JPH05249411A - 偏光手段及びそれを用いた光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 偏光手段及びそれを使用した光学装置に関
し、大面積、高偏光度、及び強い光源の光で使用するこ
とのできるようにすることを目的とする。 【構成】 光源１０と偏光を受けるライトバルブ１４と
の間に配置される偏光手段１２であって、不要光を吸収
するタイプの組成の異なった複数の偏光要素１８，２０
からなり、該複数の偏光要素が連続的に同じ振動面の偏
光を透過する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は特定の振動面の偏光を透
過し、光源と偏光を受けるライトバルブとの間に配置さ
れる偏光手段に関し、かつ、そのような偏光手段を用い
た光学装置、例えば投写型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置では、一般的に液晶パネル
を第１の偏光子と第２の偏光子（検光子）の間に配置
し、第１の偏光子を透過した偏光を液晶パネルに入射さ
せ、液晶パネルにより光変調を行って、その変調光が第
２の偏光子を透過するか否かにより画像を形成するよう
になっている。偏光子は幾つかの基本的な光学原理に従
ったものがある。例えば、複屈折を利用したグラントム
ソンプリズムからなる偏光子や、誘電体多層膜を用いた
偏光子が公知である。また、樹脂に特定の分子を分散
し、延伸配向した偏光フィルムからなる偏光子がある。
このような偏光フィルムとして、今日、沃素系の分子、
または染料系の分子を分散させることが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】複屈折を利用したグラ
ントムソンプリズム等の偏光子は、複屈折結晶を用いて
いるので透過率と偏光度は高いという優れた点がある
が、面積の大きな偏光子を作りにくいという問題点があ
る。誘電体多層膜を用いた偏光子は、例えば酸化チタン
の膜と酸化珪素の膜を交互に次々と蒸着して積層してな
るものであるが、蒸着を大きな面積に一様に行うのが難
してという問題点があり、また原理的に光を斜め入射角
で入射させるようになっているため、各層の膜厚が厚く
なる。

【０００４】樹脂に沃素系の分子、または染料系の分子
を分散し、延伸配向した偏光フィルムは、面積の大きな
偏光子を作ることができる。しかし、沃素系の分子、ま
たは染料系の分子のいずれを使用するかにより、次のよ
うな問題点がある。沃素分子を分散配向した偏光子は、
高い偏光度を実現できるが、耐候性（温湿度特性）が悪
い。すなわち、樹脂が吸収した水分に沃素が溶解して樹
脂中を移動するために高湿に弱く、沃素が昇華性を有す
るために高温に弱いという欠点がある。また、染料分子
を分散配向した偏光子は、染料の分子が長いために樹脂
中を移動し難く、また蒸発もしないために耐候性は良い
が、比較的に低い偏光度しか実現できない。

【０００５】最近の表示装置では大画面化の要求があ
り、面積の大きな偏光子及び液晶パネルを用いる必要が
ある。この点で、沃素系の分子または染料系の分子を分
散した樹脂からなる偏光子を使用するのが望ましい。し
かし、偏光子及び液晶パネルを用いる表示装置では、光
源の光が最初に偏光子に当たり、偏光子は光源の光の熱
にさらされる。また、偏光子は光源の光のうちの半分に
相当する所定の偏光を透過し、残りの半分の偏光を不要
光として吸収する。偏光子に吸収された不要光は熱に変
換される。従って、耐候性のよくない偏光子を強い光源
の光で使用するのは望ましくない。特に、最近の投写型
液晶表示装置では１００万ルクスの強い光源が用いられ
ることがあり、耐候性のよくない偏光子は使用できな
い。また、良い画像表示を得るために、偏光子は当然高
い偏光度を備えるべきである。この点で、沃素系の分子
を使用した偏光子、または染料系の分子を使用した偏光
子は、それぞれに不満足なものであった。

【０００６】本発明の目的は、大面積、高偏光度、及び
強い光源の光で使用することのできる偏光手段を提供す
ることであり、また、そのような偏光手段を用いた光学
装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による偏光手段
は、光源１０と偏光を受けるライトバルブ１４との間に
配置される偏光手段１２であって、不要光を吸収するタ
イプの組成の異なった複数の偏光要素１８，２０からな
り、該複数の偏光要素が連続的に同じ振動面の偏光を透
過するように構成されることを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】上記した構成では、偏光手段１２を大面積を実
現できるタイプの複数の偏光要素１８，２０から構成
し、これを１個の偏光子のように使用することができ
る。この偏光手段は複数の偏光要素に分割されており、
光源の光から受ける熱を分散し、局部的な温度上昇を低
く抑えることができる。特に、光源に近い側の偏光要素
を耐候性の良いものから選択し、光源に遠い側の偏光要
素を高偏光度のものから選択し、これらを組み合わせて
１個の偏光子として使用することにより、大面積、高偏
光度、及び強い光源の光で使用することのできる偏光手
段を達成できる。

