JP2003121793A

JP2003121793A - 投影型画像表示装置

Info

Publication number: JP2003121793A
Application number: JP2002191458A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakanishi; 浩中西; Ikuo Takahara; 郁雄高原; Hiromi Kato; 浩巳加藤; Hiroshi Hamada; 浩浜田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2003-04-23
Anticipated expiration: 2017-06-20
Also published as: JP3659637B2

Abstract

(57)【要約】【課題】表示特性が優れた画像表示装置を提供するこ
と。【解決手段】画像表示装置が、光源と、光源からの光
を振動方向に応じて分離する機能を有する偏光選択反射
手段と、表示すべき画像に応じて入射光の振動方向を変
調する反射型の画像表示素子と、を備えている。偏光選
択手段は平面状またはシート状であり、光の入射方向に
関わらず、一方向の直線偏光成分を透過し、その一方向
の直線偏光成分に直行する直線偏光成分を反射する。偏
光選択手段は、画素表示素子に入射する光の偏光方向
が、透過軸または反射軸に一致するように配置されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えば液晶プロジェ
クタのような、光源からの光を画像表示素子により変調
し、投影レンズによりスクリーンに拡大投影する投影型
画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光源からの光に対し偏光分離または合成
を行う光学系を有する投影型画像表示装置としては、例
えば、特開昭６３−３９２９４号公報や特開平８−１６
０３７４号公報に開示されたものがある。

【０００３】まず、特開昭６３−３９２９４号公報に開
示されている投射型表示装置について説明する。

【０００４】その装置の概略構成図を図１２に示す。

【０００５】光源１２から出射された光はコリメートレ
ンズ１３を透過し、正四角柱状の偏光ビームスプリッタ
（以下、ＰＢＳとする）１４により互いに直交する２方
向の直線偏光成分に分離される。分離された光のうちＰ
ＢＳ１４で反射された光は色分解プリズム１５に入射す
る。色分解プリズムは第１プリズム１５Ａ、第２プリズ
ム１５Ｂ、第３プリズム１５Ｃからなり、第１プリズム
１５Ａの第２面１５ｅには青色を反射し、それより長波
長域を透過させるダイクロイック干渉薄膜が蒸着されて
いる。第１プリズム１５Ａと第２プリズム１５Ｂの間に
は空隙がおかれ、また、第２プリズム１５Ｂと第３プリ
ズム１５Ｃの間の面１５ｆには赤色反射、緑色透過のダ
イクロイック干渉薄膜が蒸着されている。従って、入射
面１５ａに白色光が入射した場合には、面１５ｅで青色
光は反射され、面１５ａで内面全反射して出射面１５ｂ
へ向かい、面１５ｆを透過した緑色光は出射面１５ｄへ
向かう。１６、１７、１８は順に青色成分の画像、赤色
成分の画像、緑色成分の画像を表示する液晶素子であ
る。１９、２０、２１は誘電体の反射鏡で液晶表示素子
１６、１７、１８の裏面に設けられている。それぞれの
プリズムで分離された光は液晶素子を透過し、反射鏡１
９、２０、２１で反射して再び液晶素子を透過する。各
液晶素子からの反射光は色分解プリズムにより合成さ
れ、再びＰＢＳ１４に入射する。この時、液晶素子によ
り画像信号に応じて偏光方向の変調を受けた光はＰＢＳ
１４を透過し投影レンズでスクリーンに投影される。

【０００６】次に特開平８−１６０３７４号公報に開示
されている投影型画像表示装置について説明する。

【０００７】その装置の概略構成図を図１３に示す。

【０００８】２２は光源とその出射光を集光する手段の
反射鏡とで構成された投射光源である。この出射光は不
要な赤外線および紫外線を遮断する、ＩＲ、ＵＶカット
フィルタを通り、ＰＢＳ２３に入る。その偏光分離面２
３−１により互いに直交するＰ偏光、Ｓ偏光に分離され
る。

【０００９】反射したＳ偏光はダイクロイックミラー２
４、２５、２６により赤色、緑色、青色に分離され、そ
れぞれ赤色用液晶パネル２７、緑色用液晶パネル２８、
青色用液晶パネル２９に入射する。液晶パネルで画像信
号に応じて偏光方向が回転され、ダイクロイックミラー
３０、３１、３２に入射し、もう一つのＰＢＳ３３に入
射する。そこでＰ偏光の光はＰＢＳを透過し投影レンズ
３４によりスクリーンに拡大投影される。また、上記Ｐ
ＢＳ２３を透過したＰ偏光は液晶パネル３５に入射す
る。液晶パネルで偏光方向が変調された光はＰＢＳ３３
で反射し、投影レンズ３４を通り画像の輝度信号光とし
てスクリーンに拡大投影される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のような投射型画
像表示素子は、次に説明するような欠点を有する。

【００１１】先に開示されている画像表示素子は、光を
その偏光方向によって反射または透過する機能を有する
偏光選択反射素子として正四角柱状のＰＢＳを使用して
いる。

【００１２】このようなＰＢＳは通常ＢＫ７などの光学
ガラスからなるガラスプリズムの表面に誘電体多層膜を
蒸着し、２つのプリズムを接着することにより作製され
る。ガラスのプリズムは例えば高温で融解した状態のガ
ラスを冷却し大きなガラスブロックを作り、そこから小
さなガラスブロックを削りだし、さらに表面を研磨して
作られる。ガラスを冷却し固める際はアニール処理によ
りひずみを取り除くが、完全に取り除くことは困難であ
る。また、このひずみはプリズム内において一般に不均
一に発生する。このひずみによりプリズムには光に対す
る複屈折性が生じるが、ひずみが一様なものではないた
め、複屈折の度合いや複屈折の主軸の方向は不均一な分
布を示す。

