JPH09218460A - 直線偏光照明系及び該照明系を用いた投射型表示装置 - Google Patents

直線偏光照明系及び該照明系を用いた投射型表示装置

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JPH09218460A
JPH09218460A JP8022601A JP2260196A JPH09218460A JP H09218460 A JPH09218460 A JP H09218460A JP 8022601 A JP8022601 A JP 8022601A JP 2260196 A JP2260196 A JP 2260196A JP H09218460 A JPH09218460 A JP H09218460A
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JP
Japan
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liquid crystal
light
linearly polarized
illumination system
polarizing plate
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JP8022601A
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Yoshiharu Sakai
芳晴 堺
Makoto Kitagawa
真 北川
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
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    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133528Polarisers
    • G02F1/133536Reflective polarizers
    • GPHYSICS
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  • Liquid Crystal (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直線偏光を出力する照明系として、発熱の少
ない、小型、かつ、安価に製造し得る系を提供し、更
に、この直線偏光照明系を用いたコンパクトで高性能の
投射型表示装置を提供する。 【解決手段】 ランプ1から発せられる自然光は、パラ
ボラリフレクタにより集光され、次に入射されるコレス
テリック液晶2では、一方向の回転方向の円偏光のみ透
過し、逆回転の円偏光は反射する。コレステリック液晶
2の透過光は、λ/4位相板3により直線偏光に変換さ
れ、偏光方向を同じにした入射偏光板4に入射する。こ
こでの光のロスは、その材料による吸収でしかない。入
射偏光板4の透過光は、画像作成用液晶パネル5と出射
偏光板4´と投影レンズ6を介してスクリーン7に投影
される。コレステリック液晶,位相板,液晶パネル及び
出射偏光板により偏光変調素子(図示せず)を構成して
もよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、直線偏光照明系及
び該照明系からの光が照明される偏光変調を利用する透
過型ライトバルブを有する投射型表示装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の投射型表示装置(プロジ
ェクタ)の場合、光源からの自然光を直線偏光に変換す
る手段として、シート・ポラライザが一般的に使われて
いる。これは、薄いプラスティックシートに沃素などを
配向させて吸着させる等により偏光膜を作成し、それを
保護する目的でプラスティックシートを両側に接着した
構造となっている。このようなシート・ポラライザに自
然光を入射すると、配向と直交する方向の光は遮断さ
れ、平行な方向のみの光が透過する。一般的に、自然光
を入射する光の50%は、遮断され、更に、材料そのも
のの吸収もあり、入射した光の約40%が出射される。
入射する光の60%のエネルギーは、偏光板上で熱とな
って消費される。一方、このようなシート・ポラライザ
の耐熱性は、偏光膜を作成する材料や接着剤の材料によ
り決まり、現在70℃から高いもので100℃ぐらいで
ある。この種のプロジェクタでは、明るさと小型化が追
求され、明るくするために高出力の光源が採用され、小
型化を図るためにより小さいサイズの液晶パネルが用い
られる。これは、高い光のエネルギーが小さな部分に集
光されるということであり、シート・ポラライザの耐熱
性が大きな問題となってくる。また、シート・ポラライ
ザのみではなく、それにより輻射される熱での液晶パネ
ルの温度も問題となってくる。このため、偏光板及び液
晶パネルの冷却は、従来よりいろいろな方法がとられて
いる。
【0003】これまでに、冷却方法としては、冷却用フ
ァンと放熱素子や冷却効果を高めるダクトなどの工夫に
よる、いわゆる空冷方式によるものが、特開平1−31
4286号公報,特開平4−125613号公報,特開
平4−261578号公報等で提案されている。また、
冷却効果を更に高めるために冷却液を用い、ヒートパイ
プや冷却液の撹拌或いは放熱フィンと組み合わせる、い
わゆる液冷方式によるものも、特開昭62−22911
7号公報,特開平2−162988号公報,特開平3−
144608号公報,特開平3−198085号公報,
特開平4−125538号公報等で提案されている。更
に、偏光板の発熱そのものを減じる。いわゆるプリ偏光
方式として、例えば、特開平3−287223号公報,
