偏光変換光源装置およびそれを用いた投射型液晶表示装置
【課題】光の利用効率を高く保ちつつ小型化された偏光変換光源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】互いに略直交し、所定の波長の光を反射する二つの反射面１３ｒ、１３ｂを有する無偏光クロスダイクロイックプリズム１３と、互いに異なる波長の光をそれぞれ発する三つの光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ、と、各光源に対応する三つの反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂと、反射型の偏光分離体１４と、を有し、反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂは、偏光分離体１４において反射された各色光が反射され、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光するように配置されたことを特徴とする。
【解決手段】互いに略直交し、所定の波長の光を反射する二つの反射面１３ｒ、１３ｂを有する無偏光クロスダイクロイックプリズム１３と、互いに異なる波長の光をそれぞれ発する三つの光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ、と、各光源に対応する三つの反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂと、反射型の偏光分離体１４と、を有し、反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂは、偏光分離体１４において反射された各色光が反射され、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光するように配置されたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から出光された光束を偏光方向の揃った偏光に変換する偏光変換光源装置およびそれを用いた投射型液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶ディスプレイなどの液晶表示装置として、光源からの出射光に対して表示画像に対応する変調を施した後、投写光学系を介して投写画像を形成するものが知られている。この液晶表示装置で使用される液晶ライトバルブは、光源からの光の一方の偏光成分のみを使用し、通常は、光源からの光の他方の偏光成分は使用されない。
【０００３】
近年、光源からの光の利用効率改善のため、上述の使用されない偏光光を、偏光変換装置を用いて使用できる偏光光に変換する構成が提案されている。例えば、特許文献１には、多数の偏光板やクロスダイクロイックプリズムなどを偏光変換装置として用いるプロジェクタが開示されている。
【０００４】
特許文献１に記載される偏光変換光源装置では、偏光変換装置への入射光の一方の偏光成分は、偏光分離面を透過し、１／２波長位相差フィルムを透過して直交する偏光光に変換される。一方、入射光の別の一方の偏光成分は、偏光分離面で反射された後、反射鏡によって反射され、変換された偏光光と略同じ方向に出光される。つまり、偏光分離面で反射された偏光光と、偏光分離面を透過して偏光変換された偏光光とは、略位相の揃った光として略同じ方向に出光される。このように、特許文献１に記載の偏光変換光源装置においては、入射光の一の偏光成分を別の一の偏光成分に変換することにより、液晶ライトバルブに入射される光の利用効率が改善される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２５８７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の偏光変換光源装置は、白色光源からの白色光をダイクロイックミラーによって赤、緑、青の各色光に分離し、さらに、赤、緑、青の各色光をクロスダイクロイックにより合成して光学像を形成するため、装置が大型化してしまうという問題がある。図４は、従来の偏光変換光源装置４１を用いた液晶プロジェクタの構成例を示す模式図である。図４に示される偏光変換光源装置４１では、白色光源４２から出光された光は、偏光性を有するダイクロイックプリズム４３で色分解された後、偏光分離体４４ｒ、４４ｇ、４４ｂにより、透過光と反射光に分離される。各色の透過光は透過型液晶バルブ４５ｒ、４５ｇ、４５ｂを透過し、再度、偏光性を有するダイクロイックプリズム４６で合成され、投影レンズ４７を経由し画像が投影される。このような構成の偏光変換光源装置４１では、光源からの光を、各色の偏光分離面に効率よく集光、透過させるために複雑なレンズ設計と長い光路が必要となる。このため、装置の小型化は困難である。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、光の利用効率を高く保ちつつ小型化された偏光変換光源装置およびそれを用いた投射型液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の偏光変換光源装置は、互いに略直交し、所定の波長の光を反射する二つの反射面を有する無偏光クロスダイクロイックプリズムと、互いに異なる波長の光をそれぞれ発する三つの光源と、各光源に対応する三つの反射体と、反射型の偏光分離体と、を有し、第一の光源は、当該光源からの光が前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの第一面に入光するように前記第一面側に配置され、第二の光源は、当該光源からの光が前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第一面と対向する第二面に入光するように前記第二面側に配置され、第三の光源は、当該光源からの光が前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