TW528887B - Optical reflection polarizer and projector comprising the same - Google Patents

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polarizing
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Yoshitaka Ito
Hidefumi Sakata
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Seiko Epson Corp
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Description

528887 五、發明說明（i) 發明所屬技術領域 本發明係有關於顯示影像之投影機，尤其係有關於配 置於液晶裝置之光入射面側及/或光射出面側之偏光元 件0 習知技術 燈泡。一 光元件。 之功能。 。這種偏 伸而形成 較高、入 點。 小型4匕， 。因而， 換言之， 大時，作 光板藉著 因此，在 差，有難 無法長期 投影機使用含有液晶裝置（液晶面板）之液晶 般在液晶裝置之光入射面側及光射出面側配置偏 偏光元件具有令既定之偏光光透射而除去別的光 ， 彳又衫機之偏光元件一般使用光吸收型偏光板 光板例如使用由含有碘或染料分子之薄膜一軸延 之偏光板。此外，光吸收型偏光板具有消光比比 射角相依性比較小，但是耐光性及耐熱性差之特 ^ 可是，近年來要求投影機提高影像之亮度或 發展光源裝置之高功率化或液晶裝置之小型化等 射入偏光板之光之光束量變大，光束密度變大。 射入偏光板之每單位面積之光強度變大。 於是，射入偏光板之每單位面積之光強度變 ^於偏光板之熱負載增加。這係由於光吸收型偏 $收不要之光而除去，所吸收之光被轉換為熱。 用光吸收型偏光板之情況，因耐光性及耐熱性 ^，保持偏光板之特性之問題。因而，投影機有 穩定顯示對比高、亮之影像之問題。
2061-3702-PF 第4頁 528887
本發明係為解決在習知技術之 於提供一種-種投影機，藉著令偏光财光的在 性提…穩定的顯示對比冑、亮之影像之投影機或耐熱 解決課題之方式 為解決上述課題之至少 係投影機，包括：光源裝置 源裝置之光，，一偏光7G件， 入射面侧及光射出面側；以 光學裝置之光投影；其特徵 少一者係構造雙折射型偏光 此外，構造雙折射型偏 光板或形態雙折射型偏光板 本投影機使用型構造雙 偏光板因幾平不吸收光，耐 藉著增大光源裝置之光輸出 在射入偏光元件之每單位面 機也可穩定顯示對比高、亮 此外，在無偏向之光射 側之偏光元件之情況，作用 負載比作用於光出射面側之 情況，在電光學裝置之至少 偏光板即可。 •=二，本發明之第一種裝置 ，冤先學裝置，調變來自該光 各自配置於該電光學裝置之 及投影光學系統，將來自該電 在於：該二偏光元件之中之至 板。 光板也有稱為形狀雙折射型偏 等之情況。 折射型偏光板。構造雙折射型 光性及耐熱性比較高。因此， 功率或將電光學裝置小型化， 積之光強度變大之情況，投影 之影像。 入設於電光學裝置之光入射面 於光入射面側之偏光元件之熱 偏光元件之熱負載大。在這種 光入射面側設置構造雙折射型
2061-3702-PF.ptd 第5頁 528887 五、發明說明（3) '~ ------ 又，在既定之偏光光射入設於電光學裝置之光出射面 ΐ i偏光元件之情況，作用於光出射面側之偏光元件之埶 ^載比作用於光入射面側之偏光元件之熱負載大。在這種 情況，在電光學裝置之至少光出射面側設置構造雙折射型 偏光板即可。 在上述裝置，該構造雙折射型偏光板係線狀柵格型 光板也可。 因線狀栅格型偏光板之構造簡單，可容易的製造構造 雙折射型偏光板。 又’在上述裝置，也可使得該構造雙折射型偏光板包 括·透明結晶基板；及微細構造體，在該透明結晶基板上 沿著既定方向週期性形成。 因透明結晶基板之導熱係數比較高，可迅速散出構造 雙折射型偏光板因吸收光而發生之熱。此外，透明結晶基 板例如可使用藍寶石基板或水晶基板。 在上述裝置，也可使得該構造雙折射型偏光板配置成 照明該電光學裝置之光之中心軸傾斜。 於是’若將構造雙折射型偏光板配置成傾斜，因可使 對於入射光之微細構造體之間距實質上變小，可令構造雙 折射型偏光板之光學特性提高。 在上述裝置，該構造雙折射型偏光板以相對於該中心 軸約4 5度之傾斜角度配置也可。 若照這樣做，在電光學裝置利用透射了構造雙折射型 偏光板之光之情況，因構造雙折射型偏光板所反射之不要
2061-3702-PF.ptd 第6頁 528887 五、發明說明（4) 之光朝相對於 的光學元件無 雙折射型偏光 或者，在 分割成複數區 對於照明該電 若照這樣 情況，也可使 裝置之光入射 區域之一部分 和電光學裝置 在 中之至 若 偏光板 相對於 件無不 之光之 在 側配置 構 長相依 相依性 板’因 上述裝 少一部 照這樣 之光之 該中心 良影響 有效利 上述裝 光吸收 造雙折 性比較 或波長 可補償 。亥中心轴 不良影響 板所反射 上述裝置 域，該複 光學裝置 做，在將 構造雙折 面垂直之 和照明電 之光入射 置，該構 分配置成 做，在電 情況，因 軸約9 0度 。或者， 用，也可 置，還在 型偏光板 射型偏光 大。而光 相依性比 構造雙折 約9 0度之方向射出，不要之光對別 。又’在電光學裝置也可利用構造 之光。 ，也可使得該構造雙折射型偏光板 數區域之中之至少一部分配置成相 之光之中心軸傾斜。 構造雙折射型偏光板配置成傾斜之 射型偏光板之厚度（即在和電光學 方向之尺寸）比較小。此外，複數 光學裝置之光之中心軸正交（即， 面平行）也可。 造雙折射型偏光板之該複數區域之 相對於該中心軸傾斜45度。 光學裝置利用透射了構造雙折射型 構造雙折射型偏光板所反射之光朝 之方向射出，這種光對別的光學元 若考慮構造雙折射型偏光板所反射 使這種光回到光源裝置後再利用。 該構造雙折射型偏光板之光射出面 較好。 板之光學特性之入射角相依性或波 吸收型偏光板之光學特性之入射角 較小。因此，若併用光吸收型偏光 射型偏光板之入射角相依性或波長
2061-3702-PF.ptd 第7頁 528887 五、發明說明（5) 相依性’可得到耐光性及耐熱性優異而且光學特性優異之 偏光元件。此外，在光學上將構造雙折射型偏光板和光吸 收型偏光板之一體化也可。若照這樣做，可令在兩者之界 面發生之光損失降低。光吸收型偏光板例如可使用由含有 碘或染料分子之材料構成之偏光板。 在上述裝置’在該光吸收型偏光板之光射出面側配置 透明結晶基板’該透明結晶基板和該光吸收型偏光板密接 較好。 :以和具有比較大之導熱係數之透明結晶基板密接之 这二又置光吸收型偏光板，因易散出光吸收型偏光板因光 二扭=i ΐ之熱，可令降低在光吸收型偏光板發生之熱所 、k雙折射型偏光板及光吸收型偏光板本身之光學 射出Ϊ上述裝置，還在該構造雙折射型偏光板之光 射出面側配置光反射型偏光板也可。 具有雙折Μ ^反f型偏光板係由具有雙折射性之薄膜和不 也可。、之薄膜父互的積層複數層而成之層狀偏光板 於是，替 也因可補償構 依性，可得到 光元件。 代光吸收型偏光板，併用光反射型偏光板， k雙折射型偏光板之入射角相依性或波長相 耐光性及耐熱性優異而且光學特性優異之偏
