CN108681197A - 投影型显示装置和直视型显示装置 - Google Patents

投影型显示装置和直视型显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种投影型显示装置，包括一个或多个光源；显示元件；偏振分束器，所述偏振分束器设置在所述一个或多个光源与所述显示元件之间的光路上；偏振补偿元件，所述偏振补偿元件设置在所述偏振分束器与所述显示元件之间的光路上，且所述偏振补偿元件对入射光施加相位差，以改变所述入射光的偏振状态；和投影光学元件，所述投影光学元件对由所述显示元件产生、且之后经由穿过所述偏振补偿元件和所述偏振分束器的光路而入射的图像光进行投影。

Description

投影型显示装置和直视型显示装置
本申请是于2013年11月27日提交的、申请号为201380067836.7的题为“投影型显示装置和直视型显示装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及使用反射型液晶元件作为空间调制元件的投影型显示装置和直视型显示装置。
背景技术
近年来，配置成在屏幕上投影图像的投影仪(投影型显示装置)不仅广泛用在办公室中，而且还用在家庭中。投影仪使用光阀(空间调制元件)调制来自光源的光，以产生图像光，并将图像光投影到屏幕上，由此进行显示(例如参照专利文献PTL 1和2)。近来，开始普及手掌大小的超小型投影仪、内置有超小型投影仪的移动电话等。
引用列表
专利文献
PTL 1：日本待审专利申请公开No.2011-128634
PTL 2：日本待审专利申请公开No.2010-48903
发明内容
在上述投影仪中，一般要求提高对比度，以提高显示图像质量。更具体地说，例如在使用反射型液晶元件作为空间调制元件的情形中，为了提高对比度，希望在黑显示时抑制来自光学系统的漏光，由此减小黑显示时的辉度(luminance)。
因此，希望提供能抑制黑显示时的漏光以提高对比度的投影型显示装置和直视型显示装置。
根据本发明一实施方式的投影型显示装置包括：照明光学系统，所述照明光学系统包括一个或多个光源；反射型液晶元件，所述反射型液晶元件通过基于输入的图像信号调制来自所述照明光学系统的光而产生图像光；偏振分束器，所述偏振分束器设置在所述照明光学系统与所述反射型液晶元件之间的光路上；偏振补偿元件，所述偏振补偿元件设置在所述偏振分束器与所述反射型液晶元件之间的光路上，且所述偏振补偿元件对入射光施加相位差，以改变所述入射光的偏振状态；和投影光学系统，所述投影光学系统对由所述反射型液晶元件产生、且之后经由穿过所述偏振补偿元件和所述偏振分束器的光路而入射的图像光进行投影。上述偏振补偿元件具有沿光轴彼此面对的第一表面和第二表面，并在从所述第一表面侧入射光时和在从所述第二表面侧入射光时施加彼此极性相反并且绝对值大致相等的相位差。
根据本发明一实施方式的直视型显示装置包括：照明光学系统，所述照明光学系统包括一个或多个光源；反射型液晶元件，所述反射型液晶元件通过基于输入的图像信号调制来自所述照明光学系统的光而产生图像光；偏振分束器，所述偏振分束器设置在所述照明光学系统与所述反射型液晶元件之间的光路上；偏振补偿元件，所述偏振补偿元件设置在所述偏振分束器与所述反射型液晶元件之间的光路上，且所述偏振补偿元件对入射光施加相位差，以改变所述入射光的偏振状态；投影光学系统，所述投影光学系统对由所述反射型液晶元件产生、且之后经由穿过所述偏振补偿元件和所述偏振分束器的光路而入射的图像光进行投影；和透射型屏幕，所述透射型屏幕显示从所述投影光学系统投影的所述图像光。上述所述偏振补偿元件具有沿光轴彼此面对的第一表面和第二表面，并在从所述第一表面侧入射光时和在从所述第二表面侧入射光时施加彼此极性相反且绝对值大致相等的相位差。
在根据本发明实施方式的投影型显示装置和直视型显示装置中，从照明光学系统中的光源发射的光被偏振分束器偏振分离，该光中的偏振光经由偏振补偿元件入射到反射型液晶元件。此外，反射型液晶元件基于图像信号对该入射光进行调制，以产生图像光，该图像光经由偏振补偿元件和偏振分束器入射到投影光学系统。之后，该入射光通过投影光学系统投影，以基于图像信号显示图像。在该情形中，偏振补偿元件具有沿光轴彼此面对的第一表面和第二表面，并在从所述第一表面一侧入射光时和在从所述第二表面一侧入射光时，提供极性彼此相反且彼此大致相等的绝对值间的相位差。因此，例如，即使存在倾斜入射到偏振分束器(偏振分离面)的光或者在反射型液晶元件中残留有倾斜的部分液晶分子，通过这种倾斜入射的光或残留的倾斜的液晶分子产生的椭圆偏振光所导致的在黑显示时从偏振分束器到投影光学系统的漏光仍会被抑制。
根据本发明实施方式的投影型显示装置和直视型显示装置，在从所述第一表面一侧入射光时和在从所述第二表面一侧入射光时，偏振补偿元件提供极性彼此相反且彼此大致相等的绝对值间的相位差；因此，通过倾斜入射的光或残留的倾斜的液晶分子产生的椭圆偏振光所导致的在黑显示时的漏光可被抑制。因此，可提高对比度，并可实现显示图像质量的提高。
附图说明
图1是图解根据本发明实施方式的投影仪的示意性构造的示图；
图2是图解在图1所示的光源中的芯片为顶部发光型装置的情形中，顶部构造和剖面构造的一个示例的示图；
图3是图解在图1所示的光源中的芯片为顶部发光型装置的情形中，顶部构造和剖面构造的另一个示例的示图；
图4是图解在图1所示的光源中的芯片为顶部发光型装置的情形中，顶部构造和剖面构造的另一个示例的示图；
图5是图解在图1所示的光源中的芯片为顶部发光型装置的情形中，发光点的一个示例的示图；
图6是图解在图1所示的光源中的芯片为端面发光型装置的情形中的剖面构造、以及当从其发光表面一侧观看时的固态发光元件的一个示例的示图；
图7是图解在图1所示的光源中的芯片为端面发光型装置的情形中的剖面构造、以及当从其发光表面一侧观看时的固态发光元件的另一个示例的示图；
图8是图解在图1所示的光源中的芯片为端面发光型装置的情形中的剖面构造、以及当从其发光表面一侧观看时的固态发光元件的另一个示例的示图；
图9是图解当图6中所示的光源在XY平面中旋转90°时的构造示例的示图；
图10是图解当图7中所示的光源在XY平面中旋转90°时的构造示例的示图；
图11是图解当图8中所示的光源在XY平面中旋转90°时的构造示例的示图；
图12是图解图1中所示的蝇眼透镜(fly-eye lens)的示意性构造示例的示图；
图13是用于描述图1中所示的偏振补偿元件中的折射率各向异性的示意性斜视图；
图14是图解被赋予在图1所示的偏振补偿元件中的相位差的波长依赖性的一个示例的图表；
图15是用于描述当设置图1中所示的偏振补偿元件时的倾斜角的一个示例的示意图；
图16是用于描述当设置图1中所示的偏振补偿元件时的倾斜角的另一个示例的示意图；
图17是用于描述在图1所示的投影仪中在白显示时的每个偏振光的光路的示图；
图18是用于描述在图1所示的投影仪中在黑显示时的每个偏振光的光路的示图；
图19是图解根据比较例1的投影仪的示意性构造的示图；
图20是用于描述在黑显示时减少漏光的作用的示意图；
图21是图解根据实施例1到3和比较例2的构造和效果的示例的图表；
图22是图解在实施例2中倾斜角与标准化对比度之间的关系的示例的图表；
图23是图解根据实施例4到6和比较例3的构造和效果的示例的图表；
图24是图解在实施例5中倾斜角与标准化对比度之间的关系的示例的图表；
图25是图解根据变型例1的投影仪的示意性构造的示图；
图26是图解根据变型例2的投影仪的示意性构造的示图；
图27是图解使用根据实施方式、变型例1和2等的任意投影仪的背投影型显示装置的示意性构造的示图。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的一些实施方式。要注意的是，描述将按以下顺序进行。
1.实施方式(在照明光学系统中包括多个光源的投影仪的示例)
2.实施方式的变型例
变型例1(其中反射型液晶元件和偏振补偿元件的配置位置发生变化的示例)
变型例2(其中在照明光学系统中仅设置一个光源的示例)
