KR20060043062A

KR20060043062A - 조명 장치 및 투사형 표시 장치

Info

Publication number: KR20060043062A
Application number: KR1020050014484A
Authority: KR
Inventors: 다카유키 마츠바라; 마사토시 요네쿠보
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2004-02-23
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2006-05-15
Also published as: JP2005234440A; CN100470361C; KR100709844B1; JP4144532B2; TWI266929B; TW200528828A; US20050185140A1; CN1661462A

Abstract

본 발명은 표시 장치의 조명에 적절한 광을 사출하는 동시에, 소형화를 도모할 수 있는 조명 장치 및 이 조명 장치를 이용한 투사형 표시 장치를 제공하는 것이다. 광을 사출하는 고체 광원(10r, 10g, 10b)과, 고체 광원(10r, 10g, 10b)으로부터 사출된 광의 조도 분포를 균일화하는 도광 소자(20)와, 고체 광원(10r, 10g, 10b)으로부터 사출된 광이 입사되는 반사형 편광 소자(30)를 갖고, 반사형 편광 소자(30)가 도광 소자(20)의 내부 또는 광사출 단부면에 배치되며, 고체 광원(10r, 10g, 10b)은 반사형 편광 소자(30)에 의해 반사된 광을 반사하는 것을 특징으로 한다.

Description

조명 장치 및 투사형 표시 장치{LIGHTING DEVICE AND PROJECTION TYPE DISPLAY SYSTEM}

도 1은 본 발명에 의한 제 1 실시형태에 따른 투사형 표시 장치의 개략도,

도 2는 제 1 실시형태에 있어서의 테이퍼 로드 렌즈의 사시도,

도 3은 제 1 실시형태의 WGP를 설명하는 도면,

도 4는 제 1 실시형태의 테이퍼 로드 렌즈의 다른 실시형태를 도시하는 도면,

도 5는 제 1 실시형태의 테이퍼 로드 렌즈의 작용을 설명하는 도면,

도 6은 제 1 실시형태의 다른 투사형 표시 장치의 개략도,

도 7은 제 1 실시형태의 테이퍼 로드 렌즈의 다른 실시형태를 도시하는 도면,

도 8은 제 1 실시형태의 테이퍼 로드 렌즈의 다른 실시형태를 도시하는 도면,

도 9a 및 도 9b는 제 1 실시형태의 테이퍼 로드 렌즈의 다른 실시형태를 도시하는 도면,

도 10은 제 1 실시형태의 변형예에 있어서의 투사형 표시 장치를 도시하는 개략도,

도 11은 도 10의 본 변형예의 조명 장치의 개략도,

도 12는 제 2 실시형태에 따른 투사형 표시 장치의 개략도,

도 13은 제 3 실시형태에 따른 투사형 표시 장치의 개략도,

도 14는 제 3 실시형태의 광확산 소자를 설명하는 도면,

도 15a 내지 도 15c는 제 3 실시형태의 광확산 소자의 다른 실시형태를 설명하는 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1r, 1g, 1b, 101r, 101g, 101b, 150, 170r, 170g, 170b : 조명 장치

10r, 10g, 10b, 10w : LED(고체 광원)

20 : 테이퍼 로드 렌즈(도광 소자)

21 : 단부면(광입사 단부면) 22 : 단부면(광사출 단부면)

23 : 반사막 24 : 반사면(광반사면)

25 : 반사판 30 : WGP(반사형 편광 소자)

40r, 40g, 40b, 160 : 액정 라이트 밸브(피조명 대상, 광변조 수단)

70 : 투사 렌즈(투사 수단) 120 : 로드 렌즈(도광 소자)

121 : 메인 로드 렌즈(도광 소자) 122 : 단부면(광입사 단부면)

123 : 단부면(광사출 단부면) 180 : 광확산 소자

본 발명은 조명 장치 및 투사형 표시 장치에 관한 것이다.

최근, 정보 기기의 발달은 눈부시고, 해상도가 높고, 저소비 전력이며 또한 박형의 표시 장치의 요구가 높아져, 연구 개발이 진행되고 있다. 그 중에서도 액정 표시 장치는 액정 분자의 배열을 전기적으로 제어하여, 광학적 특성을 변화시킬 수 있어서, 상기 수요에 대응할 수 있는 표시 장치로서 기대되고 있다. 이러한 액정 표시 장치의 일 형태로서, 액정 라이트 밸브를 이용한 광학계로 이루어지는 영상원으로부터 출사되는 화상을 투사 렌즈를 통해서 스크린에 확대 투사하는 투사형 표시 장치(프로젝터)가 알려져 있다.

투사형 표시 장치용의 조명 장치로서는, 예컨대 메탈 할라이드 램프(metal halide lamp), 초고압 수은등이나 할로겐 램프 등의 광원을 구비하는 것이 알려져 있지만, 이 광원으로부터 출사되는 광은 일반적으로 불균일한 조도 분포를 갖고 있다. 따라서, 피조명 영역, 구체적으로는 광변조 장치로서의 액정 라이트 밸브의 표시면에 있어서의 조도 분포를 균일화하기 위해서, 로드형 도광체로 이루어지는 균일 조명계의 광학 소자를 조명 장치에 구비시킨 것이 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌 1 내지 3 참조).

