JP2003195252A - 液晶プロジェクタ - Google Patents
液晶プロジェクタInfo
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Abstract
れを支持する放熱板とからなる部分を、従来より容易に
製造できるようにする。 【解決手段】 放熱板105,115,125を、水晶
などの、複屈折を有して熱伝導率が1.0W/(m・
k)以上の結晶から構成し、かつ、所定の式により得ら
れる透過率Tが最大となるように、光学軸角度(光学軸
投影線)αおよび結晶(放熱板)の位相差Γを設定し、
偏光板104,114,124と貼り合わせるようにす
る。
Description
光源光を通過させることで液晶表示パネルの像を投影す
る液晶プロジェクタに関する。
晶表示パネルの画像をスクリーンに投影して表示を行っ
ている。図7は、従来よりある液晶プロジェクタの概略
的な構成を示す構成図である。この種の液晶プロジェク
タでは、赤緑青(RGB)の3つの液晶表示ユニット7
01,711,721を備え、光源からの光をダイクロ
イックミラー702で色分解し、RGB各々の光を液晶
表示ユニット701,711,721各々に導くように
している。各液晶表示ユニット701,711,721
を通過した光は、Xプリズム703を通過して合成され
投影される。
液晶表示パネル801が2枚の偏光板802に挾まれて
構成されている。一方の偏光板802は、入射光のうち
一定の方向の偏光光だけを透過させて直線偏光の光に変
える。この光が液晶表示パネル801に入射し、画像に
応じて部分的に偏光方向が回転され、液晶表示パネル8
01から出力し、今度は、他方の偏光板802により、
一定方向の偏光光だけが透過され、濃淡画像が出力され
る。
偏光板802は、入射光から偏光を取り出す段階で、半
分程度の光を吸収し、吸収された光は熱に変換され、偏
光板の温度を上昇させる。ところが、偏光板802は、
耐熱性があまり高くなく、70℃以上の高温になると、
初期の特性を実現することができない。このため、一般
には、サファイア基板など、熱伝導性の高い透明な結晶
板を偏光板の支持板(放熱板)803として用い、偏光
板802に発生する熱を放熱させて偏光板802の特性
を維持している。
基板などの結晶基板を放熱板とした場合、偏光板の透過
軸と放熱板の光学軸または光学軸の投影線とのなす角度
αを、0°または90°となるように貼り合わせる必要
がある。これは、これらの貼り合わせ角度がずれると、
RGB各々の液晶表示パネルからの投影像を合成するX
プリズムにおける透過率が低下するからである。したが
って、従来では、偏光板と放熱板とを高い位置精度で貼
り合わせる必要があり、製造しにくく、製造コストの上
昇を招くという問題があった。
間に波長フィルムを配置して用いる場合もあるが、この
場合、偏光板の透過軸と放熱板に使用する結晶の光学軸
とを合わせるとともに、波長フィルムの光学軸を、偏光
板の透過軸あるいは放熱板の光学軸または光学軸の投影
線と、ほぼ45°の角度になるように貼り合わせる必要
があり、やはり製造しにくいという問題があった。
ためになされたものであり、液晶プロジェクタを構成し
ている偏光板とこれを支持する放熱板とからなる部分
を、従来より容易に製造できるようにすることを目的と
する。
ェクタは、液晶表示パネル、およびこの液晶表示パネル
に複屈折を有する結晶からなる放熱板を介して配置され
た偏光板、ならびに液晶表示パネルを通過した光の進行
方向を変更するビームスプリッタを少なくとも備え、数
2で示される透過率が最大となるように、放熱板の光学
軸または光学軸投影線のいずれかと偏光板の透過軸との
角度αおよび放熱板の位相差Γが設定されたものであ
る。この液晶プロジェクタでは、偏光板を通過した光
が、放熱板を透過するときにあまり影響を受けない状態
となる。
は、第1および第2の液晶表示パネルと、この第1およ
び第2の液晶表示パネルに、複屈折を有する結晶からな
る第1および第2の放熱板を介して配置された第1およ
び第2の偏光板と、第1および第2の液晶表示パネルを
通過した光の進行方向を変更するビームスプリッタとを
少なくとも備え、数2で示される透過率が最大となるよ
うに、第1の放熱板の光学軸または光学軸投影線のいず
れかと第1の偏光板の透過軸との角度αおよび第1の放
熱板の位相差Γが設定され、数2で示される透過率の絶
対値が最小となるように、第2の放熱板の光学軸または
光学軸投影線のいずれかと第2の偏光板の透過軸との角
度αおよび第2の放熱板の位相差Γが設定されたもので
ある。この液晶プロジェクタでは、各偏光板を通過した
光が、対応する放熱板を透過するときにあまり影響を受
けない状態となる。
