JP2001264537A - 偏光合成装置及び表示装置 - Google Patents
偏光合成装置及び表示装置Info
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- JP2001264537A JP2001264537A JP2000076588A JP2000076588A JP2001264537A JP 2001264537 A JP2001264537 A JP 2001264537A JP 2000076588 A JP2000076588 A JP 2000076588A JP 2000076588 A JP2000076588 A JP 2000076588A JP 2001264537 A JP2001264537 A JP 2001264537A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 偏光合成装置及び表示装置に関し、光の利用
効率が高く、かつ、小型化及び軽量化に適したようにす
ることを目的とする。 【解決手段】 第１の光束ＰＬ１及び第２の光束ＰＬ２
に偏光分離する偏光分離素子１２と、第２の光束ＰＬ２
を偏光状態を回転させて反射する偏光回転素子１４と、
偏光分離素子１２を透過した第１の光束ＰＬ１及び偏光
回転素子１４で偏光状態を回転させられた第２の光束Ｐ
Ｌ２を入射させる入射面１６ａと、第１の光束ＰＬ１を
出射させる第１の出射面１６ｂと、第２の光束ＰＬ２を
出射させる第２の出射面１６ｃとを有する偏光合成素子
１６とを備え、第１の出射面から出射した第１の光束Ｐ
Ｌ１と第２の出射面から出射した第２の光束ＰＬ２とは
互いに略平行となるようにした構成とする。
効率が高く、かつ、小型化及び軽量化に適したようにす
ることを目的とする。 【解決手段】 第１の光束ＰＬ１及び第２の光束ＰＬ２
に偏光分離する偏光分離素子１２と、第２の光束ＰＬ２
を偏光状態を回転させて反射する偏光回転素子１４と、
偏光分離素子１２を透過した第１の光束ＰＬ１及び偏光
回転素子１４で偏光状態を回転させられた第２の光束Ｐ
Ｌ２を入射させる入射面１６ａと、第１の光束ＰＬ１を
出射させる第１の出射面１６ｂと、第２の光束ＰＬ２を
出射させる第２の出射面１６ｃとを有する偏光合成素子
１６とを備え、第１の出射面から出射した第１の光束Ｐ
Ｌ１と第２の出射面から出射した第２の光束ＰＬ２とは
互いに略平行となるようにした構成とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は偏光合成装置及び偏
光合成装置を含む表示装置に関する。
光合成装置を含む表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示装置は液晶パネルを含んでお
り、投射型表示装置は液晶パネル及び投射レンズを含ん
でいる。多くの場合、液晶パネルは偏光子を利用してお
り、光源から発射された光の一部の偏光は偏光子を透過
するが、残りの一部の偏光は偏光子を透過しない。従っ
て、光の利用効率が低く、光損失が大きいという問題が
ある。明るい表示を実現するためは、光損失を回避し
て、光利用効率を向上させる必要がある。
り、投射型表示装置は液晶パネル及び投射レンズを含ん
でいる。多くの場合、液晶パネルは偏光子を利用してお
り、光源から発射された光の一部の偏光は偏光子を透過
するが、残りの一部の偏光は偏光子を透過しない。従っ
て、光の利用効率が低く、光損失が大きいという問題が
ある。明るい表示を実現するためは、光損失を回避し
て、光利用効率を向上させる必要がある。
【０００３】従って、ランダム偏光である光源の光を２
つの偏光に分離して、一部の偏光はそのまま利用し、残
りの一部の偏光は偏光状態を回転させて上記一部の偏光
と偏光を揃え、２つの偏光を合成して利用する（偏光合
成方法）が提案されている。そのような偏光合成方法
は、例えば、特開平５−２４１１０３号公報に開示され
ている。
つの偏光に分離して、一部の偏光はそのまま利用し、残
りの一部の偏光は偏光状態を回転させて上記一部の偏光
と偏光を揃え、２つの偏光を合成して利用する（偏光合
成方法）が提案されている。そのような偏光合成方法
は、例えば、特開平５−２４１１０３号公報に開示され
ている。
【０００４】図１０は従来の偏光合成装置を示す。偏光
合成装置は、光源１と、２つの偏光ビームスプリッタ２
ａ、２ｂと、位相差板３ａ、３ｂと、反射ミラー４ａ、
４ｂとからなる。光源１の光を２つの偏光ビームスプリ
ッタ２ａ、２ｂで２つの偏光に分割し、一方の偏光を偏
光ビームスプリッタ２ａ、２ｂを透過させ、残りの一方
の偏光を偏光ビームスプリッタ２ａ、２ｂで反射させ
る。反射した偏光は位相差板３ａ、３ｂによって偏光状
態を回転させられ、反射ミラー４ａ、４ｂによって偏光
ビームスプリッタ２ａ、２ｂを透過した一方の偏光と向
きを揃え、合成する。この偏光合成装置では、位相差板
３ａ、３ｂ及び反射ミラー４ａ、４ｂが、２つの偏光ビ
ームスプリッタ２ａ、２ｂの外側に配置され、装置全体
が大きくなる。
合成装置は、光源１と、２つの偏光ビームスプリッタ２
ａ、２ｂと、位相差板３ａ、３ｂと、反射ミラー４ａ、
４ｂとからなる。光源１の光を２つの偏光ビームスプリ
ッタ２ａ、２ｂで２つの偏光に分割し、一方の偏光を偏
光ビームスプリッタ２ａ、２ｂを透過させ、残りの一方
の偏光を偏光ビームスプリッタ２ａ、２ｂで反射させ
る。反射した偏光は位相差板３ａ、３ｂによって偏光状
態を回転させられ、反射ミラー４ａ、４ｂによって偏光
ビームスプリッタ２ａ、２ｂを透過した一方の偏光と向
きを揃え、合成する。この偏光合成装置では、位相差板
３ａ、３ｂ及び反射ミラー４ａ、４ｂが、２つの偏光ビ
ームスプリッタ２ａ、２ｂの外側に配置され、装置全体
が大きくなる。
【０００５】また、特開平１１−２７８２号公報にプリ
ズムを用いた偏光合成装置を開示しているが、偏光分離
素子と反射板の構成が大きく、小型化、軽量化が困難で
あった。また、特開平７−４９４９６号公報は、アレイ
