JP4973137B2 - プリズム、プリズムの製造方法、光学ユニット及び投射型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、入射光から色光を分離または複数の色光を合成して出射、または、入射光を異種の偏光光に分離する投射型表示装置用のプリズムに関する。

以下、図１２〜図１８により従来技術を説明する。

図１４は従来の投射型表示装置の構成例を示す。図１４において、光源１からの白色光束３は、放物面鏡のリフレクタ２、第１レンズアレイ４、コールドミラー５、及び第２レンズアレイ６により、均一的な白色光束とされた後、青色・緑色反射ダイクロイックミラー７により、赤色光束８と青色・緑色光束１３とに分離される。赤色光束８は増反射ミラー９で反射され、コンデンサレンズ１０を通って赤色光用透過型液晶パネル１２に入射される。青色・緑色光束１３は、緑色反射ダイクロイックミラー１４により、緑色光束１５と青色光束１９とに分離される。緑色光束１５は、コンデンサレンズ１６を通って緑色光用透過型液晶パネル１８に入射される。青色光束１９は、リレーレンズ２０、増反射ミラー２１、リレーレンズ２２、増反射ミラー２３、コンデンサレンズ２４を通って青色光用透過型液晶パネル２６に入射される。赤色光用透過型液晶パネル１２から出射し画像情報を含んだ赤色光束、緑色光用透過型液晶パネル１８から出射し画像情報を含んだ緑色光束、及び青色光用透過型液晶パネル２６から出射し画像情報を含んだ青色光束はそれぞれ、プリズム５７に入射される。該プリズム５７では、各色光束は合成され、合成光が光出射面から投射レンズユニット５８に向けて出射される。投射レンズユニット５８は、画像光としての合成光を拡大してスクリーンに投射し、画像表示する。光源１は光源用電源回路８０により駆動される。また、各液晶パネル１２、１８、２６は、入力端子６０から入力される画像信号に基づき駆動回路７０により駆動され、対応する上記各色光束（色光）を変調状態で透過させる。

図１５はプリズム５７の上面図を示す。図１５において、赤色光用透過型液晶パネル１２から出射した画像情報を含んだ赤色光束はプリズム５７に面５７１ａから入射し、貼り合わせ面５７１ｂと貼り合わせ面５７３ｂで略９０度の角度で反射され、面５７４ａ面から出射される。青色光用透過型液晶パネル２６から出射した画像情報を含んだ青色光束は、プリズム５７に面５７３ａから入射し、貼り合わせ面５７２ｂと貼り合わせ面５７４ｂで９０度反射され、面５７４ａから出射される。緑色光用透過型液晶パネル１８から出射した画像情報を含んだ緑色光束は、プリズム５７に面５７２ａから入射され、貼り合わせ面５７１ｂ、５７２ｂ、５７３ｂ、５７４ｂを透過し、面５７４ａから出射される。なお、５７１、５７２、５７３、５７４はそれぞれ、屈折率が等しいガラス製の直角二等辺三角形の断面を有する三角プリズムである。色合成され画像情報を含んだ出射光５９は、投射レンズユニット５８によりスクリーン（図示せず）上に投射されて画像表示する。

図１２はプリズムの斜視図、図１３はプリズムの断面拡大図である。プリズム５７は、直角二等辺三角形の断面を有し屈折率が等しいガラス製の４個の三角柱状プリズム５７１、５７２、５７３、５７４が相互に接着剤５７ｇで貼り合わされている。貼り合わせ面５７１ｂと５７３ｂには、赤色光の選択反射特性を備えた赤色反射膜５７ｒが形成されている。貼り合わせ面５７２ｂと５７４ｂには青色の選択反射特性を備えた青色反射膜５７ｂが形成されている。図１２から明らかなように、三角柱状プリズム５７３、５７４は、三角柱状プリズム５７１、５７２に比べて縦方向の長さが長い。プリズム５７は、三角柱状プリズム５７２、５７３の貼り合わせ面と三角柱状プリズム５７１、５７４の貼り合わせ面とが直線状になるように貼り合わせて構成する。図１７は４個の三角柱状プリズムのうちの１つ（ここでは三角柱状プリズム５７１）につき稜線の線幅δを示す図、図１６は４個の三角柱状プリズムをずれがない状態で貼り合わせたときのプリズムの中心部５７ｄの線幅δを示す図である。ずれが生じた場合には、図１８に示すように、プリズムの中心線の線幅δは太くなる。プリズム５７は保持部材のプリズムホルダー（図示せず）に保持され、投射型表示装置の色合成手段を形成する。

