CN103676161A

CN103676161A - 色分解合成棱镜

Info

Publication number: CN103676161A
Application number: CN201310376147.6A
Authority: CN
Inventors: 寺田昌弘; 高原浩滋
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-08-26
Also published as: JP6048002B2; CN103676161B; JP2014048392A

Abstract

本发明涉及色分解合成棱镜，是反射型显示元件所对置的棱镜面除了对照明光以及投影光之外还对如OFF光那样的入射角度大的光也具备低反射率特性的色分解合成棱镜。该色分解合成棱镜在多个棱镜块（81、82、83）的与反射型显示元件（14、15、16）对置的棱镜端面（813、823、833）分别设有防反射膜（AR1、AR2、AR3），至少任意一个防反射膜（AR1、AR2、AR3）是向所对置的上述反射型显示元件（14、15、16）入射的光的峰值波长下的最大反射率在入射角度0度到60度的范围内为2％以下的低反射率防反射膜。

Description

色分解合成棱镜

技术领域

本发明涉及在具备数字微镜器件（DMD）等反射型显示元件的投射型显示装置中使用的色分解合成棱镜。

背景技术

在具备数字微镜器件（DMD）等反射型显示元件的投射型显示装置中，使用将色分解合成棱镜与内部全反射棱镜（TIR棱镜）组合而成的棱镜单元。

来自光照射机构的照明光经由TIR棱镜入射到色分解合成棱镜。色分解合成棱镜将照明光分解成蓝色光、红色光以及绿色光并使其入射到各个反射型显示元件。另外，被反射型显示元件反射了的光在由色分解合成棱镜合成之后作为投影光经由TIR棱镜出射到投影光学系统，或者按照离开投影光学系统的方式从色分解合成棱镜作为非投影光出射。

具有这样的构成的投射型显示装置在日本特开2008－250123号公报（专利文献1）中被公开。

【专利文献1】日本特开2008－250123号公报

在投射型显示装置所使用的反射型显示元件中，除了向反射型显示元件入射的照明光和射出由反射型显示元件形成的图像的投影光之外，还产生投影图像不使用的被称为OFF光的不要光。

该OFF光与照明光以及投影光相比，其向色分解合成棱镜的入射角度较大，因而存在基于在构成色分解合成棱镜的棱镜块的与反射型显示元件对置的棱镜端面设置的防反射膜的角度依赖性而使得反射率变高的趋势。

这是由于以往的防反射膜为了能够对应具有连续光谱的光源而具有在可视域整体减少反射率的特性，所以反射率以成为不要光的OFF光的入射角度变高。在此，入射角度是指与棱镜端面的法线之间的角度。

被与投射型显示装置对置的棱镜块的入射出面（棱镜端面）反射了的OFF光的一部分再次向反射型显示元件照射。虽然在以往的投射型显示装置中不是大的问题但在激光那样的高亮度投射型显示装置中，向该反射型显示元件返回的返回光会引起反射型显示元件的温度上升，成为对反射型显示元件造成损伤的重要因素。

发明内容

因此，本发明的目的在于解决上述课题，提供一种在色分解合成棱镜中，反射型显示元件所对置的棱镜面除了针对照明光以及投影光之外，还针对OFF光那样的入射角度大的光也具备出色的低反射率特性的色分解合成棱镜。

在本发明涉及的色分解合成棱镜中，具备对具有从光照射机构照射出的波长相互不同的多个光的照明光进行色分解的多个棱镜块，被上述棱镜块色分解后的上述光向对应的反射型显示元件出射，并且利用上述棱镜块将由上述反射型显示元件反射的光合成而形成投影光，其中，在多个上述棱镜块的与上述反射型显示元件对置的棱镜端面分别设置有防反射膜，至少任意一个上述防反射膜是向对置的上述反射型显示元件入射的上述光的峰值波长下的最大反射率在入射角度为0度到60度的范围内为2％以下的低反射率防反射膜。

