JP2007279749A

JP2007279749A - 投射型表示装置

Info

Publication number: JP2007279749A
Application number: JP2007104881A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Hirakata; 吉晴平形; Shunpei Yamazaki; 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2007-04-12
Filing date: 2007-04-12
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2017-11-28
Also published as: JP4610577B2

Abstract

【課題】投射型表示装置において、光の利用効率を向上する。
【解決手段】光をＰ偏光波とＳ偏光波とに分離する第１の分離面を備えた偏光ビームスプリッタと、パネルと、を有する投射型表示装置であって、パネルに入射されるＳ偏光波は、偏光ビームスプリッタに入射したＰ偏光波が、λ／４波長板及び第１のミラーによって変換されたものであり、偏光ビームスプリッタへの入射光路に戻されるＳ偏光波は、第２のミラーによって反射されたものである。
【選択図】図６

Description

本発明は、投射型の液晶表示装置について、光源の利用効率を向上するための技術に関するものである。

近年、ＣＲＴに替わるディスプレイとして、液晶ディスプレイ、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）、有機ELディスプレイ等のフラットディスプレイの技術開発が進められており、開発の１つの方向として大画面化が挙げられる。大画面液晶ディスプレイには、直視型と投射型の２つのタイプがある。

液晶ディスプレイの特徴は、液晶パネルへの入射光を電場（磁場）の振動方向が一定である直線偏光を用いる点にある。投射型の液晶ディスプレイでは偏光光線を得るために、偏光ビームスプリッタが広く用いられている。図１０に、従来例の偏光ビームスプリッタを用いた投射型液晶ディスプレイの光学的な構造を示す。

光源部１はメタルハライドランプ２、リフレクタ３で構成されている。メタルハライドランプ２から直接に放射された光束及びリフレクタ３での反射光束は、マルチアレイレンズ４を経て偏光ビームスプリッタ５に入射する。

偏光ビームスプリッタ５は偏光子とビームスプリッタの機能を合わせ持った光学部材である。偏光ビームスプリッタ５は一対の直角プリズムの斜面同士を貼り合わせた正方体構造を有し、貼り合わされた斜面には誘電体多層膜でなるコーティング層５ａを有する。

偏光ビームスプリッタ５に入射した光線うち、Ｐ偏光成分を有するＰ偏光波（横波）１０P はコーティング層５ａを透過し、Ｓ偏光成分を有するＳ偏光波（縦波）１０Sはコーティング層５ａで反射される。ここでＰ偏光波１０Pはコーテ
ィング層５ａで規定された入射面に対して電界ベクトルが平行となる偏光面を有する直線偏光である。他方、Ｓ偏光波１０Sコーティング層５ａで規定された入射面に対して電界ベクトルが平行となる偏光面を有する直線偏光である。反射されたＳ偏光波１０Sは透過型液晶パネル６を透過することによって光学変調され、また偏光面も９０度回転されてＰ偏光波１１Pに変換される。Ｐ偏光波１１P は投影光学系７によってスクリーン８に投影され、画像として表示される。

一般に、偏光ビームスプリッタ５のＳ偏光に対する反射率は９８％以上もあり、光吸収型の偏光板よりも光損失が小さいという長所がある。しかしながら図１０からも明らかなように、表示に使用されるているのは光源１を出射した光のうち、Ｓ偏光成分だけであって、Ｐ偏光成分は使用されていない。明るい表示をするために、このような光損出分を補うには、ランプ２出力を上げればよいが、ランプ２の消費電力が高くなり、また発熱やランプ寿命を縮めてしまうという問題が生ずる。

本発明の目的は、上述した問題点を解消して、光利用の向上して、高輝度化及び省電力化を可能にした投射型液晶表示装置を提供することにある。

上述の課題を解決するために、本発明の投射型液晶表示装置は、光源部と、前記光源部からの放射光が入射する入射面と、前記放射光をＰ偏光波とＳ偏光波とに分離する分離面と、前記Ｐ偏光波が出射される第１の出射面と、前記Ｓ偏光波が出射される第２の出射面とを有する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタの第１の出射面の出射方向に配置されたミラーと、前記偏光ビームスプリッタの第２の出射面の出射方向に配置された液晶パネルとを有し、第１の出射面の出射光は前記ミラーで反射されて、前記第１の出射面へ入射されることを特徴とする。

また他の発明に係る投射型液晶表示装置の構成は、光源部と、前記光源部からの放射光が入射する入射面と、前記放射光をＰ偏光波とＳ偏光波とに分離する分離面と、前記Ｐ偏光波が出射される第１の出射面と、前記Ｓ偏光波が出射される第２の出射面と、前記入射面及び前記第１の出射面に隣接し前記第２の出射面に対向する第３の出射面とを有する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタの第１の出射面の出射方向に配置された第１のミラーと、前記第１の出射面と前記第１のミラーとの間に配置された１／４波長板と、前記偏光ビームスプリッタの第２の出射面の出射方向に配置された第２のミラーと、前記偏光ビームスプリッタの第３の出射面の出射方向に配置された液晶パネルとを有し、前記第１の出射面からの出射光は前記第１のミラーで反射されて前記第１の出射面へ入射され、前記第２の出射面からの出射光は前記第２のミラーで反射されて前記第２の出射面へ入射されることを特徴とする。

