JP2008065278A - 投射型表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】反射型偏光変換膜137R、137G、137Bが、偏光分離膜136R、136G、136Bから射出されたs偏光のうち少なくとも一部の偏光方向をp偏光の偏光方向に変換する機能(位相差板としての機能)と、当該偏光方向を変換したp偏光を反射して偏光変換素子132から射出する機能(反射膜としての機能)とを併せ持っているので、例えば従来の構成における位相差板と反射膜とを一つの部材として構成することができ、これらを別々に設けなくても済むことになる。これにより、偏光変換素子132の部品点数を削減することができ、製造工程の煩雑さを緩和することが可能となる。ひいては、プロジェクタの製造工程の煩雑さを緩和することにつながる。
【選択図】図10
Description
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、製造工程の煩雑さを緩和することが可能な投射型表示装置を提供することにある。
本発明によれば、一の偏光分離部材と一の偏光変換部材とが対をなしており、この偏光分離部材と偏光変換部材との対が複数設けられている場合において、偏光変換部材が、偏光分離部材から射出された第2光成分のうち少なくとも一部の偏光方向を所定の偏光方向に変換する機能(位相差板としての機能)と、当該偏光方向を変換した第2光成分を第1方向へ射出する機能(反射膜としての機能)とを併せ持っているので、例えば従来の構成における位相差板と反射膜とを一つの部材として構成することができ、これらを別々に設けなくても済むことになる。これにより、偏光変換素子の部品点数を削減することができ、製造工程の煩雑さを緩和することが可能となる。ひいては、投射型表示装置の製造工程の煩雑さを緩和することにつながる。
本発明によれば、偏光分離部材と偏光変換部材とが光を透過可能な基材の内部に設けられているので、当該基材によって偏光分離部材と偏光変換部材との位置を固定することができる。これにより、偏光分離部材と偏光変換部材との間の位置ズレを回避することができる。
本発明によれば、偏光変換部材が、第2方向上に設けられ光反射可能な材料からなる平坦層を有しているので、当該平坦層の表面の向きを調節することにより、所望の方向に光を反射して射出することができる。しかも、平坦層の表面に設けられ光反射可能な材料からなり所定のピッチ及び所定の深さで一方向に延在するグリッド部を有するグリッド層を有しているので、第2の光成分の偏光方向を所定の方向に変換することができる。このように、グリッド層による偏光方向の変換と平坦層による第1方向への射出とを一つの部材で行うことができるので、例えば従来の構成における位相差板と反射膜とを別々に設ける必要は無く、偏光変換素子の部品点数を削減することができ、製造工程の煩雑さを緩和することが可能となる。
従来の偏光変換素子では、位相差板は偏光方向を変換した光を透過させる構成になっており、光透過率の高い有機材料を主成分として構成されることが多かった。このため、例えばプロジェクタなどに搭載した場合、光源から射出される光によって焼け付きが生じることがあり、偏光変換素子の耐光性に問題があった。これに対して本発明では、偏光変換部材は偏光方向を変換した光を反射する構成になっている。偏光変換部材のグリッド層及び平坦層は光反射可能な材料からなることとしているので、例えば金属などの無機材料によって構成することができる。これにより、焼け付きを回避することができ、耐光性の向上を図ることができる。
銀、金、アルミニウムは光反射率の高い金属である。本発明によれば、平坦層及びグリッド層が、銀、金又はアルミニウムを主成分としているので、偏光変換素子に入射する第2光成分を高い効率で利用することができる。加えて、これらの材料は耐光性が高いため、この偏光変換素子を例えばプロジェクタなどに搭載した場合、光源から射出される光による焼け付きを回避することができる。
