KR101317728B1 - 반사형 액정 프로젝터 및 화상 재생 장치 - Google Patents

반사형 액정 프로젝터 및 화상 재생 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 반사형 액정 프로젝터를 휴대 전화 단말기 등의 소형의 기기에 내장할 수 있을 정도로 소형화하는 것을 목적으로 한다. 회절 광학 소자에(21R)(21G)(21B)에 의해, 적색, 녹색, 청색의 레이저광 빔(1R)(1G)(1B)을, 각각 반사형 액정 패널(40)의 표시 영역의 전역에 걸치고, 또한 액정층(41)의 대응하는 화소에 입사하도록 확산 성형한다. 확산 성형된 레이저광 빔(2R)(2G)(2B)을, 필드 렌즈(31)와 편광 빔스플리터(33)를 통하여, 반사형 액정 패널(40)에 입사시킨다. 반사형 액정 패널(40)에는 적색, 녹색, 청색의 화소가 형성되고, 입출사측 기판(50)에 마이크로 렌즈 어레이가 형성되고, 반사측 기판(60)에는 각 화소에 대응하는 반사층이 형성되어 있다. 각 색의 레이저광은 마이크로 렌즈에 의해 분배 집광되어 대응하는 화소에 입사되고, 대응하는 반사층에서 반사된다. 회절 광학 소자 대신에, 굴절형 광학 소자를 사용할 수도 있다.
반사형 액정 프로젝터, 소형화, 레이저광 빔, 액정 패널, 반사층

Description

반사형 액정 프로젝터 및 화상 재생 장치 {REFLECTIVE LIQUID CRYSTAL PROJECTOR AND IMAGE REPRODUCING APPARATUS}
본 발명은, 반사형 액정 패널을 라이트 밸브로서 사용한 반사형 액정 프로젝터, 및 휴대 전화 단말기, 디지털 카메라, 비디오 카메라, 퍼스널 컴퓨터, 게임기, 완구 등의 화상 재생 장치에 관한 것이다.
액정 프로젝터(액정 패널을 라이트 밸브로서 사용한 프로젝터)로서는, 투과형의 액정 패널을 사용한 것과, 반사형의 액정 패널을 사용한 것이 있지만, 모두, 종래 일반적으로, 주거 시설 내 등에 설치하여 사용하는 것이었으며, 특허 문헌 1(일본 특허출원 공개번호 1988-118125호 공보)이나 특허 문헌 2(일본 특허출원 공개번호 1992-60538호 공보) 등에 나타낸 바와 같이, 광원으로서, 메탈 할라이드 램프, 고압 수은 램프, 크세논 램프 등의 램프가 사용되고 있다.
그러나, 램프를 광원으로 하면, (a) 광원부의 구경이 커져, 프로젝터 전체가 대형화되거나, (b) 광원부의 발열량이 커서, 팬 등의 냉각 장치를 필요로 하여, 프로젝터 전체가 한층 더 대형화되거나, (c) 팬 등에 의한 노이즈가 커서, 소비 전력도 커지게 되거나, (d) 자외선 등, 불필요하고 또한 유해한 파장 영역의 광이 조사되어, 유기물을 사용한 액정 패널의 신뢰성을 해칠 우려가 있거나, (e) 광원을 고 속으로 온 및 오프할 수 없어, 광량의 조정도 어렵거나, (f) 램프의 단선이나 수명에 의해, 자주 램프 교환이 필요해지거나 하는 등의 문제가 있었다.
그러므로, 액정 프로젝터의 광원으로서 램프 이외의 발광 소자(발광체)를 사용하는 것이 고려되고 있다.
구체적으로, 특허 문헌 3(일본 특허출원 공개번호 2005-116799호 공보)이나 비특허 문헌 (G. Harbers, M. Keuper, S. Paolini; "Performance of High Power LED Illuminators in Color Sequential Projection Displays", IDW '03 p1585 내지 p1588)에는, 광원으로서 LED(발광 다이오드)를 사용하는 것이 개시되어 있다.
또한, 특허 문헌 4(일본국 특표 2005-526288호 공보)에는, 광원으로서 레이저를 사용하고, 레이저의 여기(勵起)를, 라스터 패턴 중의 픽셀마다 제어하는 동시에, 레이저로부터 방출된 레이저광을, 2개의 주사(走査) 미러로 이루어지는 스캐너에 의해 라스터 패턴 상에 주사하게 하여, 라스터 패턴 상에 2차원 화상을 표시하는 것이 개시되어 있다.
레이저에 대해서는, 반도체 레이저, 이른바 LD나, 반도체 레이저에 의해 여기되는 고체 레이저(DPSSL: Diode Pumped Solid State Laser) 등의 고체 레이저가 실현되어 있고, 그 크기도, 반도체 레이저에서는, 한 변의 길이를 수백㎛ 정도로 할 수 있고, 고체 레이저의 비선형 광학 결정에서는, 100mW 출력 클래스(class)로 수mm 정도로 할 수 있다.
또한, 반도체 레이저 또는 고체 레이저는, 메탈 할라이드 램프 등과 비교하면, 장수명으로 교환이 불필요하며, 발광 효율도 높고, 발열도 적어 냉각시키기 쉽 다.
또한, 반도체 레이저 또는 고체 레이저는, 결정(結晶)의 종류나 조성(組成)에 따라, 적색, 녹색 및 청색의 각 파장 영역 내의, 표시에 최적인 파장의 광을 출사시키는 것이 가능하며, 색순도가 향상되어, 적외광이나 자외광 등의 표시에 불필요한 광도 출사되지 않는다.
또한, 반도체 레이저 또는 고체 레이저는, 온 및 오프의 스위칭도 순간에 행할 수 있어, 출사광량의 제어도 용이하다.
특허 문헌 3(일본 특허출원 공개번호 2005-116799호 공보)이나 비특허 문헌 (G. Harbers, M. Keuper, S. Paolini; "Performance of High Power LED Illuminators in Color Sequential Projection Displays", IDW '03 p1585 내지 p1588)에 나타낸 바와 같이, 액정 프로젝터의 광원으로서 LED를 사용하면, 광원으로서 램프를 사용하는 경우에 비하여, 광원부를 소형화할 수 있어, 프로젝터 전체를 소형화할 수 있지만, 그래도, 프로젝터 전체적으로는, 「손바닥」에 얹을 정도의 사이즈가 한도이며, 프로젝터를 휴대 전화 단말기 등의 소형의 기기에 내장시키는 것은 어렵다.
또한, 특허 문헌 3(일본 특허출원 공개번호 2005-116799호 공보)에서도 지적 되어 있는 바와 같이, LED는, 출사되는 광의 발산각이 커서, 이것을 액정 프로젝터의 광원으로서 사용할 경우, 에텐듀(Etendue)가 액정 패널의 표시 영역에 비해 지나치게 크고, 그 결과 광 이용 효율이 저하된다.
이에 대하여, 반도체 레이저 또는 고체 레이저는, 그 자체로서 소형화할 수 있을 뿐아니라, LED와 비교하면, 출사되는 광의 발산각을 압도적으로 작게 할 수 있어, 광 이용 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
이것은, 레이저 광원은, LED와 비교하면, 보다 점광원에 가까워지기 때문에, 에텐듀의 최적화가 간단하게 되어, 광 이용 효율이 상승하고, 그 결과, 프로젝터에 있어서 같은 정도의 광량을 달성하는데, 광원으로서 LED를 사용한 경우와 비교하면, 광원의 출사광량이 적어지게 되기 때문이다.
그 결과, 광원으로서 레이저를 사용한 경우에는, 냉각 장치를 간략화하거나, 또는 필요하지 않게 할 수 있다.
그러나, 특허 문헌 4(일본국 특표 2005-526288호 공보)에 나타낸 바와 같이, 스캐너에 의해 레이저광을 라스터 스캔시키는 방법에서는, 흑색 표시는 레이저광을 오프로 함으로써 실현하지만, 레이저광을 고속으로 변조하면서 순간적으로 레이저광이 완전히 출사되지 않도록 하는(광량을 제로로 하는) 것은 어렵고, 그 결과 화상 콘트라스트가 저하되는 문제점이 있다.
그래서, 본 발명의 과제는, 특히 반사형 액정 프로젝터에 있어서, 프로젝터 전체를 휴대 전화 단말기 등의 소형의 기기에 내장할 수 있을 정도로 소형화할 수 있는 동시에, 프로젝터로서 불가결한 광 이용 효율의 향상 및 화상 콘트라스트의 향상을 실현할 수 있도록 하는 것이다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여, 적색, 녹색 및 청색의 3색에 대해 단판식(單板式)으로 구성하는 경우에 관한, 본 발명의 반사형 액정 프로젝터는,
각각 반도체 레이저 또는 고체 레이저로서, 또한 각각 적색, 녹색 및 청색의 레이저광 빔을 출사하는 제1, 제2 및 제3의 레이저를 포함하는 광원부와, 입출사측 기판과 반사측 기판 사이에 적색, 녹색 및 청색의 화소를 구성하는 액정층이 형성되고, 입출사측 기판에 다수의 마이크로 렌즈로 이루어지는 마이크로 렌즈 어레이가 형성되고, 반사측 기판에 각 화소에 대응하여 반사층이 형성된 반사형 액정 패널과,
광의 회절(回折) 또는 굴절에 의해, 상기 광원부로부터 출사된 각 색의 레이저광 빔을, 각각 상기 반사형 액정 패널의 표시 영역의 전역에 걸치고, 또한 상기 액정층의 대응하는 화소에 입사되도록 확산 성형하는 광빔 확산 성형 광학 소자와,
상기 광빔 확산 성형 광학 소자에 의해 확산 성형된 각 색의 레이저광 빔을, 각각 평행광의 빔으로 변환하는 렌즈계와,
상기 렌즈계에 의해, 각각 대략 평행광의 빔으로 변환된 각 색의 레이저광 빔을, 각각 투과 또는 반사시켜, 상기 입출사측 기판으로부터 상기 반사형 액정 패널에 입사시키고, 상기 마이크로 렌즈를 통하여 상기 액정층에 입사시키는 광학 소자와,
상기 액정층을 투과한 후, 상기 반사층에서 반사되어, 다시 상기 액정층을 투과하고, 상기 마이크로 렌즈를 통하여 상기 입출사측 기판으로부터 출사하여, 상기 광학 소자로 반사되거나, 또는 상기 광학 소자를 투과한 각 색의 화상광을 투사하는 투사 렌즈
를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성의 반사형 액정 프로젝터에서는, 광원부의 제1, 제2 및 제3의 레 이저로부터 출사된 적색, 녹색 및 청색의 레이저광 빔이, 각각 회절형 또는 굴절형의 광빔 확산 성형 광학 소자에 의해, 1개의 반사형 액정 패널의 표시 영역의 전역에 걸치고, 또한 그 액정층의 대응하는 화소에 입사되도록 확산 성형되는 결과, 적색, 녹색 및 청색을 포함하는 다색 화상이 외부의 스크린 상에 투사되게 된다.