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 공보 제 1998-163533 호

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 공보 제 2000-180962 호

[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 공보 제 1999-352589 호

상술한 특허 문헌 1 내지 3에 개시된 기술에 있어서는, 로드형의 도광체는 광원으로부터 사출된 광의 조도 분포 균일화나 광의 콜리메이트화에만 사용되고 있다. 그 때문에, 투사형 표시 장치 등의 조명에 사용할 때에는, 편광 소자나 광 균일화 소자 등의 광학 소자를 별도로 추가하여 사용할 필요가 있고, 투사형 표시 장치 등의 소형화를 도모하기 어렵다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 표시 장치의 조명에 적절한 광을 사출하는 동시에, 소형화를 도모할 수 있는 조명 장치 및 이 조명 장치를 이용한 투사형 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1 조명 장치는, 광을 사출하는 고체 광원과, 고체 광원으로부터 사출된 광의 조도 분포를 균일화하는 도광 소자와, 고체 광원으로부터 사출된 광이 입사되는 반사형 편광 소자를 구비하고, 반사형 편광 소자가 도광 소자의 내부 또는 광사출 단부면에 배치되며, 고체 광원은 반사형 편광 소자에 의해 반사된 광을 반사하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 제 1 조명 장치는 반사형 편광 소자가 도광 소자의 내부 또는 광사출 단부면에 배치되어 있기 때문에, 서로 직교하는 직선 편광의 한쪽의 직선 편광으로서 그 조도 분포가 균일화된 광을 사출할 수 있다.

즉, 조명 장치는, 예컨대 투사형 액정 표시 장치에 적절한 균일한 조도 분포를 갖는 한쪽의 편광을 사출할 수 있고, 편광 소자를 새롭게 추가하지 않고, 투사 형 액정 표시 장치에 사용할 수 있어, 투사형 표시 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 반사형 편광 소자에 반사된 다른쪽의 직선 편광은 고체 광원과 반사형 편광 소자 사이를 반복하여 반사하고 있는 중에, 한쪽의 직선 편광으로 변환되어, 반사형 편광 소자를 투과할 수 있다. 그 때문에, 고체 광원으로부터 사출된 광의 이용 효율의 저하를 방지할 수 있고, 액정 표시 장치의 조명에 적절한 밝은 광을 사출할 수 있다.

본 발명의 제 2 조명 장치는, 광을 사출하는 고체 광원과, 고체 광원으로부터 사출된 광의 조도 분포를 균일화하는 도광 소자와, 고체 광원으로부터 사출된 광이 입사되는 광확산 소자를 구비하고, 광확산 소자가 도광 소자의 내부 또는 광사출 단부면에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 제 2 조명 장치는 광확산 소자가 도광 소자의 내부 또는 광사출 단부면에 배치되어 있기 때문에, 도광 소자에 의해 조도 분포가 균일화된 광을 광확산 소자에 의해 조도 분포가 더욱 균일화되며, 조도 분포가 한층 더 균일화된 광을 사출할 수 있다.

그 때문에, 예컨대 도광 소자만으로 조도 분포가 균일화된 광이 투사형 액정 표시 장치의 조명에 불충분한(균일화가 부족한) 경우, 새롭게 조도 분포를 균일화하는 수단을 추가하지 않고, 조도 분포를 더욱 균일화할 수 있어, 투사형 표시 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

상기 구성을 실현하기 위해서, 보다 구체적으로는, 도광 소자의 광입사 단부 면이 적어도 그 외주부에 있어서 고체 광원의 광사출측의 면과 직접 접촉하고 있을 수도 있다.

이 구성에 의하면, 고체 광원과 도광 소자가 직접 접촉하고 있기 때문에, 고체 광원으로부터 사출된 광을 직접 도광 소자내에 입사시킬 수 있다. 그 때문에, 고체 광원으로부터 사출된 광이 외부로 누출되기 어려워져, 광의 이용 효율 저하를 방지할 수 있다.

상기 구성을 실현하기 위해서, 보다 구체적으로는 도광 소자가 광투과성 재료의 무구재(無垢材; 굴절률이 동일한 광학 재료)로 형성되어 있을 수도 있다.

이 구성에 의하면, 도광 소자내에 입사한 광이 광투과성 재료내를 전반사하면서 전파하기 때문에, 광의 조도 분포가 균일화된다.

또한, 예컨대 마찬가지로 조도 분포를 균일화하는 플라이 아이 렌즈(fly-eye lens)와 비교하면, 도광 소자가 차지하는 공간이 작아, 조명 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

상기 구성을 실현하기 위해서, 보다 구체적으로는 도광 소자의 광입사 단부면 및 광사출 단부면 이외의 면에 광을 반사하는 반사막이 형성되어 있을 수도 있다.

이 구성에 의하면, 도광 소자의 광입사 단부면 및 광사출 단부면 이외의 면에 전반사각보다도 큰 각도로 입사하는 광도 반사할 수 있고, 광의 조도 분포를 균일화할 수 있다. 예컨대, 도광 소자의 광입사 단부면 및 광사출 단부면 이외의 면에 반사막이 형성되어 있지 않은 경우와 비교하면, 전반사되지 않고 투과하고 있던 광도 반사할 수 있고, 고체 광원으로부터 사출된 광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 구성을 실현하기 위해서, 보다 구체적으로는 도광 소자가 광을 반사하는 반사판을 통형상으로 배치하여 구성되고, 통형상의 내면이 반사판의 광반사면에 의해 구성되어 있을 수도 있다.

이 구성에 의하면, 도광 소자내에 입사된 광이 반사판에 의해 형성된 통형상의 내면을 전반사하면서 전파하기 때문에, 광의 조도 분포가 균일화된다.

또한, 예컨대 마찬가지로 조도 분포를 균일화하는 플라이 아이 렌즈와 비교하면, 도광 소자가 차지하는 공간이 작아, 조명 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

상기 구성을 실현하기 위해서, 보다 구체적으로는, 도광 소자의 광사출 단부면의 형상이 피조명 대상의 형상과 닮은꼴일 수도 있다.

이 구성에 의하면, 도광 수단의 광사출 단부면으로부터 사출된 광을 피조명 대상상에 손실없이 조사할 수 있어, 고체 광원으로부터 사출된 광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

즉, 광사출 단부면의 형상과 피조명 대상의 형상이 닮은꼴이기 때문에, 적절한 광학계를 개재함으로써, 광사출 단부면으로부터 사출된 광의 조명 영역을 피조명 대상의 형상과 일치시킬 수 있어, 고체 광원으로부터 사출된 광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 구성을 실현하기 위해서, 보다 구체적으로는 도광 소자의 형상이 고체 광원으로부터 피조명 대상을 향해서 그 단면적이 일정한 일직선 형상일 수도 있다.