状に配置された三角柱状のプリズムを含むバックライト
を有する液晶表示装置を開示している。三角柱状のプリ
ズムは広い配光分布を保ったままで特定方向に光強度を
大きくするために用いられる。
ズムを用いた偏光合成装置を開示しているが、偏光分離
素子と反射板の構成が大きく、小型化、軽量化が困難で
あった。また、特開平７−４９４９６号公報は、アレイ
状に配置された三角柱状のプリズムを含むバックライト
を有する液晶表示装置を開示している。三角柱状のプリ
ズムは広い配光分布を保ったままで特定方向に光強度を
大きくするために用いられる。
【０００６】また、特開平７−９８４５４号公報は、色
分離のための回折格子を備えた投射型表示装置を開示し
ている。図１１は回折格子を備えた投射型表示装置を示
す図である。この投射型表示装置は、光源１と、回折格
子５と、液晶パネル６と、投射レンズ７とからなる。光
源１の光は回折格子５に斜めに入射され、回折作用によ
って分離された赤、青、緑の色光が回折格子５から液晶
パネル６に入射するようになっている。この場合、光源
１は投射レンズ７に対して斜めに配置されることにな
る。
分離のための回折格子を備えた投射型表示装置を開示し
ている。図１１は回折格子を備えた投射型表示装置を示
す図である。この投射型表示装置は、光源１と、回折格
子５と、液晶パネル６と、投射レンズ７とからなる。光
源１の光は回折格子５に斜めに入射され、回折作用によ
って分離された赤、青、緑の色光が回折格子５から液晶
パネル６に入射するようになっている。この場合、光源
１は投射レンズ７に対して斜めに配置されることにな
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の偏光合
成装置では、偏光ビームスプリッタ２ａ、２ｂを透過し
た光束及び反射ミラー４ａ、４ｂで反射した光束が液晶
パネルに入射する。従って、光源から出射される光束の
断面積に対し、液晶パネルに照射される光束の断面積は
約２倍になってしまい、装置の小型化、軽量化が困難で
あった。また、この偏光合成装置を含む投射型液晶表示
装置の場合には、投射レンズのサイズの関係から、液晶
パネルは小さい方が望ましく、照射される断面積が大き
いと、液晶パネルに照射されずに損失となる。効果的な
光利用効率が得られない。
成装置では、偏光ビームスプリッタ２ａ、２ｂを透過し
た光束及び反射ミラー４ａ、４ｂで反射した光束が液晶
パネルに入射する。従って、光源から出射される光束の
断面積に対し、液晶パネルに照射される光束の断面積は
約２倍になってしまい、装置の小型化、軽量化が困難で
あった。また、この偏光合成装置を含む投射型液晶表示
装置の場合には、投射レンズのサイズの関係から、液晶
パネルは小さい方が望ましく、照射される断面積が大き
いと、液晶パネルに照射されずに損失となる。効果的な
光利用効率が得られない。
【０００８】また、回折格子を備えた投射型表示装置で
は、光源は投射レンズに対して斜めに配置されることに
なり、光源及び投射レンズを収めた筐体内に光源の安定
器や電源装置などを適切に配置するのが難しくなる。本
発明の目的は、光の利用効率が高く、かつ、小型化及び
軽量化に適した偏光合成装置及び表示装置を提供するこ
とである。
は、光源は投射レンズに対して斜めに配置されることに
なり、光源及び投射レンズを収めた筐体内に光源の安定
器や電源装置などを適切に配置するのが難しくなる。本
発明の目的は、光の利用効率が高く、かつ、小型化及び
軽量化に適した偏光合成装置及び表示装置を提供するこ
とである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による偏光合成装
置は、光源から出射された光束を透過による第１の光束
及び反射による第２の光束に偏光分離する偏光分離素子
と、該偏光分離素子で反射した該第２の光束を偏光状態
を回転させて反射する偏光回転素子と、該偏光分離素子
を透過した該第１の光束及び該偏光回転素子で偏光状態
を回転させられた該第２の光束を入射させる入射面と、
該第１の光束を出射させる第１の出射面と、該第２の光
束を出射させる第２の出射面とを有する偏光合成素子と
を備え、該第１の出射面から出射した第１の光束光束と
該第２の出射面から出射した第１の光束とは互いに略平
行となるようにしたことを特徴とするものである。
置は、光源から出射された光束を透過による第１の光束
及び反射による第２の光束に偏光分離する偏光分離素子
と、該偏光分離素子で反射した該第２の光束を偏光状態
を回転させて反射する偏光回転素子と、該偏光分離素子
を透過した該第１の光束及び該偏光回転素子で偏光状態
を回転させられた該第２の光束を入射させる入射面と、
該第１の光束を出射させる第１の出射面と、該第２の光
束を出射させる第２の出射面とを有する偏光合成素子と
を備え、該第１の出射面から出射した第１の光束光束と
該第２の出射面から出射した第１の光束とは互いに略平
行となるようにしたことを特徴とするものである。
【００１０】この構成において、例えば、偏光分離素子
は偏光ビームスプリッタで構成されることができ、偏光
回転素子は位相差板を貼りつけた反射ミラーで構成され
ることができ、偏光合成素子は三角柱状プリズムで構成
されることができる。また、偏光合成素子は１つのプリ
ズムで構成されることができ、あるいはアレイ状に配置
された複数の小さなプリズムで構成されることができ
る。光源の光は偏光分離素子に入射され、透過による第
１の光束及び反射による第２の光束に偏光分離される。
偏光分離素子で反射した第２の光束は偏光状態を回転さ
せて反射される。偏光分離素子を透過した第１の光束及
び偏光回転素子で偏光状態を回転させられた第２の光束
はともに偏光合成素子の共通の入射面に入射する。第１
の光束は第１の出射面から出射し、第２の光束は第２の
出射面から出射する。
は偏光ビームスプリッタで構成されることができ、偏光
回転素子は位相差板を貼りつけた反射ミラーで構成され
ることができ、偏光合成素子は三角柱状プリズムで構成
されることができる。また、偏光合成素子は１つのプリ
