KR20050033864A

KR20050033864A - 광원 장치 및 프로젝터

Info

Publication number: KR20050033864A
Application number: KR1020040080483A
Authority: KR
Inventors: 요네쿠보마사토시
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2003-10-08
Filing date: 2004-10-08
Publication date: 2005-04-13
Also published as: US20050111240A1; KR100674767B1; CN100399189C; JP4211559B2; US7210793B2; TW200524183A; CN1605932A; TWI253187B; JP2005115071A

Abstract

본 발명은 광 이용 효율이 높은 광원 장치 및 프로젝터를 제공하는 것이다. 평면 발광 영역(101a)으로부터 광을 방사하는 면 발광부(101)와, 면 발광부(101)의 한쪽 면에 마련되어 있는 반사 금속 전극(106)과, 면 발광부(101)의 다른 쪽 면에 마련되고 유리로 이루어지는 사각추 프리즘(104)을 갖고, 사각추 프리즘(104)의 바닥면(104a)은 평면 발광 영역(101a)과 대략 동일한 크기 및 형상이며, 사각추 프리즘(104)의 경사면(105a, 105b)은 바닥면(104a)으로부터 사각추 프리즘(104)으로 입사된 광 중, 경사면(105a, 105b)에서 굴절되는 광을 특정한 방향으로 사출하고, 경사면(105a, 105b)에서 반사되는 광을 바닥면(104a)의 방향으로 유도하며, 반사 금속 전극(106)은 경사면(105a, 105b)에서 반사되어 바닥면(104a)과 면 발광부(101)를 투과한 광을 사각추 프리즘(104)의 방향으로 다시 반사한다.

Description

광원 장치 및 프로젝터{LIGHT SOURCE UNIT AND PROJECTOR}

본 발명은 광원 장치 및 이 광원 장치를 구비하는 프로젝터에 관한 것이다.

LED 등의 고체 발광 광원, 특히 평면 발광 영역으로부터 광을 방사하는 고체 면 발광 광원이 광원부로서 이용되고 있다. 그리고, 고체 면 발광 광원의 발광 효율은 눈에 띄게 향상되고 있다(예컨대, 비특허 문헌 1 참조).

[비특허 문헌 1] 타구치 츠네마사 저 "백색 LED 시스템의 고휘도·고효율·장기 수명화 기술"(가부시키가이샤 기주츠죠호우쿄가이 출판, 2003년 3월 27일)의 47-50쪽

고체 면 발광 광원을 프로젝터의 광원부로서 이용할 수 있다. 이 경우, 광원의 발광 효율뿐만 아니라, 공간 광 변조 장치나 투사 렌즈를 포함한 광학계에서의 광의 이용 효율을 생각할 필요가 있다. 광원부와 액정 라이트 밸브(liquid crystal light bulb)나 틸트 미러 장치 등의 공간 광 변조 장치를 포함시킨 광학계에 있어서, 유효하게 취급할 수 있는 광속이 존재하는 공간적인 넓이를 면적과 입체각의 곱(이하, "에텐듀(etendue)"라고 함, Geometrical Extent)으로서 나타낼 수 있다. 이 면적과 입체각의 곱은 광학계에 있어서 보존된다. 따라서, 광원부의 공간적인 넓이가 커지면 공간 광 변조 장치로 취입될 수 있는 각도가 작아진다. 이 때문에, 광원부로부터의 광속을 유효하게 이용하기 어렵다.

또한, 고체 면 발광 광원의 평면 발광 영역은, 소위 램버트면(Lambertian surface)으로서 기능한다. 램버트면으로부터의 광의 밝기(휘도)는, 관찰하는 각도에 관계없이 일정하며, 모든 방향에 대하여 동일한 휘도이다. 이러한 고체 면 발광 광원을 프로젝터에 사용하는 경우에는, 고체 면 발광 광원으로부터의 광을 공간 광 변조 장치의 방향으로 효율적으로 유도하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 예컨대 평행화 렌즈를 사용하여 고체 면 발광 광원으로부터의 광을 평행광으로 변환하여 공간 광 변조 장치로 유도하는 것이 생각된다. 그러나, 고체 면 발광 광원의 평면 발광 영역은 일정한 넓이를 갖고 있고, 점 광원이 아니기 때문에, 효율적으로 평행화하기 어렵다.

또한, 종래에는, 개체 면 발광 광원으로부터의 광을 특정한 방향으로 유도하기 위해서, 반구 렌즈를 평면 발광 영역에 접하여 마련하고 있다. 반구 렌즈는 정의 굴절력을 갖는 렌즈(볼록 렌즈)로서 기능한다. 이 때문에, 반구 렌즈는 평면 발광 영역으로부터의 광을 소정 방향으로 굴절시켜 유도할 수 있다. 그러나, 반구 렌즈를 평면 발광 영역에 접하여 마련하면, 면 발광 광원의 이미지가 확대되어 결상해 버리는 경우가 많다. 면 발광 광원의 이미지가 확대되면 그 공간적인 넓이가 커진다. 이에 의해, 상술한 에텐듀가 보존되기 때문에 공간 광 변조 장치로 취입할 수 있는 각도가 작아진다. 이 때문에, 광원부로부터의 광속을 유효하게 이용하기 어렵다. 또한, 반구 렌즈를 사출한 광을 상술한 바와 같이 평행화 렌즈로 평행하게 하는(collimate) 경우에도 넓이가 있는 광원 때문에 효율적으로 평행화하기 어렵다. 이에 의해, 광원부로부터의 광속을 유효하게 이용하는 것은 곤란하다.

본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 광 이용 효율이 높은 광원 장치 및 프로젝터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 제 1 발명에 의하면, 평면 발광 영역으로부터 광을 방사하는 면 발광부와, 면 발광부의 한쪽 면에 마련되어 있는 반사부와, 면 발광부의 다른 쪽 면에 마련되고 광학적 투명 부재로 이루어지는 원추 프리즘 또는 각추 프리즘을 갖고, 원추 프리즘의 바닥면 또는 각추 프리즘의 바닥면은 평면 발광 영역과 대략 동일한 크기 및 형상이며, 원추 프리즘의 경사면 또는 각추 프리즘의 경사면은 바닥면으로부터 원추 프리즘 또는 각추 프리즘으로 입사된 광 중 경사면에서 굴절하는 광을 특정한 방향으로 사출하여, 경사면에서 반사되는 광을 바닥면의 방향으로 유도하고, 반사부는, 경사면에서 반사되어 바닥면과 면 발광부를 투과한 광을, 원추 프리즘 또는 각추 프리즘의 방향으로 다시 반사하는 것을 특징으로 하는 광원 장치를 제공할 수 있다.

