JP3593893B2

JP3593893B2 - カラー液晶プロジェクター

Info

Publication number: JP3593893B2
Application number: JP23927898A
Authority: JP
Inventors: 章隆矢島
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2018-08-25
Also published as: JP2000066139A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源光を色分離手段で互いに異なる波長域をもつ複数の光束に分離し、この分離した光束を単一の液晶装置で変調し、投射光学系で投射するカラー液晶プロジェクターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のカラー液晶プロジェクタとしては、特開平４−６０５３８号が知られている。これは、図６に示されるように、光源１の光が色分離手段であるダイクロイックミラー３Ｒ，３Ｇ，３Ｂで赤，緑，青の３色の光に分離されて単一の液晶装置５に導かれ、液晶装置５において各色の光束毎に変調され、投射レンズ６によって画面７上にカラー画像が投射される構造となっている。
【０００３】
符号２は、平行光形成用のコンデンサレンズ、符号４はマイクロレンズアレイ、符号６はフィールドレンズである。また、符号８，９は、液晶装置５の前後に設けられた偏光子，検光子としての偏光板で、鮮明なカラー画像の形成には不可欠なものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記した偏光板８，９は、Ｐ偏光光またはＳ偏光光の一方を透過し、他方を吸収する、いわゆる吸収型の偏光板である。このため、偏光板８，９（特に入射側偏光板８）の温度が吸収熱のために上がり、偏光特性が低下して画像のコントラストや色純度が低下するおそれがあるという問題があった。また、偏光板８，９の温度上昇を抑えるには、ファン等の冷却手段が必要であった。
【０００５】
本発明は、前記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、偏光板における熱の発生が少なくコントラストや色純度の高い投射画像を形成できるカラー液晶プロジェクターを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
また、本発明に係るカラー液晶プロジェクターにおいては、光源と、前記光源光を互いに異なる波長域をもつ複数の光束に分離する色分離手段と、前記色分離手段により分離された各光束を変調する単一の液晶装置と、前記液晶装置で変調された各光束を画面上に投射する投射光学系とを備えたカラー液晶プロジェクターにおいて、
前記色分離手段を、Ｐ偏光光又はＳ偏光光のいずれか一方を透過させ、かつ他方の互いに異なる所定の波長域を反射する複数の反射型偏光板によって構成するようにした。
【０００７】
色分離手段である反射型偏光板によって分離されたそれぞれの光束は、偏光光として単一の液晶装置に導かれるので、従来のように液晶装置の前後に偏光板を設けるまでもなく、画面に投射合成された画像のコントラストおよび色純度を高めるべく作用する。従って、偏光子，検光子としての吸収型偏光板を液晶装置の光入射側および光出射側に設けなくてもよい。またたとえ偏光子，検光子としての吸収型偏光板を設けたとしても、これらの偏光板に導かれる光の偏光度が高いので、偏光板における発熱量はわずかで、ファン等による冷却手段も不要である。
【０００８】
また、本発明のカラー液晶プロジェクターにおいて、前記液晶装置の光入射側に、前記色分離手段により分離された各色光を液晶装置内の所定の画素電極に導くマイクロレンズアレイを備えるようにすることが望ましい。
【０００９】
色分離手段により分離された各色光は、マイクロレンズアレイの集光作用によって、各色光に対応する画素電極に的確に導かれるので、光の利用効率が向上する。
【００１０】
また、本発明のカラー液晶プロジェクターにおいて、前記色分離手段を、前記光源の光軸上に順次配置した赤，緑，青のそれぞれの光を反射する３枚の反射型偏光板によって構成することが望ましい。