3.其他变型例(实施方式和各个变型例等的组合、应用于背投影型显示装置的应用例等)
(实施方式)
[投影仪的整体构造]
图1用光路(由粗虚线表示)和光轴(由细虚线表示)图解了根据本发明的一实施方式的投影型显示装置(投影仪1)的示意性构造。所述投影仪1配置成通过将基于输入的图像信号而产生的图像光投影到反射型屏幕2上来显示图像。
注意，在图1中，一般来说，Y轴指向垂直方向，X轴指向水平方向；然而，可相反，Y轴可指向水平方向，X轴可指向垂直方向。为简便起见，在下面的描述中，Y轴和X轴分别指向垂直方向和水平方向。而且，在下面的描述中，“横向方向”表示X轴方向，“纵向方向”表示Y轴方向。
投影仪1例如可包括照明光学系统1A和显示光学系统。所述显示光学系统包括作为空间调制元件的反射型液晶元件60、偏振分束器51、偏振补偿元件80和投影光学系统70。
[照明光学系统1A的构造]
照明光学系统1A配置成提供向反射型液晶元件60的照明区域60A(被照射面)照射的光束。注意，如必要的话，可在照明光学系统1A的光经过的区域中设置任何光学元件。例如，可在照明光学系统1A的光经过的区域中设置削弱来自照明光学系统1A的光之中的除可见光之外的其他光的滤光器等。
例如，如图1中所示，照明光学系统1A可包括光源10A、10B和10C，耦合透镜(指向角变换元件)20A、20B和20C，光路合成元件30，积分器(蝇眼透镜)40，和聚光透镜50。光路合成元件30配置成合成来自光源10A、10B和10C的光，且例如可由两个分光镜30A和30B构成。积分器40配置成将照明区域60A中的光的照度分布(辉度分布)均匀化，且在此情形中由一个蝇眼透镜构成。然而，积分器40可由一对蝇眼透镜构成。要注意的是，由所述积分器40和聚光透镜50构成的积分器光学系统中的F数例如可以是4以上。而且，在使用这种积分器光学系统的情形中，也可以包括在预定照明区域中配置另一级积分器光学系统以进一步提高均匀性的构造。在该情形中，第二级的积分器光学系统的F数例如可以是4。
耦合透镜20、光路合成元件30、积分器40和聚光透镜50从光源10A一侧起按该顺序布置在光源10A的光轴上。光源10B的光轴与光源10A的光轴在分光镜30A上正交，且耦合透镜20B和分光镜30A从光源10B一侧起按该顺序布置在所述光源10B的光轴上。光源10C的光轴与光源10A的光轴在分光镜30B上正交，且耦合透镜20C和分光镜30B从光源10C一侧起按该顺序布置在所述光源10C的光轴上。
(光源10A，10B和10C：其中芯片11A为顶部发光型元件的情形)
例如，如图2(A)和(B)到图4(A)和(B)中所示，光源10A、10B和10C的每一个可包括固态发光元件11和支撑该固态发光元件11的封装12(配置成其上安装固态发光元件11的基材)。换句话说，在该情形中，光源10A、10B和10C的每一个是以其中在基材上支撑固态发光元件11的封装的方式形成。固态发光元件11配置成从包括一个或多个点状、或者一个或多个非点状的发光点所构成的发光区域发射光。例如，如图2(A)和(B)中所示，固态发光元件11可包括发射预定波长范围内的光的单个芯片11A，或者如图3(A)和(B)以及图5(A)和(B)中所示，固态发光元件11可由发射同一波长范围内的光或者彼此不同波长范围内的光的多个芯片11A构成。在固态发光元件11由多个芯片11A构成的情形中，这些芯片11A例如可如图3(A)和(B)中所示在横向方向上布置成一行，或者如图4(A)和(B)中所示在横向方向和纵向方向上布置成格子状图案。固态发光元件11中包括的多个芯片11A可在光源10A、10B和10C的每一个中各自不同，或者在所有光源10A、10B和10C中相同。
在固态发光元件11由单个芯片11A构成的情形中，例如如图2(A)中所示，固态发光元件11的尺寸((WV×WH)等于单个芯片11A的尺寸(WV1×WH1)。另一方面，在固态发光元件11由多个芯片11A构成的情形中，例如如图3(A)和4(A)中所示，固态发光元件11的尺寸等于汇总所有芯片11A后的尺寸。在多个芯片11A在横向方向上布置成一行的情形中，在图3(A)的示例中，固态发光元件11的尺寸(WV×WH)等于WV1×2WH1。而且，在多个芯片11A在横向方向和纵向方向上布置成格子状图案的情形中，在图4(A)的示例中，固态发光元件11的尺寸(WV×WH)等于2WV1×2WH1。
每个芯片11A由发光二极管(LED)、有机EL发光二极管(OLED)或激光二极管(LD)构成。在此，期望的是，光源10A、10B和10C中包括的至少一个芯片11A可由LD构成。注意，在该情形中，除由所述LD构成的芯片11A之外的其他芯片11A可由LED、OLED和LD之中的任意光源的组合构成。
光源10A、10B和10C中包括的芯片11A例如可配置成在光源10A、10B和10C的每一个中发射不同波长范围内的光。光源10A中包括的芯片11A例如可配置成发射大约400nm到大约500nm(包括两端点)(例如大约450nm)波长内的光(蓝色光)。光源10B中包括的芯片11A例如可配置成发射大约500nm到大约600nm(包括两端点)(例如大约530nm)波长内的光(绿色光)。光源10C中包括的芯片11A例如可配置成发射大约600nm到大约700nm(包括两端点)(例如大约640nm)波长内的光(红色光)。注意，光源10A中包括的芯片11A可配置成发射除蓝色光之外的其他光(绿色光或红色光)。而且，光源10B中包括的芯片11A可配置成发射除绿色光之外的其他光(蓝色光或红色光)。此外，光源10C中包括的芯片11A可配置成发射除红色光之外的其他光(绿色光或蓝色光)。
例如，如图2(A)和(B)到图5(A)、(B)和(C)中所示，芯片11A具有发光点11B，发光点11B具有比芯片11A的尺寸(WV×WH)小的尺寸(PV1×PH1)。发光点11B对应于当电流注入到芯片11A中以驱动芯片11A时芯片11A发射光的区域(发光区域)。在芯片11A由LED或OLED构成的情形中，发光点11B具有非点状(面状)，但在芯片11A由LD构成的情形中，发光点11B具有比LED或OLED的发光点11B小的点形状。
在固态发光元件11由单个芯片11A构成的情形中，例如如图5(A)中所示，发光点11B的数量为一个。然而，如将在后面所述的，在固态发光元件11具有单体构造(monolithicconfiguration)的情形中，发光点11B的数量为两个或两个以上，这适用于下面的描述。另一方面，在固态发光元件11由多个芯片11A构成的情形中，例如如图5(B)和(C)中所示，发光点11B的数量等于芯片11A的数量(然而，在如上所述的固态发光元件11具有单体构造的情形中，发光点11B的数量大于芯片11A的数量)。其中，在固态发光元件11由单个芯片11A构成的情形中，固态发光元件11的发光区域的尺寸(PV×PH)等于发光点11B的尺寸(PV1×PH1)(然而，除了如上所述的固态发光元件11具有单体构造的情形之外)。另一方面，在固态发光元件11由多个芯片11A构成的情形中，固态发光元件11的发光区域的尺寸(PV×PH)等于当以最小面积包围所有芯片11A的发光点11B时的包围尺寸。在多个芯片11A在横向方向上布置成一行的情形中，在图5(B)的示例中，发光区域的尺寸(PV×PH)大于PV1×2PH1且小于WV×WH。而且，在多个芯片11A在横向方向上和纵向方向上布置成格子状图案的情形中，在图5(C)的示例中，发光区域的尺寸(PV×PH)大于2PV1×2PH1且小于WV×WH。
(光源10A，10B和10C：其中芯片11A为端面发光型元件的情形)
在图2(A)和(B)到图5(A)、(B)和(C)中，作为一个示例描述了芯片11A为顶部发光型元件的情形；然而，如之后将要描述的，芯片11A可以是端面发光型元件。在该情形中，例如如图6(A)和(B)到图11(A)、(B)和(C)中所示，光源10A、10B和10C的每一个是其中由一个或多个端面发光型芯片11A构成的固态发光元件11被包含在由封堵部(stem)13和帽部(cap)14封成的内部空间中的罐型。换句话说，在该情形中，光源10A、10B和10C的每一个是以内置固态发光元件11的封装的方式形成。
