JP2007058018A

JP2007058018A - 投写型表示装置

Info

Publication number: JP2007058018A
Application number: JP2005245546A
Authority: JP
Inventors: Koji Ishii; 孝治石井
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2005-08-26
Publication date: 2007-03-08

Abstract

【課題】この発明は、偏光変換素子に与えられる温度の分布を考慮し、耐熱性、耐久性のある偏光変換素子を提供することを目的とする。
【解決手段】この発明の偏光変換素子は、光源からの入射光のうち所定偏光方向の第１の偏光光を透過させ且つ該所定偏光方向に直交する偏光方向の第２の偏光光を反射させる偏光膜と、この偏光膜で反射された第２の偏光光を反射させる反射膜とが、透明部材の内部に配設され、前記透明部材の第１の偏光光の出射側と第２の偏光光の出射側の何れか一方に位相差板を設けた偏光変換部を複数個並列に密接配設した偏光変換素子５において、光軸の中心部に近い箇所の前記位相差板５３ａは水晶の位相差板が用いられ、他の箇所の位相差板５３ｂは樹脂製の位相差板が用いられている。
【選択図】図３

Description

この発明は、インテグレータ光学系と偏光変換光学系を組み合わせた照明光学系を用いた投写型表示装置に関する。

従来より、大画面映像を表示する装置として、照明装置の強力な光を液晶パネルに照射し、この液晶パネルに表示されている画像をスクリーン上に拡大投写する投写型映像表示装置が知られている。液晶パネルは、偏光板との組み合わせにより、入射光のうちある偏光方向の光を変調して画像を表示する素子である。一般に、照明装置から出射される光は様々な偏光成分を含んでいるため、偏光変換素子を用いて単一の偏光光に変換された後、液晶パネルへ照射される構成になっている。

図１は、一般的な照明光学系を用いた投写型表示装置の基本構成を示す模式図である。同図において、光源部１から射出された白色光は、パラボラ形状のリフレクタ２にて平行光として出射され、赤外および紫外成分を除去するＵＶ−ＩＲカットフィルタ（図示せず）を通過し、矩形形状の複数の凸レンズ群で構成された第１、第２フライアイレンズ３、４からなる、いわゆるインテグレータ光学系にて光束分割される。それぞれの光束は収束して偏光変換素子５に入射し、偏光方向が揃えられて出射される。

そして、偏光方向が揃えられた光はコンデンサーレンズ６等を通過した後、ダイクロイックミラー７によって青色帯域光は透過し、赤から緑色帯域の光は反射される。

ダイクロイックミラー７を透過した青色帯域光は全反射ミラー８によって光路を９０度変えられ、青色帯域光成分画像を表示する液晶表示素子９に入射し、ここで入力信号に応じて光変調される。液晶表示素子には、図示はしないが入射側偏光板、出射側偏光板が設けられている。

光変調された光は、ダイクロイックプリズム１０に入射し、ダイクロイックプリズム１０内で光路を９０度変えられて投写レンズ１１に入射し、拡大投影されスクリーン（図示しない）上に結像される。

一方、ダイクロイックミラー７によって反射され光路を９０度変えられた赤から緑色帯域光は、ダイクロイックミラー１２に入射する。ダイクロイックミラー１２は緑色帯域光を反射する特性を有しているため、ここで緑色帯域光は反射され、その光路を９０度変えられ、液晶表示素子１３に入射し、ここで入力信号に応じて光変調される。光変調された緑色帯域光はダイクロイックプリズム１０、投写レンズ１１の順に入射し、拡大投影されスクリーン上に結像される。

ダイクロイックミラー１２を透過した赤色帯域光は、レンズ（図示しない）や全反射ミラー１６、１７を介して、液晶表示素子１４に入射し、ここで入力信号に応じて光変調される。光変調された赤色帯域光は、ダイクロイックプリズム１０に入射し、ダイクロプリズム１０で光路を９０度変えられて投写レンズ１１に入射し拡大投影されスクリーン上に結像される。

上記したように、ランダムな偏光光を発生する光源から１種類の偏光光を効率よく発生させるために、偏光変換素子５が利用されている。図２に従い偏光変換素子５の構成につき説明する。

図２は、図１の第１フライアイレンズ３、第２フライアイレンズ４および偏光変換素子５の一部分を拡大して示した模式図である。

偏光変換素子５は、光学系の光軸に対して４５°の角度をなす偏光膜５１…と、反射膜５２…と、この偏光膜、反射膜をそれぞれ挟み込む透明部材５０…と、位相差板５３…で構成されている。透明部材としては、例えばガラスが用いられる。そして、表面に偏光膜、裏面に反射膜を設けたガラス板などの透明部材を４５度の角度で順次密接して配置し、そして所定の出射面、入射面が偏光膜、反射膜に対して４５度の角度を有するように切り出して図３に示す透明部材５０が形成される。位相差板５３は偏光膜５１上の透明部材５０の出射側面に貼り付けられている。