ズムで構成されることができ、あるいはアレイ状に配置
された複数の小さなプリズムで構成されることができ
る。光源の光は偏光分離素子に入射され、透過による第
１の光束及び反射による第２の光束に偏光分離される。
偏光分離素子で反射した第２の光束は偏光状態を回転さ
せて反射される。偏光分離素子を透過した第１の光束及
び偏光回転素子で偏光状態を回転させられた第２の光束
はともに偏光合成素子の共通の入射面に入射する。第１
の光束は第１の出射面から出射し、第２の光束は第２の
出射面から出射する。
【００１１】偏光合成素子が三角柱状プリズムからなる
場合には、入射面はプリズムの１つの表面に相当する。
第１の出射面及び第２の出射面はそれぞれプリズムの他
の表面に相当する。第１の出射面から出射した光束と第
２の出射面から出射した光束とは、プリズムの屈折効果
によって互いに略平行となるようになっている。従っ
て、プリズムの屈折効果によって、異なる面から出射さ
れた光線の出射方向を一致させて合成する。従って、光
源の光束の断面積を大きくすることなく、ランダムな偏
光を一方の偏光に合成することができる。
場合には、入射面はプリズムの１つの表面に相当する。
第１の出射面及び第２の出射面はそれぞれプリズムの他
の表面に相当する。第１の出射面から出射した光束と第
２の出射面から出射した光束とは、プリズムの屈折効果
によって互いに略平行となるようになっている。従っ
て、プリズムの屈折効果によって、異なる面から出射さ
れた光線の出射方向を一致させて合成する。従って、光
源の光束の断面積を大きくすることなく、ランダムな偏
光を一方の偏光に合成することができる。
【００１２】また、この偏光合成装置を含む表示装置
は、光の利用効率を改善でき、かつ、小型化及び軽量化
に適したものとなる。
は、光の利用効率を改善でき、かつ、小型化及び軽量化
に適したものとなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施例について図面
を参照して説明する。図１は本発明の実施例による偏光
合成装置を示す図である。偏光合成装置１０は、偏光分
離素子１２と、偏光回転素子１４と、偏光合成素子１６
とを備える。図示しない光源から発射されるランダムな
偏光（白色光）は、ｐ偏光とｓ偏光とを含む。
を参照して説明する。図１は本発明の実施例による偏光
合成装置を示す図である。偏光合成装置１０は、偏光分
離素子１２と、偏光回転素子１４と、偏光合成素子１６
とを備える。図示しない光源から発射されるランダムな
偏光（白色光）は、ｐ偏光とｓ偏光とを含む。
【００１４】偏光分離素子１２は、光源からの光束の入
射方向に対して斜めに配置されている。偏光回転素子１
４は偏光分離素子１２で反射した光束に対して垂直にな
るように配置されている。偏光回転素子１４からの光は
光源からの光束の入射方向とは異なった角度で偏光分離
素子１２に入射するようになってい。偏光分離素子１２
は、光源から出射された光束を例えばｐ偏光に相当する
偏光状態の第１の光束ＰＬ１を透過させ、ｓ偏光に相当
する偏光状態の第２の光束ＰＬ２を反射させる。このよ
うにして、光源の光束が偏光分離される。
射方向に対して斜めに配置されている。偏光回転素子１
４は偏光分離素子１２で反射した光束に対して垂直にな
るように配置されている。偏光回転素子１４からの光は
光源からの光束の入射方向とは異なった角度で偏光分離
素子１２に入射するようになってい。偏光分離素子１２
は、光源から出射された光束を例えばｐ偏光に相当する
偏光状態の第１の光束ＰＬ１を透過させ、ｓ偏光に相当
する偏光状態の第２の光束ＰＬ２を反射させる。このよ
うにして、光源の光束が偏光分離される。
【００１５】実施例では、偏光分離素子１２は平板の偏
光ビームスプリッタで構成される。偏光ビームスプリッ
タは、偏光合成素子１６に直接蒸着された誘電体多層
膜、又は誘電体多層膜が蒸着されている平板、もしくは
偏光分離作用を備えたポリマーフィルム（例えば３Ｍ社
製）等で構成される。あるいは、偏光ビームスプリッタ
は、誘電体多層膜を２つのプリズムで挟んでなるプリズ
ム型ビームスプリッタとしてもよい。
光ビームスプリッタで構成される。偏光ビームスプリッ
タは、偏光合成素子１６に直接蒸着された誘電体多層
膜、又は誘電体多層膜が蒸着されている平板、もしくは
偏光分離作用を備えたポリマーフィルム（例えば３Ｍ社
製）等で構成される。あるいは、偏光ビームスプリッタ
は、誘電体多層膜を２つのプリズムで挟んでなるプリズ
ム型ビームスプリッタとしてもよい。
【００１６】偏光回転素子１４は、偏光分離素子１２で
反射した第２の光束ＰＬ２を偏光状態を回転させて反射
させる。実施例では、偏光回転素子１４は、１／４λ位
相差板１８を貼りつけた反射ミラー２０で構成される。
第２の光束ＰＬ２は、位相差板１８を透過し、反射ミラ
ー２０によって反射され、再び位相差板１８を透過す
る。位相差板１８は１／４λ板相当の位相差を生じさせ
る機能を備えており、位相差板１８を２度透過すること
により、偏光状態が１／２λの位相差だけ回転し、偏光
面が９０度回転する。よって、第２の光束ＰＬ２は、偏
光状態がｓ偏光からｐ偏光に変換されて偏光分離素子１
２に向かい、偏光分離素子１２を透過する。位相差板１
８は複屈折性を有する結晶又はポリマーフィルムのいず
れでも良い。もちろん、多層化した構成のものでもよ
い。
反射した第２の光束ＰＬ２を偏光状態を回転させて反射
させる。実施例では、偏光回転素子１４は、１／４λ位
相差板１８を貼りつけた反射ミラー２０で構成される。
第２の光束ＰＬ２は、位相差板１８を透過し、反射ミラ
ー２０によって反射され、再び位相差板１８を透過す
る。位相差板１８は１／４λ板相当の位相差を生じさせ
る機能を備えており、位相差板１８を２度透過すること
により、偏光状態が１／２λの位相差だけ回転し、偏光
面が９０度回転する。よって、第２の光束ＰＬ２は、偏
光状態がｓ偏光からｐ偏光に変換されて偏光分離素子１
２に向かい、偏光分離素子１２を透過する。位相差板１
