JP3350636B2 - 単一偏光変換素子及びそれを用いた投射型表示装置 - Google Patents
単一偏光変換素子及びそれを用いた投射型表示装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、不定偏光である自
然光を、単一偏光に変換する光学素子及びそれを用いた
投射型表示装置に関する。
然光を、単一偏光に変換する光学素子及びそれを用いた
投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光源からの自然光を単一偏光に変換する
光学素子は、例えば、液晶プロジェクタなどへ利用でき
ることが知られている。一般に液晶プロジェクタにおい
ては、光源からの光を液晶パネルに照射し、液晶パネル
で光を画像変調し、それを投射レンズによりスクリーン
上に結像させる。液晶パネルにおける変調を行なうため
に該液晶パネルへの入射光は直線偏光に変換した光を利
用する。この直線偏光への変換は、一般的には偏光板を
用いて行なわれるが、この場合、自然光を発する光源か
ら出射した光は液晶パネルの入射側にある偏光板のため
に、実際には光の５０％が偏光板に吸収されてしまい、
明るさの損失となる。また、偏光板に吸収された光は熱
になるため、偏光板の温度上昇も生じる。このような問
題を避けるために、偏光ビームスプリッターやコレステ
リック液晶などを用いて、自然光を２つの偏光成分に分
離し、偏光状態と光の進行方向を合わせた後、再度合成
する偏光変換素子が考えられている。このような偏光変
換素子をコレステリック液晶を用いて実現する従来例と
しては、例えば、代表的には特開平３−４５９０６号公
報に記載されているような光学系が考えられている。
光学素子は、例えば、液晶プロジェクタなどへ利用でき
ることが知られている。一般に液晶プロジェクタにおい
ては、光源からの光を液晶パネルに照射し、液晶パネル
で光を画像変調し、それを投射レンズによりスクリーン
上に結像させる。液晶パネルにおける変調を行なうため
に該液晶パネルへの入射光は直線偏光に変換した光を利
用する。この直線偏光への変換は、一般的には偏光板を
用いて行なわれるが、この場合、自然光を発する光源か
ら出射した光は液晶パネルの入射側にある偏光板のため
に、実際には光の５０％が偏光板に吸収されてしまい、
明るさの損失となる。また、偏光板に吸収された光は熱
になるため、偏光板の温度上昇も生じる。このような問
題を避けるために、偏光ビームスプリッターやコレステ
リック液晶などを用いて、自然光を２つの偏光成分に分
離し、偏光状態と光の進行方向を合わせた後、再度合成
する偏光変換素子が考えられている。このような偏光変
換素子をコレステリック液晶を用いて実現する従来例と
しては、例えば、代表的には特開平３−４５９０６号公
報に記載されているような光学系が考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
コレステリック液晶を用いた偏光変換素子には、以下の
ような問題があった。コレステリック液晶は、選択波長
域において入射した自然光の内ある回転方向の円偏光を
選択反射する特性があるが、この特性は垂直入射時に最
も顕著に現れ、角度のついた入射時には必ずしもその特
性は完全に発揮されない。従って、上記の特開平３−４
５９０６号公報に示される請求項６の発明等のように光
束がコレステリック液晶に対して４５°で入射している
ような場合は、コレステリック液晶の特性が十分に引き
出せなくなり、偏光の変換による利用効率はさほど大き
くならない。また、同じく特開平３−４５９０６号公報
における請求項２〜５の発明にあるような、光束を分離
したあと一旦ランプリフレクターに帰還させる光学系で
は、光束はコレステリック液晶にほぼ垂直に入射してお
りコレステリック液晶の特性を有効に扱えるが、コレス
テリック液晶を反射した光は、現実にはランプの封体の
ガラスによる反射，拡散や光源光の角度広がりなどによ
り反射光路を乱されて、ランプリフレクターにより有効
に反射されて再度コレステリック液晶に帰還する光はわ
ずかとなりその効果は少ない。
コレステリック液晶を用いた偏光変換素子には、以下の
ような問題があった。コレステリック液晶は、選択波長
域において入射した自然光の内ある回転方向の円偏光を
選択反射する特性があるが、この特性は垂直入射時に最
も顕著に現れ、角度のついた入射時には必ずしもその特
性は完全に発揮されない。従って、上記の特開平３−４
５９０６号公報に示される請求項６の発明等のように光
束がコレステリック液晶に対して４５°で入射している
ような場合は、コレステリック液晶の特性が十分に引き
出せなくなり、偏光の変換による利用効率はさほど大き
くならない。また、同じく特開平３−４５９０６号公報
における請求項２〜５の発明にあるような、光束を分離
したあと一旦ランプリフレクターに帰還させる光学系で
は、光束はコレステリック液晶にほぼ垂直に入射してお
りコレステリック液晶の特性を有効に扱えるが、コレス
テリック液晶を反射した光は、現実にはランプの封体の
ガラスによる反射，拡散や光源光の角度広がりなどによ
