JP2003222724A - 1/4波長板、光学ユニット、及びそれを用いた反射型液晶表示装置 - Google Patents
1/4波長板、光学ユニット、及びそれを用いた反射型液晶表示装置Info
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Abstract
対するリタデーション値の依存性を低減する。 【解決手段】 光学的異方性結晶で形成された1/4波
長板の板厚を0.1mm以上0.5mm以下とする。光
学的異方性結晶で形成された1/4波長板における入射
光線の角度に対するリタデーション値の依存性を低減す
る事が出来、温度上昇による色むらへの影響が低減され
ると同時に、高輝度且つ高コントラストな反射型液晶表
示装置を実現する事が出来る。
Description
において、特に高コントラストに有利な1/4波長板及
びそれを用いた光学ユニットに関するものである。
用する反射型液晶表示装置として、例えば特公平7−3
8050号公報に開示されているものがある。
表示装置における、光学ユニットの概略図を示す。な
お、ここで言う光学ユニットとは、光源と照明光学系と
映像表示素子と投写レンズとからなり、光源からの光を
照明光学系で映像表示素子に照射し、この照射光を映像
表示素子で各画素ごとの濃淡にかえる光強度変調を行
い、投写レンズで拡大表示する表示光学装置である。
スプリッタ、3は1/4波長板、4は反射型液晶表示素
子、5は投写レンズである。
によって、反射するS偏光成分と透過するP偏光成分に分
離される。偏光ビームスプリッタ2を反射したS偏光成
分は、1/4波長板3を透過して反射型液晶表示素子4
に入射する。反射型液晶表示素子4でS偏光成分がP偏光
成分に偏光変換された明るく表示する光は、1/4波長
板3を再び透過し偏光ビームスプリッタ2を透過する光
路を介して、投写レンズ5によってスクリーンに投写さ
れる。反射型液晶表示素子4で偏光変換されなかった光
は、1/4波長板3を再び透過し偏光ビームスプリッタ
2を反射する光路を介して、光源1の側に向かう。
50号公報で詳細に開示されているように、反射型液晶
表示装置における偏光ビ−ムスプリッタに入射する光軸
に傾斜した入射光によるコントラストの低下を改善する
目的で使用されている。
えば一軸延伸されたポリカーボネートフィルムをガラス
基板に貼り合せたもの(以下、位相差フィルムと称す
る)や、水晶のような光学的異方性を持った結晶が用い
られる。
ィルムをガラス基板に貼り合せて形成した1/4波長板
の概略図である。図2において、6はガラス基板、7は
一軸延伸されたポリカーボネートフィルム、8は1/4
波長板の遅相軸である。
る、水晶によって形成された1/4波長板の概略図を示
す。図3において、9は基準となる軸、10は遅相軸の
角度が基準となる軸に対して平行である光学的異方性の
第1の結晶、131は第1の結晶の遅相軸、11は遅相
軸の角度が基準となる軸に対して垂直である光学的異方
性の第2の結晶、132は第2の結晶の遅相軸、12は
遅相軸131の角度が基準となる軸9に対して平行であ
る光学的異方性の第1の結晶10と遅相軸13 2の角度
が基準となる軸9に対して垂直である光学的異方性の第
2の結晶11を貼り合せて形成した1/4波長板、tは
1/4波長板12の厚みであり、加工性の点から従来技
術では約1.0mm前後のものが使用されている。
て、可視光の波長領域は400〜700nmであるため、
1/4波長板に要求されるリタデーション値は100〜
180nmとなる。ここでリタデーション値とは、1/4
波長板の遅相軸方向の屈折率と遅相軸と垂直の進相軸方
向の屈折率の差(以下、複屈折率差と称する)と、1/4
波長板の板厚の積の事である。しかし光学的異方性の結
晶のうち、例えば水晶で形成された1/4波長板で上記
のリタデーション値を得るためには、水晶の複屈折率差
が約0.009である為、1/4波長板の板厚を10数
mm以下にする必要が有る。しかし板厚を10数mm以下と
する事は、製造における歩留りや部品強度の観点から事