【００１３】一軸性の複屈折性を持つ物質に光を入射さ
せると常光と異常光との間で光の進行速度が異なるた
め、例えば、複屈折の主軸に対し斜めの直線偏光を入射
させた場合に常光成分と異常光成分との間で位相差が生
じ、入射した光の偏光状態に影響をおよぼすことにな
る。

【００１４】投射型画像表示素子において、ＰＢＳに複
屈折性が残留している場合の問題点について特開昭６３
−３９２９４号公報に開示された投影型画像表示装置を
用いて説明する。

【００１５】光源から出た光はＰＢＳに入射し、膜面で
それぞれ偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光に分
離され、画像情報に応じて液晶素子により偏光方向が回
転した、入射光に直交する成分のみがＰＢＳを透過し投
影レンズによりスクリーンに拡大投影されるのが理想的
である。

【００１６】しかし、ＰＢＳを構成するプリズムに複屈
折性が残留している場合には、ＰＢＳを構成しているガ
ラスプリズム中を進行する間に、入射光の偏光方向に直
交する成分が生じてくるため、液晶素子で偏光方向が変
調されなかった光がスクリーンに到達してしまう。つま
り、黒表示状態でも光が漏れ、コントラストが低下す
る。上述した現象はスクリーンに投影される画像のコン
トラストの低下だけでなく、明るさも低減する。また、
プリズム中のひずみが一様でないことによりスクリーン
上の画像に輝度ムラが生じるといった性能上に著しい問
題が発生する。

【００１７】次に誘導体多層膜による偏光分離機能を有
したＰＢＳを投影型画像表示装置に用いた場合の問題点
について、図１４を用いて説明する。

【００１８】誘電体多層膜からなるＰＢＳは、入射面
（入射光と反射光を含む面）に平行な偏光方向の成分
（Ｐ偏光）を透過し、入射面に垂直な偏光方向の成分
（Ｓ偏光）を反射する特性を有する。したがって、光の
入射方向が異なると透過（Ｐ偏光）及び反射（Ｓ偏光）
する光の偏光方向も異なる。

【００１９】投影型画像表示装置では、一般にその照明
光は、完全な平行光ではなくある程度の広がり角を持っ
た光となる。これらの照明光がＰＢＳに入射した場合、
光の広がり角によってＰＢＳの膜面に対する入射方向が
異なるため、ＰＢＳを透過及び反射する光は、完全に一
方向の直線偏光とはならない。よって、特開昭６３−３
９２９４号公報などに開示されているような液晶の複屈
折性を利用したものでは、コントラストの低下を招くこ
とになる。また、ＰＢＳでは、反射、透過する光の偏光
方向を任意の角度に設定することができず、液晶パネル
等、入射させる光の偏光方向が、固定されている表示素
子を用いると、波長板等を用いて、ＰＢＳからの光の偏
光方向を変えなければならない場合がある。

【００２０】これらの問題は特開平８−１６０３７４号
公報に開示されたような透過型の画像表示素子を用い
た、投影型画像表示装置においても同様に発生する。

【００２１】また、ＰＢＳのサイズは通常液晶パネルの
サイズに合わせて数十ｍｍ程度のものが必要となるた
め、ガラスプリズム製のものは高価で、装置のコスト
増、重量増につながる。

【００２２】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的は、光源からの光に対し偏
光分離または合成を行う光学系を有する投影型画像表示
装置において、低コスト、かつ、軽量であり、複屈折に
よるスクリーン照度の低下、および、コントラストの低
下を低減し、輝度ムラの発生を抑制することである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の投影型画像表示
装置は、光源と、該光源からの光を偏光方向に応じて反
射または透過する機能を有する偏光選択反射手段と、表
示すべき画像に応じて入射光の偏波面を変調する反射型
の画像表示素子と、を備えた投影型画像表示装置であっ
て、該偏光選択反射手段は、平面状またはシート状に形
成されていると共に、該偏光選択反射手段への光の入射
方向に関わらず、一方向の直線偏光成分を透過し、該一
方向の直線偏光成分に直交する直線偏光成分を反射する
光学的な透過軸及び反射軸を有しており、さらには、前
記画素表示素子に入射する光の偏光方向が、該透過軸ま
たは反射軸に一致するように配置されていることを特徴
とする。

【００２４】前記光源と前記偏光選択反射手段の間、ま
たは該偏光選択反射手段と投影レンズの間の少なくとも
どちらか一方に、光の１方向の直線偏光成分だけを透過
させる偏光フィルター手段が設けられていることが好ま
しい。

【００２５】前記偏光選択反射手段が、該反射型画像表
示素子に近い側より順に、偏光選択反射機能を有する偏
光選択反射シートと、光の１方向の直線偏光成分だけを
透過させる偏光フィルター手段が積層されて構成されて
いることが好ましい。