この例においては、位相差板５３が貼り付けられ、偏光膜５１を挟み込んだ透明部材部分とその隣りの反射膜５２を挟み込んだ透明部材部分とで、偏光変換部６０が構成されている。交互に設けられる偏光膜５１と反射膜５２のピッチ（ｘ）は、第２フライアイレンズ４のレンズセル４ａの幅（Ｗ）の略１／２より僅かに大きくされている。なお、反射膜５２は、入射光を反射してくれればよいから、偏光膜を設置してその反射機能のみを用いるようにしてもよい。

次に、偏光変換素子５の作用を説明する。光源より出射した光Ｌは、第１フライアイレンズ３、第２フライアイレンズ４を経て、対応する偏光変換部６０の偏光膜５１に入射する。偏光膜５１は、所定の偏光方向、この実施形態ではＰ偏光光を透過させ、これに直交する偏光方向の偏光光、この実施形態ではＳ偏光を反射させるものであり、偏光膜５１に入射した光は、偏光膜５１に対してＳ偏光成分は反射され、Ｐ偏光成分は透過する。反射されたＳ偏光成分は隣の反射膜５２にて再度反射され、外部へ出射される。一方、偏光膜５１を透過したＰ偏光成分が出射する面には、位相差板５３が配置されているので、Ｐ偏光光はＳ偏光光に変換されて出射される。従って、偏光変換素子１を出射する光は、すべてＳ偏光の光とされる。

ところで、上記した偏光変換素子５の構成要素の１つである位相差板５３としては、従来、ポリカーボネートフィルムが用いられていた。

しかしながら、偏光変換素子５は、光の熱など長期のエージングにより、黄変等の問題があった。

そこで、偏光変換素子の構成要素の１つである位相差板として水晶を用いて、耐熱性、耐久性を向上させた偏光変換素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３０２５２３号公報（Ｇ０２Ｂ５／３０）

上記した特許文献１の構成によれば、耐久性、耐熱性は向上するが、水晶という高価な部材を用いる必要があり、コストが嵩むという問題があった。しかも、水晶の位相差板は、光学用人工水晶を切り出して成形されるので、大きな位相差板になればなるほど高価になるともにその形成が飛躍的に困難になるという問題があった。

そこで、この発明は、偏光変換素子を用いた安価な投写型表示装置を提供することを目的とする。

この発明の投写型表示装置は、光源からの光を複数の光束に分割するインテグレータ光学系と、このインテグレータ光学系からの複数の光束の偏光方向を所定の偏光方向に揃える偏光変換素子と、この偏光変換素子からの光束が照射され、映像信号に応じて光学像を形成する光変調素子と、この光学像を拡大して表示する投写レンズとを備えた投写型表示装置において、前記偏光変換素子は、光源からの入射光のうち所定偏光方向の第１の偏光光を透過させ且つ該所定偏光方向に直交する偏光方向の第２の偏光光を反射させる偏光膜と、この偏光膜で反射された第２の偏光光を反射させる反射膜とが、透明部材の内部に配設され、前記透明部材の第１の偏光光の出射側と第２の偏光光の出射側の何れか一方に複数に分割された位相差板を設けた偏光変換部が配設されていることを特徴とする。

前記分割された位相差板間の間隙が前記インテグレータ光学系で分割された光束間の位置に対応するように前記複数に分割された位相差板を前記透明部材に配設するように構成すると良い。

また、前記位相差板は水晶板で構成すればよい。

また、光軸の中心部に近い箇所の前記位相差板は水晶板の位相差板を用い、他の箇所の前記位相差板は樹脂製の位相差板を用いるように構成することができる。

この発明によれば、大きな水晶を切り出すことなく位相差板を構成することができ、比較的低コストで容易に大きな偏光変換素子を作成できる。又、耐熱、耐光性に優れた水晶位相差板を使用できるので、偏光変換素子の長寿命化も図れる。

また、偏光変換素子に与えられる温度の分布を考慮すると、耐熱性、耐久性のある優れた安価な偏光変換素子が提供でき、安価な投写型表示装置を提供できる。

この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。

図３は、この発明の実施形態を説明するための構成図であり、第１フライアイレンズ３、第２フライアイレンズ４および偏光変換素子５の一部分を拡大して示している。図４は、この発明に用いられる偏光変換素子を示す模式的断面図、図５は、この発明の実施形態における偏光変換素子を示す斜視図である。

