JP2018013655A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高輝度長寿命な投射型表示装置を提供すること。
【解決手段】光源からの光を画像情報に応じて色光毎に変調する複数の光変調素子と、複数の該光変調素子で変調された色光を合成する色合成光学手段を有する投射型表示装置において、青帯域の色光を色分離手段を用いて青帯域の長波長側（Ｂ１）と短波長側（Ｂ２）の２帯域に分割し赤，緑，Ｂ１，Ｂ２の計４つの光変調素子で各色光を変調することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、投射型表示装置に関し、特に照明光学系に関する。

従来、投射型表示装置は光源からの白色光束をダイクロイックミラーなど波長域で色分離する素子によって赤，緑，青の３色に分離し、色ごとに３枚の光変調素子を用いて画像情報に応じて変調する３板式のものが知られている。

現在、投射型表示装置はますます高輝度化が求められている。そのような背景の下、光量の増加に伴って起こる、液晶を用いた光変調素子の短寿命化が問題であった。短波長の光線であるほど液晶の寿命に大きな影響を与えるので、特に青帯域の光変調素子の短寿命化が著しかった。

この問題に対し、特許文献１には、青帯域の光束をハーフミラーによって２つに分け、２枚のパネルを用いて変調させるものが開示されている。特許文献２には、青光路に減衰板を配置し光束の一部を遮光するものが開示されている。

特開２００９−４２５０４号公報 特開２００１−２２２００２号公報

しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術では、ハーフミラーを用いて単純に光束を２つに分けるだけなので光変調素子に入射する光束のエネルギーを半分にすることしかできない。また２枚の青帯域の光変調素子のうち片方しか用いない場合、青帯域の明るさが半分になってしまう。

そこで、本発明は、光量を半分にする以上に光変調素子を長寿命化させ、なおかつ明るさもほとんど低下しない投射型表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る投射型表示装置は、
青帯域の色光を色分離手段を用いて青帯域の長波長側（Ｂ１）と短波長側（Ｂ２）の２帯域に分割し、赤，緑，Ｂ１，Ｂ２の計４つの光変調素子で各色光を変調することを特徴とする。

本発明によれば、高輝度かつ長寿命の投射型表示装置を提供することができる。

実施例１における投射型表示装置照明系 実施例２における投射型表示装置照明系 Ｂ１帯域とＢ２帯域の境界波長を変化させた時の光変調素子７Ｂ１の寿命 Ｂ１帯域とＢ２帯域の境界波長を変化させた時の白の色度 Ｂ１帯域とＢ２帯域の境界波長を変化させた時の白の明るさ 代表的な赤，緑，青計３枚の変調素子を用いた投射型表示装置照明系

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図３は代表的な赤，緑，青計３枚の光変調素子を用いた投射型表示装置の照明系の図である。

光源１から射出された光線はインテグレータ光学系２を通過し、ミラー３ａで反射されクロスダイクロイックプリズム４に入射する。

クロスダイクロイックプリズム４は青帯域を反射して赤，緑帯域を透過させる誘電体多層膜と、赤，緑帯域を反射して青帯域を透過させる誘電体多層膜が垂直に交差するようになっている。従って青帯域の光線は図の左側（ミラー３ｂの方向）に反射され、赤，緑帯域の光線は図の右側（ミラー３ｃの方向）に反射される。

クロスダイクロイックプリズム４によって分離された青帯域の光線はミラー３ｂで反射された後、偏光分離素子６Ｂに入射する。偏光分離素子６Ｂを透過した光線は光変調素子７Ｂで映像信号に応じて変調される。光変調素子７Ｂで反射された光線は再び偏光分離素子６Ｂに入射し、変調された光線のみ反射されクロスダイクロイックプリズム８に入射する。

クロスダイクロイックプリズム４によって分離された赤，緑帯域の光線はミラー３ｃで反射された後ダイクロイックミラー５に入射する。ダイクロイックミラー５は緑帯域の光線を反射し、赤帯域の光線を透過する性質を持っている。

ダイクロイックミラー５によって分離された緑帯域の光線は偏光分離素子６Ｇに入射する。偏光分離素子６Ｇを透過した光線は光変調素子７Ｇで映像信号に応じて変調される。光変調素子７Ｇで反射された光線は再び偏光分離素子６Ｇに入射し、変調された光線のみ反射されクロスダイクロイックプリズム８に入射する。

ダイクロイックミラー５によって分離された赤帯域の光線は偏光分離素子６Ｒに入射する。偏光分離素子６Ｒを透過した光線は光変調素子７Ｒで映像信号に応じて変調される。光変調素子７Ｒで反射された光線は再び偏光分離素子６Ｒに入射し、変調された光線のみ反射されクロスダイクロイックプリズム８に入射する。

クロスダイクロイックプリズム８は青帯域を反射して赤，緑帯域を透過させる誘電体多層膜と赤帯域を反射して、緑，青帯域を透過させる誘電体多層膜が垂直に交差するようになっている。このクロスダイクロイックプリズム８によって赤，緑，青の光線が合成され投射レンズ９に入射し投射される。

