CN1488989A - 投射型液晶显示装置的照明光学系统和投射型液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于力求小型化和成本降低的投射型液晶显示装置的照明光学系统和投射型液晶显示装置。该投射型液晶显示装置的照明光学系统具备照明光源1；将从该照明光源所照射的照明光进行聚光的第1聚光手段2；通过该第1聚光手段2入射照明光、并将该照明光作为具有多个光源像的照明光进行出射的光程导向型光学积分仪4；和入射从该光程导向型光学积分仪4出射的照明光、并出射将该照明光齐集在所定的偏振光方向上的偏振光的偏振光射束分离器6。同时，在偏振光射束分离器6与光程导向型光学积分仪4之间的光程中，配置有能够使从光程导向型光学积分仪4出射的照明光平行化、然后入射到偏振光射束分离器6的平行化光学系统5。

Description

投射型液晶显示装置的照明光学系统 和投射型液晶显示装置

所属技术领域

本发明涉及的是使用光程导向型光学积分仪的投射型液晶显示装置的照明光学系统、和利用该照明光学系统的投射型液晶显示装置。

现有技术

在液晶投射型显示装置的照明光学系统中，为了提高投射图像的图像质量，要求具有下述的性能。即，照明光的照度均匀性高，能将从照明光源出射的随机偏振光方向的照明光(以下，称为非偏振光的照明光)有效地转换成一个偏振光方向的照明光。

由来，根据上述要求，作为提高照度均匀性的方法，是将透镜元件纵横配置，即多个配置成格子状，使用所谓的轻动目镜。因此，在照明光源的投射方向前后配置两枚这种轻动目镜，由于在照明光侧所配置的第1枚轻动目镜使照明光分开成透镜元件的数目，由于第二枚轻动目镜将该被分开的照明光在液晶面板平面上达到重叠，力求照度均匀化。

还有，作为备齐偏振光方向的方法，由沿着轻动目镜的行方向所配置的透镜元件出射的一连串多个照明光凑在一起进行入射的情况，使用尽量细长的偏振光射束分离器，仅仅轻动目镜的列方向并列几部分，则使用与列方向连起来接合的偏振光射束分离器。

构成这种偏振光射束分离器的细长的各个偏振光射束分离器，将这里入射的非偏振光的照明光分离成P偏振光和S偏振光的照明光，被分离的其中一方偏振光由于1/2波长板而使偏振光方向转换成另一方偏振光，就会成为出射偏振光方向凑齐的照明光。因此，作为由细长的偏振光射束分离器所构成的全体偏振光射束分离器，就会成为出射偏振光方向凑齐的照明光。

又，作为使用轻动目镜的以往例子，有在专利文献1中记载的。在该专利文献1中，第1光学元件210和聚光透镜阵列240与上述的轻动目镜相对应的。

[专利文献1]

特开平10-39411号公报(第8、9页，图3～图5)

发明所要解决的课题

上述的现有技术具有下述问题。首先，因为轻动目镜的多个透镜元件是配置成格子状的，面积较大，而且需要两枚，会导致装置的大型化。另外，也存在着轻动目镜生产技术复杂制造成本也高的问题。

而且，使用轻动目镜的话，如上所述，需要将多个细长偏振光射束分离器与轻动目镜的透镜元件的列数对应接合的。为此，在制造时，需要较高的加工精度和耗费工时，使生产效率恶化并且光学系统的成本也极高。

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供了一种能力求小型化和成本降低的投射型液晶显示装置的照明光学系统和投射型液晶显示装置。

用于解决课题的方法

为了达到上述目的，本发明的投射型液晶显示装置的照明光学系统，其具备：照明光源；将从上述照明光源所照射的照明光进行聚光的第1聚光手段；通过上述第1聚光手段入射照明光，并将该照明光作为具有多个光源像的照明光进行出射的光程导向型光学积分仪；入射从上述光程导向型光学积分仪出射的照明光，并出射将该照明光齐集在所定的偏振光方向上的偏振光的偏振光射束分离器。这样构成投射型液晶显示装置的照明光学系统，能够达到投射型液晶显示装置照明光学系统的小型化和降低成本的目的。

还有，本发明投射型液晶显示装置的照明光学系统中在上述发明的基础上，在所说的偏振光射束分离器与光程导向型光学积分仪之间的光程中，配置有能够使从光程导向型光学积分仪出射的照明光平行化、然后入射到偏振光射束分离器的平行化光学系统。这样构成投射型液晶显示装置的照明光学系统，在平行化光学系统中形成平行化的照明光入射到偏振光射束分离器，能有效地进行照明光的平行分离。