光源部１から射出された白色光は、パラボラ形状のリフレクタ２にて平行光として出射され、矩形形状の複数の凸レンズ群で構成された第１、第２フライアイレンズ３、４からなる、いわゆるイフライアインテグレータ光学系にて光束分割される。

第１フライアイレンズ３は、矩形形状の凸レンズ３ａを複数個、縦横に配列され、同じく第２フライアイレンズ４は、矩形形状の凸レンズ４ａを複数個、縦横に配列されて構成されている。光源部１からの光を第１のフライアイレンズ３でフライアイレンズで光束分割し、それぞれの光束を第２のフライアイレンズ４により、複数の光束の束として照射領域に導くものである。これによって、光源部１の輝度むらを分散させて、照射面で一様な照度分布を得ている。

この実施形態においては、第１、第２のフライアイレンズ３、４のレンズ３ａ、４ａのレンズサイズは、横７ｍｍ、縦５．４ｍｍである。

そして、この第２のフライアイレンズ４に近接してこの実施形態では、１３０ｍｍ（図中Ｆ）×１３０ｍｍ（図中Ｇ）の偏光変換素子５が配置される。

図４に示すように、この偏光変換素子５も前述した偏光変換素子と同様に、光学系の光軸に対して４５°の角度をなす偏光膜５１…と、反射膜５２…と、この偏光膜、反射膜をそれぞれ挟み込む透明部材５０…とを備える。そして、位相差板５３０としては、複数に分割された水晶平板からなる位相差板で構成されている。

透明部材５０としては、例えばガラスが用いられる。そして、表面に偏光膜、裏面に反射膜を設けたガラス板などの透明部材を４５度の角度で順次密接して配置し、そして所定の出射面、入射面が偏光膜、反射膜に対して４５度の角度を有するように切り出して図４、図５に示す偏光変換素子５が形成される。位相差板５３０…は偏光膜５１上の透明部材５０の出射側面の所定の位置に偏光変化素子の高さ方向に２以上に分割された貼り付けられている。

この例においては、位相差板５３０が貼り付けられ、偏光膜５１を挟み込んだ透明部材部分とその隣りの反射膜５２を挟み込んだ透明部材部分とで、偏光変換部が構成されている。交互に設けられる偏光膜５１と反射膜５２のピッチは、第２フライアイレンズ４のレンズセル４ａの幅の略１／２より僅かに大きく、その幅（Ｈ）は、この実施形態では、３．５ｍｍに形成されている。

そして、この実施形態における偏光変換部は、図５に示すように、矩形状の位相差板５３０を縦方向に複数個規則正しく配置して、１つの位相差板としての機能を持たしている。

この実施形態における偏光変換素子５は、分割された位相差板５３０、５３０間の間隙がインテグレータ光学系で分割された光束間の位置に対応するように、複数に分割された位相差板５３０…を透明部材５０に、治具などを用いて位置決めを行い接着剤を用いて配設固定されている。

このように、インテグレータ光学系で分割された光束間の位置に対応して、位相差板５３０、５３０のつなぎ目が位置することにより、つなぎ目の隙間には光が照射されることはないので、インテグレータ光学系からの光束を全て無駄なく偏光変換することができる。

この実施形態のように、第１、第２のフライアイレンズ３、４のレンズ３ａ、４ａのサイズが横７ｍｍ、縦５．４ｍｍのものを用いる。そして、そのインテグレータ光学系としての焦点距離は４３．３ｍｍとする。また、第１、第２のフライアイレンズ３、４間（図中Ａ）は４０．７ｍｍ、第１のフライアイレンズ３の出力から第２のフライアイレンズ４の出力（図中Ｂ）は４３．７ｍｍ、第２のフライアイレンズ４の出力から偏光変換素子５の位相差板迄の距離（図中Ｃ）は５．５ｍｍとする。

このような設計条件の場合、位相差板５３０の有効サイズは、横３．４ｍｍ、縦５．１ｍｍとなる。このとき、各位相差板５３０、５３０間は、０．６ｍｍ程度の隙間になる。

このことから、横３．４ｍｍ、縦５．１ｍｍの位相差板５３０を０．６ｍｍの間隔で縦方向（偏光変換素子の高さ方向）に規則正しく配設することで、図５に示す偏光変換素子５が得られる。