이 구성에 의하면, 도광 소자의 형상이 테이퍼 형상인 경우와 비교하여, 도광 소자가 차지하는 공간이 작아, 조명 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

상기 구성을 실현하기 위해서, 보다 구체적으로는 도광 소자의 형상이 고체 광원으로부터 피조명 대상을 향해서 그 단면적이 넓어지는 테이퍼 형상일 수도 있다.

이 구성에 의하면, 광이 도광 소자내에서 반사를 반복할 때마다 콜리메이트화(평행광화)되기 때문에, 형상이 일직선 형상인 도광 소자로부터 사출된 광과 비교하여, 콜리메이트화된 광을 사출할 수 있다.

상기 구성을 실현하기 위해서, 보다 구체적으로는 하나의 고체 광원에 대하여 하나의 피조명 대상이 대응하고 있을 수도 있다.

이 구성에 의하면, 복수의 고체 광원에 대하여 하나의 피조명 대상을 대응시킨 경우와 비교하여, 조명 장치가 차지하는 공간을 작게 할 수 있어, 조명 장치의 소형화를 도모할 수 있다. 예컨대, 이 조명 장치를 투사형 표시 장치에 사용하는 경우에는, 보다 작은 투사형 표시 장치를 실현할 수 있다.

상기 구성을 실현하기 위해서, 보다 구체적으로는 복수의 고체 광원에 대하여 하나의 피조명 대상이 대응하고 있을 수도 있다.

이 구성에 의하면, 하나의 고체 광원에 대하여 하나의 피조명 대상을 대응시킨 경우와 비교하여, 보다 많은 광을 피조명 대상에 조사시킬 수 있다. 예컨대, 이 조명 장치를 투사형 표시 장치에 이용하는 경우에는, 보다 밝은 화상을 표시할 수 있다.

본 발명의 투사형 표시 장치는, 광을 조사하는 조명 장치와, 조사된 광을 변조하는 광변조 수단과, 변조된 광을 투사하는 투사 수단을 갖는 투사형 표시 장치로서, 조명 장치가 상기 본 발명의 조명 장치인 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 투사형 표시 장치는, 상기 본 발명의 조명 장치를 이용함으로써, 밝기가 균일한 화상을 투사할 수 있는 동시에, 투사형 표시 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

[제 1 실시형태]

이하, 본 발명에 있어서의 제 1 실시형태에 대하여 도 1 내지 도 9b를 참조하여 설명한다.

우선, 도 1을 참조하면서, 본 발명에 있어서의 제 1 실시형태에 따른 투사형 표시 장치에 대하여 설명한다. 본 실시형태의 투사형 표시 장치는, 고체 광원으로부터 사출된 R(적색), G(녹색), B(청색)의 다른 색광을 액정 라이트 밸브에 의해 각각 공간 변조하고, 크로스 다이크로익 프리즘(cross-dichroic prism)에 의해 합성하여, 칼라 화상을 표시하는 3판식의 투사형 칼라 표시 장치이다.

도 1은 본 실시형태에 따른 투사형 표시 장치의 개략을 도시하는 도면이다.

투사형 표시 장치는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 각각 R, G, B의 다른 색광을 사출하는 조명 장치(1r, 1g, 1b)와, 각 색광을 공간 변조하는 액정 라이트 밸브(피조명 대상, 광변조 수단)(40r, 40g, 40b)와, 변조된 각 색광을 합성하여 칼라 화상으로 하는 크로스 다이크로익 프리즘(60)과, 칼라 화상을 투사하는 투사 렌즈(투사 수단)(70)로 개략 구성되어 있다.

조명 장치(1r, 1g, 1b)는 조명광으로서의 각 색광을 사출하는 LED(고체 광원)(10r, 10g, 10b)와, 각 색광의 조도 분포를 균일화하는 테이퍼 로드 렌즈(도광 소자)(20)와, 반사형 편광 소자(Wire Grid Polarizer; WGP)(30)로 구성되어 잇다.

LED(10r, 10g, 10b)는 전류가 공급되면 각각 R, G, B의 색광을 사출하는 동시에, LED(10r, 10g, 10b)에는 광사출측으로부터 입사된 광을 다시 테이퍼 로드 렌즈(20)를 향해서 반사하는 광원 반사막(11)이 배치되어 있다.

도 2는 본 실시형태에 있어서의 테이퍼 로드 렌즈의 사시도이다.

테이퍼 로드 렌즈(20)는, 예컨대 유리나 수지 등의 광투과성을 갖는 재료로 중실형의 사각기둥 형상으로 형성되어 있는 동시에, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 그 한쪽 단부면(광입사 단부면)(21)으로부터 다른쪽 단부면(광사출 단부면)(22)을 향해서 단면적이 점차 넓어지도록 형성되어 있다. 또한, 테이퍼 로드 렌즈(20)는 광이 입사되는 단부면(21)의 형상이 LED(10r, 10g, 10b)와 일치하도록 형성되어 있는 동시에, 단부면(21)과 LED(10r, 10g, 10b) 사이에는, 테이퍼 로드 렌즈(20)내로의 광의 입사율 저하를 방지하기 위해서, 굴절율이 높은 재료, 예컨대 실리콘 젤을 개재시키고 있다.

그 때문에, 하나의 LED(10r, 10g, 10b)에 대하여 하나의 테이퍼 로드 렌즈(20)가 사용되게 되고, 예컨대 현재 널리 사용되고 있는 LED 하나의 크기가 종횡 수밀리미터이므로, 단부면(21)의 크기도 이것에 대응하여 종횡 수밀리미터로 형성 된다.

또한, 상술한 바와 같이 하나의 테이퍼 로드 렌즈(20)에 대하여, 하나의 LED(10r, 10g, 10b)가 사용될 수도 있고, 하나의 테이퍼 로드 렌즈(20)에 대하여 복수의 LED(10r, 10g, 10b)가 사용될 수도 있다.