528887 五、發明說明（6) 配置於該電光學裝置之光入射面側及光射出面側；以及投 影光學系統，將來自該電光學裝置之光投影；其特徵在 於：該二偏光元件之中之至少一者包括··第一稜鏡，具有 以非平行之狀態相向之光入射面及光射出面；及光反射型 偏光板，配置於該第一稜鏡之光射出面側；該光反射型偏 光板將自該第一稜鏡射出之光分離成偏光方向不同之2種 偏光光後，令第一種偏光光透射而且令第二偏光光反射； 該第一棱鏡之該光入射面和該光射出面之夾角設成被該光 反射型偏光板反射後回到該第一稜鏡内之該第二偏光光被 該光入射面全反射。 本投影機使用具有光反射型偏光板之光反射型偏光元 件。本偏光元件因幾乎不吸收光，耐光性及耐熱性比較 高。因此，藉著增大光源裝置之光輸出功率或將電光學裝 置小型化，在射入偏光元件之每單位面積之光強度變大之 情況，投影機也可穩定顯示對比高、亮之影像。 又，若使用本偏光元件，被光反射型偏光板所反射之 第二偏光光不會自稜鏡之光入射面向外部射出。因此，在 將本光反射型偏光元件配置於投影機之電光學裝置之光射 出面側之情況，因光不會自光反射型偏光元件之侧射入電 光學裝置之光射出面，可防止電光學裝置誤動作。 此外，本偏光元件具備稜鏡，但是因可將稜鏡之光入 射面和光射出面之夾角設成比較小，可將偏光元件小型 化，而且可將投影機小型化。 在上述裝置，該第一稜鏡配置成由該光入射面和該光
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射出面形成之相交 之長邊大致平行較 若照這樣做， 更小型化。 形之顯示區域 ’可將投影機 線和該電光學裝置之長方 好。 因可將偏光元件更小型化 在上述裝置’和由一 出面形成之頂角相向之：η=入射面和該光射 吁筮-尼土上丄t之相向面叹成被该光入射面全反射之 该弟一偏光光大致垂直的射入該相向面較好。 面射；照可令射入相向面之光之大部分自相向 降低很多。^目向面反射後再射人光反射型偏光板之光
在上述裝置，該第一稜鏡用光彈性係數約 lnm/cm/l〇5Pa以下之材料形成較好。 若使用光彈性係、數比較小之材料形成稜鏡，因光通過 稜鏡中時偏光狀態幾乎不變，偏光元件可發揮優異之 膝W。 〃 此外在上述裝置，具備第二稜鏡較好，配置於該光 反射型偏光板之光射出面側，透射了該光反射型偏光板之 該第一偏光光射入。 若照這樣做，藉著適當的設定第二稜鏡之折射率或第 二棱鏡之光入射面和光射出面之夾角，可控制自偏光元件 射出之光之行進方向。因而，可提高配置其他光學元件時 之自由度。此外，若將第二棱鏡之形狀及折射率設為和第 一稜鏡的相同，可得到透射光之行進方向幾乎不變之偏光 元件。
2061-3702-PF.ptd 第10頁 528887 五、發明說明（8) 在上述裝置，該第一 彈性係數約1 nm/ cm / 1 05P& 在上述裝置，如經由 之行進方向和射入該第一 構成該第二稜鏡較好。 右知、這樣做，因可令 射出之光之行進方向大致 ，元件之光學系統。在此 第二稜鏡之折射率設為和 第二稜鏡之光入射面和第 行、將第二稜鏡之光射出 致平行即可。 在上述裝置，在該光 光吸收型偏光板較好。 若照這樣做，因光吸 板之入射角相依性或波長 優異而且光學特性優異之 備第二稜鏡之情況，光吸 入射面侧也可，配置於光 在上述裝置，該光反 板也可。 構造雙折射型偏光板 板，耐光性及耐熱性比較 位面積之光強度變大之情 及第二稜鏡之中之至少 以下之材料形成較好。 5亥第^一棱鏡射出之該第 稜鏡之光之行進方向大 射入偏光元件之光和自 一致，可容易的構作使 ’為了令行進方向一致 第一稜鏡之折射率大致 一稜鏡之光射出面設為 面和第一稜鏡之光入射 收型偏光板可補償光反 相依性，可得到耐光性 偏光元件。此外，在偏 收型偏光板配置於第二 射出面側也可。 射型偏光板係構造雙折 係幾乎不吸收光之光反 高。因此，在射入偏光 況，也可得到穩定的發 一者用光 一偏光光 致一致般 偏光元件 用別的光 ，例如將 相同、將 大致平 面設為大 反射型偏光板之光射出面側配置 射型偏光 及耐熱性 光元件具 稜鏡之光 射型偏光 射型偏光 板之每單 揮高光學
2061-3702-PF.ptd 第11頁 528887 五、發明說明（9) - 特性之光反射型偏光元件。此外，構造雙折射型偏光板例 如可使用線狀柵格型偏光板。 在上述裝置，該構造雙折射型偏光板具備沿著既定方 向週期性形成之微細構造體；該既定方向係和由該第一稜 · 鏡配置之該光入射面與該光射出面形成之相交線大致正交 之方向較好。 若照這樣做’因構造雙折射型偏光板配置成相對於照 明電光學裝置之光之中心軸傾斜，可使對於入射光之微細 構造體之間距實質上變小，結果可令構造雙折射型偏光板 之光學特性提高。 在上述裝置，該光反射型偏光板係由具有雙折射性之鲁 薄膜和不具有雙折射性之薄膜交互的積層複數層而成之層 狀偏光板也可。 於是’若光反射型偏光板使用層狀偏光板，可使入射 角相依性或波長相依性變成比較小。 本發明之第三種裝置係投影機，包括：光源裝置；電 光學裝置，調變來自該光源裝置之光；二偏光元件，各自 配置於該電光學裝置之光入射面側及光射出面側；以及投 影光學系統，將來自該電光學裝置之光投影；其特徵在 於·该一偏光元件之中之至少一者具備各自包括如下構件 _ 之複數部分偏光元件：第一稜鏡，具有以非平行之狀態相 向之光入射面及光射出面；及光反射型偏光板，配置於該 第一稜鏡之光射出面側；該複數部分偏光元件連接成各自 之該第一稜鏡之該光入射面配置於大致同一面内；在該各
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五、發明說明（ίο) 部分偏光元件中，該光反射型偏光板將自該第一稜鏡射出 之光分離成偏光方向不同之2種偏光光後，令第一種偏光 光透射而且令第二偏光光反射；該第一棱鏡之該光入射面 和該光射出面之夾角設成被該光反射型偏光板反射後回到 該第一稜鏡内之該第二偏光光被該光入射面全反射。 在本偏光元件，因將在該第二種裝置之偏光元件用作 部分偏光元件，具有和第二種裝置一樣之作用·效果。 又’和使用一個在該第二種裝置之偏光元件之情況相比， 因可使各部分偏光元件之厚度變小，偏光元件可小型化。 又’藉著將本偏光元件應用於投影機，和該第二種裝置之 投影機相比，具有投影機可小型化之優點。 本發明之第四種裝置係偏光元件，包括：第一稜鏡， 具有以非平行之狀態相向之光入射面及光射出面；及光反 射型偏光板，配置於該第一棱鏡之光射出面側；其特徵在 於：該光反射型偏光板將自該第一稜鏡射出之光分離成偏 ，方向不同之2種偏光光後，令第一種偏光光透射而且令 第一偏光光反射；該第一稜鏡之該光入射面和該光射出面 之爽^設成被該光反射型偏光板反射後回到該第一稜鏡内 之该第二偏光光被該光入射面全反射。 本偏光元件因和在第二種裝置使用之偏光元件相同， 具有相同之作用·效果。 本發明之第五種裝置係偏光元件，其特徵在於：具備 各自包括如下構件之複數部分偏光元件··第一棱鏡，具有 乂与平行之狀態相向之光入射面及光射出面；及光反射型
528887 五、發明說明（11) 偏光板，配置於該第一稜鏡之光射出面側；該複數部分偏 光元件連接成各自之該第一棱鏡之該光入射面配置於大致 同一面内；在該各部分偏光元件中，該光反射型偏光板將 自該第一稜鏡射出之光分離成偏光方向不同之2種偏光光 後’令第一種偏光光透射而且令第二偏光光反射；該第一 稜鏡之該光入射面和該光射出面之夾角設成被該光反射型 偏光板反射後回到該第一棱鏡内之該第二偏光光被該光入 射面全反射。 本偏光元件因和在第三種裝置使用之偏光元件相同， 具有相同之作用·效果。 圖式簡單說明 圖1係在平面上看實施例1之投影機pj 1之主要部分之 概略構造圖。 圖2係表示圖1之構造雙折射型偏光板2 〇 〇之各種例子 之說明圖。 圖3係和光吸收型偏光板一體化之構造雙折射型偏光 板2 Ο Ο A之概略剖面圖。 圖4係和光吸收型偏光板一體化之構造雙折射型偏光 板2 0 0B之概略剖面圖。 圖5係和光反射型偏光板一體化之構造雙折射型偏光 板2 0 0 E之概略剖面圖。 圖6係圖5之光反射型偏光板25〇之構造刹面圖。 圖7係在平面上看實施例2之投影機pj2之主要部分之