封堵部13与帽部14一起构成光源10A、10B和10C的每一个的封装，且例如可包括支撑热沉(submount)15的支撑基板13A、设置于支撑基板13A背面上的外框基板13B、以及多个接线端子13C。
热沉15由具有导电性和散热性的材料形成。支撑基板13A和外框基板13B的每一个是通过在具有导电性和散热性的基材上形成一个或多个绝缘通孔以及一个或多个导电通孔而构成。支撑基板13A和外框基板13B例如可具有圆板形状，并可按照将两者的中心轴(未示出)彼此重合的方式进行层叠。外框基板13B的直径大于支撑基板13A的直径。外框基板13B的外边缘是环状凸缘，该环状凸缘是在以外框基板13B的中心轴为法线的平面中，在从外框基板13B的中心轴起的放射方向上伸出的。该凸缘用于规定当在制造工艺中将帽部14安装到支撑基板13A中时的基准位置。
多个接线端子13C至少穿透支撑基板13A。多个接线端子13C之中的除至少一个端子之外的各个端子(之后为简便起见称为端子α)与芯片11A的各个电极(未示出)分别电连接。例如，端子α在外框基板13B一侧突出较长，并在支撑基板13A一侧突出较短。而且，多个接线端子13C之中的除上述端子α之外的其他端子(之后为简便起见称为端子β)与所有芯片11A的其他电极(未示出)电连接。例如，端子β在外框基板13B一侧突出较长，且例如端子β的靠近支撑基板13A的一端嵌入支撑基板13A中。每个接线端子13C中的在外框基板13B一侧突出较长的部分可对应于例如安装在基板等中的部分。另一方面，多个接线端子13C中的在支撑基板13A一侧突出较短的部分可对应于经由配线16而与各个芯片11A分别电连接的部分。多个接线端子13C中的嵌入支撑基板13A中的部分例如可对应于经由支撑基板13A和热沉15而与所有芯片11A电连接的部分。端子α由形成在支撑基板13A和外框基板13B中的绝缘通孔支撑，并通过这些通孔而与支撑基板13A和外框基板13B绝缘并分离。而且，各个端子α通过上述绝缘部件彼此绝缘并分离。另一方面，端子β由形成在支撑基板13A和外框基板13B中的导电通孔支撑，并与这些通孔电连接。
帽部14配置成密封固态发光元件11。帽部14例如可具有在其上端和下端中具有开口的筒部14A。筒部14A的下端例如可与支撑基板13A的侧表面接触，固态发光元件11可设置在筒部14A的内部空间中。帽部14具有设置成封闭筒部14A的上端开口的透光窗14B。透光窗14B设置在与固态发光元件11的发光表面相对的位置处，并具有使从固态发光元件11输出的光穿过的功能。
因而，即使在芯片11A由端面发光型元件构成的情形中，固态发光元件11仍从由一个或多个点状或者一个或多个非点状的发光点所构成的发光区域发射光。固态发光元件11例如可由发射预定波长范围内的光的单个芯片11A构成，或者可由发射同一波长范围内的光的多个芯片11A构成，或者可由发射彼此不同波长范围内的光的多个芯片11A构成。在固态发光元件11由多个芯片11A构成的情形中，这些芯片11A可例如如图6(A)和(B)以及图7(A)和(B)中所示在横向方向上布置成一行，或者例如如图9(A)和(B)以及图10(A)和(B)中所示在纵向方向上布置成一行。固态发光元件11中包括的芯片11A的数量可在光源10A、10B和10C的每一个中不同，或者可在所有光源10A、10B和10C中相同。
在固态发光元件11由单个芯片11A构成的情形中，例如如图8(B)和11(B)中所示，固态发光元件11的尺寸(WV×WH)等于单个芯片11A的尺寸(WV1×WH1)。然而，例如如图8(C)和11(C)中所示，在固态发光元件11具有单体构造的情形中，构造如下所述，并适用于后面的描述。也就是说，在图8(C)的示例中，固态发光元件11的尺寸(WV×WH)大于WV1×2WH1，在图11(C)的示例中，固态发光元件11的尺寸(WV×WH)大于2WV1×WH1。另一方面，在固态发光元件11由多个芯片11A构成的情形中，例如如图6(B)、7(B)、9(B)和10(B)中所示，固态发光元件11的尺寸等于汇总所有芯片11A后的尺寸。在多个芯片11A在横向方向上布置成一行的情形中，在图6(B)的示例中，固态发光元件11的尺寸(WV×WH)大于WV1×3WH1，且在图7(B)的示例中大于WV1×2WH1。而且，在多个芯片11A在纵向方向上布置成一行的情形中，例如，在图9(B)的示例中，固态发光元件11的尺寸(WV×WH)大于3WV1×WH1，且在图10(B)的示例中大于2WV1×WH1。
芯片11A由LED、OLED或LD构成。然而，即使在该情形中，如上所述，期望的是光源10A、10B和10C中包括的至少一个芯片11A可由LD构成。而且，除由LD构成的芯片11A之外的其他芯片11A可由LED、OLED和LD之中的任意光源的组合构成。
例如，如图6(A)和(B)到图11(A)、(B)和(C)中所示，芯片11A具有发光点11B，发光点11B具有比芯片11A的尺寸(WV×WH)小的尺寸(PV1×PH1)。发光点11B对应于当电流注入到芯片11A中以驱动芯片11A时芯片11A发射光的区域(发光区域)。在芯片11A由LD构成的情形中，发光点11B具有比LED或OLED的发光点11B小的点状。
在固态发光元件11由单个芯片11A构成的情形中，例如如图8(B)和11(B)中所示，发光点11B的数量为一个。然而，例如如图8(C)和11(C)中所示，在固态发光元件11具有单体构造的情形中，发光点11B的数量为两个以上(该情形中为两个)，这适用于后面的描述。另一方面，在固态发光元件11由多个芯片11A构成的情形中，例如如图6(B)、7(B)、9(B)和10(B)中所示，发光点11B的数量等于芯片11A的数量。在该情形中，在固态发光元件11由单个芯片11A构成的情形中，固态发光元件11的发光区域的尺寸(PV×PH)等于发光点11B的尺寸(PV1×PH1)。然而，例如如图8(C)和11(C)的示例中所示，在固态发光元件11具有单体构造的情形中，构造如下所述，并且这适用于后面的描述。也就是说，在图8(C)的示例中，固态发光元件11的发光区域的尺寸(PV×PH)大于PV1×2PH1且小于WV×WH。而且，在图11(C)的示例中，固态发光元件11的发光区域的尺寸(PV×PH)大于2PV1×2PH1且小于WV×WH。另一方面，在固态发光元件11由多个芯片11A构成的情形中，固态发光元件11的发光区域的尺寸(PV×PH)等于以最小面积包围所有芯片11A的发光点11B的包围尺寸。在多个芯片11A在横向方向上布置成一行的情形中，在图6(B)的示例中，发光区域的尺寸(PV×PH)大于PV1×3PH1且小于WV×WH。同样，在图7(B)的示例中，发光区域的尺寸(PV×PH)大于PV1×2PH1且小于WV×WH。而且，在多个芯片11A在纵向方向上布置成一行的情形中，在图9(B)的示例中，发光区域的尺寸(PV×PH)大于3PV1×PH1且小于WV×WH。同样，在图10(B)的示例中，发光区域的尺寸(PV×PH)大于2PV1×PH1且小于WV×WH。
(耦合透镜20A，20B和20C)
例如，如图1中所示，耦合透镜20A可配置成将从光源10A发射的光转换为大致的平行光，并将从光源10A发射的光的指向角变为等于或接近于平行光的指向角。耦合透镜20A设置在从光源10A发射的光之中的在指向角内的光入射的位置中。例如，如图1中所示，耦合透镜20B可配置成将从光源10B发射的光转换为大致的平行光，并将从光源10B发射的光的指向角变为等于或接近于平行光的指向角。耦合透镜20B设置在从光源10B发射的光之中的在指向角内的光入射的位置中。例如，如图1中所示，耦合透镜20C可配置成将从光源10C发射的光转换为大致的平行光，并将从光源10C发射的光的指向角变为等于或接近于平行光的指向角。耦合透镜20C设置在从光源10C发射的光之中的在指向角内的光入射的位置中。换句话说，分别为光源10A，10B和10C(为各个封装)设置耦合透镜20A，20B和20C。注意，耦合透镜20A，20B和20C的每一个可由单个透镜或多个透镜构成。