또한, 테이퍼 로드 렌즈(20)는 광이 사출되는 단부면(22)이 액정 라이트 밸브(40r, 40g, 40b)와 대향하도록 배치되는 동시에, 도 1에 도시하는 바와 같이, 2개의 테이퍼 로드 렌즈(20)를 병렬로 정렬하며, 이러한 단부면(22)이 액정 라이트 밸브(40r, 40g, 40b)의 광입사면과 동일 형상으로 되도록 배치되어 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 2개의 테이퍼 로드 렌즈(20)를 병렬로 배치할 수도 있고, 보다 많은 테이퍼 로드 렌즈(20)를 병렬 또는 매트릭스 형상으로 배치할 수도 있다.

도 3은 본 실시형태의 WGP를 설명하는 도면이다.

WGP(30)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 테이퍼 로드 렌즈(20)의 단부면(22)과 동일 형상으로 형성되는 동시에, 단부면(22)과 직접 접촉하도록 배치되어 있다. WGP(30)를 단부면(22)과 직접 접촉하도록 배치함으로써, 단부면(22)과 WGP(30)의 간극으로부터 광이 누출되는 것을 방지할 수 있어, 광의 이용 효율 저하를 방지할 수 있다.

또한, WGP(30)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 유리 기판(32)상에 알루미늄 등의 광반사성을 갖는 금속으로 이루어지는 다수의 리브(31)가 형성된 그리드 편광자(偏光子)이며, 리브(31)는 입사광의 파장보다도 작은 피치로 형성되어 있다.

또한, 상술한 바와 같이 반사형 편광자로서 WGP(30)를 사용할 수도 있고, 필름 다층 적층형 편광판을 이용할 수도 있으며, 특별히 한정하는 것은 아니다.

또한, 상술한 바와 같이 WGP(30)와 테이퍼 로드 렌즈(20)를 별개로 형성할 수도 있고, 테이퍼 로드 렌즈(20)의 단부면(22)에 직접 WGP(30)를 형성할 수도 있다. 단부면(22)에 직접 WGP(30)를 형성함으로써, 단부면(22)과 WGP(30)의 간극으로부터 광이 누출되는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있어, 광의 이용 효율 저하를 방지할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, WGP(30)를 단부면(22)상에 접촉하도록 배치할 수도 있고, 도 4에 도시하는 바와 같이 테이퍼 로드 렌즈(20)중, 즉 단부면(21)과 단부면(22) 사이에 배치할 수도 있다.

액정 라이트 밸브(40r, 40g, 40b)는 화상을 표시하는 화소가 매트릭스 형상으로 배치된 액티브 매트릭스형의 투과형 액정 패널로 구성되어 있고, 신호 처리한 영상 신호에 기초하여 입사된 광을 화소마다 광의 투과율을 변경하도록(공간 변조하도록) 구동된다. 즉, 액정 라이트 밸브의 광투과성 전극에 인가하는 전압을 제어함으로써, 광의 투과율을 0%에 가까운 값으로부터 100%의 사이에서 제어하고 있다.

또한, 액정 라이트 밸브(40r, 40g, 40b)에는 화소 스위칭용 소자로서 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, 이하 TFT라 약칭함)를 이용한 TN(Twisted Nematic) 모드의 액티브 매트릭스 방식 투과형 액정 셀이 사용되고 있다.

그리고, 액정 라이트 밸브(40r, 40g, 40b)는 변조된 색광이 크로스 다이크로 익 프리즘(60)의 다른 면에 입사되도록 배치되어 있다.

크로스 다이크로익 프리즘(60)은 직각 프리즘이 접합된 구조로 되어 있고, 그 내면에 적색광을 반사하는 미러면과 청색광을 반사하는 미러면이 십자 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 3개의 색광이 이러한 미러면에 의해 합성되어서 칼라 화상을 표시하는 광이 형성된다.

크로스 다이크로익 프리즘(60)의 칼라 화상광의 사출면에는 투사 렌즈(70)가 배치되고, 칼라 화상광을 스크린(71)에 투사하고 있다.

다음에, 상기 구성으로 이루어지는 투사형 표시 장치에 있어서의 작용에 대하여 설명한다.

또한, LED(10r, 10g, 10b)로부터 사출된 각 색광에 대한 작용은 동일하므로, LED(10r)로부터 사출된 색광(R)에 대한 작용을 설명하고, 그 밖의 색광(G, B)에 대한 작용은 설명을 생략한다.

LED(10r)에 전류가 공급되면, 도 1에 도시하는 바와 같이, LED(10r)로부터 색광(R)이 테이퍼 로드 렌즈(20)를 향해서 사출된다.

도 5는 테이퍼 로드 렌즈의 작용을 설명하는 도면이다.

테이퍼 로드 렌즈(20)내에 입사한 색광(R)은, 도 5에 도시하는 바와 같이, 테이퍼 로드 렌즈(20)내에서 전반사를 반복함으로써, 그 조도 분포가 균일화되어 단부면(22)을 향해서 전파한다. 또한, 색광(R)이 단부면(22)을 향해서 전파하면서, 테이퍼 로드 렌즈(20)내에서 전반사할 때마다 콜리메이트화(평행광화)된다. 그 후, 색광(R)은 단부면(22)으로부터 WGP(30)에 입사된다.

WGP(30)에 입사된 색광(R)(랜덤한 편광)은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 우선 Al 리브(31)가 형성된 측의 면에 입사된다. 입사된 색광(R)은 그 중의 Al 리브(31)의 연장 방향에 평행한 방향으로 진동하는 S 편광이 반사되고, Al 리브(31)의 연장 방향에 수직한 방향(Al 리브가 배열되는 방향)으로 진동하는 P 편광이 투과한다.

WGP(30)에 반사된 색광(R)의 S 편광은 테이퍼 로드 렌즈(20)내를 LED(10r)를 향해서 전파되어 LED(10r)에 입사한다. LED(10r)에 입사된 색광(R)은 광원 반사막(11)에 의해 다시 WGP(30)를 향해서 반사된다.