実上不可能である為、図3のように、厚さを約1.0m
m前後とした2枚の光学的異方性の結晶を遅相軸が直行
する向きに貼り合せる方式が取られる。遅相軸の角度が
基準となる軸に対して平行である光学的異方性の第1の
結晶10のリタデーション値と、遅相軸の角度が基準と
なる軸に対して垂直である光学的異方性の第2の結晶1
1のリタデーション値の差を100〜180nmとする事
で、反射型液晶表示装置の光学ユニットに使用する1/
4波長板として要求されるリタデーション値を得ること
ができる。
4波長板として、一軸延伸されたポリカーボネートフィ
ルム等をガラス基板に貼り合せた位相差フィルムや、水
晶のような光学的異方性を持った結晶が用いられる。し
かし後述するように、ポリカーボネート等を材質とした
位相差フィルムを基板に貼り合わせて形成した1/4波
長板を用いる場合、1/4波長板に温度変化が生じる
と、位相差フィルム自身の熱収縮によって、位相差フィ
ルムが歪み、反射型液晶表示装置において色むらが生じ
るという問題が有る。これはポリカーボネートを延伸し
て位相差フィルムを成型しているため、温度上昇の際、
延伸方向と反対方向に縮もうとする力が働くためであ
り、同時にポリカーボネートの線膨張係数が7×10
−5/℃程度と大きいためである。
板の熱収縮と液晶表示装置の色むらの関係を説明するた
めの概略図を示す。図4において、14は位相差フィル
ム、15は歪み部分、16は1/4波長板における光線
通過範囲、8は遅相軸、17は表示される画像、18は
色むらである。熱収縮により1/4波長板の厚みが変化
し、1/4波長板の位相差フィルム14における歪み部
分15のリタデーション値が 所望の値から変化してし
まう。これにより1/4波長板における光線通過範囲1
6のうち、歪み部分15を通過した光に関しては、1/
4波長板によるコントラスト改善効果が充分に得る事が
出来ず、単板式の反射型液晶表示装置によって表示され
る画像17において、18のような歪み部分に対応した
部分に、輝度むらが生じる。また、3板式の反射型液晶
表示装置においては、RGB3光路それぞれに1/4波長
板を使用している為、1/4波長板の歪みは色むらとな
って画面周辺に現れる事になる。
は、1/4波長板を充分に冷却し歪みが生じない様にす
る必要が有る。しかし図1の構成では1/4波長板3の
近傍に反射型液晶表示素子4が有り、反射型液晶表示素
子4が光を吸収する際に生じる熱が1/4波長板3に伝
わる為、色むらが生じない温度にまで1/4波長板3を
冷却する事は困難である。従来技術ではこの輝度むら及
び色むらに関する問題を考慮していない。
学的異方性を持った結晶を用いる場合、温度上昇による
輝度むら及び色むらへの影響はほとんど生じないが、光
学的異方性結晶の持つ入射光線角度に対するリタデーシ
ョン値の依存性が問題となることに発明者は新たに気付
いた。この依存性によって、反射型液晶表示装置の照明
光学系におけるF値が小さくなるに従って、1/4波長
板のリタデーション値が変化するため、ポリカーボネー
トで形成された1/4波長板を使用する場合と比較し
て、充分なコントラストの改善効果が得られない。
F値を大きくする事で、上記の入射光線角度に対する依
存性の、反射型液晶表示装置のコントラストに対する影
響を低減する事が出来るが、F値を大きくすることは光
源からの光束を小さくすることであり、高輝度化を図る
ために発光体の大きな例えば超高圧水銀ランプ等を用い
ることができず、液晶表示装置における課題である高輝
度化に対して不利となる。
度上昇による輝度むら及び色むらを低減し、且つ高コン
トラスト、高輝度に有利な1/4波長板及びそれを用い
た光学ユニットを提案する。
めに本発明では、光源から出射した照明光を、偏光ビー
ムスプリッタを介して反射型液晶表示素子に入射させ、
該反射型液晶表示素子で反射した光を投写レンズによっ
て投写する反射型液晶表示装置の光学ユニットであっ
て、互いの遅相軸が略直交するように2枚の光学的異方
性結晶を貼り合せて形成し、形成された板の厚さが0.
