JP4199452B2 - 液晶プロジェクタの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示パネルに光源光を通過させることで液晶表示パネルの像を投影する液晶プロジェクタの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶投影型の液晶プロジェクタでは、液晶表示パネルの画像をスクリーンに投影して表示を行っている。図7は、従来よりある液晶プロジェクタの概略的な構成を示す構成図である。この種の液晶プロジェクタでは、赤緑青(RGB)の3つの液晶表示ユニット701,711,721を備え、光源からの光をダイクロイックミラー702で色分解し、RGB各々の光を液晶表示ユニット701,711,721各々に導くようにしている。各液晶表示ユニット701,711,721を通過した光は、Xプリズム703を通過して合成され投影される。
【0003】
液晶表示ユニットは、図8に示すように、液晶表示パネル801が2枚の偏光板802に挾まれて構成されている。一方の偏光板802は、入射光のうち一定の方向の偏光光だけを透過させて直線偏光の光に変える。この光が液晶表示パネル801に入射し、画像に応じて部分的に偏光方向が回転され、液晶表示パネル801から出力し、今度は、他方の偏光板802により、一定方向の偏光光だけが透過され、濃淡画像が出力される。
【0004】
このように用いられる液晶プロジェクタの偏光板802は、入射光から偏光を取り出す段階で、半分程度の光を吸収し、吸収された光は熱に変換され、偏光板の温度を上昇させる。ところが、偏光板802は、耐熱性があまり高くなく、70℃以上の高温になると、初期の特性を実現することができない。このため、一般には、サファイア基板など、熱伝導性の高い透明な結晶板を偏光板の支持板(放熱板)803として用い、偏光板802に発生する熱を放熱させて偏光板802の特性を維持している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、サファイア基板などの結晶基板を放熱板とした場合、偏光板の透過軸と放熱板の光学軸または光学軸の投影線とのなす角度αを、0°または90°となるように貼り合わせる必要がある。これは、これらの貼り合わせ角度がずれると、RGB各々の液晶表示パネルからの投影像を合成するXプリズムにおける透過率が低下するからである。
したがって、従来では、偏光板と放熱板とを高い位置精度で貼り合わせる必要があり、製造しにくく、製造コストの上昇を招くという問題があった。
【0006】
また、偏光板に加え、偏光板と放熱板との間に波長フィルムを配置して用いる場合もあるが、この場合、偏光板の透過軸と放熱板に使用する結晶の光学軸とを合わせるとともに、波長フィルムの光学軸を、偏光板の透過軸あるいは放熱板の光学軸または光学軸の投影線と、ほぼ45°の角度になるように貼り合わせる必要があり、やはり製造しにくいという問題があった。
【0007】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、液晶プロジェクタを構成している偏光板とこれを支持する放熱板とからなる部分を、従来より容易に製造できるようにすることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液晶プロジェクタの製造方法は、液晶表示パネル、およびこの液晶表示パネルに複屈折を有する結晶からなる放熱板を介して配置された偏光板、ならびに液晶表示パネルを通過した光の進行方向を変更するビームスプリッタを少なくとも備える液晶プロジェクタの製造方法において、数2で示される透過率が最大となるように、放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと偏光板の透過軸との角度αおよび放熱板の位相差Γを設定するようにしたものである。
この製造方法によれば、偏光板を通過した光が、放熱板を透過するときにあまり影響を受けない状態に液晶プロジェクタが製造される。
【0009】
本発明の他の形態に係る液晶プロジェクタの製造方法は、第1および第2の液晶表示パネルと、この第1および第2の液晶表示パネルに、複屈折を有する結晶からなる第1および第2の放熱板を介して配置された第1および第2の偏光板と、第1および第2の液晶表示パネルを通過した光の進行方向を変更するビームスプリッタとを少なくとも備える液晶プロジェクタの製造方法において、数2で示される透過率が最大となるように、第1の放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと第1の偏光板の透過軸との角度αおよび第1の放熱板の位相差Γを設定し、数2で示される透過率の絶対値が最小となるように、第2の放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと第2の偏光板の透過軸との角度αおよび第2の放熱板の位相差Γを設定するようにしたものである。