前記所定の深さが、60nm以上160nm以下の範囲であり、前記偏光変換部材の前記第2方向に対する垂直面に対して仰角45°の方向であって当該垂直面において前記一方向に直交する方向に対して30°よりも大きく75°よりも小さい範囲の角度を成す方向から前記第2光成分が入射するように、前記偏光変換部材が配置されていることを特徴とする。
本発明者は、平坦層及びグリッド層の材質、所定のピッチ及び所定の深さによって光の利用効率が変化することを見出した。ここで光の利用効率とは、偏光変換部材に入射する入射光の強度と偏光変換部材から射出する射出光の強度との比で表される。
本発明では、この点を踏まえて、所定のピッチが入射する光の波長よりも小さい値であり、所定の深さが60nm以上160nm以下の範囲であり、偏光変換部材の前記第2方向に対する垂直面に対して仰角45°の方向であって当該垂直面において一方向に直交する方向に対して30°よりも大きく75°よりも小さい範囲の角度を成す方向から第2光成分が入射するように、偏光変換部材が配置されていることとしたので、光の利用効率を最適にすることができる。加えて、本発明者らは、第2光成分の波長や平坦層及びグリッド層の主成分によって、所定の深さの最適値、及び、偏光変換部材の第2方向に対する垂直面において一方向に直交する方向に対する第2光成分の入射角度の最適値が異なることを見出した。これを踏まえて、本発明では、所定の深さが60nm以上160nm以下の範囲であるとし、当該入射角度の最適値を30°よりも大きく75°よりも小さい範囲としているので、第2光成分の波長に応じてこれらの値を適宜選択することができる。
例えば、前記異なる色光が赤色光、緑色光及び青色光であり、前記平坦層及び前記グリッド層が銀を主成分としており、前記赤色光について設けられる前記偏光変換素子において、前記所定の深さが120nm以上140nm以下の範囲であり、前記緑色光について設けられる前記偏光変換素子において、前記所定の深さが90nm以上110nm以下の範囲であり、前記青色光について設けられる前記偏光変換素子において、前記所定の深さが60nm以上70nm以下の範囲であり、前記垂直面において、当該垂直面に対して仰角45°の角度を成し前記一方向に直交する方向に対して50°以上60°以下の範囲の角度を成す方向から前記第2光成分が入射するように、前記偏光変換部材が配置されていることが好ましい。
本発明によれば、偏光分離部材がワイヤーグリッド偏光板であるので、入射光を確実に分離することができる。偏光変換部材がグリッド部を有する構成においては、偏光変換部材のグリッド部とワイヤーグリッド偏光板のワイヤーグリッド部とを同一の製造工程で製造することができるという利点がある。
本発明の第1実施形態を図面に基づき説明する。
(プロジェクタの全体構成)
まず、本実施形態に係るプロジェクタの全体構成を説明する。図1は、プロジェクタPJ1の全体構成を模式的に示す図である。
プロジェクタPJ1は、画像表示装置2と、投射レンズ3とを主体として構成されている。
光源10は、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプやキセノンランプなどの白色光を照射するランプ11と、当該ランプ11から射出された白色光を反射・集光するリフレクタ12とを有している。リフレクタ12としては、放物面鏡を用いることが好ましい。
次に、上述した均一照明系20の構成を説明する。図2は、図1に示すプロジェクタPJ1の光源10及び均一照明系20の構成を示す図である。
同図に示すように、均一照明系20の第1レンズアレイ21及び第2レンズアレイ22は、フライアイレンズの凸面21a、22aが対向するように配置されている。個々の凸面21a、22aはほぼ同一の寸法、同一の個数、同一の配列になっており、光源10から射出される光の進行方向に見て各凸面21a、22aの位置が重なるように配置されている。
基材25は、例えばガラスや石英などの光透過可能な材料からなる矩形の基板である。基材25内には、図中上下方向に偏光分離膜26及び反射型偏光変換膜27が交互に設けられている。1つの偏光分離膜26と1つの反射型偏光変換膜27とが対をなしており、この偏光分離膜26と反射型偏光変換膜27との対が基材内に複数設けられてた構成になっている。
