JP3614163B2 - Projection display - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶パネルにより構成される液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置（液晶プロジェクタともいう）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９に示す液晶プロジェクタ１１００は、一般的な、透過型液晶パネルをライトバルブとして用いた投写型プロジェクタの例である。図９において、光源であるランプユニット１１０２から射出された出射光は、ミラー１１０６１で反射されてライトガイド１１０４に入射し、その内部で２枚のダイクロイックミラー１１０８１，１１０８２によって赤、緑、青の３原色光Ｒ，Ｇ，Ｂに分離される。ダイクロイックミラー１１０８２により分離された青の色光Ｂは、ミラー１１０６２によって反射され、液晶ライトバルブ１１１０Ｂに入射する。また、ダイクロイックミラー１１０８１により反射された緑の色光Ｇは、液晶ライトバルブ１１１０Ｇに入射する。また、ダイクロイックミラー１１０８１を透過した赤の色光Ｒは、２枚のミラー１１０６３により反射されて、液晶ライトバルブ１１１０Ｒに入射する。
【０００３】
３つの液晶ライトバルブ１１１０Ｒ，１１１０Ｇ，１１１０Ｂは、各色の画像情報に応じて入射光を変調して画像を形成するものである。それぞれの液晶ライトバルブ１１１０Ｒ、１１１０Ｇおよび１１１０Ｂによって変調された光は、ダイクロイックプリズム１１１２に３方向から入射する。ダイクロイックプリズム１１１２は、４つの直角プリズムの頂角を合わせるように接着剤で貼り合わされ、その貼り合わせ面に沿って２種類の波長選択反射膜がＸ字状に形成されたものである。従って、赤の色光Ｒは、一方の波長選択反射膜により投写レンズ１１１４に向けて反射される。また、青の色光Ｂは他方の波長選択反射膜により投写レンズ１１１４に向けて反射される。一方、緑Ｇの色光Ｇは、２種類の波長選択反射膜を透過し、投写レンズ１１１４に到達する。すなわち、３つの液晶ライトバルブ１１１０Ｒ，１１１０Ｇ，１１１０Ｂによって形成された画像は、ダイクロイックプリズム１１１２によって合成され、投写レンズ１１１４を通してスクリーン等の投写面上に投写される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に液晶ライトバルブの模式図を示す。従来、液晶ライトバルブ１１１０Ｒ，１１１０Ｇ，１１１０Ｂは、図１０に示すように、液晶パネル８０４の光入射面から離間して入射側偏光板８０３が配置され、出射側偏光板８０５は液晶パネル８０４の光出射面に配置される構成を成していた。
【０００５】
図１０において、８０３は入射側偏光板であり、入射光のうちの例えばＰ偏光軸成分の光８０１（図中の記号はＰ偏光軸を示す。）を透過するが、入射光のうちのＳ偏光軸成分の光８０２（図中の記号はＳ偏光軸を示す。）は吸収する。偏光板８０３を透過したＰ偏光光８０１は、液晶パネル８０４に入射される。液晶パネル８０４は、ＴＮ型の液晶を用いており、液晶に電圧印加されていない画素に入射した光（Ｐ偏光光８０１）は、略９０°偏光軸が回転されてＳ偏光光８０９として出射される。一方、液晶に電圧印加された画素に入射した光（Ｐ偏光光８０１）は、そのままのＰ偏光光８０８として出射される。８０５は出射側偏光板である。この偏光板８０５の透過軸を、Ｓ偏光に設定しておけば、液晶パネル８０４からＳ偏光光として出射された光８０９は、そのまま透過する。一方、Ｐ偏光光として液晶パネル８０４から出射された光８０８は、偏光板８０５に吸収されてしまう。液晶パネル８０４においては、各色の画像情報に基づき画素毎に液晶への印加電圧値を制御することにより、液晶のねじれの程度が制御でき、それにより入射側偏光板８０３を透過して入射する光８０１の偏光軸の回転量を制御することができる。これにより、出射側偏光板８０５を透過する光量が画素毎に制御でき、画像が形成される。
【０００６】
一方、Ｓ偏光の入射光８０２については、図中右側に示した。Ｓ偏光光８０２は入射側偏光板８０３に吸収されてしまい、熱に変換される。また、出射側偏光板８０５に吸収される光８０８も熱に変換される。
【０００７】
従来は偏光板が不透過偏光軸を吸収するタイプの偏光板（以下、吸収型偏光板という）であったため、ランダム光として偏光板に照射された光の内の約半分程度が偏光板に吸収されてしまい、これが熱に変換され、この熱により偏光板の偏光特性を劣化させてしまう問題があった。また、偏光板で発生した熱が液晶パネル８０４に伝わると、液晶の特性が変化したり、液晶パネルの画素に配置される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のリーク電流が多くなったりするので、画面内に表示ムラが発生したり、コントラストが劣化したりする問題もあった。
【０００８】
従って、従来の投写型表示装置では、液晶ライトバルブの入射側偏光板が入射した光の約半分程度を吸収し発熱してしまうために、耐熱性の高い液晶を使うなどの対策が必要であった。つまり、液晶の屈折率及び誘電率異方性並びに弾性係数などの物性は温度で変化し、等方相への相転移点（Ｎ−Ｉ点）に近づくほどその変化が大きくなるので、Ｎ−Ｉ点の高い液晶を用いるようにしていた。また、高Ｎ−Ｉ点材料を十数種類混合することにより、閾値電圧、応答速度等は十分な性能をもつ範囲内で、Ｎ−Ｉ点は１００℃以上に高い液晶材料を得ている状況であった。このため、液晶のコストが高く、液晶パネルのコストアップを引き起こしていた。
【０００９】
また、近年、スクリーン上に投写する画像を明るくするために、光源ランプの輝度を上げる傾向にあり、それにより液晶ライトバルブでの熱発生が大きくなっている。この液晶ライトバルブでの熱を冷却するために、入射側偏光板及び液晶パネルを冷却する冷却ファンなどが設けられ、ファンの回転数を上げる、ファンを大きくする等の冷却効率を高める複雑な工夫が必要になっていた。
【００１０】
さらに、光源ランプからの出射光の約半分程度を入射側偏光板が吸収して熱に変換してしまうため、光の利用効率が非常に悪く、明るい表示を得ることができなかった。
【００１１】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、液晶ライトバルブの偏光手段の発熱を抑え、液晶ライトバルブの特性を良好に保った投写型表示装置を提供することを目的とする。また、光源ランプからの光の利用効率を高めた投写型表示装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる第１の投写型表示装置は、光源と、該光源からの光を複数の色光に分離する分離手段と、該分離手段により分離された色光をそれぞれ変調する複数のライトバルブと、該複数のライトバルブにより変調された色光を合成する合成手段と、該合成手段により合成された光を投写する投写光学手段とを備え、前記各ライトバルブは、液晶パネルと、該液晶パネルに配置される偏光手段とを有し、前記偏光手段は、一方の偏光軸成分の光を主に透過し、他方の偏光軸成分の光を主に反射する多層構造フィルムからなり、該液晶パネルの光出射側に配置されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係わる第２の投写型表示装置は、光源と、該光源からの光を変調するライトバルブと、該ライトバルブにより変調された光を投写する投写光学手段とを備え、前記ライトバルブは、液晶パネルと、該液晶パネルの光出射側に配置される偏光手段とを有し、前記偏光手段は、一方の偏光軸成分の光を主に透過し、他方の偏光軸成分の光を主に反射する多層構造のフィルムからなり、前記光源と前記分離手段の間には、前記光源からの光を前記一方の偏光軸成分の光に揃えて出射する偏光変換装置を配置してなることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係わる第３の投写型表示装置は、光源ランプと、該光源ランプの光を複数の色光に分離する分離手段と、該分離手段により分離された色光をそれぞれ変調する複数のライトバルブと、該複数のライトバルブにより変調された色光を合成する合成手段と、該合成手段により合成された光を投写する投写光学手段とを備え、前記各ライトバルブは液晶パネルを有し、該液晶パネルの光出射側に偏光手段を配置し、前記偏光手段は、一方の偏光軸成分の光を主に透過し、他方の偏光軸成分の光を主に反射する多層構造のフィルムからなり、前記光源ランプの後方には当該光源ランプから発した光及び前記偏光手段により反射された光を、前記偏光手段側に反射する反射手段を配置し、前記反射手段と前記分離手段の間には１／４波長板を配置してなることを特徴とする。
【００１５】
以上の本発明に係わる第１乃至第３の投写型表示装置によれば、液晶ライトバルブの偏光手段が一方の偏光軸成分の光を主に透過し、他方の偏光軸成分の光を主に反射する多層構造のフィルムからなることを特徴としている。このような偏光手段を本発明では「反射偏光手段」或いは「反射偏光板」と呼ぶこととする。このような反射偏光手段は、従来の光吸収型偏光板に比べて光吸収による発熱が少ないので、偏光手段における偏光特性が熱により劣化することや液晶パネルが熱の影響を受けることを防ぐことができる。また、この反射偏光手段は多層構造のフィルムであるため、従来の光吸収型偏光板に置き換えることで済み、光学系が大型化することもない。また、発熱が激減するため、場合によっては、冷却手段を無くす、または冷却手段の冷却効率を高める複雑な工夫をしなくとも良くなるなど、冷却機構を簡単化することができる。また、反射偏光手段で反射された他方の偏光軸成分の光は、光源側にて再反射されることになるが、その光路中の様々な光学部材を経由する過程で、反射時の他方の偏光軸成分の光から偏光手段を透過可能な偏光軸成分に変換される。従って、再反射されて再び入射側偏光手段に入射する場合は、先に反射した光のうちの少なくとも一部分は、透過して液晶パネルに出射されることになる。よって、光の利用効率を従来よりも高めることができる。
【００１６】
なお、上記第１乃至第３の投写型表示装置における上記した偏光手段の多層構造のフィルムは、フィルム面の第１の軸方向とこれと直交する第２の軸方向の屈折率が互いに異なる第１のフィルムと、前記第１の軸方向と前記第２の軸方向の屈折率が前記第１のフィルムの第２軸方向の屈折率とほぼ等しい第２のフィルムとを交互に積層して形成されてなる（詳細は後述する）。こうすることにより、平板状の偏光手段を構成でき、投写型表示装置を大型化することがない。また、本発明における上記偏光手段となる多層構造フィルムは、前記液晶パネルの基板の外面に密着又は貼付けることができる。このようにすると、偏光手段を保持する保持部材が不要となる。なお、この偏光手段は上述のように光吸収が少なく熱を発生しにくいので、液晶パネルに対する熱の影響は心配がない。
【００１７】
さらに、本発明に係わる第２の投写型表示装置では、光源と分離手段の間に、光源光のうち、反射偏光手段の反射軸となる偏光成分を透過軸成分に揃えて出射する偏光変換装置を設けたので、光源からの光のほとんどがこの反射型の入射側偏光手段を透過できるようになり、光の利用効率をより一層高めるだけでなく、偏光手段での発熱をより一層抑えることができる。なお、偏光変換装置にて偏光変換しきれなかった光成分は、偏光手段で偏光変換装置側に反射され、再反射されて利用することができる。
【００１８】
さらに、本発明に係わる第３の投写型表示装置では、分離手段の前に１／４波長板を配置したので、偏光手段により反射された前記他方の偏光軸成分の光は１／４波長板により楕円偏光に変換され、次に光源ランプ側の反射手段に入射され、そこで反射されて再び１／４波長板を透過することにより、楕円偏光光は前記一方の偏光軸成分の光に変換される。従って、この光は今度は偏光手段を透過することができるので、色光の分離手段に入射する光量を多くすることができる。また、液晶パネルの光入射側に、さらなる第２の偏光手段を配置することが望ましい。この偏光手段は、分離手段の前に配置される上記反射偏光手段を透過した光を透過するように透過軸が設定される。上記反射偏光手段を透過した直線偏光光は、色光の分離手段を経由する過程でその直線偏光の一部は、他の偏光軸成分に変換されてしまうので、その偏光軸成分を第２の偏光手段が遮断するように機能する。この第２の偏光手段は、従来の光吸収型偏光板でも、上記のような反射偏光板でもよい。
【００１９】
また、上記第２の偏光手段は、赤外線成分及び／又は紫外線成分を反射するように波長選択透過特性が設定されていることが好ましい。これらの波長は、液晶ライトバルブにおいて、特性劣化や発熱を抑えることができる。
【００２０】
さらに、本発明の投写型表示装置において、前記多層構造のフィルムの入射面に略垂直な方向から光が入射するようにするとよい。このようにすることにより、フィルムからの他方の偏光軸成分の光を光軸に沿って光源側に反射することができる。それによって、光源側で再反射した光を再び、同一光軸に沿って再び偏光手段に導くことができる。従って、フィルムで反射した光の利用効率をさらに高めることができる。具体的には、前記光源と前記液晶パネルの間に、前記多層構造フィルムの入射面に略垂直な方向から光が入射するように、前記光源からの光を平行光化する光学手段を配置するとよい。このようにすると、光源からの光は、偏光手段に垂直に入射することになり、他方の偏光軸成分の光が反射されても、その反射光は、入射面に垂直な方向に反射されるので、光軸方向と異なる方向に反射され漏れ光となることが少なくなる。よって、光源の光軸方向に反射されて、光源にて再反射されて、光が再び利用されることになる。
【００２１】
また、上記第１、第２、第３の投写型表示装置では、前記ライトバルブが、さらに前記液晶パネルの光出射側に配置される偏光手段を有する場合において、当該偏光手段を、いずれか一つの偏光軸成分の光を主に透過し、他の偏光軸成分の光を主に反射する多層構造のフィルムからなるようにしてもよい。このようにすると、出射側偏光手段の発熱も抑えることができ、またこの偏光手段により反射された光は、液晶パネルを透過して光源側に戻り、再び反射されて利用されることになり、光利用効率がよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施例〕
（投写型表示装置の構成の説明）
図１は、第１の実施例にかかわる投写型表示装置の要部を示す概略構成図である。この投写型表示装置は、光源１０と、ダイクロイックミラー１３，１４と、反射ミラー１５，１６，１７と、リレーレンズ１８，１９，２０と、３つの液晶ライトバルブ（２３，２９，３０），（２４，３１，３２），（２５，３３，３４）と、クロスダイクロイックプリズム２６と、投写レンズ２７とを備えている。
【００２３】
光源１０は、２つの電極間にアーク放電させるメタルハライドランプや水銀灯等の光源ランプ１１と、そのアーク放電により発生した光が略平行光の状態になるように、ダイクロイックミラー１３側へ反射させる半円形状あるいは半楕円形状等などの放物面を有する反射ミラー（リフレクタ）１２とからなる。
【００２４】
ダイクロイックミラー１３，１４は、光源からの光束を赤、青、緑の３色の色光に分離する色光分離手段としての機能を有する。
【００２５】
赤色光の分離機能を有する第１のダイクロイックミラー１３は、光源１０から出射された光束のうちの赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。透過した赤色光は、反射ミラー１７で反射されて、赤色光用液晶ライトバルブ（２３，２９，３０）に入射される。一方、第１のダイクロイックミラー１３で反射された青色光と緑色光のうちで、緑色光は緑色光反射の第２のダイクロイックミラー１４によって反射され、緑色光用液晶ライトバルブ（２４，３１，３２）に入射される。一方、青色光は、第２のダイクロイックミラー１４も透過する。
【００２６】
この実施例では、青色光の光路長が３つの色光のうちで最も長くなる。そこで、青色光に対しては、第２のダイクロイックミラー１４の後に、入射レンズ１８と、リレーレンズ１９と、出射レンズ２０とを含むリレーレンズ系で構成された導光手段２２が設けられており、これにより光学的距離を短くして光損失を抑えている。すなわち、青色光は、緑色光反射の第２のダイクロイックミラー１４を透過した後に、まず、入射レンズ１８及び反射ミラー１５を経て、リレーレンズ１９に導かれる。さらに、反射ミラー１６によって反射されて出射レンズ２０に導かれ、青色光用液晶ライトバルブ（２５，３３，３４）に入射される。
【００２７】
次に、各ライトバルブに入射された３つの色光は、図示しない外部の制御回路から与えられた画像信号（画像情報）に従って、それぞれのライトバルブによって変調され、それぞれの色成分の画像情報に応じた光強度を画素毎に有する色光束として出射される。
【００２８】
液晶ライトバルブのうち、液晶パネル２３，２４，２５は、与えられた画像信号（画像情報）に従って、３色の色光をそれぞれ変調して画像を形成する光変調手段としての機能を有する。なお、各液晶パネルは、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）型の液晶が一対の基板間に封入された液晶パネルであり、マトリクス状に形成された各画素には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）もしくは二端子素子（例えばＭＩＭ）などのスイッチング素子と、これに接続された画素電極が配置される。ＴＦＴを用いた液晶パネルをより詳細に説明すれば、一方の基板には、走査信号線とデータ信号線がマトリクス状に交差して配置され、それによって区画された画素領域には、走査信号線にゲート、データ信号線にソースが接続されたＴＦＴと、ＴＦＴのドレインに接続された画素電極とが形成されている。一方、他方の基板には、対向電極が形成されており、走査信号によって導通されたＴＦＴを介してデータ信号線から画像信号が画素電極に印加され、画素電極と対向電極に挾まれた液晶層に画像信号に基づく電圧が印加される。印加した電圧に応じて液晶分子の配向が制御され、これにより入射した色光の偏光軸の回転が制御されて変調が行われる。この液晶パネルの基本的な構成及びその駆動方法は、従来より知られたアクティブマトリクス型液晶パネルの構成及び駆動方法と同様である。
【００２９】
この液晶パネル２３，２４，２５の前後にはそれぞれ一対の偏光手段（２９，３０），（３１，３２），（３３，３４）が配置され、液晶パネルの光入射側基板の外面に入射側偏光手段が、光出射側基板の外面に出射側偏光手段が、密着又は貼り付けられている。入射側の偏光手段２９，３１，３３は光源１０から出射されたランダム光のうちの一方の偏光軸成分の光（例えば、図の紙面に平行方向に振動するＰ偏光光）を透過し、これと略直交する他方の偏光軸成分の光（例えば、図の紙面に垂直方向に振動するＳ偏光光）を反射する反射偏光板であり、液晶パネル２３，２４，２５がこの偏光手段を透過した光の偏光軸を画像信号に応じて回転制御する。例えば、入射側偏光手段をＰ偏光光が透過する場合は、ＴＮ型液晶を用いた液晶パネルにより、Ｐ偏光の偏光軸がほぼ０°〜９０°に回転制御される。
【００３０】
従来の投写型表示装置においては、この入射側偏光手段が、一方の偏光軸成分を主に透過し他方の偏光軸成分を主に吸収する吸収型偏光板であったために、熱が発生してしまっていたが、本発明においては偏光板と同様なフィルムでありながら、他方の偏光軸成分の光を反射する反射偏光手段であって光吸収がわずかであるため、熱の発生が抑制されている。この反射型の偏光手段は、後に詳述するような多層構造フィルムから構成される。
【００３１】
また、出射側偏光手段３０，３２，３４は、他方の偏光軸成分の光（例えばＳ偏光光）を主に透過し、一方の偏光軸成分の光（例えばＰ偏光光）を主に吸収するように制御する。その結果、出射側偏光手段３０，３２，３４を透過する光は、画像信号により光強度が画素毎に変調された光となって、プリズム２６に入射する。
【００３２】
なお、入射側偏光手段の透過軸と反射軸の設定は、透過をＳ偏光、反射をＰ偏光としても良く。さらに、出射側偏光手段の透過軸と吸収軸の設定は、透過をＰ偏光、吸収をＳ偏光としても良いことは言うまでもない。また、液晶パネルの液晶はＴＮ型のような捻れ配向の液晶でなくともよく、水平配向や垂直配向などの液晶でも構わない。
【００３３】