면 발광부로부터의 광은, 면 발광부의 다른 쪽 면에 마련되어 있는 유리 등의 광학적 투명 부재로 이루어지는 원추 프리즘 또는 각추 프리즘에 바닥면으로부터 입사된다. 바닥면으로부터 입사된 광은 프리즘 내를 진행하여 프리즘의 경사면에 도달한다. 여기서, 경사면으로의 입사 각도에 의해, 경사면과 외계의 매질, 예컨대 공기와의 계면에서 굴절하는 경우와, 계면에서 반사되는 경우가 있다. 경사면의 계면에서 굴절한 광은 특정한 방향으로 사출된다. 이에 대하여, 경사면의 계면에서 반사된 광은 원추 프리즘 또는 각추 프리즘 내를 더 진행한다. 예컨대, 어떤 경사면에서 반사된 광은 프리즘 내를 진행하여 다른 쪽의 다른 경사면에 도달한다. 그리고, 프리즘 내를 진행한 광은 다른 쪽의 다른 경사면에서 굴절되는 경우 특정한 방향으로 사출된다. 또한, 프리즘 내를 진행한 광은 다른 쪽의 다른 경사면에서 반사되는 경우 광로가 변환되어 프리즘 내를 더 진행한다. 이 때, 복수회 반사하면서 프리즘 내를 진행하여 면 발광부의 방향으로 되돌아가는 광을 고려한다. 면 발광부의 방향으로 되돌아간 광은 면 발광부를 투과한다. 면 발광부를 투과한 광은 면 발광부의 한쪽 면, 즉 원추 프리즘 또는 각추 프리즘이 마련되어 있는 면과 반대측의 면에 마련되어 있는 반사부에 입사된다. 반사부에 입사된 광은 반사부에서 원추 프리즘 또는 각추 프리즘의 방향으로 다시 반사된다. 다시 반사된 광은, 면 발광부를 투과하여, 바닥면으로부터 다시 원추 프리즘 또는 각추 프리즘으로 입사된다. 이러한 반사를 복수회 반복하는 중에 프리즘의 경사면으로 입사되는 각도가 첫 번째로 경사면에 입사되는 각도와 달라지게 된다. 이 때문에, 경사면에서 굴절할 수 있는 각도로 되어있는 광은 경사면에서 굴절되어 특정한 방향으로 사출된다. 또한, 경사면에서 굴절되지 않고서 반사된 광은 경사면에서 굴절하여 사출할 때까지 상술한 반사 공정을 더욱 반복한다. 따라서, 프리즘이나 반사부에서의 광의 흡수를 무시하면, 면 발광부에서 방사된 광은 전부 특정한 방향으로 사출시킬 수 있다. 이에 의해, 광 이용 효율이 높은 광원 장치를 얻을 수 있다.

또한, 면 발광부로부터의 광을 특정한 방향으로 유도하기 위해서, 반구 렌즈의 대신에 원추 프리즘 또는 각추 프리즘을 이용하고 있다. 이 때문에 면 발광부의 이미지가 확대되어 결상되지 않는다. 이에 의해, 면 발광부의 이미지의 공간적인 넓이를 저감할 수 있다. 이 때문에, 에텐듀가 보존되기 때문에, 공간 광 변조 장치를 조명하는 경우, 공간 광 변조 장치로 취입할 수 있는 각도가 커진다. 또한, 광원 장치를 사출한 광을 평행화 렌즈로 평행화하는 경우에도, 공간적인 넓이가 적기 때문에 효율적으로 평행화할 수 있다.

또한, 제 1 발명의 바람직한 형태에 의하면, 원추 프리즘의 꼭지각 또는 각추 프리즘의 대향하는 경사면이 이루는 꼭지각은 약 90°인 것이 바람직하다. 이에 의해, 원추 프리즘 또는 각추 프리즘의 경사면에서 반사된 광은 더욱 효율적으로 반사 공정을 반복하여 사출할 수 있다.

또한, 제 1 발명의 바람직한 형태에 의하면, 바닥면에는, 입사광을 산란시키는 확산판이 마련되어 있는 것이 바람직하다. 반사 공정을 반복하여, 경사면에서 바닥면으로 향하는 광, 및 반사부에서 반사되어 면 발광부를 투과하여 다시 바닥면으로 향하는 광은, 확산판에서 진행 방향이 랜덤한 방향으로 확산된다. 이 때문에, 프리즘의 경사면으로 입사되는 각도가, 경사면에서 굴절하여 사출할 수 있는 각도로 변환되는 비율이 많아진다. 이 때문에, 더욱 광 이용 효율을 높게 할 수 있다.

또한, 제 1 발명의 바람직한 형태에 의하면, 각추 프리즘은, 4개의 경사면을 갖는 사각추 프리즘이며, 4개의 경사면에는, 각 경사면에 대하여 특정한 진동 방향의 편광 성분을 투과하고, 특정한 진동 방향에 대략 직교하는 편광 성분을 반사하는 편광 분리막이 형성되고, 대향하는 한 쌍의 경사면은 편광 분리막 상에 투과광의 진동 방향을 약 90° 회전시키는 위상차판을 더 갖고, 4개의 경사면은 진동 방향이 일정한 광을 사출하는 것이 바람직하다. 본 광원 장치를 프로젝터에 적용하는 경우, 공간 광 변조 장치로서 액정 라이트 밸브를 이용하는 경우가 있다. 액정 라이트 밸브는, 입사광의 편광 상태를 화상 신호에 따라 변조하여 사출한다. 이 때문에, 광원 장치는 광 이용 효율이 높은 것에 더하여, 특정한 진동 방향의 편광 광, 예컨대 p 편광을 효율적으로 공급하는 것이 바람직하다. 본 형태에서는 4각추 프리즘의 4개의 경사면에 편광 분리막이 형성되어 있다. 편광 분리막은 예컨대 유전체 다층막으로 구성된다. 편광 분리막은 경사면에 대하여 소정의 각도, 예컨대 약 45°로 입사하는 광 중 p 편광 광을 투과하고, s 편광 광을 반사시킨다. 이에 의해, 4개의 각 경사면에서 사출되는 광은 각 경사면에 대하여 p 편광 광으로 되어있다. 여기서, 사각추 프리즘을 꼭지각 방향으로부터 본 경우, 4개의 경사면 중 마주보는 한 쌍의 경사면을 1조의 경사면이라고 고려한다. 사각추 프리즘의 경우, 대략 직교하는 방향으로 2조의 경사면을 갖고 있다. 편광 분리막은 각 경사면에 대하여 특정한 진동 방향의 편광 성분(p 편광 광)을 투과시킨다. 이 때문에, 사각추 프리즘 전체로서 본 경우, 2조의 경사면에서는 대략 직교하는 방향의 2개 진동 방향의 편광 성분이 사출된다. 본 형태에서는, 2조의 경사면 중 1조의 경사면, 즉 대향하는 한 쌍의 경사면은 편광 분리막 상에 투과광의 진동 방향을 약 90° 회전시키는 위상차판을 더 갖고 있다. 이 때문에, 위상판을 투과하는 p 편광 광은 그 진동 방향이 약 90° 회전된다. 이에 의해, 사각추 프리즘의 2조의 경사면(4개의 경사면)으로부터는 모두 방향이 동일한 진동 방향의 편광 광이 특정한 방향으로 사출된다. 따라서, 광 이용 효율이 높고, 특정한 진동 방향의 편광 광을 얻을 수 있다.