而且，本发明投射型液晶显示装置的照明光学系统中所说的光程导向型光学积分仪，其光程导向在照明光的照射方向上为细长的四棱柱；照明光的入射部和出射部的四边形的纵向与横向的长度比，与液晶显示面板的显示面的纵向与横向的长度比相同。这样构成投射型液晶显示装置的照明光学系统，使从光程导向型光学积分仪出射的照明光能高效地入射到液晶显示面板。

还有，本发明投射型液晶显示装置的照明光学系统中的光程导向型光学积分仪，其光程导向在照明光的照射方向上为细长的四棱台；照明光的入射部的四边形是正方形或者长方形，照明光的出射部的四边形的纵向与横向长度之比，与液晶显示面板的显示面的纵向与横向长度之比相同。这样构成投射型液晶显示装置的照明光学系统，能使从光程导向型光学积分仪出射的照明光高效地入射到液晶显示面板。

而且，本发明投射型液晶显示装置的照明光学系统中的光程导向型光学积分仪，其照明光的出射部纵向长度比照明光的入射部纵向长度长，还有，照明光的出射部横向长度也比照明光的入射部横向长度长。这样构成投射型液晶显示装置的照明光学系统，使从光程导向型光学积分仪出射的照明光相对于液晶显示面板中液晶显示板的纵向和横向的任意一向均能有效地入射。

还有，本发明投射型液晶显示装置的照明光学系统中的光程导向型光学积分仪，其内部充满透光介质。这样构成投射型液晶显示装置的照明光学系统，能提高在光程导向内的照明光的反射效率。

而且，本发明投射型液晶显示装置的照明光学系统中的光程导向型光学积分仪，其内部为中空的管体。这样构成投射型液晶显示装置的照明光学系统，与用透光介质充满光程导向内的情况相比，能缩短光程导向型光学积分仪的长度。

还有，本发明投射型液晶显示装置的照明光学系统中的光程导向型光学积分仪，其在除了入射部和出射部外的光程导向的侧面上，形成有反射膜。这样构成投射型液晶显示装置的照明光学系统，能提高在光程导型内的照明光反射效率。

而且，本发明投射型液晶显示装置的照明光学系统中的偏振光射束分离器，其构成中含有平行四边形棱镜和等腰直角三角形棱镜。这样构成投射型液晶显示装置的照明光学系统，采用简单结构就能将照明光进行偏振光分离。

还有，本发明的投射型液晶显示装置的照明光学系统中，偏振光射束分离器在上述平行四边形棱镜上粘接上述等腰直角三角形棱镜的斜面，并在该粘接面上形成分离S偏振光和P偏振光的偏振光分离面；对于在该偏振光分离面上被偏振光分离的一方偏振光的照明光，在该方的照明光从上述偏振光射束分离器出射的位置上，配置有1/2波长板。这样构成投射型液晶显示装置的照明光学系统，采用简单结构就能齐集照明光的偏振光方向。

而且，本发明的投射型液晶显示装置的照明光学系统中，在所说的第1聚光手段与光程导向型光学积分仪的照明光入射部之间，再配置第2聚光手段。这样构成投射型液晶显示装置的照明光学系统，能够将从光程导向型光学积分仪出射的照明光中所包括的光源像的数目和出射角进行适宜的设定。

另外，本发明的投射型液晶显示装置，其配置有上述投射型液晶显示装置的照明光学系统。这样构成投射型液晶显示装置，能力求投射型液晶显示装置的小型化和成本的降低。

本发明的具体实施例

(第1实施例)

以下，参照图1-图3说明本发明的第1实施例的投射型液晶显示装置。

照明光源1配置在作为第1聚光手段的椭圆反射镜2的第1聚焦点的位置处，从该照明光源所辐射的照明光，在图1中采用其截面形状为半椭圆形的椭圆反射镜2聚光在第二焦点位置3处。还有，椭圆反射镜2的第1焦点位置与第二焦点位置3均位于本照明光学系统的光轴X(图1的点划线所示)上、并夹住椭圆反射镜2开口部的位置上。另外，椭圆反射镜2侧(椭圆反射镜2的内部)的焦点位置为第1焦点位置，而另一方的焦点位置(椭圆反射镜2的外部)为第二焦点位置3。

在以下的说明中，将照明光的前进方向(在图1中为下侧)设定为前方，其反向(图1中的上侧)设定为后方。

在椭圆反射镜2的前方，即照明光的前进方向上，配置如图2(a)所示的光程导向型光学积分仪4。该光程导向型光学积分仪4是由玻璃材料构成的实心棒状体，其外观形状是四棱柱；另该光程导向型光学积分仪4的内部为照明光前进的光程导向。