이와 같이, WGP(30)를 투과하지 않는 S 편광은 WGP(30)와 광원 반사막(11) 사이의 테이퍼 로드 렌즈(20)내를 오가지만, S 편광은 항상 이 편광 방향을 유지하고 있는 것은 아니고, 테이퍼 로드 렌즈(20)의 내면에서 반사할 때에 편광 방향이 회전하여 일부는 P 편광으로 변환된다.

그리고, P 편광 상태에서 WGP(30)에 도달하면 WGP(30)를 투과할 수 있다.

상술한 바와 같이 하여, WGP(30)를 투과한 색광(R)의 P 편광은 액정 라이트 밸브(40r)에 입사되고, 투사형 표시 장치에 입력된 영상 신호에 기초하여 변조되며, 크로스 다이크로익 프리즘(60)을 향해서 사출된다.

크로스 다이크로익 프리즘(60)에는, 마찬가지로 영상 신호에 기초하여 변조된 색광(G)의 P 편광 및 색광(B)의 P 편광도 입사된다. 이러한 색광이 적색광을 반사하는 미러면과 청색광을 반사하는 미러면에 의해 합성되어서 칼라 화상을 표시하는 광이 형성되고, 투사 렌즈(70)를 향해서 사출된다. 투사 렌즈(70)는 칼라 화 상을 표시하는 광을 스크린(71)을 향해서 확대 투사하여 칼라 화상을 표시한다.

상기 구성에 의하면, 조명 장치(1r, 1g, 1b)는 투사형 액정 표시 장치에 적절한 균일한 조도 분포를 갖는 P 편광을 사출할 수 있고, 편광 소자를 새롭게 추가하지 않고, 투사형 액정 표시 장치에 이용할 수 있어, 투사형 표시 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

또한, WGP(30)에 반사된 S 편광은 광원 반사막(11)과 WGP(30) 사이를 반복하여 반사하고 있는 중에, P 편광으로 변환되어 WGP(30)를 투과할 수 있다. 그 때문에, LED(10r, 10g, 10b)로부터 사출된 광의 이용 효율의 저하를 방지할 수 있어, 투사형 액정 표시 장치의 조명에 적절한 밝은 광을 사출할 수 있다.

LED(10r, 10g, 10b)와 테이퍼 로드 렌즈(20)가 직접 접촉하고 있기 때문에, LED(10r, 10g, 10b)로부터 사출된 광을 직접 테이퍼 로드 렌즈(20)내에 입사시킬 수 있다. 그 때문에, LED(10r, 10g, 10b)로부터 사출된 광이 외부로 누출되기 어려워지고, 광의 이용 효율 저하를 방지할 수 있다.

본 실시형태의 조명 장치(1r, 1g, 1b)는 하나의 LED(10r, 10g, 10b)에 대하여 하나의 액정 라이트 밸브(40r, 40g, 40b)를 대응시킨 경우와 비교하여, 보다 많은 광을 액정 라이트 밸브(40r, 40g, 40b)에 조사시킬 수 있다. 그 때문에, 본 실시형태의 투사형 표시 장치는 밝은 화상을 표시할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 복수의 테이퍼 로드 렌즈(20) 및 LED에 대하여 하나의 액정 라이트 밸브를 배치할 수도 있고, 도 6에 도시하는 바와 같이, 하나의 테이퍼 로드 렌즈(20) 및 LED에 대하여 하나의 액정 라이트 밸브가 배치되도록 할 수도 있다.

도 6에 도시하는 구성을 취함으로써, 복수의 테이퍼 로드 렌즈(20) 및 LED에 대하여 하나의 액정 라이트 밸브를 대응시킨 경우와 비교하여, 조명 장치(1r, 1g, 1b)가 차지하는 공간을 작게 할 수 있어, 조명 장치(1r, 1g, 1b)의 소형화를 도모할 수 있다.

도 7은 테이퍼 로드 렌즈의 다른 실시형태를 도시하는 도면이다.

또한, 테이퍼 로드 렌즈(20)는, 상술한 바와 같이 광투과성 재료만으로 중실형으로 형성될 수도 있고, 도 7에 도시하는 바와 같이 그 측면[광이 입사하는 단부면(21) 및 광이 사출하는 단부면(22) 이외의 면]에 광을 반사하는 반사막(23)이 형성되어 있을 수도 있다.

이 구성에 의하면, 테이퍼 로드 렌즈(20)의 단부면(21) 및 단부면(22) 이외의 면에, 전반사각보다도 큰 각도로 입사하는 광도 반사할 수 있어, 광의 조도 분포를 보다 균일화할 수 있다. 예컨대, 테이퍼 로드 렌즈(20)의 단부면(21) 및 단부면(22) 이외의 면에 반사막(23)이 형성되어 있지 않은 경우와 비교하면, 전반사되지 않고 투과하고 있던 광도 반사할 수 있어, LED(10r, 10g, 10b)로부터 사출된 광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다

도 8은 테이퍼 로드 렌즈의 다른 실시형태를 도시하는 도면이다.

또한, 테이퍼 로드 렌즈(20)가, 도 8에 도시하는 바와 같이, 반사면(광 반사면)(24)을 설치한 유리 또는 금속판 등의 반사판(25)을 통형상으로 접합한 중공 로드이어도 무방하다.

이 구성에 의하면, 테이퍼 로드 렌즈(20)내에 입사된 광이, 반사판(25)에 의해 형성된 통형상의 내면[반사면(24)]을 반사하면서 전파하기 때문에, 광의 조도 분포가 균일화된다. 또한, 예컨대 플라이 아이 렌즈와 비교하면, 소자가 차지하는 공간은 작고, 조명 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 반사판(25)을 금속판으로 형성하고, 테이퍼 로드 렌즈(20)를 금속 경통(鏡筒)으로서 형성하는 경우에는, 테이퍼 로드 렌즈(20)를 금속판으로 프레스 가공에 의해 형성할 수 있어, 비교적 용이하게 제조할 수 있다.