第一面および前記第二面に隣接する第三面に入光するように前記第三面側に配置され、前記偏光分離体は、前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第三面と対向する第四面から出光した光が入光するように前記第四面側に配置され、第一の反射体は、前記偏光分離体において反射され、前記第一面から出光した光が入光するように前記第一面側に配置され、第二の反射体は、前記偏光分離体において反射され、前記第二面から出光した光が入光するように前記第二面側に配置され、第三の反射体は、前記偏光分離体において反射され、前記第三面から出光した光が入光するように前記第三面側に配置されたことを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、三つの光源を用いると共に、各光源に対応する反射板を設けることによって、偏光分離体からの反射光を有効に利用することができる。このため、偏光変換光源装置からの出力光の強度を十分に確保することができる。また、白色光源を用いずに異なる波長の光を発する複数の光源を用いるため、光学系の設計が容易になり、また、偏光変換光源装置を小型化することができる。
【００１０】
本発明の偏光変換光源装置において、前記第一面に入光した前記第一の光源からの光は、前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの第一反射面において反射されると共に第二反射面を透過して前記第四面から出光し、その一部が前記偏光分離体において反射され、当該反射された光は前記第四面に入光し、前記第一反射面において反射されると共に前記第二反射面を透過して前記第一面から出光し、前記第一の反射体において反射されて再度前記第一面に入光し、前記第二面に入光した前記第二の光源からの光は、前記第一反射面を透過すると共に前記第二反射面において反射されて前記第四面から出光し、その一部が前記偏光分離体において反射され、当該反射された光は前記第四面に入光し、前記第一反射面を透過すると共に前記第二反射面において反射されて前記第二面から出光し、前記第二の反射体において反射されて再度前記第二面に入光し、前記第三面に入光した前記第三の光源からの光は、前記第一反射面を透過すると共に前記第二反射面を透過して前記第四面から出光し、その一部が前記偏光分離体において反射され、当該反射された光は前記第四面に入光し、前記第一反射面を透過すると共に前記第二反射面を透過して前記第三面から出光し、前記第三の反射体において反射されて再度前記第三面に入光しても良い。
【００１１】
本発明の偏光変換光源装置において、前記反射体と前記偏光分離体との光路間に、偏光回転体を設けても良い。また、本発明の偏光変換光源装置において、前記偏光回転体が、広帯域１／４波長位相差フィルムであっても良い。また、本発明の偏光変換光源装置において、前記偏光回転体が、少なくとも１枚の１／４波長位相差フィルムと少なくとも１枚の１／２位相差フィルムとの積層体であっても良い。
【００１２】
上記構成によれば、偏光分離体からの反射光の偏光方向を適切に変換することができるため、偏光分離体からの反射光をより有効に利用することができる。
【００１３】
本発明の偏光変換光源装置において、前記偏光分離体が、ワイヤグリッド偏光板であっても良い。また、本発明の偏光変換光源装置において、前記偏光分離体が、複屈折材料を有する多層フィルムであっても良い。
【００１４】
本発明の偏光変換光源装置において、前記光源と前記無偏光ダイクロイックプリズムの間にレンズを具備しても良い。
【００１５】
本発明の投射型液晶表示装置は、前記偏光変換光源装置と、透過型液晶素子と、投射レンズと、を具備し、前記透過型液晶素子は、前記偏光変換光源装置から出光した光が前記透過型液晶素子に入光するように配置され、前記投射レンズは、前記透過型液晶素子から出光した光が前記投射レンズに入光するように配置されたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の投射型液晶表示装置において、前記偏光変換光源装置の出光側に吸収型偏光板を具備しても良い。
【００１７】
本発明の投射型液晶表示装置は、前記偏光変換光源装置と、反射型液晶素子と、ポーラライジングビームスプリッターと、投射レンズと、を具備し、前記反射型液晶素子および前記ポーラライジングビームスプリッターは、前記偏光変換光源装置から出光した光が前記ポーラライジングビームスプリッターを通じて前記反射型液晶素子に入光するように配置され、前記投射レンズは、前記反射型液晶素子から出光した光が前記ポーラライジングビームスプリッターを通じて前記投射レンズに入光するように配置されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、三つの光源を用いると共に、各光源に対応する反射板を設けることによって、偏光分離体からの反射光を有効に利用することができる。このため、偏光変換光源装置からの出力光の強度を十分に確保することができる。また、白色光源を用いずに異なる波長の光を発する複数の光源を用いるため、光学系の設計が容易になり、また、偏光変換光源装置を小型化することができる。このため、光の利用効率を高く保ちつつ小型化された偏光変換光源装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】実施の形態に係る偏光変換光源装置の構成および赤色光の光路を示す模式図である。
【図１Ｂ】実施の形態に係る偏光変換光源装置の構成および青色光の光路を示す模式図である。
【図１Ｃ】実施の形態に係る偏光変換光源装置の構成および緑色光の光路を示す模式図である。
【図２】実施の形態に係る偏光変換光源装置を用いた透過型液晶プロジェクタの構成を示す模式図である。
【図３】実施の形態に係る偏光変換光源装置を用いた反射型液晶プロジェクタの構成を示す模式図である。