在其他方式中，上述低反射率防反射膜由针对波长为550nm的光，折射率为2.0以上的高折射率材料、针对波长为550nm的光，折射率为1.4以下的低折射率材料、和针对波长为550nm的光，折射率为1.6以上1.8以下的中间折射率材料构成。

在其他方式中，上述低反射率防反射膜在以向对置的上述反射型显示元件出射的光的峰值波长为中心的包络线的半值全宽度下的平均反射率为2.0％以下。

在其他方式中，上述低反射率防反射膜针对向对置的上述反射型显示元件入射的光的峰值波长，在入射角度为0度到50度的范围内最大反射率为0.5％以下。

在其他方式中，多个上述棱镜块的每一个棱镜块设置有上述低反射率防反射膜，每一个上述低反射率防反射膜具有相同的材料构成，使上述低反射率防反射膜的厚度对应于经过每一个上述棱镜块的上述光的波长而不同。

根据本发明，在色分解合成棱镜中，能够提供一种反射型显示元件所对置的棱镜面除了照明光以及投影光之外对如OFF光那样的入射角度大的光也具备出色的低反射率特性的色分解合成棱镜。

附图说明

图1是实施方式中的投射型显示装置所使用的棱镜单元的俯视图。

图2是实施方式中的投射型显示装置所使用的棱镜单元的主视图。

图3是实施方式中的投射型显示装置所使用的棱镜单元的立体图。

图4是实施方式中的投射型显示装置的功能框图。

图5是实施方式中的投射型显示装置所使用的棱镜单元的详细俯视图。

图6是实施方式中的投射型显示装置所使用的棱镜单元的详细侧视图。

图7是表示照明光、投影光以及OFF光的关系的示意图。

图8是表示在各棱镜端面形成的防反射膜的膜构成的图。

图9是表示防反射膜的膜构成材料对各波长的折射率的图。

图10是表示激光光谱中的半值宽度的图。

图11是表示在使用了图8所示的针对光的峰值波长为465nm的蓝色光的防反射膜的情况下，对入射角度（AOI）从0度到60度范围内的反射率进行测定后的结果的图。

图12是表示在使用了图8所示的针对光的峰值波长为532nm的绿色光的防反射膜的情况下，对入射角度（AOI）从0度到60度的范围内的反射率进行测定后的结果的图。

图13是表示在使用了图8所示的针对光的峰值波长为640nm的红色光的防反射膜的情况下，对入射角度（AOI）从0度到60度的范围内的反射率进行测定后的结果的图。

图14是表示当使用了以往的具有在可视域整体减少反射率的特性的防反射膜时，对入射角度（AOI）从0度到60度的范围内的反射率进行测定后的结果的图。

图15是表示在各棱镜端面形成的防反射膜的其他膜构成的图。

图16是表示防反射膜的膜构成材料对各波长的折射率的图。

图17是表示在使用了图15所示的针对光的峰值波长为465nm的蓝色光的防反射膜的情况下，对入射角度（AOI）从0度到60度的范围内的反射率进行测定后的结果的图。

图18是表示在使用了图15所示的针对光的峰值波长为532nm的绿色光的防反射膜的情况下，对入射角度（AOI）从0度到60度的范围内的反射率进行测定后的结果的图。

图19是表示在使用了图15所示的针对光的峰值波长为640nm的红色光的防反射膜的情况下，对入射角度（AOI）从0度到60度的范围内的反射率进行测定后的结果的图。

附图标记说明：

1－投射型显示装置，71、811、821－全反射面，72、813、823、831、832－棱镜端面，81－第一棱镜，82－第二棱镜，83－第三棱镜，100－棱镜单元，200－投影光学系统，300－光照射机构，301－红色激光照射装置，302－蓝色激光照射装置，303－绿色激光照射装置，320－二向色滤色器，330－聚光透镜，340－光纤，350－积分棒，360－中继光学系统，370－反射镜，380－同步控制机构，812－第一二向色涂层面，822－第二二向色涂层面，AR1、AR11、AR2、AR21、AR3、AR31－防反射膜。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明涉及的实施方式中的投射型显示装置进行说明。其中，在以下所说明的实施方式中，当言及个数、量等时，除了特别记载的情况之外，本发明的范围不必一定限定于该个数、量等。另外，有时针对同一部件、等同部件赋予相同的参照编号并省略近似重复的说明。