り反射光路を乱されて、ランプリフレクターにより有効
に反射されて再度コレステリック液晶に帰還する光はわ
ずかとなりその効果は少ない。
【０００４】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたもので、損失光が少なく高い精度で単一の回転方向
を有する円偏光を取り出す単一偏光変換素子とそれを用
いた投射型表示装置を提供することをその解決すべき課
題とする。
れたもので、損失光が少なく高い精度で単一の回転方向
を有する円偏光を取り出す単一偏光変換素子とそれを用
いた投射型表示装置を提供することをその解決すべき課
題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、右回
転円偏光と左回転円偏光のいずれか一方を反射し他方を
透過するコレステリック液晶層と、第１の反射光学素子
をアレイ状に複数配列してなる第１の反射光学素子アレ
イと、第２の反射光学素子をアレイ状に複数配列してな
る第２の反射光学素子アレイとを備える単一偏光変換素
子であって、前記第１の反射光学素子アレイは、該単一
偏光変換素子に入射する自然光の一部を反射させ、ここ
で反射されない残部を通過させることにより該自然光を
２方向へ進む光とし、該２方向へ進む光がそれぞれ異な
る第１及び第２の角度で前記コレステリック液晶層に入
射するように配設され、前記第２の反射光学素子アレイ
は、前記第１及び第２の角度で前記コレステリック液晶
層に入射するそれぞれの光のうち、前記コレステリック
液晶層で反射した円偏光の回転方向を逆にし、前記コレ
ステリック液晶層で反射したそれぞれの光が前記コレス
テリック液晶層に対し前記第１及び第２の角度で再び入
射するように配設することにより、前記第１及び第２の
反射光学素子のそれぞれに作用し、前記コレステリック
液晶層を透過した光が同一の回転方向の円偏光でかつ異
なる２方向に別れて進む光となるようにしたことを特徴
とし、入射光の損失なく得られた回転方向が同一である
円偏光を位相差板を透過させることにより、液晶パネル
表示装置や液晶プロジェクタに用いて好適な直線偏光が
得られるものであり、また、所定の角度をもって２方向
に出射した光は、液晶パネルへ適用した場合にも効率の
良い照明が可能となるようにしたものである。
転円偏光と左回転円偏光のいずれか一方を反射し他方を
透過するコレステリック液晶層と、第１の反射光学素子
をアレイ状に複数配列してなる第１の反射光学素子アレ
イと、第２の反射光学素子をアレイ状に複数配列してな
る第２の反射光学素子アレイとを備える単一偏光変換素
子であって、前記第１の反射光学素子アレイは、該単一
偏光変換素子に入射する自然光の一部を反射させ、ここ
で反射されない残部を通過させることにより該自然光を
２方向へ進む光とし、該２方向へ進む光がそれぞれ異な
る第１及び第２の角度で前記コレステリック液晶層に入
射するように配設され、前記第２の反射光学素子アレイ
は、前記第１及び第２の角度で前記コレステリック液晶
層に入射するそれぞれの光のうち、前記コレステリック
液晶層で反射した円偏光の回転方向を逆にし、前記コレ
ステリック液晶層で反射したそれぞれの光が前記コレス
テリック液晶層に対し前記第１及び第２の角度で再び入
射するように配設することにより、前記第１及び第２の
反射光学素子のそれぞれに作用し、前記コレステリック
液晶層を透過した光が同一の回転方向の円偏光でかつ異
なる２方向に別れて進む光となるようにしたことを特徴
とし、入射光の損失なく得られた回転方向が同一である
円偏光を位相差板を透過させることにより、液晶パネル
表示装置や液晶プロジェクタに用いて好適な直線偏光が
得られるものであり、また、所定の角度をもって２方向
に出射した光は、液晶パネルへ適用した場合にも効率の
良い照明が可能となるようにしたものである。
【０００６】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記第１の反射光学素子アレイと、前記第２の反射
光学素子アレイと、前記コレステリック液晶層とをガラ
スを用いて一体化してなるようにしたことを特徴とし、
ガラスの屈折効果を利用して、コレステリック液晶層に
対して小さな入射角度で入射させることが可能となるよ
うにしたものである。
て、前記第１の反射光学素子アレイと、前記第２の反射
光学素子アレイと、前記コレステリック液晶層とをガラ
スを用いて一体化してなるようにしたことを特徴とし、
ガラスの屈折効果を利用して、コレステリック液晶層に
対して小さな入射角度で入射させることが可能となるよ
うにしたものである。
【０００７】請求項３の発明は、請求項１または２の発
明において、ガラスブロックに前記第１の反射光学素子
と前記第２の反射光学素子とを設けてなる反射光学素子
ブロックをアレイ状に配列してなる反射光学素子ブロッ
クアレイと、ガラスに前記コレステリック液晶層を設け
てなるコレステリック液晶ガラス部とを組み合わせてな
るようにしたことを特徴とし、ガラスを用いた単一偏光
変換素子のより具体的な構成が与えられるようにしたも
のである。
明において、ガラスブロックに前記第１の反射光学素子
