JPH0519209A - 偏光光源装置及びそれを用いた投写型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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、小型で高効率の偏光光源装置と投写型液晶
表示装置を実現する。 【構成】 光源ランプ１１からの出射光をリフレクタ１
２により平行な無偏光光１３にして偏光分離器１４に入
射する。偏光分離器１４は複数個のプリズム１５と複数
枚の板硝子１６から構成される。無偏光光１３は、偏光
分離器１４内でＰ偏光１７とＳ偏光１８に分離され、Ｐ
偏光１７が使用光となる。

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７１を用いる方法である。この方法では、
光源ランプ１１とリフレクタ１２により構成される光源
装置からのほぼ平行な無偏光光１３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７１を通過
して、ほとんどの垂直偏光（Ｓ偏光）は反射光７２とな
り捨てられる。透過した光束７３は、さらに液晶ライト
バルブの近傍に設置された偏光板７４によりＰ偏光が選
択透過すると、偏光度の高い偏光光７５となる。従っ
て、偏光板７４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、 θ＝ａｒｃｔａｎ（ｎ₁／ｎ₀） ・・・（１） 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７１の板硝子は光束の入射角が５
６．８゜となるように設置されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述のプリポラライザ
７１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１２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７１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７１
を小型にするために板硝子をＶ字型に配置すると、Ｖ字
型を形成する端面に入射した光束は全反射し、また端面
以外に入射しスネルの法則にしたがって屈折した結果端
面に入射する光束も全反射するため、Ｖ字型を形成する
端面付近での光束の損失が大きい。さらに、Ｖ字型を形
成する相対する板硝子は角部を接点とする構造であるた
め、きわめて組み立てづらいという問題点も有してい
た。

【０００４】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。

【０００５】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，短光路長で光損失が小さく組立性の良い
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。

【０００６】

【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、ほぼ透明な硝材またはプラスチックで作
られた複数枚の板と複数個のプリズムからなり、各々の
部材がわずかの空気層を挟んで近接するとともに、複数
枚の板がＶ字形状を成して積層される構成であり、また
その配置は、光源装置からの出射光が初めにプリズムの
光学平面に垂直に入射し、次に複数枚の板の各光学平面
に対し平行偏光（Ｐ偏光）の透過率が概ね１００％とな
る角度で透過し、次に別のプリズムに入射してその光学
平面から垂直に射出されるようになっており、かつ、こ
の偏光分離器を光源装置からの出射光の入射側と出射側
に開口部を有するきょう体で覆い、プリズムの入射側平
面あるいは出射側平面ときょう体との間に、複数枚の板
の、Ｖ字形状を成す相対する端面を接近させる方向に力
を生ずるばね部材を設けたことを特徴とする。

【０００７】また、この複数枚の板のＶ字形状を成す端
面を光源装置の光軸に概ね平行な形状にし、相対する端
面が接することを特徴とする。

【０００８】さらに、これら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】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１１か
ら放射された光束は、リフレクタ１２により反射されて
概ね平行な無偏光光１３となり、偏光分離器１４に入射
する。この偏光分離器１４は、複数個のプリズム１５と
複数枚の板硝子１６から構成され、偏光分離器１４の入
射面、出射面となるプリズム１５の各光学平面は光源ラ
ンプ１１の光軸に対してほぼ垂直に配置される。また、
板硝子１６はそれぞれの光学平面が入射光に対してブリ
ュースター角となるように配置されている。さらに、プ
リズム１５と板硝子１６の間および複数枚の板硝子１６
の間には空気層が自然に形成される。

【００１０】この構成において、リフレクタ１２からの
概ね平行な無偏光光１３は、入射側プリズム１５の入射
面に対して垂直に入射するため、その進行方向はほとん
ど変化しないで板硝子１６の光学平面に入射する。この
光学平面は、入射光の入射角がブリュースター角になる
ように配置されているため、Ｐ偏光はほぼ１００％透過
しＳ偏光の一部は反射される。同様にして複数枚の板硝
子１６を通過した後には、Ｓ偏光はほとんど反射されほ
とんどがＰ偏光となって出射し、出射側プリズム１５を
経て、やはり進行方向が変化せずに射出される。結果と
して、偏光分離器１４に入射する無偏光光１３の内、Ｐ
偏光はほとんど透過しＳ偏光は板硝子１６の枚数に応じ
た割合で反射されるので、出射光１７はＰ偏光に偏った
光束となる。また、反射光１８は完全なＳ偏光であり捨
てられる。