（实施方式1）

首先，参照图1至图3来对本实施方式中的投射型显示装置所使用的棱镜单元100的基本构成进行说明。图1是棱镜单元100的俯视图，图2是棱镜单元的主视图，图3是棱镜单元的立体图。其中，在本说明书中为了便于说明，在图1至图3中将与纸面平行的平面设为水平方向，将与纸面垂直的方向设为垂直方向来进行说明。

（棱镜单元100）

该棱镜单元100具有用于将照明光IL导向第一反射型显示元件14、第二反射型显示元件15以及第三反射型显示元件16的内部全反射棱镜（TIR棱镜）7以及色分解合成棱镜8。本实施方式中的棱镜单元100是5片棱镜单元。

色分解合成棱镜8具有三个棱镜块（第一棱镜81、第二棱镜82、以及第三棱镜83），TIR棱镜7具有2个棱镜块（第四棱镜7A以及第五棱镜7B）。

TIR棱镜7具有近似三棱柱状的第四棱镜7A和近似三棱柱状的第五棱镜7B。在各棱镜的斜面间设有气隙层。通过TIR棱镜7来进行针对第一反射型显示元件14、第二反射型显示元件15以及第三反射型显示元件16的输入光与输出光的分离。第四棱镜7A利用全反射面71使从后述的光照射机构300的反射镜370出射的照明光全反射，从棱镜端面72朝向色分解合成棱镜8出射。

色分解合成棱镜8与TIR棱镜7邻接（在图1中位于上侧）配置，组合有近似三棱柱状的第一棱镜81、近似三棱柱状的第二棱镜82以及近似梯形柱状的第三棱镜83。

第一棱镜81具有与TIR棱镜7的棱镜端面72对置的全反射面811、与第二棱镜82对置的第一二向色涂层面812以及第一反射型显示元件14所对置的棱镜端面813。棱镜端面813形成有后述的防反射膜。

第二棱镜82具有与第一二向色涂层面812对置的全反射面821、与第三棱镜83对置的第二二向色涂层面822以及第二反射型显示元件15所对置的棱镜端面823。棱镜端面823形成有后述的防反射膜。

第三棱镜83具有与第二二向色涂层面822对置的棱镜端面831、和与第三反射型显示元件16对置的棱镜端面832。棱镜端面832形成有后述的防反射膜。

在第一棱镜81的全反射面811以及第二棱镜82的全反射面821中的第一棱镜81的全反射面811与TIR棱镜7的棱镜端面72之间，设有气隙层AG。

第一反射型显示元件14、第二反射型显示元件15以及第三反射型显示元件16分别具备与1个像素对应的多个微镜（未图示）。各个微镜的倾斜角度或姿势能够切换成两个状态。两个状态中的一个状态（ON状态）的微镜经由TIR棱镜7反射照明光以使其成为朝向后述的投影光学系统200的投影光。另一个状态（OFF状态）的微镜反射照明光以使其成为朝向远离TIR棱镜7的方向的非投影光。

（投射型显示装置1）

参照图4，对具备上述棱镜单元100的投射型显示装置1进行说明。其中，图4是本实施方式中的投射型显示装置1的功能框图。

本实施方式中的投射型显示装置1具备：对上述棱镜单元100照射照明光的光照射机构300、用于将从上述棱镜单元100出射的投影光向被投影对象物（屏幕等）投影的投影光学系统200、与光照射机构300的照明光的照射定时同步地进行第一反射型显示元件14、第二反射型显示元件15以及第三反射型显示元件16的控制的同步控制机构380。