８は複屈折性を有する結晶又はポリマーフィルムのいず
れでも良い。もちろん、多層化した構成のものでもよ
い。
【００１７】偏光合成素子１６は、偏光分離素子１２を
透過した第１の光束ＰＬ１及び偏光回転素子１４で偏光
状態を回転させられた第２の光束ＰＬ２を入射させる入
射面１６ａと、第１の光束ＰＬ１を出射させる第１の出
射面１６ｂと、第２の光束ＰＬ２を出射させる第２の出
射面１６ｃとを有する偏光合成素子１６とを備える。第
１の出射面１６ｂから出射した第１の光束ＰＬ１と第２
の出射面１６ｃから出射した第２の光束ＰＬ１とは互い
に略平行となるように構成されている。なお、第１の出
射面１６ｂから出射した第１の光束ＰＬ１と第２の出射
面１６ｃから出射した第２の光束ＰＬ２とはともにｐ偏
光である。
透過した第１の光束ＰＬ１及び偏光回転素子１４で偏光
状態を回転させられた第２の光束ＰＬ２を入射させる入
射面１６ａと、第１の光束ＰＬ１を出射させる第１の出
射面１６ｂと、第２の光束ＰＬ２を出射させる第２の出
射面１６ｃとを有する偏光合成素子１６とを備える。第
１の出射面１６ｂから出射した第１の光束ＰＬ１と第２
の出射面１６ｃから出射した第２の光束ＰＬ１とは互い
に略平行となるように構成されている。なお、第１の出
射面１６ｂから出射した第１の光束ＰＬ１と第２の出射
面１６ｃから出射した第２の光束ＰＬ２とはともにｐ偏
光である。
【００１８】偏光合成素子１６は、１つの三角柱状プリ
ズムで構成されている。三角形は二等辺三角形であっ
て、底辺に偏光分離素子１２が配置されている。入射面
１６ａはプリズムの１つの表面に相当する。第１の出射
面１６ｂ及び第２の出射面１６ｃはそれぞれプリズムの
他の表面に相当する。光源からの光束は第１の出射面１
６ｂを向いて入射面１６ａに入射し、偏光回転素子１４
からの光束は第２の出射面１６ｃを向いて入射面１６ａ
に入射するようになっている。第１の出射面１６ｂから
出射した第１の光束ＰＬ１と第２の出射面１６ｃから出
射した第２の光束ＰＬ２とは、プリズムの屈折効果によ
って互いに略平行となるようになっている。従って、プ
リズムの屈折効果によって、異なる面から出射された光
線の出射方向を一致させて合成する。第１の出射面１６
ｂから出射した第１の光束ＰＬ１と第２の出射面１６ｃ
から出射した第２の光束ＰＬ２とは、入射面１６ａの面
積に相当する断面積で進む。従って、第１の光束ＰＬ１
と第２の光束ＰＬ２とは、１つのｐ偏光として合成さ
れ、合成された光束の断面積は、合成前とほとんど変化
していないため、小さな照射領域で液晶パネルに入射す
ることが可能となり、高効率的に投射表示装置における
光を利用することができる。
ズムで構成されている。三角形は二等辺三角形であっ
て、底辺に偏光分離素子１２が配置されている。入射面
１６ａはプリズムの１つの表面に相当する。第１の出射
面１６ｂ及び第２の出射面１６ｃはそれぞれプリズムの
他の表面に相当する。光源からの光束は第１の出射面１
６ｂを向いて入射面１６ａに入射し、偏光回転素子１４
からの光束は第２の出射面１６ｃを向いて入射面１６ａ
に入射するようになっている。第１の出射面１６ｂから
出射した第１の光束ＰＬ１と第２の出射面１６ｃから出
射した第２の光束ＰＬ２とは、プリズムの屈折効果によ
って互いに略平行となるようになっている。従って、プ
リズムの屈折効果によって、異なる面から出射された光
線の出射方向を一致させて合成する。第１の出射面１６
ｂから出射した第１の光束ＰＬ１と第２の出射面１６ｃ
から出射した第２の光束ＰＬ２とは、入射面１６ａの面
積に相当する断面積で進む。従って、第１の光束ＰＬ１
と第２の光束ＰＬ２とは、１つのｐ偏光として合成さ
れ、合成された光束の断面積は、合成前とほとんど変化
していないため、小さな照射領域で液晶パネルに入射す
ることが可能となり、高効率的に投射表示装置における
光を利用することができる。
【００１９】図２は、図１の偏光合成装置を含む投射型
表示装置の実施例を示している。投射型表示装置３０
は、光源３２と、偏光合成装置１０と、液晶パネル３４
と、投射レンズ３６とからなる。偏光子３８、４０が液
晶パネル３４の前後に配置されている。光源３２はメタ
ルハライドランプや高圧水銀ランプ等とリフレクタとか
ら構成されている。リフレクタで反射した光は、偏光合
成装置１０を経て、液晶パネル３４に入射し、画像変調
された光が液晶パネル３４を透過し、投射レンズ３６で
スクリーン（図示せず）に投射される。液晶パネル３４
の前の入射側の偏光子３８は偏光合成装置１０を透過し
た偏光を透過するように透過軸を配置され、出射側の偏
光子４０は入射側の偏光子３８に対して直交又は平行に
配置された透過軸を有する。
表示装置の実施例を示している。投射型表示装置３０
は、光源３２と、偏光合成装置１０と、液晶パネル３４
と、投射レンズ３６とからなる。偏光子３８、４０が液
晶パネル３４の前後に配置されている。光源３２はメタ
ルハライドランプや高圧水銀ランプ等とリフレクタとか
ら構成されている。リフレクタで反射した光は、偏光合
成装置１０を経て、液晶パネル３４に入射し、画像変調
された光が液晶パネル３４を透過し、投射レンズ３６で
スクリーン（図示せず）に投射される。液晶パネル３４
の前の入射側の偏光子３８は偏光合成装置１０を透過し
た偏光を透過するように透過軸を配置され、出射側の偏
光子４０は入射側の偏光子３８に対して直交又は平行に
配置された透過軸を有する。
【００２０】液晶パネル３４は実施例ではカラーフィル
タ付きの単板式液晶パネルであるが、ダイクロイックミ
ラーを用いて色分離する３板式液晶パネルとしてもよ
い。偏光子３８、４０は液晶パネル３４の特性により水
平に対して４５度の斜めの透過軸の角度で配置されるこ
とがある。この場合、偏光合成装置１０と入射側の偏光
子３８との間に１／２λ板相当の位相差板を配置し、偏
光を回転して、効率的に光束を偏光子に透過させること
もできる。
タ付きの単板式液晶パネルであるが、ダイクロイックミ
ラーを用いて色分離する３板式液晶パネルとしてもよ
い。偏光子３８、４０は液晶パネル３４の特性により水
