은 광 발산을 갖는 발광성 플럭스를 이용하여 광 출사 단부면상에 구성되므로 밝게되도록 표면상에 비교적 높은 유사성을 갖는 조도를 가능하게 한다.

또한, 양호한 모드에서는 원주형 집적 수단이 유리 또는 플라스틱으로 만들어지고, 광 입사 단부면 및 광 출사 단부면은 순환식 원통형상(circularly cylindrical)이며, 원주형 집적 수단이 주변 측면에 의해 광 입사 단부면상에 입사하는 광을 전체적으로 반사하여 광 출사 단부면으로 광을 안내하도록 한다.

상기 구성에서, 순환식 원통형의 광 안내 장치로서 이용함으로써, 편광 유닛은 정사각형 막대 형태의 원주형 집적 수단이 이용된 경우와 비교하여 저렴한 비용으로 이용될 수 있다.

또한 양호한 모드에서는 원주형 집적 수단의 광 출사 단부면의 한 측면에는 직사각형의 개구부 및 반사 표면으로서 광원의 한 측면 상의 표면을 사용하는 개구를 갖춘 반사 수단이 위치된다.

상기 구성으로써, 원주형 집적 수단의 광 출사 단부면의 근방에 직사각형 개구부를 가지는 반사 수단, 예컨대, 조명될 물체로서 작용하는 액체 패널이 조명될 영역의 형상이 직사각형인 방식으로 조명될 수 있기 때문에 조명 및 광원의 사용의 효율의 감소를 피할 수 있다.

또한, 양호한 모드에서는 편광 분리 수단의 크기가 직사각형 개구부의 것보다 크게 설정된다.

상기 구성으로써, 편광 분리 수단의 치수가 개구를 구비한 반사 수단의 직사각형 개구부의 것보다 크게 설정되기 때문에, 편광 분리 수단의 조명될 물체에 도달하는 광은 모두 조명될 물체를 조명하는데 사용될 수 있는 바람직한 선형 편광이다.

또한, 양호한 모드에서는 편광 분리 수단이 입사되는 무작위 편광 내에 포함된 서로 직교하는 2개의 선형 편광 요소 중에서 단 하나의 요소만을 투과시키고 상기 2개의 선형 편광 요소 중에서 다른 하나는 반사한다.

상기 구성으로써, 선형 편광을 조명될 물체로 인가하는 것이 가능해진다.

또한, 양호한 모드에서는 개구 및 위상 지연 수단을 갖는 반사 수단은 광 안내 수단의 광 입사 단부면과 접촉하도록 구성된다.

상기 구성으로써, 개구를 구비한 반사 수단, 위상 지연 수단 및 광 안내 수단을 집적 방식으로 형성함으로써, 편광 유닛을 소형 및 경량으로 만드는 것이 가능하다.

또한, 양호한 모드에서는 개구를 갖는 반사 수단이 광 안내 수단과 접촉하게 되도록 구성되고, 위상 지연 수단이 광 출사 단부면과 접촉하도록 구성된다.

상기 구성으로써, 개구를 구비한 반사 수단, 위상 지연 수단 및 광 안내 수단을 집적 방식으로 형성함으로써, 편광 유닛을 소형 및 경량으로 만드는 것이 가능하다.

또한, 양호한 모드에서는 개구를 갖는 반사 수단이 광 안내 수단의 광 입사 단부면 상에 진공 증발에 의해 형성된다.

상기 구성으로써, 개구를 구비한 반사 수단이 광 안내 수단의 광 입사 단부면 상에 진공 증발에 의해 형성되기 때문에, 편광 유닛을 콤팩트하게 만드는 것이 가능하다.

본 발명의 제2 태양에 따라, 전술된 편광 유닛을 이용하여 조명의 균일성 및 편광 전환을 달성하기 위한 편광 조명 장치가 제공되고, 상기 장치는,

광원과,

상기 광원으로부터 공급되는 광을 집광하는 집광 수단과,

편광 유닛과,

조명될 물체 상에 편광 분리 수단을 통해 지나가는 광을 집광하는 집광 렌즈를 포함한다.

상기 구성으로써, 집광 수단에 의해 집광되고 개구를 구비한 반사 장치의 개구부를 통해 투과된 무작위 편광은 위상 지연 수단 및 광 안내 수단을 통해 편광 분리 수단으로 들어간다. 편광축이 서로에 대해 직교하는 2 개의 선형 편광 요소 중 1 개의 광 요소가 편광 분리 수단을 투과하고 조명될 물체를 집광 렌즈를 통해 조명하기 위해 사용된다. 편광 분리 수단에 의해 반사된 또 다른 광 요소는 광원후방으로 전도되고 광 안내 수단 및 위상 지연 수단을 통해 개구를 구비한 반사 수단에 도달한다. 한 경우에서는, 반사 수단에 도달한 광이 개구를 구비한 반사 수단으로부터 멀리 반사된다. 다른 경우에서는, 반사 수단에 도달한 광이 개구를 구비한 반사 수단을 통해 투과하고 다시 광 집광 수단에 의해 집광되며 그후 개구를 구비한 반사 수단을 통해 투과한다. 어떤 경우에서도, 광 안내 수단을 통해 광이 다시 편광 분리 수단에 도달하기 전에 상기 광은 두 차례 위상 지연 수단을 통해 투과한다. 광이 그 전의 편광 방향을 직각으로 교차하는 선형 편광으로 전환되기 때문에, 광은 편광 분리 수단을 통해 투과할 수 있다. 그러므로, 광은 조명광으로서 사용될 수 있다. 광 안내 수단의 광 출사 단부면 상에 균일한 조명 정보를 보여주는 화상이 집광 렌즈에 의해 형성되기 때문에, 균일한 조명이 가능해진다. 따라서, 광원으로부터 공급된 무작위 편광이 고효율로 선형 편광으로 전환되고 균일한 방식으로 조명된다.

본 발명의 제3 실시예에 따라서, 제16항에 따른 편광 조명 장치와,

이 편광 조명 장치에서 방사된 광을 복수의 광의 주요색으로 분리하는 칼라 분리 수단과,

이 칼라 분리 수단에서 공급된 광을 전기 광학적으로 변조하도록 조명될 물체로 기능을 하는 광 밸브와,

광 밸브에 의해 변조된 그림 화상의 광을 확대 방식으로 투사하는 투사 렌즈를 포함하는 투사형 표시 장치가 구비된다. 상기 구성으로, 균일도에서 우수하고 비교적 높은 평행도(pallelism)를 갖는 투사된 화상이 얻어질 수 있다. 더욱이,편광 조명 수단이 매우 조밀하므로 투사 표시 패널은 소형화되고 LCOS를 사용한 시간 분할 단일판 투사 액정 표시나 마이크로렌즈를 사용한 투사 액정 표시 장치용의 표시 장치로서 적절하게 사용될 수 있다. 칼라 분리 장치로서, 예를 들어 칼라 필터가 사용될 수 있다. 광 밸브로서, 예를 들어 액정 패널이 사용될 수 있다.

본 발명의 상술된 것과 그 외 다른 목적, 장점 및 특징은 참조 도면과 관련된 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

본 발명을 수행하는 최선의 형태는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시예를 이용하여 보다 상세히 기술되어질 것이다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따라 편광 조명 장치의 구성을 도시한 단면도.

도2는 본 발명의 제1 실시예에 따라 편광 조명 장치의 주요부인 편광 유닛의 구성을 도시한 분해 사시도.

도3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 편광 유닛의 로드 집적기의 기능을 설명한 블록도.

도4는 본 발명의 제1 실시예에 따라 구멍을 구비한 반사 장치의 구멍부를 통해 역방향으로 투과하는 광의 편광 전환을 수행하는 상태를 설명하고 편광 조명 장치의 기능을 도시한 블록도.

도5는 본 발명의 제1 실시예에 따라 구멍을 구비한 반사 장치로부터 반사된 광의 편광 전환이 수행되는 상태를 설명하고 편광 조명 장치의 기능을 도시한 블록도.

도6은 본 발명의 제1 실시예에 따라 구멍을 구비한 반사 장치로부터 반사된광의 편광 전환이 수행되는 상태를 설명하고 편광 및 조명 장치의 기능을 도시한 블록도.

도7은 본 발명의 제2 실시예에 따라 편광 조명 장치의 구성을 도시한 단면도.

도8은 본 발명의 제3 실시예에 따라 편광 조명 장치의 구성을 도시한 단면도.

도9는 본 발명의 제3 실시예에 따라 편광 조명 장치의 주요 부품인 편광 유닛을 도시한 분해 사시도.

도10은 본 발명의 제3 실시예에 따라 편광 조명 장치의 기능을 설명한 블록도.

도11은 본 발명의 제3 실시예에 따라 편광 조명 장치의 기능을 설명한 블록도.

도12는 본 발명의 제3 실시예에 따라 편광 조명 장치의 기능을 설명한 블록도.

도13은 본 발명의 제4 실시예에 따라 편광 조명 장치의 구성을 도시한 단면도.

도14는 본 발명의 제4 실시예에 따라 편광 조명 장치의 편광 유닛의 구성을 도시한 분해 사시도.