色合成手段を有する投射型表示装置の従来技術としては、例えば、特公平７−１０９４４３公報や特開平８−１８４７９７号公報に記載されたものがある。

特公平７−１０９４４３公報 特開平８−１８４７９７号公報

上記従来技術では以下の問題がある。すなわち、
（１）プリズムの中心部５７ｄにより光が遮られるため、スクリーン上に縦筋状の輝度むらが発生する。プリズムの中心部５７ｄの幅δと照度比の関係を図１６に示す。例えば、三角柱状プリズムの稜線の幅δが１０μｍ以上であると、プリズムの中心部の幅δも１０μｍ以上になり、その際にスクリーン上に投影される中心部と隣接する領域との照度比の差が３％以上となり、画質が劣化する。また、図１３に示すように、三角柱状プリズム５７４ｂ面の青色反射膜５７ｂと三角柱状プリズム５７２ｂ面の青色反射膜５７ｂとの間には接着剤による隙間があり、光が反射しない幅は幅δより大きくなる。三角柱状プリズム５７１ｂ面の赤色反射膜５７ｒと三角柱状プリズム５７３ｂ面の赤色反射膜５７ｒとの間にも接着剤による隙間があり、この場合も、光が反射しない幅は幅δより大きくなる。このように、赤色光束と青色光束の反射光は、スクリーン上において縦筋状の輝度むらを発生し易い。

（２）プリズムをプラスチック材等で構成した場合、ランプ等の熱によるプリズムが膨張し、膨張の際、プラスチック材、反射膜、接着剤間の熱膨張率の差が原因でプラスチック材表面と接着剤の界面が剥れる。例えば、マイナス３０゜Ｃからプラス７０゜Ｃまでの間で行う温度サイクル試験の場合も同様である。これは、プラスチック材と薄膜の界面の剥離強度よりプラスチック材と接着剤との剥離強度が弱く、また、薄膜と接着剤の界面の剥離強度よりプラスチック材と接着剤との剥離強度が弱いことが原因であると考えられる。

本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、（１）プリズムの中心部の構成に起因して発生する縦筋状の輝度むらを抑えること、（２）プリズムをプラスチック材等で構成した場合にも接着剤の剥離が発生しないこと、等である。

本発明の目的は、かかる課題点を解決できる技術を提供することにある。

上記課題点を解決するために、本発明では、縦筋状の輝度むらを抑えるために、（イ）プリズムの光入射面に凹レンズを形成する。（ロ）プリズムの光入射面に凹レンズを形成し、光出射面に凸レンズを形成する。（ハ）上記（イ）または（ロ）において、赤色光、緑色光、青色光それぞれの色光入射面に凹レンズを形成する。また、プリズム片間の接着部の剥れを防止するために、（ニ）プリズム片間の貼り合わせ部の構成として、接着層の一方の面側にはダイクロイック多層膜を形成し、他方の面側には単層膜を形成する。

上記（イ）〜（ニ）は、具体的には、
（１）入射光から色光を分離、または複数の色光を合成して出射するプリズムとして、光入射面に凹レンズが形成された構成とする。

（２）入射光から色光を分離、または複数の色光を合成して出射するプリズムとして、光入射面に凹レンズが形成され、光出射面に凸レンズが形成された構成とする。

（３）上記（１）または（２）において、上記光入射面は、赤色光、緑色光、青色光それぞれの色光入射面に凹レンズが形成されているようにする。

（４）入射光から色光を分離、または複数の色光を合成して出射するプリズムとして、複数の三角柱状プリズムが貼り合わされて成り、該貼り合わせ部の全てまたは一部において接着剤層とプリズム面との間に薄膜が設けられた構成とする。

（５）上記（４）において、上記薄膜は、一方が単層膜、他方が特定の色光を反射する複数層膜であるようにする。

（６）上記（４）において、上記三角柱状プリズムは４個用いられ、８個の貼り合わせ部のうち４個において特定の色光を反射する複数層膜が形成され、他の４個の貼り合わせ部において単層膜が形成されているようにする。

（７）上記（４）において、上記三角柱状プリズムは４個用いられ、８個の貼り合わせ部のうち４個において特定の色光を反射する複数層膜が形成され、他の３個の貼り合わせ部において単層膜が形成されているようにする。

（８）上記（５）、（６）または（７）において、上記単層膜は、ＳｉＯｘ(ｘは１から２の小数点以下を含む数字)、またはＳｉＯ₂と酸化アルミニウムの混合物質で構成されるようにする。

（９）上記（８）において、上記ＳｉＯ₂と酸化アルミニウムの混合物質は、光の屈折率が略１.４８から１.５４の範囲であるようにする。

（１０）上記（５）から（９）のいずれかにおいて、上記多層膜は、ＳｉＯｘ(ｘは１から２の小数点以下を含む数字)の層を含む構成とする。

（１１）上記（４）から（１０）のいずれかにおいて、上記三角柱状プリズムは、プラスチック材で構成されるようにする。

（１２）投射型表示装置用の光学ユニットとして、分離された色光を画像情報に基づき変調するパネルと、光入射面に凹レンズが形成され、該凹レンズ部を介し入射される該パネルからの変調光を色合成するプリズムと、該色合成された光をスクリーン上に拡大投射する投射手段とを備えた構成とする。

（１３）投射型表示装置用の光学ユニットとして、分離された色光を画像情報に基づき変調するパネルと、光入射面に凹レンズが、光出射面に凸レンズが形成され、該凹レンズ部を介し入射される該パネルからの変調光を色合成し該凸レンズ部から出射するプリズムと、該出射された色合成光をスクリーン上に拡大投射する投射手段とを備えた構成とする。