平に対して４５度の斜めの透過軸の角度で配置されるこ
とがある。この場合、偏光合成装置１０と入射側の偏光
子３８との間に１／２λ板相当の位相差板を配置し、偏
光を回転して、効率的に光束を偏光子に透過させること
もできる。
【００２１】図３は図１の偏光合成装置を含む投射型表
示装置の変形例を示している。図２の例と同様に、投射
型表示装置３０は、光源３２と、偏光合成装置１０と、
液晶パネル３４と、投射レンズ３６とからなる。偏光子
３８、４０が液晶パネル３４の前後に配置されている。
さらに、図３の投射型表示装置３０は、色分離のための
回折格子４２を備えている。偏光合成装置１０を通った
光は回折格子４２に入射し、回折格子４２は入射光を
赤、緑、青の色成分に分光し、液晶パネル３４に入射さ
せる。液晶パネル３４は赤、緑、青の色成分に相当する
画素開口部を有し、三色一組毎にマイクロレンズ（図示
せず）が設けられている（特開平９−１８５０４８号公
報等参照）。回折格子４２を通った光はそれぞれの色の
マイクロレンズを通って所定の画素開口部へ入射し、カ
ラー表示を実現する。この単板式の液晶パネル方式で
は、回折格子４２を用いているため、光を回折格子４２
に斜めから入射させなければならない。図１１に示した
斜め構成の光学系では、光学系の両側に駆動回路等を分
割して配置しなければならないので、小型の投射型表示
装置を構成することが困難である。しかし、図３の構成
では、偏光合成した光束は斜めに偏向しているため、容
易に回折格子４２に斜めから入射することができる。光
源３２は投射レンズ３６に対して略平行に配置されるの
で、光利用効率を向上させることができるとともに、小
型の投射型表示装置を構成することが可能になる。光源
３２は投射レンズ３６に対して略直線上に配置されるの
が好ましい。
示装置の変形例を示している。図２の例と同様に、投射
型表示装置３０は、光源３２と、偏光合成装置１０と、
液晶パネル３４と、投射レンズ３６とからなる。偏光子
３８、４０が液晶パネル３４の前後に配置されている。
さらに、図３の投射型表示装置３０は、色分離のための
回折格子４２を備えている。偏光合成装置１０を通った
光は回折格子４２に入射し、回折格子４２は入射光を
赤、緑、青の色成分に分光し、液晶パネル３４に入射さ
せる。液晶パネル３４は赤、緑、青の色成分に相当する
画素開口部を有し、三色一組毎にマイクロレンズ（図示
せず）が設けられている（特開平９−１８５０４８号公
報等参照）。回折格子４２を通った光はそれぞれの色の
マイクロレンズを通って所定の画素開口部へ入射し、カ
ラー表示を実現する。この単板式の液晶パネル方式で
は、回折格子４２を用いているため、光を回折格子４２
に斜めから入射させなければならない。図１１に示した
斜め構成の光学系では、光学系の両側に駆動回路等を分
割して配置しなければならないので、小型の投射型表示
装置を構成することが困難である。しかし、図３の構成
では、偏光合成した光束は斜めに偏向しているため、容
易に回折格子４２に斜めから入射することができる。光
源３２は投射レンズ３６に対して略平行に配置されるの
で、光利用効率を向上させることができるとともに、小
型の投射型表示装置を構成することが可能になる。光源
３２は投射レンズ３６に対して略直線上に配置されるの
が好ましい。
【００２２】図４は図３の投射型表示装置の変形例を示
している。図３の例と同様に、投射型表示装置３０は、
光源３２と、偏光合成装置１０と、回折格子４２と、液
晶パネル３４と、投射レンズ３６とからなる。前の実施
例では、偏光合成素子１６は１つの三角柱状のプリズム
からなるものであった。図４では、偏光合成素子１６は
アレイ状に配置された複数の小さな三角柱状のプリズム
として形成されている。アレイ状に配置された複数の小
さな三角柱状のプリズムにおいても、個々のプリズムに
ついては上記したのと同様に偏光を合成する作用があ
る。
している。図３の例と同様に、投射型表示装置３０は、
光源３２と、偏光合成装置１０と、回折格子４２と、液
晶パネル３４と、投射レンズ３６とからなる。前の実施
例では、偏光合成素子１６は１つの三角柱状のプリズム
からなるものであった。図４では、偏光合成素子１６は
アレイ状に配置された複数の小さな三角柱状のプリズム
として形成されている。アレイ状に配置された複数の小
さな三角柱状のプリズムにおいても、個々のプリズムに
ついては上記したのと同様に偏光を合成する作用があ
る。
【００２３】これにより、偏光合成素子１６の体積が減
少するため、軽量化でき、且つ小型化できる。また、偏
光合成装置１０では、第２の光束ＰＬ２は偏光回転素子
１４を用いて偏光変換しているので、反射率による損失
から、第１の光束ＰＬ１と第２の光束ＰＬ２偏光ととで
明るさの差が生じ、画像の左右部分で明るさに差ができ
てしまうことがある。しかし、図４のように、三角柱状
のプリズムのアレイとして形成されていると、明るさに
差があっても、表示の濃淡は細かくなるので、表示のむ
らは緩和される。アレイの構成単位数が多いほど、効果
は高い。
少するため、軽量化でき、且つ小型化できる。また、偏
光合成装置１０では、第２の光束ＰＬ２は偏光回転素子
１４を用いて偏光変換しているので、反射率による損失
から、第１の光束ＰＬ１と第２の光束ＰＬ２偏光ととで
明るさの差が生じ、画像の左右部分で明るさに差ができ
てしまうことがある。しかし、図４のように、三角柱状
のプリズムのアレイとして形成されていると、明るさに
差があっても、表示の濃淡は細かくなるので、表示のむ
らは緩和される。アレイの構成単位数が多いほど、効果
は高い。
【００２４】図５は図１の偏光合成装置１０の変形例を
示している。図１の例と同様に、偏光合成装置１０は、
偏光分離素子１２と、偏光回転素子１４と、偏光合成素
子１６とを備える。前の実施例では、偏光分離素子１２
は平板状の偏光ビームスプリッタからなるものであっ
た。図５では、偏光分離素子１２は誘電体多層膜を透明
体ブロックで挟んだプリズム型偏光ビームスプリッタか
らなる。偏光分離素子１２を構成する蒸着された誘電体