更に他の発明に係る投射型液晶表示装置の構成は、光源部と、前記光源部からの放射光が入射する入射面と、前記放射光をＰ偏光波とＳ偏光波とに分離する分離面と、前記Ｐ偏光波が出射される第１の出射面と、前記Ｓ偏光波が出射される第２の出射面と、前記入射面及び前記第１の出射面に隣接し前記第２の出射面に対向する第３の出射面とを有する第１の偏光ビームスプリッタと、前記第１の偏光ビームスプリッタの第１の出射面の出射方向に配置されたミラーと、前記第１の出射面とミラーとの間に配置された１／４波長板と、前記第１の偏光ビームスプリッタの第２の出射面の出射方向に配置された液晶パネルと、前記第１の偏光ビームスプリッタの第３の出射面の出射方向に配置された第２の偏光ビームスプリッタとを有し、前記第１の出射面からの出射光はミラーで反射されて前記第１の出射面へ入射され、前記第２の偏光ビームスプリッタは前記第３の出射面からの出射光をＰ偏光波とＳ偏光波に分離する第２の分離面と、該分離されたＳ偏光波が出射される第４の出射面を有し、前記第４の出射面から射出した光は、前記第１の偏光ビームスプリッタの入射面への入射光路に導かれるように構成されていることを特徴とする。

更に他の発明に係る投射型液晶表示装置の構成は、光源部と、前記光源部からの放射光が入射する入射面と、前記放射光をＰ偏光波とＳ偏光波とに分離する分離面と、前記Ｐ偏光波が出射される第１の出射面と、前記Ｓ偏光波が出射される第２の出射面と、前記入射面及び前記第１の出射面に隣接し前記第２の出射面に対向する第３の出射面とを有する第１の偏光ビームスプリッタと、前記第１の偏光ビームスプリッタの第１の出射面の出射方向に配置された液晶パネルと、前記第１の偏光ビームスプリッタの第２の出射面の出射方向に配置された第２の偏光ビームスプリッタとを有し、前記第２の偏光ビームスプリッタは前記第２の出射面からの出射光をＰ偏光波とＳ偏光波に分離する第２の分離面と、該分離されたＳ偏光波が出射される第４の出射面と、前記第４の出射面と対向する前記第５の出射面を有し、前記第４の出射面の出射方向には１／４波長板が配置され、前記第５の出射面の出射方向にはミラーが配置され、前記前記第４の出射面から射出した光は、前記第１の偏光ビームスプリッタの入射面への入射光路に導かれるように構成されていることを特徴とする。

本発明では、偏光ビームスプリッタによって、光源部からの放射光をＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離する投射型の液晶表示装置に関して、液晶パネルに入射されない偏光成分を有する直線偏光を光源部に戻し、再び液晶パネルに入射させるようにすることで、光の利用効率を上げることができるため、投射型液晶表示装置の省電力化及び高画質化できる。

以下、図１〜図９を用いて、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１に本実施例の投射型液晶表示装置の光学的な構成を示す。本実施例では単板式透過型の液晶表示の例を示す。

光源部１０１はメタルハライドランプ等のランプ１０２と、リフレクタ１０３でなる。光源部１０１の前方には、赤外成分を遮断するＩＲフィルタ１０４、マルチレンズアレイ１０５、偏光ビームスプリッタ１０６、全反射ミラー１１１が順次に配置されている。

偏光ビームスプリッタ１０６は合成石英で形成された一対の直角プリズムの斜面同士が貼り合わされた立方体構造を有する。このプリズムの斜面には誘電体多層膜が形成されおり、斜面に入射した光を互いに直交する偏光面を有する２つの直線偏光に分離し、それぞれの直線偏光の出射方向を分岐する作用を有する分離面１０６ａとなっている。分離面１０６ａでは、分離面１０６ａで規定された入射面に対して電界ベクトルが平行となる偏光面を有する直線偏光（これをＰ偏光波とよぶ）は透過され、この入射面に対して電界ベクトルが垂直な偏光面を有する直線偏光（これをＳ偏光波とよぶ）は反射される。

光源部１０１からの放射光のＳ偏光成分（Ｓ偏光波）１２０Sが偏光ビームスプリッタ１０６の分離面１０６ａで反射される方向の光路上には、透過型液晶パネル１０７、偏光板１０８、投影光学系１０９、スクリーン１１０が順次に配置されている。なお、図１では投影光学系１０９と１枚のレンズで表しているが、単数の他、複数のレンズ系で構成しても良い。

光源部１０１からの放射光のＰ偏光成分（Ｐ偏光波）１２０Pが分離面１０６ａを透過する方向の光路上には全反射ミラー１１１が配置されている。この全反射ミラー１１１は偏光ビームスプリッタ１０６の出射面に接して設けられて、一体化されている。