1mm以上0.5mm以下である1/4波長板を、前記
偏光ビームスプリッタと前記反射型液晶表示素子の間に
配置するように構成する。
形態を詳細に説明する。尚、各図において、前出図に同
一な部分には同一符号を付して示し、重複した説明は省
略する。
直交する向きに貼り合せて形成し、板厚を0.1mm以
上0.5mm以下とした1/4波長板の概略図である。
度が基準となる軸9に対して平行である光学的異方性の
第1の結晶、111は遅相軸132の角度が基準となる
軸9に対して垂直である光学的異方性の第2の結晶、1
12は第1の結晶10と第2の結晶11を貼り合せて形
成した1/4波長板、Tは1/4波長板12の厚みであ
り、0.1mm以上、0.5mm以下の範囲の値であ
る。
成された水晶を用いた1/4波長板を、図10に示した
反射型液晶表示装置(後述する)に使用した際の、1/
4波長板の板厚と反射型液晶表示装置のコントラストの
関係を示すものである。
形成された水晶を用いた1/4波長板の板厚と反射型液
晶表示装置のコントラストの関係を示し、22は図2に
示した従来のポリカーボネートで形成された位相差フィ
ルムの1/4波長板(厚さ約0.1mm)を使用した際
のコントラストである。線21の実線部分は実測値であ
り、点線部分は実測値から推定した推測値である。
とにより、前記の光学的異方性結晶の持つ入射光線角度
に対するリタデーション値の依存性が板厚に反比例して
略直線的に改善され、コントラストが向上する事を示し
ている。
トで形成された位相差フィルムの1/4波長板と同等の
コントラストを得るには、光学的異方性結晶で形成され
た水晶を用いた1/4波長板の板厚を0.5mm以下に
する必要がある。
留り等を考慮すると、光学的異方性結晶で形成された1
/4波長板の板厚は0.1mm以上とする事が望まし
い。
光学ユニットの1/4波長板に本発明による1/4波長
板を適用した実施の形態の概略図である。
光はR,G,Bの各色に対応するカラ−フィルタを備え
た回転するカラーホイール23によってRGBの各色に時
分割で分離される。その後偏光変換素子24によってS
偏光に揃えられ、更に偏光板25によって不要光である
P偏光が除去される。偏光板25を通過したS偏光は偏光
ビームスプリッタ2を反射して、1/4波長板26を透
過して反射型液晶表示素子4に入射する。明るく表示さ
せる光として、反射型液晶表示素子4によってP偏光に
変換された光は、1/4波長板26を透過した後、偏光
ビームスプリッタ2を透過して投写レンズ5によって拡
大投写される。偏光変換されなかったS偏光は、1/4
波長板26を透過した後、偏光ビームスプリッタ2を反
射して、再び光源1側に戻される。
性結晶で形成された、例えば2枚の水晶を遅相軸が直行
する向きに貼り合せて形成した1/4波長板を使用する
場合、1/4波長板の板厚を0.5mm以下にする事
で、温度上昇による輝度むらへの影響が少ない、高輝度
且つ高コントラストな反射型液晶表示装置を得る事が出
来る。
光学ユニットの1/4波長板に本発明による1/4波長
板を適用した実施の形態の概略図である。
光27は、偏光変換素子28によってS偏光29に変換
される。S偏光29は全反射ミラー30を反射した後、
G反射RB透過ダイクロックミラー31に入射し、G光
とRBの混合光からなる2光路に分離される。RB混合
光は、偏光板32によって、RB混合光にわずかに含ま
れるP偏光が除去されRB光のS偏光33となる。
せるための偏光回転素子34に入射し、RのS偏光35
Rと、BのP偏光35Bに分離される。偏光ビームスプ
リッタ36に入射したRのS偏光35Rはスプリッタ面