次に、上記のように構成されたプロジェクタPJ1の動作を説明する。光源10のランプ11から射出された白色光及びリフレクタ12によって集光された白色光は、均一照明系20に入射する。均一照明系20へ入射した白色光は、第1レンズアレイ21及び第2レンズアレイ22によって輝度分布が均一化される。輝度分布が均一化された白色光は、偏光変換素子23に入射する。偏光変換素子23に入射した白色光は、偏光分離膜26によってp偏光の光成分とs偏光の光成分とに分離され、p偏光の光成分は偏光分離膜26を透過する。s偏光の光成分は、反射型偏光変換膜27に向けて反射される。
次に、上記のように構成された偏光変換素子23の製造方法を説明する。図6〜図8は、偏光変換素子23の製造過程を示す工程図である。
図6に示すように、ガラスなど光透過可能な材料によって基材25を例えば平行六面体のプリズム形状に形成する。基材25の面25a及び面25bは平坦に形成する。
次に、本発明の第2実施形態を説明する。第1実施形態と同様、以下の図では、各部材を認識可能な大きさとするため、縮尺を適宜変更している。
(プロジェクタの全体構成)
図9は、本実施形態に係るプロジェクタPJ2の構成を示す概略図である。
同図に示すように、プロジェクタPJ2は、3板式のプロジェクタであり、光源121(121R、121G、121B)と、均一照明系122(122R、122G、122B)と、液晶ライトバルブ124(124R、124G、124B)と、ダイクロイックプリズム126と、投射レンズ127とを主体として構成されている。
均一照明系122は、LED光源121R、121G、121Bから射出されたLED光の照度分布を均一化する。
液晶ライトバルブ124は、複数の画素を有しこれらLED光源121R、121G、121Bから射出されたLED光を画像信号に応じてそれぞれ変調する。各液晶ライトバルブ124R、124G、124Bの光入射面及び光射出面にはそれぞれ偏光板が貼付されている。光入射面に貼付された偏光板はp偏光の光を透過するようになっている。各LED光源121R、121G、121Bからの光束のうち所定方向の直線偏光のみが入射側偏光板を透過して、各液晶ライトバルブ124R、124G、124Bに入射するようになっている。
ダイクロイックプリズム126は、4つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成されるようになっている。
投射レンズ127は、クロスダイクロイックプリズム126により合成されたLED光を拡大して投射する。
図10は、上述した均一照明系122(122R、122G、122B)の詳細な構成を示す図である。
同図に示すように、均一照明系122(122R、122G、122B)は、レンチキュラレンズアレイ131(131R、131G、131B)と、レンチキュラレンズアレイ131から射出された光を偏向する偏光変換素子132(132R、132G、132B)とを備えている。
次に、上記のように構成されたプロジェクタPJ2の動作を説明する。
プロジェクタPJ2の光源121Rから射出された赤色光、121Gから射出された緑色光、121Bから射出された青色光はp偏光の光成分とs偏光の光成分とが混在している。この色光は各光源121R、121G、121Gから均一照明系122R、122G、122Bに入射する。均一照明系122R、122G、122Bに入射した各色光は、レンチキュラレンズアレイ131によって輝度分布が均一化され、偏光変換素子132R、132G、132Bによって第1実施形態と同様に(図5参照)偏光方向がp偏光に変換されて、液晶ライトバルブ124R、124G、124Bに入射する。
次に、本発明の第3実施形態を説明する。第1実施形態と同様、以下の図では、各部材を認識可能な大きさとするため、縮尺を適宜変更している。
(プロジェクタの全体構成)
図12は、本実施形態に係るプロジェクタPJ3の構成を示す概略図である。
同図に示すように、プロジェクタPJ3は、光源210と、均一照明系220と、色変調部230と、投射レンズ240とを有している。