（光照射机构300）

本实施方式中的光照射机构300照射具有下述三种光的照明光，即：具有620nm以上波长的第一光、具有470nm以下波长的第二光、具有超过470nm且小于620nm波长的第三光。

具体而言，具有照射波长为620nm～660nm的红色光作为第一光的红色激光照射装置301、照射波长为430nm～470nm的蓝色光作为第二光的蓝色激光照射装置302、以及照射波长为520nm～560nm的绿色光作为第三光的绿色激光照射装置303。

在本实施方式中，红色激光照射装置301照射主波长为640nm的红色激光，蓝色激光照射装置302照射主波长为450nm的蓝色激光，绿色激光照射装置303照射主波长为532nm的绿色激光。

各个激光被二向色滤色器320合成，形成合成有3色激光的照明光。

合成有3色激光的照明光经过聚光透镜330、光纤340以及积分棒350而成形为规定的矩形。然后，成形为规定的矩形的照明光依次经过中继光学系统360，被反射镜370反射后的照明光向TIR棱镜7出射。其中，照明光在通过光纤340之后成为无偏振光。

接下来，参照图5以及图6对射出到TIR棱镜7的照明光进行说明。图5是棱镜单元100的详细俯视图，图6是棱镜单元100的详细侧视图。

对从第一棱镜81的全反射面811入射的照射光而言，在第一二向色涂层面812仅反射波长为450nm的蓝色激光。蓝色激光在全反射面811发生全反射，向第一反射型显示元件14出射。

分离出蓝色激光并经过了第一二向色涂层面812后的照明光从第二棱镜82的全反射面821入射，在第二二向色涂层面822，仅波长为640nm的红色激光被反射。红色激光在全反射面821发生全反射，向第二反射型显示元件15出射。

分离出蓝色激光以及红色激光并经过了第二二向色涂层面822后的照明光（波长为530nm的绿色激光）从第三棱镜83的内部经过，向第三反射型显示元件16出射。

在此，参照图7对向反射型显示元件返回的返回光进行说明。图7是表示照明光、投影光以及OFF光的关系的示意图。被色分解合成棱镜的棱镜面反射后的OFF光的一部分为了再次入射到反射型显示元件，不仅被要求针对照明光与投影光的入射角度反射率低，而且针对OFF光的入射角度下也被要求低的反射率。

接下来，参照图8以及图9对在各棱镜端面813、823、832形成的防反射膜AR1、AR2、AR3进行说明。其中，图8是表示在各棱镜端面形成的防反射膜的膜构成的图，图9是表示防反射膜的膜构成材料对各波长的折射率的图。

如上所述，形成于棱镜端面的防反射膜除了针对照明光与投影光的入射角度被要求反射率低之外，针对OFF光的入射角度也被要求低的反射率。鉴于此，在第一棱镜81的棱镜端面813、第二棱镜82的棱镜端面823以及第三棱镜83的棱镜端面832分别形成了图8以及图9所示的构成的防反射膜AR1、AR2、AR3。

在第一棱镜81的棱镜端面813形成了低反射率的防反射膜AR1，在第二棱镜82的棱镜端面823形成了低反射率的防反射膜AR2，在第三棱镜83的棱镜端面833形成了低反射率的防反射膜AR3。

各个防反射膜AR1、AR2、AR3如图8所示那样，具有使用了AL2O3（氧化铝）、H4（La2Ti2O7（镧钛酸盐））以及MgF2（氟化镁）的相同的膜材料构成，但对应于通过防反射膜AR1的蓝色光、通过防反射膜AR2的红色光以及通过防反射膜AR3的绿色光的波长而使各防反射膜AR1、AR2、AR3的膜厚度不同。

