JP4841154B2

JP4841154B2 - 偏光変換素子及びこれを用いた投写型表示装置

Info

Publication number: JP4841154B2
Application number: JP2005100990A
Authority: JP
Inventors: 真一奥野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: JP2006284648A

Description

この発明は、投写型表示装置に用いて好適な偏光変換素子及び投写型表示装置に関する。

図１は、一般的な照明光学系を直線配置したＬ字型構成の投写型表示装置の基本構成を示す模式図である。同図において、光源部１から射出された白色光は、パラボラ形状のリフレクタ２にて平行光として出射し、赤外および紫外成分を除去するＵＶ−ＩＲカットフィルタＵＶＩＲを通過し、凸レンズ群で構成された第１、第２フライアイレンズ３、４からなる、いわゆるインテグレータ光学系にて光束分割される。それぞれの光束は収束して偏光変換素子５に入射し、偏光方向がそろえられて出射される。

そして、偏光方向が揃えられた光はコンデンサーレンズ６等を通過した後、ダイクロイックミラー７によって赤から緑色帯域の光は透過し、青色帯域光は反射される。

ダイクロイックミラー７によって反射され光路を９０度変えた青色帯域光は全反射ミラー８によって光路を９０度変え、コンデンサーレンズ９Ｂを介して液晶表示素子１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂの内青色帯域光成分画像を表示する１０Ｂに入射し、ここで入力信号に応じて光変調される。液晶表示素子には、入射側偏光板ＰＩ、出射側偏光板ＰＯが設けられている。

光変調された光は、ダイクロイックプリズム１１に入射し、ダイクロイックプリズム内で光路を９０度変えて投写レンズ２０に入射し、拡大投影されスクリーン（図示しない）上に結像される。

一方、ダイクロイックミラー７を透過し、赤〜緑色帯域光はダイクロイックミラー１２に入射する。ダイクロイックミラー１２は緑色帯域光を反射する特性を有しているため、ここで緑色帯域光は反射され、その光路を９０度変え、コンデンサーレンズ９Ｇ、を介して液晶表示素子１０Ｇに入射し、ここで入力信号に応じて光変調される。光変調された緑色帯域光はダイクロイックプリズム１１、投写レンズ２０の順に入射し、拡大投影されスクリーン上に結像される。

ダイクロイックミラー１２を透過した赤色帯域光は、レンズ１３〜１５や全反射ミラー１６、１７を介して、液晶表示素子１０Ｒに入射し、ここで入力信号に応じて光変調される。光変調された赤色帯域光は、ダイクロイックプリズム１１に入射し、ダイクロプリズム１１で光路を９０度変えて投写レンズ５０に入射し拡大投影されスクリーン上に結像される。

上記したように、ランダムな偏光光を発生する光源から１種類の偏光光を効率よく発生させるために、偏光変換素子が利用されている。

従来、この偏光変換素子の構成要素の１つである位相差板としては、ポリカーボネートフィルムが用いられていた。

しかしながら、偏光変換素子は、光の熱など長期のエージングにより、黄変等の問題があった。

そこで、偏光変換素子の構成要素の１つである位相差板として水晶を用いて、耐熱性、耐久性を向上させた偏光変換素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３０２５２３号公報

上記した特許文献１の構成によれば、耐久性、耐熱性は向上するが、水晶という高価な部材を用いる必要があり、コストが嵩むという問題があった。

そこで、この発明は、偏光変換素子に与えられる温度の分布を考慮し、耐熱性、耐久性のある偏光変換素子のコストを削減することを第１の目的とする。また、偏光変換素子を用いた安価な投写型表示装置を提供することを第２の目的とする。

この発明の偏光変換素子は、光源からの入射光のうち所定偏光方向の第１の偏光光を透過させ且つ該所定偏光方向に直交する偏光方向の第２の偏光光を反射させる偏光膜と、この偏光膜で反射された第２の偏光光を反射させる反射膜とが、透明部材の内部に配設され、前記透明部材の第１の偏光光の出射側と第２の偏光光の出射側の何れか一方に位相差板を設けた偏光変換部を複数個並列に密接配設した偏光変換素子において、前記位相差板は、樹脂製の位相差板では光源からの熱による長期のエージングによって黄変してしまう虞のある光軸を含む光軸近傍の高温領域では、無機物製の位相差板が用いられ、他の領域では、樹脂製の位相差板が用いられていることを特徴とする。

前記無機物製の位相差板は水晶平板で構成すればよい。

また、この発明の投写型表示装置は、光源からの光を複数の光束に分割するインテグレータ光学系と、このインテグレータ光学系からの複数の光束の偏光方向を所定の偏光方向に揃える偏光変換素子と、この偏光変換素子からの光束が照射され、映像信号に応じて光学像を形成する光変調素子と、この光学像を拡大して表示する投写レンズとを備えた投写型表示装置において、前記偏光変換素子として上記に記載の偏光変換素子を用いたことを特徴とする。

この発明によれば、偏光変換素子に与えられる温度の分布を考慮した耐熱性、耐久性のある優れた安価な偏光変換素子が提供できる。また、この発明の偏光変換素子を用いることで安価な投写型表示装置を提供できる。

この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。

図２は、この発明が適用される偏光変換素子の例を示す図である。図２は図１の第１レンズアレイ３，第２レンズアレイ４および偏光変換素子５の一部分を拡大して示した図である。