第14頁 528887 五、發明說明（12) 概略構造圖。 圖8係在平面上看實施例3之投影機PJ3之主要部分之 概略構造圖。 圖9係表示圖8之構造雙折射型偏光板之變形例之說明 圖。 圖10係在平面上看實施例4之投影機PJ4之主要部分之 概略構造圖。 件1之概 圖1 1係表示在實施例5之第一光反射型偏光元 略構造之剖面圖。 圖1 2係用以說明稜鏡丨〇之頂角之設定值之說明圖。 圖1 3係表示圖丨丨之偏光元件1之變形例之說明圖。 圖14係表示在實施例5之第二光反射型偏 略構造之剖面圖。 ^ <概 概 =15係表示在實施例5之第三光反射型偏光元件3之 略構造之剖面圖。 I 1 6係表不在實施例5之第四光反射型偏光元件4 略構造之剖面圖 圖1 7係表示在實 略構造之剖面圖。 之概 施例5之第五光反射型偏光元件5之概 之主要部分之 圖18係在平面上蒼每 概略構造圖。 看“"例5之投影機PJ5 圖19係表示配置於圖18 之光反射型偏光元件 置3 0 0之光射出面侧 讦d之配置方法之說明圖。
2061-3702-PF.ptd 第15頁 528887 五、發明說明（13) 符號說明 光反射型偏光元件 3, 1 0、1 0 ’、4 Q 〜稜鏡； 30〜光吸收型偏光板 111〜光源燈； 1 2 0〜積分光學系統； 1 3 1〜小透鏡； 5a、5b〜二部分偏光元件 20〜光反射型偏光板； 1 1 0〜光源裝置； 1 1 2〜反射器； 1 3 0、1 4 0〜透鏡陣列； 150〜積分光學系統（偏光變換光學系統）； 160〜偏光光束分離陣列（pBS陣列）； 170〜相位差板； 180〜重疊透鏡； 1 9 0〜平行化透鏡； LV〜液晶光球； 2 00A '20 0B、2〇〇c、2 0 0D〜雙折射型偏光板； 2 0 0、4 0 0〜偏光元件； 21 0〜透明基板； 槽 211〜金屬薄膜； 212 213、214〜電介質薄膜； 2 1 5〜複數層膜（微細構造體）； •透明結晶基板； '第一薄膜； /液晶裝置； -投影面； 、82〇~光射出面 2 2 0〜光吸收型偏光板； 230 25 0〜光反射型偏光板； 251 25 2〜第二薄膜； 300 5 0 0〜投影光學系統； 600
Sli、S2i〜光入射面； Slo
Sa 、Sa’〜頂角相向之面。 發明之最佳實施例
528887 發明說明 以下依照圖面說明本發明之實施例。圖中所示X、γ、 」方向表示相正交之3個方向。在以下，將偏光方向係X方 向之光稱為X偏光光，將偏光方向係Y方向之光稱為Y偏光 光0 A ·實施例1 : 圖1係在平面上看實施例1之投影機PJ丨之主要部分之 概略構造圖。投影機PJ1具備光源裝置110、積分光學系統 120、平行化透鏡190、液晶光球LV以及投影光學系統 5〇〇 °液晶光球LV具備相當於本發明之電光學裝置之液晶 裝置30 〇及分別配置於其光入射面側及光射出面側之二偏 光兀件2 0 0、40 0。此外，如後述所示，在本實施例，在光 入射面侧之偏光元件2〇〇使用係光反射型偏光板之一之構 造雙折射型偏光板2 〇 〇，在光射出面側之偏光元件4 〇 〇上使 用光吸收型偏光板4〇〇。 —、>此外’光反射型偏光板意指反射令不透射之種類之偏 光光之型式之偏光板，而光吸收型偏光板意指吸收令不透 射之種類之偏光光之型式之偏光板。 光源裝置11〇具備光源燈U1和反射器112。自光源燈 Π 1成放射形射出之無偏向之光利用反射器丨丨2反射，光源 衣置1 1 〇沿著照明光軸L射出大致平行之光。 積分光學系統120具備將和液晶裝置3〇〇之顯示區域有 ^致相似關係之具有矩形狀之小透鏡丨3丨配置成陣列狀之 二透鏡陣列130、140。射入第一 々，a 弟远鏡陣列13 0之光束利用 ’、透鏡1 3 1分割成多條部分光束後，利用第二透鏡陣列
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140重疊於液晶裝置30 0上。因而，積分光學系統1 2〇可使 自光源裝置1 1 0射出之光之面内強度分布均勻化的照明液 晶裝置3 00。自積分光學系統120射出之光經由平行化透铲 1 9 0射入構造雙浙射型偏光板2 〇 〇。 兄 構造雙折射型偏光板20 0自由積分光學系統12〇射出之 無偏向之光產主大致一種偏光光。無偏向之光可認為是 光方向相正交之2種直線偏光光之合成光。構造雙折射型 偏光板200藉著今一方之直線偏光光反射而令另一方之 2偏光光透射，自由光源裝置110射出之無偏向之照明光 生大致一種偏光光。此外，在本實施例，構造雙折射 偏光板200令偏光方向成為χ方向之χ偏光光透射。 液晶叙置3 0 0係透射别洛曰而^; ^田以 德射屮。呈辨^ 士 日日板周變射入之偏光光 繳射广二梦/，依照未圖示之來自外部之影像資料調 ί t : 〇〇之X偏光光，部分被變換為Y偏光光之 调k光自液晶裝置3〇〇射出。 光吸收型偏光板4 〇 〇自ώ、、右曰# $ Q π n A 去不要之光後形成表示V:之夜:。= 光板400配置成並透射°光吸收型偏 30 0射出之：： Ϊ和¥方向一致’藉著自液晶裝置 :透射二:：吸收不要之x偏光成分，令Y偏光成 且有古、、肖光吸收型偏光板4 0 0可使用 板有W先比之由块或染料分子形成之一轴延伸型之偏光 投影光學系統500將利 影像光投影於投影面6 0 〇。 用光吸收型偏光板40 〇所形成之 藉此將影像顯示於投影面6 〇 〇。 528887
五、發明說明（16) 圖2係表示圖1之構造雙折射型偏光板2〇〇之各種例子 之說明圖。構造雙折射型偏光板20 〇係具備沿著既定方向 (圖2中X方向）週期性的形成之微細構造體之偏光板，微細 構造體之週期設為比入射光之波長小。此外，藉著調整微 細構造體之材質或週期，可實現所要之折射率分布或光學 各向異性，結果，可實現所要之偏光特性。 子 圖2(A)係表示線狀柵格型之構造雙折射型偏光板2〇〇 之概略構造之立體圖。線狀柵格型之偏光板2 〇 〇具有利用 在Y方向延伸之微細之槽212週期性分割在透明基板21〇上 所形成之金屬薄膜211之構造。金屬薄膜（微細構造體）2 11 具有在應偏光之波長區域反射光之性質，金屬薄膜2 1 1可 使用鋁或鎢等。此外，金屬薄膜21 i可利用蒸鍍法或濺鍍 法形成。又，微細之槽2 1 2可藉著組合2光束干涉曝光法或 電子束描緣法、X射線微影法等和蝕刻形成。線狀栅格型 之構造雙折射型偏光板2 〇 〇因構造單純，具有可容易製造 之優點。 & 圖2(B)係表示構造雙折射型偏光板2〇〇之別例之剖面 圖。構造雙折射型偏光板2〇〇具有利用在γ方向延伸之微細 之槽2 1 2週期性分割在透明基板2 1 〇上所形成之複數層膜 2 1 5之構造。複數層膜（微細構造體）2丨5彼此之折射率不 同’由具有各向同性之2種電介質薄膜213、214交互積層 而形成。此外，複數層膜215及槽212和圖2(A)之金屬薄膜 2 11及槽21 2 —樣的形成。 如圖2 (A )、（ B )所示，無偏向之光射入構造雙折射型
528887 五、發明說明（17) 偏光板2 0 0時，被分離成係和微細之槽2 1 2延伸之γ方向平 行之偏光成分之Y偏光光和與γ偏光光垂直之X偏光光。X偏 光光透射構造雙折射型偏光板2〇〇，而γ偏光光被構造雙折 射型偏光板2 0 0反射。於是，構造雙折射型偏光板2 〇 〇在功 能上作為令不透射之種類之偏光光反射之光反射型偏光 板’原理上在構造雙折射型偏光板2 〇 〇之光吸收極少。 此外，在使用構造雙折射型偏光板2 〇 〇之情況，實際 上利用金屬薄膜2 1 1稍微吸收光而發熱。因此，為了令在 構ie雙折射型偏光板2 〇 〇之溫升減少，希望透明基板2 1 〇使 用導熱係數大之透明結晶基板。#照這#做，因
構造體2 11之熱迅速且均勻的分散，可得到熱穩定之構造 雙折射型偏光板2 0 0。 此外，該透明結晶基板使用導熱係數和光透射率比較 大之材料較好。例如可使用以氧化鋁為主要成分之誃寶石 基板或水晶基板。此外，藍寶石基板具有一般之玻^板 之約50倍、石英玻璃基板之約35倍之導熱係數。 又’構造雙折射型偏光板2 0 0也可使用 向異丨生之微粒子或微結晶等定向的，或利 成具有細孔之薄膜（例如氧化鋁）形成的。 令具有形狀各 用陽極氧化法形