【００１１】
色分離手段は、Ｐ偏光光又はＳ偏光光の互いに異なる所定波長域だけを反射する３枚の反射型偏光板を光軸上に順次配置した簡潔で収容スペースのとられない構成で、プロジェクターのコンパクト化に寄与する。
【００１２】
また、本発明のカラー液晶プロジェクターにおいて、前記液晶装置の光入射側および光出射側に偏光子，検光子としての偏光板を設けることが望ましい。
【００１３】
色分離された光束（偏光光）が偏光子，検光子としての偏光板を透過することで、液晶装置に入射する光束中の偏光度および投射される光束中の偏光度が高められて、画面に投射された画像のコントラストおよび色純度がさらに高いものとなる。また、偏光子，検光子としての偏光板が吸収型であっても、これらの偏光板に導かれる光の偏光度は高く、吸収熱により偏光板の偏光特性が低下するものではない。
【００１４】
また、本発明のカラー液晶プロジェクターにおいて、前記偏光子，検光子としての偏光板を、反射型偏光板で構成することが望ましい。
【００１５】
偏光子，検光子としての反射型偏光板で反射された光は、光源側のリフレクターで再反射されて光源光として有効利用される。
【００１６】
また、本発明のカラー液晶プロジェクターにおいて、前記偏光子，検光子としての偏光板を、前記液晶装置に密着一体化させることが望ましい。
【００１７】
偏光板と液晶装置間に大きな界面領域が介在せず、それだけ光の損失が少なく、明るい画面が得られる。また、偏光板が液晶装置に一体化されているので、それだけプロジェクター構成部品の部品点数が減じ、組み立ても容易となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を、実施例に基づいて説明する。
【００１９】
図１〜図５は、本発明に係るカラー液晶プロジェクターの一実施例を示すもので、図１は本発明の一実施例であるカラー液晶プロジェクターの全体構成図、図２は液晶装置の断面図、図３は同液晶装置の斜視図、図４は色分離手段である３枚の反射型偏光板の透過率特性を示す図、図５は色分離手段である反射型偏光板の構成を説明する拡大斜視図である。
【００２０】
符号１０は、リフレクター１２に光源であるメタルハライドランプ１４を一体化した光源ユニットで、光源ユニット１０の光軸Ｌ上には、Ｐ偏光光を透過し、Ｓ偏光光の赤，緑，青の各波長帯域を反射する色分離手段である反射型偏光板２０（２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ）が配置され、反射型偏光板２０の光反射方向前方には、反射型偏光板２０で分離された各光束を光束毎に変調する単一の液晶装置３０が設けられ、液晶装置３０の前方には、液晶装置３０で変調された各光束を画面６０上に投射する投射光学系５０（フイールドレンズ５２および投射レンズ５４）が配置されており、光源ユニット１０と、反射型偏光板２０と、液晶装置３０と、投射光学系５０によって、カラー液晶プロジェクターが構成されている。
【００２１】
光源であるメタルハライドランプ１４の発光部は、リフレクター１２の焦点位置に設けられており、リフレクター１２での反射光（光源ユニット１０からの出射光）が、光軸Ｌと略平行な光となって反射型偏光板２０に向かう。
【００２２】
反射型偏光板２０（２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ）は、その構成を後に詳細に説明するが、Ｓ偏光光の赤の波長帯を反射する最前部の第１の反射型偏光板２０Ｒと、Ｓ偏光光の緑の波長帯を反射する第２の反射型偏光板２０Ｇと、Ｓ偏光光の緑の波長帯を反射する第３の反射型偏光板２０Ｂの３枚で構成されている。即ち、第１の反射型偏光板２０Ｒは、Ｓ偏光光の赤の波長帯だけを反射し、Ｓ偏光光のその他の帯域およびＰ偏光光のすべての帯域を透過させる特性（図４（ａ）参照）をもつ。また、第１の反射型偏光板２０Ｒの背後に配置される第２の反射型偏光板２０Ｇは、Ｓ偏光光の緑の波長帯だけを反射し、Ｓ偏光光のその他の帯域およびＰ偏光光のすべての帯域を透過させる特性（図４（ｂ）参照）をもつ。さらに、第２の反射型偏光板２０Ｇの背後に配置される第３の反射型偏光板２０Ｂは、Ｓ偏光光の青の波長帯だけを反射し、Ｓ偏光光のその他の帯域およびＰ偏光光のすべての帯域を透過させる特性（図４（ｃ）参照）をもつ。