さらに、クロスダイクロイックプリズム２６は、３色の色光を合成してカラー画像を形成する色光合成手段としての機能を有する。クロスダイクロイックプリズム２６は、４つの直角プリズムの頂角を合わせるように接着剤により貼り合わされたものであり、その貼り合わせする内面に沿って、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Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光束が同一光軸上に合成されて、カラー画像を表す光が形成される。投写レンズ２７は、合成されたカラー画像を表す光をスクリーン２８上に拡大投写する投写光学系としての機能を有する。
【００３４】
以上に説明した投写型表示装置では、光変調手段として、特定の偏光方向の光束（Ｓ偏光光またはＰ偏光光）を入射し、光変調するタイプの液晶ライトバルブが用いられている。従って、ランダムな偏光方向を有する光束で液晶パネルを照射すると、その光束のうちの約半分は、液晶パネルの入射側偏光手段で吸収されて熱に変わってしまう。この結果、光の利用効率が低く、また、入射側偏光手段が発熱するという問題が生じていた。
【００３５】
しかし、本発明の投写型表示装置では、前述したように、入射側偏光手段２９，３１，３３は、２種類の偏光軸のうち一方の偏光軸成分の光を主に透過するが、他方の透過軸成分の光は主に反射する機能を有する反射偏光板を用いたので、入射側偏光板における光の吸収による光利用効率の悪さや偏光板の発熱等の問題が大幅に改善されている。また、入射側偏光手段は、後述するように、延伸形成された多層構造のフィルムであるため、従来の入射側偏光板を置き換えることで済み、光学系が大型化することもない。また、発熱が激減するため、冷却手段を無くす或いは冷却手段の冷却効率を高める特別な工夫をしなくとも良くなるなど、冷却機構を簡単化することができる。さらに、従来は偏光板の発熱が大きいので、液晶パネルから偏光板を離間して保持させていたが、本発明では偏光手段の発熱が少ないので、偏光手段の多層構造フィルムを液晶パネルの光入射側基板の外面に密着させる又は貼り付けることができ、偏光手段の保持部材を設けなくともよい。
【００３６】
なお、本発明の構成によれば、入射側偏光手段２９，３１，３３で反射された光は、ミラー等を経由して光源１０のリフレクタ１２まで至り、そこで再反射されることになる。入射側偏光手段２９，３１，３３で反射された他方の直線偏光光（例えばＳ偏光光）は、リフレクタ１０により入射する過程やここで反射されて再び入射側偏光手段２９，３１，３３に戻る過程で光拡散等により、円偏光や楕円偏光の光に変換される。従って、再び入射側偏光手段２９，３１，３３に光入射する場合は、他方の直線偏光軸成分の光（例えばＳ偏光光）の少なくとも一部分は、一方の直線偏光軸成分の光（例えばＰ偏光光）に変換されることになる。この変換された偏光軸成分は、上記入射側偏光手段２９，３１，３３を透過できる。
【００３７】
さらに、入射側偏光手段を透過できなかった偏光軸成分の光は、再び反射され、リフレクタを介して再び入射側偏光手段に入射され、このように入射側偏光手段とリフレクタの間での光反射が繰り返される。この繰り返し過程においても、上記のように偏光手段の透過軸成分の光を得ることができる。
【００３８】
このように、本発明は、液晶ライトバルブにおける入射側偏光手段を透過する光量は従来よりも増やすことができ、光源光の利用効率を従来よりも高めることができる。
【００３９】
また、上記実施例においては、出射側偏光手段３０，３２，３４は従来と同様の吸収型偏光板であったが、この出射側偏光手段についても、入射側偏光手段と同様に、一方の偏光軸成分の光を主に透過し、これと略直交する他方の偏光軸成分の光を主に反射する反射偏光手段とすることができる。このようにすると、出射側偏光手段から反射された光が液晶パネルを介して光源１０側へ戻り、そこで再反射されて、再び液晶ライトバルブにて光利用することができる。また、従来、吸収されていた偏光軸成分の光を反射するので、出射側偏光手段の発熱の問題も解消される。
【００４０】
さらに、このような反射偏光手段は、これに入射される光を、多層構造フィルムの光入射面に対して垂直方向から入射するように配置することにより、フィルムからの他方の偏光軸成分の光を入射光軸に沿って光源１０側に反射することができる。それによって、光源１０側で再反射した光を再び、同一光軸に沿って再び偏光手段に導くことができる。従って、フィルムで反射した光の利用効率をさらに高めることができる。
【００４１】
なお、光源１０と色光の分離手段を構成する第１のダイクロイックミラー１３との間に、１／４波長板を介在させることにより、反射偏光手段からの反射光の偏光軸変換はより一層容易となる。すなわち、反射偏光手段から反射された他方の偏光軸成分の光（例えばＳ偏光光）は、１／４波長板で楕円偏光に変換され、リフレクタ１２で反射されて再び１／４波長板を透過することにより、一方の偏光軸成分の光（例えばＰ偏光光）に変換される。従って、再び液晶ライトバルブの入射側偏光板２９，３１，３３に入射された場合に、再入射光のほとんどはそれを透過することができ、光利用効率がより一層向上する。
【００４２】
さらに、本発明は、偏光手段からの反射光を、光源にて反射してライトバルブ側へ戻すものであるが、この場合は光源部の構成として次の構成を採用することが必要である。すなわち、（１）光源部のリフレクタを、分離手段側から戻ってきた光を反射して略平行光にして射出するパラボラ形状の反射ミラーを有するか、或いは、（２）分離手段側から戻ってきた光を反射する球面形状のリフレクタのような反射ミラーと、該反射ミラーからの光を略平行光にして射出するコンデンサーレンズのような集光手段とを有することが好ましい。
【００４３】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００４４】
例えば、白黒画像を投写する投写型表示装置に本発明を適用する場合には、図１の装置において、液晶パネルが１枚と一対の偏光手段で済み、光束を３色に分離する色光分離手段と、３色の光束を合成する色光合成手段とを省略できる。また、１枚の液晶パネルの内面に３原色の色光を透過するカラーフィルタを配置させ単板の液晶パネルによりカラー表示させる場合には、１枚の液晶パネルと一対の偏光手段でカラー画像表示することができる。
【００４５】
また、実施例においては、入射側偏光手段及び出射側偏光手段を各液晶パネルのそれぞれの基板外面に貼り付けて構成したが、両方または一方を液晶パネルと離間して配置しても構わない。その場合、偏光手段を保持する保持部材が別途必要となる。なお、離間して配置した場合でも、偏光手段の入射面に垂直方向から光入射するように偏光手段を配置しなければならない。
【００４６】
さらに、光源１０と第１のダイクロイックミラー１３との間に、インテグレータレンズを配置して、光源からの光を均一な照明光に変換する構成を採用することにより、光源から拡散する光を効率良く利用するようにしても良い。
【００４７】
また、光源１０からのランダム光のうち、入射側偏光手段の反射軸の光成分を透過軸成分に偏光変換し、一方の偏光軸成分の光として出射する偏光変換器（後述する図５及びその説明を参照）を、光源と第１のダイクロイックミラー１３との間に配置して、光源１０からの光の偏光軸を揃えるようにしてもよい。但し、偏光変換器は、光源光を完全に一偏光軸成分に変換することはできないので、変換できなかった光成分は、入射側偏光手段により反射される。
【００４８】
また、実施例における色光の分離順序・方法と合成の光路はこれに限られるものではなく、例えば導光手段２２を経由する色光は赤色光でも構わない。また、色光の分離・合成手段はダイクロイックミラーとダイクロイックプリズムのどちらを用いても構わない。
【００４９】
以上のような変形例の場合でも、偏光手段を、本発明のような一方の偏光軸成分を主に透過、他方の偏光軸成分を主に反射とする機能の多層構造フィルムとすることにより、上述のような効果を得ることができる。
【００５０】
（偏光手段の説明）
さて次に、本発明の偏光手段２９，３１，３３（さらには偏光手段３０，３２，３４）の具体的構成について、図６，図７を用いて説明する。本発明の偏光手段は、一方の偏光軸成分の光を主に透過し、他方の偏光軸成分の光を主に反射する機能を有する延伸形成された多層構造フィルムである。図６は多層構造のフィルムを入射側偏光手段に用い、液晶パネルと共に用いた場合の液晶ライトバルブにおける光の偏光軸成分の透過／反射を説明する図である。図７は、図６において用いられる入射側偏光手段としての多層構造フィルムを示す構成図である。
【００５１】
図６において、光源側からの光は、入射光５０１及び５０２としてもたらされる。入射光には互いに略直交するＳ偏光軸成分とＰ偏光軸成分の光が含まれている。但し、光源側に偏光変換器を挿入して、光源からの光のうちの例えばＳ偏光軸成分の光をＰ偏光軸成分の光に変換し、Ｐ偏光光に揃えて出射している場合は、入射側偏光板に入射する光の比率はＰ偏光軸成分の光がほとんどで、Ｓ偏光軸成分の光はわずかとなる。
【００５２】
５０３は入射側偏光手段として用いられる多層構造フィルムであり、入射光のうちの例えばＰ偏光軸成分の光を主に透過するが、Ｓ偏光軸成分の光は主に反射する反射偏光板である。多層構造フィルムを透過したＰ偏光光５０１は、液晶パネル５０４に入射する。液晶パネル５０４は、ＴＮ型の液晶を用いており、液晶に電圧印加されていない画素に入射した光（Ｐ偏光光）は、略９０°偏光軸が回転されてＳ偏光光５０９として出射される。一方、液晶に飽和電圧が印加された画素に入射した光（Ｐ偏光光）は、そのままの偏光軸成分の光５０８として出射される。なお、５０５は出射側偏光手段であり、従来から使用されている吸収型偏光板である。液晶ライトバルブをノーマリーホワイトモードとして使う場合は、この偏光板５０５の透過軸をＳ偏光軸に設定し、液晶パネル５０４からＳ偏光光として出射された光５０９を、そのまま透過させる。一方、Ｓ偏光光として液晶パネル５０４から出射された光５０８は、偏光手段５０５に吸収されてしまう。液晶パネル５０４において画素毎に入射光の偏光軸の回転量を制御することにより、偏光手段５０５を透過する光量が画素毎に制御され、画像が形成される。
【００５３】
一方、Ｓ偏光軸の入射光５０２については、図中右側に示した。Ｓ偏光光５０２は、多層構造フィルム５０３において反射され、光源側に戻っていく。
【００５４】
なお、前にも述べたように、出射側偏光手段５０５を、入射側偏光手段５０３と同様な、一方の偏光軸成分を主に透過、他方の偏光軸成分を主に反射とする多層構造フィルムにしてもよい。そうすると、Ｐ偏光光５０８は図示のように偏光手段に吸収されるのではなく、光源側に反射されることになる。反射された光の偏光軸はＰ偏光のままである。
【００５５】
このような本発明に用いられる多層構造フィルムは、「反射偏光板」とも称され、特表平９−５０６９８５号公報には「反射偏光子」としてその詳細が開示されている。
【００５６】
図７には、この多層構造フィルムからなる反射偏光板の詳細が示される。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）と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；ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｎａｐｔｈａｌａｔｅ）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； ｃｏｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｏｆ ｎａｐｔｈａｌｅｎｅ ｄｉｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄ ａｎｄ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌｌｉｃ ｏｒ ｉｓｏｔｈａｌｉｃ ａｃｉｄ）を用いることができる。もちろん、本発明に用いる反射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。
【００５７】
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。
【００５８】
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）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。
【００５９】
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、ｔＡ・ｎＡＸ＋ｔＢ・ｎＢＸ≒λ／２ ・・・（１）となるように設定することによって、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）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、全可視光の波長の広範囲にわたって上記（１）式が成立するようにして、透過波長帯域を広げれば、Ｘ軸方向の直線偏光（Ｓ偏光）の白色光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、符号≒で示した式は、完全に等しい屈折率とできるのであれば、その方が好ましい。
【００６０】
また、以上の多層構造フィルムによる反射偏光板の偏光精度が低い場合は、複数の反射偏光板を光軸上に配置し、複数枚構成の反射偏光板を構成して偏光精度を向上させてもよい。
【００６１】
ここで、偏光手段の波長選択透過特性は、３つの液晶ライトバルブの全てにおいて共通である必要はなく、それぞれ、各ライトバルブが変調する色光を選択的に透過するように設定するようにしてもよい。すなわち、図８に示したように、赤色光用のライトバルブの偏光手段２９，３０の波長選択透過特性５１０は、赤色の波長帯域（約６００ｎｍ〜７００ｎｍの帯域）の光を選択的に透過するように設定し、緑色光用のライトバルブの偏光手段３１，３２の波長選択透過特性５２０は、緑色の波長帯域（約５００〜６００ｎｍの帯域）の光を選択的に透過するように設定し、青色光用のライトバルブの偏光手段３３，３４の波長選択透過特性５３０は、青色の波長帯域（約４００〜５００ｎｍの帯域）の光を選択的に透過するように設定するようにしてもよい。この場合、偏光手段は干渉カラーフィルタと同じような機能を有し、その波長帯域から外れた波長の光は透過せずに反射されることになる。よって、ダイクロイックミラーの色分離特性が十分でなくとも、３つのライトバルブに色純度の高い色光を入射させることができ、３つのライトバルブにより変調された光を合成してなる合成光は色純度の高い光となるので、色再現性の高い投写型表示装置を得ることが可能となる。具体的には、図７における、Ａ層６０１とＢ層６０２における膜厚及び屈折率の設定を上記設定とは異ならせた第２の多層構造フィルムをさらに重ねて積層すればよい。この第２の多層構造フィルムは、Ｙ軸方向の直線偏光（上記の例ではＰ偏光）の透過波長帯域を、可視光波長帯域のうちの一部とするように設定するものである。
【００６２】
すなわち、（ｎＡＸ）≠（ｎＡＹ），（ｎＢＹ）≒（ｎＢＸ）≒（ｎＡＸ）として屈折率を設定し、ｔＡ・ｎＡＹ＋ｔＢ・ｎＢＹ≒λ／２・・・（２）となるように膜厚を設定する。ここで波長λは、反射偏光手段を透過しない波長帯域に設定する。例えば、赤色光用のライトバルブの偏光手段２９，３０が波長選択透過特性５１０を持つようにするには、赤色の波長帯域を除く波長帯域を上記式（２）のλとするように設定し、同様に、緑色光用のライトバルブの偏光手段３１，３２、青色光用のライトバルブの偏光手段３３，３４も、波長選択透過特性５２０と波長選択透過特性５３０を除く波長帯域をλとして各々設定すればよい。このようにすると、各ライトバルブどうしで、第２の多層構造フィルムのフィルム膜厚をそれぞれが反射する波長帯域に合わせて異ならせて設定すると、各ライトバルブが変調する色光の波長を有するＰ偏光光が透過されることになる。なお、Ｓ偏光光は、先に説明した第１の多層構造フィルムにおいてそのほとんどが反射される。また、第２の多層構造フィルムは、第１の多層構造フィルムの入射側、出射側のいずれに配置してもよい。
【００６３】
なお、それぞれの偏光手段の波長選択透過帯域を、それぞれのダイクロイックミラーが透過または反射する光の波長分離帯域よりも狭めれば、液晶パネルには極めて色純度の高い色光を入射させることができるので、さらに、色再現性の高い投写型表示装置を得ることが可能となる。
【００６４】
一方、それぞれの偏光手段の波長選択透過帯域を、それぞれのダイクロイックミラーが透過または反射する光の波長分離帯域と同等、あるいはそれよりも広いものとしてもよい。特に、ダイクロイックミラーでは完全な波長分離ができるわけではなく、分離された３つの色光には本来の色光成分とは異なる波長成分も含まれている。しかし、本発明の偏光手段が、ダイクロイックミラーの波長分離特性と同等あるいはそれよりもブロードな波長選択透過特性を有していれば、ダイクロイックミラーにより分離された波長帯域は偏光手段をそのまま透過し、本来の色光の波長から離れた波長帯域成分のみを、偏光手段により反射させて不透過とすることができる。これにより、ある程度の色再現性を確保しつつ、光の利用効率を向上させるた投写型表示装置を得ることが可能となる。
【００６５】
また、各液晶ライトバルブの一対の反射偏光手段の波長選択透過特性をまったく同じにする必要はなく、光源側に配置される光入射側偏光手段の波長選択透過特性と、光源とは反対側に配置される光出射側偏光手段の波長選択透過特性とが異なっていても良い。また、一方の反射偏光手段のみに波長選択透過特性を持たせるだけでも構わない。
【００６６】
また、特に光入射側反射偏光手段において、赤外線成分と紫外線成分は少なくとも反射するようにフィルム膜厚を設定しておくとよい。これらの波長は、液晶ライトバルブにおいて、特性劣化や発熱の要因となるものであり、吸収もしくは透過させないことが好ましい。
【００６７】
上記の説明において、入射側偏光手段の透過軸と反射軸の設定は、透過をＳ偏光光、反射をＰ偏光光としても良く。さらに、出射側偏光手段の透過軸と吸収軸（又は反射軸）の設定は、逆としても良いことは言うまでもない。
【００６８】
なお、以上の偏光手段についての構成は、以降の各実施例についても同様に適用するものとする。
【００６９】
〔第２の実施例〕
次に、第２の実施例を図面を用いて説明する。図２は本実施例にかかわる投写型表示装置の要部を示す概略構成図である。本実施例の投写型表示装置は、基本的な構成は第１の実施例と同様であるが、光源１００、均一照明光学系１０１から構成される照明光学系１０３と、集光レンズ１１８，１３０，１３１とを有する点で第１の実施例と相違している。なお、本実施例にて特段説明しない箇所においては、第１の実施例での説明と同様である。
【００７０】
照明光学系１０３からの光束は、赤色光を透過し、緑・青色光を反射する第１のダイクロイックミラー１１３により、赤色光（Ｒ）と緑・青色光とに分離される。第１のダイクロイックミラー１１３により反射された緑・青色光は、緑色光（Ｇ）を反射し、青色光（Ｂ）を透過する第２のダイクロイックミラー１１４により、緑色光と青色光に分離される。２つのダイクロイックミラーにより色光分離手段は構成され、分離された３つの色光は、それぞれの液晶ライトバルブ１２３，１２４，１２５に入射される。
【００７１】
第１のダイクロイックミラー１１３を透過した赤色光は、ミラー１１７により反射され、平凸レンズからなる集光レンズ１３１に入射し、平行光にされて液晶ライトバルブ１２３に入射される。また、第２のダイクロイックミラー１１４により反射された緑色光は、１３１と同様な平凸レンズからなる集光レンズ１３０により平行光にされて液晶ライトバルブ１２４に入射される。また、第２のダイクロイックミラー１１４を透過した青色光は、平凸レンズからなる集光レンズ１１８により平行光にされ、ミラー１１５により反射され、リレーレンズ１１９を介して再び平行光となり、ミラー１１６により反射されて、青色用液晶ライトバルブ１２５に平行光化された状態で入射する。リレーレンズ１１９は、光源１０３から各液晶ライトバルブまでの光路長において、青色光の光路長だけが赤色光及び緑色光の場合よりも長くなって光損失するのを防ぐために、介在させたものである。このリレーレンズ１１９の焦点距離は、集光レンズ１１８の出射点から液晶ライトバルブ１２５までの光路長にほぼ等しく設定してなる。それにより、各色光の光源からライトバルブまでの距離を、実質的に等価としている。