光程导向型光学积分仪4中，照明光入射部的端面4a和照明光出射部的端面4f的外观为矩形，两端面4a、4f均与光轴X垂直配置。其中，端面4f的纵向长度T4f与横向长度Y4f之比，等于液晶显示面板的纵向(与端面4f的纵向相同)长度与横向(与端面4f的横向相同)长度之比。

另外，由于光程导向型光学积分仪4是四棱柱，所以端面4a和端面4f为同一形状且相同大小；并且，沿该光程导向型光学积分仪4的光轴X的纵向和横向截面形状也分别为矩形，同时，其截面形状也与端面4a、4f的形状大小相同。

这样，该光程导向型光学积分仪4后方的端面4a设置在第2焦点位置3处，并从该端面4a入射照明光。从端面4a入射的照明光，通过在光程导向型光学积分仪4侧面4b、4c、4d、4e与空气间的界面上的全反射，而导致内部反射的重复，从端面4f出射的照明光则为具有多个光源像的照明光。

然后，具有这种多个光源像的照明光，经过处于光程导向型光学积分仪4前方的光学系统，作为力求照度均匀化的照明光入射到未图示的液晶显示面板上。

从光程导向型光学积分仪4出射的照明光入射到透镜组5上，该透镜组5具有能够将从光程导向型光学积分仪4的端面4f以发散状态出射的照明光，以达到近似平行光束的聚束功能(所谓平行化光学系统的功能)。即，通过透镜组5的平行光束化，照明光能够有效地入射到偏振光射束分离器6内。

被平行化的照明光所入射的偏振光射束分离器6，因具有凑齐这里入射的照明光偏振光方向的功能，所以是由平行四边形棱镜6a和等腰直角三角形棱镜6b粘合而构成。其中，平行四边形棱镜6a具有与被平行化的照明光的入射相对应面积的入射面6d，该入射面6d由于与能够将照明光反射到一定方向上的平行分离面6c和反射面6e相接，故其外观为矩形成形。

即，入射面6d、及与之平行的出射面6f为矩形，同时，反射面6e和与该反射面6e平行的面(构成平行分离面6c的面)也为矩形。还有，平行四边形棱镜6a中与照明光的前进方向平行的1对侧面为平行四边形。

另外，等腰直角三角形棱镜6b中，构成平行分离面6c的斜面、出射面6g、以及与光轴X平行且与出射面6g相似的面为矩形。而且，与照明光的前进方向平行的等腰直角三角形棱镜6b的1对侧面为等腰直角三角形。

又，入射面6d具有偏振光分离面6c和锐角角度，并与之相邻接。考虑到相对于面积的照明光入射率，入射面6d还是以正方形为佳。另外，虽然入射面6d与出射面6g相似，但在偏振光射束分离器6中，相对于面积的照明光出射率为最佳且最适合。即，入射面6d、出射面6f、6g为正方形，平行四边形棱镜6a中的平行四边形的侧面的相邻边以1比 的状态为佳。

另外，在照明光的前进方向上相平行的1对侧面，即使是曲面亦可，这样，入射面6d和出射面6f即使不是矩形亦可。

平行四边形棱镜6a中，与反射面6e平行的面(构成偏振光分离面6c的面)，和等腰直角三角形棱镜6b的斜面相粘合。此相粘合的界面作为对于S偏振光反射、对于P偏振光透射的偏振光分离面6c而发挥其功效。因此，从入射面6d入射的照明光在偏振光分离面6c处被分离成S偏振光的照明光和P偏振光的照明光。

与偏振光分离面6c平行的平行四边形棱镜的面为具有将在偏振光分离面6c处所反射的S偏振光照明光进行全反射功能的反射面6e。为此，在偏振光分离面6c处反射的S偏振光的照明光在反射面6e处反射，并从与该反射面6e邻接的出射面6f处出射到平行四边形棱镜6a之外。

另一方面，透过偏振光分离面6c的P偏振光的照明光从出射面6g处出射，该出射面6g是与出射面6f邻接的等腰直角三角形棱镜6b的直角面。在出射面6g的照明光出射位置处，配置有将P偏振光转换成S偏振光、将S偏振光转换成P偏振光的1/2相位差板7。

为此，透射过偏振光分离面6c的P偏振光照明光，由于通过1/2相位差板7而将偏振光方向转换成S偏振光。因此，入射到平行四边形棱镜6a的入射面6d上的偏振光方向，是随机照明光从出射面6f和6g相同的偏振光方向，即作为S偏振光的照明光进行出射。