光源部１０１で発生した放射光はＩＲフィルタ１０４において赤外成分が除去される。この放射光はランプ１０２から直接出射した光束と、この光束のリフレクタ１０３での乱反射光である。ＩＲフィルタ１０４を通過した光束はマルチレンズアレイ１０５を通過して、偏光ビームスプリッタ１０６に入射する。入射光のうちＳ偏光波１２０Sは分離面１０６ａで反射されて、Ｐ偏光波１２０Pは透
過する。

偏光ビームスプリッタ１０６を出射したＳ偏光波１２０Sは、透過型液晶パネル１０７へ入射する。パネル１０７を透過した光は変調され、また偏光面が９０度回転されＰ偏光波１２１Pに変換される。Ｐ偏光波１２１Pは偏光板１０８を
透過することによって混入しているＳ偏光成分が除去された後、投影光学系１０９によって投射され、スクリーン１１０に画像として表示される。

なお、単板式の場合には、フルカラー表示を行うにはＲＧＢ３原色のカラーフィルタを液晶パネル１０７に設ければよい。また偏光板１０８はコントラスト比を向上させるためのものであるが、光利用効率を下げる要因となるので、コントラスト比と光利用率との兼ね合いで省略してもよい。

一方、偏光ビームスプリッタ１０６に入射したＰ偏光波１２０Pは分離面１０６ａを透過して、偏光ビームスプリッタ１０６から出射される。そして、その出射面に設けられて全反射ミラー１１１で反射され出射方向と同じ光路に導かれる。再び偏光ビームスプリッタ１０６へ入射したＰ偏光波１２０Pは分離面１０６ａを透過して、光源部１０１の方へ戻される。

戻されたＰ偏光波１２０Pは光路周辺の反射部材やリフレクタ１０３等に乱反射されて、光源部１０１からの放射光として再び偏光ビームスプリッタ１０６へ入射される。そして光路周辺の反射部材やリフレクタ１０３等で繰り返し乱反射されることによって、Ｐ偏光波１２０PにＳ偏光波に変換される成分も生ずる。このＳ偏光成分は表示に寄与するＳ偏光波１２０Sとして偏光ビームスプリッタ１０６に入射させることができる。

本実施例では、全反射ミラー１１１によって、光源部１０１からの放射光のうち、液晶パネル１０７に導かれないＰ偏光波１２０Pを再びこの光源部１０１の放射光路に戻している。単純化すると、Ｐ偏光波１２０Pを光源部１０１のリフレクタ１０３と全反射ミラー１１１の間を往復させる。往復させている間に乱反射等の作用によって、Ｐ偏光成分をＳ偏成分に変換させるようにしている。本実施例によって、従来では光損失分であったＰ偏光波１２０Pを有効的に利用することができる。

なお、本実施例では偏光ビームスプリッタ１０６と全反射ミラー１１１を一体化したが、偏光ビームスプリッタ１０６と全反射ミラー１１１を分離して配置しても良いが、一体化することで光学系を小型化できるという利点がある。

本実施例は実施例１の変形例である。実施例１では、単板式の透過型表示装置を示したが、本実施例では、３板式の透過型表示装置の１実施例を示す。

図２には本実施例の投射型表示装置の部分的な光学構成を示す。３板式とするには、図１の１００で示す構成を図２に示す構成に置き換えればよい。Ｓ偏光波１２０Sの出射方向の光路上には、青色反射ダイクロイックミラー１５１、緑色反射ダイクロイックミラー１５２、赤色反射ダイクロイックミラー１５３が順次に配置されている。青色反射ダイクロイックミラー１５１の反射方向の光路上にはミラー１５４が配置され、赤色反射ダイクロイックミラー１５３の反射方向の光路上にはミラー１５５が配置されている。

ミラー１５４、緑色反射偏光ビームスプリッタ１５２、ミラー１５５のそれぞれの反射方向には、青色、緑色、赤色の画像データが入力される液晶パネル１５７B、１５７G、１５７Rが配置されている。これらパネルの透過方向にはクロ
スダイクロイックプリズム１５８が配置され、クロスダイクロイックプリズム１５８の前方には偏光板１５９、投影光学系１６０、スクリーン１６１が順次に配置されている。

３つのダイクロイックミラー１５１〜１５３によって白色光はＲＧＢ三原色に分光される。青色反射ダイクロイックミラー１５１では、入射した白色光のうち青色の波長光は反射され、他の波長は透過される。緑色反射ダイクロイックミラー１５２ではクロイックミラー１５１の透過光のうち緑色の波長光が反射され、他の波長光が透過される。赤色反射ダイクロイックミラー１５３では、ダイクロイックミラー１５２の透過光のうち赤色光は反射される。