【００２６】また、本発明の投影型画像表示装置は、光
源と、該光源からの光を波長域の異なる複数の光に分離
する色分離手段と、該色分離手段で分離された複数の光
を偏光方向に応じて反射または透過する複数の偏光選択
反射手段と、該複数の偏光選択反射手段のそれぞれに対
応し、該複数の偏光選択反射手段からの光の偏波面を画
像信号に合わせて変調する複数の反射型画像表示素子
と、該複数の反射型画像表示素子で反射された該複数の
光を合成する合成手段とを備え、該色分離手段が該偏光
選択反射手段と光源との間の光路に配置され、該色合成
手段が該偏光選択反射手段と投影レンズとの間の光路に
配置され、該偏光選択反射手段が、平面状またはシート
状に形成されているとともに、該偏光選択反射手段への
光の入射方向に関わらず、一方向の直線偏光成分を透過
し、該一方向の直線偏光成分に直交する直線偏光成分を
反射する光学的な透過軸および反射軸を有しており、さ
らには、前記反射型画像表示素子に入射する光の偏光方
向が、該透過軸または反射軸に一致するように配置され
ていることを特徴とする。

【００２７】前記光源と前記偏光選択反射手段の間、ま
たは該偏光選択反射手段と投影レンズの間の少なくとも
どちらか一方に、光の１方向の直線偏光成分だけを透過
させる偏光フィルター手段が設けられていることが好ま
しい。

【００２８】以下、本発明の作用について説明する。

【００２９】偏光選択反射手段として平板状もしくはシ
ート状のものを用いたことにより、偏光選択反射手段か
ら画像表示素子への光路および画像表示素子から偏光選
択反射手段に至る光路中において、複屈折性をもつガラ
スの量を大幅に減ずることができる。このため、ガラス
の複屈折の影響によるスクリーン上でのコントラストの
低下、および、照度の低下を改善することができる。ま
た、大型のガラスプリズムを使用しないので低コストで
あり、かつ、装置重量の軽量化が図れる。

【００３０】また、偏光選択反射手段が、その面内で固
有の直線偏光成分を透過し、それに直交する成分の直線
偏光を反射する透過軸及び反射軸を有するため、照明光
に広がり角があっても、偏光選択反射手段を透過および
反射する光は、１方向の直線偏光となる。この結果、コ
ントラストを向上させることができる。さらに、この透
過軸および反射軸を調整することで、任意の角度の偏光
方向を持つ光を反射、または透過することが可能であ
る。したがって、液晶パネルに入射すべき光の偏光方向
が、Ｐ偏光、Ｓ偏光に対して傾いている場合でも、波長
板により偏光を変える必要がないため、低コストであ
り、かつ、波長板を透過する際の光の損失を防止するこ
とができる。

【００３１】偏光選択反射手段として、小型のＰＢＳを
複数個板状に配列したＰＢＳアレイを使用すると、光が
ガラス中を通過する光路が短くなる。このためＰＢＳを
形成するガラスの複屈折による影響を低減することがで
きる。

【００３２】光源と偏光選択反射手段の間に偏光フィル
ター手段を設けた場合には、偏光選択反射手段に入射す
る光の偏光方向を１方向のみに限定することができるの
で、偏光選択反射手段の偏光特性（消光比）にかかわら
ず１方向の偏光方向の光のみを画像表示素子に導くこと
が可能となる。また、偏光選択反射手段と投影レンズと
の間に偏光フィルター手段を設けた場合には、偏光選択
反射手段の偏光特性（消光比）にかかわらず１方向の偏
光方向の光のみをスクリーンに導くことが可能となる。
結果としてこれらの効果によりさらに高コントラストな
装置の実現が可能となる。

【００３３】偏光選択反射手段と投影レンズの間に配置
された偏光フィルター手段を設ける場合に、この偏光フ
ィルター手段と偏光選択反射手段とを積層し、さらに反
射型画像表示素子側に偏光選択反射手段を向けること
で、さらに高コントラストな装置を実現できる。偏光選
択反射手段と偏光フィルターとの間の光路に複屈折性を
有する素子が存在しないからである。

【００３４】また、偏光選択反射手段と反射型画像表示
素子との間の光路中に光の分離または合成を行う手段を
配置していない場合には、それら光の分離合成手段とし
て使用した光学部品に複屈折があっても、コントラスト
の低下、輝度ムラの発生を抑制することができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は本発明の投
影型カラー画像表示装置の模式図である。本実施形態で
は光源１として、２５０Ｗ、アーク長３ｍｍのメタルハ
ライドランプを用いた。光源として、この他にハロゲン
ランプやキセノンランプを用いることができる。光源１
の背面には光源からの光を略平行光として出射するため
の放物面鏡２が配置されている。光源１の前方には偏光
選択反射板３が位置する。偏光選択反射板３は、図２に
示すような小型の偏光ビームスプリッタ（以下ＰＢＳと
呼ぶ）を複数個板状に配列したＰＢＳアレイ３（ａ）か
ら形成されていて、各ＰＢＳは光をＰ偏光とＳ偏光に分
離する。ＰＢＳアレイ３（ａ）で反射されたＳ偏光はダ
イクロイックミラー４−Ｒおよび４−Ｂに入射し、赤、
緑、青（以下Ｒ、Ｇ、Ｂと表記）の光に分離される。そ
の後これらの光は、それぞれ対応する反射型液晶表示パ
ネル５−Ｒ、５−Ｇ、５−Ｂに入射し、画像信号に合わ
せて偏光状態が変調されて反射される。反射型液晶表示
パネル５としては１．３型Ｓ−ＶＧＡ（画素ピッチは３
３μｍ×３３μｍ）で、表示モードが液晶の複屈折性を
利用し、入射光の偏光方向を制御し、画像を表示する複
屈折型のものを用いた。

【００３６】パネルで反射された光はダイクロイックミ
ラー４−Ｒ、４−Ｂにより再び合成され、反射型液晶表
示パネルで偏光が回転され、Ｐ偏光成分となった光のみ
が、ＰＢＳアレイ３（ａ）を透過し、投影レンズ６を通
ってスクリーン７上に投影される。Ｓ偏光成分はＰＢＳ
アレイ３（ａ）で反射されて、光源１に戻る。