【図４】従来の偏光変換光源装置を用いた液晶プロジェクタの構成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明者らは、三つの光源を用いると共に、各光源に対応する反射板を設けることによって、装置を小型化しつつ、偏光分離体からの反射光を有効に利用できることを見出した。以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃは、本実施の形態に係る偏光変換光源装置１の構成を示す模式図である。図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃに示される偏光変換光源装置１は、三つの光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂと、光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂに対応して配置される三つの反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂと、入射された光を反射または透過する無偏光クロスダイクロイックプリズム１３と、反射型の偏光分離体１４と、を有する。
【００２２】
光源１１ｒは、赤色光を発光可能に構成されている。同様に、光源１１ｇは、緑色光を発光可能に構成されており、光源１１ｂは、青色光を発光可能に構成されている。また、光源１１ｒは、光源１１ｒからの光が、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３の図面左側の一表面（第一面）に略垂直に入射するように、当該一表面側に配置されている。同様に、光源１１ｇは、光源１１ｇからの光が、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３の図面下側の一表面（第三面）に略垂直に入射するように、当該一表面側に配置されている。また、光源１１ｂは、光源１１ｂからの光が、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３の図面右側の一表面（第二面）に略垂直に入射するように、当該一表面側に配置されている。
【００２３】
反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂは、光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂに対応して、それぞれ、第一面側、第三面側、第二面側に配置されている。反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂは、反射型の偏光分離体１４において反射された光を集光、反射して、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光させる機能を有する。また、反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂは、光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂからの光を集光する機能を有していても良い。
【００２４】
無偏光クロスダイクロイックプリズム１３は、所定の波長の光を反射し、他の波長の光を透過する二つの反射面１３ｒ、１３ｂを有する。当該反射面１３ｒ、１３ｂは、互いに略直交している。具体的には、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３の反射面１３ｒは、赤色光を反射し、他の色の光を透過する。また、反射面１３ｂは、青色光を反射し、他の色の光を透過する。このため、光源１１ｒからの赤色光は、第一面から無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光し、反射面１３ｂを透過し反射面１３ｒにおいて反射されて、出光面である図面上側の一表面（第四面）から出光する。同様に、光源１１ｂからの青色光は、第二面から無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光し、反射面１３ｒを透過し反射面１３ｂにおいて反射されて、出光面（第四面）から出光する。また、光源１１ｇからの緑色光は、反射体１２ｇによって集光されて無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光し、反射面１３ｒ、１３ｂにおいて反射されることなく透過し、出光面（第四面）から出光する。これにより、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３の出光面から出光した赤色光、青色光、緑色光が合成され、無偏光の合成光（白色光）が得られる。
【００２５】
なお、ここでは、反射面１３ｒ、１３ｂは、赤色光または青色光を反射する構成としているが、本発明はこれに限られない。例えば、緑色光を反射する反射面を用いても良い。この場合、反射面において緑色光が反射されて無偏光クロスダイクロイックプリズム１３の上側の一表面から出光するように、光源１１ｇおよび反射体１２ｇを配置することが必要である。また、光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの配置は、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３の反射面の構成に応じて、適宜変更することができる。
【００２６】
偏光分離体１４は、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３から出光された合成光が入光するように、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３の出光面（第四面）側に配置されている。また、偏光分離体１４は、偏光分離体１４に入光した合成光の一方の偏光成分（以下、第一の偏光）を透過し、もう一方の偏光成分（以下、第二の偏光）を反射するように構成されている。このため、合成光の第一の偏光は偏光分離体１４を透過して出光し、第二の偏光は偏光分離体１４において反射される。なお、偏光分離体１４は平面形状であっても良いし、曲面形状であっても良い。曲面形状とすることで、偏光分離体１４にレンズの機能を付加することができる。