又，偏振光分离面6c的偏振光分离特性，是以在朝该面入射的入射角为45度时，进行最佳偏振光分离来设定的。为此，通过透镜组5将照明光进行平行光束化，以45度入射在偏振光分离面6c处的照明光比例变多，会有效提高照明光的偏振光分离。

如上所述，从偏振光射束分离器6出射的照明光，采用图示外的分色棱镜等颜色光分离手段，颜色分离成红色、绿色、兰色等三种颜色光。然后，将采用颜色分离手段被颜色分离的各种颜色光分别入射到对应于每种颜色光而设置的图示外的液晶显示面板上，并通过该液晶显示面板进行光调制。

透射过液晶显示面板的各种颜色光入射到图示外的分色棱镜等颜色光合成手段中，并采用该颜色光合成手段，将通过不同光程到达的各种颜色光合成为1个光束。而且，透射过颜色光合成手段的照明光，入射到图示以外的投射透镜上，并通过该投射透镜作为图像投影到屏幕上。

又，在从偏振光射束分离器6到图示以外的上述投射透镜为止的光学系统中，配置旋转透镜以使最佳图像能够投影到屏幕上，或者在液晶显示面板的后方(照明光的入射侧)配置磁场透镜。

如上所述，由于利用了光程导向型光学积分仪4作为提高照度均匀性的手段，与利用轻动目镜透镜的情况相比，可以使投射型液晶显示装置小型化，另外，与轻动目镜透镜相比光程导向型光学积分仪4的制造也容易并且成本较低。

又，如上所述，偏振光射束分离器6因为是由一个平行四边形棱镜6a和一个等腰直角三角形棱镜6b这样的二个棱镜构成的，与现有技术中所述的由细长偏振光射束分离器连接构成的偏振光射束分离器不同，其结构简单、制造方便，故能提高生产效率并控制成本上升。

以上，就本发明的第1实施例予以了说明，而本实施例的光程导向型光学积分仪4除上述第1实施例所说明的结构之外，还有如下说明的结构。

在第1实施例中，光路导向型光学积分仪4是由玻璃材料构成的，但也可以采用包括塑料等的光透过材料、光透过液体(如水等)来构成。

另外，在第1实施例中，光路导向型光学积分仪4的端面4a配置在椭圆反射镜2的第二焦点位置3处。但是，对于第二焦点位置3而言，端面4a的相对位置前后错开配置时，按照错开量和错开方向，能使从端面4f出射的照明光的相对于光轴X的角度发生变化。而且，由于对于第二焦点位置3而言端面4a的相对位置前后错开，包括从端面4f出射的照明光在内的光源像数目也有变化。另外，第二焦点位置3与端面4a的相对位置，不仅前后错开配置，而且在左右方向(平面方向)上错开配置亦可。

而且，在椭圆反射镜2与端面4a之间的第二焦点位置3附近，适宜配置作为第二聚光透镜(第二聚光手段)的球状透镜等的聚光透镜。这样，从端面4f出射的照明光相对于光轴X的角度也发生变化，而且包括从端面4f出射的照明光在内的光源像数目也能够变化。

实心光路导向型光学积分仪4的形状，除上述的四棱柱之外，还可以是如图2(b)和图3(a)、(b)所示的形状。以下就这些实心光路导向型光学积分仪4的其他形式予以说明。

第1其他形式如图2(b)所示，光路导向型光学积分仪41是四棱台形式，端面41a和41f同为矩形，其均以与光轴X垂直配置。对于端面41f而言，其纵向长度T41f与横向长度Y41f之比等于液晶显示面板的纵向(与端面41f的纵向方向相同)长度与横向(与端面41f的横向方向相同)长度之比。

另外，光路导向型光学积分仪41的端面41f的纵向长度T41f比端面41a纵向长度T41a要长，端面41f横向长度Y41f与端面41a横向长度Y41a相同。

也就是说，沿着光程导向型光学积分仪41的光轴X的纵向截面形状是，沿后方向前方上，其底边(互相不平行的边)的间隔越宽的梯形，且横向截面形状为矩形。因此，在光程导向型光学积分仪41的纵向上，相对配置的面41b和41d，沿后方向前方上，相互的间隔也变宽。另一方面，在横向上相对配置的面41c和41e为相互平行的面。

第2其他形式如图3(a)所示，光程导向型光学积分仪42与图2(b)所示的光路导向型光学积分仪41相同，是四棱台形式。但是该光路导向型光学积分仪42中，其端面42f的纵向长度T42f与端面42a的纵向长度T42a相同，其端面42f的横向长度Y42f比端面42a的横向长度Y42a长。