또한, 제1, 제2 및 제3의 레이저는, 반도체 레이저 또는 고체 레이저로서, 현저하게 소형화할 수 있고, 회절형 또는 굴절형의 광빔 확산 성형 광학 소자도, 충분히 소형화할 수 있으므로, 프로젝터 전체를 현저하게 소형화할 수 있어, 휴대 전화 단말기 등의 소형의 기기에 내장하는 것이 가능해진다.
또한, 조명광으로서 레이저광을 사용하므로, 광 이용 효율이 향상되는 동시에, 흑색 표시는, 각 색의 레이저광 빔을 오프로 하는 것에 의해서가 아니라, 액정 구동 회로에 의해 액정층의 적색, 녹색 및 청색의 화소로 이루어지는 대응하는 표시 단위를 차광함으로써 실현되므로, 화상 콘트라스트가 저하되는 경우도 없다.
또한, 특허 문헌 4에 나타낸 레이저 스캔 방식과는 달리, 액정 패널에서 변조된 화상광이 투사 렌즈에 의해 확산광으로서 확대 투영되므로, 화면의 어른거림이 없고, 액정 특유의 「차분한(calm)」화상을 얻을 수 있는 이점이 있다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 특히 반사형 액정 프로젝터에 있어서, 프로젝터 전체를 휴대 전화 단말기 등의 소형의 기기에 내장할 수 있을 정도로 소형화할 수 있는 동시에, 프로젝터로서 불가결한 광 이용 효율의 향상 및 화상 콘트라스트의 향상을 실현할 수 있다.
[1. 제1 실시예(단판식): 도 1 ~ 도 10]
제1 실시예로서, 적색, 녹색 및 청색의 3색에 대해 1개의 반사형 액정 패널을 사용하는 단판식의 경우를 나타낸다.
(1-1. 제1의 예: 도 1~도 6)
도 1에, 단판식의 반사형 액정 프로젝터의 제1의 예로서, 광빔 확산 성형 광학 소자로서 회절 광학 소자를 사용하는 경우를 나타낸다.
방향을 명확하게 하기 위해, 도시한 바와 같이, X 방향, Y 방향 및 Z 방향을 정의한다. Y 방향은, 도 1에서는 지면에 수직인 방향이다.
<광원부>
이 예에서는, 광원으로서, 적색 레이저(11R), 녹색 레이저(11G) 및 청색 레이저(11B)를, X 방향으로 배열하여 설치한다.
적색 레이저(11R) 및 청색 레이저(11B)로서는, 각각 반도체 레이저를 사용한다. 예를 들면, 적색 레이저(11R)로서는, InGaAsP계나 InAlGaP계의 것을 사용하고, 청색 레이저(11B)로서는, GaN계나 InGaN계의 것을 사용한다.
한편, 녹색의 레이저광을 출사하는 반도체 레이저는, 현재로서는 실현되어 있지 않으므로, 녹색 레이저(11G)로서는, 반도체 레이저에 의해 여기되는 고체 레이저, 이른바 DPSS(Diode Pumped Solid State) 레이저, 예를 들면, YVO4 + KTP(KTiO PO4), 결정 PPLN(Periodically Poled LiNbO3, 또는 PP(Periodically Poled)MgO·LN(LiNbO3) 등을 사용한다.
적색 레이저(11R), 녹색 레이저(11G) 및 청색 레이저(11B)의 발진 모드는, 멀티 모드라도 된다. 온도 변화 등에 대한 모드 안정성이나 편광 안정성을 얻기 위해, 반도체 레이저에서는 협스트라이프폭에 의해 가로 모드 안정화를 도모하고, 고체 레이저에서는 주기적 분극 반전(periodically poled)에 의해 편광 안정화를 도모하는 경우가 있지만, 본 발명에서는, 후술하는 광빔 확산 성형 광학 소자(회절 광학 소자 또는 굴절형 광학 소자)의 입사광 빔의 형상에 대한 둔감성에 의해, 적색 레이저(11R), 녹색 레이저(11G) 및 청색 레이저(11B)로서, 멀티 모드의 반도체 레이저 또는 고체 레이저를 사용할 수 있다.
물론, 싱글 모드의 반도체 레이저 또는 고체 레이저를 사용해도 된다. 일반적으로 반도체 레이저의 경우는, 모드 제어를 하는 것보다는, 다모드 발진까지 이용할 수 있도록 함으로써, 사용할 수 있는 반도체 레이저의 수율이 향상되고, 제조 비용이 저하된다.
일례로서, 적색 레이저(11R)로서는, 발진 파장 635nm~ 640nm의 InAlGaP계의 반도체 레이저를 사용하고, 청색 레이저(11B)로서는, 발진 파장 445nm의 AlGaN계의 반도체 레이저를 사용한다. 각각, 출력은 100mW, 수직 방향의 광 발산각은 30도(FWHM), 수평 방향의 광 발산각은 10도, 가로 모드는 싱글 모드, 세로 모드는 멀티 모드이다.
녹색 레이저(11G)로서는, 808nm 반도체 레이저 여기, 발진 파장 532nm의, YVO4 + KTP 2차 고조파 이용의 고체 레이저를 사용한다. 출력은 100mW, 가로 모드 는 싱글 모드, 세로 모드는 멀티 모드이다.
레이저광 빔(1R, 1G, 1B) 사이의 평행도는, 후술하는 회절 광학 소자(21)에 의해 확산 성형된 레이저광 빔(2R, 2G 및 2B)의 필드 렌즈(31)에의 입사각을 제어하는 데 있어서 중요하지만, 그 평행도가 X 방향 및 Y 방향으로 1도 이내에 들어가도록 한다. 구체적으로는, 이른바 액티브 얼라인먼트 방식에 의해, 레이저광을 발진하면서, 그와 같은 평행도로 되도록 제어한다.
적색 레이저(11R), 녹색 레이저(11G) 및 청색 레이저(11B)로부터 출사된 적색, 녹색 및 청색의 레이저광 빔(1R, 1G 및 1B)는, 예를 들면, 각각 λ/2판(1/2 파장판)(13R, 13G 및 13B)을 투과시켜, 회절 광학 소자(21)에 입사시킨다.
반도체 레이저 또는 고체 레이저로부터 출사된 레이저광은, 레이저 내부 전계의 변동을 위해, 편광 방향이 반드시 디바이스마다 일정하지는 않고, 디바이스의 조립 정밀도에 따라서도, 편광 방향이 불균일해지지만, 이와 같이 λ/2판(13R, 13G 및 13B)을 삽입하고, 또한 그 회전 위치를 조정함으로써, 후술하는 반사형 액정 패널(40)에 입사하는 각 색의 레이저광 빔(3R, 3G 및 3B)의 편광 방향을 반사형 액정 패널(40)의 편광축에 합치시킬 수 있다.
λ/2판 대신에, 적절한 위상차 필름 또는 위상차판을 사용하여 편광 방향을 보정하도록 해도 된다. 예를 들면, 일반적으로 사용되고 있는 AlGaAs계 반도체 레이저 여기(勵起) YVO4 + KTP 2차 고조파 이용의 고체 레이저는, 디바이스마다 편광 방향이 바뀌어, 편광비 10 정도의 것이 많다. 이와 같은 경우, 적절한 위상차 필 름을 사용하여 리터데이션값(retardation value)을 보상하여 최적화함으로써, 편광비를 크게 할 수 있다.
이와 같이 λ/2판이나 위상차 필름 등에 의해 편광축을 조정함으로써, 반사형 액정 패널(40)에는 편광판이 불필요해지므로, 광의 손실을 적게 할 수 있어, 편광판에 부착된 먼지의 그림자가 투영되지 않게 된다.
<광빔 확산 성형 광학 소자로서의 회절 광학 소자>
본 발명에서는, 회절형 또는 굴절형의 광빔 확산 성형 광학 소자에 의해, 반사형 액정 프로젝터의 광원으로서의 반도체 레이저 또는 고체 레이저로부터 출사된 레이저광 빔을, 반사형 액정 패널의 표시 영역의 전역에 걸치도록 확산 성형하지만, 도 1의 예는, 그 광빔 확산 성형 광학 소자로서 회절 광학 소자를 사용하는 경우이다.
회절 광학 소자(DOE: Diffractive Optical Element) 그 자체는, "디퓨져(Diffuser)" 또는 "빔 쉐이퍼(Beam Shaper)" 등으로서 알려져 있다.
예를 들면, 참고 문헌 1(Adam Fedor; Digital Optics Corp. "Binary Optic Diffuser Design")에는, "디퓨져" 또는 "빔 쉐이퍼"에 의해 광빔을 확산 성형하는 것이 개시되어 있고, 참고 문헌 2(이케다 야스시 「회절형 렌즈」; OPTRONICS 2005년 No3 pp175 내지 178)에는, 「회절형 렌즈」의 제조 방법 등이 나타나 있다.
"디퓨져"는, 입사한 광빔의 어떤 1점의 광을 출력 플레인(Output Plane) 상의 다수의 점에 회절시키도록(1: N의 맵핑), 입사한 광빔의 각 점의 광을 출력 플레인 상의 각 점에 회절시키는 것이며, "빔 쉐이퍼"는, 입사한 광빔의 어떤 1점의 광을 출력 플레인 상의 어떤 1점에 회절시키도록(1:1 맵핑), 입사한 광빔의 각 점의 광을 출력 플레인 상의 각 점에 회절시키는 것이다.
도 1의 예에서는, 회절 광학 소자(21)로서 각각 투과형의 적색용 회절 광학 소자(21R), 녹색용 회절 광학 소자(21G) 및 청색용 회절 광학 소자(21B)를, 적색 레이저(11R), 녹색 레이저(11G) 및 청색 레이저(11B)의 배열 방향으로 배열하여 설치한다.
적색용 회절 광학 소자(21R)는, 적색 레이저(11R)로부터 출사된 적색의 레이저광 빔(1R)을, 레이저광 빔(2R) 및 (3R)으로 나타낸 바와 같이 반사형 액정 패널(40)의 표시 영역의 전역에 걸치고, 또한 후술하는 바와 같이 반사형 액정 패널(40)의 액정층(41)의 적색 화소(적색 표시용 간판의 부화소)에 입사되도록 확산 성형하는 것으로 한다.