【００２３】
また、反射型偏光板２０（２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ）は、いずれも光軸Ｌに直交する面に対し略同じような傾斜で配置されているが、背後側の反射型偏光板２０Ｒ，２０Ｂ程、その傾きが大きくされて、後述する液晶装置３０の画素電極３７の配列ピッチとマイクロレンズアレイ４０のレンズ素子４１の焦点距離に基づいて、反射型偏光板２０（２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ）で反射された各光束２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂが各色光のそれぞれ対応した画素３６（画素電極３７Ｒ，３７Ｇ，３７Ｂ）に集光するに適切な傾きに設定されている（図２参照）。
【００２４】
即ち、ほぼ白色の光源光のうち、Ｓ偏光光の赤の波長帯の光２２Ｒは、反射型偏光板２０Ｒで反射され、液晶装置３０の前面に一体化されているマイクロレンズアレイ４０を介して液晶装置３０内の画素電極３７Ｒに入射する。また、反射型偏光板２０Ｒを透過した光のうちＳ偏光光の緑の波長帯の光２２Ｇは、反射型偏光板２０Ｇで反射され、反射型偏光板２０Ｒを透過し、マイクロレンズアレイ４０を介して液晶装置３０内の画素電極３７Ｇに入射する。また、反射型偏光板２０Ｒ，２０Ｇを透過した光のうち、Ｓ偏光光の青の波長帯の光２２Ｂは、反射型偏光板２０Ｂで反射され、反射型偏光板２０Ｇ，２０Ｒを透過し、マイクロレンズアレイ４０を介して液晶装置３０内の画素電極３７Ｂに入射する。
【００２５】
このように、白色の光源光は、３種の反射型偏光板２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂで色分離されて、異なる３方向からマイクロレンズアレイ４０に入射し、さらに液晶装置３０内の色光に対応する画素電極（３７Ｒ，３７Ｇ，３７Ｂ）に入射する。
【００２６】
液晶装置３０は、図２，３に示されるように、対向基板３１と素子基板３５との間にツイストネマティック（ＴＮ）型の液晶３４が封止された構造で、素子基板３５の液晶側の面には、液晶３４を駆動させるための透明な画素電極３７（３７Ｒ，３７Ｇ，３７Ｂ）がマトリックス状に形成されている。一方、対向基板３１の液晶側の面には、対向電極３２が形成され、反対側の面には、マイクロレンズアレイ４０が形成されたマイクロレンズ基板３１ａ設けられている。なお、マイクロレンズ基板３１ａとマイクロレンズアレイ４０とは、接着剤４２によって隙間のないように貼り付けられている。
【００２７】
符号３６（３６Ｒ，３６Ｇ，３６Ｂ）は、素子基板３５上において互いに直交して延びるデータ線３６ａと走査線３６ｂに囲まれた画素を示し、符号３８は、各画素３６に駆動電流を供給するためのスイッチング用の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子である。また、符号３３は、対向基板３１や素子基板３５上に形成される遮光部で、この遮光部３３によって遮光されない部分が各画素３６に対応する画素開口部３３ａとなる。なお、図３では、説明の便宜上、対向基板３１上にのみ遮光部３３が形成されているように図示されている。。
【００２８】
各色光の入射角は、マイクロレンズアレイ４０を構成するマイクロレンズ（素子）４１の中心点を通った光が画素開口部３３ａの中心を通るように設定されている。従って、各色の光束は、それぞれ別の画素開口部３３ａに入射する。
【００２９】
そして、画素電極３７Ｒ，３７Ｇ，３７Ｂには、それぞれＲ，Ｇ，Ｂ信号が入力され、画素電極３７Ｒには、赤の波長帯の光が入射し、画素電極３７Ｇには、緑の波長帯の光が入射し、画素電極３７Ｂには、青の波長帯の光が入射する。そして、各画素３６がアクティブ状態となると、各画素３６の液晶層を通過する光に偏光軸の回転や光散乱などの変調が施されて、画像を表す変調光が生成される。液晶装置３０を透過することで変調された各光束は、投射光学系５０によって前方に投射されて、投射画面上にカラー画像が形成される。
【００３０】