分光镜30A和30B的每一个包括具有波长选择性的一个反射镜。注意，例如通过蒸镀多层干涉膜形成上述反射镜。例如，如图1中所示，分光镜30A使从反射镜背面侧入射的光(从光源10A侧入射的光)向着反射镜的前面侧穿过，并通过反射镜反射从反射镜的前面侧入射的光(从光源10B侧入射的光)。另一方面，如图1中所示，分光镜30B使从反射镜背面侧入射的光(从分光镜30A侧入射的光源10A和10B的光)向着反射镜的前面侧穿过，并通过反射镜反射从反射镜的前面侧入射的光(从光源10C侧入射的光)。因此，光路合成元件30配置成将从光源10A、10B和10C发射的各个光束合成为单个光束。
例如，如图12中所示，积分器(蝇眼透镜)40由多个单元41(单位单元)构成，每个单元41由以预定布置方式(在该情形中，是5(垂直)×5(水平)的矩阵形状)布置的透镜构成。换句话说，积分器40中的各个单元41是沿各个布置方向，即彼此正交的横向方向(X轴方向)和纵向方向(Y轴方向)布置。所述积分器40使得由蝇眼透镜分割形成的光束聚焦，由此形成二次光源面(光源图像)。该二次光源面位于与投影光学系统70的入射光瞳共轭的平面位置上。然而，该二次光源面不必精确地位于与投影光学系统70的入射光瞳共轭的平面位置上，可位于设计误差允许的范围内。
现在，一般来说，从光源10A、10B和10C发射的光束在与其传播方向垂直的平面上具有非均匀的强度分布(辉度分布)。因此，当将这些光束按照原样引导至照明区域60A(被照射面)时，照明区域60A中的照度分布(辉度分布)是不均匀的。另一方面，如上所述，当从光源10A、10B和10C发射的光束被积分器40分割成多个光束，且该多个光束被以重叠的方式引导至照明区域60A时，使得照明区域60A上的照度分布均匀(使得照度分布的不均匀性降低)。
聚光透镜50配置成会聚来自由积分器40形成的多个光源的光束，从而光束以重叠的方式照射照明区域60A。
[显示光学系统的构造]
偏振分束器51设置在照明光学系统1A(聚光透镜50)与反射型液晶元件60之间的光路上。所述偏振分束器51是选择性地使特定偏振光(例如P偏振光)穿过、并选择性地反射其他偏振光(例如S偏振光)的光学部件。因此，从照明光学系统1A侧入射的光(例如S偏振光)被偏振分束器51选择性地反射，从而入射到反射型液晶元件60。
(反射型液晶元件60)
反射型液晶元件60配置成基于与光源10A、10B和10C的各个波长分量对应的彩色图像信号(输入图像信号)，对来自照明光学系统1A的光束进行二维调制，由此产生图像光。反射型液晶元件60可由例如使用TN(扭曲向列)型液晶(液晶分子具有正折射率各向异性)的液晶面板构成。更具体地说，反射型液晶元件60具有下述构造，即在以矩阵形式布置的多个像素(未示出)的每一个中，在被施加有基于图像信号的驱动电压的一对基板(未示出)之间夹持使用TN型液晶的液晶层(未示出)。
在所述反射型液晶元件60中，在使用上述TN型液晶的情形中，在不施加驱动电压时和施加驱动电压时分别如下所述地进行光调制。
首先，当不施加驱动电压时(之后描述的白显示时)，反射型液晶元件60具有下述特性，即反射型液晶元件60通过扭曲取向，对入射光(图像光)施加入射表面内的相位差，以将入射光的偏振轴旋转大约90°，由此发射最终的光。换句话说，在不施加驱动电压时，反射型液晶元件60在反射光的同时进行光调制，以使入射时和出射时的各偏振光(例如S偏振光和P偏振光)具有不同的偏振状态。
另一方面，当施加驱动电压时(之后描述的黑显示时)，反射型液晶元件60具有下述特性，即反射型液晶元件60通过使液晶分子在反射型液晶元件60的厚度方向上取向，不对入射光(图像光)施加入射表面内的相位差，并在保持光的偏振轴的同时发射光。换句话说，在施加驱动电压时，反射型液晶元件60在反射光的同时进行光调制，以使入射时和出射时的各偏振光(例如S偏振光或P偏振光)具有(保持)相同的偏振状态。
因而，在不施加驱动电压时和施加驱动电压时，从反射型液晶元件60发射的图像光的偏振光不同。通过反射型液晶元件60的这种偏振特性和上述偏振分束器51的光学特性组合，如之后所述，使得在投影仪1中实现白显示或黑显示。
此外，反射型液晶元件60例如可由不使用上述TN型液晶，而使用VA(垂直取向)型液晶(液晶分子具有负折射率各向异性)的液晶面板构成。在该情形中，反射型液晶元件60具有其中在上述一对基板(未示出)之间夹持使用VA型液晶的液晶层(未示出)的构造。
在反射型液晶元件60中，在使用上述VA型液晶的情形中，在不施加驱动电压时和施加驱动电压时分别如下所述地进行光调制。
首先，当不施加驱动电压时(之后描述的黑显示时)，液晶分子基本上垂直(在反射型液晶元件60的厚度方向上)取向。因此，反射型液晶元件60具有下述特性，即反射型液晶元件60不对入射光(图像光)施加入射表面内的相位差，并在保持光的偏振轴的同时发射光。换句话说，与使用上述TN型液晶的情形相反，在不施加驱动电压时，反射型液晶元件60在反射光的同时进行光调制，以使入射到其上的光和从其出射的光具有(保持)相同的偏振状态。
另一方面，当施加驱动电压时(之后描述的白显示时)，液晶分子倒下，以基本上水平取向。因此，反射型液晶元件60具有下述特性，即反射型液晶元件60对入射光(图像光)施加入射表面内的相位差，以将入射光的偏振轴旋转大约90°，由此发射最终的光。换句话说，在施加驱动电压时，也是与使用TN型液晶的情形相反，反射型液晶元件60在反射光的同时进行光调制，以使入射到其上的光和从其出射的光具有不同的偏振状态。
因而，即使在使用VA型液晶的情形中，仍与使用TN型液晶的情形中一样，在不施加驱动电压时和施加驱动电压时，从反射型液晶元件60发射的图像光的偏振光不同。因此，在该情形中，同样是通过反射型液晶元件60的偏振特性和上述偏振分束器51的光学特性组合，如之后所述，使得在投影仪1中实现白显示或黑显示。然而，如上所述，在使用TN型液晶的反射型液晶元件60和使用VA型液晶的反射型液晶元件60的情形中，在不施加驱动电压和施加驱动电压之间、以及在不施加驱动电压时和施加驱动电压时的白显示和黑显示之间，是彼此相反的关系。
注意，反射型液晶元件60不限于使用上述TN型或VA型液晶的液晶面板，可由使用其他模式液晶的液晶面板构成。更具体地说，例如，反射型液晶元件60可由使用STN(SuperTwisted Nematic，超扭曲向列)型、IPS(In Plane Switching，共平面切换)型、OCB(Optically Compensated Bend，光学补偿弯曲)型、MVA(Multi domain VerticalAlignment，多畴垂直取向)型、ASM(Axially Symmetric aligned Micro-cell，轴对称取向微单元)型等的液晶的液晶面板构成。此外，反射型液晶元件60可由使用除向列液晶之外的近晶相液晶(例如铁电液晶)的液晶面板构成。
投影光学系统70设置在偏振分束器51与屏幕2之间，并配置成将由反射型液晶元件60产生、且之后经由穿过偏振补偿元件80和偏振分束器51的光路而入射到投影光学系统70上的图像光投影到屏幕2上。这种投影光学系统例如可由一个或多个透镜(投影透镜)构成。
(偏振补偿元件80)
偏振补偿元件80设置在偏振分束器51与反射型液晶元件60之间的光路上，偏振补偿元件80是对入射光施加相位差以改变入射光的偏振状态的元件。更具体地说，偏振补偿元件80具有沿光轴彼此面对的第一表面(靠近偏振分束器51侧的光通过面)和第二表面(靠近反射型液晶元件60侧的光通过面)。然后，在从偏振分束器51(上述第一表面)侧入射光时(入射方向d1)和在从反射型液晶元件60(上述第二表面)侧入射光时(入射方向d2)，所述偏振补偿元件80施加彼此极性相反(相反方向)且绝对值大致相等的相位差。换句话说，偏振补偿元件80具有独立于光入射方向的相位差特性(相位差对称性)。因此，如将在后面详细描述的，通过在从偏振分束器51侧入射光时在偏振补偿元件80中施加的相位差、在反射型液晶元件60中进行光调制时产生的相位差、以及在从反射型液晶元件60侧入射光时在偏振补偿元件80中施加的相位差的总和，减少在黑显示时朝向投影光学系统70侧的漏光。