以下、図１を参照して、本発明の第１の実施例を説明する。

図１においては図３のミラー３ａがダイクロイックミラー１０に変わっている。ダイクロイックミラー１０は青帯域内に半値波長が設定されていて、半値波長より長波長の光線を反射し、半値波長より短波長の光線を透過させる性質を持つ。ここではこの半値波長より長波長の青帯域内の光線をＢ１、半値波長より短波長の光線をＢ２と呼ぶこととする。ダイクロイックミラー１０で反射された光線が辿る光路は図１に対して説明したとおりである。

ダイクロイックミラー１０を透過したＢ２帯域の光線はミラー３ｄによって反射され偏光分離素子６Ｂ２に入射する。偏光分離素子６Ｂ２を透過した光線は光変調素子７Ｂ２で映像信号に応じて変調される。光変調素子７Ｂ２で反射された光線は再び偏光分離素子６Ｂ２に入射し、変調された光線のみ反射され光路長調整のガラスブロック１１を通過後色合成プリズム１２ａに入射する。

色合成プリズム１２ａはＢ２帯域の光線を反射し、赤，緑，Ｂ１帯域の光線を透過させる性質を持っており、ここでＢ２帯域の光線と赤，緑，Ｂ１帯域の光線が合成される。その後合成された光線は投射レンズ９に入射し投射される。

またＢ２光路中に可動式の遮光材１３が配置されており、色再現性を重視したい場合はこの遮光材１３が光路から外れ、Ｂ２光に対応する光変調素子の寿命を重視したい場合は遮光材１３が光路を遮るようになっている。

この遮光材は偏光板であってもよいし、遮光材を配置しなくてもミラー３ｄの向きを変えてＢ２光が光変調素子に入射しないようにすることでも同様のことが実現できる。また、遮光材としてＢ２帯域の光線のみを反射するダイクロイックミラー、またはＢ２帯域の光線のみを吸収するフィルターを用いる場合必ずしもＢ２光路中に配置する必要はなく、色分離前の光路に配置してもよい。

図４はダイクロイックミラー１０の半値波長を４４０ｎｍ，４５０ｎｍ，４６０ｎｍにした場合の光変調素子７Ｂ１の寿命である。

すべての青帯域の波長が光変調素子７Ｂ１に入射する場合の光変調素子７Ｂ１の寿命を１としている。半値波長を長波長側にシフトしていくと寿命が伸びて行くことがわかる。

光変調素子７Ｂ１と光変調素子７Ｂ２の寿命を揃えた場合、青帯域に対応する光変調素子が１枚の場合に比べて各光変調素子への負荷が二分されるので寿命は倍になるが、それ以上寿命を延ばすことはできない。光変調素子７Ｂ１の寿命が光変調素子７Ｂ２の寿命より長くなるようにダイクロイックミラー１０の半値波長を調整することで光変調素子７Ｂ１の寿命をすべての青帯域の波長が入射する場合に比べて倍以上に伸ばすことが可能になる。一方光変調素子７Ｂ２は寿命が短くなってしまうので色再現性が必要とされないときは光変調素子７Ｂ２に光線が入射しないように遮光材１３を光路中に挿入できるようになっている。

図５、６はダイクロイックミラー１０の半値波長が４４０ｎｍ，４５０ｎｍ，４６０ｎｍで光変調素子７Ｂ２に入射する光線を遮った場合の白の色度（ｕ’，ｖ’）の変化量と明るさを比較したものである。

色度の変化量は青帯域全波長を使用したときの色度からのずれ、明るさは青帯域全波長を使用した時を１として表している。白の色度はわずかに変化するが明るさにはほとんど影響しないことがわかる。

以下、図２を参照して、本発明の第２の実施例について説明する。

図２はプリズムタイプの偏光分離素子を用い、１つの偏光分離素子の隣り合う２つの面に異なる波長帯域の光線に対応した光変調素子を配置した照明系の図である。

光源１から射出された光線はインテグレータ光学系２を通過しダイクロイックミラー１４に入射する。ダイクロイックミラー１４は青帯域の光線を反射し、赤，緑帯域の光線を透過させる性質を持つ。

ダイクロイックミラー１４を透過した赤，緑帯域の光線は波長選択性位相板１５ａに入射する。波長選択性位相板１５ａは緑帯域の光線の偏光方向を９０°回転させる性質を持つ。その結果偏光分離素子６ＲＧに入射した赤帯域の光線は偏光分離素子６ＲＧを透過し、緑帯域の光線は反射してそれぞれの帯域の光線に対応した光変調素子７Ｒと７Ｇに入射する。光変調素子で反射された赤，緑帯域の光線は再び偏光分離素子６ＲＧで合成され色合成プリズム１２ｂに入射する。