也就是说，沿着光路导向型光学积分仪42的光轴X的纵向截面形状是矩形，横向截面形状是在从后方朝前方的方向上，底边(互相不平行的边)间隔越宽的梯形。因此，在光路导向型光学积分仪42的纵向上，相对的侧面42b和42d为相互平行的面。另一方面，在横向上相对的侧面42c和42e在从后方向前方的方向上，相互间的间隔变宽。

在光路导向型光学积分仪42中，其端面42a和42f均垂直于光轴X配置，且均为矩形。端面42f的纵向长度T42f与横向长度Y42f之比，等于液晶显示面板的纵向(与端面42f的纵向方向相同)长度与横向(与端面42f的横向方向相同)长度之比。

第3其他形式如图3(b)所示，光路导向型光学积分仪43与图2(b)所示的光程导向型光学积分仪41、或者图3(a)所示的光路导向型光学积分仪42相同，均为四棱台形式。但是，该光路导向型光学积分仪43中，其端面43f的纵向长度T43f比端面43a的纵向长度T43a长，其端面43f的横向长度Y43f比端面43a的横向长度Y43a长。

也就是说，沿着光路导向型光学积分仪43的光轴X的纵向和横向截面形状是，在从后方向前方的方向上，底边(互相不平行的边)间隔渐渐变宽的梯形。

因此，在光路导向型光学积分仪43的纵向上相对的侧面43b和43d、以及在横向上相对的侧面43c和43d，在从后方向前方的方向上，互相间的间隔均渐渐变宽。另外，在光路导向型光学积分仪43中，其端面43a和43f均为矩形，并垂直于光轴X配置。其中，端面43f的纵向长度T43f与横向长度Y43f之比，等于液晶显示面板的纵向(与端面43f纵向方向相同)长度与横向(与端面43f横向方向相同)长度之比。

如图2(b)、图3(a)、(b)所示的光程导向型光学积分仪41、42和43中，至少有1对相对的面的间隔在从后方向前方的方向上渐渐变宽的话，则能够使从端面41f、42f、43f出射的照明光相对于光轴X的角度，比入射到端面41a、42a、43a时的照明光相对于光轴X的角度小。

为此，则能够有效地将照明光入射到处于光路导向型光学积分仪(41、42、43)前方的透镜组5中。

又，在光程导向型光学积分仪(4、41、42、43)的侧面形成有镀膜等的反射膜的话，就能够提高在侧面反射的照明光的反射效率。特别是根据椭圆反射镜2的扁平率，在光程导向型光学积分仪4的侧面4b、4c、4d、4e与空气间的界面上，认为没有全反射。在此状况下，在侧面4b、4c、4d、4e上若形成有镀膜等反射膜的话，就能够维持照明光的全反射。

另外，在形成镀膜等反射膜时，即使光轴X为曲线状，也能维持照明光的全反射。为此，光路导向型光学积分仪(4、41、42、43)的光轴X即使是曲线，呈弯曲的棒状部件亦可。

在上述的第1实施例中，端面4a、4f、42a、42f、43a、43f为矩形，但是，这些端面4a、4f、42a、42f、43a、43f并不仅仅限于矩形形状，亦可以是各种多边形、其一部分或者全体具曲线的形状。

而且，上述第1实施例中，在1/2相位差板7上通过有P偏振光，该P偏振光转换成S偏振光。由此，从偏振光射束分离器6和1/2相位差板7出射的照明光构成S偏振光。但是，也可以在1/2相位差板上通过S偏振光，将该S偏振光转换成P偏振光，由此，从偏振光射束分离器6和1/2相位差板7出射的照明光构成P偏振光。

(第2实施例)

下面根据图1、图4和图5就本发明的第2实施例予以说明。在此，本实施例乃是上述第1实施例中的光程导向型光学积分仪(4、41、42、43)的变更。在本实施例中，除光程导向型光学积分仪之外，其构成与图1所示的构成相同，并赋与第1实施例相同的符号进行说明。

在上述第1实施例中，如图2和图3所示的光程导向型光学积分仪(40、41、42、43)的内部均为能够透过光的玻璃材料等材料的实心棒状体(实心构件)。但是，在本实施例的光程导向型光学积分仪(44、45、46、47)，如图4和图5所示，是内部为空心的管状体，其空心部为导光路。以下，参照图4、图5就具有该空心部的光程导向型光学积分仪进行说明。

如图4(a)所示的光程导向型光学积分仪44，其具有由侧面44b、44c、44d、44f形成的四棱柱形状的空心部44t。即图4(a)所示的光程导向型光学积分仪44，是在图2(a)所示的光程导向型光学积分仪4中，设有截面开有矩形通孔的空心部44t。