【００２７】
上述のように構成された偏光変換光源装置１において、光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂからの光は、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光し、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３の出光面から合成光として取り出される。当該合成光は、偏光分離体１４に入光し、偏光分離体１４からは第一の偏光が出光する。また、偏光分離体１４において反射された第二の偏光は、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３の出光面である上側の一表面から無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光し、二つの反射面１３ｒ、１３ｂによって再び各色光に分離される。すなわち、反射された合成光のうちの赤色光成分は出光面（第四面）に入光し、反射面１３ｒにおいて反射されると共に反射面１３ｂを透過して第一面から出光する。また、青色光成分は出光面（第四面）に入光し、反射面１３ｒを透過すると共に反射面１３ｂにおいて反射されて第二面から出光する。そして、緑色光成分は出光面（第四面）に入光し、反射面１３ｒおよび反射面１３ｂを透過して第三面から出光する。このように分離された各色光は、反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂによって集光され、再度、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光する。
【００２８】
ここで、例えば、偏光方向をランダム化するランダム偏光化素子や、位相を所定分量だけ変化させる位相差板などの偏光回転体１５を、光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ（または反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂ）から偏光分離体１４までの間の光路内に配置することで、偏光分離体１４において反射された第二の偏光の偏光状態を変化させることができる。このため、偏光分離体１４において反射され、再度、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光された光の一方の偏光成分は、偏光分離体１４を透過することができるようになり、偏光変換光源装置１からの出力光として利用することができる。なお、位相差板を用いる場合は、ランダム偏光化素子を用いる場合と比較して、少ない反射回数で、偏光分離体１４からの反射光の偏光を揃え、出力光として取り出すことが可能である。つまり、位相差板を用いる場合には、ランダム偏光化素子を用いる場合と比較して、反射による光の散逸を抑制し、損失を低減できる。
【００２９】
より詳細には、例えば、光源１１ｒからの赤色光は、図１Ａに示されるように出力光として取り出される。まず、光源１１ｒから発せられた赤色光は、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光し、反射面１３ｒにおける反射を経て、出光面から赤色光Ｒ１として取り出される。取り出された赤色光Ｒ１は、偏光分離体１４に入光し、偏光分離体１４からは、第一の方向に偏光された赤色光Ｒ２が出光する。また、偏光分離体１４において反射された第二の方向に偏光された赤色光は、偏光回転体１５を透過することにより、第二の方向とは異なる方向の偏光を含む赤色光Ｒ３となる。赤色光Ｒ３は、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光し、反射面１３ｒによって再び反射される。反射面１３ｒによって反射された光は、反射体１２ｒによって集光され、再度、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光する。そして、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光した光は、反射面１３ｒによって反射して、赤色光Ｒ４として取り出され、赤色光Ｒ４は、偏光回転体１５を経て、偏光分離体１４に入光する。偏光分離体１４からは、第一の方向に偏光された赤色光Ｒ５が出光する。
【００３０】
また、光源１１ｂからの青色光は、図１Ｂに示されるように出力光として取り出される。まず、光源１１ｂから発せられた青色光は、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光し、反射面１３ｂにおける反射を経て、出光面から青色光Ｂ１として取り出される。取り出された青色光Ｂ１は、偏光分離体１４に入光し、偏光分離体１４からは、第一の方向に偏光された青色光Ｂ２が出光する。また、偏光分離体１４において反射された第二の方向に偏光された青色光は、偏光回転体１５を透過することにより、第二の方向とは異なる方向の偏光を含む青色光Ｂ３となる。青色光Ｂ３は、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光し、反射面１３ｂによって再び反射される。反射面１３ｂによって反射された光は、反射体１２ｂによって集光され、再度、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光する。そして、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光した光は、反射面１３ｂによって反射して、青色光Ｂ４として取り出され、青色光Ｂ４は、偏光回転体１５を経て、偏光分離体１４に入光する。偏光分離体１４からは、第一の方向に偏光された青色光Ｂ５が出光する。