【０００９】このような偏光手段は、光源と、該光源の
光を受ける第１の偏光子と、該第１の偏光子を透過した
偏光を受けるライトバルブと、該ライトバルブを透過し
た偏光を受ける第２の偏光子とを備える光学装置におい
て、第１の偏光子として配置可能である。複数の偏光要
素は一つの透明体の二面に貼付されることができ、ある
いは、離間配置した透明体の各面に貼付されることがで
きる。好ましくは、複数の偏光要素の一つが沃素系の分
子を分散させた樹脂からなる偏光フィルムであり、他の
一つが染料系の分子を分散させた樹脂からなる偏光フィ
ルムであり、該染料系の分子を分散させた樹脂からなる
偏光フィルムを該沃素系の分子を分散させた樹脂からな
る偏光フィルムより光源側に配置する。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の第１実施例の光学装置を示す
図である。この光学装置は、光源１０と、光源１０の光
を受ける第１の偏光子として使用される偏光手段１２
と、偏光手段１２を透過した偏光を受けるライトバルブ
１４と、ライトバルブ１４を透過した偏光を受ける第２
の偏光子である検光子１６とを備える。光源１０はメタ
ルハライドランプ等の高輝度の光を発光するものとする
ことができる。ライトバルブ１４はツイストネマチック
型液晶を一対の透明な基板の間に封入してなる液晶パネ
ルからなる。

【００１１】偏光手段１２は、不要光を吸収するタイプ
の組成の異なった複数の偏光要素１８，２０からなる。
図１に示されるように、光源１０は種々の振動面をもっ
た光を発光し、これらの偏光要素１８，２０は連続的に
振動面の同じ偏光を生成するように構成される。検光子
１６は偏光要素１８，２０の偏光の振動面とは垂直な振
動面の偏光を透過するように配置されている。従って、
（Ａ）に示されるように、ライトバルブ１４に電圧を印
加するとき（オンのとき）には、偏光手段１２を透過し
た偏光はライトバルブ１４を透過するときに９０度回転
し、よって検光子１６を透過することができる。また、
（Ｂ）に示されるように、ライトバルブ１４に電圧を印
加しないとき（オフのとき）には、偏光手段１２を透過
した偏光はライトバルブ１４を透過するときに９０度回
転しなくなり、検光子１６を透過できなくなる。このよ
うにして、複数の偏光要素１８，２０からなる偏光手段
１２を１個の偏光子と同じように使用することができ
る。

【００１２】偏光手段１２の中で、光源１０側に位置す
る偏光要素１８は染料系の分子を分散させた樹脂からな
る偏光フィルムであり、光源１０より遠い側に位置する
偏光要素２０は沃素系の分子を分散させた樹脂からなる
偏光フィルムである。染料系の分子を分散させてなる偏
光要素１８の偏光特性が図８に示され、沃素系の分子を
分散させてなる偏光要素２０の偏光特性が図９に示され
ている。図８及び図９において、曲線Ａは１個の偏光要
素１８，２０の特性、曲線Ｂは同じ偏光要素１８，２０
を平行な透過関係で配置した場合の特性、曲線Ｃは同じ
偏光要素１８，２０を垂直な透過関係で配置した場合の
特性である。図８及び図９において、曲線Ａはともに５
０パーセント近くの透過度を示し、これは所定の振動面
の偏光を透過し、別の振動面をもった不要の偏光を吸収
することを示している。ただし、沃素系の分子を分散さ
せてなる偏光要素２０（図９）の方が、高い偏光度を有
する。しかし、上記したように、沃素系の分子を分散さ
せてなる偏光要素１８の方が耐候性は低い性質がある。

【００１３】耐候性の高い染料系の分子を分散させてな
る偏光要素１８が光源１０に近い側に配置されており、
直接に光源の光を受けても熱により劣化する心配がな
い。また、高い偏光度を有する沃素系の分子を分散させ
てなる偏光要素２０は光源１０から遠い側に配置されて
いるので、直接に光源の光を受けず、熱により劣化する
心配がない。このように、光源に近い側の偏光要素を耐
候性の良いものから選択し、光源に遠い側の偏光要素を
高偏光度のものから選択し、これらを組み合わせて１個
の偏光子として使用することにより、大面積、高偏光
度、及び強い光源の光で使用することのできる偏光手段
を達成できる。なお、偏光手段１２の全体としての偏光
特性は、構成偏光要素１８，２０の偏光特性を掛け合わ
せたものとして設計することができる。よって、所望の
偏光特性の偏光手段１２を得ることができる。