この製造方法では、各偏光板を通過した光が、対応する放熱板を透過するときにあまり影響を受けない状態に液晶プロジェクタが製造される。
【0010】
本発明の他の形態に係る液晶プロジェクタの製造方法は、第1,第2,第3の液晶表示パネルと、この第1,第2,第3の液晶表示パネルに、複屈折を有する結晶からなる第1,第2,第3の放熱板を介して配置された第1,第2,第3の偏光板と、第1,第2,第3の液晶表示パネルを通過した光の進行方向を変更するビームスプリッタとを少なくとも備える液晶プロジェクタの製造方法において、数2で示される透過率が最大となるように、第1の放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと第1の偏光板の透過軸との角度αおよび第1の放熱板の位相差Γを設定し、数2で示される透過率の絶対値が最小となるように、第2の放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと第2の偏光板の透過軸との角度αおよび第2の放熱板の位相差Γを設定し、数2で示される透過率の絶対値が最小となるように、第3の放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと第3の偏光板の透過軸との角度αおよび第3の放熱板の位相差Γを設定したものである。
この製造方法では、各偏光板を通過した光が、対応する放熱板を透過するときにあまり影響を受けない状態に液晶プロジェクタが製造される。
【0011】
本発明の他の形態に係る液晶プロジェクタの製造方法は、第1,第2,第3の液晶表示パネルと、この第1,第2,第3の液晶表示パネルに、複屈折を有する結晶からなる第1,第2,第3の放熱板を介して配置された第1,第2,第3の偏光板と、第1,第2,第3の液晶表示パネルを通過した光の進行方向を変更するビームスプリッタとを少なくとも備える液晶プロジェクタの製造方法において、数2で示される透過率が最大となるように、第1の放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと第1の偏光板の透過軸との角度αおよび第1の放熱板の位相差Γを設定し、数2で示される透過率が最大となるように、第2の放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと第2の偏光板の透過軸との角度αおよび第2の放熱板の位相差Γを設定し、数2で示される透過率の絶対値が最小となるように、第3の放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと第3の偏光板の透過軸との角度αおよび第3の放熱板の位相差Γを設定するようにしたものである。
この製造方法では、各偏光板を通過した光が、対応する放熱板を透過するときにあまり影響を受けない状態に液晶プロジェクタが製造される。
【0012】
上記液晶プロジェクタの製造方法において、透過率が最大となるように設定された位相差Γは、実質的に360°×n(nは整数)とすればよい。
また、上記液晶プロジェクタの製造方法において、第1,第2,第3の放熱板は、各々位相差中心波長が異なり、例えば、各々緑・赤・青に対応して中心波長が設定されているようにすればよい。
【0013】
【数2】
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図1は、本発明の実施の形態における液晶プロジェクタの製造方法により製造される液晶プロジェクタの概略的な構成例を示す構成図である。まず、図1(a)について説明すると、この液晶プロジェクタは、光源からの光を色分解するダイクロイックミラー102,112,122と、R液晶表示パネル(第2の液晶表示パネル)101,G液晶表示パネル111(第1の液晶表示パネル),B液晶表示パネル(第3の液晶表示パネル)121と、Xプリズム103と、偏光板104,114,124と、例えば水晶などの複屈折を有する結晶からなる放熱板105,115,125と、波長フィルム106,126と、全反射ミラー107,117とを備えている。
【0015】
例えば、ダイクロイックミラー102は、光源からの光のうち、赤(R)成分の光を反射し、これを全反射ミラー107を介してR液晶表示パネル101に入射させる。R液晶表示パネル101に入射してくる光は、まず、一方の偏光板104を通り、また、波長フィルム106を通り、一方の放熱板105を通過してくる。このようにしてR液晶表示パネル101に入射した光は、R液晶表示パネル101に表示される画像に応じて部分的に偏光方向が回転されてR液晶表示パネル101から出射し、他方の放熱板105を介して他方の偏光板104を通過していく。
【0016】