青色光はミラー１５４で反射されて液晶パネル１５７Bに導かれ、緑色反射ダイクロイックミラー１５２で反射された緑色光は液晶パネル１５７Gに導かれ、赤色光はミラー１５で反射されて液晶パネル１５７Rに導かれる。液晶パネル１５７B、１５７G、１５７Rの透過光はそれぞれ青色画像、緑色画像、赤色画像
に対応し、これら三原色の画像はクロスダイクロイックプリズム１５８で合成され、偏光板１５９、投影光学系１６０を経てスクリーン１６１にフルカラー画像として表示される。

本実施例は実施例１の変形例である。実施例１では透過型の表示装置を示したが、本実施例は反射型液晶装置に関する。

図３に本実施例の投射型表示装置の部分的な光学構成を示す。図３において図１と同じ部号は同じ部材を示す。図１の透過型液晶表示装置を反射型液晶表示装置とするには、図１で１００で示す構成を、図３の２００で示す構成に置き換えればよい。

偏光ビームスプリッタ１０６のＳ偏光波１２０Sの出射方向には、分離面２０１ａを有する偏光ビームスプリッタ２０１が配置されている。偏光ビームスプリッタ２０１の構成、機能は偏光ビームスプリッタ１０６と同様である。分離面２０１ａによるＳ偏光波１２０Sの反射方向には、反射型液晶パネル２０２が配置され、液晶パネル２０２の前方には偏光ビームスプリッタ２０１、偏光板２０３、投影光学系２０４、スクリーン２０５が順次に配置されている。

表示を行うには、偏光ビームスプリッタ１０６から出射されたＳ偏光波１２０は、偏光ビームスプリッタ２０１に入射され、その分離面２０１ａにて反射されて、偏光ビームスプリッタ２０１から出射される。偏光ビームスプリッタ２０１から出射されたＳ偏光波１２０Sは反射型液晶パネル２０２に入射し、画素電極で反射され、再び偏光ビームスプリッタ２０１に戻される。この反射光はパネルで変調されると同時に、偏光面が９０度回転されＰ偏光波２１０Pに変換されている。Ｐ偏光波２１０Pは偏光ビームスプリッタ２０１の分離面２０１ａを透過し、偏光板２０３を経て投影光学系２０４によってスクリーン２０５に投影され、画像として表示される。

なお、図３では２つの偏光ビームスプリッタ１０６を２０１を分離して配置したが、図４に示すように一体化した偏光ビームスプリッタ２２１とすることも可能である。偏光ビームスプリッタ２２１の分離面２２１ａ、２２１ｂがそれぞれ分離面１６０ａと２０１ａに対応する。

さらに、図３では単板式の場合を示したが、３板式としても良い。この場合には、図５に示すように、１枚の液晶パネル２０２の代わりに、クロスダイクロイックプリズム２３１と、青色、緑色、赤色の画像表示用の３枚の液晶パネル２３２B、２３２G、２３２Rを用いる。Ｓ偏光成分でなる白色光はクロスダイクロイックプリズム２３１で青色光、緑色光、赤色光に分離され、それぞれ対応する液晶パネル２３２B、２３２G、２３２Rへ入射される。液晶パネル２３２B、２３２G、２３２Rでの反射光はクロスダイクロイックプリズム２３１で合成され出射される。そして、偏光ビームスプリッタ２０１、偏光板２３０を通過し、投影光学系２０４によってスクリーンにフルカラー映像として表示される。

図６に本実施例の投射型液晶表示装置の光学的な構成を示す。本実施例では、単板式透過型の液晶表示の例を示す。

光源部３０１はメタルハライドランプ等のランプ３０２とリフレクタ３０３でなる。光源部３０１の前方には、同一光路上に赤外成分を遮断するＩＲフィルタ３０４、マルチレンズアレイ３０５、分離面３０６ａを有する偏光ビームスプリッタ３０６、１／４波長板３０７、全反射ミラー３０８順次に配置されている。また偏光ビームスプリッタ３０６は偏光ビームスプリッタ１０６と同様の構成、機能を有する。

偏光ビームスプリッタ３０６、１／４波長板３０７、全反射ミラー３０８はそれぞれの出射面が接するように、一体的に形成されている。更に偏光ビームスプリッタ３０６には、光源部３０１からの光が入射する入射面と、１／４波長板３０７が設けられている出射面とに隣接する２つの出射面うち、一方の出射面には全反射ミラー３０９が一体的に形成されている。他方の出射面については、その出射方向に、透過型液晶パネル３１１、偏光板３１２、投影光学系３１３、スクリーン３１４が配置されている。

表示を行う場合には、光源部３０１で発生された放射光はＩＲフィルタ３０４、マルチレンズアレイ３０５を通過して、偏光ビームスプリッタ３０６に入射する。偏光ビームスプリッタ３０６に入射したＰ偏光波３２０Pは分離面３０６ａを透過し、Ｓ偏光波３２０Sは反射される。