또한, 제 1 발명의 바람직한 형태에 의하면, 바닥면에는, 1/4 파장판 또는 편광 광의 진동 방향을 랜덤하게 하는 상기 확산판이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 편광 분리막의 작용에 의해, 상술한 반사 공정을 반복하는 광은, 소정의 진동 방향에 대략 직교하는 진동 방향의 편광 광이다. 직선 편광 광은 프리즘의 바닥면의 1/4 파장판을 투과하여 원 편광으로 변환된다. 원 편광 광은 면 발광부를 투과한다. 그리고, 면 발광부를 투과한 원 편광 광은 반사부에서 반사되어, 역회전의 원 편광 광이 된다. 그리고, 역회전의 원 편광 광은 다시 면 발광부와 1/4 파장판을 투과하여, 1/4 파장판(607)으로 입사하기 전의 편광 상태인 직선 편광 상태와 비교하여, 약 90° 회전한 직선 편광 광으로 변환된다. 이 때문에, 두 번째 편광 분리막에 입사하면, 편광 분리막을 투과할 수 있다. 또한, 프리즘의 바닥면에 편광 광의 진동 방향을 랜덤하게 하는 확산판이 마련되어 있는 경우에는, 확산판으로 입사하기 전의 편광 상태와 비교하여, 진동 방향이 랜덤한 방향으로 확산(산란)된다. 이 때문에, 다시 편광 분리막에 입사하면, 편광 분리막을 투과할 수 있는 비율이 높아진다. 이에 의해, 광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 제 1 발명의 바람직한 형태에 의하면, 각추 프리즘 또는 원추 프리즘의 사출측에 마련되어, 제 1 진동 방향의 편광 성분을 투과하여, 제 1 진동 방향과는 다른 제 2 진동 방향의 편광 성분을 반사하는 편광판을 갖는 것이 바람직하다. 본 형태에서는, 프리즘의 경사면에 편광 분리막을 마련하는 대신에, 각추 프리즘 또는 원추 프리즘의 경사면측에, 제 1 진동 방향의 편광 성분을 투과하여, 제 1 진동 방향과는 다른 제 2 진동 방향의 편광 성분을 반사하는 편광판을 마련하고 있다. 이에 의해, 각추 프리즘의 경사면 또는 원추 프리즘의 경사면을 굴절하여 사출된 광이 편광판에 입사된다. 그리고, 편광판은 제 1 진동 방향의 광을 투과하여 사출한다. 또한, 제 1 진동 방향과 다른 제 2 진동 방향의 광은 편광판으로 반사된다. 편광판으로 반사된 광은 상술한 반사 공정을 반복하는 것에 의해 진동 방향이 변화되어, 어느 것이든 편광판으로부터 사출된다. 이 때문에, 높은 광 이용 효율로, 특정한 진동 방향의 편광 광을 얻을 수 있다.

또한, 제 1 발명의 바람직한 형태에 의하면, 각추 프리즘 또는 원추 프리즘과, 편광판 사이의 광로 내에 1/4 파장판을 더 갖는 것이 바람직하다. 각추 프리즘 또는 원추 프리즘으로부터 사출하여 편광판에서 반사된 제 2 진동 방향의 편광 광은, 1/4 파장판을 투과하여 원 편광 광이 되어, 프리즘의 방향으로 진행한다. 그리고, 원 편광 광은 반사부에서 반사되어 역회전의 원 편광 광이 되어, 다시 프리즘 내를 진행한다. 역회전의 원 편광 광은 1/4 파장판을 또 한번 투과하여, 1/4 파장판으로 입사하기 전의 편광 상태인 직선 편광 상태와 비교하여 약 90° 회전한 직선 편광 광으로 변환된다. 이와 같이 제 2 진동 방향의 광은 1/4 파장판을 재차 투과함으로써, 진동 방향이 약 90°회전하여 제 1 진동 방향으로 변환된다. 이 때문에, 제 1 진동 방향으로 변환된 광은 편광판을 투과하여 사출된다. 이에 의해, 제 1 진동 방향으로 일정한 광을 효율적으로 출력할 수 있다.

또한, 제 1 발명의 바람직한 형태에 의하면, 각추 프리즘 또는 원추 프리즘을 둘러싸도록 마련되어, 각추 프리즘 또는 원추 프리즘으로부터 사출된 광을 반사하는 반사면이 형성되어 있는 광 가이드부를 갖는 것이 바람직하다. 광 가이드부는, 예컨대, 내주면이 반사면인 가운데가 빈 원통 형상이다. 또한, 광 가이드부의 높이는 각추 프리즘 또는 원추 프리즘의 높이와 대략 동일한 것이 바람직하다. 각추 프리즘 또는 원추 프리즘은 광 가이드부에 의해 둘러싸여 있기 때문에, 프리즘으로부터 사출된 광은 반사면에서 반사된다. 이 때문에, 광 가이드부보다도 외측으로는 광이 넓어지지 않는다. 이에 의해, 면 발광부와 대략 동일한 면적의 영역에서 광을 효율적으로 출력할 수 있다.

또한, 제 2 발명에 의하면, 상술한 광원 장치와, 광원 장치로부터의 광을 화상 신호에 따라 변조하는 공간 광 변조 장치와, 변조된 광을 투사하는 투사 렌즈를 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝터를 제공할 수 있다. 이에 의해, 광 이용 효율이 높은 광원 장치로부터의 광을 이용하여 밝은 투사 이미지를 얻을 수 있다.

이하에, 본 발명에 따른 광원 장치 및 프로젝터의 실시예를 도면에 근거하여 상세히 설명한다. 또, 본 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 광원 장치(100)의 사시도이다. 광원 장치(100)는 면 발광 LED이다. 또한, 도 2는 광원 장치(100)의 단면 구성을 나타낸다. 도 2에 있어서, 사파이어 기판(102)에 Ga, In, N 등의 결정을 성장시켜 면 발광부(101)를 형성한다. 면 발광부(101)의 단부에 본딩 와이어(103)가 마련되어 있다. 면 발광부(101)는, 평면 발광 영역(101a)에서 광을 모든 방향에 대하여 대략 동일한 강도로 방사한다. 즉, 면 발광부(101)는, 이른바 램버트면으로서 기능한다. 그리고, 면 발광부(101)의 한쪽 면에는 반사부인 반사 금속 전극(106)이 마련되어 있다. 또한, 면 발광부(101)의 다른 쪽 면에는 고굴절율 유리의 광학적 투명 부재로 이루어지는 사각추 프리즘(104)이 광학적 접착제로 고착되어 있다. 사각추 프리즘(104)의 바닥면(104a)에는 입사광을 산란시키는 확산판(107)이 마련되어 있다.

다음에, 상술한 구성에 있어서, 면 발광부(101)로부터 방사된 광의 행동에 대하여 설명한다. 사각추 프리즘(104)의 바닥면(104a)은 대략 정방형 형상이다. 바닥면(104a)은 대략 정방형 형상의 평면 발광 영역(101a)과 대략 동일한 크기 및 형상이다. 또한, 고굴절율 유리로 이루어지는 사각추 프리즘(104)의 굴절율 n은, 사파이어 기판(102)의 굴절율과 대략 동일 또는 그 이상이면 좋다. 바람직하게는, 사각추 프리즘(104)의 굴절율 n은 적어도 1.45 이상이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 사각추 프리즘(104)의 굴절율 n=1.77이다. 이에 의해, 면 발광부(101)로부터 방사되어 사파이어 기판(102) 내를 진행하는 광은, 사파이어 기판(102)과 사각추 프리즘(104)의 바닥면(104a) 사이의 계면으로 전반사되지 않는다. 이 때문에, 면 발광부(101)로부터의 광은 효율적으로 사각추 프리즘(104)내로 바닥면(104a)으로부터 입사된다.