마찬가지로, 녹색용 회절 광학 소자(21G)는, 녹색 레이저(11G)로부터 출사된 녹색의 레이저광 빔(1G)을, 레이저광 빔(2G) 및 (3G)으로 나타낸 바와 같이 반사형 액정 패널(40)의 표시 영역의 전역에 걸치고, 또한 액정층(41)의 녹색 화소(녹색 표시용 간판의 부화소)에 입사되도록 확산 성형하는 것으로 하고, 청색용 회절 광학 소자(21B)는, 청색 레이저(11B)로부터 출사된 청색의 레이저광 빔(1B)을, 레이저광 빔(2B 및 3B)으로 나타낸 바와 같이 반사형 액정 패널(40)의 표시 영역의 전역에 걸치고, 또한 액정층(41)의 청색 화소(청색 표시용 간판의 부화소)에 입사되도록 확산 성형하는 것으로 한다.
즉, 예를 들면, 적색용 회절 광학 소자(21R), 녹색용 회절 광학 소자(21G) 및 청색용 회절 광학 소자(21B)를, 각각 디퓨져로 하는 경우, 도 2에 나타낸 바와 같이(단, 도 2에서는, 도 1에 나타낸 필드 렌즈(31)에 의한 광의 굴절, 및 도 1에 나타낸 편광 빔스플리터(33)를 생략하고 있음), 어느 색용의 회절 광학 소자(21a)는, 그 회절 패턴 형성부(21c)에 입사한 레이저광 빔(1a)을, 상기와 같은 맵핑에 의해 반사형 액정 패널(40)의 표시 영역(43)의, 각 코너의 점 P1, P2, P3, P4를 포함하는 전역에 회절시키는 것으로 하고, 회절 광학 소자(21) 전체적으로는, 회절 광학 소자(21R, 21G 및 21B)로부터의 각 색의 회절광이, 각각 도트형으로 확산되고, 표시 영역(43) 상에서 각 도트가 중첩되도록 균일화되어, 표시 영역(43)을 조사하도록 하여 구성한다.
레이저로부터 출사된 레이저광 빔은, 일반적으로 가우시안(Gaussian) 형상을 하고 있으므로, 그대로는, 반사형 액정 패널(40) 상에 균일하게 조사하는 것은 어렵지만, 이와 같이 회절 광학 소자(21)에 의해 레이저광 빔을 확산 성형하여 반사형 액정 패널(40) 상에 조사함으로써, 반사형 액정 패널(40) 상에 균일한 휘도 분포를 얻을 수 있다.
각 색용의 회절 광학 소자(21R, 21G 및 21B)는, 1개의 투명 기판에 집적하여 형성하는 것이 바람직하다. 이로써, 회절 광학 소자(21R, 21G 및 21B)를 각각 형성한 후, 위치맞춤을 행하여 배치하는 경우에 비하여, 회절 광학 소자(21R, 21G 및 21B)의 위치맞춤을 용이하고 정확하게 행할 수 있는 동시에, 회절 광학 소자(21) 전체를 소형화할 수 있다.
이상의 같은 회절 광학 소자(21)는, 각 색의 레이저광 빔(1R, 1G 및 1B)의 빔직경이나 빔형상, 얻으려 하는 스크린 상의 휘도 분포 등을 기초로, 컴퓨터 시뮬레이션을 행한 후에, 작성할 수 있다.
도 1의 예에서는,
tanθ= d/D ... (1)
tanψ = (L - E·sinβ)D ...(2)
tanα=
Figure 112008080042668-pct00001
/D ... (3)
가 성립한다.
여기서,
E: 각 레이저(11R, 11G, 11B)와 회절 광학 소자(21)의 거리,
Figure 112008080042668-pct00002
: 레이저광 빔(1G)의 빔직경,
L: 레이저광 빔(1G)와 레이저광 빔(1R) 또는 (1B) 사이의 거리,
β: 레이저광 빔(1R) 또는(1B)의 레이저광 빔(1G)에 대한 평행도(경사각),
θ: 레이저광 빔(2G)의 확산각,
D: 회절 광학 소자(21)과 필드 렌즈(31)의 거리,
d: 레이저광 빔(2G)의 필드 렌즈(31) 상에서의 확산 거리,
ψ: 반사형 액정 패널(40)에의 광 입사각,
α: 반사형 액정 패널(40)에서의 광 발산각,
이다. 거리는, 모두 공기 중 환산값이다.
평행도(경사각) β는, 상기한 바와 같이 1도 이내로 한다. 확산각 θ는 15도 정도 이하, 광 입사각 ψ는 7 ~ 9도 정도로 한다.
또한, 각 레이저(11R, 11G 및 11B)는 의사적(擬似的)으로 점광원으로 간주되므로, 광 발산각 α은 ± 1도 이하로 되도록 충분히 작게 할 수 있다.
따라서, 스크린 상에의 조사광량은, 광원으로서 램프를 사용한 경우에 비해 현저하게 증가시킬 수 있고, 광 이용 효율은, 단판식이라도, 30% 정도로 향상시킬 수 있다. 그러므로, 레이저 출력을 저감시켜, 각 레이저에서의 발열을 억제할 수 있다. 이와 같은 고효율의 반사형 액정 프로젝터는, 지금까지 존재하지 않는다.
<회절 광학 소자와 반사형 액정 패널 사이의 광학계>
도 1에 나타낸 바와 같이, 회절 광학 소자(21)의 전방에는 필드 렌즈(31)를 배치하여, 적색용 회절 광학 소자(21R)에 의해 확산 성형된 적색의 레이저광 빔(2R), 녹색용 회절 광학 소자(21G)에 의해 확산 성형된 녹색의 레이저광 빔(2G), 및 청색용 회절 광학 소자(21B)에 의해 확산 성형된 청색의 레이저광 빔(2B)을, 각각 대략 평행광의 레이저광 빔(3R, 3G 및 3B)으로 변환한다.
또한, 필드 렌즈(31)의 전방에는 편광 빔스플리터(33)를 배치하여, 필드 렌즈(31)에 의해 대략 평행광으로 된 레이저광 빔(3R, 3G 및 3B)을, 각각 편광 빔스플리터(33)를 투과시켜 반사형 액정 패널(40)에 입사시킨다.
<반사형 액정 패널>
반사형 액정 패널(40)은, 입출사측 기판(50)과 반사측 기판(백플레인)(60) 사이에 액정층(41)을 형성하고, 입출사측 기판(50)에 마이크로 렌즈 어레이를 설치하고, 반사측 기판(60)에 반사층을 형성한다.
일례로서, 도 3 또는 도 4에 나타낸 바와 같이, 입출사측 기판(50)은, 석영 등으로 이루어지는 투명 기판에, 투명 수지 등에 의해, 마이크로 렌즈(51a)가 다수 배열된 마이크로 렌즈 어레이(51)를 설치하고, 배면측에, ITO(Indium Tin Oxide) 등의 투명 도전 재료로 이루어지는 대향 공통 전극(45)을 형성한다.
반사측 기판(60)은, 석영이나 단결정 실리콘 등으로 이루어지는 지지 기판의 일면 측에, 도 3 및 도 4에서는 생략한, TFT(Thin Film Transistor)를 사용한 액티브 매트릭스 방식에 의한 액정 구동 회로를 형성하고, 그 액정 구동 회로 상에, 반사층(61R, 61G 및 61B)으로 이루어지는 세트를 다수 배열 형성하고, 앞면측에, ITO 등의 투명 도전 재료로 이루어지는 화소 전극(47R, 47G 및 47B)으로 이루어지는 세트를 다수 배열 형성한다.
반사형 액정 패널(40)로서는, 상기한 입출사측 기판(50) 및 반사측 기판(60)을, 양자 사이에 근소한 간극이 형성되도록, 대향 공통 전극(45)과 화소 전극(47R, 47G 및 47B)을 대향시켜 배치하고, 양자 사이에 액정을 주입하여, 액정층(41)을 형성하고, 적색 화소(적색 표시용 간판의 부화소) Pr, 녹색 화소(녹색 표시용 간판의 부화소) Pg 및 청색 화소(청색 표시용 간판의 부화소) Pb를 형성한다. 액정 모드는, ECB 모드 등, 통상의 반사형 액정의 모드로 된다.
이 경우, 화소 Pr, Pg 및 Pb의 세트(화소 전극(47R, 47G 및 47B)의 세트)로 이루어지는 표시 단위(49)는, 레이저광 빔의 입사측으로부터 보아, 도 5에 나타낸 바와 같은 무배열(각각의 표시 단위(49)의 중심이 삼각형의 정점(頂点)에 위치하는 배열)로 하거나, 또는 정방(正方) 배열(같은 색의 화소가 Y 방향으로 배열되는 배열)로 한다.
도 5와 같이 표시 단위(49)를 A배열로 하는 경우에는, 마이크로 렌즈(51a)는, 동 도면에 나타낸 바와 같이, 레이저광 빔의 입사측으로부터 보아 육각 형상의 것을, 1개의 표시 단위(49)에 대하여 1개의 비율로 형성하고, 표시 단위(49)를 정방 배열로 하는 경우에는, 마이크로 렌즈(51a)는, 레이저광 빔의 입사측으로부터 보아 직사각형(정사각형 또는 직사각형) 상태의 것을, 1개의 표시 단위(49)에 대하여 1개의 비율로 형성한다.
또한, 표시 단위(49)를 정방 배열로 하고, 화소 Pr, Pg, Pb 상의 광원상을, 화소마다의 도트형(스폿형)이 아니고, Y 방향으로 연장되는 라인형(슬릿형)의 것으로 하는 경우에는, 마이크로 렌즈(51a)는, Y 방향으로 연장되는 실린드리컬 렌즈로 할 수 있다.
반사형 액정 패널(40)에 입사하는 레이저광 빔(3R, 3G 및 3B)은, 각각 필드 렌즈(31)에 의해, 대략 평행광의 빔으로 되므로, 각각의 마이크로 렌즈(51a)는, 구면 수차를 억제하기 위해 비구면으로 하는 것이 바람직하다.
화소 전극(47R, 47G 및 47B)과 반사층(61R, 61G 및 61B)은, 각각 전기적으로 접속되지만, 그 컨택트는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 각각 화소 전극(47R, 47G 및 47B)의 코너부(47r, 47g 및 47b)에서 행하도록 한다.
도 3은, 반사층(61R, 61G 및 61B)을, 대응하는 마이크로 렌즈(51a)의 주점(主点) H을 중심으로 한, 마이크로 렌즈(51a)의 초점 거리 또는 그보다 약간 작은 거리의 반경의 구면 상에, 같은 구면형의 요면형의 만곡 미러로서 형성하는 경우이다. 이와 같은 만곡 미러는, 후술하는 바와 같이, 에칭 등에 의해 절연층의 표면 을 구면으로 하고, 그 구면 상에 알루미늄 층을 생성함으로써, 형성할 수 있다.