도15는 본 발명의 제5 실시예에 따라 투사형 표시 장치의 구성을 도시한 단면도.

도16은 본 발명의 제6 실시예에 따라 투사형 표시 장치의 구성을 도시한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 편광 조명 장치

2 : 광원 램프

3 : 반사 거울

4 : 편광 유닛

5 : 집광 렌즈

7 : 물체면

8 : 반사 장치

9 : 1/4 파장판

11 : 로드 집적기

12 : 편광 분리 장치

14 : 편광 조명 장치

15 : 편광 유닛

22 : 순환식 원통형 로드 집적기

23 : 반사 장치

제1실시예

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 편광 조명 장치의 배치를 도시한 단면도이며, 도2는 편광 조명 장치의 주요 부분으로서 제공되는 편광 유닛의 배치를 도시한 확대 사시도이다. 또한, 도3은 편광 유닛의 로드 집적기의 기능을 설명하는 도면이며, 도4는 편광 조명 장치의 기능을 설명하고 광의 편광 전환이 개구를 구비한 반사 장치의 개구부를 통해 역 방향으로 투과하는 상태를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도5는 편광 조명 장치의 기능을 설명하고 광의 편광 전환이 개구를 구비한 반사 장치에 반사되는 상태를 설명하기 위한 도면이다. 더욱이, 도6은 편광 조명 장치의 기능을 설명하고 광의 편광 전환이 개구를 구비한 반사 장치에 반사되는 상태를 설명하기 위한 도면이다.

제1 실시예의 편광 조명 장치(1)는 프로젝션 표시 장치에 사용되며, 도1에도시되어진 바와 같이, (광원으로 제공되는)광원 램프(2)와, (광원으로부터 집광하기 위해 단위체로서 제공되는) 타원형 거울로 구성된 반사 거울(3)와, 편광 유닛(4)과, 집광 렌즈(5)를 포함하며, 이러한 부품은 순서대로 광 밸브로서 제공되는 액정 패널의 조사된 물체면(7)을 조사하기에 적합하게 배열되어 있다. 도2에 도시되어진 편광 유닛(4)은 거울 평탄 상태로 연마된 조사된 물체면(7)의 측면 상의 표면으로 중심부내에 개구부를 갖는 ((도시되지 않은) 편광 전환 유닛의 일부인) 개구를 구비한 반사 장치(8)와, ((도시되지 않은) 편광 전환 유닛의 일부이며 (도시되지 않은) 상 지연 유닛으로 제공되는)) 1/4 파장판(9)과, ((도시되지 않은) 광 안내 유닛 및 (도시되지 않은) 원주형 집적식 장치로 제공되는) 로드 집적기(11)와, (유닛 분리 편광으로 제공되는) 편광 분리 장치(12)를 포함한다. 여기서, 개구를 갖는 반사 장치(8)와 1/4 파장판(9)은 (도시되지 않은)평관 전환 유닛을 구성한다.

바람직하게, 광원 램프(2)는 광 방사부의 소형 영역 즉, 짧은 길이의 아크를 갖는 고압 수은 램프이다. 아크의 길이가 짧을수록, 광의 점원특성은 보다 강해지며, 반사 거울(3)을 이용한 광의 포커스 특성은 증가된다. 더욱이, 광원 램프(2)의 광 방사 요소는 자외선과, 화상의 표시에 기여하지 않는 열선을 함유하며, (도시되지 않은) 자외선 제거 필터 및 (도시되지 않은) 열선 제거 필터는 바람직하게 광원램프(2)와 개구를 갖는 반사 장치(8) 사이에 존재하는 광 통로 내에 위치된다. 또한, 자외선과 열선을 제거하기 위한 박막은 개구를 갖는 반사 장치(8)의 일측면 상에 위치된다.

반사 거울(3)는 제1 초점의 부근과 제2 초점의 부근에 위치되는 광원 램프(2)로부터 공급된 광을 집광한다. 따라서, 반사 거울(3)은 바람직하게 로드 집적기(11)의 입사광의 단부면의 중심이 제2 초점과 일치하도록 위치된다. 더욱이, 포물선 측면을 갖는 반사 거울(3)은 타원형 거울 대신에 반사 거울(3)로 이용될 수 있다. 이러한 경우에, 로드 집적기(11)의 입사광의 단부면의 중심에 포물선 측면을 갖는 반사 거울(3)을 반사한 광을 집광하기에 적합한 렌즈를 추가함으로써, 반사 거울(3)에 의해 얻어진 동일한 효과가 달성될 수 있다.

도2에 도시되어진 반사 장치(8)는 광원 램프(2)로부터 공급된 광이 로드 집적기(11) 상에 입사할 때 이용되는 광의 흡수 포트로서 제공되는 중심부 내에 반사광의 함수가 아닌 개구부(8a)가 제공된다. 후술되어질 반사부는 편광의 전환율을 개선하기 위해 제공된다. 개구를 갖는 반사 장치(8)로서, 예를 들어 알루미늄(Al)등의 금속 또는 판형 유리 기판의 표면 상에 절연 다층의 증기 증발을 수행함으로써 제조된 장치가 이용된다. 진공 증발을 수행하는 때에 마스크 부분을 제공함으로써, 개구부로 제공되는 비증발 부분이 형성될 수 있다. 더욱이, 광의 양적 손실을 감소하기 위해, 개구를 갖는 반사 장치(8)의 이면에 반사 방지막이 형성된다. 위상 지연 장치로서 기능하는 1/4 파장판(9)의 광축이 편광 분리 유닛(12) 또는 액정 패널(6)의 조명되는 물체 표면(7)의 광축에 대해 45도의 각도로서 배열된다. 1/4 파장판(9)으로서는, 방해석, 초경 방해석 등과 같은 결정질 재료를 적층시킴으로써 얻을 수 있는 TAC(일반적으로 셀룰로스) 막 사이의 연장된 투명한 PVA(폴리 비닐 알콜) 등의 막형 판이 알려져 있다.

도2에 도시된 바와 같이, 로드 집적기(11)는 정방 기둥형 장치이다. 이는 조명광의 파장 영역에 상응하는 투명 유리 재료 또는 플라스틱 재료를 사용함으로써 제조된다. 로드 집적기(11)는 광학적으로 연마된 광 입사 단부면(SI), 광 출사 단부면(SO) 및 전반사용으로 사용되는 4개의 측면을 가진다. 4개의 측면은 전반사되는 표면으로 기능하기 위해 거울 정도의 매끈한 상태로 연마된다. 또한, 광 입사 단부면(SI) 및 광 출사 단부면(SO)은 출사하는 광의 양적 손실을 줄이기 위해서 각기 무반사 막(도시 생략)을 가지는 것이 바람직하다. 또한 로드 집적기(11)의 단면은 길이(V)에 대한 길이(H)의 비가 액정 패널(6)의 표시 영역에서의 것과 거의 유사한 수평(횡) 방향 길이(H) 및 수직(종) 방향 길이(V)를 가지는 직사각형인 것이 바람직하다. 따라서, 액정 패널(6)의 표시 영역에서의 길이(V)에 대한 길이(H)의 비가 4:3 인 경우에, 로드 집적기(11)의 단면에서의 길이(V)에 대한 길이(H)의 비가 4:3 인 것이 바람직하다. 액정 패널(6)의 표시 영역에서의 비가 16:9 인 경우에, 로드 집적기(11)의 단면의 길이(V)에 대한 길이(H)의 비도 16:9 가 되게 함으로써 조명 효율은 최적화될 수 있다.

도3에 도시된 바와 같이, 입사광(L)은 로드 집적기(11) 내부에서 측면 반사를 반복하거나 측면에 의한 전반사 없이 광 출사 단부면(SO)에 도달하여 복수의 수직 보조 광원(P1, P2, P3 내지 P5)을 형성한다. 또한, 도3에 있어서, 설명을 간단하게 하기 위해, Z축 방향은 이동 방향으로 사용되고 Y-Z 단면 내의 광만이 도시된다. 출사 단부면(SO)에 있어서, 광은 복수의 수직 보조 광원(P1, P2, P3 내지 P5)에 의해 과부과 방식으로 조명되기 때문에, 표면 내에서 높은 균일성을 가지는 조명이 이루어 질 수 있다. 또한, 광 출사 단부면(SO) 상에서의 조명 상태에 대한 정보를 도시하는 화상이 콘덴서 렌즈(5)를 통한 투과에 의해 액정 패널(6)의 조명된 표면 상에 형성되기 때문에, 균일한 조명이 이루어질 수 있다.

편광 분리 장치(12)는 서로 수직인 편광된 축이 무작위 편광 입사광 내에 포함되는 선형 편광 요소로부터 일 요소는 투과되고 다른 요소는 반사되도록 작동한다. 예를 들면, 편광 분리 유닛(12)을 통해 통과하는 선형 편광이 "P-편광"으로 정의되고 편광 분리 장치(12) 벗어나 반사하는 선형 편광을 "S-편광"으로 정의 할 때, 편광 분리 장치(12)를 통해 통과된 P-편광의 화상은 편광 분리 장치(12)의 배면에 위치한 콘덴서 렌즈(5)를 통한 투과에 의해 액정 패널(6)의 조명될 물체 표면(7) 상에 형성된다.