と前記第２の反射光学素子とを設けてなる反射光学素子
ブロックをアレイ状に配列してなる反射光学素子ブロッ
クアレイと、ガラスに前記コレステリック液晶層を設け
てなるコレステリック液晶ガラス部とを組み合わせてな
るようにしたことを特徴とし、ガラスを用いた単一偏光
変換素子のより具体的な構成が与えられるようにしたも
のである。
【０００８】請求項４の発明は、光源と、請求項１ない
し３いずれか１に記載の単一偏光変換素子と、該単一偏
光変換素子を出射した円偏光を直線偏光に変換する位相
差板と、該直線偏光を変調する透過型ライトバルブと、
該変調した光を投射する投射光学手段とを備えることを
特徴とし、液晶パネルの備える入射偏光板による約５０
％の光量損失をなくし、光利用効率の高い投射型液晶表
示装置が得られるようにしたものである。
し３いずれか１に記載の単一偏光変換素子と、該単一偏
光変換素子を出射した円偏光を直線偏光に変換する位相
差板と、該直線偏光を変調する透過型ライトバルブと、
該変調した光を投射する投射光学手段とを備えることを
特徴とし、液晶パネルの備える入射偏光板による約５０
％の光量損失をなくし、光利用効率の高い投射型液晶表
示装置が得られるようにしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】光源からの自然光を単一偏光に変
換する光学素子において、第１の反射光学素子とコレス
テリック液晶と第２の反射光学素子を用いた発明であ
る。請求項１の発明は、光源から自然光を２つの角度に
分離する反射手段（第１の反射光学素子）と、それぞれ
の角度に分離された自然光をさらに２つの円偏光成分に
分離する機能を持つコレステリック液晶と、コレステリ
ック液晶で反射した光の偏光状態及び光の進行方向を、
透過した光に合わせる機能を持つ反射光学素子（第２の
反射光学素子）を具備するようにしたものである。請求
項２及び３の発明は、請求項１の発明の第１，第２の反
射光学素子，及びコレステリック液晶をガラスブロック
等を用いて組み合わせてもしくは一体化してなるように
したものである。
換する光学素子において、第１の反射光学素子とコレス
テリック液晶と第２の反射光学素子を用いた発明であ
る。請求項１の発明は、光源から自然光を２つの角度に
分離する反射手段（第１の反射光学素子）と、それぞれ
の角度に分離された自然光をさらに２つの円偏光成分に
分離する機能を持つコレステリック液晶と、コレステリ
ック液晶で反射した光の偏光状態及び光の進行方向を、
透過した光に合わせる機能を持つ反射光学素子（第２の
反射光学素子）を具備するようにしたものである。請求
項２及び３の発明は、請求項１の発明の第１，第２の反
射光学素子，及びコレステリック液晶をガラスブロック
等を用いて組み合わせてもしくは一体化してなるように
したものである。
【００１０】請求項３の発明は、自然光である白色光源
と、その光源光の有する２つの偏光成分の内の１つの偏
光成分のみを変調し、他の偏光成分は遮断する透過型ラ
イトバルブと、その変調された光を投射する投射型表示
装置に、請求項１ないし３のいずれかに記載の単一偏光
変換素子と、円偏光を直線偏光に変換する位相差板を具
備するようにしたものである。
と、その光源光の有する２つの偏光成分の内の１つの偏
光成分のみを変調し、他の偏光成分は遮断する透過型ラ
イトバルブと、その変調された光を投射する投射型表示
装置に、請求項１ないし３のいずれかに記載の単一偏光
変換素子と、円偏光を直線偏光に変換する位相差板を具
備するようにしたものである。
【００１１】以下に、本発明による単一偏光変換素子及
びそれを用いた投射型表示装置の実施例を添付された図
面を参照して具体的に説明する。なお実施例を説明する
ための全図において同一の作用をする部分には同一の符
号を付けその繰り返しの説明は省略する。図１は、本発
明による単一偏光変換素子の一実施例を説明するための
素子断面構成と光路とを概念的に示した図で、図中、１
はコレステリック液晶ガラス部、２は入射ミラーガラス
部、ｃｄはコレステリック液晶ガラス部の厚さ、ｍｄは
入射ミラーガラス部の厚さ、ｍｌは第２の蒸着ミラー部
の長さである。図２は、コレステリック液晶と反射光学
素子との組み合わせによる光の回転方向の変換作用の一
例を概念的に示す図で、図中、３はコレステリック液
晶、４は第１の反射光学素子、５は第２の反射光学素
子、６は第３の反射光学素子（第２の反射光学素子と同
一のものであるがここでは便宜上第３の反射光学素子と
する）、Ｐはコレステリック液晶の垂線である。図３
は、図１に示す入射ミラーガラス部の構成を説明するた
めの図で、図中、７はミラーガラスブロック、８は第１
の蒸着ミラー部、９は第２の蒸着ミラー部である。
びそれを用いた投射型表示装置の実施例を添付された図
面を参照して具体的に説明する。なお実施例を説明する
ための全図において同一の作用をする部分には同一の符
号を付けその繰り返しの説明は省略する。図１は、本発
明による単一偏光変換素子の一実施例を説明するための
素子断面構成と光路とを概念的に示した図で、図中、１
はコレステリック液晶ガラス部、２は入射ミラーガラス