而’構造雙折射型偏光板之偏光分離特性在原理上具 相依性：波長相依性。—般藉著使微細構造體： 隔距退小於入射光之波長可令這些相依性降低。 ΐ法到構造之微細化限制，尤其對於短波長區域之 先有無法充分緩和該相依性之情況。因此，如以下之說
528887 五、發明說明（18) ~ - 明所示’藉著併用別的偏光板補償構造雙折射型偏光板之 偏光分離特性較好。 圖3係和光吸收型偏光板一體化之構造雙折射型偏光 板20 0A之概略剖面圖。本構造雙折射型偏光板2〇〇A具備圖 2(A)之構造雙折射型偏光板2〇〇和配置於其光射出面側之 光吸收型偏光板2 2 0之2種偏光板。光吸收型偏光板22〇以 構造雙折射型偏光板2〇〇之光射出面側之透明基板21〇為支 撐體，、配置和透明基板21〇密接。又，光吸收型偏光板22〇 配置成其透射軸方向和構造雙折射型偏光板2〇〇之透射軸 方向（X方向）一致。此外，光吸收型偏光板22〇係使用她或 染料分子形成之一軸延伸型之偏光板。這種光吸收型偏 板因大量生產而便宜、易使用。 在本構造雙折射型偏光板20 0A，在光學上將構造雙 射型偏光板2 0 0和光吸收型偏光板2 2 〇之2種偏光板—體 化。而且，在光入射面側配置光吸收少、耐光性及 優異之構造雙折射型偏光板2〇〇，在光射出面侧酉己置偏光 特性優異且入射角相依性或波長相依性比較小之光吸 ::反220。☆是，若併用光吸收型偏光板，可補償在構 :=折射型偏光板發生之偏光分離特性之入射角相依性或 波長相依性。 〜此外，藉著按照如上述之順序配置2種偏光板， 付在光吸收型偏光板220之發熱比較小’而且可令構^ 折射型偏光板2 〇 〇 Α之偏光特性提高。 圖4也係和光吸收型偏光板一體化之構造雙折射型偏 528887 五、發明說明（19) 光板2 0 0B之概略剖面圖。在本構造雙折射型偏光板2〇〇 b， 在圖3之構造雙折射型偏光板2 0 0 A之光射出面設置透明結 晶基板2 3 0。 在使用圖3之構造雙折射型偏光板20 0A之情況，光吸 收型偏光板2 2 0稍微吸收光。因而，在光吸收型偏光板2 2 〇 内部生熱變形，有偏光特性局部變化之情況。如圖4所 示，若將導熱性比較高之透明結晶基板2 3 〇配置成令和光 吸收型偏光板2 2 0密接，因可令光吸收型偏光板2 2 〇之溫升 降低，構造雙折射型偏光板2 0 0 B可實現優異之偏光特性。 此外’透明結晶基板2 3 0使用導熱係數和光透射率比 車父大之材料較佳，例如可使用以氧化紹為主要成分之藍寶 石基板或水晶基板。又，光吸收型偏光板2 2〇和透明結晶 基板2 3 0例如利用黏接劑等以密接之狀態固接即可。 又’在圖4 ，因利用透明基板2 1 0和透明結晶基板2 3 〇 爽住光吸收型偏光板220，可令在光吸收型偏光板2 2〇發生 之熱均勻的散熱，可降低光吸收型偏光板2 2〇之發熱所引 起之構造雙折射型偏光板之溫升。 若使用圖3 、4所示之構造雙折射型偏光板2 〇 〇 a、 2〇 0B，緩和構造雙折射型偏光板2〇〇之入射角相依性和波 長相依性，因可實現優異之偏光特性，對於照明光之擴散 角大之照明裝置或使用短波長區域之光之照明裝置特別有 效。 圖5係和光反射型偏光板一體化之構造雙折射型偏光 板20 〇E之概略剖面圖。構造雙折射型偏光板20 0 E和圖3之
528887 五、發明說明（20) '' 構造雙折射型偏光板2 0 0 A大致相同，但是具備光反射型偏
光板25 0，替代光吸收型偏光板2 2〇。光反射型偏光板2 5 Q 配置成和支撐構造雙折射型偏光板2〇〇E之透明基板21〇密 接在光予上一體化。又，光反射型偏光板250配置成其 透射軸方向和構造雙折射型偏光板2〇〇之透射軸方向（χ方 向）一致。 圖6係圖5之光反射型偏光板25 0之構造剖面圖。本光 反射型偏光板25 0係由具有雙折射性之第—薄膜251和不且 有雙折射性之第二薄膜2 52交互的積層複數層而形成之層 狀偏光板。設第一薄膜251之X方向之折射率為〇1又、γ方向 之折射率為nlY、各向同性之第二薄膜252之折 ，’預先將第-及第二薄膜251、25 2之材料選定成滿足 nlX =n2、nl Υ ^η2 之關係。 因在第一薄膜251和第二薄膜25 2之邊界面之χ方向之 折射率大致一致’χ方向之偏光光無干涉反射的透射。 X因面之γ方向之折射率相異，U向之偏光光之 251 2 。此外，反射光之波長由二薄膜 二射率及厚度決定’反射率由積層數或第-薄 膜2 5 1之雙折射性之大小決定。 ，藉著將薄膜251、252之厚度或折射率（材料）、 設為既定之條件’可形成令射入之χ偏光光幾乎 2王50 Λ’而令Υ偏光全部反射之光反射型偏光板 。此外，這種光反射型偏光元件例如 9-5069 85號公報。 干疋於特表千
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528887 五、發明說明（21) 此外’在光反射型偏光板2 5 0上，除了該層狀之偏光 板以外’例如可使用由膽固醇液晶和；1 /4相位差板組合而 成之光學元件、或利用布魯斯特角分離成反射偏光光和透 射偏光光之光學元件（例如S ID，92 DIGEST p427 )、利用全 息照相之全息照相光學元件等。 在構造雙折射型偏光板2 Ο Ο E (圖5 )，因在構造雙折射 型偏光板2 0 0之光射出面側配置光反射型偏光板2 5 〇，可幾 乎消除光吸收所引起之發熱。於是，使用光反射型偏光板 25 0替代圖3之光吸收型偏光板22 0，也可補償在構造雙折 射型偏光板發生之偏光分離特性之入射角相依性或波長相 依性。 使付在液晶裝置3 0 0之光入射面側配置圖3〜圖5所示之 構造雙折射型偏光板20 0 A、20 0B、2 0 0E，替代圖1之構造 雙折射型偏光板2 0 0也可。 此外，在構造雙折射型偏光板2 0 0A、20 0B、2 0 0E，構 造雙折射型偏光板20 0和光吸收型偏光板22 0或光反射型偏 光板250在光學上一體化，但是兩者分離也可。但，若將 兩者一體化，因可降低在兩者之界面發生之光損失，可提 南光之利用效率。 如以上之說明所示，在投影機PJ1，在液晶裝置30 0之 光入射面側具備光吸收少之構造雙折射型偏光板 2 00 ( 2 0 0A、2 0 0B、2 0 0E)。因此，藉著使用光輸出功率大 之光源裝置或使用顯示區域小之液晶裝置，在射入偏光元 件之每單位面積之光強度變大之情況，也可使偏光元件之
2061-3702-PF.ptd 第24頁 528887 五、發明說明（22) 發熱變小’可長期保持偏光元件之特性。結果，可實現穩 定的顯示^比高、亮之影像之投影機。 又’因在偏光元件之發熱少，可省略或將以往使用之 冷卻裝置小型化，可實現投影機之低噪音化和小型化。 此外’在圖1之投影機P J 1，構造雙折射型偏光板2 0 0 配置於液晶裝置3 〇 〇之光入射面側。這係因在投影機pn， 照明光使用無偏向之光，和配置於液晶裝置3 〇 〇之光射出 面側之偏光το件4 〇 〇相比，作用於配置於光入射面側之偏 光兀件2 0 0之熱負載的比較大。於是，在照明光使用無偏 向之光之投影機’在液晶裝置之光入射面側配置耐光性和 而才熱性南之構造雙折射型偏光板係有效。此外，使得在液 晶裝置3 0 0之光射出面側也配置構造雙折射型偏光板2 〇 〇也 可0 B ·實施例2 ·· 圖7係在平面上看實施例2之投影機pj2之主要部分之 概略構造圖。圖7(A)表示自γ方向看之投影機pJ2，圖7(B) 表示自X方向看之投影機PJ2。 此外，對於和實施例1之投影機PJ1相同之構成元件賦 與相同之編號，省略詳細說明。 本貝％例之投影機P J 2之構造和實施例}之投影機p】工 類似，但是使用將無偏向之光大致變換為一種偏光光後射 出之積分光學系統（以下也稱為「偏光變換光