【００７２】
液晶ライトバルブ１２３，１２４，１２５は、第１の実施例と同一構成及び同一機能の、入射側偏光手段、液晶パネル、出射側偏光手段からなる。液晶パネルの構造は、第１の実施例と同様に、各画素に、ＴＦＴとそれに接続された画素電極を有するアクティブマトリックス型の透過型液晶パネルからなる。液晶ライトバルブにおける光の透過／反射の作用は、図６で説明した通りであって第１の実施例と同一である。入射側偏光手段は、一方の偏光軸成分の光（例えばＰ偏光光）を主に透過し、他方の偏光軸成分の光（例えばＳ偏光光）を主に反射する第１実施例にて説明した多層構造フィルム（図７参照）からなる。また、第１の実施例と同様に、出射側偏光手段は、上記した従来通りの吸収型偏光板でもよく、また入射側偏光板と同様に反射偏光板としてもよい。また、各液晶ライトバルブにおいては、入射側偏光手段と出射側偏光手段となる図７にて説明した多層構造フィルムは、液晶パネルを構成する一対の基板の外面に密着又は貼り付けられている。
【００７３】
３つの液晶ライトバルブ１２３，１２４，１２５により各々変調された色光は、第１の実施例と同様なクロスダイクロイックプリズム１２６により同一光軸上に合成されて、投写レンズ１２７に導かれる。投写レンズ１２７により投写されたカラー合成光は、スクリーン１２８に結像されて画像表示される。
【００７４】
以上の説明において、入射側偏光手段の透過軸と反射軸の設定は、透過をＳ偏光軸、反射をＰ偏光軸としても良く。さらに、出射側偏光手段の透過軸と吸収軸（又は反射軸）の設定は、逆としても良いことは言うまでもない。また、本発明に用いる反射偏光板を、第１の実施例にて説明したような波長選択透過特性を持つように設定しても構わない。その場合の偏光手段の構成及び作用は第１の実施例と同様である。
【００７５】
以上のように、本実施例によれば、液晶ライトバルブの少なくとも入射側偏光手段は、２種類の偏光軸のうち一方の偏光軸成分の光は透過するが、他方の透過軸成分の光は反射する機能を有しているので、入射側偏光板における発熱の問題が大幅に改善されている。出射側偏光手段を、入射側偏光手段と同様な反射偏光板とすれば、第１の実施例で説明したように出射側偏光手段における発熱も問題も改善され、光利用効率は更に向上する。また、このような偏光手段は、図７に説明したような多層構造のフィルムであるため、従来の偏光板を置き換えることで済み、光学系が大型化することもない。また、発熱が激減するため、冷却手段を無くす、または冷却手段の冷却効率を高める特別な工夫をしなくとも良くなるなど、冷却機構を簡単化することができる。さらに、このような反射偏光板であれば、偏光板を液晶パネルの基板の外面に密着又は貼り付けることもできる。
【００７６】
なお、均一照明光学系１０１は、照明光学系の中心軸１０２に垂直な平面上に平行配置された第１のレンズ板１３２と第２のレンズ板１３３により構成されている。第１のレンズ板１３２は、複数の矩形レンズをマトリクス状に配置した構成となっており、第２のレンズ板１３３も複数の矩形レンズをマトリクス状に配置した構成となっている。第１のレンズ板１３２の各矩形レンズの形状が液晶パネルの形状と相似形状となるため、第１のレンズ板１３２の各矩形レンズの像が、第２のレンズ板１３３の各矩形レンズによりそれぞれ液晶パネルに重畳して照射される。そもそも光源１００からの光束は、中心付近では光強度が強く、周辺では弱いものであるが、第１のレンズ板のマトリクス配置された各箇所の矩形レンズにより、光束の中心付近から周辺までの各部分の光がそれぞれ集光され、さらに第２のレンズ板の矩形レンズにより、液晶パネルに重畳されるように照射されるため、明るさが画面内で均一化する。
【００７７】
以上、本実施例においては、液晶ライトバルブ１２３，１２４，１２５の偏光手段として、図７に説明した多層構造のフィルムが配置されており、フィルムの入射面のいずれの位置にも、均一照明光学系１０３により均一な明るさの光が照射され、一方の偏光軸成分の光が透過、他方の偏光軸成分の光が反射されるので、液晶パネルには面内の光強度分布が均一な、一方の偏光軸成分の光束が入射することになる。また、光源からの光を平行化する集光レンズ１１８，１３０，１３１により、入射側偏光手段（さらには出射側偏光手段）の入射面に対して実質的に垂直に光入射するので、偏光手段により他方の偏光軸成分の光を反射しても、均一照明光学系１０３へ光軸に沿って反射することができる。光源は光源ランプ１１１の発した光や偏光手段から反射された反射光を、略平行光として第１のレンズ板へ出射するリフレクタ１１２を有する。従って、第１の実施例にて説明したように、この反射光は、光源側のリフレクタ１１２にて再反射されて、再び液晶ライトバルブ１２３，１２４，１２５の入射側偏光手段に再入射する。その際には、他方の偏光軸成分の光のうちの少なくとも一部は、リフレクタ１１２まで反射され偏光手段まで戻ってくる過程で、入射側偏光手段の透過軸成分に変換されるので、その光を投写に利用することができる。
【００７８】
さらに、本発明は、偏光手段からの反射光を、光源にて反射してライトバルブ側へ戻すものであるが、この場合は光源部の構成として次の構成を採用することが必要である。すなわち、（１）光源部のリフレクタを、分離手段側から戻ってきた光を反射して略平行光にして射出するパラボラ形状の反射ミラーを有するか、或いは、（２）分離手段側から戻ってきた光を反射する球面形状のリフレクタのような反射ミラーと、該反射ミラーからの光を略平行光にして射出するコンデンサーレンズのような集光手段とを有することが好ましい。
【００７９】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８０】
例えば、白黒画像を投写する投写型表示装置に本発明を適用する場合には、液晶パネルが１枚と一対の偏光手段で済み、光束を３色に分離する色光分離手段と、３色の光束を合成する色光合成手段とを省略できる。また、１枚の液晶パネルの内面に３原色の色光を透過するカラーフィルタを配置させ単板の液晶パネルによりカラー表示させる場合には、１枚の液晶パネルと一対の偏光手段でカラー画像表示することができる。
【００８１】
また、実施例においては、入射側偏光手段及び出射側偏光手段を各液晶パネルの基板外面に貼り付けて構成したが、両方または一方を液晶パネルと離間して配置しても構わない。その場合、偏光手段を保持する保持部材が別途必要となる。なお、離間して配置した場合でも、偏光手段の入射面に垂直方向から光入射するように偏光手段を配置しなければならない。
【００８２】
また、光源からのランダム光のうち、入射側偏光手段の反射軸の光成分を透過軸成分に偏光変換する偏光変換器（後述する図５及びその説明を参照）を、光源１００と第１のダイクロイックミラー１１３との間に配置して、光源からの光の偏光軸を揃えるようにしてもよい。但し、偏光変換器は、光源光を完全に一偏光軸成分に変換することはできないので、変換できなかった光成分は、入射側偏光手段により反射される。
【００８３】
また、実施例における色光の分離順序・方法と合成の光路はこれに限られるものではなく、例えば導光手段を経由する色光は赤色光でも構わない。
【００８４】
〔第３の実施例〕
次に、第３の実施例を図面を用いて説明する。図３は本実施例にかかわる投写型表示装置の要部を示す概略構成図である。本実施例の投写型表示装置は、基本的な構成は第１の実施例と同様であるが、光源部２００、偏光照明光学系２０１から構成される照明光学系２０３を有する点で相違している。なお、本実施例にて特段説明しない箇所においては、第１の実施例での説明と同様である。
【００８５】
この投写型表示装置は、光源２００と、ダイクロイックミラー２１３，２１４と、反射ミラー２１５，２１６，２１７と、入射レンズ２１８，リレーレンズ２１９，出射レンズ２２０と、３つの液晶ライトバルブ２２３，２２４，２２５と、クロスダイクロイックプリズム２２６と、投写レンズ２２７とを備えている。なお、入射レンズ２１８、リレーレンズ２１９、出射レンズ２２０、反射ミラー２１５，２１６は導光手段２２２を構成している。
【００８６】
図３において、光源部２００は、第１の実施例と同様な構成である。ダイクロイックミラー２１３，２１４は、第１の実施例と同様に、光源からの光束を赤、青、緑の３色の色光に分離する色光分離手段としての機能を有する。光源２００らの光束は、赤色光を透過し、緑・青色光を反射する第１のダイクロイックミラー２１３により、赤色光（Ｒ）と緑・青色光とに分離される。第１のダイクロイックミラー２１３により反射された緑・青色光は、緑色光（Ｇ）を反射し、青色光（Ｂ）を透過する第２のダイクロイックミラー２１４により、緑色光と青色光に分離される。２つのダイクロイックミラーにより色光分離手段は構成され、分離された３つの色光は、それぞれの液晶ライトバルブ２２３，２２４，２２５に入射される。
【００８７】
なお、本実施例では、青色光の光路長が３つの色光のうちで最も長くなる。そこで、青色光に対しては、ダイクロイックミラー１４の後に、入射レンズ２１８と、リレーレンズ２１９と、出射レンズ２２０とを含むリレーレンズ系で構成された導光手段２２２が設けられている。すなわち、青色光は、緑光反射ダイクロイックミラー２１４を透過した後に、まず、入射レンズ２１８及び反射ミラー２１５を経て、リレーレンズ２１９に導かれる。さらに、反射ミラー２１６によって反射されて出射レンズ２２０に導かれ、青色光用液晶ライトバルブ２２５に入射される。
【００８８】
また、液晶ライトバルブ２２３，２２４，２２５は、第１の実施例と同一構成及び同一機能の、入射側偏光手段、液晶パネル、出射側偏光手段からなる。液晶パネルの構造は、第１の実施例と同様に、各画素に、ＴＦＴとそれに接続された画素電極を有するアクティブマトリックス型の透過型液晶パネルからなる。液晶ライトバルブにおける光の透過／反射の作用は、図６で説明した通りであって第１の実施例と同一である。入射側偏光手段は、一方の偏光軸成分の光（例えばＰ偏光光）を透過し、他方の偏光軸成分の光（例えばＳ偏光光）を反射する第１実施例にて説明した多層構造フィルム（図７参照）からなる。また、第１の実施例と同様に、出射側偏光手段は、上記した従来通りの吸収型偏光板でもよく、また入射側偏光板と同様に反射偏光板としてもよい。また、各液晶ライトバルブにおいては、入射側偏光手段と出射側偏光手段となる図７にて説明した多層構造フィルムは、液晶パネルを構成する一対の基板の外面に密着又は貼り付けられている。
【００８９】
３つの液晶ライトバルブ２２３，２２４，２２５により各々変調された色光は、第１の実施例と同様なクロスダイクロイックプリズム２２６により同一光軸上に合成されて、投写レンズ２２７に導かれる。投写レンズ２２７により投写されたカラー合成光は、スクリーン２２８に結像されて画像表示される。
【００９０】
以上の説明において、入射側偏光手段の透過軸と反射軸の設定は、透過をＳ偏光軸、反射をＰ偏光軸としても良く。さらに、出射側偏光手段の透過軸と吸収軸（又は反射軸）の設定は、逆としても良いことは言うまでもない。また、本発明に用いる反射偏光板を、第１の実施例にて説明したような波長選択透過特性を持つように設定しても構わない。その場合の偏光手段の構成及び作用は第１の実施例と同様である。
【００９１】
なお、本実施例おいては、偏光照明光学系２０１を含む照明光学系２０３を備えた点で、第１の実施例及び第２の実施例と相違している。この偏光照明光学系２０１は光源部２００から出射されるランダムな偏光光を、偏光方向がほぼ揃った一種類の直線偏光に変換して出射するものである。
【００９２】
以下、この照明光学系２０３について詳細に説明する。光源部２００は、ランプとパラボラ形状を有するリフレクタとを備えており、ランプから放射された光は、リフレクタによって一方向に反射され、略平行な光束となって偏光照明光学系２０１に入射する。光源部２００の光源光の光軸は、照明光学系２０３の出射光軸に対して一定距離だけ平行にシフトしている。なお、リフレクタを球面形状とし、リフレクタからの反射光を集光して略平行光にするコンデンサーレンズを後述する第１の光学要素２３２の光源側に配置してもよい。
【００９３】
偏光照明光学系２０１は、第１の光学要素２３２と第２の光学要素２３３を備える。第１の光学要素２３２はレンズ板からなり、そこには複数の矩形レンズがマトリクス状に形成される。光源部２００の光軸は第１の光学要素２３２の中心軸に一致するように配置されている。この第１の光学要素２３２は、図２の第１のレンズ板１３２と同様に、各矩形レンズが液晶パネルと相似形状となっている。次に、第２の光学要素２３３は、集光レンズアレイ２３４と、偏光ビームスプリッタアレイ２３５と、波長板２３６と、出射側レンズ２３７から構成される。集光レンズアレイ２３４には、図２の第２のレンズ板１３３と同様に、複数の矩形レンズが形成されている。この第２のレンズ板の矩形レンズは、第２の実施例と同様に、第１の光学要素の各矩形レンズの像を液晶パネルに重畳照射する働きをするので、２つの矩形レンズアレイにより、液晶パネルを均一な明るさで照明することができる。
【００９４】
次に、偏光ビームスプリッタアレイ２３５は、一方の偏光軸（例えばＳ偏光）の光を他方の偏光軸（例えばＰ偏光）の光に変換し、一方の偏光軸（この場合Ｐ偏光）に揃えて出射する偏光変換器としての機能を有する。
【００９５】
この偏光ビームスプリッタアレイ２３５の詳細を図５に示す。
【００９６】
同図（Ａ）に第１の構成例を示す。偏光ビームスプリッタアレイ２３５は、断面が平行四辺形の透光性部材（ガラス等）３２２が複数個、平行な面を接着剤３２５ａ，３２５ｂで貼り合わせて板状に構成された偏光分離手段３２０を有する。光源部２００はランダム偏光であるので、偏光ビームスプリッタアレイ２３５の前段に配置される集光レンズ２３４により集光された光（Ｐ偏光光とＳ偏光光を含む）が、まず光透過部３４２と遮光部３４１からなる光学部材に入射する。この光透過部３４２を透過した光は、各透光性部材３２２の各入射面３２７から入射する。但し、直前に配置される集光レンズ２３４により、入射光を光透過部３４２に集光している。遮光部３４１に面する入射面３２７には遮光部により光遮断されるので、光入射しない。遮光部３４１には若干、光入射するが、この遮光部が反射ミラー機能を有しているので、ここへ入射された光は光源部２００のリフレクタへ反射され、そこで反射されて再び戻ってくる。
【００９７】
入射したＳ偏光光とＰ偏光光のうちＰ偏光成分は偏光分離膜３３１ａにより反射される。この膜は、透光性部材３２２の一方の面に蒸着形成された干渉多層膜であり、この膜形成後に各透光性部材を接着剤３２５で貼り合わせてなる。偏光分離膜透過したＳ偏光の成分は、偏光変換膜（１／４波長板）３８１（図３の２３６に相当）により、Ｓ偏光光の偏光軸が略９０°回転されてＰ偏光光に変換される。一方、反射されたＰ偏光光は、反射膜３３２ｂにより反射される。従って、偏光ビームスプリッタアレイからは、Ｐ偏光にほぼ揃った光が偏光照明光学系２０１の光軸方向に向けて反射される。
【００９８】
以上の構成により、偏光ビームスプリッタアレイからの出射光は、偏光照明光学系２０１の光軸方向に、光源のランダムな偏光をＰ偏光の光に揃えた光束が出射される。なお、現実的には、偏光変換膜３８１では、ほとんどのＳ偏光成分をＰ偏光に変換できるが、偏光変換しきれずにＰ偏光以外の成分（Ｓ偏光成分）の光も出射されてしまっている。
【００９９】
また、図５（Ｂ）は、第２の構成例を示す。図に示すように、偏光ビームスプリッタアレイ２３５は、断面が平行四辺形の透光性部材（ガラス等）３２２が複数個、平行な面を接着剤３２５で貼り合わせて板状に構成された偏光分離手段３２０を有する。この偏光分離手段３２０は、光源部２００はランダム偏光であるので、集光レンズ２３４により集光された光（Ｐ偏光光とＳ偏光光を含む）が各透光性部材３２２の各入射面３２７から入射する。この入射したＳ偏光とＰ偏光の成分は反射膜３３２により反射される。反射されたＰ偏光とＳ偏光の成分は、偏光分離膜３３１により、Ｐ偏光とＳ偏光に分離される。偏光分離膜３３１は、Ｓ偏光光を反射、Ｐ偏光光を透過する膜である。従って、偏光分離膜３３１を透過したＰ偏光光は反射膜３３２ｂにより反射され出射される。さらに、透光性部材３２７の出射面３２６には、透光性部材の一つ置きに１／４波長板である波長板３８１（図３の２３６）が配置され、Ｓ偏光が略９０°回転されてＰ偏光に変換され出射される。なお、この第２の構成例では、集光レンズ２３４により入射面３２７に集光しているが、入射面３２７以外の入射面にも若干の光が入る。その光は偏光変換されずにＳ偏光光として出射されてしまう。
【０１００】
以上の２つの構成例により説明したように、偏光ビームスプリッタアレイからは、偏光照明光学系２０１の光軸方向に、光源のランダムな偏光をほぼＰ偏光の光に揃えて出射することができる。出射された光束は、出射側レンズ２３７により平行化されて、ダイクロイックミラー２１３に向けて出射される。
【０１０１】
なお、現実的には、上述のように、偏光変換膜３８１においてほとんどのＳ偏光成分をＰ偏光に変換できるが、偏光変換しきれずにＳ偏光の成分の光も出射されてしまっている。また、偏光変換膜３８１の配置されない透光性部材の入射面に、光入射があると、偏光分離膜３３１によりＰ偏光及びＳ偏光が共に反射され、反射膜３３２ｂで反射されて、偏光軸が揃わないまま出射されてしまっている。
【０１０２】
先に説明した第１及び第２の実施例においては、液晶ライトバルブの入射側偏光手段として、一方の偏光軸（例えばＰ偏光）の光を主に透過し、他方の偏光軸（例えばＳ偏光）の光を主に反射する多層構造フィルムに対して、光源から発せされたランダム偏光の光（Ｐ偏光とＳ偏光を共に含む）が入射しているため、入射光の約半分の光は反射されており、光源と入射側偏光手段との間ので、反射、再反射が繰り返されていた。光源側で再反射された光のうち、少なくとも一部の光は、入射側偏光手段の透過軸に偏光し、偏光手段を透過して液晶パネルにまで至るが、再反射された光の残りの光は、入射側偏光手段で再反射され、光源側へ至るようになる。しかし、反射を繰り返すことにより、光は徐々に損失するため、光源光のほとんどを利用するところまで達していない。
【０１０３】
しかし、本実施例においては、光源からのランダム偏光光のほとんどを、偏光照明光学系２０１により、入射側偏光手段の透過軸に揃えることができるので、液晶ライトバルブの入射側偏光手段を、光源光のうちのほとんどの光が透過し、偏光変換が充分にできなかった残りの偏光成分が入射側偏光手段において反射され、偏光変換器側に戻ることになる。この偏光変換器側に戻った光は、偏光変換器や光源のリフレクタによって再び入射側偏光手段に再反射されてくる過程で、入射側偏光手段の透過軸に変換されるので、その一部がさらに入射側偏光手段を透過して、投写光として利用することができるようになる。従って、本実施例は、第１、第２の実施例より光利用効率は高くなる。
【０１０４】
図５（Ａ）の偏光ビームスプリッタアレイでは、ライトバルブの偏光手段から反射されたＳ偏光は、偏光変換膜３８１の存在しない出射面から入射し、反射膜３３２ｂにより反射され、Ｐ偏光を反射する偏光分離膜３３１ａを透過し、反射膜３３２ａにより反射され、さらに遮光部３４１により反射されて、再び同じ光路を辿って、液晶ライトバルブ側へ出射される。しかしながら、これらの反射光路を経由する過程において、少なくとも一部はＳ偏光からＰ偏光に変化する成分もでてくるので、この光を再利用することができるのである。また、偏光変換膜３８１の位置に戻ってきたＳ偏光は、この偏光変換膜によりＰ偏光に変換され、偏光分離膜３３１ａを透過して光源側へ出射される。これらの光は、光源部２００のリフレクタで平行光として反射されて、再び戻ってくる。従って、再び、入射側偏光手段の透過軸に偏光変換することができ、光の利用効率を上げて、光源光のほとんどを投写のために利用することができるようになる。
【０１０５】
図５（Ｂ）の偏光ビームスプリッタアレイでは、ライトバルブの偏光手段から反射されたＳ偏光は、偏光変換膜３８１の存在しない出射面３２６から入射し、反射膜３３２ｂにより反射され、Ｓ偏光を反射する偏光分離膜３３１により反射されて、光源部へ戻る。また、偏光変換膜３８１の位置に戻ってきたＳ偏光は、この偏光変換膜によりＰ偏光に変換され、偏光分離膜３３１を透過して光源側へ出射される。これらの光は、光源部２００のリフレクタで平行光として反射されて、再び戻ってくる。従って、再び、入射側偏光手段の透過軸に偏光変換することができ、光の利用効率を上げて、光源光のほとんどを投写のために利用することができるようになる。
【０１０６】