편광 분리 장치(12)로서는, 미국 소재의 목스테크(MOXTEK)에 의해 제조되는 ProFlus(상표명), 스미토모 3M 코포레이션(Sumitomo 3M corporation)에 의해 제조되는 HMF(상품명) 등이 알려져 있다. ProFlus는 65nm 정도의 폭, 100 내지 200nm의 높이 및 유리 기판 상에서 140nm의 피치를 가지는 알루미늄으로 제조된 미세한 그리드를 형성함으로써 얻어지며 들어오는 무작위 편광에 포함된 편광 요소를 그리드의 길이 방향에 직각인 진동 방향으로 통과되게 하는 반면에, 들어오는 무작위 편광에 포함된 편광 요소를 그리드의 길이 방향에 평행한 진동 방향으로 반사되도록 구성된 그리드형 편광 장치이다. 또한, HMF는 폴리에스테르 다층 구조물을 가지는 수지 막인 아크릴 감압성 접착제를 통해 유리 기판 등에 고정됨으로써 사용된다. HMF는 통과되는 무작위 편광에 포함되는 P-편광 요소 및 반사되는 무작위 편광에 포함되는 S-편광 요소를 가진다. 어떤 경우에는, 기판의 편광 분리 표면의 배면에 무반사 막을 제공함으로써, 광의 양적 손실은 감소될 수 있다.

집광 렌즈(5)는 로드 집적기(11)의 광 출사 단부면(SO)으로부터 얻어진 이미지가 액정 패널(6)의 조명된 물체 표면(7) 상에 형성되도록 하는 방식으로 배열된다. 집광 렌즈(5)에 의해, 로드 집적기(11)의 조명된 물체 표면(7)과 광 출사 단부면(SO)은 광학적으로 짝을 이룬 상태에 있다. 액정 패널(6)은 트위스티드 네마틱(Twisted Nematic; TN) 액정이 2개의 투명한 유리 사이에 개재되고 TFT(박막 트랜지스터)가 스위칭 요소로서 형성되도록 구성될 수 있다. 더욱이, TN 형식의 액정 외에도 액정으로서 강유전체 형식의 액정 또는 반강유전체 형식의 액정, 수평 지향식 액정 또는 수직 지향식 액정 및 고분자-발산 형식의 액정이 사용될 수 있다. 액정이 밀봉된 2개의 유리 기판의 배면 및 후방 측면에 (도시되지 않은) 편광판이 위치된다. 본 발명에서, 투과 형식의 활성 매트릭스 TFT 액정 패널 외에도 반사 형식의 LCOS 등이 사용되는 것이 기대된다.

다음으로, 도4 내지 도6을 참조하여 제1 실시예의 편광 조명 장치(1)의 기능이 이하에 설명된다.

광원 램프(2)로부터 공급된 무작위 편광은 반사 거울(3)에 의해 집광된다. 집광된 광은 반사 장치(8)의 개구부(8a)와 1/4 파장판(9)을 통해 투과되고 로드 집적기(11)의 광 입사 단부면(SI)으로 들어가서 그 다음 측면 반사가 반복되고 출력되면서 광 출사 단부면(SO)에 도달한다. 편광 분리 유닛(12) 내에 입사하는 무작위 편광 내에 포함된 서로 직교하는 2개의 선형 편광 요소 중의 요소(Lp)(도4)(여기에서 p-편광으로 취급됨)만이 투과되고 이미지는 액정 패널(6)의 조명된 물체 표면(7) 상에서 집광 렌즈(5)를 통해 투과함으로써 형성된다.

편광 분리 유닛(12)으로부터 반사된 다른 요소(Ls)(여기에서 s-편광으로 취급됨)이 p-편광으로 전환되는 과정이 도4 및 도5에 도시된다. s-편광 요소의 광(Ls)은 광원 램프(2)로 후방으로 이동한다. s-편광 요소의 광(Ls)은 로드 집적기(11)의 광 출사 단부면(SO)으로 들어가서 측면 반사가 반복되면서 로드 집적기(11)를 통과하고 입사 광 단부면(SI)에 도달하여 출력된다. 다음으로, 출력 광은 1/4 파장판(9)을 통해 투과되나, 이 때 45°의 각도만큼 경사진 1/4 파장판(9)의 광학 축들(속도축, 지연축)의 방향으로 요소들 사이에서 s-편광 내에 "π/2"의 위상 지연이 발생하므로, 출력 광은 원형 편광(Lc)으로 전환된다.

도4에 도시된 바와 같이, 역방향으로 반사 장치(8)의 개구부(8a)를 통해 투과되는 원형 편광(Lc)은 반사 거울(3)로부터 반사되고 광원 램프(2)의 광 방사부 근처로 복귀한다. 그 다음, 이 광은 새로운 편광에 대한 광원으로서 다시 사용되고 개구를 갖는 반사 장치(8)와 1/4 파장판(9)을 통해 로드 집적기(11)로 들어간다. 즉, 로드 집적기(11)로 들어가기 바로 전에, 원형 편광(Lc)은 1/4 파장판(9)을 통해 다시 투과된다. 이 때, 45°의 각도만큼 경사진 1/4 파장판(9)의 광학축들(속도축, 지연축) 내에서 요소들 사이에서 전체 "π"의 위상 지연이 발생하기 때문에, 원형 편광(Lc)은 p-편광으로 전환되고 결국 편광 분리 유닛(12)을 통해 투과되는데, 이는 액정 패널(6)의 조명된 물체 표면(7) 상의 조명에 기여한다.

반면, 로드 집적기(11)의 광 입사 단부면(SI)의 이웃하는 구역의 확대된 다이어그램인 도5 또는 도6에 의해 상세히 도시된 바와 같이, 반사 장치(8)의 개구부(8a)를 통과하지 않고 반사되는 원형 편광(Lc)은 p-편광으로 전환되는데, 이는 1/4 파장판(9)을 통해 더 투과되기 때문이다. 결국, 원형 편광(Lc)은 편광 분리 유닛(12)을 투과하는데, 이는 액정 패널(6)의 조명된 물체 표면(7) 상의 조명에 기여한다. 따라서, 편광 분리 유닛(12)으로부터 반사되는 s-편광 요소의 대부분은 p-편광으로 전환되는데 이는 1/4 파장판(9)을 통해 2번 투과되기 때문이며, 따라서 조명 광으로서 사용될 수 있고, 이에 따라 광원을 사용하는 효율이 더 향상될 수 있다.

게다가, 막형 1/4 파장판이 채용되면, 1/4 파장판(9)은 로드 집적기(11)의 광 입사 단부면 SI의 감압성 접착제를 통해 부착될 수 있다. 게다가, 1/4 파장판(9)은 개구를 갖는 반사 장치(8)에 부착될 수 있다. 또한, HMF와 같은 막형의 1/4 파장판이 채용되면, 편광 분리 유닛(12)은 로드 집적기(11)의 광 출사 단부면 SO에 부착될 수 있다. 그 결과, 광의 양적 손실 및 부품의 수가 감소될 수 있다.

전술한 바와 같이, 제1 실시예에 따라, 광원 램프(2)로부터 공급된 무작위 편광 Lr은 편광 방향이 서로 직교하는 선형 편광(P-편광 Lp와 S-편광 Ls)으로 분리되고, 편광 분리 유닛(12)으로부터 반사된 s-편광 Ls의 대부분은 1/4 파장판(9)을 투과하는 것의 2배이기 때문에, p-편광으로 전환되어, 집적된 편광 방향을 갖는 광을 조명함으로써 사용될 수 있는, 얻어지는 동일한 편광 방향을 갖는 선형 편광(p-편광 Lp)을 가능하게 한다. 그 결과, 광원의 사용 효율이 더 개선될 수 있다. 게다가, 광원이 로드 집적기(11)를 사용함으로써 증대되기 때문에, 높은 균일성을 갖는 조명이 얻어질 수 있다. 또한, 집광 렌즈(5)를 사용함으로써 로드 집적기(11)의 광 출사 단부면 SO의 조명에 대한 정보를 도시하는 화상이 액정 패널(6)에 형성되기 때문에, 조명 발광 플럭스를 포함하는 감소된 광 발산 각도 및 높은 평행 관계를 갖는 조명이 달성된다. 게다가, 광원의 고효율 사용에 부가하여, 개구를 갖는 반사 장치(8), 1/4 파장판(9), 집적된 방식의 로드 집적기(11) 및 편광 분리 유닛(12), 편광 조명 장치(1) 및 투사형 표시 장치를 형성함으로써 전술한 바와 같이 높은 균일성 및 조명광의 최고 수준의 평행 관계를 갖는 조명이 작고 경량으로 제조될 수 있다.