（１４）投射型表示装置用の光学ユニットとして、分離された色光を画像情報に基づき変調するパネルと、複数の三角柱状プリズムが貼り合わされて成り、該貼り合わせ部の全てまたは一部において接着剤層とプリズム面との間にダイクロイック薄膜または単層薄膜が設けられ、上記パネルからの変調光を色合成して出射するプリズムと、該色合成された光をスクリーン上に拡大投射する投射手段とを備えた構成とする。

（１５）投射型表示装置として、上記（１２）から（１４）のいずれかの光学ユニットと、パネルを駆動する駆動回路と、光源を駆動する電源回路とを備えて成る構成とする。

（１６）プリズムの製造方法として、三角柱状プリズムをプラスチックで射出成形するステップと、該成形したものを所定範囲の温度域に所定時間保持するステップと、その後冷却するステップと、第１の反射膜を形成するステップと、単層膜を形成し、三角柱状プリズムを貼り合わせるステップと、第２の反射膜を形成し、三角柱状プリズムを貼り合わせるステップとを経てプリズムを製造する。

（１７）入射光を異種の偏光光に分離するプリズムとして、複数の三角柱状プリズムが貼り合わされて成り、該貼り合わせ部において接着剤層と両プリズム面との間に薄膜が設けられ、該薄膜は、一方が単層膜、他方が偏光光に対し選択性を有する偏光光分離膜である構成とする。

（１８）投射型表示装置として、上記（１７）のプリズムと、分離された色光を画像情報に基づき変調するパネルと、該パネルを駆動する駆動回路と、色合成された光をスクリーン上に拡大投射する投射手段とを備えた構成とする。

上記において、プリズムの光入射面の凹レンズは、プリズム内で入射光の光束断面積を拡大し、プリズムの中心部の稜線で遮られる光束の割合を減らしてスクリーン上における輝度むらを低減する。プリズムの光出射面の凸レンズは、光束断面積を縮小し、集束状態の合成光としてプリズムから出射させる。投射レンズユニットが結合された状態では、該投射レンズユニットに上記集束した合成光を入射させる。また、上記貼り合わせ部のＳｉＯ₂等の単層膜は、上記三角柱状プリズム（プリズム片）表面において接着層の密着性を向上させるように働き、三角柱状プリズム（プリズム片）をプラスチック材等で構成した場合にも接着層の剥離が発生しないようにする。貼り合わせ部の複数層膜は、特定の色光を反射することで、入射光から色光を分離したり、または複数の色光を合成したりする。

本発明によれば、プリズムによるスクリーン上の筋を低減化して画質改善できる。また、三角柱状プリズムにプラスチック材を用いた場合でも、剥離を防止可能な接着強度が得られる。

以下、本発明の実施例につき、図面を用いて説明する。なお、各図は、共通部分には同一符号を付した。

図１は、本発明の実施例としての投射型表示装置の構成図である。本実施例構成は、プリズムとして、光入射面に凹レンズを、光出射面に凸レンズを形成したものを用いる。

図１において、２７はプリズム、２８はプリズム２７からの出射光２９をスクリーン（図示せず）に投射する投射レンズユニットである。上記図１４の場合と同様に、光源１からの白色光束３は、リフレクタ２、第１レンズアレイ４、コールドミラー５、及び第２レンズアレイ６により、均一的な白色光束とされ、青色・緑色反射ダイクロイックミラー７により赤色光束８と青色・緑色光束１３に分離される。赤色光束８は増反射ミラー９で反射され、コンデンサレンズ１０を通って赤色光用透過型液晶パネル１２に入射される。青色・緑色光束１３は、緑色反射ダイクロイックミラー１４により緑色光束１５と青色光束１９に分離される。緑色光束１５は緑色光用透過型液晶パネル１８に入射される。青色光束１９は、リレーレンズ２０、増反射ミラー２１、リレーレンズ２２、増反射ミラー２３、コンデンサレンズ２４を通って青色光用透過型液晶パネル２６に入射される。赤色光用透過型液晶パネル１２から出射し画像情報を含んだ赤色光束、緑色光用透過型液晶パネル１８から出射し画像情報を含んだ緑色光束、及び青色光用透過型液晶パネル２６から出射し画像情報を含んだ青色光束はそれぞれ、プリズム２７の光入射面２７１ａ、２７２ａ、２７３ａの凹レンズ部に入射される。該プリズム２７では、該色光束が合成され、光出射面２７４ａの凸レンズ部から投射レンズユニット２８に向けて出射される。投射レンズユニット２８は、画像光としての合成光を拡大してスクリーンに投射し、画像表示する。光源１は光源用電源回路８０により駆動され、各液晶パネル１２、１８、２６は、入力端子６０から入力される画像信号に基づき駆動回路７０により駆動され、対応する上記各色光束（色光）を変調状態で透過させる。本実施例構成においては、上記光源１から上記投射レンズユニット２８に至る光路に配された光学部品が光学ユニットを形成している。