また、液晶装置３０の光入射側および光出射側には、偏光子，検光子としての従来公知の吸収型偏光板（一方の偏光軸を主に透過し、他方の偏光軸を主に吸収するタイプの偏光板）４８，４９が設けられており、液晶装置３０に入射する各光束の偏光度および投射光学系に導かれる変調された各光束の偏光度が上がり、投射画像のコントラストおよび色純度が高められている。
【００３１】
なお、吸収型偏光板４８，４９では、偏光板を透過できない光が偏光板に吸収されることになるが、これらの偏光板４８，４９に入射する光は、色分離手段である反射型偏光板２０（２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ）で反射されたＳ偏光光で、その偏光度はかなり高いので、偏光板４８，４９における吸収熱による温度の上昇は無視できる。
【００３２】
次に、前記した色分離手段である反射型偏光板２０の構成を、図５に基づいて説明する。
【００３３】
図５は、色分離手段である反射型偏光板２０（２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ）の構成を示す説明図である。この反射型偏光板２０は、多層構造フィルムで構成される。多層構造フィルムは、重合体を延伸形成したフィルムの積層からなるものであり、異なる２種類の層６０１（Ａ層），６０２（Ｂ層）が交互にＺ軸方向に積層された多層構造を有している。この反射偏光板のＡ層６０１には例えば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ；ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｎａｐｔｈａｌａｔｅ）を延伸したものを用い、Ｂ層６０２には、ナフサレン・ジ・カルボン酸とテレフタル酸とのコポリエステル（ｃｏＰＥＮ；ｃｏｐｏｌｙｅｓｔｅｒｏｆｎａｐｔｈａｌｅｎｅｄｉｃａｒｂｏｘｙｌｉｃａｃｉｄａｎｄｔｅｒｅｐｈｔｈａｌｌｉｃｏｒｉｓｏｔｈａｌｉｃａｃｉｄ）を用いることができる。もちろん、反射型偏光板の材質はこれに限定されるものではなく、適宜その材質を選択できる。
【００３４】
Ａ層６０１のＸ軸方向の屈折率（ｎＡＸ）とＹ軸方向の屈折率（ｎＡＹ）は互いに異なる。一方、Ｂ層６０２のＸ軸方向の屈折率（ｎＢＸ）とＹ軸方向の屈折率（ｎＢＹ）とはほぼ等しくなるように設定している。また、Ａ層６０１のＹ軸方向の屈折率（ｎＡＹ）とＢ層６０２のＹ軸方向の屈折率（ｎＢＹ）とはほぼ等しくなるように設定されている。つまり、これをまとめると、（ｎＡＸ）≠（ｎＡＹ），（ｎＢＸ）≒（ｎＢＹ）≒（ｎＡＹ）となる。
【００３５】
このように、多層構造フィルムに入射した光のうちＹ軸方向の直線偏光（実施例においてはＰ偏光光）の光は、各積層間に屈折率の差が実質的に無い状態であるため、この多層構造フィルムを、その偏光軸のまま透過する。
【００３６】
一方、Ａ層６０１のＺ軸方向の層厚をｔＡ、Ｂ層６０２のＺ軸方向の膜厚をｔＢとし、入射光の波長をλとしたとき、（１）式の関係が得られるとうに設定する。
【００３７】
ｔＡ・ｎＡＸ＋ｔＢ・ｎＢＸ≒λ／２・・・（１）
これにより、波長λの光のうちＸ軸方向の直線偏光（実施例においてはＳ偏光光）の光は、隣接するＡ層とＢ層の界面にて、Ｘ軸方向の偏光の光として反射されることになる。Ａ層６０１とＢ層６０２の層厚ｔＡ，ｔＢを種々変化させ、それを積層し、反射波長帯域（透過波長帯域）を広げることで、Ｘ軸方向の直線偏光（Ｓ偏光光）の所定の波長帯を反射することができる。尚、多層構造フィルムは、厚みの異なる層を順次積層させて形成するようにしても良いし、互いに厚みの等しい層が数層積層された積層体を複数積層することによって形成するようにしても良い。また、上記（１）式において、完全に等号が成立することが好ましい。
【００３８】
このようにして形成された第１の反射型偏光板２０Ｒは、図４（ａ）に示すように、Ｓ偏光光の赤の波長帯の光だけを反射し、その他の光を透過する特性をもち、第２の反射型偏光板２０Ｇは、図４（ｂ）に示すように、Ｓ偏光光の緑の波長帯の光だけを反射し、その他の光を透過する特性をもち、第３の反射型偏光板２０Ｂは、図４（ｃ）に示すように、Ｓ偏光光の青の波長帯の光だけを反射し、その他の光を透過する特性をもつ。
【００３９】
なお、本発明は、前記した実施例に限定されるものではなく、次のような変形例も考えられる。
【００４０】