【００１４】図２から図４は複数の偏光要素１８，２０
を一つの透明体２２の二面に貼付する例を示し、図５か
ら図７は複数の偏光要素１８，２０を離間配置した透明
体２４，２６の各面に貼付する例を示している。矢印は
光の方向を示している。このように、偏光手段１２を大
面積を実現できるタイプの複数の偏光要素１８，２０か
ら構成し、これを１個の偏光子のように使用することが
できる。これらの偏光要素１８，２０は直接に接触しな
いように分割されており、光源１０の光から直接に受け
る熱及び吸収作用による熱を分散し、局部的な温度上昇
を低く抑えることができる。特に、複数の偏光要素１
８，２０を離間配置した透明体２４，２６の各面に貼付
する構成では、透明体２４，２６の間に隙間があるた
め、熱の分散をより有効に行うことができる。

【００１５】図２においては、透明体２２が平行平板か
らなり、偏光要素１８，２０が平行平板からなる透明体
２２の平行な二面に貼付されている。図３においては、
透明体２２が直角プリズムからなり、偏光要素１８，２
０が直角プリズムからなる透明体２２の直角な二面に貼
付されている。図４においては、透明体２２が二つの平
面を有する任意の形状のものからなり、偏光要素１８，
２０が透明体２２の二面に貼付されている。

【００１６】図５においては、２つの透明体２４，２６
が平行に離間配置した平行平板からなり、偏光要素１８
が透明体２４の平面に貼付され、偏光要素２０が透明体
２６の平面に貼付されている。図６においては、平凸レ
ンズからなる透明体２４と平行平板からなる透明体２６
とが離間配置され、平凸レンズの平坦面が平行平板と平
行に配置される。偏光要素１８は平凸レンズからなる透
明体２４の平坦面に貼付され、偏光要素１８からなる透
明体２６に貼付されている。図７においては、離間配置
した透明体２４，２６がそれぞれ平面を有する任意の形
状のものからなり、偏光要素１８，２０が透明体２４，
２６の各面に貼付されている。

【００１７】図１０は本発明の第２実施例を示し、図１
を参照して説明した偏光手段１２を用いた投写型液晶表
示装置を示す図である。この投写型液晶表示装置は、光
源１０の光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分離して光変調し、
それから色合成して投写レンズ３０でスクリーン（図示
せず）に投写するようになっている。このため、Ｒ光を
変調するライトバルブ１４_R と、Ｇ光を変調するライト
バルブ１４_G と、Ｂ光を変調するライトバルブ１４_B と
が設けられる。光源１０のすぐ後に、Ｇ光を透過させ、
かつＢ光及びＲ光を反射させるダイクロイックミラー３
２が設けられる。ダイクロイックミラー３２を透過した
Ｇ光は反射ミラー３４で向きを変えてＧ光を変調するラ
イトバルブ１４_G に向かう。ライトバルブ１４_G の前後
には偏光子１２と検光子１６とがあり、この偏光子１２
は図１の偏光手段１２と同じく複数の偏光要素１８，２
０からなるものである。

【００１８】ダイクロイックミラー３２で反射したＢ光
及びＲ光は、次のダイクロイックミラー３６で色分離さ
れ、それぞれライトバルブ１４_R 及びライトバルブ１４
_B へ向かう。これらのライトバルブ１４_R 及びライトバ
ルブ１４_B の前後にも、偏光子１２と検光子１６とがあ
り、この偏光子１２も複数の偏光要素１８，２０からな
るものである。なお、偏光子１２の前には集光レンズ１
１が配置されている。

【００１９】しかし、一般的に使用される光源１０の光
の中では、Ｇ光の輝度が最も強いので、Ｇ光を変調する
ライトバルブ１４_G の前に配置される偏光子１２が最も
高熱にさらされることになる。この点から、Ｒ光を変調
するライトバルブ１４_R 及びＢ光を変調するライトバル
ブ１４_B に関連する偏光子１２は従来の単一構造の偏光
子とし、Ｇ光を変調するライトバルブ１４_G に関連する
偏光子１２のみ、あるいは少なくともライトバルブ１４
_G に関連する偏光子１２を図１を参照して説明した複数
の偏光要素１８，２０からなるものとすることができ
る。