は、第1,第2,第3の液晶表示パネルと、この第1,
第2,第3の液晶表示パネルに、複屈折を有する結晶か
らなる第1,第2,第3の放熱板を介して配置された第
1,第2,第3の偏光板と、第1,第2,第3の液晶表
示パネルを通過した光の進行方向を変更するビームスプ
リッタとを少なくとも備え、数2で示される透過率が最
大となるように、第1の放熱板の光学軸または光学軸投
影線のいずれかと第1の偏光板の透過軸との角度αおよ
び第1の放熱板の位相差Γが設定され、数2で示される
透過率の絶対値が最小となるように、第2の放熱板の光
学軸または光学軸投影線のいずれかと第2の偏光板の透
過軸との角度αおよび第2の放熱板の位相差Γが設定さ
れ、数2で示される透過率の絶対値が最小となるよう
に、第3の放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれ
かと第3の偏光板の透過軸との角度αおよび第3の放熱
板の位相差Γが設定されたものである。この液晶プロジ
ェクタでは、各偏光板を通過した光が、対応する放熱板
を透過するときにあまり影響を受けない状態となる。
は、第1,第2,第3の液晶表示パネルと、この第1,
第2,第3の液晶表示パネルに、複屈折を有する結晶か
らなる第1,第2,第3の放熱板を介して配置された第
1,第2,第3の偏光板と、第1,第2,第3の液晶表
示パネルを通過した光の進行方向を変更するビームスプ
リッタとを少なくとも備え、数2で示される透過率が最
大となるように、第1の放熱板の光学軸または光学軸投
影線のいずれかと第1の偏光板の透過軸との角度αおよ
び第1の放熱板の位相差Γが設定され、数2で示される
透過率が最大となるように、第2の放熱板の光学軸また
は光学軸投影線のいずれかと第2の偏光板の透過軸との
角度αおよび第2の放熱板の位相差Γが設定され、数2
で示される透過率の絶対値が最小となるように、第3の
放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと第3の
偏光板の透過軸との角度αおよび第3の放熱板の位相差
Γが設定されたものである。この液晶プロジェクタで
は、各偏光板を通過した光が、対応する放熱板を透過す
るときにあまり影響を受けない状態となる。
最大となるように設定された位相差Γは、実質的に36
0°×n(nは整数)であればよく、また、nは、1≦
n≦3となっていればよい。また、上記液晶プロジェク
タにおいて、第1,第2,第3の放熱板は、各々位相差
中心波長が異なり、例えば、各々緑・赤・青に対応して
中心波長が設定されている。
て図を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態
における液晶プロジェクタの概略的な構成例を示す構成
図である。まず、図1(a)について説明すると、この
液晶プロジェクタは、光源からの光を色分解するダイク
ロイックミラー102,112,122と、R液晶表示
パネル(第2の液晶表示パネル)101,G液晶表示パ
ネル111(第1の液晶表示パネル),B液晶表示パネ
ル(第3の液晶表示パネル)121と、Xプリズム10
3と、偏光板104,114,124と、例えば水晶な
どの複屈折を有する結晶からなる放熱板105,11
5,125と、波長フィルム106,126と、全反射
ミラー107,117とを備えている。
光源からの光のうち、赤(R)成分の光を反射し、これ
を全反射ミラー107を介してR液晶表示パネル101
に入射させる。R液晶表示パネル101に入射してくる
光は、まず、一方の偏光板104を通り、また、波長フ
ィルム106を通り、一方の放熱板105を通過してく
る。このようにしてR液晶表示パネル101に入射した
光は、R液晶表示パネル101に表示される画像に応じ
て部分的に偏光方向が回転されてR液晶表示パネル10
1から出射し、他方の放熱板105を介して他方の偏光
板104を通過していく。
緑(G)成分の光を反射し、これをG液晶表示パネル1
11に入射させ、ダイクロイックミラー122は、青
(B)成分の光を反射し、これを全反射ミラー117を
介してB液晶表示パネル121に入射させる。また、上
述と同様に、各光は、偏光板114,124および放熱
板115,125を通過し、G液晶表示パネル111,
B液晶表示パネル121を通過し、R液晶表示パネル1
01を通過した光とともに、Xプリズム103で合成さ
れる。なお、G液晶表示パネル111においては、波長
板は用いない。なお、全ての液晶表示パネルに波長板を
用いるようにする場合もあり、3つの内1つにだけに波
長板を用いるようにする場合もある。
において、本実施の形態では、放熱板105,115,
125を、水晶などの、複屈折を有して熱伝導率が1.