光路导向型光学积分仪44中，照明光入射的开口端44a和照明光出射的开口端44f均为矩形，并垂直于光轴X配置，两开口端44a、44f的大小形状相同。

开口端44f的纵向长度T44f与横向长度Y44f之比，等于液晶显示面板纵向(与端面44f纵向相同)长度与横向(与端面44f横向相同)长度之比。还有，沿着光程导向型光学积分仪44的空心部44t的光轴X的纵向与横向之截面形状均为矩形。

这样构成的光程导向型光学积分仪44，从其开口端44a入射的照明光在空心部44t的内侧面重复内部反射后，作为具有多个光源像的照明光，从开口端44f处出射。

还有，具有空心部的光程导向型光学积分仪44的形状，除上述的四棱柱形状之外，还可以是如图4(b)、图5(a)和(b)所示的形状。以下，就该空心的光路导向型光学积分仪44的其他方式进行说明。

第1的其他方式如图4(b)所示，光程导向型光学积分仪45具有由侧面45b、45c、45d、45f形成的四棱台形状的空心部45t。即，图4(b)所示的光路导向型光学积分仪45，是在图2(b)所示的光程导向型光学积分仪41中形成有通孔截面为矩形的空心部45t。

光路导向型光学积分仪45中，照明光入射的开口端45a和照明光出射的开口端45f均为矩形，并垂直于光轴X配置。另外，开口端45f的纵向长度T45f比开口端45a的纵向长度T45a长，开口端45f的横向长度Y45f与开口端45a的横向长度Y45a是相等的。

也就是说，沿着空心部45t的光轴X的纵向截面形状，在从后方朝前方的方向上，为底边(互相不平行的边)间隔渐渐变宽的梯形；横向截面的形状为矩形。因此，在空心部45t的纵向上相对的面45b、45d，在从后方朝前方的方向上，相互的间隔渐渐变宽；另一方面，在横向上相对的面45c、46e为互相平行的面。

开口端45f的纵向长度T45f与横向长度Y45f之比，等于液晶显示面板的纵向(与端面45f的纵向相同)长度与横向(与端面45f横向相同)长度之比。还有，由于从开口端45f入射的照明光在空心部45t的内侧面上重复地内部反射，作为具有多个光源像的照明光出射，这一点与上述的光程导向型光学积分仪44是相同的。

另外，第2的其他方式如图5(a)所示，光程导向型光学积分仪46与图4(b)所示的光路导向型光学积分仪45相同，由侧面46b、46c、46d、46e所形成的空心部46t的形状为四棱台形状。即，图5(a)所示的光路导向型光学积分仪46，是在图3(a)所示的光程导向型光学积分仪42中，形成有通孔截面为矩形的空心部46t。

开口端46f的纵向长度T46f与开口端46a的纵向长度T46a相同，开口端46f的横向长度Y46f比开口端46a的横向长度Y46a长。

也就是说，沿着空心部46t的光轴X的纵向截面形状是矩形；横向截面形状，在从后方朝前方的方向上，为底边(互相不平行的边)间隔渐渐变宽的梯形。

因此，在空心部46t的纵向上相对的面46b和46d，为互相平行的面；在横向上相对的面46c和46e，在从后方朝前方的方向上，互相的间隔渐渐变宽。光路导向型光学积分仪46中，照明光入射的开口端46a和照明光出射的开口端46f均为矩形，并垂直于光轴X配置。

又，开口端46f的纵向长度T46f与横向长度Y46f之比，等于液晶显示面板的纵向(与端面46f的纵向相同)长度与横向(与端面46f的横向相同)长度之比。

由于从开口端46f入射的照明光在空心部46t的内侧面重复地内部反射后，作为具有多个光源像的照明光出射，这一点与上述的光程导向型光学积分仪44和45是相同的。

第3的其他形式如图5(b)所示，光路导向型光学积分仪47，与图4(b)所示的光路导向型光学积分仪45或图5(a)所示的光程导向型光学积分仪46相同，空心部47t形状为四棱台形状。即，图5(d)所示的光路导向型光学积分仪47，是在图3(b)所示的光程导向型光学积分仪43中，形成有通孔截面为矩形的空心部47t。

该光程导向型光学积分仪47的开口端47f的纵向长度T47f比开口端47a的纵向长度T47a长，开口端47f的横向长度Y47f也比开口端47a的横向长度Y47a长。也就是说，沿着空心部47t的光轴X的纵向和横向的截面形状，在从后方朝前方的方向上，均为底边(互相不平行的边)间隔渐渐变宽的梯形。