일례로서, 도 1 및 도 3에 있어서 입사각 Ψ및 그 발산각 α으로 나타낸 바와 같은 경사광이 입사했을 때, 반사층으로서의 만곡 미러에서 반사된 귀환광이, 편광 빔스플리터(33)의 유효 이용 범위에 들어가기 위해서는, 다음 식(4)의 조건을 만족시키는 것이 바람직하다.
0.9f = R = f ...(4)
단,
R: 마이크로 렌즈(51a)의 주점 H를 중심으로 한 상기한 구면의 반경,
f: 마이크로 렌즈(51a)의 초점 거리,
이다.
식(4)는, 실험의 결과, 반사층으로서의 만곡 미러의 반경 R은, 마이크로 렌즈(51a)의 초점 거리 f의 90% 이상, 100% 이하가 바람직한 것을 나타낸 것이다.
마이크로 렌즈(51a)의 초점 거리 f는, 주점 H로부터의 공기 중 환산값으로 100㎛ 정도 이상, 마이크로 렌즈(51a)의 주점 H로부터 대향 공통 전극(45)까지의 거리는, 재료 중의 실거리로 120㎛ 정도 이하, 화소 Pr, Pg 및 Pb(화소 전극(47R, 47G 및 47B), 반사층(61R, 61G 및 61B))의 X 방향의 폭은, 각각 6 ~ 10㎛ 정도로 한다.
이에 따르면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 각각 적색 레이저(11R), 녹색 레이저(11G) 및 청색 레이저(11B)로부터 출사되고, 각각 적색용 회절 광학 소자(21R), 녹색용 회절 광학 소자(21G) 및 청색용 회절 광학 소자(21B)로 확산 성형되어 각각 필드 렌즈(31)에서 대략 평행광의 빔으로 되고, 각각 편광 빔스플리터(33)를 투과하여, 각각 반사형 액정 패널(40)의 입출사측 기판(50)에 입사한 적색, 녹색 및 청색의 레이저광 빔(3R, 3G 및 3B)은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 각각 마이크로 렌즈(51a)에서 분배 집광되어, 액정층(41)의 대응하는 화소 Pr, Pg 및 Pb(화소 전극(47R, 47G 및 47B))을 투과하고, 대응하는 반사층(61R, 61G 및 61B)에서 반사되어, 같은 화소 Pr, Pg 및 Pb를 역방향으로 투과하고, 같은 마이크로 렌즈(51a)로부터 역방향으로 출사하여, 상기한 광 발산각 α을 대략 같은 정도로 유지한 상태로, 편광 빔스플리터(33)에 입사한다.
즉, 상기한 적색용 회절 광학 소자(21R)는, 적색 레이저(11R)로부터 출사된 적색의 레이저광 빔(1R)을, 이것이 최종적으로 마이크로 렌즈(51a)를 통하여 액정층(41)의 적색 화소 Pr에 입사되도록 확산 성형하는 것으로 하고, 녹색용 회절 광학 소자(21G)는, 녹색 레이저(11G)로부터 출사된 녹색의 레이저광 빔(1G)을, 이것이 최종적으로 마이크로 렌즈(51a)를 통하여 액정층(41)의 녹색 화소 Pg에 입사되도록 확산 성형하는 것으로 하고, 청색용 회절 광학 소자(21B)는, 청색 레이저(11B)로부터 출사된 청색의 레이저광 빔(1B)을, 이것이 최종적으로 마이크로 렌즈(51a)를 통하여 액정층(41)의 청색 화소 Pb에 입사되도록 확산 성형하는 것으로 한다.
액정층(41)의 화소 Pr의 부분에는 적색의 화상 신호가 인가되어, 화소 Pr 부분의 투과율이 변조 제어되고, 액정층(41)의 화소 Pg 부분에는 녹색의 화상 신호가 인가되어, 화소 Pg 부분의 투과율이 변조 제어되고, 액정층(41)의 화소 Pb 부분에 는 청색의 화상 신호가 인가되어, 화소 Pb 부분의 투과율이 변조 제어된다.
따라서, 화소 Pr 부분을 투과한 레이저광으로서 적색의 화상광이 얻어지고, 화소 Pg 부분을 투과한 레이저광으로서 녹색의 화상광이 얻어지고, 화소 Pb 부분을 투과한 레이저광으로서 청색의 화상광이 얻어진다.
반사층(61R, 61G 및 61B)은 각각, 도 3에 나타낸 바와 같이 전체가 상기한 구면에 따르는 것이 아니고, 도 3의 경우보다 약간 큰 곡률(약간 작은 곡률 반경)로 만곡된 것으로 해도 된다.
또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 반사층(61R, 61G 및 61B)을, 각각 평면(평판) 상태의 것으로 하고, 양쪽의 반사층(61R 및 61B)을, 중앙의 반사층(61G)에 대하여 역방향으로 각도 η만큼 경사지게 하는 것에 의해, 반사층(61R, 61G 및 61B)을, 근사적으로 상기한 구면 상에 위치시키도록 해도 된다. 각도 η는, 3 ~ 5도 정도로 한다.
이 경우, 도 4에서는 나타내고 있지 않지만, 반사층(61R, 61G 및 61B)에서 반사된 광이 인접하는 화소(부화소) 또는 표시 단위에 누출될 가능성이 있지만, 상기한 광 발산각 α이 ± 1도 정도로 충분히 작으므로, 그 누출광량이 적어, 색혼합에 의한 색순도의 저하는 적다.
<투사 렌즈에 의한 투사>
도 1에 나타낸 바와 같이, 상기한 바와 같이 반사형 액정 패널(40)로부터 출사한 적색, 녹색 및 청색의 화상광(반사 레이저광 빔)(5R, 5G 및 5B)은, 각각 편광 빔스플리터(33)에서 반사되어, 전체적으로 다색 화상광으로서 투사 렌즈(90)에 의 해, 프로젝터 외부의 스크린 상에 투사된다. 투사 렌즈(90)는, 복수개의 렌즈를 조합한 것이다. 이로써, 스크린 상에 다색 화상이 비추어진다.
<효과>
전술한 예의 단판식의 반사형 액정 프로젝터는, 광원으로서, 각각 반도체 레이저 또는 고체 레이저로 이루어지는 적색 레이저(11R), 녹색 레이저(11G) 및 청색 레이저(11B)를 사용하고, 또한 각 색용의 회절 광학 소자(21R, 21G 및 21B)를 사용하므로, 광원부 및 프로젝터 전체의 광학계를 현저하게 소형화할 수 있다.
회절 광학 소자(21R, 21G 및 21B)의 최대 회절각은, 반사형 액정 패널(40) 상에서의 휘도의 균일성과 트레이드 오프(trade off)의 관계에 있지만, 휘도의 균일성을 해치지 않는 범위에서 30도 정도까지 크게 할 수 있고, 이로써, 회절 광학 소자(21)와 필드 렌즈(31)의 거리를 단축할 수 있어, 프로젝터 전체의 길이를 단축할 수 있다.
구체적으로, 프로젝터 전체의 광학계는, X 방향 및 Y 방향의 폭을 투사 렌즈(90)의 부분을 제외하고, 1cm 정도, Z 방향의 길이를 3.5cm 정도, 체적을 수cm3~ 10cm3 정도로 소형화할 수 있다.
또한, 광원으로서, 적색 레이저(11R), 녹색 레이저(11G) 및 청색 레이저(11B)로 이루어지는 레이저 광원을 사용하므로, 상기한 바와 같이 광 발산각 α이 ± 1도 이하로 되도록 충분히 작게 할 수 있어, 광 이용 효율을 30% 정도로 되도록 충분히 높게 할 수 있다. 따라서, 레이저 출력 파워를 작게 할 수 있어, 발 열 대책상 및 안전 대책상, 유리하게 된다.
또한, 광원으로서 램프를 사용하는 경우에는, 어퍼쳐 등을 이용하지 않으면, 광 발산각이 크고(통상은 10도~15도 정도), 단판식의 경우, 색혼합이 생기고, 색순도가 저하되지만, 본 발명의 전술한 예의 단판식의 반사형 액정 프로젝터에서는, 상기한 바와 같이 광 발산각 α이 1도 이하로 되도록 충분히 작게 할 수 있으므로, 색혼합에 의한 색순도의 저하가 생기지 않는다.
또한, 투사 렌즈(90)에의 광 입사각도 작게 할 수 있으므로, 투사 렌즈(90)로서 F 넘버가 큰 렌즈를 사용할 수 있어, 투사 렌즈(90)의 설계의 자유도가 증가하여, 투사 렌즈(90)의 저비용화를 도모할 수 있다.
또한, 흑색 표시는, 각 색의 레이저광 빔(1R, 1G 및 1B)을 오프로 하는 것에 의해서가 아니라, 액정 구동 회로에 의해 액정층(41)이 대응하는 표시 단위를 차광함으로써 실현되므로, 화상 콘트라스트가 저하되지 않는다.
또한, 상기한 바와 같이 광 발산각 및 광 입사각를 작게 할 수 있으므로, 광이 반사형 액정 패널(40)에 경사지게 입사하는 것에 의한 콘트라스트의 저하를 저감할 수 있다.
본 발명의 기본으로 되는 생각은, 투과형의 액정 프로젝터에도 적용할 수 있고, 이 경우에는, 도 1에 있어서, 반사형 액정 패널(40) 대신에, 마이크로 렌즈 어레이를 형성한 입사측 기판과 액티브 매트릭스 방식에 의한 액정 구동 회로를 형성한 출사측 기판 사이에 액정층을 형성한 투과형 액정 패널을 설치하여, 필드 렌즈(31)에 의해 대략 평행광으로 된 각 색의 레이저광 빔(3R, 3G 및 3B)을 직접, 그 투과형 액정 패널에 입사시키고, 투과형 액정 패널을 투과시켜, 각 색의 화상광으로 하여, 투사 렌즈에 의해 투사하는 구성으로 한다.
그러나, 화소 피치를 작게 하여 액정 패널을 고정밀도화하는 경우, 파장에 따른 회절 한계 이하로 화소 피치를 작게 할 수는 없다. 그러므로, 도 6 (A)에 투과형의 경우의, 각 화소의 투과 영역 Ar, Ag, Ab와 각각을 투과하는 레이저광의 스폿(4R, 4G, 4B)의 관계를 나타내고, 도 6 (B)에 반사형의 경우의, 각 화소의 반사 영역 Cr, Cg, Cb와 각각에서 반사하는 레이저광의 스폿(4R, 4G, 4B)의 관계를 나타낸 바와 같이, 반사형의 경우의 쪽이, 투과형의 경우보다, 화소 범위를 넓게 사용할 수 있어, 액정 패널을 고정밀도화하기 쉬워진다.