0W/(m・k)以上の結晶から構成し、かつ、以下に
示す(1)式により得られる透過率Tが最大となるよう
に、光学軸角度(光学軸投影線)αおよび結晶(放熱板)
の位相差Γを設定し、偏光板104,114,124と
貼り合わせるようにした。すなわち、(1)式で示され
る透過率Tが最大となるように、放熱板の光学軸または
光学軸投影線のいずれかと偏光板の透過軸との角度αお
よび放熱板の位相差Γが設定されているようにした。な
お、以下の(1)式において、T:透過率、k:固有偏
光の楕円率である。
5との貼り合わせ状態を概略的に示す斜視図である。こ
こで、放熱板105として設計波長650nm,厚さ
1.078mm,位相差360°の水晶板を用い、放熱
板115として設計波長550nm,厚さ0.9134
mm,位相差360°の水晶板を用い、放熱板125と
して設計波長450nm,厚さ0.7154mm,位相
差360°の水晶板を用いた場合の、相対透過率特性を
図2に示す。
偏光板の透過軸のなす角度α(図3)が10°のときの
結果である。図2に示すように、本実施の形態によれ
ば、αが10°と大きくても、充分な透過特性が得られ
ていることが判る。
説明する。水晶などの複屈折結晶の屈折率の小さい方を
進相軸と呼んでfで表し、屈折率の大きい方を遅相軸と
呼んでsで表すと、進相軸がx軸に対して反時計回り方
向に角度αをなすとして、つぎに示す(2)式が得られ
る(図3)。なお、これは、結晶の光学特性を解析する
手法として用いられる、ジョーンズ行列解析(文献:昭
48−9735応用光II 著者:鶴田 匡夫 発行所:
(株)培風館)によるものである。
進行するから、入射光のf成分はs成分よりも位相が進
むため位相板からの射出光は偏光状態が変わる。f成分
およびs成分をEf’とEs’で表すとつぎの(3)式
が得られる。
(x,y)座標系に戻すと、以下に示す(4)式となる。
に示すようになる。まず、つぎに示す式を仮定する。
−2),(5−3),(5−4)となる。
放熱板とを貼り合わせた構造体の光学特性を検討する。
例えば、図4に示すように、偏光ビームスプリッタ10
3aにおける、S偏光の偏光ビームスプリッタ103a
の偏光膜での反射率が最大、もしくはP偏光の透過率が
最大となることが、複屈折結晶を放熱板として用いるに
あたって必要な特性である。例えば、図4に示す光学系
のジョーンズ行列が、以下の(6)式で表せる。なお、
(6)式は、S偏光が入射してS偏光がどの程度の割合
で出射するのかを計算するジョーンズ行列である。
(7)式で示されることが判る。
す。この(7)式に、前述した(5−4)式を代入する
と、以下の(8)式となる。(8)式は、前述した
(1)式と同じで再度記載したものであり、(8)式に
おいて、Tは、図4に示す偏光ビームスプリッタ103
aにおける光の透過率を示す。
板の結晶の光学軸または光学軸の投影線とのなす角度を
90°または0°に設定しただけでは、透過率の低下を
抑制する性能が不充分であることが判る。ここで、例え
ばα=0°とすると、上記(8)式は、以下の(9)式
で示されるようになる。
性を有する複屈折結晶を放熱板に用いた場合、偏光板の
透過軸と放熱板の結晶の光学軸または光学軸の投影線と
のなす角度を90°または0°に設定しただけでは、透
過率が低くなることが判る。また、上述した透過率が最
大となる条件は、以下の(10)式で示される。
で説明しているが、P偏光を入射しP偏光がどの程度の
割合で出射するかを考慮して計算するようにしても同様
である。このように、P偏光を考慮する場合でも、P偏
光の透過率は、(9)式で表すことができる。
光学軸または光学軸投影線と偏光板の透過軸との角度ず
れ(放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと偏
光板の透過軸との角度α)の影響は、αが大きくなるほ
ど顕著になる。図6では、水晶基板を放熱板として使用
した場合のデータであり、この放熱板と偏光板との貼り
合わせ角度ずれ(α)により、リップルが発生すること
が判る。これに対し、本実施の形態によれば、図2にも
示したように、角度を10°ずらしても、充分な透過特
性が得られる。
を持たせるようにしてもよい。図1に示したように、R
液晶表示パネル101とB液晶表示パネル121を透過