图13以斜视图示意性图解了这种偏振补偿元件80的构造。在本实施方式中，如图13中所示，偏振补偿元件80是具有单轴折射率各向异性(正双折射各向异性)的板状元件(偏振补偿板)，并可如之后所述的由单轴延伸而成的聚合物膜等形成。之后，为简便起见，偏振补偿元件80中的面内方向为x轴和y轴，偏振补偿元件80中的厚度方向为z轴，偏振补偿元件80中的x轴、y轴和z轴方向上的折射率分别为nx，ny和nz。因而，在偏振补偿元件80中，满足下面表达式(1)。换句话说，在面内方向上，x轴方向(之后所述的延伸方向)上的折射率nx相对来讲比y轴方向上的折射率ny大，且z轴方向(厚度方向)上的折射率nz等于y轴方向上的折射率y。因此，具有下述特性，即与y轴方向相比，入射到所述偏振补偿元件80上的光的相位在x轴方向上被延迟(光行进速度变慢)。
nx>ny＝nz……(1)
例如，可以以下面的方式制造具有这种折射率各向异性的偏振补偿元件80。也就是说，例如可通过沿平面内的一个方向延伸由聚碳酸酯、环烯烃树脂等形成的聚合物膜(在该情形中，是沿x轴方向单轴延伸所述聚合物膜)，来获得具有由上述表达式(1)表示的折射率各向异性的偏振补偿元件80。
注意，因为偏振补偿元件80由以这种方式单轴延伸的单一聚合物膜构成，所以相对容易实现上述的相位差对称性。另一方面，例如，通过贴合具有彼此不同光轴的多个聚合物膜来实现期望相位差特性的偏振补偿元件，则一般不具有这种相位差对称性。然而，可使用通过如此贴合具有彼此不同光轴的多个聚合物膜而形成的产品(层叠膜)来制造具有虚拟的(pseudo)由上述表达式(1)表示的单轴折射率各向异性和相位差对称性的偏振补偿元件80。因而，具有相位差对称性的任何产品都可获得与单轴延伸的单一聚合物膜的情形相同的效果。
而且，在本实施方式中，偏振补偿元件80中施加的面内相位差R0在绿色波长区域(例如540nm附近(大约520nm到大约560nm)的波长区域)中大致为90°(例如在大约90°±5％的范围内)。换句话说，所述偏振补偿元件80为其中面内相位差R0在绿色波长区域中大致为90°的1/4波长板(λ/4板)。
更具体地说，偏振补偿元件80中的面内相位差R0可具有例如由图14(A)中所示的下述波长依赖性(宽带的1/4波长板)。
·绿色波长区域(540nm附近的区域)…R0(G)＝大约90°
·蓝色波长区域(440nm附近的区域)…R0(B)＝大约R0(G)±10％的范围内
·红色波长区域(640nm附近的区域)…R0(R)＝大约R0(G)±10％的范围内
此外，换句话说，在所述偏振补偿元件80中，例如如图14(B)中所示，面内相位差R0(B)为R0(B)≈大约110nm，面内相位差R0(G)为R0(G)≈大约140nm，且面内相位差R0(R)为R0(R)≈大约150nm。注意，偏振补偿元件80中的厚度方向上的相位差Rth大约为面内相位差R0的一半值。
注意，代替图14(A)中所示的波长特性，偏振补偿元件80中的面内相位差R0例如也可具有下述波长特性。
·绿色波长区域(540nm附近的区域)…R0(G)＝大约90°
·红色波长区域(640nm附近的区域)…R0(R)＝大约R0(G)±15％的范围内
此外，在本实施方式的偏振补偿元件80中，例如如图15(A)和(B)中所示，偏振补偿元件80的慢轴As相对于偏振分束器51中定义的预定平面S1所形成的角度(倾斜角θs)可具有预定角度范围内的值。在此，同时包含偏振分束器51中的光通过面(在此，光入射表面Sin和光发射表面Sout)的法线(在此，图中作为一个例子显示了光入射表面Sin的法线Ln(in))、以及偏振分束器51中的偏振分离面Ss的法线Ln(s)两者的平面，为上述的预定平面S1。因而，在图15(A)和(B)所示的示例中，慢轴As相对于这种平面S1所形成的倾斜角θs具有0°附近的预定角度范围内(例如在θs＝0°±5°的范围内)的值。注意，在图15(A)中，显示出了之后所述的S偏振光L1s的入射和出射。
替代地，在本实施方式的偏振补偿元件80中，例如如图16中所示，也可以是偏振补偿元件80的快轴Af相对于上述预定平面S1所形成的角度(倾斜角θf)可具有上述预定角度范围内的值。换句话说，这种倾斜角θf可具有0°附近的预定角度范围内(例如在θf＝0°±5°的范围内)的值。因而，概括一下图15(A)和(B)及图16中所示的示例，偏振补偿元件80的慢轴As或快轴Af相对于上述预定平面S1所形成的角度(倾斜角θs或θf)可具有上述预定角度范围内的值。换句话说，期望的是倾斜角θs或倾斜角θf具有下述范围内的值。由此，如在之后所述示例中详细描述的，在所述的0°附近的预定角度范围内，之后所述的标准化对比度例如可具有3以上(期望的是例如5以上)的值。
·θs＝0°±5°的范围内的值
·θf＝0°±5°的范围内的值(换句话说，θs＝90°±5°的范围内的值)
注意，上述的“慢轴As”是指在偏振补偿元件80的面内方向上折射率相对较大(光行进速度相对较慢)的光轴(在此为上述的x轴方向)。而且，同样，“快轴Af”是指在偏振补偿元件80的面内方向上折射率相对较小(光行进速度相对较快)的光轴(在此为上述的y轴方向)。
[投影仪1的作用和效果]
(1.基本操作)
在所述投影仪1中，从照明光学系统1A中的各个光源10A、10B和10C发射的光被偏振分束器51偏振分离，其中的一个偏振光(例如S偏振光)经由偏振补偿元件80而入射到反射型液晶元件60。此外，反射型液晶元件60基于图像信号对该入射光进行调制，以产生图像光，该图像光经由偏振补偿元件80和偏振分束器51而入射到投影光学系统70。之后，该入射光被投影光学系统70投影到屏幕2上。
此时，光源10A、10B和10C例如分别使用预定发光频率，间断性地进行发光。由此，以时分方式依次发射各个波长分量的光(红色、绿色光和蓝色光)。之后，基于与各个波长分量对应的彩色图像信号(红色分量、绿色分量和蓝色分量的图像信号)，反射型液晶元件60以时分方式依次调制相应颜色的光。因而，在投影仪1中显示基于图像信号的彩色图像。
在该情形中，例如如图17中所示，可基于图像信号进行白显示。更具体地说，在从照明光学系统1A入射到偏振分束器51的光之中，例如P偏振光L1p可原样穿过上述偏振分离面Ss，而S偏振光L1s例如可被偏振分离面Ss反射，以入射到反射型液晶元件60。在该情形中，当进行白显示时，在TN型液晶用于反射型液晶元件60的情形中，不施加驱动电压，但在VA型液晶用于反射型液晶元件60的情形中，施加驱动电压。因此，即使在使用TN型或VA型液晶的情形中，如上所述，由反射型液晶元件60调制并反射后、并从反射型液晶元件60发射的图像光被转换为P偏振光(P偏振光L2p)。因此，通过使该P偏振光L2p(图像光)穿过偏振分束器51的偏振分离面Ss、且之后引导至投影光学系统70侧，图像光被投影。以这种方式，进行基于图像信号的白显示。
另一方面，例如如图18中所示，可基于图像信号进行黑显示。更具体地说，如上述白显示一样，例如P偏振光L1p可穿过偏振分离面Ss，且例如S偏振光L1s可被偏振分离面Ss反射，以入射到反射型液晶元件60。在该情形中，当进行黑显示时，在TN型液晶用于反射型液晶元件60的情形中，施加驱动电压，但在VA型液晶用于反射型液晶元件60的情形中，不施加驱动电压。因此，即使在使用TN型或VA型液晶的情形中，如上所述，被反射型液晶元件60调制并反射且从反射型液晶元件60发射的光保持为S偏振光(S偏振光L2s)。因此，该S偏振光L2s被偏振分束器51的偏振分离面Ss反射，以返回至照明光学系统1A侧。换句话说，在该情形中，图像光没有被引导至投影光学系统70侧；因此，图像光没有被投影。以这种方式进行基于图像信号的黑显示。
(2.关于黑显示时的漏光)
在这种黑显示时，例如如图18中所示，在TN型或VA型液晶用于反射型液晶元件60的情形中，可产生从偏振分束器51至投影光学系统70侧的漏光Lleak。如上所述，在黑显示时，反射型液晶元件60中产生的图像光为S偏振光(S偏振光L2s)；因此，图像光应完全被偏振分束器51反射，原本不产生到达投影光学系统70侧的漏光Lleak。