偏光ビームスプリッタ３０６から出射されたＰ偏光波３２０Pは１／４波長板３０７を透過して円偏光に変換され、全反射ミラー３０８に入射する。この円偏光は全反射ミラー３０８によって反射され入射光路と同じ光路に戻され、１／４波長板３０７を通ることによりＳ偏光波３２１Sに変換されて、再び偏光ビームスプリッタ３０６の分離面３０６ａに入射され、そこで反射されて透過型液晶パネル３１１に入射される。

Ｓ偏光波３２１Sは透過型液晶パネル３１１を透過することによって変調され、また偏光面が９０度回転されてＰ偏光波３２１Pに変換される。Ｐ偏光波３２１Pは偏光板３１２を経て投影光学系３１３によって投射されてスクリーン３１４に画像として表示される。

他方、光源部３０１からの放射光のうちＳ偏光波３２０は、偏光ビームスプリッタ３０６の分離面３０６ａで反射される。反射されたＳ偏光波３２０はそ全反射ミラー３０９で反射されて、同じ光路を経て偏光ビームスプリッタ３０６から出射されて、光源部３０１へと戻される。戻されたＳ偏光波３２０Sはリフレクタ３０３等で乱反射されて、光源部３０１からの放射光として再び偏光ビームスプリッタ３０６へ入射される。また、この際に光路周辺の反射部材やリフレクタ３０３等で繰り返し反射されることによってＰ偏光波に変換される成分も生じ、この成分は表示に寄与するＰ偏光波３２０Pとして偏光ビームスプリッタ３０６に入射させることができる。

即ち本実施例を単純化すると、Ｓ偏光波３２０Sを光源部３０１のリフレクタ３０３と全反射ミラー３０９の間を往復させている間に、乱反射等の作用によってＰ偏光波に変換させて、液晶パネル３１１へ入射させており、これによって光損出を下げるようにしたものである。

なお、本実施例では偏光ビームスプリッタ３０６に、１／４波長板３０７、全反射ミラー３０８と３０９を一体化したが、離して配置しても良い。一体化することによって、光学系の小型化が図れる。

また本実施例では、単板式の透過型液晶表示装置の例を示したが、実施例２を適用することによって３板式の透過型液晶表示装置とすることもできる。また、実施例３を適用することによって、単板式もしくは３板式の反射型の表示装置とすることもできる。

図７に本実施例の投射型液晶表示装置の光学的な構成を示す。本実施例では、透過型の液晶表示の例を示す。

光源部４０１はメタルハライドランプ等のランプ４０２とリフレクタ４０３でなる。光源部４０１の前方には、同一光路上に赤外成分を遮断するＩＲフィルタ４０４、マルチレンズアレイ４０５、偏光ビームスプリッタ４０６、１／４波長板４０７、全反射ミラー４０８が順次に配置され、偏光ビームスプリッタ４０６、１／４波長板４０７、全反射ミラー４０８は一体的に形成されている。また偏光ビームスプリッタ４０６は偏光ビームスプリッタ１０６と同様の構成、機能を有する。

偏光ビームスプリッタ４０６には、光源部４０１からの光が入射する入射面と、１／４波長板４０７が設けられている出射面とに隣接する２つの出射面のうち、一方の出射面の出射方向には、透過型液晶パネル４０９、偏光板４１０、投影光学系４１１、スクリーン４１２が順次配置されている。他方の出射面の出射方向には、分離面４１３ａを有する偏光ビームスプリッタ４１３、全反射ミラー４１４が順次に配置されており、偏光ビームスプリッタ４１３に接して全反射ミラー４１４が一体的に設けられている。偏光ビームスプリッタ４１３の全反射ミラー４１４が設けられている出射面と対向する出射面の出射方向には、ミラー４１５が配置されている。

光源部４０１で発生された放射光はＩＲフィルタ４０４、マルチレンズアレイ４０５を通過して、偏光ビームスプリッタ４０６に入射する。入射光のうち、Ｓ偏光波４２０Sは分離面４０６ａで反射され、Ｐ偏光波４２０Pは透過する。分離面４０６ａで反射されたＳ偏光波４２０Sは透過型液晶パネル４０９へ入射される。Ｓ偏光波４２０Sはパネルを透過することによって変調され、またこＰ偏光波４２１Pに変換される。パネル４０９から出射したＰ偏光波４２１Pは偏光板４１０を透過し、投影光学系４１１によって投射されて、スクリーン４１２に画像として表示される。

他方、偏光ビームスプリッタ４０６の分離面４０６ａを透過したＰ偏光波４２０Pは偏光ビームスプリッタ４０６を出射して、１／４波長板４０７により円偏光に変換され、全反射ミラー４０８によって反射され同じ光路を戻され、１／４波長板４０７を再び通ることによってＳ偏光波４２１Sに変換され、偏光ビームスプリッタ４０６の分離面４０６ａで反射され、偏光ビームスプリッタ４１３に入射される。そしてＳ偏光波４２１Sはこの分離面４１３ａで反射されて偏光ビームスプリッタ４１３から出射され、Ｓ偏光波４２１Sはミラー４１５で反射され、光源部４０１の放射光の出射光路へ戻される。