また、ダイクロイックミラー112では、緑(G)成分の光を反射し、これをG液晶表示パネル111に入射させ、ダイクロイックミラー122は、青(B)成分の光を反射し、これを全反射ミラー117を介してB液晶表示パネル121に入射させる。また、上述と同様に、各光は、偏光板114,124および放熱板115,125を通過し、G液晶表示パネル111,B液晶表示パネル121を通過し、R液晶表示パネル101を通過した光とともに、Xプリズム103で合成される。なお、G液晶表示パネル111においては、波長板は用いない。なお、全ての液晶表示パネルに波長板を用いるようにする場合もあり、3つの内1つにだけに波長板を用いるようにする場合もある。
【0017】
以上のように構成された液晶プロジェクタにおいて、本実施の形態では、放熱板105,115,125を、水晶などの、複屈折を有して熱伝導率が1.0W/(m・k)以上の結晶から構成し、かつ、以下に示す(1)式により得られる透過率Tが最大となるように、光学軸角度(光学軸投影線)αおよび結晶(放熱板)の位相差Γを設定し、偏光板104,114,124と貼り合わせるようにした。すなわち、(1)式で示される透過率Tが最大となるように、放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと偏光板の透過軸との角度αおよび放熱板の位相差Γが設定されているようにした。なお、以下の(1)式において、T:透過率、k:固有偏光の楕円率である。
【0018】
【数3】
【0019】
図1(b)は、偏光板104と放熱板105との貼り合わせ状態を概略的に示す斜視図である。ここで、放熱板105として設計波長650nm,厚さ1.078mm,位相差360°の水晶板を用い、放熱板115として設計波長550nm,厚さ0.9134mm,位相差360°の水晶板を用い、放熱板125として設計波長450nm,厚さ0.7154mm,位相差360°の水晶板を用いた場合の、相対透過率特性を図2に示す。
【0020】
図2の特性は、放熱板の光学軸の投影線と偏光板の透過軸のなす角度α(図3)が10°のときの結果である。図2に示すように、本実施の形態によれば、αが10°と大きくても、充分な透過特性が得られていることが判る。
【0021】
以下、上記(1)式について、より詳細に説明する。
水晶などの複屈折結晶の屈折率の小さい方を進相軸と呼んでfで表し、屈折率の大きい方を遅相軸と呼んでsで表すと、進相軸がx軸に対して反時計回り方向に角度αをなすとして、つぎに示す(2)式が得られる(図3)。なお、これは、結晶の光学特性を解析する手法として用いられる、ジョーンズ行列解析(文献:昭48−9735応用光II 著者:鶴田 匡夫 発行所:(株)培風館)によるものである。
【0022】
【数4】
【0023】
固有偏光は、複屈折結晶中を異なる速度で進行するから、入射光のf成分はs成分よりも位相が進むため位相板からの射出光は偏光状態が変わる。f成分およびs成分をEf’とEs’で表すとつぎの(3)式が得られる。
【0024】
【数5】
【0025】
(3)式に示す行列式を、最初にとった(x,y)座標系に戻すと、以下に示す(4)式となる。
【0026】
【数6】
【0027】
ここで(3)式を実際に計算すると、以下に示すようになる。
まず、つぎに示す式を仮定する。
【0028】
【数7】
【0029】
すると、以下の(5),(5−1),(5−2),(5−3),(5−4)となる。
【0030】
【数8】
【0031】
【数9】
【0032】
【数10】
【0033】
【数11】
【0034】
【数12】
【0035】
ここで、以下の(6)式により、偏光板と放熱板とを貼り合わせた構造体の光学特性を検討する。例えば、図4に示すように、偏光ビームスプリッタ103aにおける、S偏光の偏光ビームスプリッタ103aの偏光膜での反射率が最大、もしくはP偏光の透過率が最大となることが、複屈折結晶を放熱板として用いるにあたって必要な特性である。例えば、図4に示す光学系のジョーンズ行列が、以下の(6)式で表せる。なお、(6)式は、S偏光が入射してS偏光がどの程度の割合で出射するのかを計算するジョーンズ行列である。
【0036】
【数13】
【0037】
上記(6)式により、透過率Tは、以下の(7)式で示されることが判る。
【0038】
【数14】
【0039】
上記(7)式の「*」は、共役複素数を示す。この(7)式に、前述した(5−4)式を代入すると、以下の(8)式となる。(8)式は、前述した(1)式と同じで再度記載したものであり、(8)式において、Tは、図4に示す偏光ビームスプリッタ103aにおける光の透過率を示す。
【0040】
【数15】
【0041】
この(8)式より、偏光板の透過軸と放熱板の結晶の光学軸または光学軸の投影線とのなす角度を90°または0°に設定しただけでは、透過率の低下を抑制する性能が不充分であることが判る。
ここで、例えばα=0°とすると、上記(8)式は、以下の(9)式で示されるようになる。
【0042】
【数16】
【0043】
この(9)式を見て明らかなように、旋光性を有する複屈折結晶を放熱板に用いた場合、偏光板の透過軸と放熱板の結晶の光学軸または光学軸の投影線とのなす角度を90°または0°に設定しただけでは、透過率が低くなることが判る。