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1 2 〇 °此外，本實施例之積分光學系統i 5 〇射出X偏光光。 又，伴隨積分光學系統之變更，變更液晶光球LV之偏 光元件之配置。具體而言，在本實施例之投影機PJ2，構 ‘雙折射型偏光板2 〇 〇配置於液晶裝置3 〇 〇之光射出面側， 光吸收型偏光板4 〇 〇配置於光入射面側。又，伴隨偏光元 件之配置之變更，將光吸收型偏光板4 〇〇配置成其透射軸 和X方向一致，構造雙折射型偏光板2 〇 〇配置成週期性之微 細構造體沿著γ方向。即，本實施例之光吸收型偏光板4 〇 〇 令X偏光光透射，而構造雙折射型偏光板2 〇 〇令γ偏光光透 射0
偏光變換光學系統150具備第一及第二透鏡陣列丨30、 1 40、偏光光束分離陣列（以下稱為「pBS陣列」）i 6 〇分離 成偏光方向正交之2種直線偏光光。然後，利用選擇相位 差板1 7 0使2種直線偏光光之中之一方之直線偏光光之偏光 方向和另一方之直線偏光光之偏光方向一致。偏光方向大 致劃一成一種之偏光光（X偏光光）經由重疊透鏡18〇射出， 和實施例1 一樣的經由平行化透鏡19〇重疊於液晶裝置3〇〇 若使用這種偏光變換光學系統丨5〇，可使 置30 0之照明光之面内強度分布均勻化，而且 不=
光損失，可射出偏光方向大致劃一成一種之照明 外，這種偏光變換光學系統丨5〇例如詳述於 8-304 7 39號公報。 、叮闹十 在本實施例之投影機PJ2，因具備偏光變換光學系
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150，配置於液晶裝置3 0 0之光入射面側之偏光元件4〇〇， 用以提高入射光之偏光度。而且，因利用偏光變換光學系 統150提高光之利用效率，射入配置於液晶裝置3〇〇之光射 出面侧之偏光元件2 0 0之光強度變大。即，作用於配置於 液晶裝置30 0之光入射面側之偏光元件4〇〇之熱負載比實施 例1的小。因而，在本實施例之投影機PJ2，在液晶裝^ 3 0 0之光入射面側配置光吸收型偏光板4〇〇，在光射出面側 配置構造雙折射型偏光板2 〇 〇。 如以上之說明所示，在投影機PJ2，在液晶裝置3〇〇之 光射出面側具備光吸收少、耐光性及耐熱性優異之構造雙 折射型偏光板2 0 0。因此，藉著使用偏光變換光學系統 1 5 0，在射入偏光元件之每單位面積之光強度變大之情 況，也可使偏光元件之發熱變小，可長期保持偏光元件之 特性。結果，可實現穩定的顯示對比高、亮之影像之投影 機。 、 此外，也可使用圖3〜圖5所示之構造雙折射型偏光板 200A、200β、200E，替代構造雙折射型偏光板2〇〇。在此 情況，可顯示對比更高之影像。又，使得液晶裝置3〇〇之 光入射面側之偏光元件4 〇〇使用構造雙折射型偏光板2〇〇、 200Α、200Β、2 0 0Ε 也可。 C ·實施例3 : 如上述所示，在使用構造雙折射型偏光板2 〇 〇之情 況，為了令偏光分離特性提高（即，令入射角相依性或波
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第27頁 528887 五、發明說明（25) --------- ^ 2 ί = h，），希望週期性微細構造體之形成間距比光 151 ^t I 2小。可是，製法上受到構造之微細化限制。 貝施例’藉著在構造雙折射型偏光板2 0 0之配 置下工夫/補償構造雙折射型偏光板之偏光分離特性。 圖8係在平面上看實施例3之投影機pJ3之主要部分之 概略構，圖。本投影機p J 3和實施例1之投影機p j }大致相 同，但是在本實施例，將構造雙折射型偏光板2〇〇配置成 相對於照明光軸L (即，照明液晶裝置之光之中心軸）傾 斜。 、 、將構造雙折射型偏光板2〇〇配置成令相對於照明光軸l 傾ΐ ，對於沿著照明光軸L射入之光之微細構造體之間 距貫質上變小。若照這樣配置偏光板2 〇〇， 之偏光分離特性提高，肖果，可實現穩定㈣示 亮之影像之投影機。 此外，構造雙折射型偏光板20 0相對於照明光軸L之傾 斜角度大的較好，但是考慮在偏光板2 〇 〇之光損失或來自 偏光板2 00之反射光之處理時，傾斜角度設為45度較好。 即，若設成這種傾斜角度，因構造雙折射型偏光板2〇〇所 反射之光朝相對於照明光軸L約9 〇度之方向射出，所反射 之光對別的光學元件無不良影響。 可疋’將構造雙折射型偏光板2 〇 〇相對於照明光軸[之 傾斜角度設為45度和偏光板20 0之圖中Z方向之尺寸變大等 價。因而’在液晶裝置3 〇 〇之光入射面側，為了配置構造 雙折射型偏光板2 0 0，需要更大之空間。
528887 五、發明說明（26) ---- 圖9係表示圖8之構造雙折射型偏光板之變形例之說明 圖。圖9(A)表示將構造雙折射型偏光板2〇〇沿著γ軸折成兩 片而配置成v字形之構造雙折射型偏光板2〇〇c，圖9(b)表 示折成四片而配置成w字形之構造雙折射型偏光板2〇〇D。 於是’若將構造雙折射型偏光板20 〇分割成複數區域後將 各區域配置成相對於照明光軸L傾斜，可使構造雙折射型 偏光板之Z方向之尺寸變小，可使用以配置構造雙折射型 偏光板之Z方向之尺寸變小。 在使用圖9 ( A)之構造雙折射型偏光板2 0 0 C之情況，因 反射光朝和照明光軸L大致正交之方向射出，反射光對別 的光學元件無不良影響，有反射光之處理容易之優點。在 大部分之液晶裝置，自光射出面側射入光時誤動作之情況 多’但是若著眼於該點，也可將構造雙折射型偏光板2〇〇(： 用作配置於液晶裝置之光射出面側之偏光元件。而，在使 用圖9 ( B)之構造雙折射型偏光板2 0 0 D之情況，具有使反射 光之一部分回到光源裝置1 1 〇 (圖8)侧而可再利用之優點。 又’使得構造雙折射型偏光板2 0 0C、20 0D配置成其方 向反轉也可。例如，如圖9 ( A )之構造雙折射型偏光板2 〇 〇c 之光入射面變成光射出面般配置成偏光板2〇〇c之二區域所 形成之一條稜線朝向液晶裝置3 0 0側也可。 在圖9 (A )、（ B )，構造雙折射型偏光板之複數區域都 配置成相對於照明光軸L傾斜，但是將一部分之區域配置 成和照明光軸L正交也可。一般，只要複數區域之中之至 少一部分配置成相對於照明光軸L傾斜即可。
第29頁 528887 五、發明說明（27) 此外’圖9 ( A )、（ B )所示之液晶裝置之顯示區域係 方向具有長邊，而在Y方向具有短邊之長方形。如上述 示，在圖9(A)、（B)，使用沿著Y軸分割成複數區域之構^ 雙折射型偏光板2 0 0C、2 0 0D。可是，對於具有如述述之= 方形之顯示區域之液晶裝置，使用沿著γ軸分割成複數區 域之構造雙折射型偏光板較好。換言之，構造雙折射型偏 光板沿著長邊方向分割較好。此時，複數.區域配置成沿 顯示區域之短邊方向排列。若照這樣做，和使用圖g (f (B)之構造雙折射型偏光板2〇〇c、2〇〇D之情況相比，、 構造雙折射型偏光板之Z方向之厚度比較小。 D ·實施例4 : 圖10係在平面上看實施例4之投影機pj4之主要 概略構造圖。在本投影機PJ4，和實施例3之投影機pj3 一 2。ί ί2折射型㉟*板20 0配置成相對於照、日月光軸L傾 ”、。，、_而吕，構造雙折射型偏光板2〇〇配 明光軸L·以45度之角度傾斜。 风祁對於… 將構Ϊ t :置構造雙折射型偏光板2 0 0，投影機PJ4可 、^ “ 1偏光板2 0 〇所反射之y偏光光用作照明光。 此外若如圖10所示般配置構造雙折射型偏光板 ^體因之可^投影機PJ4構成L字形，可使覆蓋投影機整體 外\ 之X方向之尺寸或z方向之尺寸比較短。此 & t ΐ +辦/之尺寸變小，適合後投影機，若使圖中x方 α 、、交小’適合在底部配置光源裝置11 0之縱型投影