光源210は、超高圧水銀ランプやキセノンランプなどの白色光を照射するランプ211と、当該ランプ211から射出された白色光を反射・集光するリフレクタ212とを有している。
均一照明系220は、光源210からの白色光の輝度分布を均一化する光学系であり、偏光変換素子221と、反射ミラー222と、非球面レンズ223と、第1レンズアレイ224と、第2レンズアレイ225と、集光レンズ226とを有している。
次に、上述した偏光変換素子221の構成を説明する。図13は、図12に示すプロジェクタPJ3の光源210及び偏光変換素子221の構成を示す図である。
同図に示すように、偏光変換素子221は、偏光分離部材227と、反射型偏光変換膜(偏光変換部材)228とを主体として構成されている。偏光分離部材227及び反射型偏光変換膜228は、それぞれ1つずつ設けられており、この一対の偏光分離部材227及び反射型偏光変換膜228によって偏光変換素子221が構成されている。
平坦層27bは、基材228aの表面に設けられ、光反射率の高い金属材料、ここでは銀を主成分とする層である。この平坦層228bは、光を透過させることなく反射するのに十分な厚さを有している。
上記のように構成されたプロジェクタPJ3のランプ211から射出された白色光及びリフレクタ212によって集光された白色光は、光源210から均一照明系220に入射する。均一照明系220へ入射した白色光は、偏光変換素子221によって第1実施形態と同様に(図5参照)偏光方向がp偏光に変換されて、第1レンズアレイ224に入射する。この白色光は、第1レンズアレイ224及び第2レンズアレイ225によって輝度分布が均一化され、集光レンズ226で集光されて、色変調部230へと射出される。
例えば、上記各実施形態では、偏光分離膜(偏光分離部材)を誘電体層によって構成するものとして説明したが、これに限られることは無く、例えばワイヤーグリッド偏光板を用いても構わない。ワイヤーグリッド偏光板を用いることで、反射型偏光変換膜を形成する工程で偏光分離膜のワイヤーグリッドも形成することができるので、工程数を削減することが可能となる。これにより、偏光変換素子の製造を容易にすることができる。
図15及び図16は反射型偏光変換膜の主成分を銀としたときの結果を示している。
<青色光の場合>
図15(a)〜(c)及び図16(a)〜(c)は、青色光(波長440nm)についての測定結果を示すグラフである。図15(a)は角度φ=30°の場合、図15(b)は角度φ=45°の場合、図15(c)は角度φ=50°の場合、図16(a)は角度φ=55°の場合、図16(b)は角度φ=60°の場合、図16(c)は角度φ=75°の場合をそれぞれ示している。各図において、実線がp偏光(Z’軸方向)の強度比であり、破線がs偏光(Y’軸方向)の強度比である。
図15(d)〜(f)及び図16(d)〜(f)は、緑色光(波長532nm)についての測定結果を示すグラフである。図15(d)は角度φ=30°の場合、図15(e)は角度φ=45°の場合、図15(f)は角度φ=50°の場合、図16(d)は角度φ=55°の場合、図16(e)は角度φ=60°の場合、図16(f)は角度φ=75°の場合をそれぞれ示している。各図において、実線がp偏光(Z’軸方向)の強度比であり、破線がs偏光(Y’軸方向)の強度比である。
図15(g)〜(i)及び図16(g)〜(i)は、赤色光(波長660nm)についての測定結果を示すグラフである。図15(g)は角度φ=30°の場合、図15(h)は角度φ=45°の場合、図15(i)は角度φ=50°の場合、図16(g)は角度φ=55°の場合、図16(h)は角度φ=60°の場合、図16(i)は角度φ=75°の場合をそれぞれ示している。各図において、実線がp偏光(Z’軸方向)の強度比であり、破線がs偏光(Y’軸方向)の強度比である。
図17及び図18は反射型偏光変換膜の主成分をアルミニウムとしたときの結果を示している。
<青色光の場合>