戻されたＳ偏光波４２１Sはリフレクタ４０３や光路周辺の反射部材等に乱反射されて、光源部４０１からの放射光として再び偏光ビームスプリッタ４０６へ入射される。即ち本実施例では、表示に使用されなかったＰ偏光波４２０PをＳ偏光波４２１Sとして光源部４１０へと戻すことができる。このＳ偏光波４２１Sは光源部４０１から放射されるＳ偏光波４２０Sとして用いることができる。即ち本実施例では、光源部４０１へ戻されるＳ偏光波４２１Sは、偏光ビームスプリッタ４０６によって液晶パネル４０９へ入射されるＳ偏光波４２０Sと同じ偏光であるという長所がある。

更に、本実施例では、偏光ビームスプリッタ４３０のＳ偏光波４２１Sの出射面から侵入したＰ偏光波４３０PとＳ偏光波４３０Sを光源部４０１へ戻すことができる。この点を以下に説明する。

偏光ビームスプリッタ４３０のＳ偏光波４２１Sの出射面から侵入したＰ偏光波４３０Pは、分離面４１３ａを透過して、全反射ミラー４１４に入射される。全反射ミラー４１４によって、Ｐ偏光波４３０Pは入射方向と同じ光路に戻され、ミラー４１５を経て光源部４０１の出射光路に戻される。

他方Ｓ偏光波４３０Sは偏光ビームスプリッタ４１３の分離面４１３ａ、偏光ビームスプリッタ４０６の分離面４０６ａでそれぞれ反射され、１／４波長板４０７、全反射ミラー４０８の作用によって、Ｐ偏光波４３１Pとして光源部４０１の方へ戻される。

戻されたＰ偏光波４３０P、４３１Pは光路周辺の反射部材やリフレクタ１０３等で繰り返し反射されたり、あるいはＰ偏光波４２０Pと同じ経路を経ることによって、Ｓ偏光波に変換され、このＳ偏光波は表示に寄与するＳ偏光波４２０Sとして偏光ビームスプリッタ４０６に入射させることができる。

本実施例では２つの偏光ビームスプリッタ４０６と４１３を使用したが、これら２つの偏光ビームスプリッタを一体的に形成しても良い。また、本実施例では単板式の透過型液晶表示装置としたが、実施例２や実施例３を適用して、３板式の透過型表示装置もしくは単板や３板式の反射型表示装置とすることは容易である。

例えば、実施例３に示すような反射型とした場合には、液晶パネルの入射・反射光の分離用に偏光ビームスプリッタを使用するため、合計３つの偏光ビームスプリッタを用いることとなる。この場合には、３つの偏光ビームスプリッタを分離して配置しても、また全てを一体的に形成しても良い。あるいは入射・反射光の分離用偏光ビームスプリッタを分離し、偏光ビームスプリッタ４０６と４１３を一体化したり、偏光ビームスプリッタ４１３を分離して、偏光ビームスプリッタ４０６と入射・反射光の分離用偏光ビームスプリッタを一体化することもできる。

また、本実施例では、Ｓ偏光波４２１Sを光源部４０１に戻すためミラー４１５を用いたが、ミラー等の複数の光学部材で構成しても良く、Ｓ偏光波４２１Sが光源部４０１の出射光路へ戻すことができればよい。

図８に本実施例の投射型液晶表示装置の光学的な構成を示す。実施例１〜５では液晶パネルへ最終的に入射される直線偏光をＳ偏光波としたが、本実施例ではＰ偏光波としたものである。

光源部５０１はメタルハライドランプ等のランプ５０２とリフレクタ５０３でなる。光源部５０１の前方には、同一光路上に赤外成分を遮断するＩＲフィルタ５０４、マルチレンズアレイ５０５、分離面５０６ａを有する偏光ビームスプリッタ５０６、反射型液晶パネル５０７が順次に配置されている。なお偏光ビームスプリッタ５０６は偏光ビームスプリッタ１０６と同様の構成、機能を有する。

更に偏光ビームスプリッタ５０６は光源部５０１からの光が入射する入射面と、液晶パネル５０７と対向している出射面とに隣接する２つの出射面を有するが、その１つの出射面の出射方向には、偏光板５０８、投影光学系５０９、スクリーン５１０が配置されている。

他方の出射面の出射方向には、分離面５１１ａを有する偏光ビームスプリッタ５１１が配置され、偏光ビームスプリッタ５１１の１つの出射面には全反射ミラー５１２が接して一体的に設けられている。更に全反射ミラー５１２が設けられている出射面と対向する出射面には、１／４波長板５１３が接して一体的に設けられている。１／４波長板５１３の前方にはミラー５１４が配置されている。