도 9a 및 도 9b는 테이퍼 로드 렌즈의 다른 실시형태를 도시하는 도면이다.

또한, 상술한 바와 같이 테이퍼 형상의 테이퍼 로드 렌즈(20)를 사용할 수도 있고, 도 9a에 도시하는 바와 같이 광을 투과하는 재료로 형성되는 동시에, 한쪽 단부면(21)으로부터 다른쪽의 단부면(22)에 이르기까지의 단면적, 단면 형상이 변하지 않는 중실형의 사각기둥 형상의 로드 렌즈(20A)를 이용할 수도 있고, 도 9b에 도시하는 바와 같이, 반사면(24)을 설치한 반사판(25)을 통형상으로 접합한 중공 로드일 수도 있다.

이 구성에 의하면, 로드 렌즈의 형상이 테이퍼 형상인 경우와 비교하여, 로드 렌즈(20A)가 차지하는 공간이 작아, 조명 장치(1r, 1g, 1b)의 소형화를 도모할 수 있다.

[제 1 실시형태의 제 1 변형예]

다음에, 본 발명에 있어서의 제 1 실시형태의 제 1 변형예에 대하여 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한다.

본 변형예의 투사형 표시 장치의 기본 구성은 제 1 실시형태와 동일하지만, 제 1 실시형태와는 조명 장치의 구성이 상이하다. 따라서, 본 실시형태에 있어서는, 도 10 및 도 11을 이용하여 조명 장치 주변만을 설명하고, 액정 라이트 밸브 등의 설명을 생략한다.

도 10은 본 변형예에 있어서의 투사형 표시 장치를 도시한 개략도이다.

투사형 표시 장치는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 각각 R, G, B의 다른 색광을 사출하는 조명 장치(101r, 101g, 101b)와, 각 색광을 공간 변조하는 액정 라이트 밸브(40r, 40g, 40b)와, 변조된 각 색광을 합성하여 칼라 화상으로 하는 크로스 다이크로익 프리즘(60)과, 칼라 화상을 투사하는 투사 렌즈(70)로 개략 구성되어 있다.

도 11은 본 변형예의 조명 장치의 개략도이다.

조명 장치(101r, 101g, 101b)는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 조명광으로서의 각 색광을 사출하는 LED(10r, 10g, 10b)와, 각 색광의 조도 분포를 균일화하는 로드 렌즈(도광 소자)(120)와, WGP(30)로 구성되어 있다.

로드 렌즈(120)는 메인 로드 렌즈(도광 소자)(121)와 테이퍼 로드 렌즈(20)로 구성되어 있다. 메인 로드 렌즈(121)는, 예컨대 유리나 수지 등의 광투과성을 갖는 재료로 중실형의 사각기둥 형상으로 형성되어 있는 동시에, 그 한쪽 단부면(광입사 단부면)(122)으로부터 다른쪽 단부면(광사출 단부면)(123)까지 동일 단면적 및 동일 단면 형상으로 형성되어 있다. 또한, 메인 로드 렌즈(121)는 광이 사출되는 단부면(123)의 형상이 액정 라이트 밸브의 형상과 일치하도록 형성되어 있다.

LED(10r)에 전류가 공급되고 나서, WGP(30)로부터 색광(R)의 P 편광이 투과할 때까지의 작용은 제 1 실시형태와 동일하므로, 도 1 및 도 2를 도시하고 그 설명을 생략한다.

WGP(30)를 투과한 색광(R)의 P 편광은 단부면(122)으로부터 메인 로드 렌즈(121)에 입사하고, 메인 로드 렌즈(121)내에서 전반사를 반복하며, 그 조도 분포가 보다 균일화되어 단부면(123)으로부터 액정 라이트 밸브(40r)를 향해서 사출된다.

색광(R)의 P 편광이 액정 라이트 밸브(40r)에 입사된 후의 작용은 제 1 실시형태와 동일하므로, 그 설명을 생략한다.

상기 구성에 의하면, 테이퍼 로드 렌즈(20)에 의해 조도 분포가 균일화된 광을 메인 로드 렌즈(121)내에서 더 반사시켜서 조도 분포를 균일화시키고 있다. 그 때문에, 본 실시형태의 투사형 표시 장치는 밝기 분포가 보다 균일한 화상을 표시할 수 있다.

[제 2 실시형태]

다음에, 본 발명에 있어서의 제 2 실시형태에 대하여 도 12를 참조하여 설명한다.

본 실시형태에 따른 투사형 표시 장치는, 고체 광원으로부터 사출된 백색광을 칼라 필터를 구비한 액정 라이트 밸브에 의해 공간 변조하여, 칼라 화상을 표시하는 단판식의 투사형 칼라 표시 장치이다. 또한, 제 1 실시형태와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다.

도 12는 본 실시형태에 따른 투사형 표시 장치의 개략을 도시한 도면이다.

투사형 표시 장치는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 백색광을 사출하는 조명 장치(150)와, 백색광을 공간 변조하여 칼라 화상을 형성하는 액정 라이트 밸브(광변조 수단)(160)와, 칼라 화상을 투사하는 투사 렌즈(70)로 개략 구성되어 있다.

조명 장치(150)는 조명광으로서의 백색광을 사출하는 LED(고체 광원)(10w)와, 백색광의 조도 분포를 균일화하는 테이퍼 로드 렌즈(20)와, WGP(30)로 구성되어 있다.

LED(10w)는 전류가 공급되면 백색광을 사출하는 동시에, LED(10w)에는 광사출측으로부터 입사된 광을 다시 테이퍼 로드 렌즈(20)를 향해서 반사하는 광원 반사막(11)이 배치되어 있다.