제2 실시예

도7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 편광 조명 장치(14)의 구성을 도시한 단면도이다. 제1 실시예에서, 로드 집적기(11)는 1/4 파장판(9)과 편광 분리 유닛(12) 사이에 적층되고, 광 입사 단부면 SI의 측면에 1/4 파장판(9)이 위치되고, 광 출사 단부면 SO의 측면에 편광 분리 유닛(12)이 위치되는 반면, 제2 실시예에서, 두 1/4 파장판(9)과 편광 분리 유닛(12)은 로드 집적기(11)의 광 출사 단부면 SO의 측면에 위치된다. 제2 실시예에서, 제1 실시예의 경우와 같이, 광원 램프(2)로부터 공급된 무작위 편광은 조명광으로 사용될 수 있는 p-편광으로 고효율 전환될 수 있고 광원의 고효율 사용이 달성될 수 있다. 전술한 것을 제외한 구성은 제1 실시예와 동일하고 그 설명은 따라서 간소화된다.

도7에 도시된 바와 같은 편광 조명 장치(14)는 광원 램프(2), 반사 거울(3),편광 유닛(15) 및 집광 렌즈(5)가 제공되고, 광 밸브로서 제공되는 액정 패널(6)의 조명 물체 표면(7)을 조명한다. 편광 유닛(15)은 차례로 배열된 개구를 갖는 반사 장치(8), 로드 집적기(11), 1/4 파장판(9) 및 편광 분리 유닛(12)을 갖는다. 여기서, 개구를 갖는 반사 장치(8)와 1/4 파장판(9)은 편광 전환 유닛을 구성한다. 게다가, 본 실시예에서, 개구를 갖는 반사 장치(8)는 로드 집적기(11)의 광 입사면 SI에 진공 증발(vacuum evaporation)에 의해 형성될 수 있다. 또한, 막형 1/4 파장판이 사용된다면, 1/4 파장판(9)은 로드 집적기(11)의 광 출사 단부면 SO에 부착될 수 있다. 전술한 바와 같이 구성함으로써, 광의 양적 손실 및 부품의 수가 감소될 수 있다.

따라서, 제2 실시예에 따라, 제1 실시예에서 얻어지는 것과 동일한 효과가 얻어질 수 있다. 즉, 제1 실시예의 경우에서와 같이, 광원 램프(2)의 무작위 편광은 조명광으로서 사용될 수 있는 p-편광으로 고효율 전환될 수 있어서, 광원의 고효율 사용이 달성된다.

제3 실시예

도8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 편광 조명 장치의 구성을 도시하는 단면도이다. 도9는 제3 실시예에 따른 편광 조명 장치의 주 부품인 편광 유닛을 도시하는 분해 사시도이다. 도10 내지 도12는 제3 실시예에 따른 편광 조명 장치의 기능을 설명하는 도표이다. 제3 실시예의 편광 조명 장치는 정사각형 막대 형상의 로드 집적기(11) 대신에 순환식 원통형 로드(rod) 집적기(22)가 사용된 점에서 제1 실시예에서 사용된 것과는 크게 상이하다. 더욱이, 그 결과로써 순환식 원통형 로드 집적기(22)의 조명되는 면의 일측면 상에 직사각형 개구를 갖는 반사 장치(23)가 위치된다.

도8에 도시된 바와 같이, 제3 실시예의 편광 조명 장치(17)에는 광원 램프(2), 광원 램프(2)로부터 방사되는 광속을 집광하기 위한 타원형 거울로 만들어진 반사 거울(3), 편광 유닛(18), 및 집광 렌즈(5)가 제공되고, 이들은 이 순서대로 배열되고 액정 패널(6)의 조명되는 물체면(7)에 광을 인가하도록 구성된다.

도8 및 도9에 도시된 바와 같이, 편광 유닛(18)에는 원형 개구부(19a)가 중심부에 형성되고 조명되는 면의 일측부 상의 면이 거울 평탄 상태(mirror smooth state)로 연마된 반사 장치(19, 편광 전환 유닛의 일부분임), 1/4 파장판(21), 직사각형 개구부(23a)가 이의 중심부에 형성되고 광원의 일측 상의 면이 거울 평탄 상태로 연마된 반사 장치(23, 직사각형 개구 포함), 및 편광 분리 유닛(24)이 제공되고, 이들은 이 순서로 배열된다. 여기서, 원형 개구를 갖는 반사 장치(19)와 1/4 파장판(21)은 편광 전환 유닛을 구성한다.

화상의 표시에 기여하지 않는 자외선 및 열선이 광원 램프(2)로부터 방사되는 광의 요소에 포함되어 있고, 이들을 제거하기 위하여 자외선 및 열선 제거 필터가 광원 램프(2)와 원형 개구를 갖는 반사 장치(19) 사이의 광경로에 제공되는 것이 바람직하다. 또한, 자외선과 열선을 제거하기 위한 박막이 원형 개구를 갖는 반사 장치(19)의 일면에 형성될 수 있다.

반사 거울(3)은 제2 초점의 부근에 제1 초점에 근접하여 위치된 광원 램프(2)로부터 방사된 광을 집광한다. 따라서, 반사 거울(3)은 순환식 원통형 로드 집적기(22)의 광 입사 단면의 중심부가 제2 초점의 부근에 위치하도록 위치되는 것이 바람직하다. 광원 램프(2)로부터 방사되어 반사 거울(3)에 의해 집광된 수렴 광속은 순환식 원통형 로드 집적기(22)의 광 입사 단면 상의 광원 램프(2)의 화상을 형성한다. 실시예에서, 반사 거울(3)로서 타원형 거울 대신에 포물면을 갖는 반사 거울이 사용될 수 있다. 이 경우, 순환식 원통형 로드 집적기(22)의 광 입사 단면의 중심 위치에서 포물면을 갖는 반사 거울에 반사되어 벗어나는 광을 집광하기 위하여 적어도 하나의 렌즈를 추가적으로 장착함으로써 반사 거울(3)을 사용하여 얻을 수 있는 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도9에 도시된 바와 같이, 반사 장치(19)에는 중심 위치에 반사 기능을 갖지 않는 원형 개구부(19a)가 제공되어 광원 램프(2)로부터 공급된 광이 순환식 원통형 로드 집적기(22)에 입사될 때 사용되는 수용 포트로써 작용한다. 반사부는 후술되는 바와 같이 편광 전환을 전환시키는 효율을 향상시키는 데 효과적이다. 원형 개구를 갖는 반사 장치(19)로서 예컨대, 평판형 유리 기판의 표면에 알루미늄 등과 같은 금속 또는 유전성 다층막의 진공 증발을 행함으로써 얻어지는 반사 장치가 사용될 수 있다. 이 경우, 진공 증발 등이 수행될 때 마스크부를 제공함으로써 개구부로서 기능을 하는 비증발 구역이 형성될 수 잇다. 더욱이, 광의 양적 손실을 감소시키기 위하여, 반사 방지막이 이의 배면에 형성될 수 있다.

위상 지연 유닛으로 작용하는 1/4 파장판(21)은, 이의 광축이 입사하는 선형 편광의 진동 방향에 대하여 45°의 각도로 형성되는 식으로 위치될 때, 선형 편광을 원형 편광으로 전환시키고 원형 편광이 도입될 때 이를 선형 편광으로 전환시킨다. 도9에 도시된 바와 같이, 순환식 원통형 로드 집적기(22)는 투명한 순환식 원통형 광학 장치이고 조명 광의 파장 구역에 대응하는 투명한 유리 재료 또는 플라스틱 재료를 사용하여 제조된다. 순환식 원통형 로드 집적기(22)는 광학적으로 연마된 광 입사 단면(SI), 광 출사부(SO) 및 전 반사를 위해 사용되는 주변 측면(SW)을 갖고, 이 주변 측면(SW)은 전 반사면으로 작용하도록 거울 평탄 상태로 연마된다. 더욱이, 광 입사 단면(SI) 및 광 출사 단면(SO)은 출사하는 광의 양적 손실을 감소시키기 위해 반사 방지막으로 피복된다.

직사각형 개구(23)를 구비하는 반사 장치는 직사각형 개구부(23a)를 가지고 원통형 로드 집적기(22)의 광 출사 단부면(SO)에 인접하여 위치되고, 원형 개구를 구비하는 반사 장치(19)의 경우에는 평판형 유리 기판의 표면 상의 알루미늄 또는 유전성 다층과 같은 금속의 진공 증발을 수행하여 얻어진 장치를 사용한다. 여기서, 직사각형 개구(23)를 구비하는 반사 장치의 개구부(23a)의 종횡비는 바람직하게는 조사되는 표면(7)의 종횡비와 비슷하다. 직사각형 개구(23)를 구비하는 반사 장치의 개구부(23a)로 인해, 직사각형 광속은 편광 분리 유닛(24)으로 들어간다. 조사되는 물체 표면(7)으로 작용하는 액정 패널(6)의 표시 구역의 종횡비가 4:3이면, 직사각형 개구부(23a)의 종횡비는 4:3인 것이 바람직하고, 액정 패널(6)의 표시 구역의 종횡비가 16:9이면, 개구부(23a)의 종횡비를 16:9로 함으로써 조명 효율이 최적화된다.