如图9所示那样，图8所示的各防反射膜通过除了使用在光的波长为550nm时折射率为2.0以上的高折射材料（H4）、和在光的波长为550nm时折射率为1.4以下的低折射材料（MgF2）之外，还使用在光的波长为550nm时折射率为1.6以上1.8以下的中间折射率材料（AL2O3），由此抑制了因入射角度引起的性能劣化。另外，通过按照向各反射型显示元件入射的光（光谱）将防反射膜的特性限定为特定波长区间，能够抑制膜的厚度（层数）大幅增加。

另外，也可以如图10所示那样，对各防反射膜而言，以向对置的反射型显示元件出射的光的峰值波长为中心的包络线的半值全宽度下的平均反射率为2.0％以下。如图7所示那样，在设想主光线为50度，来自照明光的扩展度为10度左右的光线（F值3.0）时，存在OFF光的入射角度为40.4度到59.6度的光线。总之，OFF光的一半为入射角度50度以下、反射率大幅劣化的入射角度接近60度的光线只是OFF光的一部分。因此，只要峰值波长的反射率或者以峰值波长为中心的包络线的半值半宽度下的平均反射率为2.0％以下，则OFF光整体的反射率为1％以下，则不没有必要地增加防反射膜的层数便能期待足够的效果。

接下来，参照图11至图14，对本实施方式中的在棱镜端面设置了防反射膜的情况下可抑制反射率的点进行说明。其中，图11是在使用了图8所示的针对光的峰值波长为465nm的蓝色光的防反射膜的情况下，对入射角度（AOI）从0度到60度的范围内的反射率进行了测定的图，图12是在使用了图8所示的针对光的峰值波长为532nm的绿色光的防反射膜的情况下，对入射角度（AOI）从0度到60度的范围内的反射率进行了测定的图，图13是在使用了图8所示的针对光的峰值波长为640nm的红色光的防反射膜的情况下，对入射角度（AOI）从0度到60度的范围内的反射率进行了测定的图，图14是当使用了以往的具有在可视域整体减少反射率的特性的防反射膜时，对入射角度（AOI）从0度到60度的范围内的反射率进行了测定的图。

根据图11至图13可知，针对向各反射型显示元件入射的峰值波长，在入射角度从0度到60度的范围内最大反射率为1％左右，至少为2％以下，在入射角度从0度到50度的范围内最大反射率被抑制到0.5％以下，与图14所示的以往的防反射膜相比，能够大幅降低向反射型显示元件返回的返回光。

（其他实施方式）

接下来，参照图15至图19对使用了其他防反射膜的情况进行说明。图15是表示在各棱镜端面形成的防反射膜的其他膜构成的图，图16是表示防反射膜的膜构成材料针对各波长的折射率的图。

另外，图17是表示在使用了图15所示的针对光的峰值波长为465nm的蓝色光的防反射膜的情况下，对入射角度（AOI）从0度到60度的范围内的反射率进行测定后的结果的图，图18是表示在使用了图15所示的针对光的峰值波长为532nm的绿色光的防反射膜的情况下，对入射角度（AOI）从0度到60度的范围内的反射率进行测定后的结果的图，图19是表示在使用了图15所示的针对光的峰值波长为640nm的红色光的防反射膜的情况下，对入射角度（AOI）从0度到60度的范围内的反射率进行测定后的结果的图。

图8所示的防反射膜AR1、AR2、AR3都是19层构造，图15所示的防反射膜AR11、AR12、AR13都是15层构造。另外，防反射膜AR1、AR2、AR3是采用了AL2O3、H4以及MgF2的材料构成，而防反射膜AR11、AR12、AR13是采用了AL2O3、TIO2（二氧化钛）以及MgF2的材料构成。