偏光変換素子５は、光学系の光軸に対して４５°の角度をなす偏光膜５１…と、反射膜５２…と、この偏光膜、反射膜をそれぞれ挟み込む透明部材５０…と、位相差板５３…で構成されている。透明部材としては、例えばガラスが用いられる。そして、表面に偏光膜、裏面に反射膜を設けたガラス板などの透明部材を４５度の角度で順次密接して配置し、そして所定の出射面、入射面が偏光膜、反射膜に対して４５度の角度を有するように切り出して図２に示す透明部材が形成される。位相差板５３は偏光膜５１上の透明部材５０の出射側面に貼り付けられている。

この例においては、位相差板５３が貼り付けられ、偏光膜５１を挟み込んだ透明部材部分とその隣りの反射膜５２を挟み込んだ透明部材部分とで、偏光変換部６０が構成されている。交互に設けられる偏光膜５１と反射膜５２のピッチ（ｘ）は、第２レンズアレイ４のレンズセル４ａの幅（Ｗ）の約１／２とされる。なお、反射膜５２は、入射光を反射してくれればよいから、偏光膜を設置してその反射機能のみを用いるようにしてもよい。

次に、偏光変換素子５の作用を説明する。光源より出射した光Ｌは、第１レンズアレイ３、第２レンズアレイ４を経て、対応する偏光変換部６０の偏光膜５１に入射する。偏光膜５１は、所定の偏光方向、この実施形態ではＰ偏光光を透過させ、これに直交する偏光方向の偏光光、この実施形態ではＳ偏光を反射させるものであり、偏光膜５１に入射した光は、偏光膜５１に対してＳ偏光成分は反射され、Ｐ偏光成分は透過する。反射されたＳ偏光成分は隣の反射膜５２にて再度反射され、外部へ出射される。一方、偏光膜５１を透過したＰ偏光成分が出射する面には、位相差板５３が配置されているので、Ｐ偏光光はＳ偏光光に変換されて出射される。従って、偏光変換素子１を出射する光は、すべてＳ偏光の光とされる。

さて、この発明の特徴とするところは、位相差板５３にある。すなわち、図３に示すように、光軸Ｃの中心部から光強度が強く、高温領域（９０℃〜１００℃程度）になる部分は、水晶など無機物製の１／２位相差板５３ａを用い、他の部分の位相差板５３ｂは、樹脂製の１／２位相差板で構成した。このように、耐熱性等が必要な部分だけ高価な水晶などの無機物製の１／２位相差板を用い、他の場所には安価な樹脂製位相差板５３ｂを用いることで、偏光変換素子に与えられる温度の分布を考慮した耐熱性、耐久性のある優れた偏光変換素子５がコストを削減して提供できる。

無機物製の１／２位相差板５３ａとしては、水晶や方解石を用いることができる。また、樹脂製の１／２位相差板５３ｂとしては、ポリカーボネートや環状オレフィン樹脂、ポリカーボネートを厚み方向へ特殊な方法により延伸させたものや、フルオレン骨格を導入したポリカーボネートフィルムを用いることができる。

透明部材５０の所定の箇所に、無機物製の１／２位相差板５３ａ、樹脂製の１／２位相差板５３ｂを紫外線硬化型の接着剤を用いて貼り付ければよい。

位相差板は、可視波長帯域において作用する必要があるが、特定波長を中心に設計された１／２波長板１枚では、可視波長帯域全体に対して作用しない場合がある。そのような場合には、位相差板を複数枚（通常２〜３枚）積層して、可視域全体に作用するようなものとされている。

また、位相差板面での大気との屈折率の差による透過光の損失を防ぐため、位相差板の表面には、真空蒸着により反射防止膜を設ければよい。

上記したこの発明に係る偏光変換素子を図１に示す投写型表示装置の偏光変換素子５として用いれば、耐久性に優れ且つ安価に提供できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

一般的な照明光学系を直線配置したＬ字型構成の投写型表示装置の基本構成を示す模式図である。この発明が適用される偏光変換素子の例を示す模式図である。この発明の偏光変換素子を示す模式的側面図である。

符号の説明

５偏光変換素子
５１偏光膜５１
５２反射膜５２
５０透明部材５０
５３ａ無機物製の位相差板
５３ｂ樹脂製の位相差板

Claims

光源からの入射光のうち所定偏光方向の第１の偏光光を透過させ且つ該所定偏光方向に直交する偏光方向の第２の偏光光を反射させる偏光膜と、この偏光膜で反射された第２の偏光光を反射させる反射膜とが、透明部材の内部に配設され、前記透明部材の第１の偏光光の出射側と第２の偏光光の出射側の何れか一方に位相差板を設けた偏光変換部を複数個並列に密接配設した偏光変換素子において、前記位相差板は、樹脂製の位相差板では光源からの熱による長期のエージングによって黄変してしまう虞のある光軸を含む光軸近傍の高温領域では、無機物製の位相差板が用いられ、他の領域では、樹脂製の位相差板が用いられていることを特徴とする偏光変換素子。
前記無機物製の位相差板は水晶平板で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の偏光変換素子。
光源からの光を複数の光束に分割するインテグレータ光学系と、このインテグレータ光学系からの複数の光束の偏光方向を所定の偏光方向に揃える偏光変換素子と、この偏光変換素子からの光束が照射され、映像信号に応じて光学像を形成する光変調素子と、この光学像を拡大して表示する投写レンズとを備えた投写型表示装置において、前記偏光変換素子として請求項１または２記載の偏光変換素子を用いたことを特徴とする投写型表示装置。