図17(a)〜(c)及び図18(a)〜(c)は、青色光(波長440nm)についての測定結果を示すグラフである。図17(a)は角度φ=30°の場合、図17(b)は角度φ=45°の場合、図17(c)は角度φ=50°の場合、図18(a)は角度φ=55°の場合、図18(b)は角度φ=60°の場合、図18(c)は角度φ=75°の場合をそれぞれ示している。各図において、実線がp偏光(Z’軸方向)の強度比であり、破線がs偏光(Y’軸方向)の強度比である。
図17(d)〜(f)及び図18(d)〜(f)は、緑色光(波長532nm)についての測定結果を示すグラフである。図17(d)は角度φ=30°の場合、図17(e)は角度φ=45°の場合、図17(f)は角度φ=50°の場合、図18(d)は角度φ=55°の場合、図18(e)は角度φ=60°の場合、図18(f)は角度φ=75°の場合をそれぞれ示している。各図において、実線がp偏光(Z’軸方向)の強度比であり、破線がs偏光(Y’軸方向)の強度比である。
図17(g)〜(i)及び図18(g)〜(i)は、赤色光(波長660nm)についての測定結果を示すグラフである。図17(g)は角度φ=30°の場合、図17(h)は角度φ=45°の場合、図17(i)は角度φ=50°の場合、図18(g)は角度φ=55°の場合、図18(h)は角度φ=60°の場合、図18(i)は角度φ=75°の場合をそれぞれ示している。各図において、実線がp偏光(Z’軸方向)の強度比であり、破線がs偏光(Y’軸方向)の強度比である。
図19及び図20は反射型偏光変換膜の主成分を金としたときの結果を示している。
<青色光の場合>
図19(a)〜(c)及び図20(a)〜(c)は、青色光(波長440nm)についての測定結果を示すグラフである。図19(a)は角度φ=30°の場合、図19(b)は角度φ=45°の場合、図19(c)は角度φ=50°の場合、図20(a)は角度φ=55°の場合、図20(b)は角度φ=60°の場合、図20(c)は角度φ=75°の場合をそれぞれ示している。各図において、実線がp偏光(Z’軸方向)の強度比であり、破線がs偏光(Y’軸方向)の強度比である。
図19(d)〜(f)及び図20(d)〜(f)は、緑色光(波長532nm)についての測定結果を示すグラフである。図15(d)は角度φ=30°の場合、図19(e)は角度φ=45°の場合、図19(f)は角度φ=50°の場合、図20(d)は角度φ=55°の場合、図20(e)は角度φ=60°の場合、図20(f)は角度φ=75°の場合をそれぞれ示している。各図において、実線がp偏光(Z’軸方向)の強度比であり、破線がs偏光(Y’軸方向)の強度比である。
図19(g)〜(i)及び図20(g)〜(i)は、赤色光(波長660nm)についての測定結果を示すグラフである。図19(g)は角度φ=30°の場合、図19(h)は角度φ=45°の場合、図19(i)は角度φ=50°の場合、図20(g)は角度φ=55°の場合、図20(h)は角度φ=60°の場合、図20(i)は角度φ=75°の場合をそれぞれ示している。各図において、実線がp偏光(Z’軸方向)の強度比であり、破線がs偏光(Y’軸方向)の強度比である。
Claims (9)
- 異なる色光を発光する複数の光源と、
前記異なる色光についてそれぞれ設けられ、各色光の偏光方向を変換する複数の偏光変換素子と、
前記偏光変換素子によって偏光方向を変換された前記複数の色光を変調する複数の光変調手段と、
前記複数の光変調手段によって変調された色光を合成する色合成手段と、
前記色合成手段によって合成された光を投射する投射レンズと
を具備し、
前記偏光変換素子が、
自身に入射する光を所定の偏光方向を有する第1光成分と前記所定の偏光方向とは異なる偏光方向を有する第2光成分とに分離すると共に、前記第1光成分を第1方向へ射出し前記第2光成分を前記第1方向とは異なる第2方向へ射出する偏光分離部材と、
前記偏光分離部材の前記第2方向上に設けられ、前記偏光分離部材から射出された前記第2光成分のうち少なくとも一部の偏光方向成分を前記所定の偏光方向成分に変換すると共に当該偏光方向を変換した第2光成分を前記第1方向へ射出する偏光変換部材と
を有し、