図２は、図１に示した第１の実施例としてのプリズム２７の上面図である。

図２において、赤色光束８、青色光束１９及び緑色光束１５は、プリズム２７に入射する。赤色光透過型液晶パネル１２から出射し画像情報を含んだ赤色光束８は、プリズム２７に対し２７１ａ面から入射する。２７１ａ面は、本実施例の場合、半径略５００ｍｍの凹レンズとなっている。２７１ａ面を通過した赤色光束８は、貼り合わせ面２７１ｂ面と２７３ｂ面で反射し２７４ａ面からプリズム外に出射する。青色光透過型液晶パネル２６から出射した画像情報を含んだ青色光束１９は、色合成クロスプリズム２７の２７３ａ面から入射する。２７３ａ面は、本実施例の場合、半径略４９９ｍｍの凹レンズとなっている。２７３ａ面を通過した青色光束１９は、貼り合わせ面２７２ｂ面と２７４ｂ面で反射し２７４ａ面からプリズム外に出射する。また、緑色光透過型液晶パネル１８から出射した画像情報を含んだ緑色光束１５は、プリズム２７に対し２７２ａ面から入射する。２７２ａ面は、本実施例の場合、半径略４９７ｍｍの凹レンズとなっている。２７２ａ面を通過した緑色光束１５は、貼り合わせ面２７１ｂ、２７２ｂ、２７３ｂ、２７４ｂを透過し２７４ａ面からプリズム外に出射する。２７４ａ面は、本実施例の場合、半径略５００ｍｍの凸レンズとされている。赤色光透過型液晶パネル１２で変調された赤色画像と、緑色光透過型液晶パネル１８で変調された緑色画像と、青色光透過型液晶パネル２６で変調された青色画像はそれぞれ、光入射面部で凹レンズを通過するため、プリズム内で光束は広がる。このように広がった光束では、プリズムの中心部で蹴られる（遮られる）光束の割合が減る。

図３は、凹レンズ２７２ａによって光束１５のＦ値が変化することを示す図である。図１、図２に示す第１の実施例の場合、プリズムを通過する光束１５のＦ値が略２．０であるが、凹レンズ２７２ａによって光束が光束１５ａのように広がることでＦ値が１．７となり、プリズムの中心部５７ｄでの蹴られによるスクリーン上の照度比が略３％から略１％に減少し、目視ではわからない程度に低減される。

図４は、本発明のプリズムの第２の実施例を示す図である。出射面２７４ａを、凸レンズとせずに平面にしている点で図２の第１の実施例と異なっている。本第２の実施例では、赤色光束入射面２７１ａ、緑色光束入射面２７２ａ、及び青色光束入射面２７３ａは、第１の実施例と同じく、凹レンズとして構成されている。色合成された光の出射面２７４ａは凹凸が１波長以下にされた平面である。本第２の実施例のプリズムを用いて投射型表示装置を構成する場合には、図２に示す第１の実施例のプリズムの光出射面における凸レンズ作用は、投射レンズユニット側にもたせる。

以下、図５〜図１１では、本発明のプリズムの第３〜第９の実施例につき説明する。該第３〜第９の実施例は三角柱状プリズムの貼り合わせ技術に関する。

図５は本発明のプリズムの第３の実施例を示す図である。

図５において、プリズムは、基材がプラスチック材である４個の三角柱状プリズム２７１、２７２、２７３、及び２７４から構成される。三角柱状プリズム２７１は、２７１ｂ面に赤色反射膜２７ｒが形成され、２７１ｃ面には厚さ略１０ｎｍのＳｉＯ₂（二酸化ケイ素）単層膜２７ｓが形成されている。三角柱状プリズム２７２は、２７２ｂ面と２７２ｃ面の両面に厚さ略１０ｎｍのＳｉＯ₂単層膜２７ｓが形成されている。三角柱状プリズム２７３は、２７３ｃ面に青色反射膜２７ｂが形成され、２７３ｂ面に厚さ略１０ｎｍのＳｉＯ₂単層膜２７ｓが形成されている。三角柱状プリズム２７４は、２７４ｂ面に青色反射膜２７ｂが形成され、２７４ｃ面に赤色反射膜２７ｒが形成されている。青色反射膜２７ｂと赤色反射膜２７ｒの第１層と最終層はＳｉＯ₂層とされている。該４個の三角柱状プリズム２７１、２７２、２７３、及び２７４は、接着剤２７ｇにより接着されている。接着剤２７ｇと三角柱状プリズム表面との間には、薄膜（ＳｉＯ₂単層膜）２７ｓが形成されており、三角柱状プリズム基材であるプラスチック材は該ＳｉＯ₂単層膜と密着状態とされ、また接着剤も該ＳｉＯ₂単層膜と密着状態とされることで、４個の三角柱状プリズム２７１、２７２、２７３、及び２７４は互いに接着される（貼り合わされる）。かかる構成のプリズムにつき、略−３０゜Ｃ〜＋７０゜Ｃの範囲の温度サイクル試験を行い、接着強度（貼り合わせ強度）を実測した結果、略２００Ｎ以上の強度が得られた。

図６は本発明のプリズムの第４の実施例を示す。

本第４の実施例は、２７２ｃ面に単層膜がない場合、つまり、８つの接着面のうち７面に薄膜が形成されている場合の構成例である。実測結果では、本第４の実施例においても、４個の三角柱状プリズムは相互間で略２００Ｎ以上の接着強度が得られた。

