JPH04318534A

JPH04318534A - 偏光分離手段、光源装置及びそれを用いた投写型表示装置

Info

Publication number: JPH04318534A
Application number: JP3085247A
Authority: JP
Inventors: Jiyouji Karasawa; 穣児唐澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1991-04-17
Filing date: 1991-04-17
Publication date: 1992-11-10
Anticipated expiration: 2014-11-08
Also published as: JP2973243B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶ライトバルブによ
り形成した画像を投写レンズにより拡大投写する投写型
液晶表示装置、及び、投写型液晶表示装置等に用いる偏
光光源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の投写型液晶表示装置では、光源光
から偏光を取り出す方法は、光源装置からの光束を直接
偏光板に入射させて高い偏光度の光束を取り出すのが一
般的であった。しかし、この方法では画面を明るくする
ために光量を増すと偏光板の温度が著しく増大するため
、偏光板とその近傍に配置される液晶ライトバルブの劣
化を防ぐために能力の高い冷却が必要であるという問題
点があり、そこで考えられたのが図７に示すようなプリ
ポラライザ２３を用いる方法である。この方法では、光
源ランプ１とリフレクタ２により構成される光源装置か
らのほぼ平行な無偏光光３は、複数枚の板硝子で構成さ
れ、各々の光学平面に対する光束の入射角がブリュース
ター角であるようなプリポラライザ２３を通過して、ほ
とんどの垂直偏光（Ｓ偏光）は反射光２４となり捨てら
れる。透過した光束２５は、さらに液晶ライトバルブの
近傍に設置された偏光板１１によりＰ偏光が選択透過す
ると、偏光度の高い偏光光２６となる。従って、偏光板
１１に吸収されるＳ偏光の量は、光源装置から直接光束
を入射させる場合に比べて極めて小さくなるので、偏光
板及び液晶ライトバルブの冷却が比較的容易である。ところで、例えば板硝子の屈折率が１．５３であるとす
ると、ブリュースター角θは、

【０００３】

【数１】θ＝ａｒｃｔａｎ（ｎ１／ｎ０）により５６．
８゜となる。なお、ｎ０は空気の屈折率で１．０、ｎ１
は板硝子の屈折率１．５３である。従って、プリポララ
イザ２３の板硝子は光束の入射角が５６．８゜となるよ
うに設置されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のプリポラライザ
２３を用いた従来技術では、板硝子を光束の入射角が５
６．８゜となるように配置するため、光源装置のリフレ
クタ２の開口面積に相当する大きさの光束に対応させる
ためには、プリポラライザ２３が光軸方向にかなり大型
になる。また、図７に示すようにプリポラライザ２３を
小型にするために板硝子をＶ字型に配置すると、板硝子
中での光線の進行方向はスネルの法則に従って折り曲げ
られるので、板硝子のつなぎ目部分で光束の損失が生じ
る。さらに、複数枚の板硝子を間に空気を介在させて積
層する構造であり、板硝子の各入射面でＰ偏光とＳ偏光
を分離する構成であるため、板硝子の表面状態やほこり
の影響でＰ偏光の透過率が低下し、また、板硝子の枚数
を増やすとプリポラライザ２３の偏光度が上がるが逆に
損失する光束が増大する。

【０００５】また、この従来技術を用いた投写型液晶表
示装置においても、プリポラライザの大型化から表示装
置の大型化を招くとともに、光源装置から液晶ライトバ
ルブまでの光路長が長くなるために、上述のプリポララ
イザ単体での問題に加えてさらに光束が低下する要因と
なる。上記課題は、ハイビジョン対応型のように液晶ラ
イトバルブが高精細で大型になると益々重要となる。ま
た、同様の構成による背面投写型液晶表示装置において
は、表示装置の大きさも商品価値の一要素になりがちで
あるが、このプリポラライザの大型化が表示装置の大型
化の主要因にもなりかねない。

【０００６】本発明の偏光光源装置及び投写型液晶表示
装置は以上の課題を解決するもので、その目的とすると
ころは、小型で光路長が短く光損失の小さい偏光分離器
を用いて、小型で高偏光効率の偏光光源装置を提供する
ことにある。また、別の目的は、この偏光光源装置を用
いて、小型で高輝度の投写型液晶表示装置を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の偏光光源装置は、光源ランプと、光源ラン
プからの放射光を反射するリフレクタと、これらによる
光源装置から射出される無偏光光から偏光光を取り出す
偏光分離器とにより構成される偏光光源装置において、
偏光分離器が複数個のプリズムから構成され、複数個の
プリズムの相対する反射面が誘電体層を介して接着され
るとともに、相隣接する反射面が概ね９０゜をなす構造
であり、光源装置からの出射光のうち平行偏光（Ｐ偏光
）の透過率が概ね１００％となるように偏光分離器が配
置されることを特徴とする。