部、ｃｄはコレステリック液晶ガラス部の厚さ、ｍｄは
入射ミラーガラス部の厚さ、ｍｌは第２の蒸着ミラー部
の長さである。図２は、コレステリック液晶と反射光学
素子との組み合わせによる光の回転方向の変換作用の一
例を概念的に示す図で、図中、３はコレステリック液
晶、４は第１の反射光学素子、５は第２の反射光学素
子、６は第３の反射光学素子（第２の反射光学素子と同
一のものであるがここでは便宜上第３の反射光学素子と
する）、Ｐはコレステリック液晶の垂線である。図３
は、図１に示す入射ミラーガラス部の構成を説明するた
めの図で、図中、７はミラーガラスブロック、８は第１
の蒸着ミラー部、９は第２の蒸着ミラー部である。
【００１２】まず、コレステリック液晶による単一偏光
変換の原理について説明する。コレステリック液晶は自
然光を２つの円偏光成分に分離することが知られてい
る。すなわち、自然光は右回転と左回転の円偏光を合成
したものであるが、その自然光がコレステリック液晶に
入射したとき、例えば、右回転の円偏光成分を透過する
特性を持つコレステリック液晶では左回転の円偏光成分
は反射する。従って、コレステリック液晶を透過した光
は同一方向の円偏光成分の光である。
変換の原理について説明する。コレステリック液晶は自
然光を２つの円偏光成分に分離することが知られてい
る。すなわち、自然光は右回転と左回転の円偏光を合成
したものであるが、その自然光がコレステリック液晶に
入射したとき、例えば、右回転の円偏光成分を透過する
特性を持つコレステリック液晶では左回転の円偏光成分
は反射する。従って、コレステリック液晶を透過した光
は同一方向の円偏光成分の光である。
【００１３】一方、コレステリック液晶で反射した光を
再度反射光学素子によって反射させると円偏光はその回
転方向が１８０°変化する。従って、反射光学素子で反
射した光は、今度はコレステリック液晶を透過する回転
方向となり、それをコレステリック液晶に入射させると
コレステリック液晶を透過する。このようにしてコレス
テリック液晶に自然光を入射させるとコレステリック液
晶を透過した光はその回転方向が同一の光となる。
再度反射光学素子によって反射させると円偏光はその回
転方向が１８０°変化する。従って、反射光学素子で反
射した光は、今度はコレステリック液晶を透過する回転
方向となり、それをコレステリック液晶に入射させると
コレステリック液晶を透過する。このようにしてコレス
テリック液晶に自然光を入射させるとコレステリック液
晶を透過した光はその回転方向が同一の光となる。
【００１４】このようなコレステリック液晶の特性と反
射光学素子により同一の回転方向の光に変換させる作用
について図２を参照して説明する。コレステリック液晶
の垂線Ｐに対して、θの角度で入射する入射光線１ＬＲ
及び２ＬＲは第１の反射光学素子４，第２の反射光学素
子５，及び第３の反射光学素子６に遮られることなくコ
レステリック液晶３に到達する。ここで、このコレステ
リック液晶３は右回転の円偏光成分を透過し、左回転の
円偏光成分を反射する特性を持つものとする。従って、
入射光線１ＬＲ及び２ＬＲは右回転の円偏光成分が透過
することになる。これを１−Ｒ，２−Ｒとする。
射光学素子により同一の回転方向の光に変換させる作用
について図２を参照して説明する。コレステリック液晶
の垂線Ｐに対して、θの角度で入射する入射光線１ＬＲ
及び２ＬＲは第１の反射光学素子４，第２の反射光学素
子５，及び第３の反射光学素子６に遮られることなくコ
レステリック液晶３に到達する。ここで、このコレステ
リック液晶３は右回転の円偏光成分を透過し、左回転の
円偏光成分を反射する特性を持つものとする。従って、
入射光線１ＬＲ及び２ＬＲは右回転の円偏光成分が透過
することになる。これを１−Ｒ，２−Ｒとする。
【００１５】入射光線１ＬＲ及び２ＬＲのうち左回転の
円偏光成分は、コレステリック液晶３で反射され第２の
反射光学素子５に向かい、反射することにより右回転の
円偏光となる。第２の反射光学素子５により反射した光
は再度コレステリック液晶３に到達するが、このとき既
に右回転の円偏光となっているため今度はコレステリッ
ク液晶３を透過する。これを１Ｌ−Ｒ，２Ｌ−Ｒとす
る。
円偏光成分は、コレステリック液晶３で反射され第２の
反射光学素子５に向かい、反射することにより右回転の
円偏光となる。第２の反射光学素子５により反射した光
は再度コレステリック液晶３に到達するが、このとき既
に右回転の円偏光となっているため今度はコレステリッ
ク液晶３を透過する。これを１Ｌ−Ｒ，２Ｌ−Ｒとす
る。
【００１６】一方入射光線２′ＬＲ及び３ＬＲは、第１
の反射光学素子４によってθの角度で反射して、コレス
テリック液晶３に到達する。入射光線２′ＬＲ及び３Ｌ
Ｒの右回転の円偏光成分が透過し、２′−Ｒ，３−Ｒと
なる。入射光線２′ＬＲ及び３ＬＲの左回転の円偏光成
分は、コレステリック液晶３で反射されて第３の反射光
学素子６に向かい、反射することにより右回転の円偏光
となる。第３の反射光学素子６により反射した光は再度
コレステリック液晶３に到達するが、このとき既に右回
転の円偏光となっているため今度はコレステリック液晶