액정 라이트 밸브(160)는 화상을 표시하는 화소가 매트릭스 형상으로 배치된 액티브 매트릭스형의 투과형 액정 패널로 구성되어 있고, R, G, B의 영상 신호에 기초하여 입사된 광을 화소마다 광의 투과율을 변경하도록(공간 변조하도록) 구동된다. 즉, 액정 라이트 밸브의 광투과성 전극에 인가하는 전압을 제어함으로써, 광의 투과율을 0%에 가까운 값으로부터 100%의 사이에서 제어하고 있다.

또한, 액정 라이트 밸브(160)에는, 화소 스위칭용 소자로서 박막 트랜지스터 (Thin Film Transistor, 이하 TFT라 약칭함)를 이용한 TN(Twisted Nematic) 모드의 액티브 매트릭스 방식 투과형 액정 셀이 사용되고 있다.

또한, 액정 라이트 밸브(160)의 광이 입사하는 면에는, 백색광을 액정 라이트 밸브(160)의 화소에 대응하여 R, G, B의 색광으로 변환하는 칼라 필터(도시하지 않음)가 배치되어 있다.

LED(10w)에 전류가 공급되면, 도 12에 도시하는 바와 같이, LED(10w)로부터 백색광이 테이퍼 로드 렌즈(20)를 향해서 사출된다.

테이퍼 로드 렌즈(20)내에 입사한 백색광은 그 조도 분포가 균일화되는 동시에, 콜리메이트화(평행광화)되며, 단부면(22)으로부터 WGP(30)를 향해서 사출된다.

WGP(30)에 입사된 백색광(랜덤한 편광)중, Al 리브(31)(도 3 참조)의 연장 방향에 평행한 방향으로 진동하는 S 편광이 반사되고, Al 리브(31)의 연장 방향에 수직한 방향(Al 리브가 배열되는 방향)으로 진동하는 P 편광이 투과한다.

WGP(30)에 반사된 백색광의 S 편광은 광원 반사막(11)에 의해 다시 WGP(30)를 향해서 반사되고, WGP(30)와 광원 반사막(11) 사이의 테이퍼 로드 렌즈(20)내를 오가는 사이에, 편광 방향이 회전하여 일부는 P 편광으로 변환된다.

상술한 바와 같이 하여, WGP(30)를 투과한 백색광의 P 편광은 칼라 필터에 입사하여, 액정 라이트 밸브(160)의 화소에 대응하여 R, G, B의 색광으로 변환된 다. 변환된 R, G, B의 색광은 액정 라이트 밸브(160)에 입사하여 영상 신호에 기초하여 변조되어, 칼라 화상을 표시하는 광이 형성된다. 투사 렌즈(70)는 액정 라이트 밸브(160)에 의해 형성된 칼라 화상을 표시하는 광을 스크린(71)을 향해서 확대 투사하여 칼라 화상을 표시한다.

상기 구성에 의하면, 3판식의 투사형 표시 장치와 비교하여, 조명 장치의 수, 액정 라이트 밸브의 수가 적고, 크로스 다이크로익 프리즘을 생략할 수 있으므로, 투사형 표시 장치의 소형화를 용이하게 도모할 수 있다.

[제 3 실시형태]

다음에, 본 발명의 제 3 실시형태에 대하여 도 13 내지 도 15c를 참조하여 설명한다.

본 실시형태에 따른 투사형 표시 장치의 기본 구성은 제 1 실시형태와 동일하지만, 제 1 실시형태와는 조명 장치의 구성이 상이하다. 따라서, 본 실시형태에 있어서는, 도 13 및 도 15a 내지 도 15c를 사용하여 조명 장치 주변만을 설명하고, 크로스 다이크로익 프리즘 등의 설명을 생략한다.

도 13은 본 실시형태에 따른 투사형 표시 장치의 개략을 도시하는 도면이다.

투사형 표시 장치는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 각각 R, G, B의 다른 색광을 사출하는 조명 장치(170r, 170g, 170b)와, 각 색광을 공간 변조하는 액정 라이트 밸브(40r, 40g, 40b)와, 변조된 각 색광을 합성하여 칼라 화상으로 하는 크로스 다이크로익 프리즘(60)과, 칼라 화상을 투사하는 투사 렌즈(70)로 개략 구성되어 있다.

조명 장치(170r, 170g, 170b)는 조명광으로서의 각 색광을 사출하는 LED(10r, 10g, 10b)와, 각 색광의 조도 분포를 균일화하는 테이퍼 로드 렌즈(20)와, 마찬가지로 조도 분포를 균일화하는 광확산 소자(180)로 구성되어 있다.

도 14는 본 실시형태의 광확산 소자를 설명하는 도면이다.

광확산 소자(180)는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 테이퍼 로드 렌즈(20)의 단부면(22)과 동일 형상으로 형성되는 동시에, 단부면(22)과 직접 접촉하도록 배치되어 있다.

또한, 광확산 소자(180)는, 도 14에 도시하는 바와 같이, 예컨대 유리나 수지 등의 투광성 재료로 이루어지는 기판(181)상에 동일하게 투광성 재료로 이루어지는 다수의 사다리꼴 기둥(182)이 형성된 광확산 소자이다. 광은 기판(181)측으로부터 입사하고, 사다리꼴 기둥(182)으로부터 사출될 때에 주위와의 굴절율의 차이에 따라 굴절하여 사출된다.

또한, 상술한 바와 같이 광확산 소자(180)로서 사다리꼴 기둥(182)이 형성된 것을 이용할 수도 있고, 도 15a에 도시하는 바와 같이, 투광성 재료로 이루어지는 다수의 삼각기둥(183)이 형성된 것일 수도 있고, 도 15b에 도시하는 바와 같이, 투광성 재료로 이루어지는 다수의 반원기둥(184)이 형성된 것일 수도 있으며, 도 15c에 도시하는 바와 같이, 투광성 재료로 이루어지는 다수의 반구(182)가 형성된 것일 수도 있다.