면 발광부(101)는, 상술한 바와 같이 램버트면이기 때문에, 발광점에서 모든 방향으로 대략 동일한 강도의 광을 방사한다. 바닥면(104a)에서 사각추 프리즘(104) 내로 입사된 광은 사각추 프리즘(104) 내를 진행하여 경사면(105a)에 도달한다. 여기서, 경사면(105a)으로의 입사 각도에 의해, 경사면(105a)과 외계의 매질, 예컨대 공기와의 계면에서 굴절하는 경우와, 계면에서 반사되는 경우가 있다. 예컨대, 광 L1은 위치 P1에서 경사면(105a)의 계면에서 굴절하여 특정한 방향으로 사출된다.

이에 대하여, 광 L2은 위치 P2에 있어서 경사면(105a)의 계면에서 굴절되지 않고 반사된다. 위치 P2에서 반사된 광은 다시 사각추 프리즘(104) 내를 진행한다. 경사면(105a)에서 반사된 광 L2는 사각추 프리즘(104) 내를 진행하여 다른 쪽의 다른 경사면(105b)에 도달한다. 광 L2가 다른 쪽의 다른 경사면(105b)의 위치 P3에서 반사되는 경우, 다시 광로가 변환되어 사각추 프리즘(104) 내를 바닥면(104a)의 방향으로 진행한다. 바닥면(104a)을 투과하여 면 발광부(101)의 방향으로 되돌아간 광은 다시 면 발광부(101)를 투과한다. 면 발광부(101)를 투과한 광은 면 발광부(101)의 한쪽 면, 즉 사각추 프리즘(104)이 마련되어 있는 면과 반대측의 면에 마련되어 있는 반사부인 반사 금속 전극(106)에 입사된다. 반사 금속 전극(106)에 입사된 광 L2는 반사 금속 전극(106)에서 사각추 프리즘(104)의 방향으로 다시 반사된다.

다시 반사된 광 L2는 면 발광부(101)를 투과하여 바닥면(104a)에서 다시 사각추 프리즘(104)으로 입사된다. 이러한 반사를 복수회 반복하는 중에, 프리즘의 경사면(105b)으로 입사되는 각도가 첫번째에 경사면(105b)으로 입사하는 각도와 달라진다. 이 때문에, 경사면(105b)에서 굴절할 수 있는 각도로 되어있는 광 L2는 경사면(105b)에서 굴절되어 특정한 방향으로 사출된다. 또한, 경사면(105b)에서 굴절되지 않고서 반사되는 경우, 경사면(105a, 105b)에서 굴절하여 사출될 때까지 상술한 반사 공정을 더욱 되풀이한다. 따라서, 사각추 프리즘(104)이나 반사 금속 전극(106)에 있어서의 광의 흡수를 무시하면, 면 발광부(101)로부터 방사된 광은, 전부 특정한 방향으로 사출시킬 수 있다. 이에 의해, 광 이용 효율이 높은 광원 장치(100)를 얻을 수 있다.

또한, 면 발광부(101)로부터의 광을 특정한 방향으로 유도하기 위해서, 반구 렌즈의 대신에 사각추 프리즘(104)을 이용하고 있다. 이 때문에, 면 발광부(101)의 상이 확대해서 결상되어 버리지 않는다.. 이에 의해, 면 발광부(101)의 이미지의 공간적인 넓이를 저감할 수 있다. 이 때문에, 에텐듀가 보존되기 때문에, 공간 광 변조 장치를 조명하는 경우, 공간 광 변조 장치로 취입할 수 있는 각도가 커진다. 덧붙여, 광원 장치(100)를 사출한 광을 평행화 렌즈로 평행화하는 경우에도, 공간적인 넓이가 적기 때문에, 효율적으로 평행화할 수 있다.

또한, 바닥면(104a)에는 광 L2를 산란시키는 확산판(107)이 마련되어 있다. 확산판(107)은, 바닥면(104a)에 미세한 요철을 형성하거나, 또는 바닥면(104a)의 접착층에 확산 비즈를 혼입하여 구성할 수 있다. 상술한 반사 공정을 반복하여, 경사면(105b)에서 바닥면(104a)으로 향하는 광 L2, 및 반사 금속 전극(106)에서 반사되어 면 발광부(101)를 투과하여 다시 바닥면(104a)으로 향하는 광 L2는, 확산판(107)에서 진행 방향이 랜덤한 방향으로 확산된다. 이 때문에, 사각추 프리즘(104)의 경사면(105b)으로 입사하는 각도가, 경사면(105b)에서 굴절하여 사출할 수 있는 각도로 변환되는 비율이 많아진다. 이 때문에, 더욱 광 이용 효율을 높게 할 수 있다.

다음에, 광원 장치(100)로부터 방사된 광의 강도 분포에 대하여 설명한다. 도 3a는 종래의 면 발광 LED의 방사 강도 분포를 나타낸다. 도 3a의 가로축은 광원의 위치(예컨대, 도 2의 x 방향), 세로축은 임의의 광 강도 좌표 I를 각각 나타낸다. 상술한 바와 같이, 종래의 면 발광 LED는 램버트면으로부터 방사된다. 이 때문에, 도 3a에 도시하는 바와 같이 모든 관찰 방향으로 같은 강도 분포의 광을 방사한다. 이에 대하여, 본 실시예에서는, 사각추 프리즘(104)의 경사면(105a, 105b)의 굴절에 의해, 사각추 프리즘(104)의 꼭지각 방향을 중심으로 하여 광 강도가 일정한 범위 내에서 분포되어 있다. 이 때문에, 광원 장치(100)는 특정한 방향으로 효율적으로 광을 방사할 수 있다.

또한, 도 4는 사각추 프리즘(104)의 꼭지각θ과, 꼭지각의 방향을 중심으로 하는 방사광의 강도와의 관계를 나타낸다. 도 4로부터 분명한 바와 같이, 꼭지각 θ= 90° 근방일 때에, 방사광의 중심 부분의 강도가 최대가 된다. 본 실시예에서는, 사각추 프리즘(104)의 대향하는 경사면(105a, 105b)이 이루는 꼭지각 θ는 약 90°이다. 이에 의해, 사각추 프리즘(104)의 경사면(105a, 105b)에서 반사된 광은, 더욱 효율적으로 반사 공정을 반복하여 사출할 수 있다. 따라서, 방사광의 중심 부분의 강도 분포를 크게 할 수 있다.