편광 분리 유닛(24)은 직사각형 개구부(23a)를 구비하는 반사 장치의 조사되는 물체 표면(7)의 측면 상에 위치되고, 한 요소는 투과되게 하고 다른 요소는 서로 직교하는 편광축이 무작위로 편광된 입사광에 포함되는 선형 편광 요소들을 벗어나 반사되게 한다. 예를 들면, 편광 분리 유닛(24)을 통과하는 선형 편광은 "p-편광"으로 정의되고, 편광 분리 유닛(24)으로부터 반사되는 선형 편광은 "s-편광"으로 정의되며, 편광 분리 유닛(24)을 통과한 p-편광의 화상은 편광 분리 유닛(24)의 조사되는 물체 표면(7)의 측면 상에 위치하는 집광 렌즈(5)를 통해 투과함으로써 액정 패널(6)의 조사되는 물체 표면(7) 상에 형성된다. 집광 렌즈(5)는 직사각형 개구(23)를 구비하는 반사 장치의 직사각형 개구부(23a) 상에 존재하는 화상이 액정 패널(6)의 조사되는 물체 표면(7) 상에 형성되도록 배열된다. 직사각형 개구부(23a)와 조사되는 물체 표면(7)은 집광 렌즈(5)로 인해 광학적으로 결합된 상태로 위치된다. 액정 패널(6)의 조사되는 물체 표면(7)은 TN(Twisted Nematic)형 크리스탈이 2개의 투명 유리 기판과 센드위칭 요소로 기능하는 TFT(Thin Film Transistor) 필름 사이에 개재되도록 구성된다.

다음으로, 도10 내지 도12를 참조하여 상기 실시예의 편광 조명 장치(17)(도8 참조)의 기능을 설명하기로 한다. 도10에 도시된 바와 같이, 광원 램프(2)로부터 공급된 무작위 편광(Lr)은 반사 거울(3)에 의해 집광되고, 집광된 광은 반사 장치(19)의 원형 개구부(19a)와 1/4 파장판(21)을 통해 투과한다. 상기 집광된 광은 원통형 로드 집적기(22)의 광 입사 단부면(SI)으로 진입한 후, 차폐 측면(SW)에 의한 반사를 반복하면서 광 출사 단부면(SO)에 도달하여 그로부터 방사된다. 그후, 무작위 편광(Lr)은 직사각형 개구(23)를 구비하는 반사 장치의 직사각형 개구부(23a)에 도달한 후, 직사각형 개구부(23a)를 통과하여 편광 분리유닛(24)에 도달한다. 편광 분리 유닛(24)에 입사되는 무작위 편광에 포함된 서로 직각으로 교차하는 2개의 선형 편광 요소 중 [본 명세서에서 p-편광(Lp)으로 다루어지는] 하나의 요소(Lp)는 투과되고, 화상은 액정 패널(6)의 조사되는 물체 표면(7) 상의 집광 렌즈(5)를 통해 투과되어 형성된다.

편광 분리 유닛(24)으로부터 반사되는 [본 명세서에서 s-편광(Ls)으로 다루어지는] 다른 요소는 원통형 로드 집적기(22)의 광 출사 단부면(SO)으로 들어가서 광 출사 단부면(SO)으로부터 광원 램프(2)의 측면으로 후방으로 이동하고, 측면 반사를 반복하면서 원통형 로드 집적기(22) 내에서 투과된 후, 광 입사 단부면(SI)으로 다시 복귀하여 그로부터 방사된다. 그후, s-편광(Ls)은 1/4 파장판(21)을 통과하고, 이때 s-편광(Ls)은 원통형 편광(Lc)으로 전환된다. 도10 내지 도12에 도시된 바와 같이, 원통형 편광(Lc)은 반사 장치(19)의 원형 개구부(19a)를 투과하지 않고 반사되고, 다시 1/4 파장판(21)을 투과하여 p-편광(Lp)으로 전환된다. p-편광(Lp)은 원통형 로드 집적기(22) 내의 조사되는 물체 표면(7)으로 이동하고 직사각형 개구(23)를 구비하는 반사 장치에 도달하고, 직사각형 개구부(23a)를 통과한 후 편광 분리 유닛(24)을 투과하고 집광 렌즈(5)를 사용하여 액정 패널(6)의 조사되는 물체 표면(7) 상에 조사하는 작용을 한다. 따라서, 통일된 편광 방향을 갖는 조사된 광속이 얻어진다.

또한, 도12에 도시된 것처럼, 반사되고 순환식 원통형 로드 집적기(22)로 복귀한 뒤 반사 장치(19)의 원형 개구부(19a)에 다다르는 S 편광(Ls)은 1/4 파형판(21)을 통해 투과되어 원형 편광(Lc)이 되고 반사 거울(3)로 반사되지 않고광원 램프(2)의 광방사부를 둘러싸는 부분에 복귀된다. 원형 편광(Lc)은 이후 새로운 원형 편광의 광원광으로써 다시 사용된다. 원형 편광(Lc)은 반사 거울(3)에 의해 분산되고 순환식 원통형 로드 집적기(22)의 광 입사 단부면(SI)에 진입한다. 원형 편광(Lc)은 순환식 원통형 로드 집적기(22)로 진입하기 전에 다시 즉각적으로 1/4 파형판(21)을 통해 투과된다.

이때, 전체적으로 "n"에 의해 지연된 위상은 45°의 각도로 경사진 1/4 파형판(9)의 광축(속도축 및 지연축)에서 존재하는 요소들 가운데 발생하기 때문에, 원형 편광은 이후 p-편광으로 전환되고 편광 분리 유닛(24)을 통해 최종적으로 투과되며, 이것은 액정 패널(6)의 조명된 물체 표면(7) 상에의 조명에 기여한다. 따라서, 광원 램프(2)로부터 방사된 무작위 편광(Lr)은 선형 편광[p-편광(Lp) 및 s-편광(Ls)]으로 분리되며, 이 편광 방향은 서로 수직하고 대부분의 S-편광(Ls)은 편광 분리 유닛(24)에 반사되지 않고, 1/4 파형판(21)을 통해 두 번 더 투과되기 때문에 p-편향광(Lp)으로 전환되어 동일한 편광 방향을 갖는 선형 편광[p-편광(Lp)]이 얻어지는 것을 허용하며, 단일 편광 방향을 갖는 조명광으로써 사용된다.

또한, 도11에 도시된 것처럼, 직사각형 개구(23)를 갖는 반사 장치에서, 개구부(23a)에 도달하지 않지만, 반사면에 도달하는 무작위 편광(Lr)은 반사면에 반사되지 않고 그 이동 방향은 광원 램프(2)의 측면에서 변하고 이동하며, 측면 반사는 순환식 원통형 로드 집적기(22) 안에서 반복된다. 원형 개구를 갖는 1/4 파형판(21) 및 반사 장치(19) 내에서, 무작위 편광(Lr)은 그 이동 방향을 순환식 원통형 로드 집적기(22)의 광출사 단부면(SO)의 방향으로 변화시켜 더 이동한다. p-편광(Lp)은 직사각형 개구(23)를 갖는 반사 장치의 직사각형 형상의 개구부(23a)를 통과할 때, 편광 분리 유닛(24)을 투과하여 조명에 기여하고, 직사각형 개구(23)를 갖는 반사 장치의 직사각형 개구부(23a)를 통과할 때, s-편광(Ls)는 편광 분리 유닛(24)에 반사되지 않는다. 반사 s-편광(Ls)은 순환식 원통형 로드 집적기(22) 내의 광원 램프(2)를 향해 이동하고, 1/4 파형판(21) 및 원형 개구를 갖는 반사 장치(19)에서 p-편광(Lp)으로 전환되고, 이후 편광 분리 유닛(24)을 통해 투과되어 액정 패널(6)의 조명되는 물체 표면(7) 상으로의 조명에 기여한다.

또한, 만일 필름형의 1/4 파형판이 1/4 파형판(21)으로써 사용될 경우, 순환식 원통형 로드 집적기(22)의 광 입사 단부면(SI)에 접착하는 감압성 접착제를 통해 고착된다. 이것은 감소되는 공기와 접촉하는 면이 발생되게 하여 광의 양적 손실을 감소시킨다. 또한, 1/4 파형판(21)은 원형 개구를 갖는 반사 장치(19)의 후부에 고착될 수 있다. 이것은 광의 양적 손실 및 요구되는 요소의 개수를 감소시킨다. 또한, "HMS" 등과 같은 필름형 장치일 경우, 편광 분리 유닛(24)은 직사각형 개구(23)를 갖는 반사 장치의 후부에 고착될 수 있다. 또한, 직사각형 개구(23)를 갖는 반사 장치는 순환식 원통형 로드 집적기(22)의 광출사 단부면(SO)에 고착될 수 있다. 이것은 광의 양적 손실 및 요구되는 요소의 개수를 감소시킨다.