2061-3702-PF.ptd 第30頁 528887 五、發明說明（28) 機0
E ·實施例 可是，在 光板之偏光元 反射之不要之 在液晶裝置常 等，光自液晶 近年來， 用具有偏光分 7-30 64 05 號公 在其界 光分離 種偏光 因偏光 出，可 可 和液晶 光元件 配置偏 題。又 口徑之 題。 因 面所形 膜相對 光束分 分離膜 防止液 是，因 裝置之 就大型 光元件 ，因液 投影透 此，在 5 ： 液晶裝置之光射出面側配置具有光反射型偏 件之情況，需要注意避免光反射型偏光板所 偏光光射入液晶裝置之光射出面侧。這係因 用之作為主動切換元件之薄膜電晶體（TFτ) 裝置之光射出面側射入時有誤動作之情況。 在具有光反射型偏光板之偏光元件上嘗試使 離膜之偏光光束分離器（例如，特開平 報）。該偏光光束分離器具備二直角稜鏡和 成之偏光分離膜。而，偏光光束分離器以偏 於照明光軸約傾斜4 5度之狀態配置。在將這 離|§配置於液晶裝置之光射出面侧之情況， 所反射之光朝和照明光軸大致正交之方向射 晶裝置誤動作。 偏光光束分離器之沿著照明光軸之尺寸設為 長方形之顯示區域之長邊尺寸大致相等，偏 化。結果，在液晶裝置之光射出面側，為了 而需要比較寬之空間，有投影機大型化之問 晶裂置和投影光學系統之距離變長，需要大 鏡，也有投影光學系統之製造費用增加之問 本貝施例，在液晶裝置之光射出面側配置具
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528887 五、發明說明（29) 光元件之耐光性及耐 射型偏光板和稜鏡之 有光反射型偏光板之偏光元件，令偏 熱性長：局，而且在偏光元件具傷光反 情況也下工夫使偏光元件可小型化。 =11係表示在實施例5之第_光反射型偏光元件1之概 冓仏之剖® ®。該第一光反射型偏光元件1具備稜鏡 10、光反射型偏光板20以及光吸收型偏光板30。
棱鏡10係具有非平行之光入射面Sli和光射出面S1〇之 透明體。具體而言，稜鏡10係將相向之光入射面Sli和光 射出面Slo之夾角（頂角）^設成特定值之具有近似三角形 之截面形狀之柱狀之玻璃體。此外，關於頂角α將後述。 “八光反射型偏光板2 〇係幾乎不伴隨光吸收並將無偏向之 光分離成偏光方向不同之2種偏光光之光學元件。本實施 例之光反射型偏光板2 〇例如使用如下所示之光學元件構 成0 板； (a )利用電介質複數層膜形成之偏光分離元件； (b )形成了週期性微細構造體之構造雙折射型偏光 (c )令液晶材料等具有折射率各向同性（雙折射性）之 有機材料堆積成層狀之高分子系統之層狀偏光板（例如， 3M公司製之DBEF ); (d)由將無偏向之光分離成右轉之圓偏光和左轉之圓 偏光之圓偏光反射板（例如膽固醇液晶）和又/ 4相位差板組 合而成之光學元件； (e )利用布魯斯特角分離成反射偏光光和透射偏光光
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528887 發明說明（30) 之光學元件（例如SID，92 DIGEST P427)，•及 (f )以及利用全息照相之全息照相光學元件。 身光吸收型偏光板3 0吸收偏光方向相正交之2種直線偏 光光之中之一方之直線偏光光並令另一方之直線偏光光透 射之光學兀件。此外，光吸收型偏光板3 〇可由令浸潰碘或 染料分子之薄膜一軸延伸而形成。
此外，使用光吸收型偏光板3〇係由於光反射型偏光板 20之偏光分離特性常伴隨入射角相依性。在射入發散光或 聚焦光之情況，透射光反射型偏光板2〇之光之偏光度隨入 射角而k。因此，藉著在光反射型偏光板2 〇之光射出面側 配置光吸收型偏光板3 〇，令透射光之偏光度提高。此外， 光吸收型偏光板3 0配置成其透射軸方向和透射光之偏光方 向大致一致。照這樣做，光反射型偏光元件丨可射出具有 大致一種之偏光狀態之偏光度高之偏光光。
一自稜鏡10之光入射面Sli沿著照明光軸L射入之無偏向 之光利用在光射出面slo所形成之光反射型偏光板20分離 成偏光方向正交之2種直線偏光光。一方之直線偏光光透 射光反射型偏光板2〇。透射光再透射光吸收型偏光板3 〇後 射出另方之直線偏光光（X偏光光）被光反射型偏光板 20反射後再射入稜鏡1〇。此外，在本實施例，也將透射了 光反射型偏光板2〇之偏光光稱為透射光，將光反射型偏光 板20所反射之偏光光稍為反射光。 少 再射入稜鏡丨〇之反射光（回光）被光入射面si i全反射 後，自和頂角相向之面s α射出。因而，幾乎不會自光入
528887 五、發明說明（31) 射面S 1 i向稜鏡1 〇之外部射出光。 圖1 2係用以說明棱鏡1 〇之頂角《之設定值之說明圖。 以入射角（9 1射入光入射面S 1 i之光被光反射型偏光板2 〇反 射後，以入射角0 2射入光入射面S 1 i。此時，若入射角0 滿足下式（1 )之關係，反射光（回光）被光入射面S 1 i全反 射。又，入射角<9由入射角<9 1和稜鏡之頂角以及稜鏡 之折射率η決定，在頂角α滿足下式（2 )之關係時，回光被 光入射面SI i全反射。若照這樣設定頂角α之值，回光不 會自光入射面S 1 i向棱鏡1 〇外部射出。 Θ ^sin_1(l/n) (1) a ^(sin^Cl/n •sin01)+sin-1(l/n))/2 ⑴ 例如，在設射入稜鏡1 〇之光之最大之入射角0 1為土 11· 3度（相當於投影機之積分光學系統之f編號約2. 5倍之 情況）、設棱鏡之折射率η為1 · 5 2之情況，若將稜鏡之頂角 α設為約24. 3度以上，回光全部被光入射面S1 i全反射。 此時’在和頂角α相向之面S α之照明光軸l之方向之 尺寸BC可設為光入射面sn之γ方向尺+ΑΒ之約0 45倍。於 是’因可將稜鏡10之尺寸BC設為比尺寸ΑΒ短，可將光反射 型偏光元件1小型化。 可是’在棱鏡1 0内部，不太發生影響光之偏光狀態之 相位變化較好。在稜鏡丨0之頂點附近，由於其形狀，易發 生來自内部或外部之應力，易發生相位變化。因此，本實 施例之棱鏡1 0 ’為了保持通過之光之偏光狀態，使用光彈 性係數比較小之玻璃材料形成。考慮人眼之靈敏度時，玻
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i材料之光彈性係數係約1 n m / c m / 1 〇5 P a以下較好。若使用 t種玻璃材料形成稜鏡形成稜鏡，可使發生之相位變化量 文小’可使偏光度之面内分布大致均勻。此外，若係光彈 眭係數比較小之材料，使得使用塑膠材料替代玻璃材料也
於是’因圖1 1之光反射型偏光元件1使用不伴隨光吸 ，^光反射型偏光板2 〇，可令偏光元件之耐光性及耐熱性 ，鬲，在射入偏光元件之光強度變大之情況，也可發揮穩 定之偏光分離特性。又，使用如來自光反射型偏光板2〇 ^ 反射光（回光）被稜鏡10之光入射面S1I全反射般設定了光 入射面SH和光射出面si〇之夾角（頂角）之稜鏡1〇。因此， 不會自光入射面Sli向外部射出不要之偏光光（反射光）。 在將這種光反射型偏光元件配置於液晶裝置之光射出面側 之情況因光不會射入液晶裝置之光射出面側，可防止液晶 裝置誤動作。 又，在本實施例，稜鏡10、光反射型偏光板2〇之基材 以及光吸收型偏光板30之基材之折射率大致一致。若這樣 做，在光學上將稜鏡1 〇、光反射型偏光板2 〇以及光吸收型 偏光板30—體化之情況，可令在各界面之光損失減少，而 光反射型偏光元件1之處理也容易。又，可提高在偏光元 件1之光之利用效率，而且也可令往稜鏡1〇内部之回光減 少。此外，在自光反射型偏光板20射出之偏光光（透射光） 之偏光度高之情況，可省略光吸收型偏光板3 〇。 此外’在使用圖1 1之偏光元件1之情況，在稜鏡1 〇之