(실시예 2)

도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 광원 장치(500)의 사시도이다. 실시예 1에서는 사각추 프리즘을 이용한 데 대하여, 본 실시예에서는 원추 프리즘을 이용하는 점이 다르다. 그 밖의 기본적 구성은 실시예 1과 마찬가지이고, 상기 실시예 1과 동일 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다. 광원 장치(500)는 면 발광 LED 이다. 사파이어 기판(102)상에 Ga, In, N 등의 결정을 성장시켜 원형의 면 발광부(101)를 형성한다. 원형의 면 발광부(101)의 단부에 본딩 와이어(103)가 마련되어 있다. 면 발광부(101)는 평면 발광 영역에서 광을 모든 방향에 대하여 대략 동일한 강도로 방사한다. 즉, 면 발광부(101)는 이른바 램버트면으로서 기능한다. 그리고, 면 발광부(101)의 한쪽 면에는, 반사부인 반사 금속 전극(106)(도시하지 않음)이 마련되어 있다. 또한, 면 발광부(101)의 다른 쪽 면에는, 고굴절율 유리의 광학적 투명 부재로 이루어지는 원추 프리즘(504)이 광학적 접착제로 고착되어 있다. 원추 프리즘(504)의 바닥면(104a)(도시하지 않음)에는 입사광을 산란시키는 확산판(107)이 마련되어 있다.

본 실시예의 구성에 의해, 상기 실시예 1과 동일한 반사 공정을 반복하여, 면 발광부에서 방사된 광은 전부 특정한 방향으로 사출시킬 수 있다. 이에 의해, 광 이용 효율이 높은 광원 장치를 얻을 수 있다.

(실시예 3)

도 6a는 본 발명의 실시예 3에 따른 광원 장치(600)의 사시도이다. 본 실시예에서는 특정한 진동 방향의 편광 광을 특정한 방향으로 사출하는 점이 실시예 1과 다르다. 상기 실시예 1과 동일 부분에는 동일 부호를 부여하고 중복되는 설명은 생략한다. 광원 장치(600)는 면 발광 LED 이다. 또한, 도 6b는 광원 장치(600)를 사각추 프리즘(604)의 꼭지각 θ의 방향(z축 방향)으로부터 본 도면이다. 또, 꼭지각 θ= 90°이다. 도 2에 있어서, 사파이어 기판(102)상에 Ga, In, N 등의 결정을 성장시켜 면 발광부(101)를 형성한다. 면 발광부(101)의 단부에 본딩 와이어(103)가 마련되어 있다. 면 발광부(101)는 평면 발광 영역에서 광을 모든 방향에 대하여 대략 동일한 강도로 방사한다. 즉, 면 발광부(101)는, 이른바 램버트면으로서 기능한다. 그리고, 면 발광부(101)의 한쪽 면에는, 반사부인 반사 금속 전극(106)(도 7a, 7b 참조)이 마련되어 있다. 또한, 면 발광부(101)의 다른 쪽 면에는, 고굴절율 유리의 광학적 투명 부재로 이루어지는 사각추 프리즘(604)이 광학적 접착제로 고착되어 있다. 사각추 프리즘(604)의 바닥면(604a)에는 1/4 파장판(607)이 마련되어 있다.

도 6b에 도시하는 바와 같이 사각추 프리즘(604)은, 제 1 경사면(605a)과, 제 2 경사면(605b)과, 제 3 경사면(605c)과, 제 4 경사면(605d)의 4개의 경사면을 갖는다. 제 1 경사면(605a)과 제 3 경사면(605c)이 대향한다. 또한, 제 2 경사면(605b)과 제 4 경사면(605d)이 대향한다. 4개의 경사면(605a, 605b, 605c, 605d)에는, 각 경사면에 대하여 특정한 진동 방향의 편광 성분인 p 편광 광을 투과하여, 특정한 진동 방향에 대략 직교하는 편광 성분인 s 편광 광을 반사하는 편광 분리막(610)이 형성되어 있다. 편광 분리막(610)은 유전체 다층막으로 이루어지고, 4개의 경사면(605a, 605b, 605c, 605d)에 동시에 제막된다.

대향하는 한 쌍의 경사면인 제 2 경사면(605b)과 제 4 경사면(605d)은, 편광 분리막(610) 상에 투과광의 진동 방향을 약 90° 회전시키는 위상차판인 시트 형상의 1/2 파장판(611)(도 6b에 있어서 사선으로 채움)이 또한 광학적 투명 접착제로 고착되어 있다. 본 광원 장치(600)를 프로젝터에 적용하는 경우, 공간 광 변조 장치로서 액정 라이트 밸브를 이용하는 경우가 있다. 액정 라이트 밸브는 입사광의 편광 상태를 화상 신호에 따라 변조하여 사출한다. 이 때문에, 광원 장치(600)는 광 이용 효율이 높은 것에 더하여, 특정한 진동 방향의 편광 광, 예컨대 p 편광을 효율적으로 공급하는 것이 바람직하다.

4개의 경사면(605a, 605b, 605c, 605d)에 형성되어 있는 편광 분리막(610)은, 각 경사면에 대하여 소정의 각도, 예컨대 약 45°로 입사하는 광 중, p 편광 광을 투과하고, s 편광 광을 반사시킨다. 이에 의해, 4개의 각 경사면(605a, 605b, 605c, 605d)에서 사출하는 광은, 각 경사면(605a, 605b, 605c, 605d)에 대하여 p 편광 광으로 되어 있다. 4개의 경사면(605a, 605b, 605c, 605d)중, 1조의 경사면(605a, 605c)과, 다른 한 쌍의 경사면(605b, 605d)은 대략 직교하는 방향에 마련되어 있다. 편광 분리막(610)은, 각 경사면(605a, 605b, 605c, 605d)에 대하여 특정한 진동 방향의 편광 성분인 p 편광 광을 투과시킨다.

도 7a는 제 1 경사면(605a)과 제 3 경사면(605c)의 단면 방향의 구성을 나타낸다. 면 발광부(101)로부터 방사된 랜덤 편광 광은, 후술하는 1/4 파장판(607)을 투과하여, 사각추 프리즘(604)의 바닥면(604a)으로부터 사각추 프리즘(604) 내로 진행한다. 사각추 프리즘(604) 내를 진행하는 광은 제 1 경사면(605a)에 도달한다. 제 1 경사면(605a)에 도달한 광 중 p 편광 광 L71은 편광 분리막(610)을 투과하여 특정 방향으로 사출한다. 또한, 제 1 경사면(605a)에 도달한 광 중 s 편광 광은 편광 분리막(610)에서 반사되어, 제 1 경사면(605a)에 대향하는 제 3 경사면(605c)으로 입사된다. 여기서, s 편광 광은 또한 제 3 경사면(605c)의 편광 분리막(610)에서 반사되어, 바닥면(604a)의 방향으로 진행한다. 바닥면(604a)의 방향으로 진행하는 s 편광 광은, 바닥면(604a)을 투과하여 1/4 파장판(607)으로 입사된다. 1/4 파장판(607)은 바닥면(604a)에 광학적 투명 접착제로 고착되어 있다.