따라서, 실시예에 따르면, 광원 램프(2)로부터 방사되는 무작위 편광(Lr)은 서로에 대해 직각인 방향으로 편광하는 선형 편광[p-편광(Lp) 및 s-편광(Ls)]으로 분리된다. 편광 분리 유닛(24)을 반사하는 상기 s-편광의 대부분은, 1/4파장판(21)을 통해 2배로 더 투과하므로 p-편광(Lp)으로 또한 전환되어, 그 결과 동일한 편광 방향을 갖는 선형 편광[p-편광(Lp)]이 얻어질 수 있어서 집적된 편광 방향을 갖는 조명광으로서 사용될 수 있게 한다. 따라서, 광원 사용 효율이 향상될 수 있다. 또한, 광원이 원형 원통 로드 집적기(22)를 사용함으로써 증가되기 때문에, 조도의 높은 균일성이 얻어질 수 있다. 집광 렌즈(5)를 사용함으로써 원형 원통 로드 집적기(22)의 광 출사 단부면(SO)에서의 조명에 대한 정보를 나타내는 화상이 액정 패널(6) 상에 형성되기 때문에, 조명 광속에 포함된 감소된 광의 발산각을 갖고 높은 평행도를 갖는 조명이 달성될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 광원 사용의 높은 효율성과, 조명의 높은 균일성과, 조명 광의 우수한 평행도 이외에, 원형 개구를 갖는 반사 장치(19), 1/4 파장판(21), 원형 원통 로드 집적기(22), 직사각형 개구(23)를 갖는 반사 장치 및 편광 분리 유닛(24)을 집적된 방식으로 형성함으로써 편광 조명 장치와 투사형 표시 장치는 소형이며 경량으로 만들어질 수 있다.

더욱이, 쉽게 작업할 수 있는 원형 원통 로드 집적기(22)가 사용되므로, 예를 들어 정사각-막대형 로드 집적기와 비교할 때 편광 유닛(18)과 편광 조명 장치는 저렴한 비용으로 제조될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 실시예에 적용된 정사각-막대형 로드 집적기의 경우에는 광균일성을 달성하기 위해 내부 반사에 사용되는 4개의 측면이 높은 정밀성으로 작업되고 연마되어야 하므로 대량 생산과 비용 감소가 어렵지만, 제3 실시예의 원형 원통 로드 집적기(22)의 경우에는 정사각-막대형 로드 집적기와 비교할 때 적은 작업 공정이 요구되므로 비용을 감소할 수 있다.

여기에서, 직사각형 개구(23)를 갖는 반사 장치에 있어서, 무작위 편광(Lr)은 직사각형의 개구부(23a)에 도달하지 않지만, 반사면은 원형 원통 로드 집적기(22) 내에서 측면 반사를 반복하며 조명으로서 사용되는 편광 분리 유닛(24)을 통해 투과할 수 있는 편광 요소으로 결국 전환되어서, 직사각형 개구(23)를 갖는 반사 장치가 장착될지라도 광원 사용의 높은 효율을 갖는 조명 광시스템을 제조하는 것이 가능하다.

즉, 원형 원통 로드 집적기(22)를 사용하는 광시스템에 있어서, 광 출사 단부면(SO)과 액정 패널(6)의 조명된 물체 표면(7)이 광 결합 상태에 있으므로, 액정 패널(6)의 직사각형의 조명된 물체 표면(7)에 대응하기 위해, 원형 원통 로드 집적기(22)의 광 출사 단부면(SO)이 직사각형일 필요가 있다. 그러나, 직사각형 개구(23)를 갖는 반사 장치가 광 출사 단부면(SO)의 근처에 위치되므로, 조명된 영역의 형상이 직사각형인 방식으로 액정 패널(6)의 조명된 물체 표면(7)을 조명하며 조명 효율 및 광원 사용 효율의 감소를 방지하는 것이 가능하다.

제4실시예

도13은 본 발명의 제4 실시예의 편광 조명 장치(26)의 구조를 도시한 단면도이다. 도14는 제4 실시예의 편광 조명 장치(26)의 편광 유닛(27)의 구성을 도시한 분해 사시도이다. 제3 실시예에서, 환형의 원통형 로드 집적기(22)는 1/4 파장판(21)과 편광 분리 유닛(24) 사이에 개재되고, 1/4 파장판(21)은 광 입사 단부면(SI)의 일 측면 상에 배치되고 편광 분리 유닛(24)은 광 출사 단부면(SO)의 일 측면 상에 배치되는 반면에, 제4 실시예에서는 1/4 파장판(21)과 편광 분리유닛(23) 모두가 환형의 원통형 로드 집적기(22)의 광 출사 단부면(SO)의 일 측면 상에 배치된다. 제4 실시예에서는 제3 실시예의 경우와 같이, 광원 램프(2)로부터 공급된 무작위 편광은 광을 조명할 때 사용될 수 있는 P-편광으로 매우 효과적으로 전환되어, 광원 사용의 높은 효율을 얻을 수 있다. 상술 된 것을 제외한 구성은 제3 실시예와 동일하며, 따라서 그 설명은 간략화 되었다.

도13에 도시 된 바와 같이, 편광 조명 장치(26)는 광원 램프(2), 타원 거울로 된 반사 거울(3), 편광 유닛(27) 및 집광 렌즈(5)를 구비하며, 이 요소들은 광 밸브로 사용되는 액체 결정 패널(6)의 조명되는 물체 표면(7)을 조명하도록 된 순서로 배치된다. 도13 및 도14에 도시된 바와 같이, 편광 유닛(27)은 매끄러운 거울면 상태로 연마되는 조명되는 물체 표면(7)의 일 측면상의 물체, 유리 또는 플라스틱으로 된 환형의 원통형 로드 집적기(22), 1/4 파장판(21), 매끄러운 거울 상태로 연마되는 광원의 일 측면을 가지며 중심부에서 직사각형 개구부(23a)를 갖는 직사각형 개구(23)를 구비한 반사 장치 및 편광 분리 장치(24)를 순서대로 배치되도록 가지며, 중심 부분에 원형 개구부(19a)를 갖는 반사 장치(19)를 구비한다. 여기서, 원형 개구 및 1/4 파장판을 구비한 반사 장치(19)는 편광 전환 유닛으로 구성된다.

다음으로, 실시예의 편광 조명 장치(26)의 기능이 도13을 참조하여 설명될 것이다. 도13에 도시된 바와 같이, 광원 램프(2)로부터 공급된 무작위 편광(Lr)은 반사 거울(3)에 의해 집광된 후, 반사 장치(19)의 원형 개구부(19a)를 통해 투과되며, 그 후 환형의 원통형 로드 집적기(22)의 광 입사 단부면(SI)에 진입되어 주위면(SW)에 의해 반사를 반복하고 그로부터 방사되어 광 출사 단부면(SO)에 도달한다. 그 결과, 무작위 편광(Lr)은 환형의 원통형 로드 집적기(22)의 광 출사 단부면(SO)의 조명되는 물체 표면(7)의 일 측면 상에 배치된 1/4 파장판(21)을 통해 투과되고, 사각 개구(23)를 갖는 반사 장치의 사각 개구부(23a)에 도달된 후, 사각 개구부(23a)를 통해 투과되고 편광 분리 유닛(24)에 도달한다. 편광 분리 유닛(24)을 통해 투과된 후, 편광 분리 유닛(24) 상에 입사되는 무작위 편광(Lr) 내에 수용되는 선형 편광 요소들로부터의 P-편광(Lp)은 집광 렌즈(5)를 통한 투과에 의해 액체 결정 패널(6)의 조명된 물체 표면(7)에 도달하고 조명된 물체 표면(7) 상의 환형의 원통형 로드 집적기(22)의 광 출사 단부면(SO)의 상을 형성한다.

편광 분리 유닛(24)과 환형의 원통형 로드 집적기(22)의 광 출사 단부면(SO) 사이에 배치되는 1/4 파장판에 도달된 후, S-편광(Ls)은 원형 편광(Lc)로 전환되어, 환형의 원형 로드 집적기(22)의 광 출사 단부면(SO)에 진입하고, 광 출사 단부면(SO)으로부터 광원 램프(2)의 일 측면으로 이송되고, 측면 반사를 반복하면서 환형의 원통형 로드 집적기(22) 내에서 투과된 후, 입사광 단부면(SI)으로 복귀되어 그로부터 방사된다. 환형 편광(Lc)은 반사 장치(19)의 원형 개구부(19a)를 통해 투과된 후, 반사 거울(3)에 반사되어 광원 램프(2)의 광 방사부에 인접한 위치로 복귀하여, 새로운 환형 편광(Lc)을 위한 광원으로부터의 광으로 사용된다.

원형 편광(Lc)은 반사 거울(3)에 의해 집광되고, 반사 수단(19)의 원형 개구부(19a)를 통해 투과된 후, 원형 원주 로드 집적기(22)의 입사광 단부면(SI)에 도입하고, 원형 원주 로드 집적기(22) 내로 투과되어 광 출사 단부면(50)으로부터 방사되고, 1/4 파장판(21)을 통과할 때 p-편광(Lp)으로 전환하고, 직사각형 개구(23)를 갖는 반사 수단의 직사각형 개구부(23a)를 통해 투과된 후에 편광 분리 유닛(24)을 통해 투과되어 액정 패널(6)을 조명한다. 더욱이, 반사 수단(19)의 원형 개구부(19a)를 통해 투과되지 않고 반사 수단(19)의 원형 개구부(19a) 밖으로 반사되는 원형 편광(Lc)은 원형 원주 로드 집적기(22) 내로 투과되어 광 출사 단부면(SO)에 도달하고 1/4 파장판(21) 내에서 p-편광(Lp)으로 전환된다. 직사각형 개구를 갖는 반사 수단에 도달하고 직사각형 개구부(23a)를 통해 투과된 이후에, p-편광(Lp)은 편광 분리 유닛(24)을 통해 투과되어 집광 렌즈(5)를 통해 투과됨으로써 액정 패널(6)의 조명된 물체 표면(7) 상에 조명을 위해 제공된다. 따라서, 일체화된 편광 방향을 갖는 조명 광속을 얻을 수 있다.