また、上述した透過率が最大となる条件は、以下の(10)式で示される。
【0044】
【数17】
【0045】
なお、上述では、S偏光を基準とした計算で説明しているが、P偏光を入射しP偏光がどの程度の割合で出射するかを考慮して計算するようにしても同様である。このように、P偏光を考慮する場合でも、P偏光の透過率は、(9)式で表すことができる。
【0046】
図6に示すように、結晶からなる放熱板の光学軸または光学軸投影線と偏光板の透過軸との角度ずれ(放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと偏光板の透過軸との角度α)の影響は、αが大きくなるほど顕著になる。図6では、水晶基板を放熱板として使用した場合のデータであり、この放熱板と偏光板との貼り合わせ角度ずれ(α)により、リップルが発生することが判る。
これに対し、本実施の形態によれば、図2にも示したように、角度を10°ずらしても、充分な透過特性が得られる。
【0047】
ところで、放熱板に、波長フィルムの機能を持たせるようにしてもよい。図1に示したように、R液晶表示パネル101とB液晶表示パネル121を透過した光は、Xプリズム103により進行方向を90°変更する必要がある。このため、1/2波長板機能を有する波長フィルム106,126を用い、例えば、P偏光をS偏光に変換している。ここで、上記(8)式の値(透過率T:図4におけるS偏光の透過率)が、透過率Tの絶対値が最小となるように(理想的には0となるように)、例えば入射側の放熱板105,125の位相差Γ、光学軸角度(光学軸投影線)αおよび固有偏光の楕円率kを選べば良い(図5)。固有偏光の楕円率kは、旋光性を有する結晶のみ0<k2≦1の値をとる。言いかえると、旋光性を有しない結晶では、k=0である。
【0048】
(8)式より、α=45°かつΓ=180°が、P偏光をS偏光へ、またはS偏光をP偏光へ変換する理想的条件(透過率T、すなわち図4におけるS偏光の透過率が0となる条件)である。以上より、複屈折結晶からなる放熱板105,125に1/2波長板機能を持たせる場合、旋光性に起因する要素である固有偏光の楕円率kは、考慮に入れる必要がないことが判る。理想的には、(8)式において、α=45±2°かつΓ180±5°(設計波長において)として放熱板105,125を用いるようにすることが望ましい。
【0049】
このように、放熱板105,125に、1/2波長板機能を持たせるようにすることで、波長フィルム106,126を用いずに、液晶プロジェクタ(図1)を構成することが可能となる。なお、前述したように、全ての放熱板に波長板機能を持たせるようにしてもよく、3組のうち1組にだけ波長板機能を持たせるようにしてもよい。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、放熱板を、特定の式で示される透過率Tが最大となるように偏光板との間の光学軸角度αおよび結晶の位相差Γを設定した。このことにより、例えば、放熱板の光学軸の投影線と偏光板の透過軸のなす角度αが10°と大きい状態で貼り合わせても、透過率の低下が問題とならないなど、放熱板と偏光板の位置合わせに高い精度が必要なくなる。したがって、本発明によれば、偏光板とこれを支持する放熱板とからなる部分を、従来より容易に製造できるようになるというすぐれた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態における液晶プロジェクタの製造方法により製造される液晶プロジェクタの構成例を示す構成図である。
【図2】 実施の形態における結晶からなる放熱板の光学軸または光学軸投影線と偏光板の透過軸との角度ずれ(光学軸角度α)の影響を示す特性図である。
【図3】 進相軸がx軸に対して反時計回り方向に角度αの状態を示す斜視図である。
【図4】 実施の形態による液晶プロジェクタの一部構成の等価的な状態を概略的に示す斜視図である。
【図5】 本発明の実施の形態による液晶プロジェクタの一部構成を示す斜視図である。
【図6】 結晶からなる放熱板の光学軸または光学軸投影線と偏光板の透過軸との角度ずれ(光学軸角度α)の影響を示す特性図である。
【図7】 従来よりある液晶プロジェクタの構成を示す構成図である。
【図8】 従来よりある液晶プロジェクタの液晶表示パネル部分を示す断面図である。
【符号の説明】
101…R液晶表示パネル(第2の液晶表示パネル)、102,112,122…ダイクロイックミラー、103…Xプリズム、104,114,124…偏光板、105,115,125…放熱板、106,116…波長フィルム、107,117…全反射ミラー、111…G液晶表示パネル(第1の液晶表示パネル)、121…R液晶表示パネル(第3の液晶表示パネル)。
Claims (10)