図７〜図１０は本発明のプリズムの第５〜第８の実施例を示す図である。いずれも、図５の第３の実施例の構成に対し、赤色反射膜２７ｒと青色反射膜２７ｂとＳｉＯ₂単層膜２７ｓの位置の組合わせを変えてある。

図７は本発明のプリズムの第５の実施例である。三角柱状プリズム２７１の２７１ｃ面にはＳｉＯ₂単層膜２７ｓが形成され、２７１ｂ面には赤色反射膜２７ｒが形成され、三角柱状プリズム２７２の２７２ｃ面にはＳｉＯ₂単層膜２７ｓが形成され、２７２ｂ面には青色反射膜２７ｂが形成され、三角柱状プリズム２７３の２７３ｃ面にはＳｉＯ₂単層膜２７ｓが形成され、２７３ｂ面には赤色反射膜２７ｒが形成され、三角柱状プリズム２７４の２７４ｃ面にはＳｉＯ₂単層膜２７ｓが形成され、２７４ｂ面に青色反射膜２７ｂが形成されている。

図８は本発明のプリズムの第６の実施例である。三角柱状プリズム２７１の２７１ｃ面と２７１ｂ面にはＳｉＯ₂単層膜２７ｓが形成され、三角柱状プリズム２７２の２７２ｃ面には赤色反射膜２７ｒが形成され、２７２ｂ面には青色反射膜２７ｂが形成され、三角柱状プリズム２７３の２７３ｃ面と２７３ｂ面にはＳｉＯ₂単層膜２７ｓが形成され、三角柱状プリズム２７４の２７４ｃ面には赤色反射膜２７ｒが形成され、２７４ｂ面に青色反射膜２７ｂが形成されている。

図９は本発明のプリズムの第７の実施例である。三角柱状プリズム２７１の２７１ｃ面にはＳｉＯ₂単層膜２７ｓが形成され、２７１ｂ面には赤色反射膜２７ｒが形成され、三角柱状プリズム２７２の２７２ｃ面と２７２ｂ面にはＳｉＯ₂単層膜２７ｓが形成され、三角柱状プリズム２７３の２７３ｃ面には青色反射膜２７ｂが形成され、２７３ｂ面にはＳｉＯ₂単層膜２７ｓが形成され、三角柱状プリズム２７４の２７４ｃ面には赤色反射膜２７ｒが形成され、２７４ｂ面に青色反射膜２７ｂが形成されている。

図１０は本発明のプリズムの第８の実施例である。三角柱状プリズム２７１の２７１ｃ面にはＳｉＯ₂単層膜２７ｓが形成され、２７１ｂ面には赤色反射膜２７ｒが形成され、三角柱状プリズム２７２の２７２ｃ面と２７２ｂ面にはＳｉＯ₂単層膜２７ｓが形成され、三角柱状プリズム２７３の２７３ｃ面には青色反射膜２７ｂが形成され、２７３ｂ面にはＳｉＯ₂単層膜２７ｓが形成され、三角柱状プリズム２７４の２７４ｃ面には赤色反射膜２７ｒが形成され、２７４ｂ面に青色反射膜２７ｂが形成されている。

図７〜図１０において、図５及び図６と同じ部分には同一符号を付した。いずれの実施例の場合も、赤色反射膜２７ｒは第１層と最終層をＳｉＯ₂で形成し赤色反射特性を有する誘電体多層膜、青色反射膜２７ｂは第１層と最終層をＳｉＯ₂で形成し青色反射特性を有する誘電体多層膜、ＳｉＯ₂単層膜２７ｓは厚さ略１０ｎｍの薄膜である。単層膜２７ｓは、ＳｉＯ₂の代わりに、屈折率略１．５５〜１．６５のＳｉＯ（一酸化珪素）で形成してもよい。さらに、ＳｉＯ₂の代わりに、屈折率略１．４８〜１．５４の、ＳｉＯ₂と酸化アルミニウムの混合物質から成る単層膜とした場合には、プラスチック材と単層膜の界面反射率を略０．００５％以下の範囲とすることができる。

図１１は本発明のプリズムの第９の実施例である。本実施例は、光選択膜として偏光光に対し選択性を有する膜（偏光光分離膜）を形成し、入射光を２種の偏光光に分離するプリズムの場合の例である。三角柱状プリズム３０１には、３０１ｃ面にＳ偏光光反射膜３０ｐが形成され、三角柱状プリズム３０２には、３０２ｃ面に膜厚略１０ｎｍのＳｉＯ₂単層膜３０ｓが形成されている。３０ｇは接着剤である。入射面３０１ａから入射した光（光束８）はＳ偏光光反射膜３０ｐによってＳ偏光光は反射され、面３０１ｂより出射する。一方、Ｐ偏光光は該Ｓ偏光光反射膜３０ｐを透過し面３０２ａより出射する。このようにして、入射した光束８は、Ｓ偏光光８ｓとＰ偏光光８ｐとに分離される。本プリズムを用いる投射型表示装置構成としては、例えば、光源１側からの白色光を、本プリズムでＳ偏光光またはＰ偏光光に揃え、該揃えた偏光光をダイクロイックミラーで赤色光、緑色光、青色光に色分離し、該分離した色光を、液晶パネル等で画像情報に基づき変調し、該変調した各色光を色合成用のプリズムで合成し、該合成光を投射レンズユニット等の投射手段に入射させる構成とする。該液晶パネル等は画像情報に基づき駆動回路で駆動する。投射手段は、合成光をスクリーン上に拡大投射する。