以上のように、本実施例によれば、液晶ライトバルブの少なくとも入射側偏光手段は、２種類の偏光軸のうち一方の偏光軸成分の光は透過するが、他方の透過軸成分の光は反射する機能を有しているので、入射側偏光板における発熱の問題が大幅に改善されている。出射側偏光手段を、入射側偏光手段と同様な反射偏光板とすれば、第１の実施例で説明したように出射側偏光手段における発熱も問題も改善され、光利用効率は更に向上する。また、このような偏光手段は、図７にて説明したような多層構造のフィルムであるため、従来の偏光板を置き換えることで済み、光学系が大型化することもない。また、発熱が激減するため、冷却手段を無くす、または冷却手段の冷却効率を高める特別な工夫をしなくとも良くなるなど、冷却機構を簡単化することができる。さらに、このような反射偏光板であれば、偏光板を液晶パネルの基板の外面に密着又は貼り付けることもできる。
【０１０７】
また、前記多層構造のフィルムは、フィルムの面に垂直方向から光入射するように配置する。このようにすることにより、フィルムからの他方の偏光軸成分の反射光を入射光軸に沿って光源側に反射することができる。それによって、光源側で再反射した光を再び、同一光軸に沿って再び入射側偏光手段に導くことができる。従って、フィルムで反射した光の利用効率をさらに高めることができる。特に、本実施例では出射側レンズ２３７により平行光にして入射側偏光手段を照射しているので、反射された光は偏光照明光学系２０１の光軸に沿って反射され、光が漏れていくことが少ない。
【０１０８】
以上の説明において、入射側偏光手段の透過軸と反射軸の設定は、透過をＳ偏光軸、反射をＰ偏光軸としても良く。さらに、偏光変換器において出射する偏光軸をＳ偏光に揃える構成としても構わない。また、出射側偏光手段の透過軸と吸収軸（又は反射軸）の設定は、逆としても良いことは言うまでもない。また、本発明に用いる反射偏光板を、第１の実施例にて説明したような波長選択透過特性を持つように設定しても構わない。その場合の偏光手段の構成及び作用は第１の実施例と同様である。
【０１０９】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１１０】
例えば、白黒画像を投写する投写型表示装置に本発明を適用する場合には、液晶パネルが１枚と一対の偏光手段で済み、光束を３色に分離する色光分離手段と、３色の光束を合成する色光合成手段とを省略できる。また、１枚の液晶パネルの内面に３原色の色光を透過するカラーフィルタを配置させ単板の液晶パネルによりカラー表示させる場合には、１枚の液晶パネルと一対の偏光手段でカラー画像表示することができる。
【０１１１】
また、実施例においては、入射側偏光手段及び出射側偏光手段を各液晶パネルの基板外面に貼り付けて構成したが、両方または一方を液晶パネルと離間して配置しても構わない。その場合、偏光手段を保持する保持部材が別途必要となる。なお、離間して配置した場合でも、偏光手段の入射面に垂直方向から光入射するように偏光手段を配置しなければならない。
【０１１２】
また、実施例における色光の分離と合成の光路はこれに限られるものではなく、例えば導光手段２２２を経由する色光は赤色光でも構わない。
【０１１３】
〔第４の実施例〕
次に、第４の実施例を図面を用いて説明する。図４は本実施例にかかわる投写型表示装置の要部を示す概略構成図である。本実施例の投写型表示装置は、基本的な構成は第２の実施例と同様であるが、光源１００と色光の分離手段を構成する第１のダイクロイックミラー１１３との間の光路中に、１／４波長板４００と、一方の偏光軸成分の光を透過し、他方の偏光軸成分の光を反射する反射偏光手段４０１とを介在配置した照明光学系１０３’を有する点で、第２の実施例と相違している。本実施例では、１／４波長板４００と偏光手段４０１以外の構成及びその作用は、特段の説明をしない限り、第２の実施例と同様である。
【０１１４】
本実施例における１／４波長板４００及び偏光手段４０１は、以下のように作用する。
【０１１５】
光源ランプ１１１から発せられた光はランダム偏光である。この光はランプ１１１の後方に配置される反射ミラー（リフレクタ）により平行光化して、１／４波長板４００に向けて反射される。１／４波長板４００は、光源１００から出射された光の偏光軸を楕円偏光に変換する機能を有する。１／４波長板４００を透過した光は、楕円偏光にされたものの、依然としてランダム偏光状態である。この光は次に、反射偏光手段４０１に入射される。この反射偏光手段４０１は、上記各実施例にて説明されたきた図７に示す多層構造フィルムからなる。従って、反射偏光手段４０１において、光源からのランダム偏光のうち、一方の偏光軸成分の光（例えばＰ偏光光）は透過され、他方の偏光軸成分の光（例えばＳ偏光光）は反射される。
【０１１６】
反射された他方の偏光軸成分の光（例えばＳ偏光光）は、再び１／４波長板４００を透過し、楕円偏光に変換される。次に、１／４波長板４００を透過して光源１００側へ戻された楕円偏光光は、リフレクタ１１２により平行光となるように反射されて、再び１／４波長板４００へ入射される。この楕円偏光光は１／４波長板４００を透過して、今度は一方の偏光軸成分の光（例えばＰ偏光光）に変換される。従って、偏光手段４０１に反射された光は、リフレクタ１００を介して１／４波長板４００を２回透過することにより、偏光手段４０１の透過軸成分の光に変換されることとなる。
【０１１７】
なお、１／４波長板４００は均一照明光学系１０１’の第１のレンズ板１３２の平面側に密着又は貼り付けられ、偏光手段４０１の多層構造フィルムは第２のレンズ板１３３の平面側に密着又は貼り付けられる。レンズ板を利用して波長板と偏光板を保持させれば、特別な保持部材は不要となる。
【０１１８】
このように、色光の分離手段の前において、１／４波長板４００と反射偏光手段４０１を配置することにより、色光分離手段の前において、光の偏光軸を揃えることができる。特に、偏光手段からの反射光は、光路長が長くなると減衰してしまい利用効率が悪くなるが、本実施例においては、偏光手段１３３とリフレクタ１１２の距離が短いので、光減衰を抑えてかつ光利用効率を向上することができる。
【０１１９】
なお、本発明は、偏光手段からの反射光を、光源にて反射してライトバルブ側へ戻すものであるが、この場合は光源部の構成として次の構成を採用することが必要である。すなわち、（１）光源部のリフレクタを、分離手段側から戻ってきた光を反射して略平行光にして射出するパラボラ形状の反射ミラーを有するか、或いは、（２）分離手段側から戻ってきた光を反射する球面形状のリフレクタのような反射ミラーと、該反射ミラーからの光を略平行光にして第１のレンズ板１３２に射出するコンデンサーレンズのような集光手段とを有することが好ましい。
【０１２０】
なお、本実施例においては、液晶ライトバルブ１２３，１２４，１２５の入射側偏光板は、偏光手段１３３からの偏光状態が良ければ、取り除いてもよい。しかし、色光の分離手段１１３，１１４や反射ミラー１１５，１１６，１１７等を介することにより、偏光軸が変換されやすくなるので、各液晶ライトバルブの液晶パネル前には偏光手段を配置し、この透過軸を偏光手段４０１と一致されるようにすることが好ましい。液晶ライトバルブ側の偏光手段は、従来通りの他方の偏光軸を吸収する吸収型偏光板でも、これまで説明してきた反射偏光板でも構わない。液晶ライトバルブ側でも反射偏光板を用いれば、これを透過しない偏光軸の光は、偏光手段１３３を透過して、１／４波長板４００の作用により再び利用できる偏光軸となるので、さらに光利用効率は向上する。
以上の説明において、偏光手段の透過軸と反射軸の設定は、透過をＳ偏光軸、反射をＰ偏光軸として、逆転させても良い。また、本実施例に用いる液晶ライトバルブ側の入射側反射偏光板を、第１の実施例にて説明したような波長選択透過特性を持つように設定しても構わない。その場合の偏光手段の構成及び作用は第１の実施例と同様である。
【０１２１】
また、偏光手段４０１自体に、波長選択透過特性を持たせても構わない。すなわち、投写型表示装置においては、光源光に含まれる紫外線成分はこれを吸収する偏光板の特性を劣化させ、また、赤外線成分はこれを吸収する偏光板にて熱に変換される。従って、第１の実施例において説明したように、偏光手段４０１における多層構造フィルムのフィルム膜厚を、透過光が可視光領域となるように設定し、紫外線の波長帯域及び／又は赤外線の波長帯域を反射するように設定するとよい。
【０１２２】
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１２３】
例えば、白黒画像を投写する投写型表示装置に本発明を適用する場合には、液晶パネルが１枚と一対の偏光手段で済み、光束を３色に分離する色光分離手段と、３色の光束を合成する色光合成手段とを省略できる。また、１枚の液晶パネルの内面に３原色の色光を透過するカラーフィルタを配置させ単板の液晶パネルによりカラー表示させる場合には、１枚の液晶パネルと一対の偏光手段でカラー画像表示することができる。
【０１２４】
また、実施例においては、入射側偏光手段及び出射側偏光手段を各液晶パネルの基板外面に貼り付けて構成したが、両方または一方を液晶パネルと離間して配置しても構わない。その場合、偏光手段を保持する保持部材が別途必要となる。なお、離間して配置した場合でも、偏光手段の入射面に垂直方向から光入射するように偏光手段を配置しなければならない。
【０１２５】
また、実施例における色光の分離順序・方法と合成の光路はこれに限られるものではなく、例えば導光手段を経由する色光は赤色光でも構わない。
【０１２６】
〔液晶パネルの実施例〕
以上の第１乃至第４の実施例の液晶ライトバルブにて用いられる液晶パネルの実施例を図面を用いて以下に説明する。図１１は各液晶パネルの断面図、図１２（Ａ）は各液晶パネルの光出射側基板の平面図を示す。図１１は図１２（Ａ）のＡ−Ａ’の断面図を示している。本実施例における特徴は、液晶パネルの光出射側基板７０１に、薄膜トランジスタの下層遮光膜７０３を形成していることにある。
【０１２７】
図１１において、各液晶パネルは、光入射側基板７００と光出射側基板７０１の一対の基板間に、ＴＮ型などの液晶７０２を挟持する。なお、液晶はＴＮ型だけでなく、水平配向型、垂直配向型、高分子分散型、強誘電などのメモリー型など、適宜用いることができる。光出射側基板７０１の内面には、例えばクロムあるいはチタン等の金属から形成される遮光膜７０３がマトリクス状に形成され、その上には窒化シリコンあるいは酸化シリコン等から形成される第１の層間絶縁膜７０４が全面に形成され、その上に、多結晶シリコンあるいは非晶質シリコンからなるシリコン層が島状に形成される。このシリコン層は、後に、チャネル７０７，ソース７０５，ドレイン７０６となるものである。シリコン層の表面には熱酸化やＣＶＤ法等によりシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜７０８が形成され、その上にゲート電極７０９がチャネル７０７に対向して形成される。ゲート電極７０９は液晶パネルの画素領域にマトリクス状に形成される走査線ともなり、多結晶シリコンや、アルミニウム，タンタル等の金属などにより形成される。なお、多結晶シリコンを用いた場合はこの上に高融点金属が積層されてもよい。
【０１２８】
図においては、ゲート電極７０９に金属を用い、その表面を陽極酸化して形成した絶縁膜がゲート電極を覆った後、ゲート電極及びこの陽極酸化膜をマスクとして不純物イオンをシリコン層に注入し、ソース７０５，ドレイン７０６を自己整合的に形成している。なお、チャネル７０７とソース７０５，ドレイン７０６との間のシリコン層に、ソース・ドレインより低不純物濃度の領域を前もって形成すれば、ＬＤＤ構造とすることができる。以上説明したように、各画素ごとにスイッチング素子となる薄膜トランジスタが構成される。
【０１２９】
次に、薄膜トランジスタの上に全面に窒化シリコンあるいは酸化シリコン等からなる第２の層間絶縁膜７１０が形成される。ここにコンタクトホール７１２が形成され、アルミニウム等の金属からなるデータ信号線７１１が、コンタクトホール７１２を介してソース７０５に接続されるように形成される。次に、窒化シリコンあるいは酸化シリコン等からなる第３の層間絶縁膜７１４が形成され、第２及び第３の層間絶縁膜に同時にコンタクトホール７１３が形成される。そして、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる画素電極７１５がコンタクトホール７１２を介してドレイン７０６に接続されるように形成される。なお、図示しないが、この後、最上層として配向膜が形成され、この膜にラビング処理がなされる。
【０１３０】
一方、光入射側基板７００の内面には、クロム等の金属や黒色樹脂などからなる遮光膜７１７が形成される。この遮光膜７１７は、光出射側基板７０１の遮光膜７０３より平面的に内側に、マトリクス状に形成することができる。さらに遮光膜７０３の上には全面にＩＴＯ等の透明導電膜からなる対向電極７１６が形成される。なお、図示しないが、この後、最上層として配向膜が形成され、この膜にもラビング処理がなされる。
【０１３１】
さて、液晶パネルは、走査線７０９とデータ信号線７１１がマトリクス状に形成され、各画素には、走査線にゲート電極、データ信号線にソース７０５が接続された薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴ）と、ＴＦＴのドレイン７０６に接続された画素電極７１５とから構成される。各画素は、ＴＦＴをスイッチング素子としてデータ信号線から画像信号を画素電極７１５に与え、画素電極７１５と対向電極７１６により挟持する液晶層７０２に電圧を印加し、印加電圧に応じて液晶分子の向きを制御する。さらには各画素には、ＴＦＴが非導通となった非選択期間においても、液晶への印加電圧を保持できるように、ドレイン７０６のシリコン層を延在して、前段の走査線７０９（一つ前の水平走査期間に選択電位が印加された走査線。本画素の選択時から一垂直走査期間は非選択電位のままに維持される。）にとゲート絶縁膜を介して積層することにより、非選択電位との間で蓄積容量７１８が形成されている。なお、蓄積容量７１８は、ドレインのシリコン層と走査線で形成するのではなく、新たに、走査線に平行配置される容量線を設け、これと層間絶縁膜を介して対向する画素電極７１５により形成しても構わない。
【０１３２】
以上の、液晶パネルにおいて、ＴＦＴの特にチャネル７０７に光入射すると、非導通状態時（非選択時）にもＴＦＴはリークしてしまう。そうすると、蓄積された電荷はＴＦＴを介して放電してしまい、液晶への印加電圧が変化する。このようになると、液晶パネルのコントラストは大きく低下することになる。上記第１乃至第４の実施例の各ライトバルブにおいては、出射側偏光手段を反射偏光板として用いる場合を説明した。この場合、出射側偏光板は、いずれかの偏光軸（上記実施例ではＳ偏光）の光は透過するが、他の偏光軸（上記実施例ではＰ偏光）の光は反射する構成となる。出射側偏光板は、各画素の液晶への印加電圧に応じて、Ｓ偏光もＰ偏光も入射することになるため、偏光板からの反射光は光量が多くなる。この光がＴＦＴに入射すると、液晶パネルとしては特性劣化する。
【０１３３】
本実施例においては、光出射側の反射偏光手段からも反射光を、ＴＦＴに入射しないように、薄膜トランジスタの光出射側に遮光膜７０３を形成している。従って、出射側偏光手段からの反射光は、遮光膜７０３の開口部を介して、液晶層７０２を抜けて、液晶パネルの出射側へ戻っていく。なお、ＴＦＴは光入射側からは、基板７００の遮光膜７１７と、データ線７１１のＴＦＴ上へのオーバーラップとにより遮光されている。従って、ＴＦＴは、光入射側からも、光出射側からも遮光されることとなる。なお、本実施例では、ＴＦＴはトップゲートであり、光出射側からチャネルに光入射しやすい構造であるため、遮光膜７０３をＴＦＴの上方から遮光する遮光層７１７やデータ線７１１より広くしてある。
【０１３４】
以上のような液晶パネルの構成により、液晶ライトバルブにおける液晶パネルの光出射側偏光手段を、上記の各実施例で説明したような反射偏光板とすることが可能となった。
【０１３５】
なお、以上の液晶パネルにおける一画素の等価回路図を図１２（Ｂ）に示す。この画素の走査期間が到来すると、図示しない走査側ドライバから走査線７０９に供給される走査信号に応じてＴＦＴが選択されて導通する。一方、図示しないデータ線側ドライバからは、選択された画素に書き込む画像信号が供給され、導通したＴＦＴを介して液晶７０２及び蓄積容量７１８に画像信号の電圧を印加する。この後、ＴＦＴは非選択となって非導通となると、液晶７０２の容量と蓄積容量７１８の容量に保持された電荷に基づき、次の走査期間まで液晶７０２に電圧印加が継続される。なお、蓄積容量７１８は、前述のように専用の容量線との間に容量を形成しても構わない。
【０１３６】
なお、図示しないが、入射側偏光板及び／又は出射側偏光板は、それぞれの基板７００，７０１の外面に、必要に応じて密着又は貼り付けられる。
【０１３７】
〔その他の実施形態〕
以上に説明した各実施例において、偏光軸の設定は、実施例に限定されることなく、本発明の趣旨を変更しない範囲で適宜設定することができる。
【０１３８】
また、上述した各実施例において、多層構造フィルムのかわりに、例えばコレステリック液晶層をλ／４板で挟んだもの、ブリュースターの角度を利用するもの（ＳＩＤ ９２ＤＩＧＥＳＴ 第４２７頁乃至４２９頁）、ホログラムを利用するものを用いてもよい。これらも上述した実施形態における多層構造フィルムと同様の機能を有することが知られている。
【０１３９】
また、投写型表示装置としては、投写面を観察する側から投写を行う前面投写型のものと、投写面を観察する方向とは逆側から投写を行う背面投写型のものとがあるが、上述した各実施形態に係る投写型表示装置は、いずれのタイプにも適用可能である。
【０１４０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、投写型表示装置のライトバルブにおける液晶パネルの偏光手段が、従来の偏光板のように光吸収して発熱しないので、偏光板の偏光特性が劣化したり、液晶パネルが熱の影響を受けてしまうことを防ぐことができる。また、偏光手段は多層構造のフィルムであるため、光学系が大型化することもない。また、発熱が激減するため、冷却手段を無くす或いは冷却手段の冷却効率を高める特別な工夫をしなくとも良くなるなど、冷却機構を簡単化することができる。また、フィルムで反射された光は、光源側で再反射され、光の利用効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す投写型表示装置の構成図。
【図２】本発明の第２の実施例を示す投写型表示装置の構成図。
【図３】本発明の第３の実施例を示す投写型表示装置の構成図。
【図４】本発明の第４の実施例を示す投写型表示装置の構成図。
【図５】（Ａ）（Ｂ）図３における偏光ビームスプリッタアレイ（偏光変換器）を示す図。
【図６】本発明の液晶ライトバルブにおける動作を説明する図。
【図７】本発明に用いられる偏光手段の詳細を示す図。
【図８】各液晶ライトバルブの偏光手段の波長選択透過特性を示す図。
【図９】従来の投写型表示装置の構成図。
【図１０】従来の液晶ライトバルブにおける動作を説明する図。
【図１１】本発明に係わる液晶パネルの断面図。
【図１２】本発明に係わる液晶パネルの平面図（Ａ）及び等価回路図（Ｂ）。
【符号の説明】
１０・・・光源部
１１・・・ランプ
１２・・・リフレクタ
１３，１４・・・ダイクロイックミラー
１５，１６，１７・・・反射ミラー
１８・・・入射レンズ
１９・・・リレーレンズ
２０・・・出射レンズ
２２・・・導光手段
２３，２４，２５・・・液晶パネル
２９，３１，３３・・・入射側偏光手段
３０，３２，３４・・・出射側偏光手段
２６・・・クロスダイクロイックプリズム
２７・・・投写レンズ
２８・・・スクリーン
５０１，５０２・・・入射光
５０３・・・入射側偏光手段
５０４・・・液晶パネル
５０５・・・出射側偏光手段
５１０・・・赤色光用のライトバルブの偏光手段の波長選択透過特性
５２０・・・緑色光用のライトバルブの偏光手段の波長選択透過特性
５３０・・・青色光用のライトバルブの偏光手段の波長選択透過特性[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection display device (also referred to as a liquid crystal projector) using a liquid crystal light valve composed of a liquid crystal panel.