このように、この実施形態では、横３．４ｍｍ、縦５．１ｍｍの水晶位相差板５３０を複数個用いて１３０×１３０ｍｍの偏光変換素子５を構成することができる。従って、大きな水晶を切り出すことなく位相差板を構成することができ、比較的低コストで容易に大きな偏光変換素子５を作成できる。又、耐熱、耐光性に優れた水晶位相差板を使用できるので、偏光変換素子５の長寿命化も図れる。

上記した実施形態においては、フライアイレンズ４のレンズ４ａの数に対応して水晶位相差板５３０を設けたが、必ずしもレンズ４ａの数に対応しなくても良く、偏光変換素子の有効高さを複数に分割して構成しても良い。図６は、この発明に用いられる他の実施形態にかかる偏光変換素子を示す斜視図である。

図６に示す偏光変換素子５は、レンズサイズの２以上の数に対応し、偏光変換素子の有効高さに対して２分割にした大きさの位相差板５３０ａを用いている。この図６に示すものにおいても位相差板５３０ａと５３０ａとのつなぎ目には、インテグレータ光学系で分割された光束間の位置に対応させている。

このように、位相差板の数が少なくなると、位相差板の貼り付け工程は容易になる。また、位相差板５３０の有効サイズは、インテグレータ間隔、焦点距離、レンズサイズなどにより各種条件によって変動する。そこで、使用する位相差板大きさ、そのコスト、貼り付け工程等を考慮して、用いる位相差板の分割数等を決めればよい。ところで、投写型映像表示装置においては、光軸Ｃの中心部から光強度が強く、周りに行くほど強度が弱くなる。図７は、光強度に対応した偏光変換素子の実施形態を示す斜視図である。

図７に示すように、高温領域（９０℃〜１００℃程度）になる部分は、高さ方向で複数に分割された水晶位相差板５３０ｂを用い、他の部分の位相差板５３１は、樹脂製の位相差板で構成した。

このように、耐熱性等が必要な部分だけ高価な水晶位相差板を用い、他の場所には安価な樹脂製位相差板５３１を用いることで、偏光変換素子５に与えられる温度の分布を考慮した耐熱性、耐久性のある優れた偏光変換素子５が更に、コストを削減して提供できる。

樹脂製の位相差板５３１としては、ポリカーボネートや環状オレフィン樹脂、ポリカーボネートを厚み方向へ特殊な方法により延伸させたものや、フルオレン骨格を導入したポリカーボネートフィルムを用いることができる。

上記したこの発明に係る偏光変換素子を図１に示す投写型表示装置の偏光変換素子５として用いれば、耐久性に優れ且つ安価に提供できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

一般的な照明光学系を用いた投写型表示装置の基本構成を示す模式図である。図１の第１フライアイレンズ、第２フライアイレンズおよび偏光変換素子の一部分を拡大して示した模式図である。この発明の実施形態を説明するための構成図であり、第１フライアイレンズ、第２フライアイレンズおよび偏光変換素子の一部分を拡大して示している。この発明に用いられる偏光変換素子を示す模式的断面図である。この発明の実施形態における偏光変換素子を示す斜視図である。この発明の他の実施形態における偏光変換素子を示す斜視図である。この発明の更に他の実施形態における偏光変換素子を示す斜視図である。

符号の説明

５偏光変換素子
５１偏光膜
５２反射膜
５０透明部材
５３０水晶位相差板

Claims

光源からの光を複数の光束に分割するインテグレータ光学系と、このインテグレータ光学系からの複数の光束の偏光方向を所定の偏光方向に揃える偏光変換素子と、この偏光変換素子からの光束が照射され、映像信号に応じて光学像を形成する光変調素子と、この光学像を拡大して表示する投写レンズとを備えた投写型表示装置において、前記偏光変換素子は、光源からの入射光のうち所定偏光方向の第１の偏光光を透過させ且つ該所定偏光方向に直交する偏光方向の第２の偏光光を反射させる偏光膜と、この偏光膜で反射された第２の偏光光を反射させる反射膜とが、透明部材の内部に配設され、前記透明部材の第１の偏光光の出射側と第２の偏光光の出射側の何れか一方に複数に分割された位相差板を設けた偏光変換部が配設されていることを特徴とする投写型表示装置。
前記分割された位相差板間の間隙が前記インテグレータ光学系で分割された光束間の位置に対応するように前記複数に分割された位相差板を前記透明部材に配設することを特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置。
前記位相差板は水晶板で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の投写型表示装置。
光軸の中心部に近い箇所の前記位相差板は水晶板の位相差板が用いられ、他の箇所の前記位相差板は樹脂製の位相差板が用いられていることを特徴とする請求項１または２に記載の投写型表示装置。