如图16所示那样，图15所示的各防反射膜通过除了使用在光的波长为550nm时折射率为2.0以上的高折射材料（TIO2）和在光的波长为550nm时折射率为1.4以下的低折射材料（MgF2）之外，还使用在光的波长为550nm时折射率为1.6以上1.8以下的中间折射率材料（AL2O3），由此抑制了因入射角度引起的性能劣化。另外，通过按照向各反射型显示元件入射的光（光谱），将防反射膜的特性限定在特定波长区间，能够抑制膜的厚度（层数）大幅增加。

另外，根据图17至图19可知，针对向各反射型显示元件入射的峰值波长的中心波长，在入射角度0度到60度的范围内最大反射率为1％左右，至少为2％以下，在入射角度0度到50度的范围内最大反射率被抑制为0.5％以下，与图14所示的以往的防反射膜相比，能够大幅减少向反射型显示元件返回的返回光。

以上，根据本实施方式中的色分解合成棱镜，能够提供一种在使用色分解合成棱镜8的投射型显示装置1中，通过使用针对反射型显示元件的对置面，除了照明光以及投影光之外对于OFF光那样的入射角度大的光也具有出色的低反射率特性的色分解合成棱镜，而抑制了因返回光引起的反射型显示元件温度上升、对比度降低的高亮度的投射型显示装置。

此外，在上述实施方式中，对在构成色分解合成棱镜8的第一棱镜81的棱镜端面813、第二棱镜82的棱镜端面823以及第三棱镜83的棱镜端面832形成低反射率的防反射膜AR1、AR2、AR3的情况进行了说明，但即使在至少任意一个棱镜端面设置低反射率的防反射膜，针对该棱镜端面所对置的反射型显示元件，也能够提供除了照明光以及投影光之外对于OFF光那样的入射角度大的光也具有出色的低反射率特性的色分解合成棱镜。

另外，在上述实施方式中，对色分解合成棱镜8具有三个棱镜块（第一棱镜81、第二棱镜82以及第三棱镜83）的情况进行了说明，但并不限定于三个棱镜块，在使用四个棱镜块或者四个以上棱镜块的情况下也可得到同样的作用效果。

应该认为本次公开的实施方式的所有点只是例示，并不对本发明进行限制。本发明的范围不是上述的说明而由权利要求的范围表示，包括与权利要求的范围等同的意思以及范围内的所有变更。

Claims

1.一种色分解合成棱镜，具备对具有从光照射机构照射出的波长相互不同的多个光的照明光进行色分解的多个棱镜块，被上述棱镜块色分解后的上述光出射至对应的反射型显示元件，并且利用上述棱镜块将从上述反射型显示元件反射的光合成而形成投影光，其中，

在多个上述棱镜块的与上述反射型显示元件对置的棱镜端面分别设置有防反射膜，

至少任意一个上述防反射膜是向对置的上述反射型显示元件入射的上述光的峰值波长下的最大反射率在入射角度为0度到60度的范围内为2％以下的低反射率防反射膜。

2.根据权利要求1所述的色分解合成棱镜，其中，

上述低反射率防反射膜由针对波长为550nm的光折射率为2.0以上的高折射率材料、针对波长为550nm的光折射率为1.4以下的低折射率材料、和针对波长为550nm的光折射率为1.6以上1.8以下的中间折射率材料构成。

3.根据权利要求1所述的色分解合成棱镜，其中，

上述低反射率防反射膜在以向对置的上述反射型显示元件入射的光的峰值波长为中心的包络线的半值全宽度下的平均反射率为2.0％以下。

4.根据权利要求1所述的色分解合成棱镜，其中，

上述低反射率防反射膜针对向对置的上述反射型显示元件输入的光的峰值波长，在入射角度为0度到50度的范围内最大反射率为0.5％以下。

5.根据权利要求1所述的色分解合成棱镜，其中，

多个上述棱镜块的每一个棱镜块设置有上述低反射率防反射膜，

每一个上述低反射率防反射膜具有相同的材料构成，使上述低反射率防反射膜的膜厚度对应于经过每一个上述棱镜块的上述光的波长而不同。