【００１１】ところで、プリズム１５および板硝子１６
の屈折率が１．５３であるとすると、ブリュースター角
θは、（１）式においてｎ₀を１．５３、ｎ₁を空気の屈
折率１．０とおくことにより３３．２度となるので、板
硝子１６は光束の入射角が３３．２度となるように配置
され、偏光分離器１４の大きさは光軸方向にきわめて小
さくできる。

【００１２】図２は、偏光分離器１４内での進行光線の
振舞いを表した模式図である。進行光線２１はプリズム
１５の光学平面に対し垂直に入射した後、進行光線２１
に対してブリュースター角２２となっている光学平面に
達する。その面においてＰ偏光はほぼ１００％透過しＳ
偏光は一部が反射する。プリズム１５を出た光は、スネ
ルの法則にしたがって屈折し、プリズム１５と板硝子１
６の間の空気層を通って板硝子１６の光学平面に達す
る。ここにおいても入射角がブリュースター角となって
いるので、前記と同様にＳ偏光の一部を反射しＰ偏光は
１００％透過する。その先の板硝子１６の各光学平面に
おいても同様のことが繰り返され、出射側のプリズム１
５を通過した後にはＳ偏光を僅か含むだけの偏光とな
る。出射された光束に含まれるＳ偏光としては、各光学
平面を透過したＳ偏光と各光学平面において偶数回反射
されて出射するもののふた通りが考えられる。従って、
出射光線の偏光度を増大させるためには、板硝子１６の
枚数を増やすことやプリズム１５および板硝子１６の屈
折率を高くすることが有効である。

【００１３】図４は、本発明の一実施例を表す偏光分離
器の断面図であり、偏光分離器１４をきょう体４１で覆
い、ばね部材４２によって板硝子１６を整列させる様子
を表している。きょう体４１は、不要なＳ偏光を吸収し
やすくするために黒色処理を施した鉄板等を素材とし、
光の入射口と出射口に開口部４３および４４を有する。
このきょう体４１内に偏光分離器１４を収納し、ばね部
材４２によりプリズム１５の光学平面に圧力をかける。
この圧力の分力４５により板硝子１６は相対する接点方
向に力を受け、板硝子１６は接点部分に隙間が生じずに
簡単に整列する。このとき、ばね部材４２とプリズム１
５の間にやはり開口部を有する平板４６を設けると、ば
ね部材４２の圧力がプリズム１５の光学平面に比較的均
一にかかるため、上記の効果はより顕著になる。また、
偏光分離器１４の組立時に、板硝子１６の接点部分に暑
さ０．１ｍｍ程度の薄板を挟み、その薄板を境として板
硝子１６を積層し、プリズム１５およびばね部材４２を
重ねた後に薄板を抜き取るという手順をとると、偏光分
離器１４の組立は一層簡単になる。なお、ばね部材４２
としては、例えば図５に示すような形状の物をステンレ
ス鋼等のばね鋼板で作ればよい。

【００１４】図３（ａ）は、板硝子１６のＶ字形状を成
す端面の拡大図である。板硝子１６のＶ字形状を成す端
面の近傍より入射した進行光線３１は、スネルの法則に
従って屈折して直進し、板硝子１６の端面３２に入射す
る。進行光線３１の端面３２に対する入射角は、入射光
が全反射してしまう臨界角（屈折率１．５３の硝材中で
は約４０．８度）を越えるため、進行光線３１は端面３
２において全反射して板硝子１６より出射する。その
後、進行光線３１は偏光分離器内で反射を繰り返しやが
て消滅光となるか、偏光分離器を出射したとしても平行
性を失って不要光となってしまう。板硝子１６は複数枚
積層されているため、幾何光学的に明らかなように、板
硝子１６の枚数が増えるに従って入射光線の損失エリア
は拡大してしまう。

【００１５】図３（ｂ）は、この損失光を救済するもの
であり、本発明の一実施例を表す、板硝子１６のＶ字形
状を成す端面の拡大図である。図３（ａ）との違いは、
板硝子３３のＶ字形状側端面を光源装置の光軸３５方向
に平行にカットして端面３４を作り、相対する板硝子３
３ａと３３ｂを端面３４で接触させたことである。この
構造の偏光分離器に光源装置からの平行光３６が入射す
ると、前述の説明と図３（ｂ）より明らかなように、平
行光３６は板硝子３３内では光源装置の光軸３５に概ね
平行に進行する。従って、端面３４に達する光が若干損
失はするものの、図３（ａ）と図３（ｂ）の比較より明
らかなようにその損失量は大幅に改善される。