(1-2. 제2의 예: 도 7 및 도 8)
도 7에, 단판식의 반사형 액정 프로젝터의 제2의 예로서, 광빔 확산 성형 광학 소자로서 굴절형 광학 소자를 사용하는 경우를 나타낸다.
이 예에서도, 광원으로서, 적색 레이저(11R), 녹색 레이저(11G) 및 청색 레이저(11B)를 설치하지만, 이 예에서는, 예를 들면, 양쪽의 레이저광 빔(1R 및 1B)은, 필드 렌즈(31)의 주점을 향하도록, 중앙의 레이저광 빔(1G)에 대해서, 각각 소정 각도로 경사지도록, 각 레이저(11R, 11G 및 11B)를 배치한다.
이것은, 굴절형 광학 소자의 경우에는, 전술한 회절 광학 소자의 경우와 상이하고, 중심광은 경사지게 입사시켜 출사광의 중심선을 일치시키는 것이, 광학계의 설계가 간단하기 때문이다. 물론, 도 1의 예와 마찬가지로, 각 색의 레이저광 빔(1R, 1G 및 1B)을 평행하게 해도 된다.
그리고, 이 예에서는, 광빔 확산 성형 광학 소자로서 굴절형 광학 소자를 사용하고, 각 레이저(11R, 11G 및 11B)로부터 출사된 각 색의 레이저광 빔(1R, lG 및 1B)를, 예를 들면, 각각 λ/2판(13R, 13G 및 13B)을 투과시켜, 굴절형 광학 소자(23)에 입사시킨다.
굴절형 광학 소자 그 자체는, 알려져 있고, 인터넷 상(예를 들면, URL;http://www.rpcphotonics.com/engineer_diffuser.htm) 등에서 참조할 수 있다.
굴절형 광학 소자는, 다양한 형상 및 곡률을 가진 마이크로 렌즈를 2차원적으로 집합시킨 것이며, 광의 굴절에 의해 광빔을 확산 성형할 수 있다. 각 마이크로 렌즈는, 변의 길이가 50㎛ 정도의, 상이한 곡률, 반경의 것이며, 각 마이크로 렌즈에 입사한 광은, 마이크로 렌즈로 굴절되고 중첩되어, 최종적으로 소정의 형상으로 성형되어 휘도 분포도 균일하게 할 수 있다.
회절 광학 소자의 경우는, 표면에 형성된 미소한 회절 패턴이 회절상을 형성하고, 이들 회절광을 중첩시키는 것에 대하여, 굴절형 광학 소자의 경우는, 각 마이크로 렌즈가, 입사광을 굴절시키고 집광 확산시켜, 중첩되는 것에 의해, 소정의 형상으로 성형되어 휘도 분포의 균일성도 얻어진다.
도 7의 예에서는, 굴절형 광학 소자(23)로서 각 색의 레이저광 빔(1R, 1G 및 1B)에 대하여 공통의, 도 8 (A),(B)에 일부분을 확대하여 나타낸 바와 같이, 일면 측에 상기와 같은 마이크로 렌즈(23a)를 2차원적으로 다수 형성한 것을 배치하고, 각 색의 레이저빔(1R, 1G 및 1B)을, 각각 레이저광 빔(2R, 2G 및 2B)으로 나타낸 바와 같이 반사형 액정 패널(40)의 표시 영역의 전역에 걸치고, 또한 반사형 액정 패널(40)의 액정층(41)의 대응하는 화소에 입사되도록 확산 성형한다. 그리고, 도 8 (B)의 광(9)는, 어느 마이크로 렌즈에 입사한 광의 굴절의 모양을 나타낸 것이다.
굴절형 광학 소자에서는, 굴절률은 소자를 형성하고 있는 재료의 분산 관계만에 따라서 정해지고, 가시광 영역에서는 각 색의 광에 대한 굴절률이 거의 변함없기 때문에, 이와 같이 굴절형 광학 소자(23)를 각 색의 레이저광 빔(1R, 1G 및 1B)에 대하여 공통으로 할 수 있다.
이와 같은 굴절형 광학 소자(23)는, 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 설계하고, 전기 주조에 의해 마스터를 만들어, 수지를 사용하여 제작할 수 있다.
굴절형 광학 소자(23)와 편광 빔스플리터(33) 사이에 필드 렌즈(31)를 배치하여, 굴절형 광학 소자(23)에 의해 확산 성형된 각 색의 레이저광 빔(2R, 2G 및 2B)을, 각각 대략 평행광의 레이저광 빔으로 변환하는 것이나, 반사형 액정 패널(40)의 구성 등, 다른 점은, 도 1의 예와 같다. 따라서, 이 예에서도, 도 1의 예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(1-3. 반사측 기판의 구성 및 제조 방법의 예: 도 9 및 도 10)
반사형 액정 패널(40)의 반사측 기판(백플레인)(60)은, 기본적으로, 액티브 매트릭스 방식에 의한 액정 구동 회로, 및 반사층(61R, 61G 및 61B)을 형성한 것이면 되지만, 일례로서, 도 9에 나타낸 바와 같이 구성할 수 있다.
구체적으로, 이 예에서는, 석영이나 실리콘 등으로 이루어지는 지지 기 판(63) 상에, SiO2 등으로 이루어지는 버퍼층(64)을 형성하고, 버퍼층(64) 상에, WSi 등으로 이루어지는 미광(迷光) 입사 방지층(65)을 형성하고, 미광 입사 방지층(65) 상에, SiO2 등으로 이루어지는 층간 절연층(66a)을 형성한다.
또한, 층간 절연층(66a) 상에, 고온 폴리실리콘 등으로 이루어지는 활성층(71)을 형성하고, 활성층(71) 상에, 산화막(열산화막)(72) 및 (73)을 형성하고, 산화막(72) 상에 게이트 전극(74)을 형성하고, 산화막(73) 상에 유지용 용량(75)을 형성한다.
또한, 층간 절연층(66a) 상에, 층간 절연층(66b)을 형성하고, 층간 절연층(66b) 상에, 활성층(71)에 접속한 상태로, 알루미늄 등으로 이루어지는 신호선(76) 및 신호선 인출층(77)을 형성하는 동시에, 층간 절연층(67)을 형성한다.
또한, 층간 절연층(67) 상에, 신호선 인출층(77)에 접속한 상태로, 티탄 등으로 이루어지는 블랙 금속층(78)을 형성하고, 블랙 금속층(78) 상에 층간 절연층(68)을 형성하고, 층간 절연층(68) 상에, 블랙 금속층(78)에 접속한 상태로, 금속층(79)을 형성한다.
또한, 금속층(79) 상에 층간 절연층(69)을 형성하고, 층간 절연층(69) 중에, 금속층(79)에 접속한 상태로, 알루미늄 등으로 이루어지는 반사층(61a)을 형성하는 동시에, 컨택트 홀(62)을 형성하고, 층간 절연층(69) 상에, 컨택트 홀(62) 내를 통하여 금속층(79)에 접속한 상태로, ITO 등으로 이루어지는 화소 전극(47a)을 형성한다.
이상과 같이 형성된 반사측 기판(60)과 입출사측 기판(50)을, 양자 사이에 근소한 간극이 형성되도록, 화소 전극(47a)과 대향 공통 전극(45)을 대향시켜 배치하고, 양자 사이에 액정을 주입하여 액정층(41)을 형성한다.
TFT 회로로서는, 지지 기판(63)을 석영 등으로 하여 상기한 바와 같이 고온 폴리실리콘에 의해 형성하는 외에, 지지 기판(63)을 단결정 실리콘으로 한, 이른바 LCOS를 사용해도 된다. 고온 폴리실리콘의 경우에는, 절연이 불필요하며, 마스크 매수가 적고, 저가격화가 가능하며, 단결정 실리콘의 경우에는, LSI 기술을 이용한 고정밀도화 및 트랜지스터 구동 능력의 향상을 도모할 수 있다.
이상과 같은 반사측 기판(60)은, 일례로서, 도 10에 나타낸 방법에 따라 제조된다.
구체적으로, 먼저, 도 10 (A)에 나타낸 바와 같이, 지지 기판(63) 상에, 상기와 같은 TFT 회로(도 9의 버퍼층(64)으로부터 층간 절연층(68)까지의 부분)(81)을 형성하고, TFT 회로(81) 상에, 금속층(79)을 형성하고, 금속층(79) 상에, 상기한 층간 절연층(69)의 하층 부분을 구성하는 층간 절연층(69a)을 형성한다.
다음에, 그레이(gray) 스케일법이나 다중 마스크 법에 따른 리소그라피에 의해, 도 10 (B)에 나타낸 바와 같이, 층간 절연층(69a)의 상면 측을 구면형으로 드라이 에칭하고, 다음에, 도 10 (C)에 나타낸 바와 같이, 에칭 후의 층간 절연층(69a) 상에, 반사층(61)을 전면적으로 형성하고, 다음에, 도 10 (D)에 나타낸 바와 같이, 반사층(61)의 일부를 드라이 에칭하여, 각각의 반사층(61R, 61G 및 61B)을 형성한다.
다음에, 도 10 (E)에 나타낸 바와 같이, 반사층(61R, 61G, 61B) 상에, 상기한 층간 절연층(69)의 상층 부분을 구성하는 층간 절연층(69c)을 형성하고, 층간 절연층(69c) 중에, 컨택트 홀(62)을 형성하고, 층간 절연층(69c) 상에, 각각의 화소 전극(47R, 47G 및 47B)을 형성한다.
(1-4. 광학계의 다른 예)
반도체 레이저로부터 출사되는 레이저광 빔은, 단면 형상이 원형이 아니고, 수직 방향 및 수평 방향으로 상이한 각도로 발산하지만, 회절 광학 소자 또는 굴절형 광학 소자에 입사하는 레이저광 빔은, 단면 형상이 원형에 가까운 것이 바람직하다. 또한, DPSS 레이저로부터 출사되는 레이저광 빔은, 실제로, 빔직경이 매우 작다.
상기한 광 발산각 α은, 레이저로부터 출사된 레이저광 빔의 빔직경에 따른 것으로 되어, 빔직경이 작을 수록, 광 발산각 α은 작아진다. 그러므로, 상기한 바와 같이 반사형 액정 패널(40)에 입사한 레이저광을 마이크로 렌즈(51a)에 의해 집광하여 대응하는 화소에 입사시키는 경우, 가능한 한 집광 형상을 작게 하는데는, 레이저로부터 출사되는 레이저광 빔의 빔직경을 가능한 한 작게 할 필요가 있다.