多層膜を組み入れたプリズム型の偏光ビームスプリッタ
は、平板型の偏光ビームスプリッタより偏光分離特性が
よいことが知られている。この実施例の作用は前の実施
例の作用と同様である。図５では、アレイ状に配置され
た複数の小さなプリズム型の偏光ビームスプリッタとす
ることによって、高効率な偏光合成装置を実現してい
る。
示している。図１の例と同様に、偏光合成装置１０は、
偏光分離素子１２と、偏光回転素子１４と、偏光合成素
子１６とを備える。前の実施例では、偏光分離素子１２
は平板状の偏光ビームスプリッタからなるものであっ
た。図５では、偏光分離素子１２は誘電体多層膜を透明
体ブロックで挟んだプリズム型偏光ビームスプリッタか
らなる。偏光分離素子１２を構成する蒸着された誘電体
多層膜を組み入れたプリズム型の偏光ビームスプリッタ
は、平板型の偏光ビームスプリッタより偏光分離特性が
よいことが知られている。この実施例の作用は前の実施
例の作用と同様である。図５では、アレイ状に配置され
た複数の小さなプリズム型の偏光ビームスプリッタとす
ることによって、高効率な偏光合成装置を実現してい
る。
【００２５】図６は図５の偏光合成装置１０の変形例を
示している。この実施例では、偏光分離素子１２はアレ
イ状に配置された複数の小さなプリズム型の偏光ビーム
スプリッタからなる。また、偏光合成素子１６はアレイ
状に配置された複数の小さな三角柱状のプリズムとして
形成されている。この実施例の作用は前の実施例の作用
と同様である。偏光合成装置１０は、軽量化でき、且つ
小型化できる。
示している。この実施例では、偏光分離素子１２はアレ
イ状に配置された複数の小さなプリズム型の偏光ビーム
スプリッタからなる。また、偏光合成素子１６はアレイ
状に配置された複数の小さな三角柱状のプリズムとして
形成されている。この実施例の作用は前の実施例の作用
と同様である。偏光合成装置１０は、軽量化でき、且つ
小型化できる。
【００２６】図７は図６の偏光合成装置１０の変形例を
示している。偏光合成装置１０は、偏光分離素子１２
と、偏光回転素子１４と、偏光合成素子１６とを備え
る。図６の実施例と同様に、この実施例では、偏光分離
素子１２はアレイ状に配置された複数の小さなプリズム
型の偏光ビームスプリッタからなり、そして、偏光合成
素子１６はアレイ状に配置された複数の小さな三角柱状
のプリズムとして形成されている。さらに、この実施例
では、偏光回転素子１４が、偏光分離素子１２を構成す
る小さなプリズム型の偏光ビームスプリッタの各々の一
面に貼りつけられている。偏光回転素子１４は図１を参
照して説明したように位相差板１８と反射ミラー２０の
組み合わせからなる。例えば、複屈折性のポリマーフィ
ルムにアルミ蒸着を施し、偏光ビームスプリッタの一面
に貼ることで配置される。偏光ビームスプリッタをアレ
イ化する前に貼ってもよい。こうすれば、前の実施例ま
での反射ミラーを微調整して配置する作業がなくなるの
で、光学系の組み立てが容易になる。よって、偏光合成
装置１０は、軽量化でき、且つ小型化できるとともに、
光学系の配置の調整を容易にすることができる。
示している。偏光合成装置１０は、偏光分離素子１２
と、偏光回転素子１４と、偏光合成素子１６とを備え
る。図６の実施例と同様に、この実施例では、偏光分離
素子１２はアレイ状に配置された複数の小さなプリズム
型の偏光ビームスプリッタからなり、そして、偏光合成
素子１６はアレイ状に配置された複数の小さな三角柱状
のプリズムとして形成されている。さらに、この実施例
では、偏光回転素子１４が、偏光分離素子１２を構成す
る小さなプリズム型の偏光ビームスプリッタの各々の一
面に貼りつけられている。偏光回転素子１４は図１を参
照して説明したように位相差板１８と反射ミラー２０の
組み合わせからなる。例えば、複屈折性のポリマーフィ
ルムにアルミ蒸着を施し、偏光ビームスプリッタの一面
に貼ることで配置される。偏光ビームスプリッタをアレ
イ化する前に貼ってもよい。こうすれば、前の実施例ま
での反射ミラーを微調整して配置する作業がなくなるの
で、光学系の組み立てが容易になる。よって、偏光合成
装置１０は、軽量化でき、且つ小型化できるとともに、
光学系の配置の調整を容易にすることができる。
【００２７】図５から図７の偏光合成装置１０が、図２
から図４の偏光合成装置１０として投射型表示装置３０
で使用されることができることは明らかである。図９は
偏光合成素子１６を構成する三角柱状のプリズムの幾何
学的な特徴を説明する図である。図９は偏光合成素子１
６が１つの三角柱状のプリズムで構成された例を示して
いるが、同様の原理をアレイ状に配置された複数の小さ
なプリズムで構成された偏光合成素子１６に適用するこ
ともできる。以下、偏光合成素子１６をプリズムと呼
ぶ。
から図４の偏光合成装置１０として投射型表示装置３０
で使用されることができることは明らかである。図９は
偏光合成素子１６を構成する三角柱状のプリズムの幾何
学的な特徴を説明する図である。図９は偏光合成素子１
６が１つの三角柱状のプリズムで構成された例を示して
いるが、同様の原理をアレイ状に配置された複数の小さ
なプリズムで構成された偏光合成素子１６に適用するこ
ともできる。以下、偏光合成素子１６をプリズムと呼
ぶ。
【００２８】図９では、第１の光束ＰＬ１及び第２の光
束ＰＬ２がプリズム１６で互いに同じ方向に偏向されて
出射するように、プリズム１６の形状及び角度を調整さ
れている。プリズム１６は断面が二等辺三角形で、その
頂角がαである。偏光分離素子１２を透過した第１の光
束ＰＬ１は、プリズム１６へ入射角Θ0で入射し、屈折
角Θ1 で屈折する。空気の屈折率はｎ0 とし、プリズム
１６の屈折率はｎ1 とすると、次の式（１）が成立す
る。また、偏光回転素子１４を経て偏光分離素子１２を
透過した第２の光束ＰＬ２は、入射面１６ａに対して垂
直な面に関して第１の光束ＰＬ１と対称になる。
束ＰＬ２がプリズム１６で互いに同じ方向に偏向されて
出射するように、プリズム１６の形状及び角度を調整さ