그리고, s 편광 광은, 1/4 파장판(607)을 투과하여 원 편광 광으로 변환된다. 원 편광 광은, 반사 금속 전극(106)으로 반사되어, 역회전의 원 편광 광이 된다. 그리고, 역회전의 원 편광 광은 다시 면 발광부(101)와 1/4 파장판(607)을 투과하여, 1/4 파장판(607)으로 입사하기 전의 편광 상태인 s 편광 상태와 비교하여, 약 90° 회전한 직선 편광 광, 즉 p 편광 광으로 변환된다. 이 때문에, p 편광 광 L72는 다시 제 3 경사면(605c)의 편광 분리막(610)에 입사되면, 편광 분리막(610)을 투과하여 사출된다.

또한, 사각추 프리즘(604)의 바닥면(604a)에, 1/4 파장판(607) 대신에, 편광 광의 진동 방향을 랜덤하게 하는 확산판을 마련하더라도 좋다. 확산판은, 바닥면(604a)에 미세한 요철을 형성하거나, 또는 바닥면(604a)과의 사이의 접착층에 확산 비즈를 혼입시켜 구성할 수 있다. 이에 의해, 입사광은 확산판으로 입사하기 전의 편광 상태(s 편광 상태)와 비교하여 진동 방향이 랜덤한 방향으로 확산(산란)된다. 이 때문에, 다시 편광 분리막(610)에 입사되면, 편광 분리막(610)을 투과할 수 있는 비율이 높아진다. 이에 의해, 광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 반사 공정의 회수가 많은 경우, 또는 반사율이 낮은 경우 등은, 확산판의 확산도를 최적화함으로써, 광 이용 효율을 높이는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 도 7b는 제 2 경사면(605b)과 제 4 경사면(605d)의 단면 방향의 구성을 나타낸다. 면 발광부(101)로부터 방사된 랜덤 편광 광은, 1/4 파장판(607)을 투과하여, 사각추 프리즘(604)의 바닥면(604a)으로부터 사각추 프리즘(604) 내로 진행한다. 사각추 프리즘(604) 내를 진행하는 광은 제 4 경사면(605d)에 도달한다. 제 4 경사면(605d)에 도달한 광 중 p 편광 광은 편광 분리막(610)을 투과한다. 여기서, 제 4 경사면(605d)의 편광 분리막(610) 상에는, 투과광의 진동 방향을 약 90° 회전시키는 위상차판인 시트 형상의 1/2 파장판(611)이 광학적 투명 접착제에 의해 고착되어 있다. 이 때문에, 제 4 경사면(605d)의 1/2 파장판(611)을 투과한 p 편광 광 L73은, 그 진동 방향이 약 90° 회전하여 사출된다.

제 4 경사면(605d)의 편광 분리막(610)에서 반사된 s 편광 광은, 제 4 경사면(605d)에 대향하는 제 2 경사면(605b)의 편광 분리막(610)에서 또한 바닥면(604a)의 방향으로 반사된다. 바닥면(604a)의 방향으로 진행하는 s 편광 광은, 바닥면(604a)을 투과하여 1/4 파장판(607)으로 입사된다.

그리고, s 편광 광은 1/4 파장판(607)을 투과하여 원 편광 광으로 변환된다. 원 편광 광은 반사 금속 전극(106)에서 반사되어, 역회전의 원 편광 광이 된다. 그리고, 역회전의 원 편광 광은 다시 면 발광부(101)와 1/4 파장판(607)을 투과하여, 1/4 파장판(607)으로 입사하기 전의 편광 상태인 s 편광 상태와 비교하여, 약 90° 회전한 직선 편광 광, 즉 p 편광 광으로 변환된다. 이 때문에, p 편광 광은, 다시 제 2 경사면(605b)의 편광 분리막(610)에 입사되면, 편광 분리막(610)을 투과할 수 있다. 제 2 경사면(605b)의 편광 분리막(610)을 투과한 p 편광 광은, 또한 1/2 파장판(611)을 투과한다. 이 때문에, 제 2 경사면(605b)의 1/2 파장판(611)을 투과한 광 L73은 그 진동 방향이 약 90° 회전하여 사출된다.

이 때문에, 사각추 프리즘(604) 전체로서 본 경우, 2조의 경사면인, 4개의 경사면(605a, 605b, 605c, 605d)에서는, 모두 방향이 동일한 특정한 진동 방향의 편광 광이, 특정한 방향으로 사출된다. 따라서, 광 이용 효율이 높고, 특정한 진동 방향의 편광 광을 얻을 수 있다.

또, 본 실시예에서는, 대향하는 경사면으로 입사되는 광, 예컨대, 제 1 경사면(605a)으로부터 제 3 경사면(605c)으로 입사되는 광, 및 제 4 경사면(605d)으로부터 제 2 경사면(605b)으로 입사하는 광에 대하여 설명했다. 그러나, 이것으로 한정되지 않고, 예컨대, 제 1 경사면(605a)에서 반사되어 인접하는 제 2 경사면(605b)으로 입사하는 광에 관해서도, 전반사 조건이나 편광 방향의 조건을 만족하면, 사각추 프리즘(604)을 사출할 수 있다. 이러한 광도, 편광 광의 진동 방향은 상술한 경우와 동일한 방향으로 일정하다.

(실시예 4)

도 8은 본 발명의 실시예 4에 따른 광원 장치(800)의 단면 구성을 나타낸다. 상기 실시예 1과 동일 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다. 사파이어 기판(102)상에 Ga, In, N 등의 결정을 성장시켜 면 발광부(101)를 형성한다. 면 발광부(101)의 단부에 본딩 와이어(103)가 마련되어 있다. 면 발광부(101)는, 평면 발광 영역에서 광을 모든 방향에 대하여 대략 동일한 강도로 방사한다. 즉, 면 발광부(101)는, 이른바 램버트면으로서 기능한다. 그리고, 면 발광부(101)의 한쪽 면에는, 반사부인 반사 금속 전극(106)이 마련되어 있다. 또한, 면 발광부(101)의 다른 쪽 면에는, 고굴절율 유리의 광학적 투명 부재로 이루어지는 사각추 프리즘(104)이 광학적 접착제로 고착되어 있다.

사각추 프리즘(104)의 사출측에는, 그리드 편광자(810)가 마련되어 있다. 그리드 편광자(810)는, 예컨대, 유리 기판 상에 알루미늄을 파장 이하의 오더 간격으로 직선 형상으로 패터닝하여 제조할 수 있다. 그리드 편광자(810)는, 제 1 진동 방향의 편광 성분인 p 편광 광을 투과하고, 제 1 진동 방향과는 다른 제 2 진동 방향의 편광 성분인 s 편광 광을 반사하는 편광판의 기능을 갖는다. 또한, 사각추 프리즘(104)과, 그리드 편광자(810) 사이의 광로 내에, 시트 형상의 1/4 파장판(807)이 더 마련되어 있다. 1/4 파장판(807)과 그리드 편광자(810)는 광학적 투명 접착제로 고착되어 있다. 또한, 사각추 프리즘(104)을 둘러싸도록 가운데가 빈 원통 형상의 광 가이드부(810)가 마련되어 있다. 광 가이드부(810)의 내주면에는 사각추 프리즘(104)으로부터 사출된 광을 반사하는 반사면(810a)이 형성되어 있다. 반사면(810a)은 Ag 등의 금속을 증착시켜 형성한다.