により反射され、RのS偏光37Rとなり、R光路の1
/4波長板38Rを経て反射型液晶表示素子39Rに入
射する。
たBのP偏光35Bはスプリッタ面を透過し、BのP偏
光37Bとなり、1/4波長板38Bを経て反射型液晶
表示素子39Bに入射する。
明るく表示させる光は、RのP偏光40Rとして反射さ
れ、表示に寄与しない光はRのS偏光のまま反射され
る。明るく表示させる光である、RのP偏光40Rは、
再び1/4波長板38Rを通過し、偏光ビームスプリッ
タ36に入射し、今度はP偏光であるためスプリッタ面
を透過する。
り、明るく表示させる光は、BのS偏光40Bとして反
射され、表示に寄与しない光はBのP偏光のまま反射さ
れる。明るく表示させる光である、BのS偏光40B
は、偏光ビームスプリッタ36に再度入射し、今回はS
偏光であるため、スプリッタ面により反射され、RのP
偏光40Rと合成される。
40Bは、R光の偏光を回転させるための偏光回転素子
41に入射し、BのS偏光40Bは変化せずにBのS偏
光43Bとなり、RのP偏光40Rは偏光が回転し、R
のS偏光43Rとなる。R、B共にS偏光となったRの
S偏光43RとBのS偏光43Bとは、次に、B専用偏
光板42により、不要なBに含まれる不要なP偏光成分
をカットし、B光のコントラストを改善する。さらに、
偏光ビームスプリッタ44に入射し、スプリッタ面で反
射し、RのS偏光45R、BのS偏光45Bとなる。
S偏光は偏光板46によってP偏光が除去されGのS偏
光47となる。偏光ビームスプリッタ48に入射したG
のS偏光47Gは、スプリッタ面により反射されGのS
偏光49となり、1/4波長板38Gを経て反射型液晶
表示素子39Gに入射する。
0として反射され、再度1/4波長板38Gを透過した
後、偏光ビームスプリッタ48に入射し、今回はP偏光
であるため、スプリッタ面を透過して、GのP偏光51
となる。GのP偏光51は、光路長調整板58を通過し
て偏光ビームスプリッタ44に入射し、スプリッタ面を
透過してGのP偏光45Gとなり、RのS偏光45R、
BのS偏光45Bと同一光路を通り、色合成される。な
お、光路長調整板58はR,B光とG光の光路長が等し
くなるように調整するための調整板である。
光45R、BのS偏光45Bは投写レンズ5によりスク
リーン(図示せず)上に拡大投写される。このとき1/
4波長板38R、38B、38Gの遅相軸の角度は、図示
しない調整機構によって、それぞれ偏光ビームスプリッ
タ36、48が偏光子として最適に用いる事が出来る角
度に調整される。
路の1/4波長板38B、G光路の1/4波長板38G
に、光学的異方性結晶で形成した1/4波長板であっ
て、板厚が0.5mm以下の1/4波長板を用いる事
で、温度上昇による色むらの影響が少ない、高輝度且つ
高コントラストな反射型液晶表示装置を得る事が出来
る。また、R光路の1/4波長板38R、B光路の1/
4波長板38B、G光路の1/4波長板38Gのうち、
どれか一つだけが温度上昇が大きく、残りの2つが温度
が充分低いと言った場合などでは、温度上昇が大きい1
/4波長板のみに、光学的異方性結晶で形成した1/4
波長板であって、板厚が0.5mm以下の1/4波長板
を用いる事でも、温度上昇による色むらの影響が少な
い、高輝度且つ高コントラストな反射型液晶表示装置を
得る事が出来る事は自明である。
の1/4波長板38B、G光路の1/4波長板38Gの
うち、少なくとも1つに投写レンズ5の持つ色収差を補
正するレンズを貼合わせることで、RGB光による拡大画
像のずれが低減された精細な画像を表示する事ができ
る。
ズを貼り合せて形成した部品の概略図を示す。図9にお