- 液晶表示パネル、およびこの液晶表示パネルに複屈折を有する結晶からなる放熱板を介して配置された偏光板、ならびに前記液晶表示パネルを通過した光の進行方向を変更するビームスプリッタを少なくとも備える液晶プロジェクタの製造方法において、
数1で示される透過率が最大となるように、前記放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと前記偏光板の透過軸との角度αおよび前記放熱板の位相差Γを設定する
ことを特徴とする液晶プロジェクタの製造方法。 - 請求項1記載の液晶プロジェクタの製造方法において、
前記位相差Γは、実質的に360°×n(nは整数)とすることを特徴とする液晶プロジェクタの製造方法。 - 第1および第2の液晶表示パネルと、
この第1および第2の液晶表示パネルに、複屈折を有する結晶からなる第1および第2の放熱板を介して配置された第1および第2の偏光板と、
前記第1および第2の液晶表示パネルを通過した光の進行方向を変更するビームスプリッタと
を少なくとも備える液晶プロジェクタの製造方法において、
数1で示される透過率が最大となるように、前記第1の放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと前記第1の偏光板の透過軸との角度αおよび前記第1の放熱板の位相差Γを設定し、
数1で示される透過率の絶対値が最小となるように、前記第2の放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと前記第2の偏光板の透過軸との角度αおよび前記第2の放熱板の位相差Γを設定する
ことを特徴とする液晶プロジェクタの製造方法。 - 請求項3記載の液晶プロジェクタの製造方法において、
前記第1の偏光板の位相差Γは、実質的に360°×n(nは整数)とすることを特徴とする液晶プロジェクタの製造方法。 - 第1,第2,第3の液晶表示パネルと、
この第1,第2,第3の液晶表示パネルに、複屈折を有する結晶からなる第1,第2,第3の放熱板を介して配置された第1,第2,第3の偏光板と、
前記第1,第2,第3の液晶表示パネルを通過した光の進行方向を変更するビームスプリッタと
を少なくとも備える液晶プロジェクタの製造方法において、
数1で示される透過率が最大となるように、前記第1の放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと前記第1の偏光板の透過軸との角度αおよび前記第1の放熱板の位相差Γを設定し、
数1で示される透過率の絶対値が最小となるように、前記第2の放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと前記第2の偏光板の透過軸との角度αおよび前記第2の放熱板の位相差Γを設定し、
数1で示される透過率の絶対値が最小となるように、前記第3の放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと前記第3の偏光板の透過軸との角度αおよび前記第3の放熱板の位相差Γを設定する
ことを特徴とする液晶プロジェクタの製造方法。 - 請求項5記載の液晶プロジェクタの製造方法において、
前記第1の偏光板の位相差Γは、実質的に360°×n(nは整数)とすることを特徴とする液晶プロジェクタの製造方法。 - 第1,第2,第3の液晶表示パネルと、
この第1,第2,第3の液晶表示パネルに、複屈折を有する結晶からなる第1,第2,第3の放熱板を介して配置された第1,第2,第3の偏光板と、
前記第1,第2,第3の液晶表示パネルを通過した光の進行方向を変更するビームスプリッタと
を少なくとも備える液晶プロジェクタの製造方法において、
数1で示される透過率が最大となるように、前記第1の放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと前記第1の偏光板の透過軸との角度αおよび前記第1の放熱板の位相差Γを設定し、
数1で示される透過率が最大となるように、前記第2の放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと前記第2の偏光板の透過軸との角度αおよび前記第2の放熱板の位相差Γを設定し、
数1で示される透過率の絶対値が最小となるように、前記第3の放熱板の光学軸または光学軸投影線のいずれかと前記第3の偏光板の透過軸との角度αおよび前記第3の放熱板の位相差Γを設定する
ことを特徴とする液晶プロジェクタの製造方法。 - 請求項7記載の液晶プロジェクタの製造方法において、
前記第1および第2の放熱板の位相差Γは、実質的に360°×n(nは整数)とすることを特徴とする液晶プロジェクタの製造方法。 - 請求項3又は4記載の液晶プロジェクタの製造方法において、
前記第1,第2の放熱板は、各々位相差中心波長が異なることを特徴とする液晶プロジェクタの製造方法。
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