した光は、Xプリズム103により進行方向を90°変
更する必要がある。このため、1/2波長板機能を有す
る波長フィルム106,126を用い、例えば、P偏光
をS偏光に変換している。ここで、上記(8)式の値
(透過率T:図4におけるS偏光の透過率)が、透過率
Tの絶対値が最小となるように(理想的には0となるよ
うに)、例えば入射側の放熱板105,125の位相差
Γ、光学軸角度(光学軸投影線)αおよび固有偏光の楕円
率kを選べば良い(図5)。固有偏光の楕円率kは、旋
光性を有する結晶のみ0<k2≦1の値をとる。言いか
えると、旋光性を有しない結晶では、k=0である。
°が、P偏光をS偏光へ、またはS偏光をP偏光へ変換
する理想的条件(透過率T、すなわち図4におけるS偏
光の透過率が0となる条件)である。以上より、複屈折
結晶からなる放熱板105,125に1/2波長板機能
を持たせる場合、旋光性に起因する要素である固有偏光
の楕円率kは、考慮に入れる必要がないことが判る。理
想的には、(8)式において、α=45±2°かつΓ1
80±5°(設計波長において)として放熱板105,
125を用いるようにすることが望ましい。
/2波長板機能を持たせるようにすることで、波長フィ
ルム106,126を用いずに、液晶プロジェクタ(図
1)を構成することが可能となる。なお、前述したよう
に、全ての放熱板に波長板機能を持たせるようにしても
よく、3組のうち1組にだけ波長板機能を持たせるよう
にしてもよい。
板を、特定の式で示される透過率Tが最大となるように
偏光板との間の光学軸角度αおよび結晶の位相差Γが設
定されているようにした。このことにより、例えば、放
熱板の光学軸の投影線と偏光板の透過軸のなす角度αが
10°と大きい状態で貼り合わせてあっても、透過率の
低下が問題とならないなど、放熱板と偏光板の位置合わ
せに高い精度が必要なくなる。したがって、本発明によ
れば、偏光板とこれを支持する放熱板とからなる部分
を、従来より容易に製造できるようになるというすぐれ
た効果が得られる。
タの構成例を示す構成図である。
学軸または光学軸投影線と偏光板の透過軸との角度ずれ
(光学軸角度α)の影響を示す特性図である。
αの状態を示す斜視図である。
等価的な状態を概略的に示す斜視図である。
タの一部構成を示す斜視図である。
影線と偏光板の透過軸との角度ずれ(光学軸角度α)の
影響を示す特性図である。
構成図である。
ネル部分を示す断面図である。
102,112,122…ダイクロイックミラー、10
3…Xプリズム、104,114,124…偏光板、1
05,115,125…放熱板、106,116…波長
フィルム、107,117…全反射ミラー、111…G
液晶表示パネル(第1の液晶表示パネル)、121…R
液晶表示パネル(第3の液晶表示パネル)。
Claims (13)
- 【請求項1】 液晶表示パネル、およびこの液晶表示パ
ネルに複屈折を有する結晶からなる放熱板を介して配置
された偏光板、ならびに前記液晶表示パネルを通過した
光の進行方向を変更するビームスプリッタを少なくとも
備え、 数1で示される透過率が最大となるように、前記放熱板
の光学軸または光学軸投影線のいずれかと前記偏光板の
透過軸との角度αおよび前記放熱板の位相差Γが設定さ
れたものであることを特徴とする液晶プロジェクタ。 - 【請求項2】 請求項1記載の液晶プロジェクタにおい
て、 前記位相差Γは、実質的に360°×n(nは整数)と
されたものであることを特徴とする液晶プロジェクタ。 - 【請求項3】 請求項2記載の液晶プロジェクタにおい
て、 前記nは、1≦n≦3とされたものであることを特徴と
する液晶プロジェクタ。 - 【請求項4】 第1および第2の液晶表示パネルと、 この第1および第2の液晶表示パネルに、複屈折を有す
る結晶からなる第1および第2の放熱板を介して配置さ
れた第1および第2の偏光板と、 前記第1および第2の液晶表示パネルを通過した光の進
行方向を変更するビームスプリッタとを少なくとも備
え、 数1で示される透過率が最大となるように、前記第1の
放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと前記第
1の偏光板の透過軸との角度αおよび前記第1の放熱板
の位相差Γが設定され、 数1で示される透過率の絶対値が最小となるように、前