【００３７】本実施形態では、光源１とＰＢＳアレイ３
（ａ）との間に偏光フィルター８を設け、ＰＢＳアレイ
３（ａ）と投影レンズ６との間に偏光フィルター９を設
けた。さらに、これらの偏光フィルター８および９の透
過軸が、光路に関してクロスニコル状態になるように配
置した。図１に示す装置では、入射側の偏光フィルター
８の透過軸を紙面に対して垂直方向にセットした。この
ように光源１とＰＢＳアレイ３（ａ）およびＰＢＳアレ
イ３（ａ）と投影レンズ６の間に偏光フィルター８、９
をクロスニコル状態で配置することにより、ＰＢＳアレ
イ３（ａ）に入射する光がＳ偏光となり、ＰＢＳアレイ
３（ａ）の消光比が悪くても反射型液晶表示パネルに入
射する光のほとんどがＳ偏光となる。また、反射型液晶
表示パネル５でＳ偏光のまま反射された光は、再度ＰＢ
Ｓアレイ３（ａ）で反射され、そのほとんどは光源１に
戻る。Ｓ偏光の一部はＰＢＳアレイ３（ａ）を通過す
る。この光が投影レンズによりスクリーンに投影される
と、コントラストの低下原因となるが、ＰＢＳアレイ３
（ａ）と投影レンズ６の間に挿入した偏光フィルター９
の偏光軸がＳ偏光成分をカットするようにセットされて
いるため、大幅にコンストラスト比の低下を抑えること
ができる。本実施形態では、偏光板をＰＢＳアレイ３
（ａ）の前後に配置したが、どちらか一方のみに配置し
てもその効果を得ることができる。

【００３８】ここで、本実施形態の効果を説明するため
に比較例を示す。この比較例では、偏光選択反射板３と
して、小型のＰＢＳを複数個配列したものではなく、図
３に示すような１つのＰＢＳを用いている。

【００３９】比較例では、１．３型のパネルの表示エリ
アをカバーするためには、光の広がり角を考えた場合、
幅４０ｍｍ程度以上のＰＢＳが必要となる。また、本実
施形態のように反射型の光学系に用いた場合、光は、Ｐ
ＢＳを往復するため、その２倍の８０ｍｍ以上のガラス
中を通過することになる。図４にガラスの複屈折（位相
差）とコントラスト比の関係を示す。通常ガラス中の複
屈折は、質の良いものでも２〜５ｎｍ／ｃｍ存在するた
め、図４によれば、このＰＢＳを用いた場合位相差は１
６〜４０ｎｍ程度存在することになる。このため、１つ
のＰＢＳを用いた装置では、極端にコントラストが低下
することがわかる。

【００４０】これに対して、本実施形態で用いた偏光選
択反射板３を構成する１つ１つのＰＢＳのサイズは、幅
が５ｍｍと薄いため、反射型の光学系を用いても光がガ
ラス中を通過する距離は１０ｍｍである。これは、上記
１つのＰＢＳを用いた場合の１／８である。したがっ
て、位相差も２〜５ｎｍに低減され、コントラストを十
分に得ることができる。また、実際には複屈折は、ガラ
ス中の温度むらによる歪みが生じた場合にも発生する
が、ＰＢＳアレイ３（ａ）では、１つ１つのＰＢＳの幅
が薄いため、温度むらが発生しにくいことに加え、複屈
折が発生したとしても、その影響を受け難いため、温度
上昇に伴うコントラストの低下は極めて少ない。

【００４１】図３に示すような構成を用いた場合、画面
内でコントラスト比が５０：１を下回る場所が発生し
た。一方、本実施形態で説明したように、ＰＢＳアレイ
３（ａ）を用いてプロジェクションを構成したところ、
明るさを維持しながら、コントラストむらがなく（画面
全面でコントラスト比１００：１以上）、かつ、軽量で
安価な画像表示装置を実現することができた。

【００４２】本実施形態では、色分離・合成手段として
Ｒ反射とＢ反射のダイクロイックミラーを用いたが、色
分離・合成機能を有するものであれば如何なる物でも良
く、図５（ａ）および（ｂ）に示すクロスダイクロイッ
クプリズムや３つのプリズムからなるいわゆるフィリッ
プスタイプのプリズムなども用いることができる。

【００４３】但し、この場合、先に述べたようにこれら
のプリズム中の複屈折によってもコントラストの低下が
あるため、特開平５−３４１２５４号公報や、特開平８
−２１１３５７号公報に開示されているようなプリズム
の内部を液体で充填し、複屈折を低減したものを使用す
るのが好ましい。

【００４４】（実施形態２）図６は本発明の第２の実施
形態における投影型カラー画像表示装置の模式図であ
る。本実施形態では実施形態１と同様の光学部品につい
ては同じ番号で記す。

【００４５】光源１からの光をダイクロイックミラー４
−Ｃ、４−Ｇにより、ＲＧＢの光に分割した後、それぞ
れの光をＰＢＳアレイ３（ａ）を通して、対応する反射
型液晶表示パネル５−Ｒ、５−Ｇ、５−Ｂに入射させ
る。ＰＢＳアレイ３（ａ）は各液晶パネルの全てに配置
する構成とした。反射型液晶表示パネル５−Ｒ、５−
Ｇ、５−Ｂを反射した光は、再度対応するＰＢＳアレイ
３（ａ）に入射する。入射する光のうち、反射型液晶表
示パネルによって偏光方向が変えられた光のみが、ＰＢ
Ｓアレイ３（ａ）を透過しクロスダイクロイックプリズ
ム１０で合成された後、投影レンズ６によってスクリー
ン７に投影される。