特開平3−287224号公報,特開平4−427号公
報,特開平4−9921号公報,特開平4−18544
号公報,特開平4−194978号公報,特開平5−1
50190号公報,特開平5−150191号公報,特
開平5−323117号公報,特開平5−2150号公
報等が提案されている。これは、入射偏光板に入射する
光の偏光方向を、発熱が問題とならない別の方法で入射
偏光板と同じ方向にそろえてから入射させるもので、こ
の方法によれば、入射偏光板で熱に変わる光のエネルギ
ーは、偏光板の材料の吸収のみとなり、大幅に発熱を減
じられる有効な手段である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、空冷方
式,液冷方式は、偏光板の発熱そのものを減じる手段で
はないため、高い冷却効果を必要とするとき、冷却のた
めのシステムが大きくなりプロジェクタの小型化の障害
となっている。また、冷却効果の高いプリ偏光方式で
は、その手段として偏光ビームスプリッタ(PBS)を
用いるもの、反射の法則の全反射を利用したもの、偏光
度が悪い偏光板を利用して発熱をプリ偏光板と入射偏光
板とで分割する方法が提案されているが、PBSは、ガ
ラスの固まりで作成するため、大きなものは製作上難易
度が高く高価である。全反射を利用したものは、光の入
射角度により特性が大きく変わり、プロジェクタで使用
する光の角度(通常±10゜程度)では充分な性能が引
き出せない。また、偏光度が悪い偏光板を利用する方法
は、単に発熱を分割するだけなので、熱エネルギーは基
本的に変わらず、また、偏光板が一枚増えるため暗くな
るというデメリットがある。本発明は、上記した従来技
術の問題点に鑑みてなされたもので、光源から発する光
に作用し、直線偏光を出力する照明系として、発熱の少
ない、小型、かつ、安価に製造し得る系を提供し、更
に、この直線偏光照明系を用いたコンパクトで高性能の
投射型表示装置を提供することをその課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、光源
と光源から発した光に作用し直線偏光を出力する直線偏
光光学手段を有する直線偏光照明系において、前記直線
偏光光学手段を光源から発した光が順に作用するコレス
テリック液晶及び位相板とし、小型で温度上昇の少ない
照明系を構成し得るものである。
【0006】請求項2の発明は、請求項1記載の直線偏
光照明系からの出力光が順に作用する入射偏光板,液晶
パネル及び出射偏光板からなる偏光変調素子と、前記液
晶パネルで生じる画像を投射する投射光学手段を有する
小型で温度上昇の起きない液晶プロジェクタを構成する
ものである。
【0007】請求項3の発明は、請求項1記載の直線偏
光照明系からの出力光が順に作用する液晶パネル及び出
射偏光板と、前記液晶パネルで生じる画像を投射する投
射光学手段を有する小型で温度上昇の起きない液晶プロ
ジェクタを構成するものである。
【0008】請求項4の発明は、請求項3の発明におい
て、前記コレステリック液晶,前記位相板,前記液晶パ
ネル及び前記出射偏光板により偏光変調素子を構成する
ようにし、より薄型の液晶プロジェクタを構成するもの
である。
【0009】
【発明の実施の形態】先ず、本発明を特徴付ける直線偏
光光学手段を構成するコレステリック液晶と位相板が、
光源から発する光に対しどのように作用し、直線偏光を
出力するか、その動作特性について説明する。プロジェ
クタの光源から発せられる光は、いわゆる自然光と呼ば
れる。光は波の動きで説明され、自然光は、縦波と横波
がその位相がそろっていない状態で円偏光と呼ばれる状
態の光である。また、円偏光状態も右回り回転の状態と
左回りの回転の状態が混在している。コレステリック液
晶は、その特性として、ある一方向の回転方向の光は透
過し、逆の回転方向の光は、反射するという特性を持っ
ている。従って、コレステリック液晶を透過した光は、
ある一方向の回転方向を持つ円偏光の光となる。一方、
位相板は、光の位相を変え、波長λの1/4の厚みをも
つ位相板は、円偏光の光を直線光に変換する機能を持
つ、従って、コレステリック液晶を透過した光を更にλ
/4位相板を透過することにより、直線偏光の光が得ら
れることになる。図2は、この様子を概念的に示すもの
である。上記のようにして得られた直線偏光の光を入射
偏光板(直線偏光の照射を必要とする利用装置の入射部
をなす)に入射することにより、入射偏光板の偏光方向
と直交する成分が存在しないので、入射偏光板での発熱
は、偏光板の材料に吸収される約20%程度のみとな
り、従来直交する成分の吸収を含み60%程度の吸収が
あったのに比べ、大幅に発熱が減じられることになる。
【0010】図1は、本発明の直線偏光照明系及び該照
明系を用いた投射型表示装置の一実施形態を示すもので
ある。図1において、1は、リフレクタを含んだ光源
(ランプ)である。2は、コレステリック液晶、3は、
λ/4位相板、4は、入射偏光板、4´は、出射偏光
板、5は、画像を形成するための液晶パネル、6は、投
影レンズ、7は、スクリーンである。ランプ1から発せ
られる光は自然光で、このランプからの光はパラボラリ
フレクタにより集光され、次に配置されたコレステリッ
ク液晶2に入射する。コレステリック液晶2では、一方
向の回転方向の円偏光のみ透過し、逆回転の円偏光は反
射する。コレステリック液晶2を透過した光は、λ/4
位相板3により直線偏光の光に変換される。直線偏光に
変換された光は、入射偏光板4に入射する。すでに、入
射偏光板4の偏光方向と同じ方向に偏光された光は、こ
の入射偏光板4による光のエネルギーロスは、その材料
による吸収でしかない。そして、入射偏光板4を透過し
た光は、画像作成用液晶パネル5と出射偏光板4´と投
影レンズ6を介してスクリーン7に投影される。
【0011】図1において示される画像作成用パネルに