記第2の放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれか
と前記第2の偏光板の透過軸との角度αおよび前記第2
の放熱板の位相差Γが設定されたものであることを特徴
とする液晶プロジェクタ。 - 【請求項5】 請求項4記載の液晶プロジェクタにおい
て、 前記第1の偏光板の位相差Γは、実質的に360°×n
(nは整数)とされたものであることを特徴とする液晶
プロジェクタ。 - 【請求項6】 請求項5記載の液晶プロジェクタにおい
て、 前記nは、1≦n≦3とされたものであることを特徴と
する液晶プロジェクタ。 - 【請求項7】 第1,第2,第3の液晶表示パネルと、 この第1,第2,第3の液晶表示パネルに、複屈折を有
する結晶からなる第1,第2,第3の放熱板を介して配
置された第1,第2,第3の偏光板と、 前記第1,第2,第3の液晶表示パネルを通過した光の
進行方向を変更するビームスプリッタとを少なくとも備
え、 数1で示される透過率が最大となるように、前記第1の
放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと前記第
1の偏光板の透過軸との角度αおよび前記第1の放熱板
の位相差Γが設定され、 数1で示される透過率の絶対値が最小となるように、前
記第2の放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれか
と前記第2の偏光板の透過軸との角度αおよび前記第2
の放熱板の位相差Γが設定され、 数1で示される透過率の絶対値が最小となるように、前
記第3の放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれか
と前記第3の偏光板の透過軸との角度αおよび前記第3
の放熱板の位相差Γが設定されたものであることを特徴
とする液晶プロジェクタ。 - 【請求項8】 請求項7記載の液晶プロジェクタにおい
て、 前記第1の偏光板の位相差Γは、実質的に360°×n
(nは整数)とされたものであることを特徴とする液晶
プロジェクタ。 - 【請求項9】 請求項8記載の液晶プロジェクタにおい
て、 前記nは、1≦n≦3とされたものであることを特徴と
する液晶プロジェクタ。 - 【請求項10】 第1,第2,第3の液晶表示パネル
と、 この第1,第2,第3の液晶表示パネルに、複屈折を有
する結晶からなる第1,第2,第3の放熱板を介して配
置された第1,第2,第3の偏光板と、 前記第1,第2,第3の液晶表示パネルを通過した光の
進行方向を変更するビームスプリッタとを少なくとも備
え、 数1で示される透過率が最大となるように、前記第1の
放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと前記第
1の偏光板の透過軸との角度αおよび前記第1の放熱板
の位相差Γが設定され、 数1で示される透過率が最大となるように、前記第2の
放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと前記第
2の偏光板の透過軸との角度αおよび前記第2の放熱板
の位相差Γが設定され、 数1で示される透過率の絶対値が最小となるように、前
記第3の放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれか
と前記第3の偏光板の透過軸との角度αおよび前記第3
の放熱板の位相差Γが設定されたものであることを特徴
とする液晶プロジェクタ。 - 【請求項11】 請求項10記載の液晶プロジェクタに
おいて、 前記第1および第2の放熱板の位相差Γは、実質的に3
60°×n(nは整数)とされたものであることを特徴
とする液晶プロジェクタ。 - 【請求項12】 請求項11記載の液晶プロジェクタに
おいて、 前記nは、1≦n≦3とされたものであることを特徴と
する液晶プロジェクタ。 - 【請求項13】 請求項4〜12いずれか1項に記載の
液晶プロジェクタにおいて、 前記第1,第2,第3の放熱板は、各々位相差中心波長
が異なることを特徴とする液晶プロジェクタ。 【数1】
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