次に、本発明のプリズムの製造方法の一例を説明する。各三角柱状プリズムには、例えばシクロオレフィン樹脂を用いるとする。該シクロオレフィン樹脂は、大気圧下でのガラス転移点が１３９゜Ｃ（ＤＳＣ（Differential Scanning Calorimetry method）法（示差走査熱量法）で測定の場合）、過重たわみ温度が１２２゜Ｃ（ＡＳＴＭ（American Society for Testing and Material） Ｄ６４８で測定の場合）である。三角柱状プリズムは、コア圧縮機構を備えた射出圧縮金型による射出圧縮成形（射出成形と圧縮とを行う）で製作する。圧縮は、例えば、三角柱状プリズム２７１ａ、２７２ａ、２７３ａ、２７４ａ面に設けた可動部に圧力を加えて圧縮する。具体的には、例えば、金型温度を略１３０゜Ｃ〜１３５゜Ｃに設定し、略２５０゜Ｃ〜３００゜Ｃの溶融樹脂を射出充填し、ゲート部に保圧を加えた後に、コア圧縮部に略０．８×１０⁵Ｎ／ｍ²〜１．０×１０⁵Ｎ／ｍ²の圧力を加えて圧縮し、５分以上その状態を維持した後、成形品を取り出し空気中で常温まで自然冷却する。次に、該成形品をガラス転移点より１０゜Ｃ〜２０゜Ｃ低い温度まで加熱して一定時間保持し、その後室温まで除冷するアニールを行う。一例として、略１２５゜Ｃまで加熱し、ほぼこの温度に略１２時間以上保持し、その後略１２５゜Ｃ〜１００゜Ｃまで、略０.２゜Ｃ／分〜０．４゜Ｃの割合で冷却し、略１００゜Ｃ〜６０゜Ｃまで、略１．０゜Ｃ／分の割合で冷却する。その後、空気中で、常温まで自然冷却する。

次に、上記のようにして製作した三角柱状プリズムにダイクロイック膜を形成する。ダイクロイック膜としては、赤色反射特性を有する赤色反射膜と青色反射特性を有する青色反射膜を形成する。これらダイクロイック膜は例えば、１層目に、測定波長略５５０ｎｍにおける屈折率が略１．４３〜１．４７の範囲のＳｉＯ₂膜を、２層目以降はＴｉＯ₂（二酸化チタン）膜とＳｉＯ₂膜を交互に形成し、最終層の手前の層はＴｉＯ₂膜とし、最終層は１層目と同じＳｉＯ₂膜とし、全１５層以上の奇数層から成る多層構造とする。図５及び図６のプリズムのダイクロイック膜を形成する場合、三角柱状プリズム２７１と２７４を、２７１ｂ面と２７４ｃ面とが１つの平面になるように組み合わせ、さらに、各三角柱の三角形の頂角位置に形成される稜線部を、互いに隙間のないように組み合わせる。その後、２７１ｂ面と２７４ｃ面に赤色反射ダイクロイック膜を形成する。次に、上記と同様にして、三角柱状プリズム２７３と２７４を組み合わせ、２７３ｃ面と２７４ｂ面に青色反射ダイクロイック膜を形成する。図７の構成の場合も同様に、三角柱状プリズム２７１と２７３を組み合わせ、２７１ｂ面と２７３ｂ面に赤色反射ダイクロイック膜を形成する。三角柱状プリズム２７２と２７４も同様に組み合わせ、２７２ｂ面と２７４ｂ面に青色反射ダイクロイック膜を形成する。図８の構成の場合も同様に、三角柱状プリズム２７２と２７４を組み合わせ、２７２ｂ面と２７４ｂ面に青色反射ダイクロイック膜を形成し、２７２ｃ面と２７４ｃ面に赤色反射ダイクロイック膜を形成する。赤色反射ダイクロイック膜と青色反射ダイクロイック膜を成膜後に、ＳｉＯ₂膜を略１０ｎｍの厚さで成膜する。実験の結果では、図５〜図１０の構成において、ＳｉＯ₂膜の膜厚が略２０ｎｍより厚い場合は、三角柱素材との界面や接着剤との界面での透過光の界面反射が増加したり、三角柱素材との密着強度が低下したりする。逆に、ＳｉＯ₂膜の膜厚が薄く略５ｎｍ以下の場合は、膜厚むらが発生したとき成膜されない場所が発生することがある。従って、ＳｉＯ₂膜の膜厚は略１０ｎｍ±５ｎｍが１つの適切範囲である。