【０００８】また、この偏光光源装置を用いた投写型液
晶表示装置が、光源装置と、光源装置からの光を分離す
る光分離手段と、光分離手段からの光を変調する液晶ラ
イトバルブと、液晶ライトバルブにより変調された光を
合成する光合成手段と、光合成手段からの光を投写する
投写レンズとを有することを特徴とする。

【０００９】

【実施例】

（実施例１）図１は、本発明による偏光光源装置の一実
施例を示した平面構成図である。ハロゲンランプ，キセ
ノンランプ，メタルハライドランプ等の光源ランプ１か
ら放射された光束は、リフレクタ２により反射されて概
ね平行な無偏光光３となり、偏光分離器４に入射する。偏光分離器４は、ＢＫ−７等の光学硝子による複数個の
プリズム間を光学的に接着することによって形成される
。光の入射面５と出射面６は平行な形状であり、光源ラ
ンプ１の光軸に対して垂直に配置される。複数個の各プ
リズムは、その入射面５及び出射面６に対して４５゜の
角度をなす反射面７に誘電体層がコーティングされ、相
隣接する反射面、すなわち誘電体層は概ね９０゜の角度
をなす。この誘電体層は、酸化マグネシウム，酸化チタ
ン，酸化ジルコニウム，硫化亜鉛等の高屈折率の層と、
氷晶石，フッ化マグネシウム，酸化シリコン等の低屈折
率の層が交互に積層される。

【００１０】このような構成の偏光分離器４に前述の無
偏光光３が入射面５に対して０゜（誘電体層に対して４
５゜）で入射すると、誘電体層において互いに直交する
Ｐ偏光８とＳ偏光９に正確に９０゜の分離角をもって分
離される。すなわち、誘電体層の各層の境界面において
入射光線がほぼブリュースター角で入射するため、Ｐ偏
光８は全く反射されずに誘電体層を透過し、偏光分離器
４の出射面６に対して０゜で出射される。また、Ｓ偏光
９は、誘電体層の各境界面で部分的に反射されるが、境
界面が多いため最終的な全反射率は９８％以上となり、
ほとんどのＳ偏光がこの誘電体層において反射される。反射されたＳ偏光９は、９０゜の角度をなして隣接する
、別の誘電体層に４５゜で入射するために同様に反射さ
れ、偏光分離器４の入射面５に対して０゜で出射されて
光源ランプ１に戻る。

【００１１】以上のように、光源ランプ１からの無偏光
光３は偏光分離器４に入射することによって、非常に純
度（偏光度）が高く損失がほとんどない偏光光１０とし
て出射される。偏光分離器４の入射面５と出射面６に無
反射コーティングを施すと、なお一層高効率で偏光光１
０を取り出すことができる。光源ランプ１の種類や光源
ランプ１とリフレクタ２の相対位置関係によって、無偏
光光３の平行性が悪い場合は、偏光分離器４の後ろに偏
光板１１を配置しＰ偏光を選択透過することによって、
やはり純度の高い偏光光を取り出すことが可能である。

【００１２】図２及び図３は、偏光分離器の別の実施例
を表す平面図である。図１中の偏光分離器４とプリズム
形状を変えたものであり、原理及び分離効率においては
全く同様の効果を得ることができる。また、図４及び図
５は、偏光分離器の光源側からの側面図である。複数個
の各プリズムは、図４のように紙面に沿って横長であっ
ても、図５のように紙面に沿って正方形あるいは長方形
であっても全く同様の効果が得られ、その面積は、リフ
レクタ２の開口面積に相当する大きさであればよい。以
上の全ての偏光分離器において、光源の光軸方向の大き
さは反射面の数を増やす程小さくすることができる。ま
た、その形状は、ここに示す限りではなく、数々の変形
が考えられることを付け加えておく。