然而，因为例如S偏振光L1s是通过聚光透镜50会聚的光，所以S偏振光L1s还包含倾斜入射到偏振分束器51的入射表面Sin上的分量的光。因此，在作为S偏振光L1s的反射光的图像光(S偏振光L2s)中，如下所述产生了漏光Lleak。也就是说，这种倾斜入射的光被认为是从理想的S偏振光的轴开始、相对于偏振分离面Ss旋转而得的偏振光分量，图像光实际上包含椭圆偏振光分量。因此，因为图像光包括椭圆偏振光分量，所以一部分图像光没有被偏振分离面Ss反射并穿过偏振分离面Ss，从而产生漏光Lleak。从而，当产生这种漏光Lleak时，即使在黑显示时，一部分图像光也被投影到屏幕2上；因此对比度降低，显示图像质量劣化。
(2-1.比较例)
在根据图19中所示的比较例1的投影液晶显示单元(投影仪101)中，在偏振分束器51与反射型液晶元件60之间的光路中设置不具有一般相位差对称性的1/4波长板108。因此，从照明光学系统1A发射的光穿过1/4波长板108两次(从偏振分束器51侧入射时以及从反射型液晶元件60侧入射时的往返两次)；因此，结果，获得了与光穿过1/2波长板的情形相同的效果。换句话说，获得了通过将入射的线偏振光的偏振轴旋转90°后获得的线偏振光。因而，在比较例1的投影仪101中，减少了在黑显示时由上述的倾斜入射光产生的椭圆偏振光而导致的漏光Lleak；因此，抑制了黑显示时的辉度，在一定程度上提高了对比度。
然而，即使在该比较例1的投影仪101中，在反射型液晶元件60内部分地残留有倾斜的液晶分子的情形中，由于通过这种残留的倾斜的液晶分子产生的椭圆偏振光，在黑显示时仍会产生漏光Lleak。更具体地说，残留的倾斜的液晶分子施加了微小的相位差，导致图像光中发生偏振轴的角度错位；因此，产生了由这种椭圆偏振光导致的漏光Lleak。因此，在1/4波长板108不具有独立于光入射方向的相位差特性(相位差对称性)(1/4波长板108具有依赖于入射方向的相位差特性)的情形中，无法充分抑制黑显示时的漏光，因此提高对比度的效果不充分。
而且，因为所述投影仪101是所谓的单板式液晶投影仪，所以入射到反射型液晶元件60上的光的波长区域为较宽的可见光区域(从蓝色波长区域、经由绿色波长区域、直到红色波长区域的区域)。因此，通过1/4波长板108极难减少这样宽的波长区域上的漏光Lleak。
(2-2.偏振补偿元件80的作用)
而与之不同，在本实施方式的投影仪1中，在从偏振分束器51侧入射光时(入射方向d1)和在从反射型液晶元件60侧入射光时(入射方向d2)，在偏振补偿元件80中施加彼此极性相反(相反方向)且绝对值大致相等的相位差。换句话说，与上述比较例1的1/4波长板108不同，本实施方式的偏振补偿元件80具有独立于光入射方向的相位差特性(相位差对称性)。因此，通过在从偏振分束器51侧入射光时在偏振补偿元件80中施加的相位差、在反射型液晶元件60中的光调制时产生的相位差、以及在从反射型液晶元件60侧入射光时在偏振补偿元件80中施加的相位差的总和，减少在黑显示时到达投影光学系统70侧的漏光Lleak。
之后，例如将使用图20中所示的示意图(针对一个给定光线，示意性图解偏振状态变化的示图)详细描述通过上述的相位差总和减少黑显示时的漏光Lleak的作用。首先，当S偏振光(S偏振光L1s(in))从偏振分束器51入射到偏振补偿元件80时，所述偏振补偿元件80可对S偏振光L1s(in)施加例如由图中的旋转方向P1所示的相位差，然后可发射S偏振光L1s(out)。接着，当从所述偏振补偿元件80发射的S偏振光L1s(out)被反射型液晶元件60调制并反射时，对S偏振光L1s(out)施加由上述的残留的倾斜的液晶分子导致的微小相位差(参照图中的旋转方向P2)，从而产生图像光(S偏振光L2s(in))。然后，当该图像光(S偏振光L2s(in))再次入射到偏振补偿元件80时，对S偏振光L2s(in)施加由作为与上述旋转方向P1和P2相反方向(相反极性)的旋转方向P3所示的相位差。这样，当针对一个给定光线时，从偏振补偿元件80发射的图像光(S偏振光L2s(out))被转换为具有与原始S偏振光L1s(in)相同偏振轴的线偏振光。因此，当该图像光(S偏振光L2s(out))入射到偏振分束器51时，图像光(S偏振光L2s(out))被偏振分离面Ss完全反射，从而返回至照明光学系统1A侧；因此，减少或防止了到达投影光学系统70侧的漏光Lleak的产生。
因而，在本实施方式中，例如，即使存在倾斜入射到偏振分束器51(偏振分离面Ss)的光或者即使在反射型液晶元件60内部分地残留有倾斜的液晶分子，仍会产生下述效果。也就是说，与上述比较例1相比，通过这种倾斜入射光或这种残留的倾斜的液晶分子产生的椭圆偏振光所导致的在黑显示时从偏振分束器51到投影光学系统70侧的漏光Lleak被抑制，且提高了对比度。
而且，在本实施方式中，偏振补偿元件80中施加的面内相位差R0在绿色波长区域(大约520nm到大约560nm的波长区域)中大致为90°(例如在大约90°±5％的范围内)。更具体地说，偏振补偿元件80中的面内相位差R0例如可具有上面参照图14所述的波长依赖性(宽带1/4波长板)。因此，在每个波长区域(较宽波长区域)中减少了漏光Lleak，并更有效地提高了对比度。
此外，在本实施方式中，偏振补偿元件80的慢轴As或快轴Af相对于上述预定平面S1所形成的角度(倾角θs或倾角θf)具有上述的0°附近的预定角度范围内(例如在0°±5°的范围内)的值。因此，如后述实施例中所述，实现了对比度的进一步提高(之后所述的标准化对比度例如可具有3以上(期望为5以上)的值)。
因而，在本实施方式中，在从偏振分束器51侧入射光时(入射方向d1)和在从反射型液晶元件60侧入射光时(入射方向d2)，偏振补偿元件80施加彼此极性相反(相反方向)且绝对值大致相等的相位差；因此，通过倾斜入射光或残留的倾斜的液晶分子产生的椭圆偏振光所导致的在黑显示时的漏光Lleak可被抑制。因此，可提高对比度，并可实现显示图像质量的提高。
此外，因为本实施方式中的投影仪为所谓的单板式液晶投影仪，所以很容易减小尺寸，并可实现简单且低价的构造。
因而，在本实施方式中，可实现能够安装在小型且重量轻的电子设备中的具有较高图像质量且小型的液晶投影仪。
[实施例]
接下来，与比较例(比较例2和3)对照，下面将详细描述本实施方式的具体实施例(实施例1到6)。
(实施例1到3和比较例2：TN型液晶的情形)
首先，下面将描述在TN型液晶用于反射型液晶元件60的情形中的实施例(实施例1到3)和比较例(比较例2)。
图21(A)以表格图解了根据实施例1到3和比较例2的构造和效果的示例，图21(B)图解了实施例1和2以及比较例2的各个偏振补偿元件中施加的面内相位差R0的波长依赖性。注意，实施例3中使用的偏振补偿元件80与实施例2中使用的偏振补偿元件80相同。然而，在该实施例3中，偏振补偿元件80安装成使倾斜角θs和θf与实施例2相差大约90°。另一方面，比较例2中使用的偏振补偿元件是通过贴合光轴彼此不同的多个聚合物膜来制造的，且面内相位差R0(G)具有期望值，但不具有相位差对称性。
此外，图22图解了实施例2中的倾斜角θs与标准化对比度之间的关系的示例。注意，该标准化对比度是表示使用偏振补偿元件情形中的对比度相对于不使用偏振补偿元件情形中的初期对比度的提高比率的参数。更具体地说，大于1.0的标准化对比度是指：与不使用偏振补偿元件的情形相比，对比度提高；该值越大，提高效果越高。
首先，能够从图21(A)和(B)看出，在偏振补偿元件80具有独立于光入射方向的相位差特性(相位差对称性)的实施例1到3中，与偏振补偿元件80具有依赖于光入射方向的相位差非对称性的比较例2相比，对比度提高效果较高。更具体地说，在实施例1到3中，标准化对比度大于1，对比度提高(效果：“双圆圈”标记、“圆圈”标记或“三角形”标记)，而在比较例2中，标准化对比度小于1，与不使用偏振补偿元件的情形相比，对比度劣化(效果：“叉子”标记)。