또한, 상술한 바와 같이 광확산 소자(180)와 테이퍼 로드 렌즈(20)를 별개로 형성할 수도 있고, 테이퍼 로드 렌즈(20)의 단부면(22)에 직접 광확산 소자(180)를 형성할 수도 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 광확산 소자(180)를 단부면(22)상에 접촉하도록 배치할 수도 있고, 테이퍼 로드 렌즈(20)중, 즉 단부면(21)과 단부면(22) 사이에 배치할 수도 있다.

LED(10r)에 전류가 공급되면, 도 13에 도시하는 바와 같이, LED(10r)로부터 색광(R)이 테이퍼 로드 렌즈(20)를 향해 사출된다.

테이퍼 로드 렌즈(20)내에 입사한 색광(R)은 그 조도 분포가 균일화되는 동시에, 콜리메이트화(평행광화)되어 단부면(22)으로부터 사출된다.

단부면(22)으로부터 사출된 색광(R)은, 도 14에 도시하는 바와 같이, 광확산 소자(180)의 기판(181)측으로부터 입사한다. 그리고, 사다리꼴 기둥(182)으로부터 사출될 때에 주위와의 굴절율의 차이에 의해 굴절하여 사출되어, 그 조도 분포가 더욱 균일화된다.

광확산 소자(180)로부터 사출된 색광(R)은 액정 라이트 밸브(40r)에 입사되고, 투사형 표시 장치에 입력된 영상 신호에 기초하여 변조되어, 크로스 다이크로익 프리즘(60)을 향해서 사출된다.

크로스 다이크로익 프리즘(60)에는 마찬가지로 영상 신호에 기초하여 변조된 색광(G) 및 색광(B)도 입사된다. 이러한 색광이 적색광을 반사하는 미러면과 청색광을 반사하는 미러면에 의해 합성되어서 칼라 화상을 표시하는 광이 형성되고, 투사 렌즈(70)를 향해서 사출된다. 투사 렌즈(70)는 칼라 화상을 표시하는 광을 스크린(71)을 향해서 확대 투사하여, 칼라 화상을 표시한다.

상기 구성에 의하면, 광확산 소자(180)가 테이퍼 로드 렌즈(20)의 광사출 단부면(22)에 배치되어 있기 때문에, 테이퍼 로드 렌즈(20)에 의해 조도 분포가 균일화된 광을 광확산 소자(180)에 의해 더 균일화되어, 조도 분포가 보다 균일화된 광을 사출할 수 있다. 그 때문에, 새롭게 조도 분포를 균일화하는 수단을 추가하지 않고, 조도 분포를 더욱 균일화할 수 있어, 투사형 표시 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 각종 변경을 가하는 것이 가능하다.

예컨대, 상기 실시형태에 있어서는, WGP(30)와 광확산 소자(180)를 별개로 구비한 실시형태에 적용하여 설명했지만, 이와 같이 WGP(30)와 광확산 소자(180)를 별개로 구비한 실시형태에 한정되지 않고, WGP(30)와 광확산 소자(180)를 함께 구비한 실시형태 등, 기타 각종 실시형태에 적용할 수 있는 것이다.

또한, WGP(30)와 광확산 소자(180)를 함께 구비한 실시형태의 경우, LED측으로부터 WGP(30), 광확산 소자(180)의 순서로 배치하는 것이 바람직하다. 이러한 배치로 함으로써, 광원 반사막(11)과 WGP(30)에 의한 광의 리사이클 효율 저하를 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 표시 장치의 조명에 적절한 광을 사출하는 동시에, 소형화를 도모할 수 있는 조명 장치 및 이 조명 장치를 이용한 투사형 표시 장치를 제공할 수 있다.

Claims

광을 사출하는 고체 광원과, 상기 고체 광원으로부터 사출된 광의 조도 분포를 균일화하는 도광 소자와, 상기 고체 광원으로부터 사출된 광이 입사되는 반사형 편광 소자를 구비하고,

상기 반사형 편광 소자가 상기 도광 소자의 내부 또는 광사출 단부면에 배치되며,

상기 고체 광원은 상기 반사형 편광 소자에 의해 반사된 광을 반사하는 것을 특징으로 하는

조명 장치.
광을 사출하는 고체 광원과, 상기 고체 광원으로부터 사출된 광의 조도 분포를 균일화하는 도광 소자와, 상기 고체 광원으로부터 사출된 광이 입사되는 광확산 소자를 구비하고,

상기 광확산 소자가 상기 도광 소자의 내부 또는 광사출 단부면에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는

조명 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 도광 소자의 광입사 단부면이 적어도 그 외주부에서 상기 고체 광원의 광사출측의 면과 직접 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는

조명 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 도광 소자가 광투과성 재료의 무구재(無垢材)로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는

조명 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 도광 소자의 광입사 단부면 및 광사출 단부면 이외의 면에 광을 반사하는 반사막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는

조명 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 도광 소자가 광을 반사하는 반사판을 통형상으로 배치하여 구성되고, 통형상의 내면이 상기 반사판의 광반사면에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는

조명 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 도광 소자의 광사출 단부면의 형상이 피조명 대상의 형상과 닮은꼴인 것을 특징으로 하는

조명 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 도광 소자의 형상이 상기 고체 광원으로부터 피조명 대상을 향해서, 그 단면적이 일정한 일직선 형상인 것을 특징으로 하는

조명 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 도광 소자의 형상이 상기 고체 광원으로부터 피조명 대상을 향해서 그 단면적이 넓어지는 테이퍼 형상인 것을 특징으로 하는

조명 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

하나의 상기 고체 광원에 대하여 하나의 피조명 대상이 대응하고 있는 것을 특징으로 하는

조명 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

복수의 상기 고체 광원에 대하여 하나의 피조명 대상이 대응하고 있는 것을 특징으로 하는

조명 장치.
광을 조사하는 조명 장치와, 조사된 광을 변조하는 광변조 수단과, 변조된 광을 투사하는 투사 수단을 갖는 투사형 표시 장치에 있어서,

상기 조명 장치가 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 조명 장치인 것을 특징으로 하는

투사형 표시 장치.