因此，在空心部47t的纵向上相对的侧面47b和47d、以及在横向上相对的侧面47b和47d，在从后方朝前方的方向上，相互的间隔渐渐变宽。另外，光路导向型光学积分仪47中，照明光入射的开口端47a和照明光出射的开口端47f均为矩形，并垂直于光轴X配置。

又，开口端47f的纵向长度T47f与横向长度Y47f之比，等于液晶显示面板的纵向(与开口端47f纵向相同)长度与横向(与开口端47f横向相同)长度之比。

由于从开口端47f入射的照明光在空心部47t的内侧面处重复地内部反射后，作为具有多个光源像的照明光出射，这一点与上述的光程导向型光学积分仪44、45和46是相同的。

上述图4(b)、图5(a)、(b)所示的光程导向型光学积分仪45、46、47，其空心部(45t、46t、47t)的相对的侧面的间隔，在从后方朝前方的方向上，渐渐展宽。这样，就可以使从出射侧的开口端(45f、46f、47)出射的照明光相对于光轴X的角度，比入射到入射侧开口端(45a、46s、47a)上时照明光相对于光轴X的角度小。

为此，则能够有效地将照明光入射到处于光路导向型光学积分仪(45、46、47)前方的透镜组5中。

又，若在空心部(44t、45t、46t、47t)的侧面形成镀膜等反射膜的话，那么就能够在该侧面上提高所反射的照明光的反射效率。特别由于椭圆反射镜2的扁平率，在空心部(44t、45t、46t、47t)的侧面上认定不能全反射时，若在上述侧面上形成镀膜等反射膜的话，则能够维持照明光的全反射。

如上所述，在形成镀膜等反射膜的情况下，即使光轴X为曲线状，也能够维持照明光的全反射。为此，光路导向型光学积分仪(43、45、46、47)，即使是光轴X为曲线状的弯曲棒状构件亦可。

另外，该第2实施例中，在1/2相位差板7处通过S偏振光，并将该S偏振光转换成P偏振光，由此，将从偏振光射束分离器6和1/2相位差板7处出射的照明光，作为P偏振光亦可。

以上叙述了本发明的第1实施例和第2实施例。接下来，就图1所示的投射型液晶显示装置的具体结构(实施例)进行说明。在该实施例中所说明的光路导向型光学积分仪，是图3(a)所示的光路导向型光学积分仪42，在入射侧的端42a和出射侧的端面42f处，其纵向长度是相同的，而入射侧的端面42a的横向长度比出射侧的端面42f长。

照明光源1是消耗电功率150W的高压水银灯，来自于该照明光源1的照明光聚合在椭圆反射2的第二焦点位置3处。又，在椭圆反射镜2的第1焦点位置处配置照明光源1之后，照明光则聚光在第二焦点位置3处，但是通过调节照明光源1的位置，例如沿光轴X调节到其前后处，能使照明光的聚光位置(照明光聚光面积为最小的位置)发生变位。像这样的前后移动，可以调整聚光位置，以能够在屏幕上投影效果最佳的图像。

光程导向型光学积分仪42的照明光入射侧的端面42a与照明光的聚光位置重合。

端42a是5×5mm的正方形，出射侧的端面42f为5(纵向长度)×6.67(横向长度)mm的长方形，光程导向型光学积分仪42的光轴方向的长度是60mm。光程导向型光学积分仪42的出射侧端面42f的纵向长度T42f与横向长度Y42f之比为3比4，等于液晶显示面板的纵向长度与横向长度之比。

在光程导向型光学积分仪42的端面42f前方处所配置的透镜组5，其焦点距离为50mm，由于该透镜组5，使得从端面42f出射的照明光聚束为平行光束。该平行光束的发散度在±4.8°的范围内，通过偏振光射束分离器6，会有效地将偏振光方向齐集为S偏振光。偏振光射束分离器6的棱镜入射面6d的纵向长度为20mm，其横向长度为40mm；出射面6f和6g的各自纵向长度20mm，横向长度为40mm。在出射面6g的一侧贴有1/2波长板7。

发明的效果

本发明中的投射型液晶显示装置的照明光学系统和投射型液晶显示装置通过上述构成，能力求投射型液晶显示装置的照明光学系统和投射型液晶显示装置的小型化并降低其成本。

附图的简要说明

图1所示的是本发明的第1实施例和第2实施例的投射型液晶显示装置的照明光学系统。

图2所示的是在本发明的第1实施例的光程导向内充满透光介质的光路导向型光学积分仪结构的立体图，(a)是外观形状为四棱柱的光程导向型光学积分仪，(b)是出射面侧的纵向长度展宽的四棱台的光路导向型光学积分仪。