제4 실시예에 따르면, 제3 실시예에서 달성되는 것과 거의 동일한 효과가 달성될 수 있다. 즉, 제3 실시예의 경우에서와 같이, 광원 램프(2)의 무작위로 편광된 광은 고효율을 갖는 p-편광(Lp)으로 전환될 수 있고, p-편광(Lp)이 사용될 수 있기 때문에 광원 사용 효율이 향상될 수 있다.

제5 실시예

도15는 본 발명의 제5 실시예에 따른 투사 표시 수단(28)의 구성을 도시한 단면도이다. 본 발명의 제5 실시예의 투사 표시 수단(28)에는, 예컨대 제1 실시예의 편광 조명 수단이 사용된다. 투사 표시 수단(28)는 편광 조명 수단(29), 편광 조명 수단(29)의 광원의 일측 상에 배치되어 시분할 컬러 분리 유닛으로 작용하는회전형 컬러 필터(31), 집광 렌즈(32, 33), 액정 패널(6) 및 투사 렌즈(34)를 갖는 단일 투사 표시 수단이다.

본 실시예에서, 회전형 컬러 필터(31)는 통상 레드, 블루 및 그린 컬러, 또는 마젠타, 시안 및 옐로우 컬러를 포함하는 3가지 컬러가 선택적으로 제공된 색선별 거울과 같은 수단으로 구성되어, 광원 램프(2)로부터 입사하는 광이 색선별 거울의 회전을 개시하는 구동부(31a)와 파장에 따라 선택적으로 투과된다. 더욱이, 회전형 컬러 필터(31)는 색선별 거울이 휘일 상에 거의 동일하게 배치되는 원형 휘일 형상 필터이다. 더욱이, 색선별 거울의 분배 비율은 광원 램프(2)가 가지고 있는 광 방사 특성을 고려하고, 레드, 블루 및 그린 컬러 각각의 에너지 비율이 대응하도록 되는 것이 바람직하다.

제5 실시예에서는, 광 밸브로 작용하는 액정 패널(6) 상의 로드 집적기(원주형 집적 수단)의 광 출사 단부면(SO) 상에 조명에 대한 정보를 표시하는 상을 형성하도록 2개의 집광 렌즈(32, 33)가 사용된다. 따라서, 조명된 물체 표면(7) 바로 앞에 집광 렌즈(33)를 추가로 배치시킴으로써, 입사광 내의 평행 관계가 더욱 향상될 수 있다.

광 밸브로 작용하는 액정 패널(6)은 2개의 투과 유리 기판 사이에 TN형 액정이 밀봉되어 형성될 수 있고 절환 요소로서 TFT가 또한 형성될 수 있다.

더욱이, 액정과 마찬가지로, TN형 액정 가까이에, 강유전형 또는 반강유전형, 수평 배향형 또는 수직 배향형 및 고분자 발산형 액정이 사용될 수 있다. 밀봉된 액정을 갖는 2개의 유리 기판의 배면 및 후방 측에 (도시되지 않은) 편광판이배치된다. 전송형 활성 매트릭스 TFT 액정 패널에 추가로, 반사형 Lcos 등이 사용될 수 있다.

액정 패널(6)을 조사하기 위해 사용된 광은 영상 신호에 따라 액정 패널(6)에 의해 전기광학적으로 수정되고, 액정 패널(6) 상에 나타난 영상은 투사 렌즈(34)를 통해 (도시되지 않은) 스크린 상에 확대 방식으로 투사된다. 본 실시예의 투사형 표시 장치(28)는 후방면 뿐만 아니라 전방면으로부터 스크린 상에 투사를 실행하는 방법을 채용한다.

제5 실시예에 따르면, 광원 램프(2)로부터 공급된 비편광은 효과적으로 편광 및 전환되고, 높은 균일성 및 비교적 양호한 평행성을 갖는 조사광이 사용되므로 투사된 광은 높은 조도 및 높은 비율의 조명을 얻을 수 있다. 특히, 본 실시예의 투사형 표시 장치(28)는 액정 패널(6) 상에 입사하는 광의 평행성이 요구되는 소형 액정 패널을 사용하는 단일 투사형 표시 장치에 적합하게 사용될 수 있다.

제6 실시예

도16은 본 발명의 제6 실시예에 따른 투사형 표시 장치(36)의 형상을 설명하는 단면도이다. 제6 실시예의 투사형 표시 장치(36)의 형상은 정사각형 막대 형상의 막대 집적기 대신에 순환식 원통형 막대 집적기가 사용된다는 점에서 제5 실시예와 다르다. 전술한 형상을 제외하면 제5 실시예와 동일하므로 그것에 대한 기술은 간략화된다. 제6 실시예의 투사형 표시 장치(36)에서는, 제3 실시예에서 채용된 편광 조명 장치가 사용된다.

투사형 표시 장치(36)는 편광 형식이며, 조명 장치(37), 상기 편광 조명 장치(37)의 광원측에 위치되는 시분할 칼라 분리 유닛으로 작용하는 회전식 칼라 필터(38), 집광 렌즈(39, 41), 액정 패널(6) 및 투사 렌즈(42)를 갖는 단일 투사형 표시 장치이다. 본 실시예에서, 회전식 칼라 필터(38)는 통상 적색, 청색 및 녹색, 또는 마젠타, 시안 및 옐로우를 포함하는 3개의 칼라가 선택적으로 제공되어, 광원 램프(2)로부터 입사하는 광이 2색 거울의 회전을 일으키는 구동 섹션(38a) 및 파장에 따라 선택적으로 투과되는 2색 거울과 같은 장치로 제작된다. 또한, 회전식 칼라 필터(38)는 2색 거울이 거의 균일하게 휠 상에 위치된 둥근 휠 모양의 필터이다. 또한, 2색 거울의 분배율은 광원 램프(2)가 가지는 방사 특성이 고려되고 각각의 적색, 청색 및 녹색의 에너지 비율이 대응하는 것이 바람직하다.

제6 실시예에서, 2개의 집광 렌즈(39, 41)는 광 밸브로서 작용하는 액정 패널(6) 상의 막대 집적기(22)(원통형 집적 장치)의 광 출사 단부면(SO) 상의 조명에 대한 정보를 나타내는 화상을 형성하기 위해 사용된다. 따라서, 조명되는 물체 표면 직전에 집광 렌즈(41)를 부가적으로 위치시킴으로서, 입사광의 평행성은 더욱 개선될 수 있다. 광 밸브로서 작용하는 액정 패널(6)은 TN-형식 액정이 2개의 투명 유리 기판 사이에서 실링되고 TFT 또한 스위치 요소로서 형성되는 형상일 수 있다.

액정 패널(6)을 조명하기 위해 사용되는 광은 영상 신호에 따라 액정 패널(6)에 의해 전기광학적으로 수정되고, 액정 패널(6) 상에 나타난 영상은 투사 렌즈(42)를 통해 (도시되지 않은) 스크린 상에 확대 방식으로 투사된다. 본 실시예의 투사형 표시 장치(36)는 후방면 뿐만 아니라 전방면으로부터 스크린 상에 투사를 실행하는 방법을 채용한다.

제6 실시예에 따르면, 제5 실시예에서 달성된 효과와 거의 동일한 효과가 성취될 수 있다. 또한, 작업을 용이하게 할 수 있는 순환식 원통형 로드 집적기(22)가 사용되기 때문에, 예컨대 정사각형 막대 형상의 막대 집적기가 사용되는 경우와 비교할 때, 편광 유닛(18) 및 편광 조명 장치(37)가 저비용으로 제조될 수 있다. 여기서, 사각형 개구(23)를 갖는 반사 장치에서, 원형 개구부(23a)가 아닌 반사면에 이르는 무작위 편광(Lr)은 순환식 원통형 로드 집적기(22) 내에서 측면 반사를 반복하고 편광 분리 유닛(24)을 통해 투과할 수 있는 편광 요소로 최종적으로 전환되고, 조명광으로 사용되므로 사각형 개구(23)가 장착되는 반사 장치일지라도 광원 사용의 높은 효율을 갖는 조명 광학 시스템 제조가 가능하다.