３を透過する。これを２′Ｌ−Ｒ，３Ｌ−Ｒとする。こ
れにより、θの角度で入射した１ＬＲ，２ＬＲ，２′Ｌ
Ｒ，３ＬＲの光は、２θの角度の広がりで全て右回転の
円偏光としてコレステリック液晶３を出射することにな
る。
の反射光学素子４によってθの角度で反射して、コレス
テリック液晶３に到達する。入射光線２′ＬＲ及び３Ｌ
Ｒの右回転の円偏光成分が透過し、２′−Ｒ，３−Ｒと
なる。入射光線２′ＬＲ及び３ＬＲの左回転の円偏光成
分は、コレステリック液晶３で反射されて第３の反射光
学素子６に向かい、反射することにより右回転の円偏光
となる。第３の反射光学素子６により反射した光は再度
コレステリック液晶３に到達するが、このとき既に右回
転の円偏光となっているため今度はコレステリック液晶
３を透過する。これを２′Ｌ−Ｒ，３Ｌ−Ｒとする。こ
れにより、θの角度で入射した１ＬＲ，２ＬＲ，２′Ｌ
Ｒ，３ＬＲの光は、２θの角度の広がりで全て右回転の
円偏光としてコレステリック液晶３を出射することにな
る。
【００１７】図１ないし図３を参照して本発明の一実施
例を説明する。入射ミラーガラス部２は、図３に示すよ
うなミラーガラスブロック７が複数段に積み重ねられた
構成を有する。このミラーガラスブロック７は、図２に
示す第１の反射光学素子４に相当する第１の蒸着ミラー
部８と、第２の反射光学素子５に相当する第２の蒸着ミ
ラー部９とが設けられてなるものである。このように積
み重ねられたミラーガラスブロック７として考えると図
２における第３の反射光学素子６は、ひとつ上に積み重
ねられたミラーガラスブロック７の第２の蒸着ミラー部
９がその機能を果たすことになる。従って、一つのミラ
ーガラスブロック７で考えると第２の反射光学素子５は
ひとつで２つの機能をもつことになる。図２におけるコ
レステリック液晶ガラス部１は、コレステリック液晶３
を塗布等によって設けたガラス部材よりなるものであ
る。この２つのガラス部１，２を重ね合わせたものが本
発明の実施例である。
例を説明する。入射ミラーガラス部２は、図３に示すよ
うなミラーガラスブロック７が複数段に積み重ねられた
構成を有する。このミラーガラスブロック７は、図２に
示す第１の反射光学素子４に相当する第１の蒸着ミラー
部８と、第２の反射光学素子５に相当する第２の蒸着ミ
ラー部９とが設けられてなるものである。このように積
み重ねられたミラーガラスブロック７として考えると図
２における第３の反射光学素子６は、ひとつ上に積み重
ねられたミラーガラスブロック７の第２の蒸着ミラー部
９がその機能を果たすことになる。従って、一つのミラ
ーガラスブロック７で考えると第２の反射光学素子５は
ひとつで２つの機能をもつことになる。図２におけるコ
レステリック液晶ガラス部１は、コレステリック液晶３
を塗布等によって設けたガラス部材よりなるものであ
る。この２つのガラス部１，２を重ね合わせたものが本
発明の実施例である。
【００１８】今、θ0の分離角で同一回転方向の円偏光
を取り出す場合を考えてみる。ガラスの屈折率は入射ミ
ラーガラス部２に使用するガラス，及びコレステリック
液晶ガラス部１に使用するガラスともｎ1とする。ま
ず、入射角は、途中ガラスの屈折率の影響を受けるもの
の、ガラスから再度空気中へ出射するときに屈折するた
めに、結局は出射分離角θ0の半分であることがわか
る。従って、 θi＝θ0／２ となる。
を取り出す場合を考えてみる。ガラスの屈折率は入射ミ
ラーガラス部２に使用するガラス，及びコレステリック
液晶ガラス部１に使用するガラスともｎ1とする。ま
ず、入射角は、途中ガラスの屈折率の影響を受けるもの
の、ガラスから再度空気中へ出射するときに屈折するた
めに、結局は出射分離角θ0の半分であることがわか
る。従って、 θi＝θ0／２ となる。
【００１９】入射側の屈折率をｎ0（ここでは空気中と
してｎ0＝１とする）、ガラスの屈折率をｎ1，コレステ
リック液晶ガラス部１の厚みをｃｄ，入射ミラーガラス
部２（ミラーガラスブロック）の厚みをｍｄ，第２の蒸
着ミラー部９の長さをｍｌとしてそれぞれの寸法関係を
考える。まず、ガラス内部での入射角度はガラスの屈折
により、 θj＝ｓｉｎ-1（ｎ0 ｓｉｎθi／ｎ1） となる。ミラーガラスブロックの厚みｍｄは、 ｍｄ＝ｍｌ／ｔａｎθj 第２の蒸着ミラー部９の長さｍｌは、 ｍｌ＝２ｃｄ・ｔａｎθj これにより、ミラーガラスブロックの厚みｍｄとコレス
テリック液晶ガラス部の厚みｃｄは、 ｍｄ＝２ｃｄ の関係となっていることがわかる。
してｎ0＝１とする）、ガラスの屈折率をｎ1，コレステ
リック液晶ガラス部１の厚みをｃｄ，入射ミラーガラス
部２（ミラーガラスブロック）の厚みをｍｄ，第２の蒸
着ミラー部９の長さをｍｌとしてそれぞれの寸法関係を
考える。まず、ガラス内部での入射角度はガラスの屈折
により、 θj＝ｓｉｎ-1（ｎ0 ｓｉｎθi／ｎ1） となる。ミラーガラスブロックの厚みｍｄは、 ｍｄ＝ｍｌ／ｔａｎθj 第２の蒸着ミラー部９の長さｍｌは、 ｍｌ＝２ｃｄ・ｔａｎθj これにより、ミラーガラスブロックの厚みｍｄとコレス
テリック液晶ガラス部の厚みｃｄは、 ｍｄ＝２ｃｄ の関係となっていることがわかる。