れている。プリズム１６は断面が二等辺三角形で、その
頂角がαである。偏光分離素子１２を透過した第１の光
束ＰＬ１は、プリズム１６へ入射角Θ0で入射し、屈折
角Θ1 で屈折する。空気の屈折率はｎ0 とし、プリズム
１６の屈折率はｎ1 とすると、次の式（１）が成立す
る。また、偏光回転素子１４を経て偏光分離素子１２を
透過した第２の光束ＰＬ２は、入射面１６ａに対して垂
直な面に関して第１の光束ＰＬ１と対称になる。
【００２９】 ｎ0 sin(Θ0)＝ｎ1 sin(Θ1) （１） 次にプリズム１６の出射面１６ｂに入射角Θ2 で入射
し、屈折角Θ3 で出射する。式（２）及び式（３）が成
立する。 Θ1 ＋Θ2 ＝（１８０−α）／２ （２） ｎ1 sin(Θ2)＝ｎ0 sin(Θ3) （３） ここで、偏光合成装置１０とするためには、出射する第
１の光束ＰＬ１の出射方向が出射する第２の光束ＰＬ２
の出射方向と平行となるのがよい。出射方向が三角形の
頂点を通る対称軸に平行とすればよい。式（４）が成立
する。
し、屈折角Θ3 で出射する。式（２）及び式（３）が成
立する。 Θ1 ＋Θ2 ＝（１８０−α）／２ （２） ｎ1 sin(Θ2)＝ｎ0 sin(Θ3) （３） ここで、偏光合成装置１０とするためには、出射する第
１の光束ＰＬ１の出射方向が出射する第２の光束ＰＬ２
の出射方向と平行となるのがよい。出射方向が三角形の
頂点を通る対称軸に平行とすればよい。式（４）が成立
する。
【００３０】 ９０−Θ3 ＝α／２ （４） これらの関係から、入射角Θ0 を固定すると、用いるべ
きプリズム１６の屈折率ｎ1 と形状αの関係が明らかと
なる。しかし、入射角Θ1 とプリズム１６の形状との関
係によっては、損失が発生する。例えば、屈折角Θ1 が
ある条件より小さい場合には、第１の光束ＰＬ１の一部
が第２の出射面１６ｃに向かい、所定の角度で液晶パネ
ルで向かわない部分を生じる。屈折角Θ1 がある条件よ
り大きい場合には、第１の光束ＰＬ１の一部がプリズム
の頂角近傍に到達しなくなり、表示に暗部を生じてしま
う。その条件とは、入射面１６ａに入射した全ての第１
の光束ＰＬ１がそっくりそのまま第１の出射角１６ｂか
ら出射することであり、これは、屈折角Θ1 で進む第１
の光束ＰＬ１の光線が第２の出射角１６ｃと平行になる
ことである。第２の光束ＰＬ２についても同様である。
これは式（５）で表される。
きプリズム１６の屈折率ｎ1 と形状αの関係が明らかと
なる。しかし、入射角Θ1 とプリズム１６の形状との関
係によっては、損失が発生する。例えば、屈折角Θ1 が
ある条件より小さい場合には、第１の光束ＰＬ１の一部
が第２の出射面１６ｃに向かい、所定の角度で液晶パネ
ルで向かわない部分を生じる。屈折角Θ1 がある条件よ
り大きい場合には、第１の光束ＰＬ１の一部がプリズム
の頂角近傍に到達しなくなり、表示に暗部を生じてしま
う。その条件とは、入射面１６ａに入射した全ての第１
の光束ＰＬ１がそっくりそのまま第１の出射角１６ｂか
ら出射することであり、これは、屈折角Θ1 で進む第１
の光束ＰＬ１の光線が第２の出射角１６ｃと平行になる
ことである。第２の光束ＰＬ２についても同様である。
これは式（５）で表される。
【００３１】 Θ1 ＝α／２ （５） 入射角Θ0 を変化させることで、プリズム１６の材質や
形状（頂角）をある程度任意に選択することは可能だ
が、光源や反射ミラーの配置を考慮すると、プリズム
（又は偏光分離素子１２）への入射角Θ0 は４５度が最
も光学系が小さくなる。プリズム１６の材質や偏光分離
素子１２の入射角特性によっては入射角を調整した方が
よい場合も考えられる。
形状（頂角）をある程度任意に選択することは可能だ
が、光源や反射ミラーの配置を考慮すると、プリズム
（又は偏光分離素子１２）への入射角Θ0 は４５度が最
も光学系が小さくなる。プリズム１６の材質や偏光分離
素子１２の入射角特性によっては入射角を調整した方が
よい場合も考えられる。
【００３２】図８は入射角Θ0 を４５度に固定した場合
に式（１）〜（４）を用いて計算した、プリズム１６の
屈折率ｎ1 に対する屈折角Θ1 及び頂角の半分α／２を
示す図である。図１１において、屈折角Θ1 を示す線と
頂角の半分α／２を示す線との交点が式（５）を満たす
条件である。つまり、最も小型光学系が期待できる入射
角４５度においては、屈折率１．５４で、頂角５５度
（α／２＝２７．５）付近での仕様のプリズムが最も効
率的な偏光合成装置となる。偏光合成装置１０及び投射
型表示装置を実際に構成する場合には、プリズムの屈折
率は１．５４の近傍で、頂角は５５度の近傍にあればよ
い。また、上記した式を完全に満足しなくても、近似的
に満足すればよい。
に式（１）〜（４）を用いて計算した、プリズム１６の
屈折率ｎ1 に対する屈折角Θ1 及び頂角の半分α／２を
示す図である。図１１において、屈折角Θ1 を示す線と
頂角の半分α／２を示す線との交点が式（５）を満たす
条件である。つまり、最も小型光学系が期待できる入射
角４５度においては、屈折率１．５４で、頂角５５度
（α／２＝２７．５）付近での仕様のプリズムが最も効
率的な偏光合成装置となる。偏光合成装置１０及び投射
型表示装置を実際に構成する場合には、プリズムの屈折
率は１．５４の近傍で、頂角は５５度の近傍にあればよ
い。また、上記した式を完全に満足しなくても、近似的
に満足すればよい。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光源の光束の断面積を大きくすることなく、ランダムな
偏光を一方の偏光に合成することが可能になった。ま
た、この偏光合成装置を用いることによって、光の利用
効率が高い小型の光学系をもった表示装置（特に投射型
表示装置）を得ることができる。
光源の光束の断面積を大きくすることなく、ランダムな
偏光を一方の偏光に合成することが可能になった。ま
た、この偏光合成装置を用いることによって、光の利用
効率が高い小型の光学系をもった表示装置（特に投射型
表示装置）を得ることができる。