본 발명은 상기 실시예들에 제한되지 않고, 본 발명의 기술 사상 및 범주 내에서 수정 및 변형될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예들 들면, 상기 실시예들에서, 중실 정사각 막대 또는 중실 원통으로 된 로드 집적기가 사용되지만, 로드 집적기 뿐만 아니라, 유리 등과 같은 반사면으로 된 외측 프레임을 갖는 원통 또는 정사각 막대 형상을 갖는 "경량 파이프"라 불리는 중공 파이프를 사용함으로써, 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이 경우에, 경량 파이프는, 단면이 요홈 형상으로 되어 있고 상·하 두 개의 섹션으로 분할되어 있는 광학 장치를 조합하여 제조될 수 있다.

또한, 제5 및 제6 실시예에서는, 단판식 표시 장치가 제공되지만, 3개의 결정 패널을 사용하는 3판식 표시 장치가 채용될 수도 있다. 투과식 액체 패널과,LCOS식 액정과 같은 반사식 액정 양자 모두가 사용될 수 있다. 또한, 액정 패널 대신에 예들 들어 텍사스 인스트루먼트 컴퍼니(Texas Instrument Co.)에서 제조된 DMD(Digital Mirror Device)를 사용하여 투사형 표시 장치를 구성할 수도 있다. 제5 실시예에서는, 제1 실시예에서 사용된 편광 조명 장치가 사용되지만, 제2 실시예에서 사용된 편광 조명 장치가 사용될 수도 있다. 또한, 제6 실시예에서는, 제3 실시예에서 사용된 편광 조명 장치가 사용되지만, 제4 실시예에서 사용된 편광 조명 장치가 사용될 수도 있다. 로드 집적기의 광 입사 단부면의 치수와 광 출사 단부면의 치수가 반드시 동일할 필요는 없고, 동일한 중심축을 갖고 유사하기만 하다면 임의의 치수가 허용될 수도 있다. 즉, 로드 집적기는 피라미드의 일부 또는 광 출사 단부면의 측면을 향해 단면이 테이퍼진 원추부를 형성하도록 제조될 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 편광 유닛의 구성에 따르면, 조명의 균일성과, 편광 전환 속도와, 입사 광의 평행성을 높게 유지한 상태로, 균일한 조명을 달성하는데 사용되는 장치와, 편광을 전환시키는데 사용되는 장치가 서로 인접하게 배열되거나 또는 집적될 수 있어서, 편광 유닛이 소형·경량화되도록 구성될 수 있다. 편광 조명 장치에 따르면, 본 발명의 편광 장치를 사용함으로써 편광 조명 장치가 소형·경량화된다. 또한, 투사형 표시 장치에 따르면, 편광 장치를 사용함으로써 투사형 표시 장치가 소형·경량화된다. 또한, 원형의 원통형 원주 집적 유닛을 사용함으로써, 정사각 막대 형상의 원주형 집적 장치가 사용되는 경우에 비해 저렴한비용으로 편광 유닛과 편광 조명 장치와 투사형 표시 장치를 제조할 수 있다. 원주형 집적 장치의 광 출사 단부면의 근방에 직사각형 개구부를 갖는 개구를 갖는 반사 유닛을 위치시킴으로써, 조명된 물체 표면으로서의 역할을 하는 액정 패널은 조명된 영역의 형상을 직사각형으로 만들도록 조명될 수 있고, 조명 효율 및 광원 사용 효율의 감소를 피할 수 있다.

Claims (17)

1. 광원으로부터 공급된 광을 수용하고 조명될 물체에 편광된 조명광을 방사하기 위한 편광 유닛이며,

   특정한 형태의 편광을 얻고, 편광이 조명될 상기 물체의 측면으로부터 입사될 때 그 편광 방향이 서로 직각인 두 개의 광 요소 사이의 위상차를 전환시키고, 조명될 상기 물체의 측면으로 상기 편광을 방사하는데 사용되는 편광 전환 수단과,

   조명될 상기 물체의 측면에 형성된 광 출사 단부면 및 상기 광원의 측면에 형성된 광 입사 단부면을 갖고, 직선으로 이동하는 입사광을 갖거나 또는 상기 광을 안내하기 위해 발생하는 내부 반사를 갖는데 사용되는 광 안내 수단과,

   다른 특정 형태의 편광으로부터 특정 형태의 편광을 분리시키고 분리된 편광을 투과시키기 위한 편광 분리 수단을 포함하고,

   상기 편광 전환 수단 및 상기 광 안내 수단은 상기 편광 분리 수단 내의 상기 광원의 일 측면에 위치되는 것을 특징으로 하는 편광 유닛.
2. 제1항에 있어서, 상기 편광 전환 수단은 개구부를 통해 상기 광원으로부터 방사된 광을 수용하고 조명될 상기 물체의 측면으로부터 입사되는 광을 반사하는 개구를 갖는 반사 수단과, 상기 개구를 갖는 상기 반사 수단의 조명될 상기 물체의 측면에 위치되는 위상 지연 수단을 갖고, 상기 개구를 갖는 상기 반사 수단, 상기 위상 지연 수단 및 상기 광 안내 수단은 상기 편광 분리 수단의 상기 광원의 측면에 위치되는 것을 특징으로 하는 편광 유닛.
3. 제2항에 있어서, 상기 위상 지연 수단은 상기 개구를 갖는 상기 반사 수단과 상기 광 안내 수단 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 편광 유닛.
4. 제2항에 있어서, 상기 위상 지연 수단은 상기 광 안내 수단과 상기 편광 분리 수단 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 편광 유닛.
5. 제1항에 있어서, 상기 광 안내 수단은 중실 또는 중공 원주형 집적 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 편광 유닛.
6. 제2항에 있어서, 상기 개구를 갖는 상기 반사 수단은 그 최중앙부에 위치되는 상기 개구부를 갖고, 상기 개구부는 광이 투과되도록 하며, 상기 개구부를 제외한 다른 부분은 광을 반사하는 것을 특징으로 하는 편광 유닛.
7. 제2항에 있어서, 상기 위상 지연 수단은 1/4 파장판인 것을 특징으로 하는 편광 유닛.
8. 제5항에 있어서, 상기 원주형 집적 장치는 유리 또는 플라스틱으로 만들어지고, 상기 광 입사 단부면 및 상기 광 출사 단부면은 장방형 정사각형 막대 형상이고, 상기 원주형 집적 장치는 측면 상의 상기 광 입사 단부면에 입사하는 광을 전체적으로 반사하여 상기 광을 상기 광 출사 단부면을 향해 안내하는 것을 특징으로 하는 편광 유닛.
9. 제5항에 있어서, 상기 원주형 집적 장치는 유리 또는 플라스틱으로 만들어지고, 상기 광 입사 단부면 및 상기 광 출사 단부면은 순환식 원통형상이고, 상기 원주형 집적 장치는 측면 상의 상기 광 입사 단부면에 입사하는 광을 전체적으로 반사하여 상기 광을 상기 광 출사 단부면을 향해 안내하는 것을 특징으로 하는 편광 유닛.
10. 제9항에 있어서, 상기 원주형 집적 장치의 상기 광 출사 단부면의 한 측면에는 직사각형의 개구부 및 반사 표면으로서 상기 광원의 한 측면 상의 표면을 사용하는 개구를 갖는 반사 장치가 위치되는 것을 특징으로 하는 편광 유닛.
11. 제10항에 있어서, 상기 편광 분리 수단의 크기는 직사각형 개구부보다 크게 설정된 것을 특징으로 하는 편광 유닛.
12. 제1항에 있어서, 상기 편광 분리 수단은 입사하는 무작위 편광 내에 포함된 서로 직교하는 2개의 선형 편광 요소에서 단 하나의 요소만 투과시키고 상기 2개의 선형 편광 요소에서 다른 하나는 반사시키는 것을 특징으로 하는 편광 유닛.
13. 제3항에 있어서, 상기 개구 및 위상 지연 수단을 갖는 반사 수단은 광 안내 수단의 광 입사 단부면에 접촉하도록 구성된 것을 특징으로 하는 편광 유닛.
14. 제4항에 있어서, 상기 개구를 갖는 반사 수단은 광 안내 수단에 접촉하도록 구성되고, 상기 위상 지연 수단은 광 출사 단부면에 접촉하도록 구성된 것을 특징으로 하는 편광 유닛.
15. 제14항에 있어서, 상기 개구를 갖는 반사 수단은 광 안내 수단의 광 입사 단부면 상에서 진공 증발에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 편광 유닛.
16. 제1항에 따른 편광 유닛을 사용하여 편광 전환 및 조명의 균일성을 달성하기 위한 편광 조명 장치이며,

    광원과,

    상기 광원에서 공급된 광을 집광하는 집광 수단과,

    편광 유닛과,

    조명될 물체 상에 편광 분리 수단을 통해 지나가는 광을 집광하는 집광 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 조명 장치.
17. 투사형 표시 장치이며,

    제16항에 따른 편광 조명 장치와,

    상기 편광 조명 장치에서 방사된 광을 복수의 광의 주요색으로 분리하는 칼라 분리 수단과,

    상기 칼라 분리 수단에서 공급된 광을 전기 광학적으로 변조하도록 조명될 물체로 기능을 하는 광 밸브와,

    상기 광 밸브에 의해 변조된 화상의 광을 확대 방식으로 투사하는 투사 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 투사형 표시 장치.