[0002]
[Prior art]
A liquid crystal projector 1100 shown in FIG. 9 is an example of a general projection projector using a transmissive liquid crystal panel as a light valve. In FIG. 9, the emitted light emitted from the lamp unit 1102 as the light source is reflected by the mirror 11061 and enters the light guide 1104, and the red, green, and blue three are reflected by the two dichroic mirrors 11081 and 11082 therein. Separated into primary color lights R, G, B. The blue color light B separated by the dichroic mirror 11082 is reflected by the mirror 11062 and enters the liquid crystal light valve 1110B. Further, the green color light G reflected by the dichroic mirror 11081 enters the liquid crystal light valve 1110G. Further, the red color light R transmitted through the dichroic mirror 11081 is reflected by the two mirrors 11063 and enters the liquid crystal light valve 1110R.
[0003]
The three liquid crystal light valves 1110R, 1110G, and 1110B form an image by modulating incident light according to image information of each color. The light modulated by the respective liquid crystal light valves 1110R, 1110G, and 1110B enters the dichroic prism 1112 from three directions. The dichroic prism 1112 is bonded with an adhesive so as to match the apex angles of the four right-angle prisms, and two types of wavelength selective reflection films are formed in an X shape along the bonding surface. Therefore, the red color light R is reflected toward the projection lens 1114 by one wavelength selective reflection film. The blue color light B is reflected toward the projection lens 1114 by the other wavelength selective reflection film. On the other hand, the green G color light G passes through the two types of wavelength selective reflection films and reaches the projection lens 1114. That is, the images formed by the three liquid crystal light valves 1110R, 1110G, and 1110B are synthesized by the dichroic prism 1112 and projected onto a projection surface such as a screen through the projection lens 1114.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 10 shows a schematic diagram of a liquid crystal light valve. Conventionally, as shown in FIG. 10, the liquid crystal light valves 1110 R, 1110 G, and 1110 B are provided with an incident side polarizing plate 803 spaced from the light incident surface of the liquid crystal panel 804, and the output side polarizing plate 805 is the light of the liquid crystal panel 804. The structure arrange | positioned at the output surface was comprised.
[0005]
In FIG. 10, reference numeral 803 denotes an incident-side polarizing plate that transmits, for example, light 801 having a P-polarization axis component of incident light (the symbol in the drawing indicates the P-polarization axis), but S of incident light. Light 802 of the polarization axis component (the symbol in the figure indicates the S polarization axis) is absorbed. The P-polarized light 801 that has passed through the polarizing plate 803 enters the liquid crystal panel 804. The liquid crystal panel 804 uses a TN liquid crystal, and light (P-polarized light 801) incident on a pixel to which no voltage is applied to the liquid crystal is emitted as S-polarized light 809 by rotating the polarization axis by approximately 90 °. The On the other hand, light (P-polarized light 801) incident on a pixel to which a voltage is applied to the liquid crystal is emitted as P-polarized light 808 as it is. Reference numeral 805 denotes an output side polarizing plate. If the transmission axis of the polarizing plate 805 is set to S-polarized light, the light 809 emitted as S-polarized light from the liquid crystal panel 804 is transmitted as it is. On the other hand, the light 808 emitted from the liquid crystal panel 804 as P-polarized light is absorbed by the polarizing plate 805. In the liquid crystal panel 804, the degree of twist of the liquid crystal can be controlled by controlling the voltage applied to the liquid crystal for each pixel based on the image information of each color, and thereby the light incident through the incident side polarizing plate 803. The amount of rotation of the polarization axis 801 can be controlled. Thereby, the light quantity which permeate | transmits the output side polarizing plate 805 can be controlled for every pixel, and an image is formed.
[0006]
On the other hand, the S-polarized incident light 802 is shown on the right side in the figure. The S-polarized light 802 is absorbed by the incident-side polarizing plate 803 and converted into heat. In addition, the light 808 absorbed by the emission side polarizing plate 805 is also converted into heat.
[0007]
Conventionally, the polarizing plate is a type of polarizing plate that absorbs an opaque polarizing axis (hereinafter referred to as an absorption polarizing plate), so about half of the light irradiated to the polarizing plate as random light is absorbed by the polarizing plate. Therefore, this has been converted into heat, and this heat has a problem of degrading the polarization characteristics of the polarizing plate. In addition, when the heat generated in the polarizing plate is transmitted to the liquid crystal panel 804, the characteristics of the liquid crystal change or the leakage current of the thin film transistor (TFT) arranged in the pixel of the liquid crystal panel increases, so that it is displayed on the screen. There were also problems that unevenness occurred and the contrast deteriorated.
[0008]
Therefore, in the conventional projection display device, the incident side polarizing plate of the liquid crystal light valve absorbs about half of the incident light and generates heat, so it is necessary to take measures such as using liquid crystal with high heat resistance. It was. That is, the physical properties such as the refractive index, dielectric anisotropy, and elastic modulus of the liquid crystal change with temperature, and the change increases as the phase transition point to the isotropic phase (NI point) is approached. A liquid crystal having a high I point was used. In addition, by mixing more than a dozen kinds of high NI point materials, a liquid crystal material with a threshold voltage, response speed, etc. within a range with sufficient performance and an NI point higher than 100 ° C. has been obtained. there were. For this reason, the cost of the liquid crystal is high, leading to an increase in the cost of the liquid crystal panel.
[0009]
In recent years, in order to brighten the image projected on the screen, the brightness of the light source lamp tends to be increased, and heat generation in the liquid crystal light valve is increased accordingly. In order to cool the heat in this liquid crystal light valve, a cooling fan etc. is provided to cool the incident side polarizing plate and the liquid crystal panel, etc., a complicated device to increase the cooling efficiency such as increasing the fan rotation speed and enlarging the fan Was needed.
[0010]
Furthermore, about half of the light emitted from the light source lamp is absorbed by the incident side polarizing plate and converted into heat, so that the light use efficiency is very poor and a bright display cannot be obtained.
[0011]
The present invention has been made to solve the above-described problems in the prior art, and provides a projection display device that suppresses heat generation of the polarizing means of the liquid crystal light valve and maintains the characteristics of the liquid crystal light valve well. With the goal. It is another object of the present invention to provide a projection display device with improved light use efficiency from a light source lamp.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
A first projection display device according to the present invention includes a light source, a separation unit that separates light from the light source into a plurality of color lights, a plurality of light valves that respectively modulate the color lights separated by the separation unit, A combining unit configured to combine the color lights modulated by the plurality of light valves; and a projection optical unit configured to project the light combined by the combining unit. The light valves are disposed on the liquid crystal panel and the liquid crystal panel. The polarizing means is composed of a multilayer structure film that mainly transmits light of one polarization axis component and mainly reflects light of the other polarization axis component. It is arranged on the emission side.
[0013]
A second projection display apparatus according to the present invention includes a light source, a light valve that modulates light from the light source, and projection optical means that projects light modulated by the light valve, and the light The bulb has a liquid crystal panel and polarizing means disposed on the light exit side of the liquid crystal panel, and the polarizing means mainly transmits light of one polarization axis component and light of the other polarization axis component. A polarization conversion device that arranges light emitted from the light source so as to be aligned with the light of the one polarization axis component is disposed between the light source and the separating means. It is characterized by that.
[0014]
A third projection display apparatus according to the present invention includes a light source lamp, a separating unit that separates light from the light source lamp into a plurality of color lights, and a plurality of lights that respectively modulate the color lights separated by the separating unit. A light-emitting device that includes a valve, a combining unit that combines the color lights modulated by the plurality of light valves, and a projection optical unit that projects the light combined by the combining unit. The polarizing means is disposed on the light exit side of the liquid crystal panel, and the polarizing means is composed of a film having a multilayer structure that mainly transmits the light of one polarization axis component and mainly reflects the light of the other polarization axis component, Reflecting means for reflecting the light emitted from the light source lamp and the light reflected by the polarizing means to the polarizing means side is disposed behind the light source lamp. Separation A quarter wave plate is disposed between the means.
[0015]
According to the first to third projection display devices according to the present invention described above, the polarizing means of the liquid crystal light valve mainly transmits the light of one polarization axis component and mainly the light of the other polarization axis component. It is characterized by comprising a multilayer film that reflects. Such a polarizing means is referred to as a “reflecting polarizing means” or a “reflecting polarizing plate” in the present invention. Such reflective polarizing means generate less heat due to light absorption than conventional light-absorbing polarizing plates, thus preventing the polarization characteristics of the polarizing means from being deteriorated by heat and preventing the liquid crystal panel from being affected by heat. Can do. Further, since the reflection polarization means is a multilayer film, it can be replaced with a conventional light absorption type polarizing plate, and the optical system is not enlarged. In addition, since the heat generation is drastically reduced, the cooling mechanism can be simplified in some cases, such as eliminating the cooling means or eliminating the need for complicated devices for increasing the cooling efficiency of the cooling means. The light of the other polarization axis component reflected by the reflective polarization means is re-reflected on the light source side, but in the process of passing through various optical members in the optical path, the other light at the time of reflection is reflected. The light of the polarization axis component is converted into a polarization axis component that can be transmitted through the polarization means. Therefore, when the light is re-reflected and enters the incident-side polarization means again, at least a part of the previously reflected light is transmitted and emitted to the liquid crystal panel. Therefore, the light use efficiency can be increased as compared with the prior art.
[0016]
In the first to third projection display apparatuses, the polarizing film having the multilayer structure has a refractive index different from each other in the first axial direction of the film surface and the second axial direction perpendicular thereto. 1 and a second film in which the refractive indexes in the first axial direction and the second axial direction are approximately equal to the refractive index in the second axial direction of the first film. (Details will be described later). By doing so, a plate-shaped polarizing means can be configured, and the projection display device is not enlarged. In addition, the multilayer structure film serving as the polarizing means in the present invention can be adhered or pasted to the outer surface of the substrate of the liquid crystal panel. If it does in this way, the holding member holding a polarization means will become unnecessary. This polarizing means has little light absorption as described above and hardly generates heat, so there is no concern about the influence of heat on the liquid crystal panel.
[0017]
Furthermore, in the second projection display device according to the present invention, the polarization conversion device that emits the light source light with the polarization component serving as the reflection axis of the reflection polarization unit aligned between the light source light and the separation unit. Since most of the light from the light source can be transmitted through the reflection type incident side polarization means, not only the light utilization efficiency can be further improved, but also the heat generation in the polarization means can be further suppressed. it can. The light component that could not be completely converted by the polarization conversion device is reflected by the polarization means to the polarization conversion device side and re-reflected for use.
[0018]
Further, in the third projection display apparatus according to the present invention, since the quarter wavelength plate is arranged in front of the separating means, the light of the other polarization axis component reflected by the polarizing means is a quarter wavelength plate. Is then converted into elliptically polarized light, then incident on the light source lamp reflecting means, reflected there, and transmitted again through the quarter-wave plate, so that the elliptically polarized light is converted into light of the one polarization axis component. The Therefore, since this light can now pass through the polarizing means, the amount of light incident on the color light separating means can be increased. In addition, it is desirable to arrange a further second polarizing means on the light incident side of the liquid crystal panel. The polarization axis of this polarization means is set so as to transmit the light transmitted through the reflection polarization means arranged before the separation means. The linearly polarized light transmitted through the reflective polarization means is partially converted into another polarization axis component in the process of passing through the color light separation means, so that the polarization axis component is converted into the second polarization light. Means function to block. This second polarizing means may be a conventional light absorbing polarizing plate or a reflective polarizing plate as described above.
[0019]
The second polarizing means preferably has a wavelength selective transmission characteristic so as to reflect an infrared component and / or an ultraviolet component. These wavelengths can suppress characteristic deterioration and heat generation in the liquid crystal light valve.
[0020]
Furthermore, in the projection display device of the present invention, it is preferable that light is incident from a direction substantially perpendicular to the incident surface of the multilayer film. By doing in this way, the light of the other polarization axis component from a film can be reflected to the light source side along an optical axis. Thereby, the light re-reflected on the light source side can be guided again to the polarization means along the same optical axis. Therefore, the utilization efficiency of the light reflected by the film can be further increased. Specifically, when optical means for collimating the light from the light source is disposed between the light source and the liquid crystal panel so that the light is incident from a direction substantially perpendicular to the incident surface of the multilayer film. Good. In this way, the light from the light source enters the polarizing means perpendicularly, and even if the light of the other polarization axis component is reflected, the reflected light is reflected in the direction perpendicular to the incident surface. Therefore, it is less likely to be leaked light reflected in a direction different from the optical axis direction. Therefore, the light is reflected in the optical axis direction of the light source, re-reflected by the light source, and light is used again.
[0021]
In the first, second, and third projection display devices, when the light valve further includes polarizing means disposed on the light emitting side of the liquid crystal panel, the polarizing means is any one. You may make it consist of the film of the multilayered structure which mainly permeate | transmits the light of one polarization axis component, and mainly reflects the light of another polarization axis component. In this way, it is possible to suppress the heat generation of the output side polarization means, and the light reflected by this polarization means passes through the liquid crystal panel and returns to the light source side, and is reflected and used again. Light utilization efficiency is good.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First embodiment]
(Description of the configuration of the projection display device)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a main part of a projection display apparatus according to the first embodiment. The projection display device includes a light source 10, dichroic mirrors 13, 14, reflection mirrors 15, 16, 17, relay lenses 18, 19, 20, three liquid crystal light valves (23, 29, 30), ( 24, 31, 32), (25, 33, 34), a cross dichroic prism 26, and a projection lens 27.
[0023]
The light source 10 includes a light source lamp 11 such as a metal halide lamp or a mercury lamp that arcs between two electrodes, and a semicircle that reflects light toward the dichroic mirror 13 so that the light generated by the arc discharge is in a substantially parallel light state. It comprises a reflecting mirror (reflector) 12 having a parabolic surface such as a shape or a semi-elliptical shape.
[0024]
The dichroic mirrors 13 and 14 have a function as color light separating means for separating the light flux from the light source into three color lights of red, blue, and green.
[0025]
The first dichroic mirror 13 having a red light separating function transmits a red light component of a light beam emitted from the light source 10 and reflects a blue light component and a green light component. The transmitted red light is reflected by the reflection mirror 17 and enters the red light liquid crystal light valve (23, 29, 30). On the other hand, of the blue light and green light reflected by the first dichroic mirror 13, the green light is reflected by the second dichroic mirror 14 reflecting green light, and the liquid crystal light valve for green light (24, 31, 32). ). On the other hand, the blue light also passes through the second dichroic mirror 14.
[0026]
In this embodiment, the optical path length of blue light is the longest of the three color lights. Therefore, for blue light, after the second dichroic mirror 14, a light guide means 22 composed of a relay lens system including an incident lens 18, a relay lens 19, and an exit lens 20 is provided. This shortens the optical distance and suppresses optical loss. That is, the blue light passes through the second dichroic mirror 14 that reflects green light, and then is guided to the relay lens 19 through the incident lens 18 and the reflection mirror 15. Further, the light is reflected by the reflecting mirror 16 and guided to the exit lens 20, and is incident on the blue light liquid crystal light valve (25, 33, 34).
[0027]
Next, the three color lights incident on each light valve are modulated by each light valve in accordance with an image signal (image information) given from an external control circuit (not shown), and according to the image information of each color component. Is emitted as a color light beam having the same light intensity for each pixel.
[0028]
Among the liquid crystal light valves, the liquid crystal panels 23, 24, and 25 have a function as light modulation means for modulating the three colors of light in accordance with a given image signal (image information) to form an image. Each liquid crystal panel is a liquid crystal panel in which a TN (twisted nematic) type liquid crystal is sealed between a pair of substrates. Each pixel formed in a matrix has a thin film transistor (TFT) or a two-terminal element (for example, A switching element such as MIM) and a pixel electrode connected thereto are arranged. A liquid crystal panel using TFTs will be described in more detail. On one substrate, scanning signal lines and data signal lines are arranged so as to intersect in a matrix form. A TFT having a gate and a source connected to the data signal line, and a pixel electrode connected to the drain of the TFT are formed. On the other hand, a counter electrode is formed on the other substrate, and an image signal is applied to the pixel electrode from the data signal line via the TFT that is made conductive by the scanning signal, and the liquid crystal layer sandwiched between the pixel electrode and the counter electrode A voltage based on the image signal is applied. The orientation of the liquid crystal molecules is controlled in accordance with the applied voltage, whereby the rotation of the polarization axis of the incident color light is controlled and modulation is performed. The basic configuration and driving method of the liquid crystal panel are the same as the configuration and driving method of the conventionally known active matrix liquid crystal panel.
[0029]
A pair of polarizing means (29, 30), (31, 32), and (33, 34) are arranged before and after the liquid crystal panels 23, 24, and 25, respectively, and are incident on the outer surface of the light incident side substrate of the liquid crystal panel. As for the polarization means, the emission side polarization means is adhered or attached to the outer surface of the light emission side substrate. The incident-side polarization means 29, 31, and 33 transmit light of one polarization axis component of random light emitted from the light source 10 (for example, P-polarized light that vibrates in the direction parallel to the paper surface of the drawing). Is a reflective polarizing plate that reflects the light of the other polarization axis component that is substantially orthogonal to (for example, S-polarized light that vibrates in the direction perpendicular to the paper surface of the figure), and the liquid crystal panels 23, 24, and 25 are transmitted through this polarizing means The polarization axis of light is rotationally controlled according to the image signal. For example, when P-polarized light is transmitted through the incident side polarization means, the polarization axis of the P-polarized light is rotationally controlled to approximately 0 ° to 90 ° by a liquid crystal panel using TN liquid crystal.
[0030]
In the conventional projection display device, the incident-side polarization means is an absorption type polarizing plate that mainly transmits one polarization axis component and mainly absorbs the other polarization axis component, so that heat is generated. However, in the present invention, although it is a film similar to a polarizing plate, it is a reflective polarizing means that reflects the light of the other polarization axis component and has little light absorption, so that heat generation is suppressed. Yes. This reflective polarizing means is composed of a multilayer film as will be described in detail later.
[0031]
Further, the exit side polarization means 30, 32, and 34 mainly transmit light of the other polarization axis component (for example, S-polarized light) and mainly absorb light of one polarization axis component (for example, P-polarized light). To control. As a result, the light transmitted through the exit side polarization means 30, 32, 34 enters the prism 26 as light whose light intensity is modulated for each pixel by the image signal.
[0032]
Note that the transmission axis and the reflection axis of the incident side polarization means may be set so that transmission is S-polarized light and reflection is P-polarized light. Furthermore, it goes without saying that the transmission axis and the absorption axis of the exit side polarization means may be P-polarized light for transmission and S-polarized light for absorption. Further, the liquid crystal of the liquid crystal panel may not be a twisted liquid crystal such as a TN type, but may be a liquid crystal of horizontal alignment or vertical alignment.
[0033]
Further, the cross dichroic prism 26 has a function as color light combining means for combining three color lights to form a color image. The cross dichroic prism 26 is bonded by an adhesive so that the vertical angles of the four right-angle prisms are aligned. A dielectric multilayer film that reflects red light and a blue light are reflected along the bonded inner surface. The reflective dielectric multilayer film is formed in an X shape. By these dielectric multilayer films, three color light beams are combined on the same optical axis, and light representing a color image is formed. The projection lens 27 has a function as a projection optical system that enlarges and projects light representing the synthesized color image onto the screen 28.
[0034]
In the projection display device described above, a liquid crystal light valve of a type that enters a light beam (S-polarized light or P-polarized light) having a specific polarization direction and modulates the light is used as the light modulating means. Therefore, when the liquid crystal panel is irradiated with a light beam having a random polarization direction, about half of the light beam is absorbed by the incident-side polarization means of the liquid crystal panel and changed to heat. As a result, there are problems that the light use efficiency is low and the incident side polarization means generates heat.
[0035]
However, in the projection display device of the present invention, as described above, the incident side polarization means 29, 31, and 33 mainly transmit light of one polarization axis component of the two types of polarization axes. Since a reflective polarizing plate that mainly reflects light of the transmission axis component is used, problems such as poor light utilization efficiency due to light absorption in the incident side polarizing plate and heat generation of the polarizing plate are greatly improved. . Further, as will be described later, since the incident side polarization means is a stretched multilayer film, it is only necessary to replace the conventional incident side polarizing plate, and the optical system is not enlarged. Further, since the heat generation is drastically reduced, the cooling mechanism can be simplified, for example, it is not necessary to eliminate the cooling means or to take special measures to increase the cooling efficiency of the cooling means. Furthermore, since the heat generation of the polarizing plate is large so far, the polarizing plate is held away from the liquid crystal panel. However, in the present invention, since the heat of the polarizing means is small, the multilayer structure film of the polarizing means is used as the light incident on the liquid crystal panel. The holding member for the polarizing means may not be provided because it can be brought into close contact with or attached to the outer surface of the side substrate.