いて、53は本発明による1/4波長板、54は色収差
補正用のレンズ、55は色収差補正用のレンズの光軸、
52は1/4波長板53に色収差補正用のレンズ54を
貼り合せて形成した部品を表している。なお、図9にお
いて、前出図に同一な部分には同一符号を付して、その
説明を省略する。本実施形態において、色収差補正用の
レンズ54を1/4波長板53と接着させる事で、光が
反射する界面の数を1/4波長板1枚の場合と同等のま
ま、投写レンズの持つ色収差を補正する事が出来る為、
高輝度化、高コントラスト化に有利である。また、貼り
合わせる1/4波長板がポリカーボネイトで形成されて
いても、色収差の補正においては問題ない。
ユニットにおいても、偏光ビームスプリッタと反射型液
晶表示素子の間に、本発明に記載の1/4波長板を用い
た場合、同様の効果を得られる事は自明である。
光学ユニットを用いた、液晶プロジェクタ光学系の概略
上面図である。図10に示す実施の形態は、図8に図示
した光学ユニット57を用いた、反射型液晶表示素子3
9R、39G、39Bを3原色のR、G、Bに対応させ
た3板式反射型液晶プロジェクタの装置全体を示してい
る。
ジェクタの実施の形態を詳細に説明する。 図10にお
いて、光源1は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドラ
ンプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ、ハロゲン
ランプ等の白色光源である。56は光源1及び反射型液
晶表示素子39R、39G、39Bの電源である。光源
1から出射した照明光は、光学ユニット57を通じて、
各反射型液晶表示素子39R、39B、39Gに入射し、
明るく表示させる光が、投写レンズ5によって映像光が
拡大投写される。
39Bは、表示する画素に対応する(例えば横1024
画素縦768画素各3色など)数の液晶表示部が設けて
ある。そして、外部の駆動回路(図示せず)からの信号
入力によって、各画素に対応する液晶表示部の偏光回転
角度が変わるため、各反射型映像表示素子39R、39
G、39Bに入力した信号に対応した画像を、投写レン
ズ5によってスクリーン上に拡大投写される。
光学ユニットを適用する事で、高コントラスト且つ高輝
度な反射型液晶プロジェクタを実現する事が出来る。
本実施の形態はこれに限定するものではなく、R、G、
Bの反射型液晶表示素子の位置を入れ替えても、本実施
の形態が有する効果を得ることが出来る。
の形態にかぎられるものではなく、偏光ビームスプリッ
タと反射型液晶表示素子との間に1/4波長板を配置す
る構成を成す光学ユニットに関して、同様の効果を得る
事が出来る。
昇による色むらを低減し、高輝度且つ高コントラストな
1/4波長板及びそれを用いた光学ユニットを提供する
事が出来る。
学ユニットの構成図である。
波長板の構成図である。
向きに貼り合せて形成した1/4波長板の構成図であ
る。
と液晶表示装置の色むらの関係を説明するための説明図
である。
成図である。
に適用した際の、1/4波長板の板厚と反射型液晶表示
装置のコントラストの関係を示すグラフである。
トの1/4波長板に本発明による1/4波長板を適用し
た一実施の形態を示すブロック図である。
トの1/4波長板に本発明による1/4波長板を適用し
た他の実施の形態を示すブロック図である。
板の構成図である。
ジェクタ装置の構成を示すブロック図である。
長板、4…反射型液晶表示素子、5…投写レンズ、6…
ガラス基板、7…ポリカーボネートフィルム、8…遅相
軸、9…基準となる軸、10…第1の結晶、11…第2