即ち、前記した実施例では、液晶装置の光入射側，光出射側に偏光子，検光子としての吸収型偏光板４８，４９が設けられていたが、吸収型偏光板に代えて、図５に示すような多層フィルム構造として、一方の偏光軸を主に透過し、他方の偏光軸を主に反射するように調整された反射型偏光板を用いてもよい。そして、このように構成すれば、偏光子，検光子としての反射型偏光板で反射した光が光源ユニット１０のリフレクター１４で再反射され、再び光源光として再利用することができるので、光源光の利用効率が向上するとともに、偏光板における発熱という問題も全くなくなる。
【００４１】
また、前記実施例では、偏光子，検光子としての吸収型偏光板４８，４８が液晶装置３０から離間して設けられているが、これらの偏光板４８，４９を液晶装置３０に密着一体化させるように構成してもよい。そして、このように構成すれば、偏光板と液晶装置間の界面間隔が非常に狭くなって、それだけ光の損失も少なく、光の利用効率が向上する。
【００４２】
また、前記実施例の液晶装置３０は、光入射側にマイクロレンズアレイ４０を備えた構造であったが、光出射側にもマイクロレンズアレイを備えた構造であってもよい。
【００４３】
また、前記実施例における光源ユニット１０と反射型偏光板２０との間に、偏光変換素子（Ｐ偏光光とＳ偏光光に分離する偏光分離膜と、偏光分離膜で分離された偏光光の一方を反射する反射膜と、偏光分離膜で分離された偏光光の偏光方向を揃える位相差板とを備えた構造で、非偏光光をＰ偏光光又はＳ偏光光のいずれか一方の偏光光、例えばＳ偏光光に変換する光学素子）を設けるようにすれば、光束の偏光度がさらに上がるため、投射画像のコントラストおよび色純度のさらなる向上を図ることができるとともに、偏光板４８，４９における発熱の問題もさらに改善されたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるカラー液晶プロジェクターの全体構成図。
【図２】液晶装置の断面図。
【図３】同液晶装置の斜視図。
【図４】色分離手段である３枚の反射型偏光板の透過率特性を示す図。
【図５】色分離手段である反射型偏光板の構成を説明する拡大斜視図。
【図６】従来のカラー液晶プロジェクターの全体構成図。
【符号の説明】
１４光源であるメタルハライドランプ
２０（２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂ）反射型偏光板
３０液晶装置
３４液晶層
３６画素
３７Ｒ，３７Ｇ，３７Ｂ画素電極
４０マイクロレンズアレイ
４１マイクロレンズ（レンズ素子）
４８偏光子としての光吸収型偏光板
４９検光子としての光吸収型偏光板
５０投射光学系
５４投射レンズ
６０画面
Ｌ光源ユニットの光軸

Claims

光源と、前記光源光を互いに異なる波長域をもつ複数の光束に分離する色分離手段と、前記色分離手段により分離された各光束を変調する単一の液晶装置と、前記液晶装置で変調された各光束を画面上に投射する投射光学系とを備えたカラー液晶プロジェクターにおいて、
前記色分離手段が、Ｐ偏光光又はＳ偏光光のいずれか一方を透過させ、かつ他方の互いに異なる所定の波長域を反射する複数の反射型偏光板によって構成されたことを特徴とするカラー液晶プロジェクター。
前記液晶装置の光入射側には、前記色分離手段により分離された各光束を液晶装置内の所定の画素電極に導くマイクロレンズアレイを備えたことを特徴とする請求項１に記載のカラー液晶プロジェクター。
前記色分離手段が、前記光源の光軸上に順次配置された赤，緑，青のそれぞれの光を反射する３枚の反射型偏光板によって構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載のカラー液晶プロジェクター。
前記液晶装置の光入射側および光出射側には、偏光子及び検光子としての偏光板が設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカラー液晶プロジェクター。
前記偏光子，検光子としての偏光板は、反射型偏光板で構成されたことを特徴とする請求項４に記載のカラー液晶プロジェクター。
前記偏光子及び検光子としての偏光板は、前記液晶装置に密着一体化されたことを特徴とする請求項５に記載のカラー液晶プロジェクター。