次に、４個の三角柱状プリズムを接着する。具体的には、三角柱状プリズム２７３と２７４の間に可視光硬化型接着剤を塗布して冶具に保持し、波長略４００ｎｍ〜４８０ｎｍの青色光を照射して接着剤を硬化する。同様に、三角柱状プリズム２７１と２７２の間に可視光硬化型接着剤を塗布し、青色光を照射して接着剤を硬化する。硬化用の可視光は単層膜側から接着剤に入射させる。さらに、三角柱状プリズム２７３及び２７４と、三角柱状プリズム２７１及び２７２との間に可視光硬化型接着剤を塗布し、それぞれ冶具に固定する。４個の三角柱の頂角部が１点に揃うように調整した後に、青色光を照射し接着剤を硬化させる。硬化用の可視光は４方向から均一的に照射する。

以上の工程を経て１個のプリズムが完成する。

上記実施例の技術によれば、プリズムの光入射面の凹レンズは、プリズム内で入射光の光束断面積を拡大し、プリズムの中心部の稜線で遮られる光束の割合を減らすため、プリズムの中心部の構成に起因してスクリーン上に発生する縦筋状の輝度むらを低減化することができる。また、プリズムの光出射面の凸レンズは、光束断面積を縮小し、集束状態の合成光としてプリズムから出射させ、投射レンズユニットに入射させるため、該投射レンズユニットにおける光集束の負担を軽減でき、該レンズユニットの小型化や低コスト化が可能となる。また、上記貼り合わせ部のＳｉＯ₂等の単層膜は、上記三角柱状プリズム（プリズム片）表面において接着層の密着性を向上させるため、三角柱状プリズム（プリズム片）をプラスチック材等で構成した場合にも熱膨張等に基づく接着層の剥離を防止することができる。

上記実施例では、三角柱状プリズムの素材をシクロオレフィン樹脂としたが、これに限定されず、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などの透明熱可塑性樹脂でもよい。また、上記実施例では、透過型液晶パネルを用いる構成の場合の例につき説明したが、本発明はこれに限定されず、反射型液晶パネルを用いる構成であってもよいし、または、液晶パネル以外の他の表示パネル、例えばＤＭＤ（Digital Micromirror Device）（テキサス・インスツルメンツ社の登録商標）等を用いてもよい。例えば、反射型パネルを用いる投射型表示装置の場合は、クロスダイクロイックプリズム（色合成プリズム）は、光を、赤、緑、青の３色光に分離する色光分離手段として利用されるとともに、反射型パネルでそれぞれ画像信号に対応して変調された赤、緑、青の３色光を、再度合成して射出する色光合成手段としても利用される。

なお、特許請求の範囲に記載の発明に関連した発明で、上記実施例に記載してある発明としては、（１）プリズムの貼り合わせ部の単層膜の膜厚を略２０ｎｍ以下とした構成、（２）プリズムの貼り合わせ部の構成として、少なくとも赤色光、青色光のいずれかを反射するダイクロイック多層膜の、三角柱状プリズム（プリズム片）と接する１層目をＳｉＯｘ(ｘは１から２の小数点以下を含む数字)とした構成、（３）プリズムの貼り合わせ部の構成として、少なくとも赤色光、青色光のいずれかを反射するダイクロイック多層膜の三角柱と接する１層目と、接着剤と接する最終層とをＳｉＯｘ(ｘは１から２の小数点以下を含む数字)とした構成、（４）三角柱状プリズムを４個貼り合わせて１個のプリズムを構成し、該４個の三角柱状プリズム間の８個の貼り合わせ部のうち７個において接着剤層とプリズム面との間に薄膜が設けられる構成、（５）プリズム片をプラスチック材で製作する方法として、射出成形したプリズム片を、ガラス転移点より１０゜Ｃ〜２０゜Ｃ低い温度まで加熱して一定時間保持し、その後室温まで除冷するアニール処理を行うステップを設ける等がある。

本発明の実施例としての投射型表示装置の構成例を示す図である。 本発明のプリズムの第１の実施例を示す図である。 第１の実施例のプリズムの光入射面における作用の説明図である。 本発明のプリズムの第２の実施例を示す図である。 本発明のプリズムの第３の実施例を示す図である。 本発明のプリズムの第４の実施例を示す図である。 本発明のプリズムの第５の実施例を示す図である。 本発明のプリズムの第６の実施例を示す図である。 本発明のプリズムの第７の実施例を示す図である。 本発明のプリズムの第８の実施例を示す図である。 本発明のプリズムの第９の実施例を示す図である。 従来のプリズムの斜視図である。 従来のプリズムの断面拡大図である。 従来の投射型表示装置の構成例を示す図である。 従来のプリズムの上面図である。 従来のプリズムにおけるプリズム中心部とその隣接部のスクリーン面での照度比特性の例を示す図である。 三角柱状プリズムの中心部における稜線幅δを示す図である。 三角柱状プリズムを貼り合わせたときのずれを示す図である。