528887 五、發明說明（33) 光入射面Sli及面Sa形成反射防止膜。藉此，可令來自外 部之光之大部分自稜鏡10之光入射面S1I射入，而且可令 被光入射面S 1 I反射之光之大部分自稜鏡1 0之面S α射出。 但，在光入射面S1 i和面S α按照光之入射角形成構造不同 之反射防止膜。
可是，實際上，有射入棱鏡10之面Sa之光被面Sa反 射後再射入光反射型偏光板2 0之情況。圖1 3係表示圖1 1之 偏光元.件1之變形例之說明圖。圖1 3所示之偏光元件1，和 圖11之偏光元件1大致相同，但是變更稜鏡10，之形狀。具 體而言，變更和由稜鏡1〇，之光入射面Sli和光射出面Slo 形成之頂角a相向之面（相向面）s a，。即，面S a，設成稜 鏡1 0 ’之光入射面S 1 i所全反射之直線偏光光（X偏光光）大 致垂直的射入面S a ’ 。此外，此時，光入射面s 1 i和面S a 之夾角召設成光反射型偏光板2 〇所反射之光和光入射面 S1 i全反射時之入射角0大致相等。 右使用這種偏光元件1’ ，因可令射入面之光之大
口 F分自面Sa’射出，可令再射入光反射型偏光板2〇之光減 少很多。又，在使用這種偏光元件丨，之情況，因射入光入 射面Sli及面s a’之光之入射角（大約0度）相等，可將在二 面s 1 1、S a ’應形成之反射防止膜之構造共同化。 圖1 4係表示在實施例5之第二光反射型偏光元件2之概 略構造之剖面圖。本光反射型偏光元件2係和圖丨丨之光反 射型偏光元件1大致相同，但是在光吸收型偏光板3 〇之光 射出面侧配置第二稜鏡4 〇。
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在使用圖1 4之光反射型偏光元件2之情況也具有和使 用011之光反射型偏光元件1之情況一樣之效果，還具有 以下之效果。 回’二稜鏡1 0、4 0使用相同之稜鏡。此時，二稜 鏡lj 4 0之折射率相等。又，第一稜鏡1 〇之光射出面s 1 〇 和第二稜鏡40之光入射面S1 i大致平行，第一稜鏡1〇之光 入射面S1I和苐一稜鏡之光射出面si〇大致平行。因而，光 通過光反射型偏光元件2時，其行進方向幾乎不變。換言 之，射^光反射型偏光元件2之光和自光反射型偏光元件2 射出之光之行進方向大致一致。若照這樣做，在將光反射
型偏光兀件2和其他光學元件組合使用之情況具有可容易 構成光學系統之優點。 ^ 或者开> 成二稜鏡1 〇、4 0之材料不同也可。例如，使 得按照光反射型偏光元件2之用途，使用具有最佳之物性 ^例如_折射率或光彈性係數）之材料形成各稜鏡丨〇、4 〇也 可^在二棱鏡1 0、40之折射率不同之情況，也只要調整第 ^鏡之頂角，就可令射入光反射型偏光元件之光和自光 反射型偏光元件射出之光之行進方向大致一致。
此外，折射率高之材料或光彈性係數小之材料昂貴。 在投影機之液晶裝置之光入射面側及光射出面側配 f反射型偏光元件2之情況，使得在接近液晶裝置之稜 ,用折射率咼且光彈性係數小之昂貴之材料（例如光彈 $係數約lnm/cm/UPPa以下），而在遠的稜鏡使用其他便 且之材料也可。若照這樣做，可令光反射型偏光元件2之
528887 五、發明說明（35) ——~^ 光學特性不太降低的低價格化。 々 又 在第二稜鏡40不必令發生全反射。因而，藉著將 第二棱鏡40之折射率或頂角設為適當值，也可控制自9及 射型偏光元件2射出之光之行進方向。藉此，可提高其他 光學兀件之配置之自由度，例如可容易的構成朝上彡 光學系統。 尽 此外，在本實施例，第一稜鏡！ 0、光反射型偏光板2 〇 之基材、光吸收型偏光板3 〇之基材以及第二稜鏡4 〇之折射 率大致一致。若照這樣做，在光學上將第一稜鏡丨〇、光反 射型偏光板20之基材、光吸收型偏光板3〇之基材以及第二 稜鏡40 —體化之情況，可令在各界面之光損失減少，而光 反射型偏光元件2之處理也容易。又，可提高在偏光元件2 之光之利用效率，而且也可令往稜鏡1 〇内部之回光減少。 此外，和光反射型偏光元件1之情況一樣可省略光吸收型 偏光板3 0。 圖1 5係表示在實施例5之第三光反射型偏光元件3之概 略構造之剖面圖。在圖1 4之光反射型偏光元件2，光吸收 型偏光板30配置於第二稜鏡40之光入射面S2i，但是在光 反射型偏光元件3，光吸收型偏光板30配置於第二稜鏡4〇 之光射出面S2o。在使用這種光反射型偏光元件3之情況， 也具有和使用圖1 4之光反射型偏光元件2之情況一樣之效 果，還具有以下之效果。 光吸收型偏光板30因吸收光而發熱。因而，在使用圖 1 4之光反射型偏光元件2之情況，光吸收型偏光板3 〇之熱
2061-3702-PF.ptd 第 38 頁 528887 五、發明說明（36) 影響第二稜鏡40或光吸收型偏光板 化，或令偏光特性惡化。而，名# ς 7 ^生相位义 傀氺开杜^1夕降在使用圖1 5所示之光反射型 ί板3〇ii :人，;因可向外部空間迅速散出光吸收型偏 ϋ之:I々 收型偏光板30之熱對第二稜鏡40等 周邊之先學70件之影響降低。 一此外，右在第二稜鏡40之光射出面S20配置光吸收型 偏光板30，因可將射入光吸收型偏光板3〇之透射入射 角設為小，也具有可令光吸收 w盘亦 之優點。 」7尤及收型偏先板3〇之偏光特性提高 圖1 6係表示在實施例5之第四光反射型偏光元件4之概 略構造之剖面圖。本光反射型偏光元件4和圖丨5之光反射 型偏光兀件3大致相同，但是光反射型偏光板2〇使用構造 雙折射型偏光板2 1。此外，構造雙折射型偏光板2丨可使用 例如在圖2(A)、（B)所說明之構造雙折射型偏光板，在圖 1 6使用圖2 (A )所示之構造雙折射型偏光板。 構造雙折射型偏光板21以其透明基板21〇和光反射型 偏光板20之光入射面密接之狀態配置，並以週期性微細構 造體（金屬薄膜）2 1 1和第一稜鏡1 〇間隔微小之空間之狀離 配置。又，光自微細構造體2 1 1經由該微小之空間射入^ 明基板2 1 0。此外，藉著像這樣設置空間，可提高構造雙 折射型偏光板2 1之偏光分離特性。 又 而，微細構造體211和第一稜鏡1〇之光入射面sn與光 射出面Slo之相交線之方向（X方向）正交，沿著和光射出'面 S1 〇平行之方向週期性排列，槽2 1 2朝X方向延伸。若照這
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口構把雙折射型偏光板21配置成相對於照明光轴[ 可使微細構造體相對於照明光之間距實質上 令構造雙折射型偏光板之光學特性提高。 樣做， 傾斜， 結果可 於是，在令構造雙折射型偏光板21配置成相對於昭明 光軸L傾斜之情況，希望配置成微細構造體211之週期性排 列方向相對於照明光軸L傾斜。若將構造雙折射型偏光板 配置成微細構造體2 11之週期性排列方向相對於照明光軸l 正父，也因無法使微細構造體相對於照明光之間距實質上 變小，難令提高光學特性。 、 此外，在圖16，因將透明基板21〇之折射率設為和第 二稜鏡4 0之折射率大致相等，可令在構造雙折射型偏光板 21和第二稜鏡4 0之界面發生之光損失減少。 在使用圖1 6之光反射型偏光元件4之情況，也具有和 使用圖1 5之光反射型偏光元件3之情況一樣之效果。此 外’在圖1 6，因將偏光分離特性之入射角相依性比較小之 構造雙折射型偏光板2 1用作光反射型偏光板，在光強度大 之光射入光反射型偏光元件4或入射角大之光射入之情 況，也可發揮優異之偏光分離特性。 圖1 5之光反射型偏光板2 0也可採用使用具有折射率各 向異性之薄膜之層狀偏光板，替代構造雙折射型偏光板 2 1。層狀偏光板如在圖6之說明所示，係由具有雙折射性 之第一薄膜和不具有雙折射性之第二薄膜交互堆積複數層 而成之偏光板。 在光反射蜇偏光板2 0使用層狀偏光板之情況，也具有