【００２０】ここで仮に出射分離角θ0を１６°とし、
コレステリック液晶ガラス部の厚みｃｄを１.６ｍｍと
すると、入射角θiは８°でこのときガラス内部におけ
る入射角度θjは５.２５°となり、ミラーガラスブロッ
クの厚みｍｄは３.２ｍｍ、第２の蒸着ミラー部の長さ
ｍｌは０.２９４ｍｍとなることがわかる。このときコ
レステリック液晶ガラス部１への入射角度は、ガラス内
部での入射角度θjで５.２５°となり、コレステリック
液晶３の特性を十分に引き出せる小さい入射角度であ
る。
コレステリック液晶ガラス部の厚みｃｄを１.６ｍｍと
すると、入射角θiは８°でこのときガラス内部におけ
る入射角度θjは５.２５°となり、ミラーガラスブロッ
クの厚みｍｄは３.２ｍｍ、第２の蒸着ミラー部の長さ
ｍｌは０.２９４ｍｍとなることがわかる。このときコ
レステリック液晶ガラス部１への入射角度は、ガラス内
部での入射角度θjで５.２５°となり、コレステリック
液晶３の特性を十分に引き出せる小さい入射角度であ
る。
【００２１】図４は、本発明による単一偏光変換素子を
液晶プロジェクタに利用する際の液晶パネルの一例の構
成とそのときの光路を概念的に示す図で、図中、１０は
マイクロレンズアレイ、１１は液晶部、１２は画素を構
成する開口部である。前述の単一偏光変換素子により２
つの角度に分離された光は、マイクロレンズアレイ１０
によって画素開口部１２へと集光される。図４からもわ
かるように１つの画素にはそれぞれの方向からきた光が
入射することになる。これは、各画素が２方向から照明
されることを意味し、今までは１方向からのみの光で照
明していたことを考えると、その効率は２倍となる。も
ちろんマイクロレンズがなくても２方向から照明される
ことには変わりがないためマイクロレンズがない液晶パ
ネルへの応用も有効である。
液晶プロジェクタに利用する際の液晶パネルの一例の構
成とそのときの光路を概念的に示す図で、図中、１０は
マイクロレンズアレイ、１１は液晶部、１２は画素を構
成する開口部である。前述の単一偏光変換素子により２
つの角度に分離された光は、マイクロレンズアレイ１０
によって画素開口部１２へと集光される。図４からもわ
かるように１つの画素にはそれぞれの方向からきた光が
入射することになる。これは、各画素が２方向から照明
されることを意味し、今までは１方向からのみの光で照
明していたことを考えると、その効率は２倍となる。も
ちろんマイクロレンズがなくても２方向から照明される
ことには変わりがないためマイクロレンズがない液晶パ
ネルへの応用も有効である。
【００２２】図５は、単一偏光変換素子と液晶パネルを
用いた液晶プロジェクタの構成の一例を概念的に示す図
で、図中、１３は光源の光を平行にするパラボラリフレ
クター、１４は本発明の単一偏光変換素子、１５はλ／
４位相板、１６は入射偏光板、１７は液晶パネル、１８
は出射偏光板、１９は投影レンズである。単一偏光変換
素子１４に入射した光は同一回転方向の２方向への光と
なって出射し、λ／４位相板１５により円偏光が直線偏
光となって液晶パネル１７に到達する。入射偏光板１６
は、直線偏光度を更に高めるためのものである。液晶パ
ネル１７により画像変調された光は出射偏光板１８によ
り画像の明暗に対応して光を透過あるいは遮断する。そ
して投影レンズによりスクリーン上に画像を結像する。
用いた液晶プロジェクタの構成の一例を概念的に示す図
で、図中、１３は光源の光を平行にするパラボラリフレ
クター、１４は本発明の単一偏光変換素子、１５はλ／
４位相板、１６は入射偏光板、１７は液晶パネル、１８
は出射偏光板、１９は投影レンズである。単一偏光変換
素子１４に入射した光は同一回転方向の２方向への光と
なって出射し、λ／４位相板１５により円偏光が直線偏
光となって液晶パネル１７に到達する。入射偏光板１６
は、直線偏光度を更に高めるためのものである。液晶パ
ネル１７により画像変調された光は出射偏光板１８によ
り画像の明暗に対応して光を透過あるいは遮断する。そ
して投影レンズによりスクリーン上に画像を結像する。
【００２３】
【発明の効果】請求項１の効果：液晶パネル表示装置や
液晶プロジェクタに好適に使用できる単一偏光変換素子
が得られる。すなわち、回転方向が同一である円偏光の
みを入射光の損失なく得られるため、例えば、位相差板
と組み合わせることにより、直線偏光が得られる。ま
た、単一偏光変換素子からの出射光は、所定の角度をも
って２方向に出射するので、液晶パネルへ適用した場合
にも効率の良い照明が可能となる。
液晶プロジェクタに好適に使用できる単一偏光変換素子
が得られる。すなわち、回転方向が同一である円偏光の
みを入射光の損失なく得られるため、例えば、位相差板
と組み合わせることにより、直線偏光が得られる。ま
た、単一偏光変換素子からの出射光は、所定の角度をも
って２方向に出射するので、液晶パネルへ適用した場合
にも効率の良い照明が可能となる。
【００２４】請求項２の効果：請求項１の効果に加え
て、ガラスを用いて単一偏光変換素子を構成することに
より、ガラスの屈折効果を利用して、コレステリック液
晶層に対して小さな入射角度で入射させることが可能と