【００１３】（実施例２）図６は、本発明による偏光光
源装置を用いて構成した投写型液晶表示装置の一実施例
を表す光学系の構成図である。上述の説明のように偏光
光源装置１２により直線偏光化されて出射した光は、光
分離手段１３に入射する。光分離手段１３は、ダイクロ
イックミラー１４，１５及び反射ミラー１６より構成さ
れ、例えば、ダイクロイックミラー１４に赤色反射用の
波長特性を設け、ダイクロイックミラー１５に青色透過
用の波長特性を設けることによって、入射光を赤，緑，
青の３原色に分離する。光分離手段１３によって分離さ
れた各色光は、それぞれの色に対応する液晶ライトバル
ブ１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂに入射し、それぞれの色に対
応した光変調、すなわち、信号電圧に応じた透過率の可
変操作を受け、各色毎に画像を形成して光合成手段１８
に入射する。

【００１４】液晶ライトバルブ１７Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂ
は、アクティブマトリクス液晶パネルの前後に偏光板を
配置した構成が一般的であるが、光源側の偏光板は、図
１中の偏光板１１であり、偏光分離器４の偏光度が１０
０％に近い場合は不要である。光合成手段１８は、ダイ
クロイックミラー１９，２０と反射ミラー１６より構成
され、例えば、ダイクロイックミラー１９に赤色透過用
の波長特性を設け、ダイクロイックミラー２０に青色反
射用の波長特性を設けることによって、各色光をフルカ
ラー画像光として合成する。

【００１５】光合成手段１８を出射した光は、投写レン
ズ２１によって拡大投写され、前方のスクリーン２２上
にフルカラー画像を形成する。なお、ダイクロイックミ
ラー１４，１５とダイクロイックミラー１９，２０の波
長特性を操作することによって、液晶ライトバルブ１７
Ｒ，１７Ｇ，１７Ｂの配置は適宜変更可能である。

【００１６】図１の説明と図６より明らかなように、偏
光光源装置１２が非常に小型で光源から液晶ライトバル
ブに至る光路長が短く偏光効率が極めて高いため、それ
を用いた投写型液晶表示装置も小型になると同時に、ス
クリーン２２上に得られる投写画像は光束の損失の少な
い高輝度画像となる。また、偏光板の不要光吸収による
温度上昇も低減できるため、偏光板と液晶ライトバルブ
の冷却が容易である。さらに、ハイビジョン対応型のよ
うに液晶ライトバルブが高精細で大型になり高輝度が要
求される投写型液晶表示装置においては、光源ランプ１
が大型になりリフレクタ２の開口面積が大きくなるため
、本発明のもたらす効果は大きい。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、偏光分離器を複数
個のプリズムで構成することによって、誘電体層を施し
た反射面を増やすことができるため、小型で高偏光効率
の偏光光源装置を実現することができる。また、この偏
光光源装置を用いることによって、光源から液晶ライト
バルブに至る光路長を短くすることができるため、小型
で高輝度の投写型液晶表示装置を実現することができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による偏光光源装置の一実施例を示した
平面構成図である。

【図２】本発明による偏光分離器の別の実施例を表す平
面図である。

【図３】本発明による偏光分離器のさらに別の実施例を
表す平面図である。

【図４】本発明による偏光分離器の光源側からの側面図
である。

【図５】本発明による別の偏光分離器の光源側からの側
面図である。

【図６】本発明による偏光光源装置を用いて構成した投
写型液晶表示装置の一実施例を表す光学系の構成図であ
る。

【図７】従来の偏光光源装置を表す平面構成図である。

【符号の説明】

１　　光源ランプ２　　リフレクタ４　　偏光分離器８　　Ｐ偏光９　　Ｓ偏光１１　　偏光板１２　　偏光光源装置１３　　光分離手段１７　　液晶ライトバルブ１８　　光合成手段２１　　投写レンズ２２　　スクリーン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　光源ランプと、前記光源ランプからの
放射光を反射するリフレクタと、これらによる光源装置
から射出される無偏光光から偏光光を取り出す偏光分離
器とにより構成される偏光光源装置において、前記偏光
分離器が複数個のプリズムから構成され、前記複数個の
プリズムの相対する反射面が誘電体層を介して接着され
るとともに、相隣接する前記反射面が概ね９０゜をなす
構造であり、前記光源装置からの出射光のうち平行偏光
（Ｐ偏光）の透過率が概ね１００％となるように前記偏
光分離器が配置されることを特徴とする偏光光源装置。
【請求項２】　　光源装置と、前記光源装置からの光を
分離する光分離手段と、前記光分離手段からの光を変調
する液晶ライトバルブと、前記液晶ライトバルブにより
変調された光を合成する光合成手段と、前記光合成手段
からの光を投写する投写レンズとを有する投写型液晶表
示装置において、前記光源装置が請求項１記載の偏光光
源装置であることを特徴とする投写型液晶表示装置。