【００２０】図１０において、ライトバルブ１４_R を通
ったＲ光は反射ミラー３８で向きを変え、ライトバルブ
１４_G を通ったＧ光及びライトバルブ１４_B を通ったＢ
光はダイクロイックミラー４０で色合成される。最後に
３色がダイクロイックミラー４２で色合成された後、投
写レンズ３０に向かう。光源１０の光が強い場合、偏光
子１２及びこれに隣接するライトバルブのために従来は
強制冷却が必要であったが、本発明で強制冷却を大幅に
低減することができる。

【００２１】図１１は本発明の第３実施例を示す図であ
る。この投写型液晶表示装置は図１０のものとほぼ同じ
基本的な構成を備えている。しかし、図１０の投写型液
晶表示装置の偏光子１２が図２に示されるような平行平
板からなる透明体２２の両面に貼付された偏光要素１
８，２０からなるものであったのに対して、図１１の投
写型液晶表示装置の偏光子１２は図５に示されるような
離間配置した平行平板からなる透明体２４，２６の各面
に貼付された偏光要素１８，２０からなるものである。
この場合の作用は図１０のものと同様である。

【００２２】図１２は本発明の第４実施例を示す図であ
る。この投写型液晶表示装置は図１０のものとほぼ同じ
基本的な構成を備えている。しかし、図１０のＲ光の反
射ミラー３４とＲ光の偏光子１２の代わりに、図１２に
おいては、図３の直角プリズムからなる透明体２２の両
面に貼付された偏光要素１８，２０からなる偏光子１２
が配置されている。すなわち、偏光子１２は反射ミラー
３４の作用も兼ねている。この場合の作用は図１０のも
のと同様である。

【００２３】図１３は本発明の第５実施例を示す図であ
る。この投写型液晶表示装置は図１０のものとほぼ同じ
基本的な構成を備えている。しかし、Ｃ１２において
は、Ｒ光を変調するライトバルブ１４_R 及びＢ光を変調
するライトバルブ１４_B に関連する偏光子１２は平行平
板からなる透明体２２の両面に貼付された偏光要素１
８，２０からなるが、Ｇ光を変調するライトバルブ１４
_G に関連する偏光子１２は離間配置した平行平板からな
る透明体２４，２６の各面に貼付された偏光要素１８，
２０からなるものである。このような構成により、最も
輝度が強いＧ光の偏光子１２を冷却性能の優れたものと
することができる。その他の作用は図１０のものと同様
である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
大面積、高偏光度、及び強い光源の光で使用することの
できる偏光手段を得ることができ、それによって高性能
の表示装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す図である。

【図２】透明体に貼付された偏光手段の例を示す図であ
る。

【図３】透明体に貼付された偏光手段の他の例を示す図
である。

【図４】透明体に貼付された偏光手段の他の例を示す図
である。

【図５】透明体に貼付された偏光手段の他の例を示す図
である。

【図６】透明体に貼付された偏光手段の他の例を示す図
である。

【図７】透明体に貼付された偏光手段の他の例を示す図
である。

【図８】染料系の分子を分散させた偏光要素の特性の例
を示す図である。

【図９】沃素系の分子を分散させた偏光要素の特性の例
を示す図である。

【図１０】本発明の第２実施例を示す図である。

【図１１】本発明の第３実施例を示す図である。

【図１２】本発明の第４実施例を示す図である。

【図１３】本発明の第５実施例を示す図である。

【符号の説明】

１０…光源 １２…偏光手段 １４…ライトバルブ １６…検光子 １８，２０…偏光要素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 義規 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源（１０）と偏光を受けるライトバル
   ブ（１４）との間に配置される偏光手段（１２）であっ
   て、不要光を吸収するタイプの組成の異なった複数の偏
   光要素（１８，２０）からなり、該複数の偏光要素が連
   続的に同じ振動面の偏光を透過するように構成されるこ
   とを特徴とする偏光手段。
2. 【請求項２】 光源と、該光源の光を受ける第１の偏光
   子と、該第１の偏光子を透過した偏光を受けるライトバ
   ルブと、該ライトバルブを透過した偏光を受ける第２の
   偏光子とを備えるものにおいて、該第１の偏光子が請求
   項１の偏光手段からなることを特徴とする光学装置。
3. 【請求項３】 該複数の偏光要素の一つが沃素系の分子
   を分散させた樹脂からなる偏光フィルムであり、他の一
   つが染料系の分子を分散させた樹脂からなる偏光フィル
   ムであり、該染料系の分子を分散させた樹脂からなる偏
   光フィルムを該沃素系の分子を分散させた樹脂からなる
   偏光フィルムより光源側に配置することを特徴とする請
   求項１に記載の偏光手段。