なる。
て、ガラスを用いて単一偏光変換素子を構成することに
より、ガラスの屈折効果を利用して、コレステリック液
晶層に対して小さな入射角度で入射させることが可能と
なる。
【００２５】請求項３の効果：請求項１または２の効果
に加えて、ガラスを用いた単一偏光変換素子のより具体
的な構成が与えられる。
に加えて、ガラスを用いた単一偏光変換素子のより具体
的な構成が与えられる。
【００２６】請求項４の効果：液晶パネルの備える入射
偏光板による約５０％の光量損失をなくし、光利用効率
の高い投射型液晶表示装置が得られる。
偏光板による約５０％の光量損失をなくし、光利用効率
の高い投射型液晶表示装置が得られる。
【図１】本発明による単一偏光変換素子の実施例を説明
するための素子断面構成と光路とを概念的に示した図で
ある。
するための素子断面構成と光路とを概念的に示した図で
ある。
【図２】コレステリック液晶と反射光学素子との組み合
わせによる光の回転方向の変換作用の一例を概念的に示
す図である。
わせによる光の回転方向の変換作用の一例を概念的に示
す図である。
【図３】図１に示す入射ミラーガラス部の構成を説明す
るための図である。
るための図である。
【図４】本発明による単一偏光変換素子を液晶プロジェ
クターに利用する際の液晶パネルの一例の構成とそのと
きの光路を概念的に示す図である。
クターに利用する際の液晶パネルの一例の構成とそのと
きの光路を概念的に示す図である。
【図５】単一偏光変換素子と液晶パネルを用いた液晶プ
ロジェクターの構成の一例を概念的に示す図である。
ロジェクターの構成の一例を概念的に示す図である。
１…コレステリック液晶ガラス部、２…入射ミラーガラ
ス部、３…コレステリック液晶、４…第１の反射光学素
子、５…第２の反射光学素子、６…第３の反射光学素
子、７…ミラーガラスブロック、８…第１の蒸着ミラー
部、９…第２の蒸着ミラー部、１０…マイクロレンズア
レイ、１１…液晶部、１２…画素を構成する開口部、１
３…光源の光を平行にするパラボラリフレクター、１４
…本発明の単一偏光変換素子、１５…λ／４位相板、１
６…入射偏光板、１７…液晶パネル、１８…出射偏光
板、１９…投影レンズ、ｃｄ…コレステリック液晶ガラ
ス部の厚さ、ｍｄ…入射ミラーガラス部の厚さ、ｍｌ…
第２の蒸着ミラー部の長さ、Ｐ…コレステリック液晶の
垂線。
ス部、３…コレステリック液晶、４…第１の反射光学素
子、５…第２の反射光学素子、６…第３の反射光学素
子、７…ミラーガラスブロック、８…第１の蒸着ミラー
部、９…第２の蒸着ミラー部、１０…マイクロレンズア
レイ、１１…液晶部、１２…画素を構成する開口部、１
３…光源の光を平行にするパラボラリフレクター、１４
…本発明の単一偏光変換素子、１５…λ／４位相板、１
６…入射偏光板、１７…液晶パネル、１８…出射偏光
板、１９…投影レンズ、ｃｄ…コレステリック液晶ガラ
ス部の厚さ、ｍｄ…入射ミラーガラス部の厚さ、ｍｌ…
第２の蒸着ミラー部の長さ、Ｐ…コレステリック液晶の
垂線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 5/30 G02F 1/13 505
Claims (4)
- 【請求項１】 右回転円偏光と左回転円偏光のいずれか
一方を反射し他方を透過するコレステリック液晶層と、
第１の反射光学素子をアレイ状に複数配列してなる第１
の反射光学素子アレイと、第２の反射光学素子をアレイ
状に複数配列してなる第２の反射光学素子アレイとを備
える単一偏光変換素子であって、前記第１の反射光学素
子アレイは、該単一偏光変換素子に入射する自然光の一
部を反射させ、ここで反射されない残部を通過させるこ
とにより該自然光を２方向へ進む光とし、該２方向へ進
む光がそれぞれ異なる第１及び第２の角度で前記コレス
テリック液晶層に入射するように配設され、前記第２の
反射光学素子アレイは、前記第１及び第２の角度で前記
コレステリック液晶層に入射するそれぞれの光のうち、
前記コレステリック液晶層で反射した円偏光の回転方向
を逆にし、前記コレステリック液晶層で反射したそれぞ
れの光が前記コレステリック液晶層に対し前記第１及び
第２の角度で再び入射するように配設することにより、
前記第１及び第２の反射光学素子のそれぞれに作用し、
前記コレステリック液晶層を透過した光が同一の回転方
向の円偏光でかつ異なる２方向に別れて進む光となるよ
うにしたことを特徴とする単一偏光変換素子。 - 【請求項２】 前記第１の反射光学素子アレイと、前記
第２の反射光学素子アレイと、前記コレステリック液晶
層とをガラスを用いて一体化してなるようにしたことを
特徴とする請求項１記載の単一偏光変換素子。 - 【請求項３】 ガラスブロックに前記第１の反射光学素
子と前記第２の反射光学素子とを設けてなる反射光学素
子ブロックをアレイ状に配列してなる反射光学素子ブロ
ックアレイと、ガラスに前記コレステリック液晶層を設
けてなるコレステリック液晶ガラス部とを組み合わせて
なるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載
の単一偏光変換素子。 - 【請求項４】 光源と、請求項１ないし３いずれか１に