【００１６】なお、前述までの説明における板硝子は、
ほぼ透明なプラスチックで作られた板であっても同様な
効果が得られる。

【００１７】図６は、本発明による偏光光源装置６０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
６０により直線偏光化されて出射した光は、光分離手段
６１に入射する。光分離手段６１は、ダイクロイックミ
ラー６２，６３及び反射ミラー６４より構成され、例え
ば、ダイクロイックミラー６２に赤色反射用の波長特性
を設け、ダイクロイックミラー６３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６１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６５
Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂ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６６に入射
する。

【００１８】液晶ライトバルブ６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂ
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、光源側の偏光板は偏光
分離器４の偏光度が１００％に近い場合は不要である。
光合成手段６６は、ダイクロイックミラー６７，６８と
反射ミラー６４より構成され、例えば、ダイクロイック
ミラー６７に赤色透過用の波長特性を設け、ダイクロイ
ックミラー６８に青色透過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。

【００１９】光合成手段６６を出射した光は、投写レン
ズ６９によって拡大投写され、前方のスクリーン７０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６２，６３とダイクロイックミラー６７，６８の波
長特性を操作することによって、液晶ライトバルブ６５
Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂの配置は適宜変更可能である。

【００２０】図１の説明と図６より明らかなように、偏
光光源装置６０が非常に小型で光源装置から液晶ライト
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７０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１１が大型になりリフレクタ１２の開口面積が大き
くなるため、本発明のもたらす効果はさらに大きい。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、偏光分
離器をほぼ透明な硝材またはプラスチックで作られた複
数枚の板と複数個のプリズムで構成することによって、
小型、短光路長で光損失の小さい偏光光源装置を実現で
きる。また、その複数枚の板のＶ字形状側端面を光軸方
向に平行にカットすることによって、その端面付近での
光の損失を大幅に削減でき、高偏光効率の偏光光源装置
を実現できる。また、偏光分離器をきょう体で覆い、プ
リズムの一光学平面にばね部材で応力をかけることによ
り、各板を容易に整列させることができ、偏光分離器の
組立がきわめて簡単になる。さらに、この小型で高効率
の偏光光源装置を用いることによって、光源装置から液
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内での進行光線の振舞
いを表した模式図である。

【図３】本発明による偏光分離器の板硝子のＶ字形状を
成す端面の拡大図である。

【図４】本発明による偏光分離器の一実施例を表す断面
図である。

【図５】本発明による偏光分離器内のばね部材の模式図
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】

１１ 光源ランプ １２ リフレクタ １４ 偏光分離器 １５ プリズム １６ 板硝子 ４１ きょう体 ４２ ばね部材 ６０ 偏光光源装置 ６１ 光分離手段 ６５ 液晶ライトバルブ ６６ 光合成手段 ６９ 投写レンズ ７０ スクリーン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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、ほぼ透明な硝材またはプラスチックで作られた
   複数枚の板と複数個のプリズムからなり、各々の部材が
   わずかの空気層を挟んで近接するとともに、前記複数枚
   の板がＶ字形状を成して積層される構成であり、またそ
   の配置は、前記光源装置からの出射光が初めに前記プリ
   ズムの光学平面に垂直に入射し、次に前記複数枚の板の
   各光学平面に対し平行偏光（Ｐ偏光）の透過率が概ね１
   ００％となる角度で透過し、次に別の前記プリズムに入
   射してその光学平面から垂直に射出されるようになって
   おり、かつ、前記偏光分離器を前記光源装置からの出射
   光の入射側と出射側に開口部を有するきょう体で覆い、
   前記プリズムの入射側平面あるいは出射側平面と前記き
   ょう体との間に、前記複数枚の板の、Ｖ字形状を成す相
   対する端面を接近させる方向に力を生ずるばね部材を設
   けたことを特徴とする偏光光源装置。
2. 【請求項２】 前記複数枚の板のＶ字形状を成す端面を
   前記光源装置の光軸に概ね平行な形状にし、相対する前
   記端面が接することを特徴とする請求項１に記載の偏光
   光源装置。
3. 【請求項３】 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または請求項２
   に記載の偏光光源装置を用いた投写型液晶表示装置。