图3所示的是本发明第1实施例的光程导向内充满透光介质的光路导向型光学积分仪结构的立体图，(a)是出射侧的横向长度展宽的四棱台的光路导向型光学积分仪，(b)是出射侧的纵向和横向长度均展宽的四棱台的光路导向型光学积分仪。

图4所示的是本发明第2实施例的光程导向内为空心的光路导向型光学积分仪的结构的立体图，(a)是外观形状为四棱柱的光路导向型光学积分仪，(b)是出射面侧的纵向长度展宽的四棱台的光路导向型光学积分仪。

图5所示的是本发明第2实施例的光程导向内为空心的光路导向型光学积分仪结构的立体图，(a)是出射侧的横向长度为展宽的四棱台的光路导向型光学积分仪，(b)是出射侧的纵向和横向的长度均展宽的四棱台的光路导向型光学积分仪。

符号说明

1    照明光源

2    椭圆反射镜(第1聚光手段)

3     第2焦点位置

4、41～47   光路导向型光学积分仪

5     平行化光学系统

6     偏振光射束分离器

6a    平行四边形棱镜

6b    等腰直角三角形棱镜

6c    偏振光分离面

7     1/2相位差板

Claims (12)

1.一种投射型液晶显示装置的照明光学系统，其具备：照明光源；

将从上述照明光源所照射的照明光进行聚光的第1聚光手段；

通过上述第1聚光手段入射照明光，并将该照明光作为具有多个光源像的照明光进行出射的光程导向型光学积分仪；

入射从上述光程导向型光学积分仪出射的照明光，并出射将该照明光齐集在所定的偏振光方向上的偏振光的偏振光射束分离器。

2.如权利要求1所述的投射型液晶显示装置的照明光学系统，其特征在于在所说的偏振光射束分离器与光程导向型光学积分仪之间的光程中，配置有能够使从光程导向型光学积分仪出射的照明光平行化、然后入射到偏振光射束分离器的平行化光学系统。

3.如权利要求1所述的投射型液晶显示装置的照明光学系统，其特征在于所说的光程导向型光学积分仪，其光程导向在照明光的照射方向上为细长的四棱柱；照明光的入射部和出射部的四边形的纵向与横向的长度比，与液晶显示面板的显示面的纵向与横向的长度比相同。

4.如权利要求1所述的投射型液晶显示装置的照明光学系统，其特征在于所说的光程导向型光学积分仪，其光程导向在照明光的照射方向上为细长的四棱台；照明光的入射部的四边形是正方形或者长方形，照明光的出射部的四边形的纵向与横向长度之比，与液晶显示面板的显示面的纵向与横向长度之比相同。

5.如权利要求4所述的投射型液晶显示装置的照明光学系统，其特征在于所说的光程导向型光学积分仪，其照明光的出射部纵向长度比照明光的入射部纵向长度长，还有，照明光的出射部横向长度也比照明光的入射部横向长度长。

6.如权利要求1～5所述的任意一项的投射型液晶显示装置的照明光学系统，其特征在于所说的光程导向型光学积分仪，其内部充满透光介质。

7.如权利要求1～5所述的任意一项的投射型液晶显示装置的照明光学系统，其特征在于所说的光程导向型光学积分仪，其内部为中空的管体。

8.如权利要求1～5所述的任意一项的投射型液晶显示装置的照明光学系统，其特征在于所说的光程导向型光学积分仪，其在除了入射部和出射部外的光程导向的侧面上，形成有反射膜。

9.如权利要求1～5所述的任意一项的投射型液晶显示装置的照明光学系统，其特征在于所说的偏振光射束分离器，其构成中含有平行四边形棱镜和等腰直角三角形棱镜。

10.如权利要求9所述的投射型液晶显示装置的照明光学系统，其特征在于所说的偏振光射束分离器，其中，在上述平行四边形棱镜上粘接上述等腰直角三角形棱镜的斜面，并在该粘接面上形成分离S偏振光和P偏振光的偏振光分离面；对于在该偏振光分离面上被偏振光分离的一方偏振光的照明光，在该方的照明光从上述偏振光射束分离器出射的位置上，配置有1/2波长板。

11.如权利要求1～5或10所述的任意一项的投射型液晶显示装置的照明光学系统，其特征在于在所说的第1聚光手段与光程导向型光学积分仪的照明光入射部之间，再配置第2聚光手段。

12.一种投射型液晶显示装置，其特征在于其配置有权利要求1～11的任意一项的投射型液晶显示装置的照明光学系统。

Images