그러나, 예를 들면, 도 1의 예에서, 각 색용의 회절 광학 소자(21R, 21G 및 21B)를, 각각 주기적인 피치에 의해 회절광을 2차원 방향으로 균일적으로 확산시키는, 이른바 디퓨져로서 형성하는 경우, 회절 광학 소자(21R, 21G 및 21B)에는, 각각 복수개의 기본 주기를 덮어 레이저광 빔이 입사되는 것이 필요하며, 녹색용의 회절 광학 소자(21G)에 입사하는 레이저광 빔(1G)의 빔직경이 너무 작으면, 녹색의 회절광에 대해서는, 2차원 방향으로 균일적으로 확산시킬 수 없게 된다.
그러므로, 회절 광학 소자(21)에 입사하는 각 색의 레이저광 빔(1R, 1G 및 1B)의 빔직경은, 0.5mm ~ 1.0mm 정도로 하는 것이 바람직하다. 상기한 기본 주기는, 실용적으로는 0.2mm 정도이기 때문이다.
그래서, 광원부로서는, 예를 들면, 반도체 레이저로 이루어지는 적색 레이저(11R) 및 청색 레이저(11B)로부터 출사된 레이저광 빔(1R) 및 (1B)은, 각각, 콜리메이션 렌즈에 의해, 빔 단면 형상을 원형에 가깝게 하고, 또한 회절 광학 소자(21)의 위치에서 빔직경을 0.8mm 정도로 하고, 비점수차를 경감하고, DPSS 레이저로 이루어지는 녹색 레이저(11G)로부터 출사된 레이저광 빔(1G)은, 빔익스팬더에 의해, 빔직경을 확대하여, 회절 광학 소자(21)의 위치에서 0.6mm 정도로 한다.
적색 레이저, 녹색 레이저 및 청색 레이저는, 각각 출사면(출력면)이 한쪽 방향으로 연장 또는 배열된 것으로 할 수 있다. 이와 같이 각 레이저를 출사면이 한쪽 방향으로 연장 또는 배열된 것으로 함으로써, 각 색의 레이저광 전체의 광량을 증가시켜, 화상의 휘도를 높일 수 있는 동시에, 레이저에 특유의 스펙클(speckle) 노이즈를 저감할 수 있다. 또한, 각 레이저를 1개의 기판에 집적할 수도 있다.
어느 색의 레이저광 빔을 중앙으로 할 것인지는 임의이지만, 예를 들면, 회절 광학 소자로서 디퓨져를 사용하는 경우, 상기한 회절각을 크게 하는데는, 도시한 각 예와는 달리, 단파장의 청색의 레이저광 빔을 중앙으로 하는 것이 바람직하 다.
그리고, 도 1 및 도 7의 예는, 필드 렌즈(31)에 따라서는 평행광으로 된 각 색의 레이저광 빔(3R, 3G 및 3B)을, 편광 빔스플리터(33)를 투과시켜 반사형 액정 패널(40)에 입사시키고, 반사형 액정 패널(40)의 반사측 기판(60)에서 반사되어 반사형 액정 패널(40)로부터 출사한 각 색의 화상광(5R, 5G 및 5B)을, 편광 빔스플리터(33)에 의해 반사시키고 투사 렌즈(90)에 입사시키는 경우이지만, 역으로, 레이저광 빔(3R, 3G 및 3B)을, 편광 빔스플리터에 의해 반사시켜 반사형 액정 패널에 입사시키고, 반사형 액정 패널의 반사측 기판에서 반사되어 반사형 액정 패널로부터 출사한 각 색의 화상광을, 편광 빔스플리터를 투과시켜 투사 렌즈에 입사시키는 구성 및 배치로 할 수도 있다.
[2. 제2 실시예(2판식): 도 11]
제2 실시예로서, 적색, 녹색 및 청색의 3색에 대해 2개의 반사형 액정 패널을 사용하는 2판식의 반사형 액정 프로젝터의 예를, 도 11에 나타낸다.
이 예에서는, 반도체 레이저로 이루어지는 적색 레이저(11R)로부터 출사된 적색의 레이저광 빔(1R), 및 반도체 레이저로 이루어지는 청색 레이저(11B)로부터 출사된 청색의 레이저광 빔(1B)은, 각각, 콜리메이션 렌즈(15R) 및 (15B)에 의해 상기한 바와 같이 단면 형상을 원형에 가깝게 하여, 굴절형 광학 소자(23)에 입사시키고, DPSS 레이저로 이루어지는 녹색 레이저(11G)로부터 출사된 녹색의 레이저광 빔(1G)은, 빔익스팬더(17G)에 의해 상기한 바와 같이 빔직경을 확대하여, 굴절형 광학 소자(23)에 입사시킨다.
이 경우, 적색 및 청색의 레이저광 빔(1R) 및 (1B)의 편광 방향과 녹색의 레이저광빔(1G)의 편광 방향이 서로 직교하도록, 각 레이저(11R, 11G 및 11B)를 배치한다.
그리고, 굴절형 광학 소자(23)에 의해, 적색 및 청색의 레이저광 빔(1R 및 1B)은, 각각, 반사형 액정 패널(40RB)의 표시 영역의 전역에 걸치고, 또한 그 대응하는 화소에 입사되도록 확산 성형하고, 녹색의 레이저광 빔(1G)은, 반사형 액정 패널(40G)의 표시 영역의 전역에 걸치고, 또한 그 각 화소에 입사되도록 확산 성형한다.
반사형 액정 패널(40RB)은, 입출사측 기판과 반사측 기판(백플레인) 사이에 적색 및 청색의 각 화소를 구성하는 액정층을 형성하고, 입출사측 기판에는 마이크로 렌즈 어레이를 형성하고, 반사측 기판에는 각 화소에 대응시켜 반사층을 형성하는 것이며, 도 1 및 도 7의 예의 도 3 또는 도 4에 나타낸 반사형 액정 패널(40)이 적색, 녹색 및 청색의 화소 Pr, Pg 및 Pb의 세트에 의해 표시 단위(49)를 구성하는데 대하여, 적색 및 청색 화소의 세트에 의해 1개의 표시 단위를 구성하는 것이다.
반사형 액정 패널(40G)은, 입출사측 기판과 반사측 기판(백플레인) 사이에 녹색의 각 화소를 구성하는 액정층을 형성하고, 입출사측 기판에는 필요에 따라 마이크로 렌즈 어레이를 형성하고, 반사측 기판에는 각 화소에 대응시켜 반사층을 형성하는 것이며, 1개의 화소에 의해 1개의 표시 단위를 구성하는 것이다.
굴절형 광학 소자(23)에 의해 확산 성형된 적색, 녹색 및 청색의 레이저광 빔(2R, 2G 및 2B)은, 각각 필드 렌즈(35)에 의해, 대략 평행광의 레이저광 빔(3R, 3G 및 3B)으로 변환하고, 또한 그 중의 적색 및 청색의 레이저광 빔(3R 및 3B)은, 편광 빔스플리터(37)에 의해 반사시키고, 반사형 액정 패널(40RB)에 입사시켜, 반사형 액정 패널(40RB)의 상기한 반사층에서 반사시키고, 반사형 액정 패널(40RB)로부터 출사시키는 동시에, 녹색의 레이저광 빔(3G)은, 편광 빔스플리터(37)를 투과시켜, 반사형 액정 패널(40G)에 입사시키고, 반사형 액정 패널(40G)의 상기한 반사층에서 반사시켜, 반사형 액정 패널(40G)로부터 출사시킨다.
반사형 액정 패널(40RB)은, 액정층의 적색 화소 부분에 적색의 화상 신호가 인가되어, 적색 화소 부분의 투과율이 변조 제어되고, 액정층의 청색 화소 부분에 청색의 화상 신호가 인가되어, 청색 화소 부분의 투과율이 변조 제어된다.
반사형 액정 패널(40G)은, 액정층의 각 화소(녹색 화소, 표시 단위)의 부분에 녹색의 화상 신호가 인가되어, 각 화소 부분의 투과율이 변조 제어된다.
따라서, 각각 반사형 액정 패널(40RB)의 반사층에서 반사되어 반사형 액정 패널(40RB)로부터 출사한 적색 및 청색의 레이저광 빔(5R) 및 (5B)으로서 적색 및 청색의 화상광을 얻을 수 있어 반사형 액정 패널(40G)의 반사층에서 반사되어 반사형 액정 패널(40G)로부터 출사한 녹색의 레이저광 빔(5G)으로서 녹색의 화상광을 얻을 수 있다.
그 적색 및 청색의 화상광(5R) 및 (5B)은, 각각 편광 빔스플리터(37)를 투과시켜 투사 렌즈(90)에 입사시키고, 녹색의 화상광(5G)은, 편광 빔스플리터(37)에 의해 반사시켜 투사 렌즈(90)에 입사시킨다.
따라서, 투사 렌즈(90)에 의해, 프로젝터 외부의 스크린 상에 다색 화상 광(7)이 투사되어 스크린 상에 다색 화상이 비추어진다.
도 11의 예는, 광빔 확산 성형 광학 소자로서 굴절형 광학 소자(23)를 사용하는 경우이지만, 도 1의 예와 마찬가지로 회절 광학 소자를 사용할 수도 있다. [3. 제3 실시예(3판식): 도 12]
제3 실시예로서, 적색, 녹색 및 청색의 3색에 대해 별개의 반사형 액정 패널을 사용하는 3판식의 반사형 액정 프로젝터의 예를, 도 12에 나타낸다.
이 예에서는, 적색 레이저(11R) 및 청색 레이저(11B)로부터 출사된 적색 및 청색의 레이저광 빔은, 각각 콜리메이션 렌즈(15R) 및 (15B)에 의해 단면 형상을 원형에 가깝게 한 후, 각각 굴절형 광학 소자(23R) 및 (23B)에 의해, 각각 반사형 액정 패널(40R) 및 (40B)의 표시 영역의 전역에 걸치고, 또한 그 각 화소에 입사되도록 확산 성형하는 동시에, 녹색 레이저(11G)로부터 출사된 녹색의 레이저광 빔은, 빔익스팬더(17G)에 의해 빔직경이 확대된 후, 굴절형 광학 소자(23G)에 의해, 반사형 액정 패널(40G)의 표시 영역의 전역에 걸치고, 또한 그 각 화소에 입사되도록 확산 성형된다.
반사형 액정 패널(40R, 40G 및 40B)은, 각각, 입출사측 기판과 반사측 기판(백플레인) 사이에 각 화소를 구성하는 액정층을 형성하고, 입출사측 기판에는 필요에 따라 마이크로 렌즈 어레이를 형성하고, 반사측 기판에는 각 화소에 대응시켜 반사층을 형성하는 것이며, 각각 1개의 화소에 의해 1개의 표시 단위를 구성하는 것이다.