此外，在实施例2和3中，面内相位差R0(G)为R0(G)≈90°(≈140nm)；因此，发现与不具有这种值的实施例1相比，标准化对比度的值较大，获得了更高的对比度提高效果。更具体地说，在实施例2和3中，标准化对比度分别为8.7(效果：“双圆圈”标记)和3.6(效果：“圆圈”标记)(标准化对比度具有3以上的值)，但在实施例1中，标准化对比度为1.8(效果：“三角形”标记)。
此外，发现在实施例2中，倾斜角θs具有θs＝0°±5°范围内的值；因此，与倾斜角θf具有θf＝0°±5°范围内的值(倾斜角θs具有θs＝90°±5°范围内的值)的实施例3相比，在实施例2中，标准化对比度的值更大。因此，认为：偏振补偿元件80的慢轴As相对于平面S1所形成的角度(倾斜角θs)具有0°附近的预定角度范围内的值的情形，比偏振补偿元件80的快轴Af相对于平面S1所形成的角度(倾斜角θf)具有0°附近的预定角度范围内的值的情形更令人满意。这是因为相应获得了更高的对比度提高效果。
注意，能够从图22看出，在该实施例2中，更期望的是倾斜角θs的值位于大约2°到大约3°的范围内(包括两端点值)。这是因为在该范围内，标准化对比度的值陡然增加(在该实施例中，标准化对比度具有5以上的值)。因而，期望的是在倾斜角θs或倾斜角θf位于0°附近的上述预定角度范围内的情形中，标准化对比度例如具有3以上(期望的是，例如为5以上)的值。
(实施例4到6和比较例3：VA型液晶的情形)
接下来，下面将描述在VA型液晶用于反射型液晶元件60的情形中的实施例(实施例4到6)和比较例(比较例3)。
图23以表格图解了根据实施例4到6和比较例3的构造和效果的示例。图24图解了实施例5中的倾斜角θs与标准化对比度之间的关系的示例。注意，实施例4到6中使用的偏振补偿元件80分别与实施例1到3中使用的偏振补偿元件80相同，且比较例2和3中使用的偏振补偿元件也彼此相同。而且，与上述的实施例2和3之间的关系一样，在实施例6中，偏振补偿元件80安装成使倾斜角θs和θf与实施例5相差大约90°。
首先，能够从图23看出，在偏振补偿元件80具有独立于光入射方向的相位差特性(相位差对称性)的实施例4到6中，与偏振补偿元件80具有依赖于光入射方向的相位差非对称性的比较例3相比，对比度提高效果较高。更具体地说，在实施例4到6中，标准化对比度大于1，对比度提高(效果：“双圆圈”标记、“圆圈”标记或“三角形”标记)，而在比较例3中，标准化对比度小于1，与不使用偏振补偿元件的情形相比，对比度劣化(效果：“叉子”标记)。
此外，在实施例5和6中，面内相位差R0(G)为R0(G)≈90°(≈140nm)；因此，发现与不具有这种值的实施例4相比，标准化对比度的值较大，获得了更高的对比度提高效果。更具体地说，在实施例5和6中，标准化对比度分别为7.2(效果：“双圆圈”标记)和3.0(效果：“圆圈”标记)(标准化对比度具有3以上的值)，但在实施例4中，标准化对比度为1.7(效果：“三角形”标记)。
此外，发现在实施例5中，倾斜角θs具有θs＝0°±5°范围内的值；因此，与倾斜角θf具有θf＝0°±5°范围内的值(倾斜角θs具有θs＝90°±5°范围内的值)的实施例6相比，在实施例5中，标准化对比度的值更大。因此，即使在VA型液晶用于反射型液晶元件60的情形中，仍与上述的使用TN型液晶的情形一样，可得到下述内容。也就是说，偏振补偿元件80的慢轴As相对于平面S1所形成的角度(倾斜角θs)具有0°附近的预定角度范围内的值的情形，比偏振补偿元件80的快轴Af相对于平面S1所形成的角度(倾斜角θf)具有0°附近的预定角度范围内的值的情形更令人满意。这是因为相应获得了更高的对比度提高效率。
注意，能够从图24看出，在实施例5中，更期望的是倾斜角θs的值位于大约1.5°到大约3°的范围内(包括两端点值)。这是因为在该范围内，标准化对比度的值陡然增加(在该实施例中，标准化对比度具有5以上的值)。因而，期望的是在倾斜角θs或倾斜角θf位于上述的0°附近的预定角度范围内的情形中，标准化对比度例如具有3以上(期望的是，例如为5以上)的值。
(实施例1到6的概要)
因而，在TN型或VA型液晶用于反射型液晶元件60的情形中，对比度劣化的缘由(黑显示时的漏光Lleak)相同；因此，证实了下述内容。也就是说，发现当使用相同偏振补偿元件80时，在两情形中均获得了相同的对比度提高效果。
注意，一般来说具有下述特性，即与使用TN型液晶的情形相比，在使用VA型液晶的情形中，初始对比度(当不设置偏振补偿元件80时的对比度)较高。因此，在这些实施例1到6中，与实施例1到3(使用TN型液晶的情形)相比，在实施例4到6(使用VA型液晶的情形)中，获得了大约高1.5倍的对比度。而另一方面，就标准化对比度而言，相反，例如，在实施例2(使用TN型液晶的情形)中，标准化对比度具有比实施例5(使用VA型液晶的情形)中的标准化对比度大的值。这是因为，在初始对比度具有相对较低值的TN型液晶的情形中，通过设置偏振补偿元件80获得了更高的对比度提高效果。然而，就最终对比度而言，VA型液晶和偏振补偿元件80组合时(实施例4到6)的最终对比度具有比TN型液晶和偏振补偿元件80组合时(实施例1到3)的最终对比度高大约1.3倍的值，在VA型液晶和偏振补偿元件80组合时(实施例4到6)获得了更高的图像质量。
(变型例)
接下来，下面将描述上述实施方式的变型例(变型例1和2)。注意，通过与上述实施方式相同的标记表示相同的组件，并不再进一步描述。
[变型例1]
图25用光路(由粗虚线表示)和光轴(由细虚线表示)图解了根据变型例1的投影型显示装置(投影仪3)的示意性构造。除了反射型液晶元件60和偏振补偿元件80的配置位置变化之外，本变型例的投影仪3具有与上述实施方式的投影仪1相同的构造。
更具体地说，在该投影仪3中，如图25中所示，与投影仪1的情形相反，从照明光学系统1A入射到偏振分束器51的光之中的P偏振光L1p原样穿过偏振分离面Ss，以经由偏振补偿元件80入射到反射型液晶元件60。另一方面，S偏振光L1s被偏振分离面Ss反射，由此对产生图像光没有贡献。
因此，在本变型例中，以这种方式对从偏振分束器51侧入射的P偏振光L1p进行与上述实施方式中对S偏振光L1s所进行的相同的减少漏光Lleak的作用。换句话说，通过在从偏振分束器51侧入射光时在偏振补偿元件80中施加的相位差、在反射型液晶元件60中的光调制时产生的相位差、以及在从反射型液晶元件60侧入射光时在偏振补偿元件80中施加的相位差的总和，减少在黑显示时到达投影光学系统70侧的漏光Lleak。
具有这种构造的本变型例的投影仪3可同样通过与上述实施方式的投影仪1相同的作用来获得与上述实施方式的投影仪1相同的效果。
[变型例2]
图26用光路(由粗虚线表示)和光轴(由细虚线表示)图解了根据变型例2的投影型显示装置(投影仪4)的示意性构造。除了代替照明光学系统1A而设置照明光学系统4A之外，本变型例的投影仪4具有与上述实施方式的投影仪1相同的构造。
照明光学系统4A与设置有多个(三个)光源10A、10B和10C的照明光学系统1A不同之处在于仅设置一个光源10D，并去除了分光镜30A和30B。光源10D设置在耦合透镜20D的光轴上，且在照明光学系统4A中，从光源10D发射的光经由耦合透镜20D直接入射到积分器40。
因而，在照明光学系统4A中仅设置一个光源10D的本变型例的投影仪4可同样通过与上述实施方式的投影仪1相同的作用，来获得与上述实施方式的投影仪1相同的效果。
注意，在本变型例中，与上述变型例1一样，也可改变反射型液晶元件60和偏振补偿元件80的配置位置。在该情形中，本变型例也可通过与上述实施方式的投影仪1相同的作用，来获得与上述实施方式的投影仪1相同的效果。
(其他变型例)
尽管参照实施方式和变型例描述了本发明的技术，但该技术并不限于此，各种变型是可能的。
例如，在上述实施方式等中，照明光学系统1A和4A每一个配置成包括使平行光入射到积分器(蝇眼透镜)40的无限光学系统；然而，照明光学系统1A和4A每一个也可配置成包括使会聚光(或发散光)入射到积分器40的有限光学系统。在该情形中，在上述实施方式等中，代替耦合透镜20A到20D，可设置具有会聚或发散从光源10A到10D发射的光的功能的耦合透镜(指向角变换元件)。
此外，可包括上述实施方式等中所说明的各个照明光学系统和各个投影仪的特征部分的任意构造的组合。