光源部５０１で発生された放射光はＩＲフィルタ５０４、マルチレンズアレイ５０５を通過して、偏光ビームスプリッタ５０６に入射する。入射光のうちＰ偏光波５２０Pは分離面５０６ａを透過し、Ｓ偏光波５２０Sは反射される。分離面５０６ａを透過したＰ偏光波５２０Pは反射型液晶パネル５０７へ入射され画素電極で反射され、再び偏光ビームスプリッタ５０６に入射する。入射した光は液晶パネル５０６でＳ偏光波５２１Sに変換されている。

他方、分離面５０６ａで反射されたＳ偏光波５２１Sは、偏光板５０８を透過し、投影光学系５０９によって投射されて、スクリーン５１０に画像として表示される。

一方、偏光ビームスプリッタ５０６の分離面５０６ａで反射されたＳ偏光波５２０Sは、偏光ビームスプリッタ５１１の方へ出射され、その分離面５１１ａで反射されて１／４波長板５１３へ出射される。１／４波長板５１３では偏光面が回転されるため、Ｓ偏光波５２０S はＰ偏光波５２１Pに変換される。Ｐ偏光波５２１Pはミラー５１４で反射されて、光源部５０１の放射光の出射光路へ戻される。即ち表示に使用されなかったＳ偏光波５２０SをＰ偏光波５２１Pとして光源部５０１に戻している。

戻されたＰ偏光波５２１Pはリフレクタ５０３等に乱反射されて、光源部５０１からのＰ偏光波５２０Pと共に再び偏光ビームスプリッタ５０６へ入射されて、液晶パネル５０７に導かれるため、光源部５０１からの放射光を有効に利用することができる。

更に本実施例では、偏光ビームスプリッタ５１１のＰ偏光波５２１Pの出射面から侵入したＰ偏光波５３０PとＰ偏光波５３０Sを光源部５０１へ戻すことができる。この点を以下に説明する。

偏光ビームスプリッタ５１１のＰ偏光波５２１Pの出射面から侵入したＰ偏光波５３０Pは、１／４波長板５１３の作用によってＳ偏光波５３１Sに変換される。Ｓ偏光波５３１Sは偏光ビームスプリッタ５１１の分離面５１１ａ、偏光ビームスプリッタ５０６の分離面５０６ａでそれぞれ反射されて光源部５０１の出射光路に戻される。

他方、偏光ビームスプリッタ５１１のＰ偏光波５２１Pの出射面から侵入したＳ偏光波５３０Sは、１／４波長板５１３の作用によってＰ偏光波５３１Pに変換される。Ｐ偏光波５３１Pは偏光ビームスプリッタ５１１の分離面５１１ａを透過し、全反射ミラー５１２で反射されて同じ光路を戻り、１／４波長板５１３によって再びＳ偏光波５３２Sに変換されて、ミラー５１４によって光源部５０１の出射光路に導かれる。

本実施例では２つの偏光ビームスプリッタ５０６と５１１を使用したが、これら２つの偏光ビームスプリッタを一体的に形成しても良い。また、本実施例では単板式の反射型液晶表示装置としたが、実施例２や実施例３を適用して、３板式の反射型表示装置もしくは単板や３板式の透過型表示装置とすることは容易である。

図９に本実施例の投射型液晶表示装置の光学的な構成を示す。本実施例は実施例１の変形例であり、マルチレンズアレイとプリズムでなる偏光ビームスプリッタの間に平板型の偏光ビームスプリッタと設けたものである。

メタルハライドランプ等のランプ６０２とリフレクタ６０３でなる光源部６０１の前方には、赤外成分を遮断するＩＲフィルタ６０４、マルチレンズアレイ６０５平板型の偏光ビームスプリッタ６０６、プリズムでなる偏光ビームスプリッタ６０７、全反射ミラー６０８が順次に配置されている。

平板型の偏光ビームスプリッタ６０６はＳ偏光成分を透過して、Ｐ偏光成分を反射する。偏光ビームスプリッタ６０７は偏光ビームスプリッタ１０６と同様の構成、機能を有し、偏光ビームスプリッタ６０７の出射面に接して全反射ミラー６０８が一体的に形成されている。

光源部６０１からの放射光のＳ偏光成分（Ｓ偏光波）６２０Sが偏光ビームスプリッタ６０７の分離面６０７ａで反射される方向の光路上には、透過型液晶パネル６０９、偏光板６１０、投影光学系６１１、スクリーン６１２が順次に配置されている。

光源部６０１で発生した放射光はＩＲフィルタ６０４、マルチレンズアレイ６０５を通過して、偏光ビームスプリッタ６０６に入射する。偏光ビームスプリッタ６０６では入射光のうちＳ偏光波６２０Sは透過され、Ｐ偏光波６２０Pは反射される。

偏光ビームスプリッタ６０６を透過したＳ偏光波６２０Sは、偏光ビームスプリッタ６０６の分離面６０７ａで反射され、透過型液晶パネル６０９へ入射する。パネル６０７を透過した光は変調され、また偏光面が９０度回転されＰ偏光波６２１Pに変換される。Ｐ偏光波１２１Pは偏光板６１０を通って投影光学系６１１によって投射され、スクリーン６１２に画像として表示される。