ダイクロイックミラー１４で反射した青帯域の光線は波長選択性位相板１５ｂに入射する。波長選択性位相板１５ｂは青帯域の短波長側の光線（Ｂ２）の偏光方向を９０°回転させる性質を持つ。その結果、偏光分離素子６Ｂ１Ｂ２に入射したＢ１帯域の光線は偏光分離素子６Ｂ１Ｂ２を透過し、Ｂ２帯域の光線は反射してそれぞれの帯域の光線に対応した光変調素子７Ｂ１と７Ｂ２に入射する。光変調素子で反射された各Ｂ１、Ｂ２帯域の光線は再び偏光分離素子６Ｂ１Ｂ２で合成され色合成プリズム１２ｂに入射する。

ここで波長選択性位相板１５ｂとしてＢ１帯域の光線の偏光方向を９０°回転させる性質のものを使用し、光変調素子７Ｂ１と７Ｂ２の位置を入れ替えてもよい。色合成プリズム１２ｂは赤，緑帯域の光線を反射し、青帯域の光線を透過させる性質を持っており、ここで赤，緑，Ｂ１，Ｂ２の光線が合成される。その後合成された光線は投射レンズ９に入射し投射される。

また偏光分離素子６Ｂ１Ｂ２と光変調素子７Ｂ２の間に可動式の遮光材１３が配置されており、色再現性を重視したい場合はこの遮光材１３が光路から外れ、Ｂ２光に対応する光変調素子の寿命を重視したい場合は遮光材１３が光路を遮るようになっている。この遮光材は偏光板やミラーなどでもよい。また、遮光材としてＢ２帯域の光線のみを反射するダイクロイックミラー、またはＢ２帯域の光線のみを吸収するフィルターを用いる場合必ずしもＢ２光路中に配置する必要はなく、色分離前の光路に配置してもよい。

実施例１では図１のダイクロイクミラー１０の半値波長によって光変調素子７Ｂ１の寿命が変化したが、実施例２では波長選択性位相板１５ｂが作用する境界波長を変化させることで同様のことが言える。よって実施例２においても波長選択性位相板が作用する境界波長を４４０ｎｍ，４５０ｎｍ，４６０ｎｍに設定し、光変調素子７Ｂ２に入射する光線を遮光した場合、図４、５、６のような性能を示す。よって実施例２においても明るさをほとんど低下させずに光変調素子の寿命を延ばすことができる。

また実施例２では青帯域を２光路に分割して光変調素子を４枚にしても光学系が必要とするスペースが増加することがない。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。特に今回代表して反射型の光変調素子の場合を説明したが、透過型の光変調素子を用いた場合でも同様の効果が得られる。

１ 光源、２ インテグレータ光学系、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ ミラー、
４，８ クロスダイクロイックプリズム、５，１０，１４ ダイクロイックミラー、
６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ，６Ｂ１，６Ｂ２，６ＲＧ，６Ｂ１Ｂ２ 偏光分離素子、
７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ，７Ｂ１，７Ｂ２ 光変調素子、９ 投射レンズ、
１１ ガラスブロック、１２ａ，１２ｂ 色合成プリズム、１３ 遮光材、
１５ａ，１５ｂ波長選択性位相板

Claims (14)

1. 光源からの光を画像情報に応じて色光毎に変調する複数の光変調素子と、複数の該光変
   調素子で変調された色光を合成する色合成光学手段を有する投射型表示装置において、
   青帯域の色光を色分離手段を用いて青帯域の長波長側（Ｂ１）と短波長側（Ｂ２）の２帯域に分割し、赤，緑，Ｂ１，Ｂ２の計４つの光変調素子で各色光を変調することを特徴とする投射型表示装置。
2. 前記色分離手段がダイクロイックミラー或いはダイクロイックプリズムであることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 前記色分離手段が波長選択性位相板と偏光分離素子の組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
4. 前記青帯域が４００〜５２０ｎｍ内のいずれかの帯域であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の投射型表示装置。
5. 前記Ｂ２帯域の光線に対応する光変調素子に光線が入射する場合としない場合を切り替えられる手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の投射型表示装置。
6. 前記切り替え手段が遮光材であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の投射型表示装置。
7. 前記切り替え手段が偏光板であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の投射型表示装置。
8. 前記切り替え手段がダイクロイックミラー或いはダイクロイックプリズムであることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の投射型表示装置。
9. 前記切り替え手段がミラーであることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の投射型表示装置。
10. 前記特定色光用光変調素子が液晶ライトバルブであることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の投射型表示装置。
11. 前記特定色光用光変調素子が反射型ライトバルブであることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の投射型表示装置。
12. 前記特定色光用光変調素子が透過型ライトバルブであることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の投射型表示装置。
13. Ｂ１帯域の短波長側の半値波長が４２０ｎｍ〜４７０ｎｍ内のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れか一項に記載の投射型表示装置。
14. 請求項１乃至請求項１３の何れか一項に記載の投射型表示装置を備えることを特徴とする電子機器。