此外，在上述实施方式等中，描述了该技术应用于投影型显示装置(投影仪)的情形；然而，该技术也可应用于任何其他显示单元。例如，如图27中所示，该技术可应用于直视型显示装置(背投影型显示装置9)。背投影型显示装置9包括：包括照明光学系统1A和4A中任意一个(或任意它们的组合)的投影仪1，3，4等的任意一个、以及显示从投影仪1，3，4等(投影光学系统70)投影的图像光的透射型屏幕90。背投影型显示装置9也可通过与上述实施方式等的投影仪1，3和4相同的作用来获得与上述实施方式等的投影仪1，3和4相同的效果。
此外，在上述实施方式等中，具体描述了照明光学系统和显示单元的各个组件(光学系统)；然而，不必包括所有组件，或可进一步设置其他组件。
注意，该技术可具有下面的构造。
(1)一种投影型显示装置，包括：
照明光学系统，所述照明光学系统包括一个或多个光源；
反射型液晶元件，所述反射型液晶元件通过基于输入的图像信号调制来自所述照明光学系统的光而产生图像光；
偏振分束器，所述偏振分束器设置在所述照明光学系统与所述反射型液晶元件之间的光路上；
偏振补偿元件，所述偏振补偿元件设置在所述偏振分束器与所述反射型液晶元件之间的光路上，且所述偏振补偿元件对入射光施加相位差，以改变所述入射光的偏振状态；和
投影光学系统，所述投影光学系统对由所述反射型液晶元件产生、且之后经由穿过所述偏振补偿元件和所述偏振分束器的光路而入射的图像光进行投影，
其中所述偏振补偿元件具有沿光轴彼此面对的第一表面和第二表面，并在从所述第一表面侧入射光时和在从所述第二表面侧入射光时施加彼此极性相反并且绝对值大致相等的相位差。
(2)根据(1)所述的投影型显示装置，其中
所述偏振补偿元件为具有单轴折射率各向异性的板状元件，且
当所述偏振补偿元件的面内方向上的折射率为nx和ny，所述偏振补偿元件的厚度方向上的折射率为nz时，满足(nx>ny＝nz)。
(3)根据(2)所述的投影型显示装置，其中所述偏振补偿元件中的慢轴或快轴相对于包含所述偏振分束器中的光通过面的法线以及所述偏振分束器中的偏振分离面的法线两者的平面所形成的角度具有0°附近的预定角度范围内的值。
(4)根据(3)所述的投影型显示装置，其中在所述0°附近的预定角度范围内，标准化对比度具有3以上的值。
(5)根据(3)或(4)所述的投影型显示装置，其中所述慢轴相对于所述平面所形成的角度具有0°附近的所述预定角度范围内的值。
(6)根据(2)到(5)任意一个所述的投影型显示装置，其中所述偏振补偿元件由单轴延伸的单一聚合物膜、或者通过贴合光轴彼此不同的多个聚合物膜所形成的层叠膜构成。
(7)根据(1)到(6)任意一个所述的投影型显示装置，其中所述偏振补偿元件中施加的面内相位差在绿色波长区域中大致为90°。
(8)根据(1)到(7)任意一个所述的投影型显示装置，其中
所述第一表面为所述偏振分束器侧的表面，且
所述第二表面为所述反射型液晶元件侧的表面。
(9)根据(8)所述的投影型显示装置，其中通过在从所述偏振分束器侧入射光时在所述偏振补偿元件中施加的相位差、在所述反射型液晶元件中的光调制时产生的相位差、以及在从所述反射型液晶元件侧入射光时在所述偏振补偿元件中施加的相位差的总和，减少在黑显示时到达所述投影光学系统侧的漏光。
(10)根据(1)到(9)任意一个所述的投影型显示装置，其中所述反射型液晶元件通过使用VA(垂直取向)型或TN(扭曲向列)型液晶构成。
(11)根据(1)到(10)任意一个所述的投影型显示装置，其中所述光源以内置固态发光元件的封装、或者其中固态发光元件被支撑在基材上的封装的方式形成。
(12)根据(1)到(11)任意一个所述的投影型显示装置，其中所述一个或多个光源之中的至少之一是通过使用激光二极管构成。
(13)一种直视型显示装置，包括：
照明光学系统，所述照明光学系统包括一个或多个光源；
反射型液晶元件，所述反射型液晶元件通过基于输入的图像信号调制来自所述照明光学系统的光而产生图像光；
偏振分束器，所述偏振分束器设置在所述照明光学系统与所述反射型液晶元件之间的光路上；
偏振补偿元件，所述偏振补偿元件设置在所述偏振分束器与所述反射型液晶元件之间的光路上，且所述偏振补偿元件对入射光施加相位差，以改变所述入射光的偏振状态；
投影光学系统，所述投影光学系统对由所述反射型液晶元件产生、且之后经由穿过所述偏振补偿元件和所述偏振分束器的光路而入射的图像光进行投影；和
透射型屏幕，所述透射型屏幕显示从所述投影光学系统投影的所述图像光，
其中所述偏振补偿元件具有沿光轴彼此面对的第一表面和第二表面，并在从所述第一表面侧入射光时和在从所述第二表面侧入射光时施加彼此极性相反且绝对值大致相等的相位差。
本发明包含与2013年1月15日在日本专利局提交的日本优先权专利申请No.2013-4376和2013年6月27日在日本专利局提交的日本优先权专利申请No.2013-135041的公开内容相关的主题，在此引用这些申请的全部内容作为参考。
本领域技术人员应理解的是，可根据设计需要和其他因素进行各种修改、组合、再组合和替换，这些在所附权利要求的范围或其等同范围内。

Claims (14)

1.一种投影型显示装置，包括：
一个或多个光源；
显示元件；
偏振分束器，所述偏振分束器设置在所述一个或多个光源与所述显示元件之间的光路上；
偏振补偿元件，所述偏振补偿元件设置在所述偏振分束器与所述显示元件之间的光路上，且所述偏振补偿元件对入射光施加相位差，以改变所述入射光的偏振状态；和
投影光学元件，所述投影光学元件对由所述显示元件产生、且之后经由穿过所述偏振补偿元件和所述偏振分束器的光路而入射的图像光进行投影。
2.根据权利要求1所述的投影型显示装置，其中所述偏振补偿元件具有沿光轴彼此面对的第一表面和第二表面，并在从所述第一表面侧入射光时和在从所述第二表面侧入射光时施加彼此极性相反并且绝对值大致相等的相位差。
3.根据权利要求2所述的投影型显示装置，其中所述偏振补偿元件为具有单轴折射率各向异性的板状元件，且
当所述偏振补偿元件的面内方向上的折射率为nx和ny，所述偏振补偿元件的厚度方向上的折射率为nz时，满足nx>ny＝nz。
4.根据权利要求3所述的投影型显示装置，其中所述偏振补偿元件中的慢轴或快轴相对于包含所述偏振分束器中的光通过面的法线以及所述偏振分束器中的偏振分离面的法线两者的平面所形成的角度具有0°±5°的预定角度范围内的值。
5.根据权利要求4所述的投影型显示装置，其中在所述0°±5°的预定角度范围内，标准化对比度具有3以上的值。
6.根据权利要求4所述的投影型显示装置，其中所述慢轴相对于所述平面所形成的角度具有在所述0°±5°的预定角度范围内的值。
7.根据权利要求3所述的投影型显示装置，其中所述偏振补偿元件由单轴延伸的单一聚合物膜、或者通过贴合光轴彼此不同的多个聚合物膜所形成的层叠膜构成。
8.根据权利要求1所述的投影型显示装置，其中所述偏振补偿元件中施加的面内相位差在绿色波长区域中大致为90°。
9.根据权利要求2所述的投影型显示装置，其中
所述第一表面为所述偏振分束器侧的表面，且
所述第二表面为所述显示元件侧的表面。
10.根据权利要求9所述的投影型显示装置，其中通过在从所述偏振分束器侧入射光时在所述偏振补偿元件中施加的相位差、在所述显示元件中的光调制时产生的相位差、以及在从所述显示元件入射光时在所述偏振补偿元件中施加的相位差的总和，减少在黑显示时到达所述投影光学元件的漏光。
11.根据权利要求1所述的投影型显示装置，其中所述显示元件通过使用垂直取向(VA)型或扭曲向列(TN)型液晶构成。
12.根据权利要求1所述的投影型显示装置，其中所述光源以内置固态发光元件的封装、或者其中固态发光元件被支撑在基材上的封装的方式形成。
13.根据权利要求1所述的投影型显示装置，其中所述一个或多个光源之中的至少之一是通过使用激光二极管构成。
14.根据权利要求1所述的投影型显示装置，其中所述显示元件通过基于输入图像信号对来自所述一个或多个光源的光进行调制，产生图像光。
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