【００４６】本実施形態では、それぞれのＰＢＳアレイ
３（ａ）の光源側に偏光フィルター８を挿入している。
また、それぞれのＰＢＳアレイ３（ａ）とクロスダイク
ロイックプリズム１０との間とも、偏光フィルター９を
挿入している。偏光フィルター８および９によって、実
施形態１と同じ効果が得られる。

【００４７】実施形態１では、コントラストむらを実用
レベル以上には低減することができるが、ＰＢＳアレイ
３（ａ）と反射型液晶表示パネル５の間で白色光をＲＧ
Ｂの光に分離、および合成しているため、色分離・合成
光学系に以下の問題が発生する。

【００４８】すなわち、これらのプリズムを利用した色
分離・合成系は、その分光特性の偏光依存性が大きいた
め、ＰＢＳの場合と同様に入射方向が異なる光（広がり
角を有する照明光）が入射した場合、入射光が一方向の
直線偏光のみを有する場合でも、その透過および反射光
は、一方向の直線偏光ではなく、それに直交する成分の
光を有する。また、ガラスのプリズムを用いた場合、複
屈折が発生し、これらが原因となってコントラストが低
下する。

【００４９】これに対して本構成では、ＰＢＳアレイ３
（ａ）に入射する前に、光をＲＧＢの各光に分割し、Ｐ
ＢＳアレイ３（ａ）を出射後にクロスダイクロイックプ
リズムによって合成している。すなわち、コンストラス
ト比に影響を与える色の分離合成を行う光学部品を、Ｐ
ＢＳアレイ３（ａ）と反射型液晶表示パネル５の間の外
側に配置する。このため、コントラストの低下がない。

【００５０】上記構成にてプロジェクションを構成した
ところ、ガラスのプリズムを用いても実施形態１と同等
の明るさを維持しながら、画面全面でコントラスト比が
２００：１以上の画像表示装置を実現することができ
た。

【００５１】また、本実施形態では、色分離にダイクロ
イックミラー、色合成にクロスダイクロイックプリズム
を用いた。これ以外にも、色分離にクロスダイクロイッ
クプリズム、色合成にダイクロイックミラーや第５図
（ｂ）に示すようなフィリップスタイプのプリズムを用
いてもよい。図７に、クロスダイクロイックミラー３７
を用いて色分離を行い、クロスダイクロイックプリズム
４１を用いて色合成を行う投影型カラー画像表示装置の
例を示す。

【００５２】図７に示す構成では、光源からの光は、全
反射ミラー３６で反射され、上段のクロスダイクロイッ
クミラー３７に入射しＲ、Ｇ、Ｂの光に分離される。そ
してその後、全反射ミラー３８、３９、４０により、対
応する３つの偏光選択反射板３の方向に反射される。そ
れぞれの偏光選択反射板３を透過した直線偏光の光は、
反射型液晶パネル５−Ｒ、５−Ｇ、５−Ｂに入射する。
液晶パネルで偏波面を変調された光は、偏光選択反射板
３で反射され、下段のクロスダイクロイックプリズム４
１に入射し、合成された後、投影レンズ６によりスクリ
ーンに投影される。

【００５３】図７に示した構成では、光源と、Ｒ、Ｇ、
Ｂのそれぞれの光に対応した反射型液晶パネル５−Ｒ、
５−Ｇ、５−Ｂとの間の３つの光路が全て同じである。
このため、ホワイトバランスがくずれるこがなく、良好
な画像が得られる。

【００５４】なお、図７の装置のクロスダイクロイック
ミラー３７を、クロスダイクロイックプリズムに置き換
えても、同様の効果が得られる。

【００５５】（実施形態３）図８（ａ）および（ｂ）
は、本発明の第３の実施形態における投影型カラー画像
表示装置の模式図である。

【００５６】本実施形態では、実施形態１および２にお
いて、偏光選択反射板３として用いていたＰＢＳアレイ
３（ａ）の代わりに、光の入射方向に関わらず一方向の
直線偏光成分を透過し、それに直交する成分の直線偏光
を反射する光学的な透過軸および反射軸を有した偏光選
択反射フィルム３（ｂ）を用いた。

【００５７】偏光選択反射フィルム３（ｂ）として、例
えば、図１５に示すような、特開昭５７−１５８８０１
号公報に開示されたフィルム９００を用いることができ
る。このフィルム９００では、複屈折性を有する物質９
０４と、等方性の物質９０６とを交互に重ね合わせ、等
方性物質の屈折率と、複屈折性物質の一方の光学軸の方
向の屈折率とをほぼ一致させている。フィルム９００
は、この光学軸の方向の偏波面を有する光を透過し、そ
れに直交する成分の光を反射する偏光子である。また、
フィルム９００と同様な機能を有する住友スリーエム製
のOptical Film D-BEFも用いることができる。

【００５８】本偏光選択反射フィルム３（ｂ）は、図９
に示すようにそれ自体が透過軸および反射軸を有してい
るため照明光に広がり角があっても、透過光および反射
光は、フィルム３（ｂ）の透過軸および反射軸のそれぞ
れに平行な直線偏光となる。また、偏光選択反射フィル
ム３（ｂ）は、膜の厚さが非常に薄いフィルム状である
ため複屈折による影響が無い。したがって、先に述べた
ように光の入射方向（広がり角）によって、反射および
透過する光の偏光方向が異なるＰＢＳを用いた時より
も、さらにコントラストを向上させることができる。