一の前記偏光分離部材と一の前記偏光変換部材とが対をなしており、前記偏光分離部材と前記偏光変換部材との対が複数設けられている
ことを特徴とする投射型表示装置。 - 前記偏光分離部材と前記偏光変換部材とが、光を透過可能な基材の内部に設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の投射型表示装置。 - 前記偏光変換部材が、
前記第2方向上に設けられ、光反射可能な材料からなる平坦層と、
前記平坦層の表面に設けられ、光反射可能な材料からなり、所定のピッチ及び所定の深さで一方向に延在するグリッド部を有するグリッド層と
を有する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2一項に記載の投射型表示装置。 - 前記平坦層及びグリッド層が、銀、金又はアルミニウムを主成分としている
ことを特徴とする請求項3に記載の投射型表示装置。 - 前記所定のピッチが、入射する光の波長よりも小さい値であり、
前記所定の深さが、60nm以上160nm以下の範囲であり、
前記偏光変換部材の前記第2方向に対する垂直面に対して仰角45°の方向であって当該垂直面において前記一方向に直交する方向に対して30°よりも大きく75°よりも小さい範囲の角度を成す方向から前記第2光成分が入射するように、前記偏光変換部材が配置されている
ことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の投射型表示装置。 - 前記異なる色光が赤色光、緑色光及び青色光であり、
前記平坦層及び前記グリッド層が銀を主成分としており、
前記赤色光について設けられる前記偏光変換素子において、前記所定の深さが120nm以上140nm以下の範囲であり、
前記緑色光について設けられる前記偏光変換素子において、前記所定の深さが90nm以上110nm以下の範囲であり、
前記青色光について設けられる前記偏光変換素子において、前記所定の深さが60nm以上70nm以下の範囲であり、
前記垂直面において、当該垂直面に対して仰角45°の角度を成し前記一方向に直交する方向に対して50°以上60°以下の範囲の角度を成す方向から前記第2光成分が入射するように、前記偏光変換部材が配置されている
ことを特徴とする請求項5に記載の投射型表示装置。 - 前記異なる色光が赤色光、緑色光及び青色光であり、
前記平坦層及び前記グリッド層がアルミニウムを主成分としており、
前記赤色光について設けられる前記偏光変換素子において、前記所定の深さが130nm以上160nm以下の範囲であり、
前記緑色光について設けられる前記偏光変換素子において、前記所定の深さが100nm以上130nm以下の範囲であり、
前記青色光について設けられる前記偏光変換素子において、前記所定の深さが90nm以上120nm以下の範囲であり、
前記垂直面において、当該垂直面に対して仰角45°の角度を成し前記一方向に直交する方向に対して45°以上60°以下の範囲の角度を成す方向から前記第2光成分が入射するように、前記偏光変換部材が配置されている
ことを特徴とする請求項5に記載の投射型表示装置。 - 前記異なる色光が赤色光、緑色光及び青色光であり、
前記平坦層及び前記グリッド層が金を主成分としており、
前記赤色光について設けられる前記偏光変換素子において、前記所定の深さが110nm以上130nm以下の範囲であり、
前記緑色光について設けられる前記偏光変換素子において、前記所定の深さが75nm以上115nm以下の範囲であり、
前記垂直面において、当該垂直面に対して仰角45°の角度を成し前記一方向に直交する方向に対して50°以上60°以下の範囲の角度を成す方向から前記第2光成分が入射するように、前記偏光変換部材が配置されている
ことを特徴とする請求項5に記載の投射型表示装置。 - 前記偏光分離部が、ワイヤーグリッド偏光板である
ことを特徴とする請求項1乃至請求項8のうちいずれか一項に記載の投射型表示装置。
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