본 실시예에서는, 사각추 프리즘(104)의 경사면에 편광 분리막을 마련하는 대신에, 사각추 프리즘(104)의 사출측에, 제 1 진동 방향의 편광 성분인 p 편광 광을 투과하고, 제 1 진동 방향과는 다른 제 2 진동 방향의 편광 성분인 s 편광 광을 반사하는 편광판인 그리드 편광자(810)를 마련하고 있다. 이에 의해, 면 발광부(101)로부터 방사되어, 사각추 프리즘(104)의 경사면(105a)을 굴절하여 사출된 광은, 그리드 편광자(810)에 입사된다. 그리고, 그리드 편광자(810)는, 제 1 진동 방향의 광인 p 편광 광 L82를 투과하여 사출한다. 또한, 제 1 진동 방향과 다른 제 2 진동 방향의 광인 s 편광 광은 그리드 편광자에서 반사된다. 그리드 편광자(810)에서 반사된 s 편광 광은 1/4 파장판(807)에 입사된다.

s 편광 광은, 1/4 파장판(807)을 투과하여 원 편광이 되어, 사각추 프리즘(104)의 방향으로 진행한다. 그리고, 원 편광 광은, 반사부인 반사 금속 전극(106)에서 반사되어, 역회전의 원 편광 광이 된다. 그리고, 역회전의 원 편광 광은 다시 면 발광부(101)를 투과하여 사각추 프리즘(104)의 경사면(105a)에서 굴절하여 사출된다. 경사면(105a)에서 사출된 원 편광 광은, 1/4 파장판(807)을 투과하여, 1/4 파장판(807)으로 입사하기 전의 편광 상태인 s 편광 상태와 비교하여 약 90° 회전한 직선 편광 광, 즉 p 편광 광으로 변환된다. 이 때문에, p 편광 광 L81은 그리드 편광자(810)를 투과하여 사출된다. 이에 의해, 제 1 진동 방향인 p 편광으로 일정한 광을 효율적으로 출력할 수 있다.

또한 본 실시예에서는, 사각추 프리즘(104)을 둘러싸도록 광 가이드부(810)가 마련되어 있다. 광 가이드부(810)의 높이는, 사각추 프리즘(104)의 높이와 대략 동일한 것이 바람직하다. 사각추 프리즘(104)은, 광 가이드부(810)에 의해 둘러싸여 있기 때문에, 프리즘으로부터 사출된 광 L83은, 광 가이드부(810)의 내주면에 형성되어 있는 반사면(810a)에서 반사된다. 이 때문에, 광 가이드부(810)보다도 외측으로는 광이 넓어지지 않는다. 이에 의해, 면 발광부(101)와 대략 동일한 면적의 영역에서 광을 효율적으로 출력할 수 있다.

(실시예 5)

도 9는 본 발명의 실시예 5에 따른 프로젝터의 개략 구성을 나타낸다. 프로젝터(900)는, 제 1 색 광인 R광을 공급하는 제 1 광원 장치(901R)와, 제 2 색 광인 G광을 공급하는 제 2 광원 장치(901G)와, 제 3 색 광인 B광을 공급하는 제 3 광원 장치(901B)를 갖는다. 제 1 광원 장치(901R), 제 2 광원 장치(901G) 및 제 3 광원 장치(901B)는, 각각 상기 실시예 3 또는 실시예 4에서 기술했던 광원 장치인 면 발광 LED 이다.

제 1 광원 장치(901R)는 p 편광의 R광을 방사하도록 구성되어 있다. R광은, 렌즈 LN을 투과하여, 제 1 색 광용 공간 광 변조 장치인 R광용 공간 광 변조 장치(910R)에 입사된다. R광용 공간 광 변조 장치(910R)는, R광을 화상 신호에 따라 변조하는 투과형의 액정 표시 장치이다. R광용 공간 광 변조 장치(910R)는, 액정 패널(915R)과, 제 1 편광판(916R)과, 제 2 편광판(917R)으로 이루어진다.

제 1 편광판(916R)은, p 편광 광의 R광을 투과하여, 액정 패널(915R)에 입사된다. 액정 패널(915R)는, p 편광 광을 화상 신호에 따라 변조하여, s 편광 광으로 변환한다. 제 2 편광판(917R)은 액정 패널(915R)에서 s 편광 광으로 변환된 R광을 사출한다. 이렇게 하여, R광용 공간 광 변조 장치(910R)는, 제 1 광원 장치(901R)로부터의 R광을 화상 신호에 따라 변조한다. R광용 공간 광 변조 장치(910R)에서 s 편광 광으로 변환된 R광은, 크로스 다이클로익 프리즘(912)에 입사된다.

제 2 광원 장치(901G)는 s 편광의 G광을 방사하도록 구성되어 있다. s 편광의 G광은, 렌즈 LN을 투과하여, 제 2 색 광용 공간 광 변조 장치인 G광용 공간 광 변조 장치(910G)에 입사된다. G광용 공간 광 변조 장치(910G)는, G광을 화상 신호에 따라 변조하는 투과형의 액정 표시 장치이다. G광용 공간 광 변조 장치(910G)는, 액정 패널(915G)과, 제 1 편광판(916G)과, 제 2 편광판(917G)으로 이루어진다.

제 1 편광판(916G)은 s 편광의 G광을 투과하여 액정 패널(915G)에 입사된다. 액정 패널(915G)은, s 편광 광을 화상 신호에 따라 변조하여, p 편광 광으로 변환한다. 제 2 편광판(917G)은, 액정 패널(915G)에서 p 편광 광으로 변환된 G광을 사출한다. 이렇게 하여, G광용 공간 광 변조 장치(910G)는, 제 2광원 장치(901G)으로부터의 G광을 화상 신호에 따라 변조한다. G광용 공간 광 변조 장치(910G)에서 p 편광 광으로 변환된 G광은, 크로스 다이클로익 프리즘(912)에 입사된다.

제 3 광원 장치(901B)는 p 편광의 B광을 방사하도록 구성되어 있다. p 편광의 B광은, 렌즈 LN을 투과하여, 제 3 색 광용 공간 광 변조 장치인 B광용 공간 광 변조 장치(910B)에 입사된다. B광용 공간 광 변조 장치(910B)는, B광을 화상 신호에 따라 변조하는 투과형의 액정 표시 장치이다. B광용 공간 광 변조 장치(910B)는, 액정 패널(915B)과, 제 1 편광판(916B)과, 제 2 편광판(917B)으로 이루어진다.

제 1 편광판(916B)은, p 편광의 B광을 투과하여, 액정 패널(915B)에 입사된다. 액정 패널(915B)은, p 편광 광을 화상 신호에 따라 변조하여, s 편광 광으로 변환한다. 제 2 편광판(917B)은, 액정 패널(915B)에서 s 편광 광으로 변환된 B광을 사출한다. 이렇게 하여, B광용 공간 광 변조 장치(910B)는, 제 3 광원 장치(901B)로부터의 B광을 화상 신호에 따라 변조한다. B광용 공간 광 변조 장치(910B)에서 s 편광 광으로 변환된 B광은, 크로스 다이클로익 프리즘(912)에 입사된다.