2061-3702-PF.ptd 第40頁 528887 五、發明說明（38) 和使用圖1 5之光反射型偏光元件3 一樣之效果。此外，層 狀偏光板因偏光分離特性之波長相依性比較小，可發揮優 異之偏光分離特性。 此外，使得使用圖1 3所示之稜鏡1 〇，，替代圖1 4、 15、16之偏光元件2、3、4之第一稜鏡10也可。 圖1 7係表示在實施例5之第五光反射型偏光元件5之概 略構造之剖面圖。本光反射型偏光元件5由在圖13之偏光 元件1之光射出面設置了第二稜鏡4 0之二部分偏光元件 5a、5b構成。二部分偏光元件5a、5b連接成各自之第一稜 鏡U)，之光入射面S1I配置成大致同一面内。又，二部分偏 光兀件5a、5b連接成相對於照明光軸[對稱，此時，各部 分偏，元件5a、5b之光反射型偏光板2〇配置成y字形。 使:广種偏光元件5，和圖9(A) 一樣，可使光反射 ==:'方向之尺寸變小。因此，具有可將光反射 t偏光板小型化，而且可传用 ^ ^ n r 』便用以配置先反射型偏光元件5 之工間比車父小之優點。又，若 m ^ ^ ^ , 右將本先反射型偏光元件5應 用於杈衫機，可將投影機小型化。 之第圖7 ’二部分偏光元件5a、5b之光射出面側 成也可r兄肖7刀開之稜鏡構成，但是使得用一個稜鏡構 又，在圖1 7之光反射型偏光元件 用圖13之偏光元件i，，但是栋p 4丨口Ρ刀偏光兀件利 可。此外，i Ι^Μ 7 , 一使侍利用別的偏光元件卜4也 J 此外’在圖1 7之光反射刑抱土一 光元件，作e 4 y 至偏先儿件5，組合二部分偏 尤兀1干，但疋組合4個別的傯 们偏先70件卜4，如圖9 ( B)所示，
528887 五、發明說明（39) 使得各偏光元件之光反射型偏光板2 〇配置成W字形也可。 若照這樣做’可得到更小型化之光反射型偏光元件，若將 其應用於投影機’具有可使投影機更小型化之優點。一般 複數部分偏光元件連接成各自之第一棱鏡之光入射面配置 於大致同一面内即可。 圖18係在平面上看實施例5之投影機pJ5之主要部分之 概略構造圖。此外，圖18表示自X方向看時之平面圖。 本投影機P J 5和實施例2之投影機pJ2(圖7(B))大致相 同’但是變更配置於液晶裝置3〇〇之光射出面側之偏光元 件。
具體而言’在投影機pj5，使用將圖15所示之光反射 型偏光元件3之第一稜鏡1〇變更為圖13所示之第一稜鏡1〇 之光反射型偏光元件3，。又，在投影機pj5，偏光變換光 學系統150’之重疊透鏡18〇，配置成凸面變成光入射面。 圖1 9係表示配置於圖1 8之液晶裝置3 0 0之光射出面側 ，光反射型偏光元件3,之配置方法之說明圖。一般，液曰e L置：置之:由示/域係長方形之情況’。光反射型偏光元 /tm ΐ入射面su*光射出面31〇形成之相交衾 向）大致平„置30 0之顯示區域之長邊3〇1之方向⑴
光入=19△示配置光反射型偏光元件3’，和配置成a 先射面Sli和光射出面Sl0形成之 裝置3 0 0之顯示區域之短邊 4 1之方向和液曰1 相比’可使光反射型偏光元#3，/γ方向）大致平行之情分 耵型偏先凡件3在沿著照明光軸L之方向
528887 五、發明說明（40) (z方向）之尺寸比較小。這係由於光反射型偏光元件3，之z 方向之尺寸如在圖丨2之說明所示，由第一稜鏡1〇之光入射 面S1I之尺寸AB之tana倍決定。因此，若如圖19所示配 置’可縮短液晶裝置3 〇 〇和投影光學系統5 〇 〇間之距離，結 果’可貫現投影機和投影鏡頭之小型化以及低價格化。 如以上之說明所示，在投影機PJ5，因使用光反射型 偏光元件3’ ，可令偏光元件之耐光性及耐熱性提高，而且 產生偏光度咼之偏光光，可顯示對比高之影像。又，可防 止不要之偏光光回到液晶裝置3 〇 〇。因而，可防止液晶裝 置30 0誤動作，在射入偏光元件之光之強度變大之情況， 也可穩定的顯示高晝質之影像。 又，在投影機PJ5，只在液晶裝置3〇〇之光射出面側配 置光反射型偏光元件3 ’，但是使得依據偏光變換光學系統 1 5 0’之有無，換言之，依據如上述之作用於偏光元件之熱 負載’只在液晶裝置300之光射入面側設置也可。具體而 曰’在未裝載偏光變換光學系統1 5 〇，之情況（即，裝載圖1 所示之積分光學系統之情況），在液晶裝置3〇〇之至少光入 射面側配置光反射型偏光元件3,；而在裝載偏光變換光學 系統15 0’之情況，使得在液晶裝置3 〇〇之至少光射出面側 配置光反射型偏光元件3，也可。此外，在未配置光反射型 偏光元件3’側，如上述所示，單獨使用光吸收型偏光板 400即可。若照這樣做，可同時實現投影機之小型化和高 性能化以及低價格化。 在投影機PJ5使用光反射型偏光元件3，，但是使得使
2061-3702-PF.ptd 第43頁 528887 五、發明說明（41) 用別的光反射型偏光元件1、1 ’、2、3、4、5替代之也 可。 此外，本發明未限定為上述之實施例或實施形態，可 在不超出其主旨之範圍實施各種形態，例如如下之變形也 可。 (1 )在圖2、圖16，構造雙折射型偏光板200、21配置 成光自形成了微細構造體2 1 1之面側射入，但是配置成光 自和形成了微細構造體2 1 1之面相反之面側，即透明基板 2 1 〇側射入也可。但，若如圖2、圖1 6所示配置，可使在構 造雙折射型偏光板之偏光分離特性比較高。 (2 )在上述實施例，說明只使用一台液晶裝置之所謂 的單板式投影機，但是本發明也可應用於使用多台液晶裝 置之投影機。又，在上述實施例，使用透射型液晶裝置， 但是本發明也可應用於使用反射型液晶裝置之投影機。此 外’不僅前投影型之投影機，也可應用於將影像投影顯示 於透射型銀幕之後投影型之投影機。 工業上之可應用性 本發明可廡用於例如投影機之使用偏光元件之光學I 置。 ~
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Claims (1)

  1. 528887 —___案號 90100583 μ车々月 yf曰 铬,___ 六'申請專利範圍 1. 一種投影機，包括： 光源裝置； 電光學裝置，調變來自該光源裝置之光； 二偏光元件，各自配置於該電光學裝置之光入射面側 及光射出面側；以及 投影光學系統，將來自該電光學裝置之光投影； 其特徵在於： 該二偏光元件之中之至少一者係構造雙折射型偏光 板0 2 ·如申請專利範圍第1項之投影機，其中，該構造雙 折射型偏光板係線狀栅格型偏光板。 3 ·如申請專利範圍第1項之投影機，其中，該雔 折射型偏光板包括： Λ &又 透明結晶基板；及 微細構造體，在該透明結晶基板上沿著既定 性形成。 方向週期 4 ·如申請專利範圍第1、2或3項之投影機，其中 上 構造雙折射型偏光板配置成照明該電光學裝置之" ’该 車由傾斜。 w之中心 5 ·如申請專利範圍第4項之投影機，其中，兮 折射型偏光板以相對於該中心轴約45度之傾斜角μ構造雙 6 ·如申請專利範圍第1、2或3項項之投影機，度配置（ 該構造雙折射型偏光板分割成複數區域； 、其中， 該複數區域之中之至少一部分配置成相對於 照明該電
    528887 案號 90100583
    六、申請專利範圍 光學裝置之光之中心軸傾斜。 7·如申請專利範圍第6項之投影機，其中，該構造雙 折射型偏光板之該複數區域之中之至少一部分配置成相對 於該中心軸傾斜4 5度。 8 ·如申請專利範圍第1、2或3項之投影機，其中，在 該構造雙折射型偏光板之光射出面侧配置光吸收型偏光 板。 9 ·如申請專利範圍第8項之投影機，其中，還在該光 吸收型偏光板之光射出面側配置透明結晶基板； ^ 該透明結晶基板和該光吸收型偏光板密接。 1 0 ·如申請專利範圍第1、2或3項之投影機，其中，還 在該構造雙折射型偏光板之光射出面側配置光反射型偏光 板。 1 1 ·如申請專利範圍第1 0項之投影機，其中，該光反 射型偏光板係由具有雙折射性之薄膜和不具有雙折射性之 薄膜交互的積層複數層而成之層狀偏光板。
    2061-3702-PFl.ptc 第46頁
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