굴절형 광학 소자(23R, 23G 및 23B)에 의해 확산 성형된 적색, 녹색 및 청색 의 레이저광 빔(2R, 2G 및 2B)은, 각각 필드 렌즈(35R, 35G 및 35B)에 의해, 평행광의 레이저광 빔(3R, 3G 및 3B)으로 변환되고, 또한 각각, 편광 빔스플리터(37R, 37G 및 37B)에 의해 반사시키고, 반사형 액정 패널(40R, 40G 및 40B)에 입사시키고, 반사형 액정 패널(40R, 40G 및 40B)의 상기한 반사층에서 반사시키고, 반사형 액정 패널(40R, 40G 및 40B)로부터 출사시킨다.
반사형 액정 패널(40R, 40G 및 40B)은, 각각, 액정층의 각 화소(표시 단위)의 부분에 적색, 녹색 및 청색의 화상 신호가 인가되어, 각 화소 부분의 투과율이 변조 제어된다.
따라서, 각각 반사형 액정 패널(40R, 40G 및 40B)의 반사층에서 반사되어 반사형 액정 패널(40R, 40G 및 40B)로부터 출사한 적색, 녹색 및 청색의 레이저광 빔(5R, 5G 및 (5B)으로서 적색, 녹색 및 청색의 화상광을 얻을 수 있다.
그 적색 및 청색의 화상광(5R) 및 (5B)은, 각각, 편광 빔스플리터(37R) 및 (37B)를 투과시키고, 크로스다이크로익프리즘(39)에서 반사시켜 투사 렌즈(90)에 입사시키고, 녹색의 화상광(5G)은, 편광 빔스플리터(37G)를 투과시키고, 크로스다이크로익크프리즘(39)을 투과시켜 투사 렌즈(90)에 입사시킨다.
따라서, 투사 렌즈(90)에 의해, 프로젝터 외부의 스크린 상에 다색 화상광(7)이 투사되어 스튜디오 상에 다색 화상이 비추어진다.
이 예에서도, 굴절형 광학 소자(23R, 23G 및 23B) 대신에, 각각 회절 광학 소자를 사용할 수도 있다.
[4. 화상 재생 장치로서 실시예: 도 13]
도 13에, 본 발명의 화상 재생 장치의 일례를 나타낸다.
이 예는, 휴대 전화 단말기(10O)에, 본 발명의 반사형 액정 프로젝터로서 도 1 또는 도 7의 예의 같은 단판식의 반사형 액정 프로젝터(110)를 내장한 것이다.
구체적으로, 휴대 전화 단말기(100)는, 액정 디스플레이나 유기 EL디스플레이 등의 디스플레이 및 수화용 스피커가 설치된 개폐부(101)를, 각종 키 및 송화용 마이크로폰이 설치된 기저부(基底部)(102)에 대하여 개폐할 수 있는 폴더형의 것이며, 예를 들면, 그 기저부(102)의 일측부에 반사형 액정 프로젝터(110)를, 상기한 투사 렌즈(90)가 설치된 투사 렌즈부(111)를 측방으로 돌출시켜 내장한다.
이에 따르면, 휴대 전화기 통신망에 의해 취득되거나, 또는 휴대 전화 단말기(10O)에 내장된 카메라로 피사체를 촬영함으로써 얻어져, 휴대 전화 단말기(100)에 내장된 반도체 메모리나 하드 디스크, 또는 휴대 전화 단말기(100)에 장착된 메모리 카드 등의 기록 매체에 기록되어 있는 화상 데이터를, 휴대 전화 단말기(100) 내부의 화상 처리부에서 처리하고, 적색, 녹색 및 청색의 화상 신호로 변환하여, 반사형 액정 프로젝터(110)의 반사형 액정 패널(40)에 인가함으로써, 휴대 전화 단말기(100)의 외부의 스크린(200) 상에 다색 화상광(7)을 투사할 수 있다.
스크린(200)으로서는, 방의 벽, 책상의 천정판, 탁상에 놓여진 용지 등을 이용할 수 있다.
본 발명의 반사형 액정 프로젝터는, 휴대 전화 단말기에 한정되지 않고, 디지털 카메라(디지털 스틸 카메라), 비디오 카메라, 모바일 컴퓨터, 게임기 등, 내장 또는 장착된 기록 매체(기억 장치)에 기록되어 있는 화상 데이터를 처리하여, 화상을 재생하는 장치에 내장할 수 있다.
도 1은 단판식의 반사형 액정 프로젝터의 제1의 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 회절 광학 소자에 의한 확산 성형의 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 반사형 액정 패널의 일례를 나타낸 도면이다.
도 4는 반사형 액정 패널의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 화소의 배열 형상의 일례를 나타낸 도면이다.
도 6은 투과형의 경우와 반사형의 경우를 비교하여 나타낸 도면이다.
도 7는 단판식의 반사형 액정 프로젝터의 제2의 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 굴절형 광학 소자에 의한 확산 성형의 상태를 나타낸 도면이다.
도 9는 반사형 액정 패널의 반사측 기판의 일례를 나타낸 도면이다.
도 10은 반사측 기판의 제조 방법의 일례를 나타낸 도면이다.
도 11은 2판식의 반사형 액정 프로젝터의 일례를 나타낸 도면이다.
도 12는 3판식의 반사형 액정 프로젝터의 일례를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 화상 재생 장치의 일례로서의 휴대 전화 단말기를 나타낸 도면이다.

Claims (7)

  1. 각각 반도체 레이저 또는 고체 레이저로서, 또한 각각 적색, 녹색 및 청색의 레이저광 빔을 출사하는 제1, 제2 및 제3의 레이저를 포함하는 광원부와,
    입출사측 기판과 반사측 기판 사이에 적색, 녹색 및 청색의 화소를 구성하는 액정층이 형성되고, 입출사측 기판에 다수의 마이크로 렌즈로 이루어지는 마이크로 렌즈 어레이가 형성되고, 반사측 기판에 각 화소에 대응하여 반사층이 형성된 반사형 액정 패널과,
    광의 회절(回折) 또는 굴절에 의해, 상기 광원부로부터 출사된 각 색의 레이저광 빔을, 각각 상기 반사형 액정 패널의 표시 영역의 전역에 걸치고, 또한 상기 액정층의 대응하는 화소에 입사되도록 확산 성형하는 광빔 확산 성형 광학 소자와,
    상기 광빔 확산 성형 광학 소자에 의해 확산 성형된 각 색의 레이저광 빔을, 각각 대략 평행광의 빔으로 변환하는 렌즈계와,
    상기 렌즈계에 의해, 각각 대략 평행광의 빔으로 변환된 각 색의 레이저광 빔을, 각각 투과 또는 반사시키고, 상기 입출사측 기판으로부터 상기 반사형 액정 패널에 입사시키고, 상기 마이크로 렌즈를 통하여 상기 액정층에 입사시키는 광학 소자와,
    상기 액정층을 투과한 후, 상기 반사층에서 반사되고, 다시 상기 액정층을 투과하고, 상기 마이크로 렌즈를 통하여 상기 입출사측 기판으로부터 출사하여, 상 기 광학 소자에서 반사되거나, 또는 상기 광학 소자를 투과한 각 색의 화상광을 투사하는 투사 렌즈
    를 구비하는 반사형 액정 프로젝터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은, 대응하는 상기 마이크로 렌즈의 주점(主点)을 중심으로 한, 상기 마이크로 렌즈의 초점 거리 또는 그보다 약간 작은 거리의 반경의 구면 상에 위치한, 같은 구면 형상으로서 상기 마이크로 렌즈의 방향으로 향한 요면형(凹面形)의 만곡 미러인, 반사형 액정 프로젝터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사층은, 대응하는 상기 마이크로 렌즈의 주점을 중심으로 한, 상기 마이크로 렌즈의 초점 거리 또는 그보다 약간 작은 거리의 반경의 구면 상에 위치한, 상기 마이크로 렌즈의 방향을 향한 평면 미러인, 반사형 액정 프로젝터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반사형 액정 패널의 각 화소 전극은, 각각의 코너부에 있어서, 대응하는 상기 반사층과 전기적으로 접속되어 있는, 반사형 액정 프로젝터
  5. 각각 반도체 레이저 또는 고체 레이저로서, 또한 각각 적색, 녹색 및 청색 중의 제1 색, 제2 색 및 제3 색의 레이저광 빔을 출사하는 제1, 제2 및 제3의 레이저와,
    입출사측 기판과 반사측 기판 사이에 제1 색의 화소를 구성하는 액정층이 형성되고, 반사측 기판에 각 화소에 대응하여 반사층이 형성된 제1 반사형 액정 패널과,
    입출사측 기판과 반사측 기판 사이에 제2 색의 화소 및 제3 색의 화소를 구성하는 액정층이 형성되고, 입출사측 기판에 다수의 마이크로 렌즈로 이루어지는 마이크로 렌즈 어레이가 형성되고, 반사측 기판에 각 화소에 대응하여 반사층이 형성된 제2 반사형 액정 패널과
    광의 회절 또는 굴절에 의해, 상기 제1, 제2 및 제3의 레이저로부터 출사된 제1 색, 제2 색 및 제3 색의 레이저광 빔을, 제1 색의 레이저광 빔은 상기 제1 반사형 액정 패널의 표시 영역의 전역에 걸치고, 제2 색 및 제3 색의 레이저광 빔은, 각각 상기 제2 반사형 액정 패널의 표시 영역의 전역에 걸치고, 또한 상기 제2 반사형 액정 패널의 액정층의 대응하는 화소에 입사되도록, 각각 확산 성형하는 광빔 확산 성형 광학 소자와,
    상기 광빔 확산 성형 광학 소자에 의해 확산 성형된 제1 색, 제2 색 및 제3 색의 레이저광 빔을, 각각 대략 평행광의 빔으로 변환하는 렌즈계와,
    상기 렌즈계에 의해, 대략 평행광의 빔으로 변환된 제1 색의 레이저광 빔을, 투과 또는 반사시켜, 상기 제1 반사형 액정 패널의 액정층에 입사시키는 동시에, 상기 렌즈계에 의해, 각각 대략 평행광의 빔으로 변환된 제2 색 및 제3 색의 레이 저광 빔을, 각각 반사 또는 투과시켜, 상기 제2 반사형 액정 패널의 액정층에 입사시키는 광학 소자와,
    상기 제1 반사형 액정 패널에 있어서, 액정층을 투과한 후, 상기 반사층에서 반사되어, 다시 액정층을 투과하고, 입출사측 기판으로부터 출사하여, 상기 광학 소자로 반사하거나, 또는 상기 광학 소자를 투과한 제1 색의 화상광과, 상기 제2 반사형 액정 패널에 있어서, 액정층을 투과한 후, 상기 반사층에서 반사되어, 다시 액정층을 투과하고, 상기 마이크로 렌즈를 통하여 입출사측 기판으로부터 출사하여, 상기 광학 소자를 투과하거나, 또는 상기 광학 소자에서 반사된 제2 색 및 제3 색의 화상광을 투사하는 투사 렌즈
    를 구비하는 반사형 액정 프로젝터.