[0036]
According to the configuration of the present invention, the light reflected by the incident side polarization means 29, 31, and 33 reaches the reflector 12 of the light source 10 via a mirror or the like, and is reflected again there. The other linearly polarized light (for example, S-polarized light) reflected by the incident side polarization means 29, 31, 33 is reflected by the reflector 10 or reflected here and returns to the incident side polarization means 29, 31, 33 again. In the process, it is converted into circularly polarized light or elliptically polarized light by light diffusion or the like. Therefore, when light is incident again on the incident side polarization means 29, 31, and 33, at least a part of the light of the other linear polarization axis component (eg, S-polarized light) is light of one linear polarization axis component (eg, P-polarized light). Light). This converted polarization axis component can be transmitted through the incident side polarization means 29, 31, 33.
[0037]
Further, the light of the polarization axis component that could not be transmitted through the incident side polarizing means is reflected again and is incident again on the incident side polarizing means through the reflector, and thus the light reflection between the incident side polarizing means and the reflector is performed. Is repeated. Even in this repeating process, the light of the transmission axis component of the polarizing means can be obtained as described above.
[0038]
As described above, according to the present invention, the amount of light transmitted through the incident-side polarizing means in the liquid crystal light valve can be increased more than before, and the light source light utilization efficiency can be increased more than before.
[0039]
In the above embodiment, the exit side polarization means 30, 32, and 34 are the same absorption type polarizing plates as in the prior art. A reflection polarization unit that mainly transmits the light of the axial component and mainly reflects the light of the other polarization axis component substantially orthogonal thereto. If it does in this way, the light reflected from the output side polarization | polarized-light means will return to the light source 10 side via a liquid crystal panel, it will be reflected again there, and light can be utilized again with a liquid crystal light valve. Further, since the light of the polarization axis component that has been absorbed in the past is reflected, the problem of heat generation of the exit side polarization means is also eliminated.
[0040]
Further, such a reflective polarization means arranges the light incident thereon so as to be incident from a direction perpendicular to the light incident surface of the multilayer structure film, so that the light of the other polarization axis component from the film can be obtained. Can be reflected toward the light source 10 along the incident optical axis. Thereby, the light re-reflected on the light source 10 side can be guided again to the polarizing means along the same optical axis. Therefore, the utilization efficiency of the light reflected by the film can be further increased.
[0041]
In addition, by interposing a quarter wavelength plate between the light source 10 and the first dichroic mirror 13 constituting the color light separating means, the polarization axis conversion of the reflected light from the reflective polarizing means can be made easier. Become. That is, the light of the other polarization axis component reflected from the reflective polarization means (for example, S-polarized light) is converted into elliptically polarized light by the quarter wavelength plate, reflected by the reflector 12, and again transmitted through the quarter wavelength plate. By doing so, it is converted into light of one polarization axis component (for example, P-polarized light). Therefore, when the light is incident again on the incident side polarizing plates 29, 31, and 33 of the liquid crystal light valve, most of the re-incident light can be transmitted therethrough, and the light utilization efficiency is further improved.
[0042]
Furthermore, in the present invention, the reflected light from the polarizing means is reflected by the light source and returned to the light valve side. In this case, it is necessary to adopt the following configuration as the configuration of the light source unit. That is, (1) the reflector of the light source unit has a parabolic reflecting mirror that reflects the light returned from the separating means side and emits it as substantially parallel light, or (2) returns from the separating means side. It is preferable to have a reflecting mirror such as a spherical reflector that reflects the reflected light and a condensing means such as a condenser lens that emits the light from the reflecting mirror as substantially parallel light.
[0043]
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
[0044]
For example, when the present invention is applied to a projection display apparatus that projects a black and white image, in the apparatus of FIG. 1, only one liquid crystal panel and a pair of polarizing means are used, and a color light separating means for separating a light beam into three colors. And the color light combining means for combining the light beams of the three colors can be omitted. When a color filter that transmits three primary colors is arranged on the inner surface of one liquid crystal panel and color display is performed by a single liquid crystal panel, a color image is displayed by one liquid crystal panel and a pair of polarizing means. be able to.
[0045]
In the embodiment, the incident side polarization unit and the emission side polarization unit are attached to the outer surface of each substrate of each liquid crystal panel, but both or one of them may be arranged apart from the liquid crystal panel. In that case, a separate holding member for holding the polarizing means is required. Even in the case where they are arranged apart from each other, it is necessary to arrange the polarizing means so that light enters the incident surface of the polarizing means from the vertical direction.
[0046]
Further, by adopting a configuration in which an integrator lens is disposed between the light source 10 and the first dichroic mirror 13 to convert light from the light source into uniform illumination light, light diffused from the light source can be efficiently obtained. It may be used.
[0047]
Further, among the random light from the light source 10, a polarization converter that converts the light component of the reflection axis of the incident side polarization means into a transmission axis component and emits the light as one polarization axis component (see FIG. 5 and its later described). May be arranged between the light source and the first dichroic mirror 13 so that the polarization axes of the light from the light source 10 are aligned. However, since the polarization converter cannot completely convert the light source light into one polarization axis component, the light component that could not be converted is reflected by the incident side polarization means.
[0048]
In addition, the separation order and method of color light and the optical path of synthesis in the embodiment are not limited to this. For example, the color light passing through the light guide unit 22 may be red light. The color light separating / combining means may be either a dichroic mirror or a dichroic prism.
[0049]
Even in the case of the above modification, the polarizing means is a multilayer structure film having a function of mainly transmitting one polarization axis component as in the present invention and mainly reflecting the other polarization axis component. The effects as described above can be obtained.
[0050]
(Description of polarization means)
Next, a specific configuration of the polarization means 29, 31, 33 (and further the polarization means 30, 32, 34) of the present invention will be described with reference to FIGS. The polarizing means of the present invention is a stretched multilayer structure film having a function of mainly transmitting light of one polarization axis component and mainly reflecting light of the other polarization axis component. FIG. 6 is a diagram for explaining transmission / reflection of a polarization axis component of light in a liquid crystal light valve when a multilayer film is used as an incident side polarization unit and is used with a liquid crystal panel. FIG. 7 is a block diagram showing a multilayer structure film as the incident side polarization means used in FIG.
[0051]
In FIG. 6, light from the light source side is provided as incident light 501 and 502. The incident light includes light of an S polarization axis component and a P polarization axis component that are substantially orthogonal to each other. However, when a polarization converter is inserted on the light source side to convert, for example, S-polarization axis component light out of the light from the light source into P-polarization axis component light and emit it in alignment with P-polarized light. The ratio of the light incident on the incident side polarizing plate is almost P-polarization axis component light, and the S-polarization axis component light is small.
[0052]
Reference numeral 503 denotes a multilayer structure film used as incident-side polarization means, which is a reflective polarizing plate that mainly transmits, for example, P-polarization axis component light of incident light, but mainly reflects S-polarization axis component light. . The P-polarized light 501 transmitted through the multilayer structure film enters the liquid crystal panel 504. The liquid crystal panel 504 uses a TN liquid crystal, and light (P-polarized light) incident on a pixel to which no voltage is applied to the liquid crystal is emitted as S-polarized light 509 by rotating the polarization axis by approximately 90 °. . On the other hand, light (P-polarized light) incident on a pixel to which a saturation voltage is applied to the liquid crystal is emitted as light 508 having a polarization axis component as it is. Reference numeral 505 denotes an exit side polarization means, which is an absorption polarizing plate that has been used conventionally. When the liquid crystal light valve is used in the normally white mode, the transmission axis of the polarizing plate 505 is set as the S polarization axis, and the light 509 emitted as S polarization light from the liquid crystal panel 504 is transmitted as it is. On the other hand, the light 508 emitted from the liquid crystal panel 504 as S-polarized light is absorbed by the polarizing means 505. By controlling the amount of rotation of the polarization axis of the incident light for each pixel in the liquid crystal panel 504, the amount of light transmitted through the polarizing means 505 is controlled for each pixel, and an image is formed.
[0053]
On the other hand, the incident light 502 having the S polarization axis is shown on the right side in the figure. The S-polarized light 502 is reflected by the multilayer structure film 503 and returns to the light source side.
[0054]
As described above, the multilayer film with the exit side polarization unit 505, which is similar to the entrance side polarization unit 503, mainly transmits one polarization axis component and mainly reflects the other polarization axis component. It may be. Then, the P-polarized light 508 is not absorbed by the polarizing means as shown, but is reflected to the light source side. The polarization axis of the reflected light remains P-polarized.
[0055]
Such a multilayer structure film used in the present invention is also referred to as a “reflective polarizing plate”, and the details thereof are disclosed as “reflective polarizer” in JP-T-9-506985.
[0056]
FIG. 7 shows details of the reflective polarizing plate made of this multilayer structure film. The multilayer structure film is a laminate of films formed by stretching a polymer, and has a multilayer structure in which two different types of layers 601 (A layer) and 602 (B layer) are alternately laminated in the Z-axis direction. doing. As the A layer 601 of this reflective polarizing plate, for example, one obtained by stretching polyethylene naphthalate (PEN) is used, and for the B layer 602, a copolyester of naphthalene dicarboxylic acid and terephthalic acid (coPEN; copolyester of naphthalene dicarboxylic acid and terephthalic or isothalic acid) can be used. Of course, the material of the reflective polarizing plate used in the present invention is not limited to this, and the material can be appropriately selected.
[0057]
Refractive index in the X-axis direction of the A layer 601 (n AX ) And the refractive index in the Y-axis direction (n AY ) Are different from each other. On the other hand, the refractive index of the B layer 602 in the X-axis direction (n BX ) And the refractive index in the Y-axis direction (n BY ) Is set to be approximately equal. Further, the refractive index of the A layer 601 in the Y-axis direction (n AY ) And the refractive index of the B layer 602 in the Y-axis direction (n BY ) Is set to be approximately equal. In other words, this is summarized as (n AX ) ≠ (n AY ), (N BX ) ≒ (n BY ) ≒ (n AY )
[0058]
Thus, the light of linearly polarized light in the Y-axis direction (P-polarized light in the embodiment) among the light incident on the multilayer structure film is in a state where there is substantially no difference in refractive index between the respective layers. The multilayer structure film is transmitted with its polarization axis.
[0059]
On the other hand, the thickness of the A layer 601 in the Z-axis direction is t A , The thickness of the B layer 602 in the Z-axis direction is t B Where t is the wavelength of the incident light, and t A ・ N AX + T B ・ N BX By setting so that ≈λ / 2 (1), the light of the wavelength λ of the linearly polarized light in the X-axis direction (S-polarized light in the embodiment) is adjacent to the A layer and the B layer. Are reflected as polarized light in the X-axis direction. Layer thickness t of A layer 601 and B layer 602 A , T B If the transmission wavelength band is widened so that the above equation (1) is satisfied over a wide range of wavelengths of all visible light, the white light of linearly polarized light in the X-axis direction (S-polarized light) Can be reflected. The multilayer structure film may be formed by sequentially laminating layers having different thicknesses, or may be formed by laminating a plurality of laminated bodies in which several layers having the same thickness are laminated. good. In addition, the expression indicated by the symbol ≈ is preferable if the refractive index can be completely equal.
[0060]
In addition, when the polarization accuracy of the reflective polarizing plate using the above multilayer structure film is low, a plurality of reflective polarizing plates may be arranged on the optical axis to form a plurality of reflective polarizing plates to improve the polarization accuracy. Good.
[0061]
Here, the wavelength selective transmission characteristics of the polarizing means do not have to be common to all three liquid crystal light valves, and each light valve may be set so as to selectively transmit the color light modulated. Good. That is, as shown in FIG. 8, the wavelength selective transmission characteristics 510 of the polarization means 29 and 30 of the light valve for red light selectively transmit light in the red wavelength band (about 600 nm to 700 nm band). The wavelength selective transmission characteristics 520 of the polarization means 31 and 32 of the light valve for green light are set so as to selectively transmit light in the green wavelength band (about 500 to 600 nm band), The wavelength selective transmission characteristics 530 of the polarizing means 33 and 34 of the light valve for blue light may be set so as to selectively transmit light in the blue wavelength band (band of about 400 to 500 nm). In this case, the polarization means has the same function as the interference color filter, and light having a wavelength outside the wavelength band is reflected without being transmitted. Therefore, even if the color separation characteristic of the dichroic mirror is not sufficient, color light with high color purity can be made incident on the three light valves, and the combined light obtained by synthesizing the light modulated by the three light valves has color purity. Therefore, a projection display device with high color reproducibility can be obtained. Specifically, a second multilayer film in which the film thickness and refractive index settings in the A layer 601 and the B layer 602 in FIG. 7 are different from the above settings may be further stacked. This second multilayer structure film is set so that the transmission wavelength band of linearly polarized light in the Y-axis direction (P-polarized light in the above example) is part of the visible light wavelength band.
[0062]
That is, (n AX ) ≠ (n AY ), (N BY ) ≒ (n BX ) ≒ (n AX ) As the refractive index and t A ・ N AY + T B ・ N BY The film thickness is set so that ≈λ / 2 (2). Here, the wavelength λ is set to a wavelength band that does not pass through the reflective polarizing means. For example, in order to make the polarization means 29 and 30 of the light valve for red light have the wavelength selective transmission characteristic 510, the wavelength band excluding the red wavelength band is set to be λ in the above formula (2). Similarly, the polarizing means 31 and 32 of the light valve for green light and the polarizing means 33 and 34 of the light valve for blue light also have a wavelength band excluding the wavelength selective transmission characteristic 520 and the wavelength selective transmission characteristic 530 as λ, respectively. You only have to set it. In this way, when the film thickness of the second multilayer structure film is set to be different according to the wavelength band reflected by each light valve, the P-polarized light having the wavelength of the color light modulated by each light valve Light will be transmitted. Note that most of the S-polarized light is reflected by the first multilayer structure film described above. In addition, the second multilayer structure film may be disposed on either the incident side or the emission side of the first multilayer structure film.
[0063]
If the wavelength selective transmission band of each polarization means is narrower than the wavelength separation band of the light transmitted or reflected by each dichroic mirror, it is possible to make the liquid crystal panel enter color light with extremely high color purity. Furthermore, it is possible to obtain a projection display device with high color reproducibility.
[0064]
On the other hand, the wavelength selective transmission band of each polarization means may be equal to or wider than the wavelength separation band of the light transmitted or reflected by each dichroic mirror. In particular, the dichroic mirror does not allow complete wavelength separation, and the three separated color lights include wavelength components different from the original color light components. However, if the polarizing means of the present invention has a wavelength selective transmission characteristic that is equal to or broader than the wavelength separation characteristic of the dichroic mirror, the wavelength band separated by the dichroic mirror is transmitted through the polarizing means as it is, Only the wavelength band component far from the wavelength of the original color light can be reflected by the polarizing means and made opaque. As a result, it is possible to obtain a projection display device that improves the light use efficiency while ensuring a certain degree of color reproducibility.
[0065]
In addition, the wavelength selective transmission characteristics of the pair of reflective polarizing means of each liquid crystal light valve need not be exactly the same, and the wavelength selective transmission characteristics of the light incident side polarizing means arranged on the light source side are opposite to the light source. The wavelength selective transmission characteristics of the arranged light exit side polarization means may be different. Further, only one of the reflective polarization means may have wavelength selective transmission characteristics.
[0066]
In particular, in the light incident side reflection polarization means, the film thickness may be set so that at least the infrared component and the ultraviolet component are reflected. These wavelengths cause deterioration of characteristics and heat generation in the liquid crystal light valve, and are preferably not absorbed or transmitted.
[0067]
In the above description, the transmission axis and the reflection axis of the incident side polarization means may be set such that transmission is S-polarized light and reflection is P-polarized light. Furthermore, it goes without saying that the transmission axis and absorption axis (or reflection axis) of the exit side polarization means may be reversed.
[0068]
In addition, the structure about the above polarizing means shall be applied similarly also to each subsequent example.
[0069]
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing the main part of the projection display apparatus according to the present embodiment. The basic structure of the projection display apparatus of this embodiment is the same as that of the first embodiment, but the illumination optical system 103 including the light source 100 and the uniform illumination optical system 101, and the condensing lenses 118 and 130. , 131 is different from the first embodiment. It should be noted that the portions not particularly described in the present embodiment are the same as those described in the first embodiment.
[0070]
The light beam from the illumination optical system 103 is separated into red light (R) and green / blue light by the first dichroic mirror 113 that transmits red light and reflects green / blue light. The green / blue light reflected by the first dichroic mirror 113 is separated into green light and blue light by the second dichroic mirror 114 that reflects green light (G) and transmits blue light (B). . The two dichroic mirrors constitute color light separation means, and the three separated color lights are incident on the liquid crystal light valves 123, 124, and 125, respectively.
[0071]
The red light transmitted through the first dichroic mirror 113 is reflected by the mirror 117, enters the condensing lens 131 made of a plano-convex lens, is converted into parallel light, and enters the liquid crystal light valve 123. Further, the green light reflected by the second dichroic mirror 114 is collimated by a condenser lens 130 made of a plano-convex lens similar to 131 and is incident on the liquid crystal light valve 124. Further, the blue light transmitted through the second dichroic mirror 114 is converted into parallel light by the condensing lens 118 made of a plano-convex lens, reflected by the mirror 115, becomes parallel light again via the relay lens 119, and is reflected by the mirror 116. Then, the light is incident on the blue liquid crystal light valve 125 in a parallel light state. The relay lens 119 is interposed in order to prevent the optical path length from the light source 103 to each liquid crystal light valve from being lost only when the optical path length of blue light is longer than that of red light and green light. is there. The focal length of the relay lens 119 is set substantially equal to the optical path length from the exit point of the condenser lens 118 to the liquid crystal light valve 125. Thereby, the distance from the light source of each color light to the light valve is substantially equivalent.
[0072]
The liquid crystal light valves 123, 124, and 125 are composed of an incident side polarization unit, a liquid crystal panel, and an emission side polarization unit having the same configuration and the same functions as those of the first embodiment. As in the first embodiment, the structure of the liquid crystal panel is an active matrix type transmissive liquid crystal panel in which each pixel has a TFT and a pixel electrode connected thereto. The action of light transmission / reflection in the liquid crystal light valve is as described with reference to FIG. 6 and is the same as in the first embodiment. The incident side polarization means is described in the first embodiment that mainly transmits light of one polarization axis component (for example, P-polarized light) and mainly reflects light of the other polarization axis component (for example, S-polarized light). The multilayer structure film (see FIG. 7). Similarly to the first embodiment, the exit-side polarizing means may be a conventional absorption polarizing plate as described above, or may be a reflective polarizing plate in the same manner as the incident-side polarizing plate. Further, in each liquid crystal light valve, the multilayer structure film described with reference to FIG. 7 serving as the incident-side polarizing means and the outgoing-side polarizing means is adhered or adhered to the outer surfaces of a pair of substrates constituting the liquid crystal panel.
[0073]
The color lights modulated by the three liquid crystal light valves 123, 124 and 125 are combined on the same optical axis by the same cross dichroic prism 126 as in the first embodiment and guided to the projection lens 127. The color composite light projected by the projection lens 127 is imaged on the screen 128 and displayed as an image.
[0074]
In the above description, the transmission axis and reflection axis of the incident side polarization means may be set such that transmission is the S polarization axis and reflection is the P polarization axis. Furthermore, it goes without saying that the transmission axis and absorption axis (or reflection axis) of the exit side polarization means may be reversed. Further, the reflective polarizing plate used in the present invention may be set to have the wavelength selective transmission characteristics as described in the first embodiment. In this case, the configuration and operation of the polarization means are the same as those in the first embodiment.