크로스 다이클로익 프리즘(912)은, 2개의 다이클로익막(912a, 912b)을 갖는다. 2개의 다이클로익막(912a, 912b)은 X 자형으로 직교하여 배치되어 있다. 다이클로익막(912a)은, s 편광 광인 R광을 반사하고, p 편광 광인 G광을 투과한다. 다이클로익막(912b)은, s 편광 광인 B광을 반사하고, p 편광 광인 G광을 투과한다. 이와 같이, 크로스 다이클로익 프리즘(912)은, 제 1 색 광용 공간 광 변조 장치(910R)와, 제 2 색 광용 공간 광 변조 장치(910G)와, 제 3 색 광용 공간 광 변조 장치(910B)에서 각각 변조된 R광, G광 및 B광을 합성한다. 투사 렌즈(930)는, 크로스 다이클로익 프리즘(912)에서 합성된 광을 스크린(940)에 투사한다.

본 실시예에서는, 상기 실시예 3 또는 실시예 4에서 기술한 광원 장치를 이용하고 있다. 이 때문에, 광 이용 효율이 높고 밝은 투사 이미지를 얻을 수 있다. 또한, 실시예 3, 실시예 4의 광원 장치인 경우에는, 특정한 진동 방향의 편광 광을 공급할 수 있기 때문에, 편광 변환 장치가 불필요하게 된다. 또, 상기 실시예 1 또는 실시예 2와 같은, 임의적인 편광 광을 공급하는 광원 장치를 이용하는 경우, 임의적인 편광 광을 p 편광 또는 s 편광으로 변환하는 편광 변환 장치를 적절히 마련하면 좋다.

또, 상기 각 실시예에서는, 사각추 프리즘이나 원추 프리즘을 예로 설명하고 있다. 그러나, 본 발명은 이것으로 한정되는 것이 아니라, 다각추 프리즘이라면 좋다. 또한, 본 발명의 광원을 복수 어레이 형상으로 배치한 것도 포함된다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 광원 장치는 프로젝터에 유용하다.

상술한 본 발명에 의하면, 광 이용 효율이 높은 광원 장치 및 프로젝터를 제공할 수 있다.

도 1은 실시예 1의 광원 장치의 사시도,

도 2는 실시예 1의 광원 장치의 단면도,

도 3a는 종래의 광원 장치의 방사 강도를 도시한 도면,

도 3b는 실시예 1의 광원 장치의 방사 강도를 도시한 도면,

도 4는 프리즘의 꼭지각과 중심 강도의 관계를 나타낸 도면,

도 5는 실시예 2의 광원 장치의 사시도,

도 6a는 실시예 3의 광원 장치의 사시도,

도 6b는 실시예 3의 광원 장치의 평면도,

도 7a는 실시예 3의 광원 장치의 단면도,

도 7b는 실시예 3의 광원 장치의 다른 단면도,

도 8은 실시예 4의 광원 장치의 단면도,

도 9는 실시예 5의 프로젝터의 단면도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 광원 장치 101a : 평면 발광 영역

101 : 면 발광부 102 : 사파이어 기판

103 : 본딩 와이어 104 : 원추 프리즘

104 : 사각추 프리즘 104a : 바닥면

105a : 경사면 105b : 경사면

106 : 반사 금속 전극 107 : 확산판

500 : 광원 장치 600 : 광원 장치

604 : 사각추 프리즘 604a : 바닥면

605a, 605b, 605c, 605d : 경사면

607 : 1/4 파장판 610 : 편광 분리막

611 : 1/2 파장판 800 : 광원 장치

807 : 1/4 파장판 810 : 그리드 편광자

810 : 광 가이드부 810a : 반사면

900 : 프로젝터 901R, 901G, 901B : 광원 장치

910R, 910G, 910B : 각 색 광용 공간 광 변조 장치

912 : 크로스 다이클로익 프리즘

912a, 912b : 다이클로익막

915R, 915G, 915B : 액정 패널

916R, 916G, 916B : 제 1 편광판

917R, 917G, 917B : 제 2 편광판

930 : 투사 렌즈 940 : 스크린

Claims

평면 발광 영역으로부터 광을 방사하는 면 발광부와,

상기 면 발광부의 한쪽 면측에 마련되어 있는 반사부와,

상기 면 발광부의 다른쪽 면측에 마련되고, 광학적 투명 부재로 이루어지는 원추 프리즘 또는 각추 프리즘

을 갖고,

상기 원추 프리즘의 바닥면 또는 상기 각추 프리즘의 바닥면은 상기 평면 발광 영역과 대략 동일한 크기 및 형상이며,

상기 원추 프리즘의 경사면 또는 상기 각추 프리즘의 경사면은, 상기 바닥면으로부터 상기 원추 프리즘 또는 상기 각추 프리즘으로 입사된 광 중, 상기 경사면에서 굴절되는 광을 특정한 방향으로 사출시키고, 상기 경사면에서 반사되는 광을 상기 바닥면의 방향으로 유도하고,

상기 반사부는, 상기 경사면에서 반사되어 상기 바닥면과 상기 면 발광부를 투과한 광을, 상기 원추 프리즘 또는 상기 각추 프리즘의 방향으로 다시 반사하는 것

을 특징으로 하는 광원 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 원추 프리즘의 꼭지각 또는 상기 각추 프리즘의 대향하는 경사면이 이루는 꼭지각은 약 90°인 것을 특징으로 하는 광원 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 바닥면에는 입사광을 산란시키는 확산판이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 각추 프리즘은 4개의 경사면을 갖는 사각추 프리즘이며,

상기 4개의 경사면에는, 상기 각 경사면에 대해 특정한 진동 방향의 편광 성분을 투과하고 상기 특정한 진동 방향에 대략 직교하는 편광 성분을 반사하는 편광 분리막이 형성되고,

대향하는 한 쌍의 상기 경사면은 상기 편광 분리막 상에 투과광의 진동 방향을 약 90° 회전시키는 위상차판을 더 갖고,

상기 4개의 경사면은 진동 방향이 정렬된 광을 사출하는 것

을 특징으로 하는 광원 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 바닥면에는 1/4 파장판 또는 편광 광의 진동 방향을 랜덤하게 하는 상기 확산판이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 각추 프리즘 또는 상기 원추 프리즘의 경사면측에 마련되어, 제 1 진동 방향의 편광 성분을 투과하고, 상기 제 1 진동 방향과는 다른 제 2 진동 방향의 편광 성분을 반사하는 편광판을 갖는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 각추 프리즘 또는 상기 원추 프리즘과, 상기 편광판 사이의 광로 내에 1/4 파장판을 더 갖는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 각추 프리즘 또는 상기 원추 프리즘을 둘러싸도록 마련되어, 상기 각추 프리즘 또는 상기 원추 프리즘으로부터 사출된 광을 반사하는 반사면이 형성되어 있는 광 가이드부를 갖는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
청구항 1에 기재된 광원 장치와,

상기 광원 장치로부터의 광을 화상 신호에 따라 변조하는 공간 광 변조 장치와,

변조된 광을 투사하는 투사 렌즈

를 갖는 것을 특징으로 하는 프로젝터.