【００５９】図８（ａ）および（ｂ）に示す装置では、
反射型液晶パネル５に対する入射光の偏光方向が、紙面
に対して垂直になるように設定されている。このため、
反射軸（図９）も紙面に対して垂直になるように、偏光
選択反射フィルム３（ｂ）を配置した。

【００６０】図８（ａ）の構成で、プロジェクションを
構成したところ、実施形態１および２と同様の明るさを
維持しながら、画面全体で２００：１以上のコントラス
ト比を実現することができた。同様に、図８（ｂ）の構
成では、３００：１以上のコントラスト比を実現するこ
とができた。

【００６１】本実施形態では、偏光選択反射フィルム３
（ｂ）の反射軸を紙面に対して垂直になるように配置し
たが、軸の方向はこれに限定されない。反射軸の方向
は、液晶パネルの特性に合わせ、水平方向や４５°方向
などいかなる方向でも良い。

【００６２】上記実施形態１、２および３では、偏光選
択反射板３として小型のＰＢＳを複数個配列した板状の
ＰＢＳアレイ３（ａ）、および偏光選択反射フィルム３
（ｂ）を用いたが、同様の効果を有するものであれば、
いかなるものでも良く、特開平６−２８１８１４号公報
に開示されているコレステリック偏光子と１／４波長板
とを組み合わせたものを用いてもよい。コレステリック
偏光子は特開平６−２８１８１４号公報によればコレス
テリック（カイラルネマティック）材料の光学活性層を
有しており、このカイラル分子の螺旋構造の方向、およ
びピッチに適合する円偏光成分は反射され、残りの成分
は透過する。透過または反射した円偏光成分は、１／４
波長板により、直線偏光とすることができる。

【００６３】実施形態１、２、および３におけるコント
ラストは、偏光選択反射板３の前後に配置された偏光板
間の光路で決定される。

【００６４】上記したような偏光選択反射フィルム３
（ｂ）やコレステリック偏光子などシート状の偏光選択
反射板３に強度を与えるためには、ガラスなどの透明な
基板に貼り合わせて使用すればよい。この場合、偏光選
択反射板３を反射型液晶表示パネル側５に向けること
で、透明基板中を光が通過する距離を少なくできるため
（透明基板１枚分少なくなる）複屈折による影響を低減
できる。

【００６５】また、図１０に示すようにシート状の偏光
選択反射板３を用いる場合、偏光選択反射板３の投影レ
ンズ側に設けていた偏光フィルター９を、偏光選択反射
板とガラス基板５１の間に挟み込むことによって、光が
偏光板を通過した後、透明基板を通過することになるた
め、この基板の複屈折による影響を完全に防止すること
ができ、さらにコントラストを向上させることができ
る。

【００６６】（実施形態４）図１１は、本発明の第４の
実施形態における投影型カラー画像表示装置の模式図で
ある。

【００６７】図１１の装置では、光源１から出射された
光はクロスダイクロイックプリズム１０ａに導かれる。
クロスダイクロイックプリズム１０ａは、光を、Ｒの成
分（またはＢの成分）の光と、Ｇの成分およびＢの成分
（またはＲの成分）を含む光と、に分割する。Ｒの成分
（またはＢの成分）の光は、全反射ミラー３６ａで反射
して、対応する偏光選択反射フィルム３（ｂ）に入射す
る。Ｇの成分およびＢの成分（またはＲの成分）を含む
光は、全反射ミラー３６ｂで反射して、ダイクロイック
ミラー４に入射する。ダイクロイックミラー４は、この
光を、Ｇの成分の光と、Ｂの成分の光（またはＲの成
分）と、に分割する。その後、分割されたＧの成分の
光、およびＢの成分（またはＲの成分）の光は、それぞ
れ対応する偏光選択反射フィルム３（ｂ）に入射する。
偏光選択反射フィルム３（ｂ）に入射した光のうち、偏
光選択反射フィルム３（ｂ）の反射軸と平行な方向に振
動する直線偏光は反射され、対応する反射型液晶表示パ
ネル５−Ｒ、５−Ｇ、５−Ｂに入射する。偏光選択反射
フィルム３（ｂ）は各液晶パネルの全てに配置する構成
とした。反射型液晶表示パネル５−Ｒ、５−Ｇ、５−Ｂ
を反射した光は、再度偏光選択反射フィルム３（ｂ）に
入射する。入射した光のうち、反射型液晶表示パネル５
−Ｒ、５−Ｇ、５−Ｂによって偏光方向が変えられた光
のみが、偏光選択反射フィルム３（ｂ）を透過しクロス
ダイクロイックプリズム１０で合成された後、投影レン
ズ６によってスクリーン７に投影される。

【００６８】本実施形態では、それぞれの偏光選択反射
フィルム３（ｂ）の光源側に偏光フィルター８を挿入し
ている。また、それぞれの偏光選択反射フィルム３
（ｂ）とクロスダイクロイックプリズム１０との間に
も、偏光フィルター９を挿入している。偏光フィルター
８および９によって、実施形態１と同じ効果が得られ
る。

【００６９】実施形態４で説明した構造では、実施形態
３で説明した構造とは異なり、光源から投射レンズまで
の、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の光が通る３つの光路の長さはそ
れぞれ同じである。このため、画像のホワイトバランス
がずれない。したがって、従来、ホワイトバランスのず
れを防止するために必要であったリレーレンズを用いる
必要がなく、装置の小型化、低コスト化を図れる。