[0075]
As described above, according to the present embodiment, at least the incident-side polarization unit of the liquid crystal light valve transmits light of one polarization axis component of the two types of polarization axes, but the light of the other transmission axis component is transmitted. Since it has the function of reflecting, the problem of heat generation in the incident side polarizing plate is greatly improved. If the exit side polarization unit is a reflective polarizing plate similar to the entrance side polarization unit, the heat generation and problems in the exit side polarization unit are improved as described in the first embodiment, and the light utilization efficiency is further improved. Further, since such a polarizing means is a film having a multilayer structure as described in FIG. 7, it is only necessary to replace a conventional polarizing plate, and the optical system is not enlarged. Further, since the heat generation is drastically reduced, the cooling mechanism can be simplified, such as eliminating the cooling means or eliminating the need for special measures to increase the cooling efficiency of the cooling means. Furthermore, if it is such a reflective polarizing plate, a polarizing plate can also be contact | adhered or stuck on the outer surface of the board | substrate of a liquid crystal panel.
[0076]
The uniform illumination optical system 101 is composed of a first lens plate 132 and a second lens plate 133 arranged in parallel on a plane perpendicular to the central axis 102 of the illumination optical system. The first lens plate 132 has a configuration in which a plurality of rectangular lenses are arranged in a matrix, and the second lens plate 133 has a configuration in which a plurality of rectangular lenses are arranged in a matrix. Since the shape of each rectangular lens of the first lens plate 132 is similar to the shape of the liquid crystal panel, an image of each rectangular lens of the first lens plate 132 is obtained by each rectangular lens of the second lens plate 133, respectively. Irradiation is superimposed on the liquid crystal panel. In the first place, the light flux from the light source 100 has a strong light intensity near the center and a weak light near the periphery. Since the partial light is collected and further irradiated by the rectangular lens of the second lens plate so as to be superimposed on the liquid crystal panel, the brightness is uniformed in the screen.
[0077]
As described above, in this embodiment, the multi-layered film described in FIG. 7 is disposed as the polarizing means of the liquid crystal light valves 123, 124, and 125, and the uniform illumination optics is provided at any position on the incident surface of the film. The system 103 emits light of uniform brightness, transmits light of one polarization axis component, and reflects light of the other polarization axis component, so that the liquid crystal panel has a uniform in-plane light intensity distribution. A light beam having one polarization axis component is incident. Further, since the light from the light source is collimated by the condensing lenses 118, 130, and 131, the light is incident substantially perpendicularly to the incident surface of the incident-side polarizing means (and the outgoing-side polarizing means). Thus, even if the light of the other polarization axis component is reflected, it can be reflected to the uniform illumination optical system 103 along the optical axis. The light source includes a reflector 112 that emits the light emitted from the light source lamp 111 and the reflected light reflected from the polarization means to the first lens plate as substantially parallel light. Therefore, as described in the first embodiment, the reflected light is reflected again by the reflector 112 on the light source side and reenters the incident side polarization means of the liquid crystal light valves 123, 124, and 125 again. At that time, at least a part of the light of the other polarization axis component is converted to the transmission axis component of the incident side polarization means in the process of being reflected by the reflector 112 and returning to the polarization means. Can be used for projection.
[0078]
Furthermore, in the present invention, the reflected light from the polarizing means is reflected by the light source and returned to the light valve side. In this case, it is necessary to adopt the following configuration as the configuration of the light source unit. That is, (1) the reflector of the light source unit has a parabolic reflecting mirror that reflects the light returned from the separating means side and emits it as substantially parallel light, or (2) returns from the separating means side. It is preferable to have a reflecting mirror such as a spherical reflector that reflects the reflected light and a condensing means such as a condenser lens that emits the light from the reflecting mirror as substantially parallel light.
[0079]
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
[0080]
For example, when the present invention is applied to a projection display device that projects a black and white image, a liquid crystal panel and a pair of polarizing means are sufficient, and a color light separating means for separating a light beam into three colors and a three-color light beam. It is possible to omit the color light synthesis means for synthesizing. When a color filter that transmits three primary colors is arranged on the inner surface of one liquid crystal panel and color display is performed by a single liquid crystal panel, a color image is displayed by one liquid crystal panel and a pair of polarizing means. be able to.
[0081]
In the embodiment, the incident side polarization unit and the emission side polarization unit are attached to the outer surface of the substrate of each liquid crystal panel. However, both or one of them may be arranged apart from the liquid crystal panel. In that case, a separate holding member for holding the polarizing means is required. Even in the case where they are arranged apart from each other, it is necessary to arrange the polarizing means so that light enters the incident surface of the polarizing means from the vertical direction.
[0082]
In addition, a polarization converter (see FIG. 5 and its description to be described later) that converts the light component of the reflection axis of the incident-side polarization means into the transmission axis component among the random light from the light source, the light source 100 and the first light It may be arranged between the dichroic mirror 113 and the polarization axis of the light from the light source may be aligned. However, since the polarization converter cannot completely convert the light source light into one polarization axis component, the light component that could not be converted is reflected by the incident side polarization means.
[0083]
In addition, the separation order and method of color light and the optical path of synthesis in the embodiment are not limited to this. For example, the color light passing through the light guide may be red light.
[0084]
[Third embodiment]
Next, a third embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a main part of the projection display apparatus according to the present embodiment. The basic configuration of the projection display apparatus of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but differs in that it includes an illumination optical system 203 including a light source unit 200 and a polarization illumination optical system 201. Yes. It should be noted that the portions not particularly described in the present embodiment are the same as those described in the first embodiment.
[0085]
The projection display device includes a light source 200, dichroic mirrors 213 and 214, reflection mirrors 215, 216, and 217, an incident lens 218, a relay lens 219, an output lens 220, and three liquid crystal light valves 223, 224, and 225. A cross dichroic prism 226 and a projection lens 227. The incident lens 218, the relay lens 219, the exit lens 220, and the reflection mirrors 215 and 216 constitute a light guide unit 222.
[0086]
In FIG. 3, the light source unit 200 has the same configuration as that of the first embodiment. Similar to the first embodiment, the dichroic mirrors 213 and 214 have a function as color light separating means for separating the light flux from the light source into red, blue, and green color light. The luminous flux from the light source 200 is separated into red light (R) and green / blue light by a first dichroic mirror 213 that transmits red light and reflects green / blue light. The green / blue light reflected by the first dichroic mirror 213 is separated into green light and blue light by the second dichroic mirror 214 that reflects green light (G) and transmits blue light (B). . The two dichroic mirrors constitute color light separating means, and the three separated color lights are incident on the respective liquid crystal light valves 223, 224, 225.
[0087]
In this embodiment, the optical path length of blue light is the longest among the three color lights. Therefore, for blue light, a light guide unit 222 configured by a relay lens system including an incident lens 218, a relay lens 219, and an output lens 220 is provided after the dichroic mirror 14. That is, the blue light passes through the green light reflecting dichroic mirror 214 and is first guided to the relay lens 219 via the incident lens 218 and the reflecting mirror 215. Further, the light is reflected by the reflection mirror 216, guided to the output lens 220, and enters the liquid crystal light valve 225 for blue light.
[0088]
The liquid crystal light valves 223, 224, and 225 are composed of an incident side polarization unit, a liquid crystal panel, and an emission side polarization unit having the same configuration and the same function as those of the first embodiment. As in the first embodiment, the structure of the liquid crystal panel is an active matrix type transmissive liquid crystal panel in which each pixel has a TFT and a pixel electrode connected thereto. The action of light transmission / reflection in the liquid crystal light valve is as described with reference to FIG. 6 and is the same as in the first embodiment. The incident side polarization means transmits the light of one polarization axis component (for example, P-polarized light) and reflects the light of the other polarization axis component (for example, S-polarized light), as described in the first embodiment. (See FIG. 7). Similarly to the first embodiment, the exit-side polarizing means may be a conventional absorption polarizing plate as described above, or may be a reflective polarizing plate similar to the incident-side polarizing plate. Further, in each liquid crystal light valve, the multilayer structure film described with reference to FIG. 7 serving as the incident side polarization means and the emission side polarization means is adhered or attached to the outer surfaces of a pair of substrates constituting the liquid crystal panel.
[0089]
The color lights respectively modulated by the three liquid crystal light valves 223, 224, and 225 are combined on the same optical axis by the cross dichroic prism 226 similar to that of the first embodiment and guided to the projection lens 227. The color composite light projected by the projection lens 227 is imaged on the screen 228 and displayed as an image.
[0090]
In the above description, the transmission axis and reflection axis of the incident side polarization means may be set such that transmission is the S polarization axis and reflection is the P polarization axis. Furthermore, it goes without saying that the transmission axis and absorption axis (or reflection axis) of the exit side polarization means may be reversed. Further, the reflective polarizing plate used in the present invention may be set to have the wavelength selective transmission characteristics as described in the first embodiment. In this case, the configuration and operation of the polarization means are the same as those in the first embodiment.
[0091]
This embodiment is different from the first embodiment and the second embodiment in that an illumination optical system 203 including a polarization illumination optical system 201 is provided. The polarized illumination optical system 201 converts random polarized light emitted from the light source unit 200 into a single type of linearly polarized light having substantially the same polarization direction and emits the light.
[0092]
Hereinafter, the illumination optical system 203 will be described in detail. The light source unit 200 includes a lamp and a reflector having a parabolic shape. Light emitted from the lamp is reflected in one direction by the reflector, and enters the polarized illumination optical system 201 as a substantially parallel light beam. The optical axis of the light source light of the light source unit 200 is shifted in parallel by a certain distance with respect to the outgoing optical axis of the illumination optical system 203. The reflector may have a spherical shape, and a condenser lens that collects the reflected light from the reflector and makes it substantially parallel light may be disposed on the light source side of the first optical element 232 described later.
[0093]
The polarized illumination optical system 201 includes a first optical element 232 and a second optical element 233. The first optical element 232 includes a lens plate, and a plurality of rectangular lenses are formed in a matrix form. The optical axis of the light source unit 200 is arranged so as to coincide with the central axis of the first optical element 232. In the first optical element 232, like the first lens plate 132 of FIG. 2, each rectangular lens has a similar shape to the liquid crystal panel. Next, the second optical element 233 includes a condenser lens array 234, a polarization beam splitter array 235, a wave plate 236, and an exit side lens 237. A plurality of rectangular lenses are formed on the condenser lens array 234 in the same manner as the second lens plate 133 of FIG. The rectangular lens of the second lens plate functions to superimpose and irradiate the liquid crystal panel with the image of each rectangular lens of the first optical element, as in the second embodiment. The liquid crystal panel can be illuminated with uniform brightness.
[0094]
Next, the polarization beam splitter array 235 converts light of one polarization axis (for example, S-polarized light) into light of the other polarization axis (for example, P-polarized light) and aligns it with one polarization axis (in this case, P-polarized light). It functions as an output polarization converter.
[0095]
Details of the polarization beam splitter array 235 are shown in FIG.
[0096]
FIG. 1A shows a first configuration example. The polarization beam splitter array 235 includes a polarization separating means 320 having a plate shape in which a plurality of translucent members (glass or the like) 322 having a parallelogram cross section are bonded to each other with adhesives 325a and 325b. Have. Since the light source unit 200 is randomly polarized light, the light (including P-polarized light and S-polarized light) collected by the condensing lens 234 arranged in the previous stage of the polarization beam splitter array 235 is first transmitted to the light transmitting unit 342. The light enters the optical member composed of the light shielding portion 341. The light transmitted through the light transmission part 342 enters from each incident surface 327 of each light transmissive member 322. However, incident light is condensed on the light transmission part 342 by the condenser lens 234 arranged immediately before. Light is not incident on the incident surface 327 facing the light shielding portion 341 because the light is blocked by the light shielding portion. Light is slightly incident on the light shielding unit 341. Since this light shielding unit has a reflecting mirror function, the light incident on the light shielding unit 341 is reflected by the reflector of the light source unit 200, reflected there, and returns again. .
[0097]
Of the incident S-polarized light and P-polarized light, the P-polarized component is reflected by the polarization separation film 331a. This film is an interference multilayer film formed by vapor deposition on one surface of the translucent member 322. Each translucent member is bonded with an adhesive 325 after the film is formed. The S-polarized light component transmitted through the polarization separation film is converted into P-polarized light by rotating the polarization axis of the S-polarized light by approximately 90 ° by a polarization conversion film (¼ wavelength plate) 381 (corresponding to 236 in FIG. 3). Is done. On the other hand, the reflected P-polarized light is reflected by the reflective film 332b. Therefore, the light substantially aligned with the P-polarized light is reflected from the polarization beam splitter array toward the optical axis direction of the polarization illumination optical system 201.
[0098]
With the above configuration, the light emitted from the polarization beam splitter array is emitted in the optical axis direction of the polarization illumination optical system 201 so that the random polarization of the light source is aligned with the P-polarized light. In reality, the polarization conversion film 381 can convert almost all S-polarized light components to P-polarized light, but the light of components other than P-polarized light (S-polarized light components) is also emitted without being able to completely convert the polarization. .
[0099]
FIG. 5B shows a second configuration example. As shown in the figure, the polarizing beam splitter array 235 has a plate-like configuration in which a plurality of translucent members (such as glass) 322 having a parallelogram cross section are bonded to each other with an adhesive 325. Separation means 320 is included. In this polarized light separating means 320, since the light source unit 200 is randomly polarized light, the light (including P-polarized light and S-polarized light) collected by the condenser lens 234 is incident on each incident surface 327 of each translucent member 322. Incident from. The incident S-polarized light and P-polarized light components are reflected by the reflective film 332. The reflected components of P-polarized light and S-polarized light are separated into P-polarized light and S-polarized light by the polarization separation film 331. The polarization separation film 331 is a film that reflects S-polarized light and transmits P-polarized light. Accordingly, the P-polarized light transmitted through the polarization separation film 331 is reflected and emitted by the reflection film 332b. Further, on the exit surface 326 of the translucent member 327, a wave plate 381 (236 in FIG. 3), which is a quarter wave plate, is disposed every other translucent member, and the S-polarized light is rotated by approximately 90 °. Is converted into P-polarized light and emitted. In the second configuration example, the light is condensed on the incident surface 327 by the condensing lens 234, but some light also enters the incident surface other than the incident surface 327. The light is emitted as S-polarized light without being subjected to polarization conversion.
[0100]
As described in the above two configuration examples, the polarization beam splitter array can emit the random polarized light of the light source in the optical axis direction of the polarization illumination optical system 201 so as to be substantially aligned with the P-polarized light. The emitted light beam is collimated by the emission side lens 237 and emitted toward the dichroic mirror 213.
[0101]
In reality, as described above, most of the S-polarized light component can be converted to P-polarized light in the polarization conversion film 381, but the light of the S-polarized light component is also emitted without being able to completely convert the polarization. In addition, when light is incident on the incident surface of the translucent member on which the polarization conversion film 381 is not disposed, both the P-polarized light and the S-polarized light are reflected by the polarization separation film 331, reflected by the reflective film 332b, and the polarization axis is changed. It is emitted without being aligned.
[0102]
In the first and second embodiments described above, the incident side polarization means of the liquid crystal light valve mainly transmits light of one polarization axis (for example, P-polarized light) and the other polarization axis (for example, S-polarized light). ) Randomly polarized light (including both P-polarized light and S-polarized light) emitted from the light source is incident on the multilayer structure film that mainly reflects the light of), so that about half of the incident light is reflected. Therefore, reflection and re-reflection were repeated between the light source and the incident side polarization means. Of the light re-reflected on the light source side, at least a part of the light is polarized on the transmission axis of the incident-side polarizing means, passes through the polarizing means and reaches the liquid crystal panel, but the remaining light of the re-reflected light The light is re-reflected by the incident side polarization means and reaches the light source side. However, light is gradually lost due to repeated reflection, so that most of the light source light is not used.
[0103]
However, in this embodiment, most of the randomly polarized light from the light source can be aligned with the transmission axis of the incident-side polarizing means by the polarized illumination optical system 201, so that the incident-side polarizing means of the liquid crystal light valve is used as the light source. Almost all of the light is transmitted, and the remaining polarization component that has not been sufficiently converted in polarization is reflected by the incident-side polarization means and returns to the polarization converter. The light that has returned to the polarization converter side is converted again to the transmission axis of the incident side polarization means in the process of being reflected again by the polarization converter and the reflector of the light source to the incident side polarization means. Further, it can be used as projection light after passing through the incident side polarization means. Therefore, this embodiment has higher light utilization efficiency than the first and second embodiments.
[0104]
In the polarization beam splitter array of FIG. 5A, the S-polarized light reflected from the polarization means of the light valve is incident from the exit surface where the polarization conversion film 381 does not exist, is reflected by the reflective film 332b, and reflects the P-polarized light. The light passes through the polarization separation film 331a, is reflected by the reflection film 332a, is further reflected by the light-shielding portion 341, travels again through the same optical path, and is emitted to the liquid crystal light valve side. However, in the process of passing through these reflected light paths, at least part of the component that changes from S-polarized light to P-polarized light also appears, and this light can be reused. The S-polarized light that has returned to the position of the polarization conversion film 381 is converted into P-polarized light by the polarization conversion film, passes through the polarization separation film 331a, and is emitted to the light source side. These lights are reflected as parallel light by the reflector of the light source unit 200 and return again. Therefore, the polarization can be converted again to the transmission axis of the incident side polarization means, the light use efficiency can be increased, and most of the light source light can be used for projection.
[0105]
In the polarization beam splitter array of FIG. 5B, the S-polarized light reflected from the polarization means of the light valve enters from the exit surface 326 where the polarization conversion film 381 does not exist, is reflected by the reflective film 332b, and reflects the S-polarized light. The reflected light is reflected by the polarized light separation film 331 and returned to the light source unit. The S-polarized light that has returned to the position of the polarization conversion film 381 is converted into P-polarized light by the polarization conversion film, passes through the polarization separation film 331, and is emitted to the light source side. These lights are reflected as parallel light by the reflector of the light source unit 200 and return again. Therefore, the polarization can be converted again to the transmission axis of the incident side polarization means, the light use efficiency can be increased, and most of the light source light can be used for projection.
[0106]
As described above, according to the present embodiment, at least the incident-side polarization unit of the liquid crystal light valve transmits light of one polarization axis component of the two types of polarization axes, but the light of the other transmission axis component is transmitted. Since it has the function of reflecting, the problem of heat generation in the incident side polarizing plate is greatly improved. If the exit side polarization unit is a reflective polarizing plate similar to the entrance side polarization unit, the heat generation and problems in the exit side polarization unit are improved as described in the first embodiment, and the light utilization efficiency is further improved. Further, since such a polarizing means is a film having a multilayer structure as described with reference to FIG. 7, it is only necessary to replace a conventional polarizing plate, and the optical system is not enlarged. Further, since the heat generation is drastically reduced, the cooling mechanism can be simplified, such as eliminating the cooling means or eliminating the need for special measures to increase the cooling efficiency of the cooling means. Furthermore, if it is such a reflective polarizing plate, a polarizing plate can also be contact | adhered or stuck on the outer surface of the board | substrate of a liquid crystal panel.
[0107]
The multilayer film is disposed so that light is incident on the film surface from a vertical direction. By doing so, the reflected light of the other polarization axis component from the film can be reflected to the light source side along the incident optical axis. Thereby, the light re-reflected on the light source side can be guided again to the incident-side polarization means along the same optical axis. Therefore, the utilization efficiency of the light reflected by the film can be further increased. In particular, in this embodiment, the incident side polarization means is irradiated as parallel light by the exit side lens 237, so that the reflected light is reflected along the optical axis of the polarization illumination optical system 201 and the light leaks. There are few things.
[0108]
In the above description, the transmission axis and reflection axis of the incident side polarization means may be set such that transmission is the S polarization axis and reflection is the P polarization axis. Further, the polarization axis emitted from the polarization converter may be aligned with the S-polarized light. Needless to say, the transmission axis and the absorption axis (or reflection axis) of the exit side polarization means may be reversed. Further, the reflective polarizing plate used in the present invention may be set to have the wavelength selective transmission characteristics as described in the first embodiment. In this case, the configuration and operation of the polarization means are the same as those in the first embodiment.
[0109]
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
[0110]
For example, when the present invention is applied to a projection display device that projects a black and white image, a liquid crystal panel and a pair of polarizing means are sufficient, and a color light separating means for separating a light beam into three colors and a three-color light beam. It is possible to omit the color light synthesis means for synthesizing. When a color filter that transmits three primary colors is arranged on the inner surface of one liquid crystal panel and color display is performed by a single liquid crystal panel, a color image is displayed by one liquid crystal panel and a pair of polarizing means. be able to.