【図１】本発明の実施例による偏光合成装置を示す図で
ある。
ある。
【図２】図１の偏光合成装置を含む投射型液晶表示装置
の実施例を示す図である。
の実施例を示す図である。
【図３】図１の偏光合成装置を含む投射型表示装置の変
形例を示す図である。
形例を示す図である。
【図４】図３の投射型表示装置の変形例を示す図であ
る。
る。
【図５】図１の偏光合成装置の変形例を示す図である。
【図６】図５の偏光合成装置の変形例を示す図である。
【図７】図６の偏光合成装置の変形例を示す図である。
【図８】入射角Θ0 を４５度に固定した場合の、プリズ
ムの屈折率ｎ1 に対する屈折角及び頂角の半分の関係を
示す図である。
ムの屈折率ｎ1 に対する屈折角及び頂角の半分の関係を
示す図である。
【図９】偏光合成素子を構成する三角柱状のプリズムの
幾何学的な特徴を説明する図である。
幾何学的な特徴を説明する図である。
【図１０】従来技術を示す図である。
【図１１】従来技術を示す図である。
１０…偏光合成装置 １２…偏光分離素子 １４…偏光回転素子 １６…偏光合成素子 ３０…投射型表示装置 ３２…光源 ３４…液晶パネル ３６…投射レンズ ４２…回折格子
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｋ Ａ Ｆターム(参考） 2H049 BA05 BA07 BB03 BB63 BC22 2H088 EA13 EA14 EA15 HA10 HA18 HA20 HA21 HA24 HA25 MA06 MA20 2H091 FA02X FA02Z FA05Z FA10Z FA11Z FA14Z FA19Z FA26X FA29Z FA41Z FB02 FC02 LA11 LA16 MA07 5C058 AA06 BA05 BA35 EA11 EA26 5G435 AA03 AA18 BB12 BB15 BB17 DD04 EE25 FF05 GG03 GG23
Claims (4)
- 【請求項１】 光源から出射された光束を透過による第
１の光束及び反射による第２の光束に偏光分離する偏光
分離素子と、 該偏光分離素子で反射した該第２の光束を偏光状態を回
転させて反射する偏光回転素子と、 該偏光分離素子を透過した該第１の光束及び該偏光回転
素子で偏光状態を回転させられた該第２の光束を入射さ
せる入射面と、該第１の光束を出射させる第１の出射面
と、該第２の光束を出射させる第２の出射面とを有する
偏光合成素子とを備え、 該第１の出射面から出射した第１の光束と該第２の出射
面から出射した第２の光束とは互いに略平行となるよう
にしたことを特徴とする偏光合成装置。 - 【請求項２】 前記偏光合成素子は少なくとも１つの三
角柱状のプリズム型屈折素子からなることを特徴とする
請求項１に記載の偏光合成装置。 - 【請求項３】 請求項１に記載の偏光合成装置と、光源
と、該光源から発射され、該偏光合成装置を通った光を
受ける少なくとも１つの液晶パネルとからなることを特
徴とする表示装置。 - 【請求項４】 投射素子と、色分離のための回折格子を
さらに備え、該光源と該投射素子とが略平行に配置され
ていることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000076588A JP2001264537A (ja) | 2000-03-17 | 2000-03-17 | 偏光合成装置及び表示装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000076588A JP2001264537A (ja) | 2000-03-17 | 2000-03-17 | 偏光合成装置及び表示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001264537A true JP2001264537A (ja) | 2001-09-26 |
Family
ID=18594309
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000076588A Pending JP2001264537A (ja) | 2000-03-17 | 2000-03-17 | 偏光合成装置及び表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001264537A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006106687A (ja) * | 2004-10-07 | 2006-04-20 | Au Optronics Corp | 偏光光学装置及び液晶ディスプレイモジュール |
| JP2009139713A (ja) * | 2007-12-07 | 2009-06-25 | Dainippon Printing Co Ltd | 偏光分離・合成素子 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH03156421A (ja) * | 1989-11-15 | 1991-07-04 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 偏光光源装置 |
| JPH10206792A (ja) * | 1997-01-22 | 1998-08-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 色分離素子及び液晶表示デバイスと投写装置 |
| JPH10232314A (ja) * | 1997-01-29 | 1998-09-02 | Thomson Multimedia Sa | 光学的偏光装置 |
-
2000
- 2000-03-17 JP JP2000076588A patent/JP2001264537A/ja active Pending
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