【００７０】上記構成にてプロジェクションを構成した
ところ、ガラスのプリズムを用いても実施形態１と同等
の明るさを維持しながら、画面全面でコントラスト比が
３００：１以上の画像表示装置を実現することができ
た。

【００７１】（実施形態５）実施形態５の投影型カラー
画像表示装置を説明する。

【００７２】図１６に示す装置では、２つの偏光選択反
射フィルム３（ｂ）１および３（ｂ）２を用いる。ま
た、これらの偏光選択反射フィルム３（ｂ）１および３
（ｂ）２を結ぶ光路の間に透過型液晶パネル５'−Ｒ、
５'−Ｇ、５'−Ｂが位置する。なお、偏光選択反射フィ
ルム３（ｂ）１の透過軸の方向および反射軸の方向は、
偏光選択反射フィルム３（ｂ）２の透過軸の方向および
反射軸の方向と、それぞれ同じである。

【００７３】反射鏡２によって反射された光源１からの
光は、不要な赤外線および紫外線を遮断するＩＲ、ＵＶ
カットフィルタを通過し、偏光選択反射フィルム３
（ｂ）１に入射する。入射した光のうち、偏光選択反射
フィルム３（ｂ）１の反射軸の方向に平行な偏波面を有
する直線偏光は反射され、また一方、透過軸の方向に平
行な偏波面を有する光は偏光選択反射フィルム３（ｂ）
１を透過する。

【００７４】偏光選択反射フィルム３（ｂ）１によって
反射された光は、青色の光を反射するダイクロイックミ
ラー４−Ｂに入射する。反射された青色の光は、全反射
ミラー３６で反射した後で青色用液晶パネル５'−Ｂに
入射する。

【００７５】一方、赤色および緑色の光は、ダイクロイ
ックミラー４−Ｂを透過し、赤色の光を反射するダイク
ロイックミラー４−Ｒに入射する。反射された赤色の光
は、赤色用液晶パネル５'−Ｒに入射する。緑色の光
は、ダイクロイックミラー４−Ｒを透過し、緑色用液晶
パネル５'−Ｇに入射する。

【００７６】液晶パネル５'−Ｒ、５'−Ｇ、５'−Ｂの
それぞれは、画像信号に応じて光の偏光方向を回転させ
る。

【００７７】液晶パネル５'−Ｂおよび５'−Ｒを透過し
たそれぞれの色の光は、ダイクロイックミラー４'−Ｒ
によって互いに合成される。その後、青色と赤色とが合
成された光は、ダイクロイックミラー４'−Ｇに入射す
る。一方、液晶パネル５'−Ｇを透過した光は、全反射
ミラー３６で反射した後で、ダイクロイックミラー４'
−Ｇに入射する。この結果、ダイクロイックミラー４'
−Ｇによって、ＲＧＢのそれぞれの光が互いに合成され
る。

【００７８】その後、ＲＧＢが合成された光は、もう一
つの偏光選択反射フィルム３（ｂ）２に入射する。入射
した直線偏光のうち、液晶パネル５'−Ｒ、５'−Ｇ、
５'−Ｂによって偏波面が９０°回転された直線偏光の
みが、偏光選択反射フィルム３（ｂ）２を透過し、その
結果、投影レンズ６によりスクリーンに拡大投影され
る。

【００７９】一方、偏光選択反射フィルム３（ｂ）１を
透過した直線偏光は、２つの全反射ミラー３６で反射さ
れた後に、液晶パネル３５に入射する。液晶パネル３５
を透過した直線偏光は、さらに偏光選択反射フィルム３
（ｂ）２に入射する。入射した直線偏光のうち、偏光の
偏波面が液晶パネル３５によって入射時の偏波面とは９
０°異なる方向に変調された光は、偏光選択反射フィル
ム３（ｂ）２で反射し、この結果、投影レンズ６を通り
画像の輝度信号光としてスクリーンに拡大投影される。

【００８０】偏光選択反射フィルム３（ｂ）１および３
（ｂ）２が、固有の直線偏光成分を透過し、それに直交
する成分の直線偏光を反射する透過軸及び反射軸をフィ
ルムの面内に有するため、照明光に広がり角があって
も、偏光選択反射フィルムを透過・反射する光は、それ
ぞれ１方向の偏波面を有する直線偏光となる。このため
表示される画像のコントラストが改善する。

【００８１】また、偏光選択反射フィルム３（ｂ）１お
よび３（ｂ）２の透過軸および反射軸の方向を任意に設
定することができるため、透過光および反射光の偏光ベ
クトルの方向を制御できる。このため、１／４波長板等
の光学素子を用いなくても、液晶パネル５'−Ｒ、５'−
Ｇ、５'−Ｂに対する光の好ましい偏光方向に、入射光
の偏光方向を合わせることができる。

【００８２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、投影型画
像表示装置に複屈折性の少ない板状、またはシート状の
偏光選択反射素子を使用することによって、コントラス
トむらをなくすことができ明るく、かつ、コントラスト
むらのない画像を実現できる。

【００８３】また、光の入射角度に関わらず一方向の直
線偏光成分を透過し、それに直交する成分の光を反射す
る、光学的な透過軸および反射軸を有した偏光選択反射
素子を備えることによって、照明光に広がり角があって
も透過光および反射光は、その透過軸および反射軸に平
行な直線偏光となるため、さらにコントラストを向上さ
せることができる。