符号の説明

１…光源、２…リフレクタ、３…白色光束、４…第１レンズアレイ、５…コールドミラー、６…第２レンズアレイ、７…青色・緑色反射ダイクロイックミラー、８…赤色光束、９…増反射ミラー、１０、１６、２４…コンデンサレンズ、１２…赤色光用透過型液晶パネル、１３…緑色・青色光束、１４…緑色反射ダイクロイックミラー、１５…緑色光束、１７…偏向板、１８…緑色光用透過型液晶パネル、１９…青色光束、２０…リレーレンズ、２１…増反射ミラー、２２…リレーレンズ、２３…増反射ミラー、２６…青色光用透過型液晶パネル、２７…プリズム、２７ｒ…赤色反射膜、２７ｂ…青色反射膜、２７ｓ、３０ｓ…単層膜、２７４、３０１、３０２…三角柱状プリズム、２７１ａ…赤色光束入射面、２７１ｂ、２７４ｃ…赤色光束反射ダイクロイックミラー面、２７２ａ…緑色光束入射面、２７３ａ…青色光束入射面、２７３ｃ、２７４ｂ…青色光束反射ダイクロイックミラー面、２７４ａ…色合成光束出射面、２８…投射レンズユニット、２９…出射光、３０ｇ…接着剤、３０ｐ…Ｓ偏光反射膜、６０…入力端子、７０…駆動回路、８０…光源用電源回路。

Claims (9)

1. 入射光から色光を分離、又は複数の色光を合成して出射するプリズムであって、
   プラスチック材からなる複数の三角柱状プリズムを備え、
   第１の三角柱状プリズムの第１の面にＳｉＯｘ(ｘは１から２の小数点以下を含む数字)又はＳｉＯ2と酸化アルミニウムの混合物質である単層膜が設けられ、
   第２の三角柱状プリズムの第２の面に特定の色光を反射する反射膜が設けられ、
   前記第１及び第２の面は、接着剤を介して接着されており、
   光入射面に凹レンズが形成され、光出射面に凸レンズが形成されている、プリズム。
2. 前記三角柱状プリズムは４個用いられ、
   ８個の貼り合わせ部のうち４個において特定の色光を反射する反射膜が形成され、
   他の４個の貼り合わせ部において前記単層膜が形成される、請求項１記載のプリズム。
3. 前記三角柱状プリズムは４個用いられ、
   ８個の貼り合わせ部のうち４個において特定の色光を反射する反射膜が形成され、
   他の３個の貼り合わせ部において前記単層膜が形成される、請求項１記載のプリズム。
4. 前記ＳｉＯ2と酸化アルミニウムの混合物質は、光の屈折率が略１.４８から１.５４の範囲である、請求項１乃至３何れか一に記載のプリズム。
5. 分離された色光を画像情報に基づき変調するパネルと、
   前記パネルからの変調光を色合成して出射し、プラスチック材からなる複数の三角柱状プリズムが貼り合わされて形成されるプリズムと、
   該色合成された光をスクリーン上に拡大投射する投射手段とを備え、
   第１の三角柱状プリズムの第１の面にＳｉＯｘ(ｘは１から２の小数点以下を含む数字)又はＳｉＯ2と酸化アルミニウムの混合物質である単層膜が設けられ、
   第２の三角柱状プリズムの第２の面に特定の色光を反射する反射膜が設けられ、
   前記第１及び第２の面は、接着剤を介して接着されており、
   前記プリズムの光入射面に凹レンズが形成され、前記プリズムの光出射面に凸レンズが形成されている、投射型表示装置用の光学ユニット。
6. 請求項５記載の光学ユニットと、
   前記パネルを駆動する駆動回路と、
   光源を駆動する電源回路とを備える、投射型表示装置。
7. 三角柱状プリズムの光入射面に凹レンズを、光出射面に凸レンズを形成するように、プラスチックで射出成形する第１のステップと、
   前記第１のステップで成形された三角柱状プリズムを所定範囲の温度域に所定時間保持する第２のステップと、
   前記第２のステップの後、前記三角柱状プリズムを冷却する第３のステップと、
   第１の三角柱状プリズムの第１の面にＳｉＯｘ(ｘは１から２の小数点以下を含む数字)又はＳｉＯ2と酸化アルミニウムの混合物質である単層膜を形成する第４のステップと、
   第２の三角柱状プリズムの第２の面に特定の色光を反射する反射膜を形成する第５のステップと、
   前記第１及び第２の面を接着剤を介して接着する第６のステップと、を備える、プリズムの製造方法。
8. 入射光を異種の偏光光に分離するプリズムであって、
   プラスチック材からなる複数の三角柱状プリズムを備え、
   第１の三角柱状プリズムの第１の面にＳｉＯｘ(ｘは１から２の小数点以下を含む数字)又はＳｉＯ2と酸化アルミニウムの混合物質である単層膜が設けられ、
   第２の三角柱状プリズムの第２の面に偏光光に対し選択性を有する偏光光分離膜が設けられ、
   前記第１及び第２の面は、接着剤を介して接着されており、
   光入射面に凹レンズが形成され、光出射面に凸レンズが形成されている、プリズム。
9. 請求項８記載のプリズムと、
   分離された色光を画像情報に基づき変調するパネルと、
   前記パネルを駆動する駆動回路と、
   色合成された光をスクリーン上に拡大投射する投射手段とを備える、投射型表示装置。

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