の結晶、12…第1の結晶10と第2の結晶11を貼り
合せて形成した1/4波長板、t…1/4波長板12の
厚み、13…遅相軸、14…ポリカーボネートフィルム
で形成された1/4波長板、15…歪み部分、16…1
/4波長板における光線通過範囲、17…表示される画
像、18…輝度むら、T…1/4波長板の厚み、21…
2枚の水晶を遅相軸が直行する向きに貼り合せて形成し
た1/4波長板を使用した際の、1/4波長板の板厚と
3板式反射型液晶表示装置のコントラストの関係、22
…従来のポリカーボネートで形成された1/4波長板を
使用した際の3板式反射型液晶表示装置のコントラス
ト、23…カラーホイール、24…偏光変換素子、25
…偏光板、26…1/4波長板、27…白色光、28…
偏光変換素子、29…S偏光、30…全反射ミラー、3
1…G反射RB透過ダイクロイックミラー、32…偏光
板、33…RB光のS偏光、34…偏光回転素子、35…R
のS偏光及びBのP偏光、36…偏光ビームスプリッタ、
37…RのS偏光及びBのP偏光、38…1/4波長板、3
9…反射型液晶表示素子、40…RのP偏光及びBのS偏
光、41…偏光回転素子、42…偏光板、43…RのS偏
光及びBのS偏光、44…偏光ビームスプリッタ、45…
RのS偏光及びBのS偏光、46…偏光板、47…GのS偏
光、48…偏光ビームスプリッタ、49…GのS偏光、5
0…GのP偏光、51…GのP偏光52…1/4波長板に色
収差補正用のレンズを貼り合せて形成した部品、53…
1/4波長板、54…色収差補正用のレンズ、55…色
収差補正用のレンズの光軸、56…電源、57…光学ユ
ニット、58…光路長調整板、110…第1の結晶、1
11…第2の結晶、112…第1の結晶110と第2の
結晶111を貼り合せて形成した1/4波長板。
Claims (5)
- 【請求項1】互いの遅相軸が略直交するように2枚の光
学的異方性結晶を貼り合せて形成すると共に、形成され
た板の厚さが0.1mm以上0.5mm以下であること
を特徴とする1/4波長板。 - 【請求項2】光源から出射した照明光を、偏光ビームス
プリッタを介して反射型液晶表示素子に入射させ、該反
射型液晶表示素子で反射した光を投写レンズによって投
写する反射型液晶表示装置の光学ユニットであって、 互いの遅相軸が略直交するように2枚の光学的異方性結
晶を貼り合せて形成し、形成された板の厚さが0.1m
m以上0.5mm以下である1/4波長板を、前記偏光
ビームスプリッタと前記反射型液晶表示素子の間に配置
したことを特徴とする光学ユニット。 - 【請求項3】光源から出射した照明光を、色分離光学系
によりRGBの3原色に分離し、各3原色を偏光ビーム
スプリッタを介して反射型液晶表示素子に入射させた
後、RGB3原色を色合成光学系によって合成し、投写
レンズで拡大投写する反射型液晶表示装置の光学ユニッ
トであって、 互いの遅相軸が略直交するように2枚の光学的異方性結
晶を貼り合せて形成し、形成された板の厚さが0.1m
m以上0.5mm以下である1/4波長板を、前記偏光
ビームスプリッタと前記反射型液晶表示素子の間に配置
したことを特徴とする光学ユニット。 - 【請求項4】前記1/4波長板に、色収差補正用レンズ
を貼り合せたことを特徴とする請求項2乃至請求項3の
何れかに記載の光学ユニット。 - 【請求項5】請求項2乃至請求項4の何れかに記載の光
学ユニットと、電源と、前記反射型液晶表示素子の駆動
回路とを有することを特徴とする反射型液晶表示装置。
Priority Applications (6)
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