記載の単一偏光変換素子と、該単一偏光変換素子を出射
した円偏光を直線偏光に変換する位相差板と、該直線偏
光を変調する透過型ライトバルブと、該変調した光を投
射する投射光学手段とを備えることを特徴とする投射型
表示装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07162797A JP3350636B2 (ja) | 1997-03-25 | 1997-03-25 | 単一偏光変換素子及びそれを用いた投射型表示装置 |
| PCT/JP1998/001136 WO1998043225A2 (en) | 1997-03-25 | 1998-03-18 | Optical device for polarization conversion and projection display using said device |
| AU64183/98A AU6418398A (en) | 1997-03-25 | 1998-03-18 | A polarized-light converting optical system, a polarized-light converting elemental device, polarized-light converting elemental device array and projection-type display device using any one of those components |
| US09/045,306 US6038054A (en) | 1997-03-25 | 1998-03-20 | Polarized-light converting elemental device having cholesteric crystal layer |
| MYPI98001278A MY120730A (en) | 1997-03-25 | 1998-03-24 | A polarized- light converting optical system, a polarized- light converting elemental device, a polarized- light converting elemental device array and a projection- type display device using any one of those components |
| US09/481,759 US6290358B1 (en) | 1997-03-25 | 2000-01-11 | Polarized-light converting optical system, a polarized-light converting elemental device, a polarized-light converting elemental device array and a projection-type display device using any one of those components |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07162797A JP3350636B2 (ja) | 1997-03-25 | 1997-03-25 | 単一偏光変換素子及びそれを用いた投射型表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10268131A JPH10268131A (ja) | 1998-10-09 |
| JP3350636B2 true JP3350636B2 (ja) | 2002-11-25 |
Family
ID=13466090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07162797A Expired - Fee Related JP3350636B2 (ja) | 1997-03-25 | 1997-03-25 | 単一偏光変換素子及びそれを用いた投射型表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3350636B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6266359B1 (en) * | 1999-09-02 | 2001-07-24 | Alphamicron, Inc. | Splicing asymmetric reflective array for combining high power laser beams |
-
1997
- 1997-03-25 JP JP07162797A patent/JP3350636B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10268131A (ja) | 1998-10-09 |
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