入射するまでの直線偏光光学系を構成する要素、すなわ
ち、コレステリック液晶2,λ/4位相板3及び偏光板
4を用いた本発明による場合と、従来の偏光板4のみを
用いる場合について、接触型温度計10で偏光板4上の
温度を測り、両者の比較を行った。図3は、それぞれの
実験方法を示す図である。光源から発した光は、UV・
IRフィルタ8UとNDフィルタ8Nを通すが、両者は
この点でも同一条件である。この実験による結果、ある
条件における従来系の場合、接触型温度計10による偏
光板の温度が75℃の時、本発明のコレステリック液晶
とλ/4位相板を入れた場合の温度は、52.3℃とな
って、20℃以上の温度低減効果を確認している。ま
た、偏光度も95%以上あるというデータも確認してお
り、このシステムによる明るさの低減もわずかなもので
あり、他の方法による偏光に比べ非常に有効な方法であ
るということを確認した。
【0012】上述した投射型表示装置においては、液晶
パネルの入射側と出射側に偏光板を用いているが、その
中の入射側の偏光板を省略することが可能である。この
ような構成をとる発明の一実施形態として、直線偏光光
学系をなす要素と液晶パネル要素とを一体化して偏光変
調素子を構成するものとなし得る。その偏光変調素子
は、光源からの光の作用順にコレステリック液晶,λ/
4位相板,液晶パネル及び出射偏光板を一体化し、素子
を構成するものである。そして、このようにして得られ
る偏光変調素子を用い、液晶プロジエクタを構成する
と、表示画像として従来と変わらない明るさでも温度低
減効果が大きく、また、薄型,軽量で視野角の大きく、
かつ、容易に製造し得る当該プロジェクタが得られる。
【0013】
【発明の効果】本発明のコレステリック液晶とλ/4位
相板からなる直線偏光光学手段を有する照明系により、
構成要素に起きる温度上昇を抑制することができる。ま
た、偏光度も95%以上あり、この系による明るさの低
下もなく直線偏光を必要とする場合の照明系として有効
で、広い応用範囲に適用することが可能となる。また、
本発明の直線偏光照明系を液晶パネルに用いて構成され
る投射型表示装置(液晶プロジェクタ)により、表示画
像を従来と変わらない明るい画像とすることができ、温
度低減効果が大きく、また、薄型,軽量で視野角が大き
く、かつ、容易に製造し得る当該表示装置を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の直線偏光照明系及び該照明系を用いた
投射型表示装置の一実施形態を示すものである。
【図2】コレステリック液晶と位相板による光の挙動を
説明するための概念図である。
【図3】本発明の直線偏光光学系と従来の偏光板を用い
た場合の効果を確認するための実験のシステムを示す図
である。
【符号の説明】
1…パラボラリフレクタを具備した光源、2…コレステ
リック液晶、3…λ/4位相板、4…入射偏光板、4´
…出射偏光板、5…画像形成用液晶パネル、6…投影レ
ンズ、7…スクリーン、8U…UV・IRフィルタ、8
N…NDフィルタ、10…接触型温度計。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源と光源から発した光に作用し直線偏
    光を出力する直線偏光光学手段を有する直線偏光照明系
    において、前記直線偏光光学手段を光源から発した光が
    順に作用するコレステリック液晶及び位相板としたこと
    を特徴とする直線偏光照明系。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の直線偏光照明系からの出
    力光が順に作用する入射偏光板,液晶パネル及び出射偏
    光板からなる偏光変調素子と、前記液晶パネルで生じる
    画像を投射する投射光学手段を有することを特徴とする
    投射型表示装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の直線偏光照明系からの出
    力光が順に作用する液晶パネル及び出射偏光板と、前記
    液晶パネルで生じる画像を投射する投射光学手段を有す
    ることを特徴とする投射型表示装置。
  4. 【請求項4】 前記コレステリック液晶,前記位相板,
    前記液晶パネル及び前記出射偏光板により偏光変調素子
    を構成するようにしたことを特徴とする請求項3記載の
    投射型表示装置。
JP8022601A 1996-02-08 1996-02-08 直線偏光照明系及び該照明系を用いた投射型表示装置 Pending JPH09218460A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000074554A (ko) * 1999-05-21 2000-12-15 구자홍 콜레스테릭 액정을 이용한 편광 변환장치 및 그를 이용한 액정프로젝터
KR100373935B1 (ko) * 2000-06-26 2003-02-26 삼성전기주식회사 프로젝션 시스템의 조명계
JP2017501449A (ja) * 2013-12-20 2017-01-12 ヴァレオ、コンフォート、アンド、ドライビング、アシスタンスValeo Comfort And Driving Assistance 画像を投射するためのシステムおよび方法、ならびに同システムを用いたディスプレイ

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KR20000074554A (ko) * 1999-05-21 2000-12-15 구자홍 콜레스테릭 액정을 이용한 편광 변환장치 및 그를 이용한 액정프로젝터
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