  6. 각각 반도체 레이저 또는 고체 레이저로서, 또한 각각 적색, 녹색 및 청색의 레이저광 빔을 출사하는 제1, 제2 및 제3의 레이저와,
    각각 입출사측 기판과 반사측 기판 사이에 다수의 화소를 구성하는 액정층이 형성되고, 또한 각각 반사측 기판에 각 화소에 대응하여 반사층이 형성된, 각각 적색용, 녹색용 및 청색용의 제1, 제2 및 제3의 반사형 액정 패널과
    각각, 광의 회절 또는 굴절에 의해, 상기 제1, 제2 및 제3의 레이저로부터 출사된 적색, 녹색 및 청색의 레이저광 빔을, 상기 제1, 제2 및 제3의 반사형 액정 패널의 표시 영역의 전역에 걸치도록 확산 성형하는 제1, 제2 및 제3의 광빔 확산 성형 광학 소자와,
    각각, 상기 제1, 제2 및 제3의 광빔 확산 성형 광학 소자에 의해 확산 성형된 적색, 녹색 및 청색의 레이저광 빔을, 대략 평행광의 빔으로 변환하는 제1, 제2 및 제3의 렌즈계와,
    각각, 상기 제1, 제2 및 제3의 렌즈계에 의해, 대략 평행광의 빔으로 변환된 적색, 녹색 및 청색의 레이저광 빔을, 반사 또는 투과시켜, 상기 제1, 제2 및 제3의 반사형 액정 패널의 액정층에 입사시키는 제1, 제2 및 제3의 광학 소자와,
    각각, 상기 제1, 제2 및 제3의 반사형 액정 패널에 있어서, 액정층을 투과한 후, 상기 반사층에서 반사되어, 다시 액정층을 투과하고, 입출사측 기판으로부터 출사하여, 상기 제1, 제2 및 제3의 광학 소자를 투과하거나, 또는 상기 제1, 제2 및 제3의 광학 소자에서 반사된 적색, 녹색 및 청색의 화상광을 합성하는 제4 광학 소자와,
    상기 제4 광학 소자로부터의 화상광을 투사하는 투사 렌즈
    를 구비하는 반사형 액정 프로젝터.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 반사형 액정 프로젝터가 내장된 화상 재생 장치.
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Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008114502A1 (ja) * 2007-03-19 2008-09-25 Panasonic Corporation レーザ照明装置及び画像表示装置
JP5239361B2 (ja) * 2008-01-31 2013-07-17 ソニー株式会社 投射型表示装置および映像表示方法
JP5157542B2 (ja) * 2008-03-11 2013-03-06 ソニー株式会社 投射型液晶表示装置および電子機器
JP5447783B2 (ja) * 2008-12-10 2014-03-19 株式会社リコー 光走査装置、この光走査装置を備えた画像形成装置
TWI417635B (zh) * 2009-12-30 2013-12-01 Qisda Corp 電子裝置及投影機
US20120050690A1 (en) 2010-08-31 2012-03-01 Panasonic Corporation Image display device and information processing device including the same
JP4691613B1 (ja) 2010-09-13 2011-06-01 パナソニック株式会社 画像表示装置
JP4719306B1 (ja) * 2010-09-13 2011-07-06 パナソニック株式会社 画像表示装置
US8540379B2 (en) 2010-10-15 2013-09-24 Panasonic Corporation Image display device and information processing apparatus including the same
CN103250096B (zh) * 2010-12-08 2015-09-09 Nec显示器解决方案株式会社 照明光学***以及包括其的投影显示设备
JP5574459B2 (ja) * 2010-12-08 2014-08-20 Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社 照明光学系、およびそれを備えた投写型表示装置
JP5866968B2 (ja) * 2011-01-13 2016-02-24 セイコーエプソン株式会社 プロジェクター
JP5551639B2 (ja) 2011-03-11 2014-07-16 パナソニック株式会社 画像表示装置
US20120293774A1 (en) * 2011-05-20 2012-11-22 Panasonic Corporation Projector lens system and image display system using same
EP2700987B1 (en) 2012-08-24 2017-04-26 Lumentum Operations LLC Variable Optical Retarder
DE102012220570B4 (de) * 2012-11-12 2022-07-14 Osram Gmbh Projektionsanordnung
US9277206B1 (en) * 2013-01-28 2016-03-01 Cognex Corporation Dual-view laser-based three-dimensional capture system and method for employing the same
JP2014179905A (ja) * 2013-03-15 2014-09-25 Ricoh Co Ltd 投射装置、可視光通信方法およびプログラム
JP5725138B2 (ja) * 2013-12-02 2015-05-27 セイコーエプソン株式会社 照明装置およびプロジェクター
GB2529613B (en) * 2014-07-03 2020-05-20 Smidsy Ltd Vehicle mounted laser projector
JP2017045745A (ja) * 2015-08-24 2017-03-02 セイコーエプソン株式会社 発光装置、発光装置の製造方法、およびプロジェクター
JP6586635B2 (ja) * 2015-11-25 2019-10-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 画像表示装置
CN107587318B (zh) * 2016-07-07 2020-02-21 青岛海高设计制造有限公司 一种用于洗衣机的激光投影显示***
CN106054511A (zh) * 2016-08-02 2016-10-26 深圳市华星光电技术有限公司 投影装置及投影***
DE102016117967A1 (de) * 2016-09-23 2018-03-29 Carl Zeiss Jena Gmbh Leuchteinrichtung für ein Fahrzeug
KR102579249B1 (ko) 2017-03-21 2023-09-15 매직 립, 인코포레이티드 공간 광 변조기들을 조명하기 위한 방법들, 디바이스들, 및 시스템들
CA3056899C (en) * 2017-03-21 2023-09-19 Magic Leap, Inc. Low-profile beam splitter
CN108737798A (zh) * 2017-04-17 2018-11-02 深圳市光峰光电技术有限公司 投影***及投影方法
EP3770681A4 (en) * 2018-03-20 2021-03-24 Sony Corporation IMAGE DISPLAY DEVICE
CN111694208B (zh) * 2019-03-14 2022-02-22 中强光电股份有限公司 投影装置
CN113176701B (zh) * 2019-10-14 2022-07-12 嘉兴驭光光电科技有限公司 投影装置和图案投射方法
CN113109986B (zh) * 2020-01-10 2022-08-16 明基智能科技（上海）有限公司 投影装置
EP4103984A4 (en) * 2020-02-11 2024-06-12 Valve Corp CAMERA DEVICE USING SPATIAL VARIATION POLARIZERS
CN113805419B (zh) 2020-06-15 2024-02-09 中强光电股份有限公司 照明***及投影装置
CN114647137A (zh) * 2020-12-18 2022-06-21 深圳光峰科技股份有限公司 一种光调制器与投影显示***

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10254059A (ja) * 1997-03-10 1998-09-25 Omron Corp 画像表示装置及び液晶プロジェクタ
JP2000131762A (ja) 1998-10-29 2000-05-12 Sony Corp 投射型表示装置
JP2001281762A (ja) 2000-01-24 2001-10-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 投写型画像表示装置

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4900135A (en) * 1985-04-13 1990-02-13 Canon Kabushiki Kaisha Optical element
JPS63118125A (ja) 1986-11-06 1988-05-23 Hitachi Ltd 液晶表示装置
JP2622185B2 (ja) 1990-06-28 1997-06-18 シャープ株式会社 カラー液晶表示装置
US5737113A (en) * 1995-08-04 1998-04-07 Canon Kabushiki Kaisha Optical modulators and color image display device employing the same
US6061111A (en) * 1995-11-30 2000-05-09 Sony Corporation Reflective LCD having orientation film formed on quarter wavelayer and planarizing film formed on reflector layer
JPH09160011A (ja) * 1995-12-14 1997-06-20 Sharp Corp 投影型画像表示装置
JP3199312B2 (ja) * 1997-11-06 2001-08-20 キヤノン株式会社 液晶表示装置
JPH11305192A (ja) * 1998-04-27 1999-11-05 Sony Corp 光変調素子および画像投射表示装置
JP3585097B2 (ja) * 1998-06-04 2004-11-04 セイコーエプソン株式会社 光源装置，光学装置および液晶表示装置
US6285426B1 (en) * 1998-07-06 2001-09-04 Motorola, Inc. Ridged reflector having optically transmissive properties for an optical display device
JP3641979B2 (ja) 1999-06-07 2005-04-27 セイコーエプソン株式会社 投写型表示装置
JP2002139792A (ja) * 2000-10-30 2002-05-17 Ricoh Co Ltd 画像表示装置
US6594090B2 (en) * 2001-08-27 2003-07-15 Eastman Kodak Company Laser projection display system
JP2003066369A (ja) 2001-08-28 2003-03-05 Canon Inc 画像表示装置、画像表示装置の制御方法、画像処理システム
CN1266949C (zh) * 2001-09-14 2006-07-26 中华映管股份有限公司 反射式液晶投影***
JP2003147055A (ja) 2001-11-09 2003-05-21 Tomiyama Pure Chemical Industries Ltd ポリピロールの製造方法及び固体電解コンデンサ
US7446822B2 (en) 2002-05-15 2008-11-04 Symbol Technologies, Inc. High-resolution image projection
US7301587B2 (en) * 2003-02-28 2007-11-27 Nec Corporation Image display device and portable terminal device using the same
JP4349048B2 (ja) * 2003-09-22 2009-10-21 セイコーエプソン株式会社 プロジェクタ
JP2005116799A (ja) 2003-10-08 2005-04-28 Seiko Epson Corp 発光体およびプロジェクタ
JP4359615B2 (ja) * 2004-04-09 2009-11-04 パナソニック株式会社 レーザ画像表示装置
JP2007058163A (ja) * 2005-07-27 2007-03-08 Ricoh Co Ltd 光源装置、光変調装置、表示装置、集光照明装置、及び投射型カラー表示装置
US20070040965A1 (en) * 2005-08-19 2007-02-22 Da-Shuang Kuan Reflective liquid crystal on silicon panel and projection display apparatus using the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10254059A (ja) * 1997-03-10 1998-09-25 Omron Corp 画像表示装置及び液晶プロジェクタ
JP2000131762A (ja) 1998-10-29 2000-05-12 Sony Corp 投射型表示装置
JP2001281762A (ja) 2000-01-24 2001-10-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 投写型画像表示装置

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