【００８４】また、色分離・合成を偏光分離素子と反射
型液晶表示素子の間以外の光路で行うことにより、色分
離合成光学系によるコントラストの低下をなくすことが
できる。

【００８５】さらに、シート状の偏光選択反射板をガラ
スなどの透明な基板に貼り合わせて使用する場合、偏光
選択反射板とガラスとの間に偏光板を挟み込むことによ
って、光が偏光板を通過した後、透明基板を通過するこ
とになるため、この透明基板の複屈折による影響を完全
に防止することができる。このため、さらにコントラス
トを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の投影型カラー画像表示装
置の模式図。

【図２】実施形態１で用いた偏光選択反射板の説明図。

【図３】従来の反射型画像表示装置の模式図。

【図４】ガラスの複屈折（位相差）とコントラスト比の
関係を示すグラフ。

【図５】別の色分離・合成システムの説明図。

【図６】実施形態２の投影型カラー画像表示装置の模式
図。

【図７】実施形態２の投影型カラー画像表示装置の斜視
図。

【図８】（ａ）および（ｂ）は、実施形態３の投影型カ
ラー画像表示装置の模式図。

【図９】実施形態３の偏光選択反射フィルムの説明図。

【図１０】シート状の偏光選択反射板の配置図。

【図１１】実施形態４の投影型カラー画像表示装置の模
式図。

【図１２】従来の投影型画像表示装置の模式図。

【図１３】従来の投影型画像表示装置の模式図。

【図１４】ＰＢＳの原理説明図。

【図１５】偏光選択反射フィルムの構成を示す図。

【図１６】実施形態５の投影型カラー画像表示装置の模
式図。

【符号の説明】

１：メタルハライドランプ２：放物面鏡３（ａ）：ＰＢＳアレイ３（ｂ）：偏光選択反射フィルム４：ダイクロイックミラー５−Ｒ、５−Ｇ、５−Ｂ：反射型液晶パネル６：投影レンズ７：スクリーン８：偏光フィルター９：偏光フィルター３７：クロスダイクロイックミラー１０、４１：クロスダイクロイックプリズム

───────────────────────────────────────────────────── 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 9/31 Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｃ５Ｃ０６０ (72)発明者加藤浩巳大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者浜田浩大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 2H049 BA02 BA05 BA43 BB02 BB03 BC12 BC22 2H088 EA15 EA16 HA13 HA20 HA23 HA28 MA02 MA04 MA06 2H091 FA05X FA08X FA10X FA11X FA12X FA21X FA26X FA41X LA17 LA18 LA30 MA07 2H099 AA12 BA09 BA17 CA01 CA06 CA07 CA11 DA00 2K103 AA01 AA05 AA11 AA14 AA16 BB02 BC14 BC15 BC34 5C060 BA04 BA09 BB13 BC05 EA01 GA02 GB05 HC00 HC21 JA11 JA17 JA19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、該光源からの光を偏光方向に応じて反射または透過する
機能を有する偏光選択反射手段と、表示すべき画像に応じて入射光の偏波面を変調する反射
型の画像表示素子と、を備えた投影型画像表示装置であ
って、該偏光選択反射手段は、平面状またはシート状に形成さ
れていると共に、該偏光選択反射手段への光の入射方向
に関わらず、一方向の直線偏光成分を透過し、該一方向
の直線偏光成分に直交する直線偏光成分を反射する光学
的な透過軸及び反射軸を有しており、さらには、前記画
素表示素子に入射する光の偏光方向が、該透過軸または
反射軸に一致するように配置されていることを特徴とす
る投影型画像表示装置。
【請求項２】前記光源と前記偏光選択反射手段の間、
または該偏光選択反射手段と投影レンズの間の少なくと
もどちらか一方に、光の１方向の直線偏光成分だけを透
過させる偏光フィルター手段が設けられている請求項１
に記載の投影型画像表示装置。
【請求項３】前記偏光選択反射手段が、該反射型画像
表示素子に近い側より順に、偏光選択反射機能を有する
偏光選択反射シートと、光の１方向の直線偏光成分だけ
を透過させる偏光フィルター手段が積層されて構成され
ている請求項２に記載の投影型画像表示装置。
【請求項４】光源と、該光源からの光を波長域の異なる複数の光に分離する色
分離手段と、該色分離手段で分離された複数の光を偏光方向に応じて
反射または透過する複数の偏光選択反射手段と、該複数の偏光選択反射手段のそれぞれに対応し、該複数
の偏光選択反射手段からの光の偏波面を画像信号に合わ
せて変調する複数の反射型画像表示素子と、該複数の反射型画像表示素子で反射された該複数の光を
合成する合成手段とを備え、該色分離手段が該偏光選択反射手段と光源との間の光路
に配置され、該色合成手段が該偏光選択反射手段と投影レンズとの間
の光路に配置され、該偏光選択反射手段が、平面状またはシート状に形成さ
れているとともに、該偏光選択反射手段への光の入射方
向に関わらず、一方向の直線偏光成分を透過し、該一方
向の直線偏光成分に直交する直線偏光成分を反射する光
学的な透過軸および反射軸を有しており、さらには、前
記反射型画像表示素子に入射する光の偏光方向が、該透
過軸または反射軸に一致するように配置されていること
を特徴とする投影型画像表示装置。
【請求項５】前記光源と前記偏光選択反射手段の間、
または該偏光選択反射手段と投影レンズの間の少なくと
もどちらか一方に、光の１方向の直線偏光成分だけを透
過させる偏光フィルター手段が設けられている請求項４
に記載の投影型画像表示装置。