[0111]
In the embodiment, the incident side polarization unit and the emission side polarization unit are attached to the outer surface of the substrate of each liquid crystal panel. However, both or one of them may be arranged apart from the liquid crystal panel. In that case, a separate holding member for holding the polarizing means is required. Even in the case where they are arranged apart from each other, it is necessary to arrange the polarizing means so that light enters the incident surface of the polarizing means from the vertical direction.
[0112]
In addition, the optical path for separating and synthesizing colored light in the embodiment is not limited to this. For example, the colored light passing through the light guide unit 222 may be red light.
[0113]
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a main part of the projection display apparatus according to the present embodiment. The basic structure of the projection display apparatus of the present embodiment is the same as that of the second embodiment, but in the optical path between the light source 100 and the first dichroic mirror 113 constituting the color light separating means, The second is that it includes an illumination optical system 103 ′ that includes a quarter-wave plate 400 and reflective polarization means 401 that transmits light of one polarization axis component and reflects light of the other polarization axis component. This is different from the embodiment. In the present embodiment, the configuration other than the quarter-wave plate 400 and the polarization means 401 and the operation thereof are the same as those in the second embodiment unless otherwise specified.
[0114]
The quarter wavelength plate 400 and the polarizing means 401 in this embodiment operate as follows.
[0115]
The light emitted from the light source lamp 111 is randomly polarized light. This light is collimated by a reflecting mirror (reflector) disposed behind the lamp 111 and reflected toward the quarter-wave plate 400. The quarter wavelength plate 400 has a function of converting the polarization axis of the light emitted from the light source 100 into elliptically polarized light. Although the light transmitted through the quarter-wave plate 400 has been elliptically polarized, it is still in a random polarization state. This light is then incident on the reflective polarizing means 401. The reflective polarization means 401 is made of the multilayer structure film shown in FIG. 7 described in the above embodiments. Therefore, in the reflective polarization unit 401, light of one polarization axis component (for example, P-polarized light) out of random polarization from the light source is transmitted, and light of the other polarization axis component (for example, S-polarized light) is reflected. .
[0116]
The reflected light of the other polarization axis component (for example, S-polarized light) is transmitted again through the quarter-wave plate 400 and converted to elliptically polarized light. Next, the elliptically polarized light transmitted through the quarter wavelength plate 400 and returned to the light source 100 side is reflected by the reflector 112 so as to become parallel light, and is incident on the quarter wavelength plate 400 again. The elliptically polarized light passes through the quarter-wave plate 400 and is converted into light of one polarization axis component (for example, P-polarized light). Therefore, the light reflected by the polarizing means 401 is converted into light of the transmission axis component of the polarizing means 401 by passing through the quarter wavelength plate 400 twice via the reflector 100.
[0117]
The quarter-wave plate 400 is closely attached or attached to the plane side of the first lens plate 132 of the uniform illumination optical system 101 ′, and the multilayer structure film of the polarizing means 401 is on the plane side of the second lens plate 133. Adhered or pasted. If the wavelength plate and the polarizing plate are held using a lens plate, a special holding member is not necessary.
[0118]
As described above, by arranging the quarter wavelength plate 400 and the reflection polarization unit 401 in front of the color light separation unit, the polarization axes of the light can be aligned in front of the color light separation unit. In particular, the reflected light from the polarizing means is attenuated when the optical path length is long and the utilization efficiency is deteriorated. However, in this embodiment, since the distance between the polarizing means 133 and the reflector 112 is short, the light attenuation is suppressed and Light utilization efficiency can be improved.
[0119]
In the present invention, the reflected light from the polarizing means is reflected by the light source and returned to the light valve side. In this case, it is necessary to adopt the following configuration as the configuration of the light source unit. That is, (1) the reflector of the light source unit has a parabolic reflecting mirror that reflects the light returned from the separating means side and emits it as substantially parallel light, or (2) returns from the separating means side. A reflecting mirror such as a spherical reflector that reflects the reflected light, and a condensing means such as a condenser lens that makes the light from the reflecting mirror substantially parallel and emits the light to the first lens plate 132. preferable.
[0120]
In the present embodiment, the incident side polarizing plates of the liquid crystal light valves 123, 124, and 125 may be removed if the polarization state from the polarizing means 133 is good. However, since the polarization axis is easily converted through the color light separating means 113, 114, the reflecting mirrors 115, 116, 117, etc., the polarizing means is disposed in front of the liquid crystal panel of each liquid crystal light valve, and this transmission is performed. It is preferable to make the axis coincide with the polarizing means 401. The polarizing means on the liquid crystal light valve side may be a conventional absorption type polarizing plate that absorbs the other polarizing axis or the reflective polarizing plate described so far. If a reflective polarizing plate is used also on the liquid crystal light valve side, the light of the polarization axis that does not pass through this will pass through the polarization means 133 and become a polarization axis that can be reused by the action of the quarter wave plate 400. Usage efficiency is improved.
In the above description, the transmission axis and reflection axis of the polarizing means may be reversed with transmission as the S polarization axis and reflection as the P polarization axis. In addition, the incident-side reflective polarizing plate on the liquid crystal light valve side used in this embodiment may be set so as to have the wavelength selective transmission characteristics as described in the first embodiment. In this case, the configuration and operation of the polarization means are the same as those in the first embodiment.
[0121]
Further, the polarizing means 401 itself may have wavelength selective transmission characteristics. That is, in the projection display device, the ultraviolet component contained in the light source light degrades the characteristics of the polarizing plate that absorbs it, and the infrared component is converted into heat by the polarizing plate that absorbs it. Therefore, as described in the first embodiment, the film thickness of the multilayer structure film in the polarizing means 401 is set so that the transmitted light is in the visible light region, and the ultraviolet wavelength band and / or the infrared wavelength band. Should be set to reflect.
[0122]
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
[0123]
For example, when the present invention is applied to a projection display device that projects a black and white image, a liquid crystal panel and a pair of polarizing means are sufficient, and a color light separating means for separating a light beam into three colors and a three-color light beam. It is possible to omit the color light synthesis means for synthesizing. When a color filter that transmits three primary colors is arranged on the inner surface of one liquid crystal panel and color display is performed by a single liquid crystal panel, a color image is displayed by one liquid crystal panel and a pair of polarizing means. be able to.
[0124]
In the embodiment, the incident side polarization unit and the emission side polarization unit are attached to the outer surface of the substrate of each liquid crystal panel. However, both or one of them may be arranged apart from the liquid crystal panel. In that case, a separate holding member for holding the polarizing means is required. Even in the case where they are arranged apart from each other, it is necessary to arrange the polarizing means so that light enters the incident surface of the polarizing means from the vertical direction.
[0125]
In addition, the separation order and method of color light and the optical path of synthesis in the embodiment are not limited to this. For example, the color light passing through the light guide may be red light.
[0126]
[Example of liquid crystal panel]
Embodiments of the liquid crystal panel used in the liquid crystal light valves of the first to fourth embodiments will be described below with reference to the drawings. 11 is a cross-sectional view of each liquid crystal panel, and FIG. 12A is a plan view of a light emission side substrate of each liquid crystal panel. FIG. 11 shows a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. The feature of this embodiment is that a lower-layer light-shielding film 703 of a thin film transistor is formed on the light emission side substrate 701 of the liquid crystal panel.
[0127]
In FIG. 11, each liquid crystal panel sandwiches a TN type liquid crystal 702 between a pair of substrates, a light incident side substrate 700 and a light emission side substrate 701. Note that the liquid crystal is not limited to the TN type, and can be appropriately used as a horizontal alignment type, a vertical alignment type, a polymer dispersion type, a memory type such as ferroelectric. A light shielding film 703 made of, for example, a metal such as chromium or titanium is formed in a matrix on the inner surface of the light emitting side substrate 701, and a first interlayer insulating film made of silicon nitride or silicon oxide is formed thereon. A film 704 is formed on the entire surface, and a silicon layer made of polycrystalline silicon or amorphous silicon is formed in an island shape thereon. This silicon layer will later become a channel 707, a source 705, and a drain 706. A gate insulating film 708 made of a silicon oxide film is formed on the surface of the silicon layer by thermal oxidation, CVD, or the like, and a gate electrode 709 is formed on the gate insulating film 708 so as to face the channel 707. The gate electrode 709 also serves as a scanning line formed in a matrix in the pixel region of the liquid crystal panel, and is formed of polycrystalline silicon, a metal such as aluminum or tantalum, or the like. When polycrystalline silicon is used, a refractory metal may be laminated thereon.
[0128]
In the figure, after an insulating film formed by using a metal for the gate electrode 709 and anodizing the surface covers the gate electrode, impurity ions are implanted into the silicon layer using the gate electrode and the anodized film as a mask, A source 705 and a drain 706 are formed in a self-aligning manner. Note that an LDD structure can be obtained by previously forming a region having a lower impurity concentration than the source / drain in the silicon layer between the channel 707 and the source 705 and the drain 706. As described above, a thin film transistor serving as a switching element is configured for each pixel.
[0129]
Next, a second interlayer insulating film 710 made of silicon nitride or silicon oxide is formed on the entire surface of the thin film transistor. A contact hole 712 is formed here, and a data signal line 711 made of a metal such as aluminum is formed to be connected to the source 705 through the contact hole 712. Next, a third interlayer insulating film 714 made of silicon nitride, silicon oxide or the like is formed, and contact holes 713 are simultaneously formed in the second and third interlayer insulating films. Then, a pixel electrode 715 made of a transparent conductive film such as ITO is formed so as to be connected to the drain 706 through the contact hole 712. Although not shown, an alignment film is formed as the uppermost layer after this, and this film is rubbed.
[0130]
On the other hand, a light shielding film 717 made of a metal such as chromium or a black resin is formed on the inner surface of the light incident side substrate 700. The light shielding film 717 can be formed in a matrix in a plane inside the light shielding film 703 of the light emitting side substrate 701. Further, a counter electrode 716 made of a transparent conductive film such as ITO is formed on the entire surface of the light shielding film 703. Although not shown, an alignment film is formed as the uppermost layer, and this film is also rubbed.
[0131]
In the liquid crystal panel, a scanning line 709 and a data signal line 711 are formed in a matrix, and each pixel includes a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) having a gate electrode connected to the scanning line and a source 705 connected to the data signal line. The pixel electrode 715 is connected to the drain 706 of the TFT. Each pixel applies an image signal from the data signal line to the pixel electrode 715 using the TFT as a switching element, applies a voltage to the liquid crystal layer 702 sandwiched between the pixel electrode 715 and the counter electrode 716, and the orientation of the liquid crystal molecules according to the applied voltage To control. Further, in each pixel, the silicon layer of the drain 706 is extended so that the voltage applied to the liquid crystal can be held even in the non-selection period in which the TFT is non-conductive, and the scanning line 709 (one in the previous stage) is extended. (A scanning line to which a selection potential is applied in the previous horizontal scanning period. One vertical scanning period is maintained at a non-selection potential from the time of selection of this pixel.) A storage capacitor 718 is formed between the non-selection potential. Note that the storage capacitor 718 is not formed by the drain silicon layer and the scanning line, but is newly provided with a capacitor line arranged in parallel to the scanning line, and the storage capacitor 718 is formed by the pixel electrode 715 facing this via an interlayer insulating film. It may be formed.
[0132]
In the liquid crystal panel described above, when light is incident on the channel 707 of the TFT, the TFT leaks even in a non-conducting state (non-selection). Then, the accumulated charge is discharged through the TFT, and the voltage applied to the liquid crystal changes. As a result, the contrast of the liquid crystal panel is greatly reduced. In each of the light valves of the first to fourth embodiments, the case where the exit side polarizing means is used as the reflective polarizing plate has been described. In this case, the output-side polarizing plate is configured to transmit light of any polarization axis (S-polarized light in the above embodiment) but reflect light of other polarization axes (P-polarized light in the above embodiment). Since the exit side polarizing plate receives both S-polarized light and P-polarized light according to the voltage applied to the liquid crystal of each pixel, the amount of light reflected from the polarizing plate increases. When this light enters the TFT, the characteristics of the liquid crystal panel deteriorate.
[0133]
In this embodiment, a light-shielding film 703 is formed on the light emission side of the thin film transistor so that the reflected light does not enter the TFT from the reflection polarization means on the light emission side. Therefore, the reflected light from the exit side polarization means passes through the liquid crystal layer 702 via the opening of the light shielding film 703 and returns to the exit side of the liquid crystal panel. The TFT is shielded from the light incident side by the light shielding film 717 of the substrate 700 and the overlap of the data line 711 on the TFT. Therefore, the TFT is shielded from both the light incident side and the light emitting side. In this embodiment, since the TFT is a top gate and has a structure in which light is easily incident on the channel from the light emitting side, the light shielding film 703 is made wider than the light shielding layer 717 and the data line 711 that shield light from above the TFT. is there.
[0134]
With the configuration of the liquid crystal panel as described above, the light exit side polarization means of the liquid crystal panel in the liquid crystal light valve can be the reflective polarizing plate as described in the above embodiments.
[0135]
An equivalent circuit diagram of one pixel in the above liquid crystal panel is shown in FIG. When this pixel scanning period comes, a TFT is selected and made conductive in accordance with a scanning signal supplied from a scanning driver (not shown) to the scanning line 709. On the other hand, an image signal to be written to the selected pixel is supplied from a data line side driver (not shown), and the voltage of the image signal is applied to the liquid crystal 702 and the storage capacitor 718 through the conductive TFT. Thereafter, when the TFT is not selected and becomes non-conductive, voltage application to the liquid crystal 702 is continued until the next scanning period based on the charge held in the capacitance of the liquid crystal 702 and the capacitance of the storage capacitor 718. Note that the storage capacitor 718 may be formed with a dedicated capacitor line as described above.
[0136]
Although not shown, the incident-side polarizing plate and / or the outgoing-side polarizing plate are adhered or attached to the outer surfaces of the respective substrates 700 and 701 as necessary.
[0137]
[Other Embodiments]
In each of the embodiments described above, the setting of the polarization axis is not limited to the embodiment, and can be set as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
[0138]
In each of the above-described embodiments, instead of the multilayer structure film, for example, a cholesteric liquid crystal layer sandwiched between λ / 4 plates, a Brewster's angle (SID 92DIGEST, pages 427 to 429), a hologram You may use what uses. These are also known to have the same functions as the multilayer structure film in the above-described embodiment.
[0139]
In addition, the projection display device includes a front projection type that projects from the side on which the projection surface is observed and a rear projection type that projects from the side opposite to the direction to observe the projection surface. The projection display apparatus according to each embodiment described above can be applied to any type.
[0140]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the polarizing means of the liquid crystal panel in the light valve of the projection display device absorbs light and does not generate heat unlike the conventional polarizing plate, the polarizing characteristics of the polarizing plate deteriorate. Or the liquid crystal panel can be prevented from being affected by heat. Further, since the polarizing means is a multilayer film, the optical system does not become large. Further, since the heat generation is drastically reduced, the cooling mechanism can be simplified, for example, it is not necessary to eliminate the cooling means or to take special measures to increase the cooling efficiency of the cooling means. Moreover, the light reflected by the film is reflected again on the light source side, and the light use efficiency can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a projection display apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a projection display apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a projection display apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a projection display apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
5A and 5B are diagrams showing the polarization beam splitter array (polarization converter) in FIG. 3;
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the liquid crystal light valve of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing details of a polarizing means used in the present invention.
FIG. 8 is a view showing wavelength selective transmission characteristics of polarizing means of each liquid crystal light valve.
FIG. 9 is a configuration diagram of a conventional projection display device.
FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of a conventional liquid crystal light valve.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a liquid crystal panel according to the present invention.
12A is a plan view and FIG. 12B is an equivalent circuit diagram of a liquid crystal panel according to the present invention.
[Explanation of symbols]
10 ... Light source
11 ... Lamp
12 ... Reflector
13, 14 ... Dichroic mirror
15, 16, 17 ... reflective mirror
18 ... Incident lens
19 ... Relay lens
20 ... Outgoing lens
22 ... Light guiding means
23, 24, 25 ... Liquid crystal panel
29, 31, 33 ... Incident side polarization means
30, 32, 34... Exit side polarization means
26 ... Cross dichroic prism
27 ... Projection lens
28 ... Screen
501, 502... Incident light
503: Incident side polarization means
504 ... Liquid crystal panel
505... Output side polarization means
510... Wavelength selective transmission characteristics of the polarizing means of the light valve for red light
520: Wavelength selective transmission characteristics of polarizing means of light valve for green light
530: Wavelength selective transmission characteristic of polarizing means of light valve for blue light

Claims (9)

光源と、該光源からの光を複数の色光に分離する分離手段と、該分離手段により分離された色光をそれぞれ変調する複数のライトバルブと、該複数のライトバルブにより変調された色光を合成する合成手段と、該合成手段により合成された光を投写する投写光学手段とを備え、
前記各ライトバルブは、液晶パネルと、該液晶パネルに配置される偏光手段とを有し、
前記偏光手段は、一方の偏光軸成分の光を主に透過し、他方の偏光軸成分の光を主に反射する多層構造フィルムからなり、該液晶パネルの光出射側に配置されることを特徴とする投写型表示装置。A light source, separation means for separating light from the light source into a plurality of color lights, a plurality of light valves for respectively modulating the color lights separated by the separation means, and the color lights modulated by the plurality of light valves are combined Combining means, and projection optical means for projecting the light combined by the combining means,
Each of the light valves has a liquid crystal panel and polarizing means disposed on the liquid crystal panel,
The polarizing means is composed of a multilayer film that mainly transmits light of one polarization axis component and mainly reflects light of the other polarization axis component, and is disposed on the light emitting side of the liquid crystal panel. Projection type display device. 請求項１において、
前記光源と前記液晶パネルの間に、前記光源からの光を平行光化する光学手段を有することを特徴とする投写型表示装置。In claim 1,
A projection display device comprising optical means for collimating light from the light source between the light source and the liquid crystal panel. 請求項１又は２において、
前記光源と前記分離手段の間に、前記光源からの光を特定の偏光軸成分の光に揃える偏光変換手段を配置することを特徴とする投写型表示装置。In claim 1 or 2,
A projection display device, wherein a polarization conversion unit for aligning light from the light source with light of a specific polarization axis component is disposed between the light source and the separation unit. 請求項１又は２において、
前記光源と前記分離手段の間に、１／４波長板を配置することを特徴とする投写型表示装置。In claim 1 or 2,
A projection display device, wherein a quarter-wave plate is disposed between the light source and the separating means. 請求項４において、
前記光源は、前記分離手段側から戻ってきた光を反射して略平行光にして射出する反射ミラーを有することを特徴とする投写型表示装置。In claim 4,
The projection display device according to claim 1, wherein the light source includes a reflection mirror that reflects the light returned from the separating means side to emit substantially parallel light. 請求項４において、
前記光源は、前記分離手段側から戻ってきた光を反射する反射ミラーと、該反射ミラーからの光を略平行光にして射出する集光手段とを有することを特徴とする投写型表示装置。In claim 4,
The projection display device, wherein the light source includes a reflection mirror that reflects light returned from the separation unit side, and a condensing unit that emits the light from the reflection mirror as substantially parallel light. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記ライトバルブは、さらに、前記液晶パネルの光入射側に配置される第２の偏光手段を有し、前記第２の偏光手段は、いずれか一つの偏光軸成分の光を主に透過し、他の偏光軸成分の光を主に反射する多層構造のフィルムからなることを特徴とする投写型表示装置。In any one of Claims 1 thru | or 6.
The light valve further includes a second polarization unit disposed on the light incident side of the liquid crystal panel, and the second polarization unit mainly transmits light of any one polarization axis component, A projection display device comprising a film having a multilayer structure that mainly reflects light of another polarization axis component. 請求項７において、
前記第２の偏光手段は、赤外線成分及び／又は紫外線成分を反射するように波長選択透過特性が設定されてなることを特徴とする投写型表示装置。In claim 7,
The projection display device, wherein the second polarizing means has a wavelength selective transmission characteristic so as to reflect an infrared component and / or an ultraviolet component. 請求項１乃至８のいずれかにおいて、
前記多層構造フィルムを、前記液晶パネルの基板に密着又は貼付けてなることを特徴とする投写型表示装置。In any one of Claims 1 thru | or 8.
A projection display device, wherein the multilayer structure film is adhered or pasted to a substrate of the liquid crystal panel.
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