一方、偏光ビームスプリッタ６０６で反射されたＰ偏光波６２０Pは光源部６０１に戻されることとなり、リフレクタ６０３で反射されて再びＩＲフィルタ６０４の方へ出射される。即ち、Ｐ偏光波６２０Pは偏光ビームスプリッタ６０６とリフレクタ６０３の間の光路を往復され、光路を往復している間に乱反射等の作用によってＳ偏光波に変換される成分も生じ、このようなＳ偏光波はＳ偏光波６２０Sとして液晶パネル６０９へ入射させることができる。

また、偏光ビームスプリッタ６０６を透過してしまうＰ偏光波６３０Pも若干あるが、このようなＰ偏光波６３０Pは偏光ビームスプリッタ６０７を透過して全反射ミラーで、偏光ビームスプリッタ６０７へ戻されることとなる。従ってＰ偏光波６３０Pは偏光ビームスプリッタ６０７と全反射ミラー６０８の間の光路を往復する。往復している間に乱反射等の作用によってＳ偏光波に変換される成分も生じ、このようなＳ偏光波はＳ偏光波６２０Sとして液晶パネル６０９へ入射させることができる。

本実施例の平板型の偏光ビームスプリッタ６０６は、光源部で発生された放射光のうちＳ偏光成分を液晶パネルへ入射させる構成、図６に示す実施例４、図７に示す実施例５にも適用でき、この場合には、偏光ビームスプリッタ６０６をマルチレンズアレイと偏光ビームスプリッタの間の光路上に挿入すればよい。

あるいは、図６に示す実施例５のように光源部で発生したＰ偏光波を液晶パネルへ入射させる場合には、平板型偏光ビームスプリッタ６０６にＰ偏光波を透過し、Ｓ偏光波を反射させるような光学特性を持たさればよい。

実施例１の単板式透過型の液晶表示装置の構成図である。実施例２の３板式透過型の液晶表示装置の部分的な構成図である。実施例３の単板式反射型の液晶表示装置の構成図である。図３の偏光ビームスプリッタの変形例である。実施例３の３板式反射型の液晶表示装置の部分的な構成図である。実施例４の透過型の液晶表示装置の構成図である。実施例５の透過型の液晶表示装置の構成図である。実施例６の反射型の液晶表示装置の構成図である。実施例７の透過型の液晶表示装置の構成図である。従来例の投射型液晶表示装置の構成図である。

符号の説明

１０１光源部
１０２ランプ
１０３リフレクタ
１０４ＩＲフィルタ
１０５マルチレンズアレイ
１０６偏光ビームスプリッタ
１０７透過型液晶パネル
１０８偏光板
１０９投影光学系
１１０スクリーン
１１１全反射ミラー

Claims

ランプ及びリフレクタを有する光源部と、
前記光源部からの放射光が入射する第１の面と、
前記第１の入射面から入射した光をＰ偏光波とＳ偏光波とに分離する第１の分離面と、
前記第１の出射面に直交し、前記第１の分離面で分離されたＳ偏光波を反射させる第２のミラーが配置される第２の面と、
前記第１の入射面に対向し、λ／４波長板及び第１のミラーの順に配置される第３の面と、
前記第１の入射面に直交し、前記Ｓ偏光波が出射される第４の面とを有する偏光ビームスプリッタと、
前記第１の偏光ビームスプリッタの第４の面の出射方向に配置されたパネルと、を有し、
前記パネルに入射される前記Ｓ偏光波は、前記第１の入射面から入射したＰ偏光波が、前記λ／４波長板及び前記第１のミラーによって変換されたＳ偏光波であることを特徴とする投射型表示装置。
ランプ及びリフレクタを有する光源部と、
前記光源部からの放射光が入射する第１の面と、
前記第１の入射面から入射した光をＰ偏光波とＳ偏光波とに分離する第１の分離面と、
前記第１の出射面に直交し、前記第１の分離面で分離されたＳ偏光波を反射させる第２のミラーが配置される第２の面と、
前記第１の入射面に対向し、λ／４波長板及び第１のミラーが順に配置される第３の面と、
前記第１の入射面に直交し、前記Ｓ偏光波が出射される第４の面とを有する偏光ビームスプリッタと、
前記第１の偏光ビームスプリッタの第４の面の出射方向に配置されたパネルと、を有し、
前記パネルに入射されるＳ偏光波は、前記第１の入射面から入射したＰ偏光波が、前記λ／４波長板及び前記第１のミラーによって変換されたＳ偏光波であり、
前記偏光ビームスプリッタへの入射光路に戻されるＳ偏光波は、前記第２のミラーによって反射されたＳ偏光波であることを特徴とする投射型表示装置。
請求項１又は２において、
前記λ／４波長板は前記第３の面に接して配置されることを特徴とする投射型表示装置。
請求項１乃至３のいずれか一において、
前記第１のミラーは、前記λ／４波長板に接して配置されることを特徴とする投射型表示装置。