【００３１】
また、光源１１ｇからの緑色光は、図１Ｃに示されるように出力光として取り出される。まず、光源１１ｇから発せられた緑色光は、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光し、反射面１３ｒおよび反射面１３ｂを透過して、出光面から緑色光Ｇ１として取り出される。取り出された緑色光Ｇ１は、偏光分離体１４に入光し、偏光分離体１４からは、第一の方向に偏光された緑色光Ｇ２が出光する。また、偏光分離体１４において反射された第二の方向に偏光された緑色光は、偏光回転体１５を透過することにより、第二の方向とは異なる方向の偏光を含む緑色光Ｇ３となる。緑色光Ｇ３は、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光し、反射面１３ｒおよび反射面１３ｂを透過する。反射面１３ｒおよび反射面１３ｂを透過した光は、反射体１２ｇによって集光され、再度、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光する。そして、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光した光は、反射面１３ｒおよび反射面１３ｂを透過して、緑色光Ｇ４として取り出され、緑色光Ｇ４は、偏光回転体１５を経て、偏光分離体１４に入光する。偏光分離体１４からは、第一の方向に偏光された緑色光Ｇ５が出光する。
【００３２】
上述の光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂとしては、例えば、ＬＥＤを用いることができる。なお、光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの先端にはレンズを取り付けて出光角度を制御してもよい。
【００３３】
光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの周囲に配置される反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂとしては、例えば、凹面鏡を用いることができる。反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの反射層は、例えば、反射体の主面に、真空蒸着やスパッタリングなどの方法を用い、アルミニウム等の金属を積層することで形成することができる。なお、反射層に用いる材料は、光を反射する材料であれば特に限定されず、アルミニウム、銀などの各種金属材料をはじめとする各種材料を用いることができる。光の反射率、吸光による光量低下を抑制する観点からは、アルミニウムや、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２等の誘電体の多層膜を用いることが好ましい。生産性の観点からは、アルミニウムを用いることが好ましい。アルミニウムとＳｉＯ２、ＴｉＯ２などの層構造を用いても良い。
【００３４】
反射層の厚みは、５ｎｍから３００ｎｍが好ましく、１０ｎｍから２００ｎｍがより好ましい。５ｎｍ以上であれば、反射効率の低下が起きず、３００ｎｍ以下であれば生産性に優れる。
【００３５】
反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂおよび反射層は、少なくとも偏光分離体１４から反射された光を再度反射させる機能を有していれば良く、その形状は制限されない。再度反射された光が平行光となるように、シミュレーション等を用いて設計するとより好ましい。
【００３６】
無偏光クロスダイクロイックプリズム１３は、赤色光、青色光、緑色光の分解、合成が可能であれば特に限定されない。例えば、国際公開２００９／０４１０３８号パンフレットなどに開示のある無偏光クロスダイクロイックプリズムを用いることができる。
【００３７】
偏光分離体１４は、偏光分離可能な反射型の部材であれば特に限定されず、例えば、ワイヤグリッド偏光板や、複屈折材料を用いた多層フィルムなどを用いることができる。特に、ワイヤグリッド偏光板は、可視光における良好な反射特性および透過特性が得られるため好ましい。ワイヤグリッド偏光板としては、例えば、ＷＧＦ（旭化成社製）などが挙げられる。複屈折材料を用いた多層フィルムとしては、例えば、Ｄ−ＢＥＦ（スリーエム社製）などが挙げられる。
【００３８】
偏光回転体１５として用いるランダム偏光化素子としては、例えば、拡散フィルムやレンズフィルムを挙げることができる。このようなランダム偏光化素子を用いることによって、偏光分離体１４を透過可能とし、光の利用効率を高めることができる。
【００３９】
偏光回転体１５として用いる位相差板としては、例えば、１／４波長位相差フィルムなどの位相差フィルムを挙げることができる。当該位相差フィルムとしては、ＣＯＰ、ＴＡＣ基材の延伸品を用いることができる。また、各色の波長に対応した位相差フィルムを用いることが好ましい。また、複数の位相差フィルムを組み合わせて使用することもできる。なお、波長位相差フィルムに、レンズフィルムや拡散フィルムを組み合わせて用いる場合は、レンズフィルムや拡散フィルムが、位相差回転機能や複屈折を有さないことが好ましい。
【００４０】
なお、位相差フィルムは、第二の偏光を第一の偏光に変換できればよく、位相差フィルムの数や、位相差フィルムの位相回転角度は限定されない。例えば、１枚の１／４位相差フィルムを用いる場合、変換効率がピークとなる波長を調整するために、１／４位相差フィルム１枚と、１／２位相差フィルム１枚と、を組み合わせて用いる構成としても良い。この場合、２枚の位相差フィルムを積層しても良く、２枚の位相差フィルム間に中間層を介在させてもよい。また、１／８位相差フィルムを２枚用いても良い。
【００４１】
また、上記位相差板としては、複数の複屈折結晶を組み合わせて位相差の波長依存性を抑えた広帯域波長板を用いることもできる。広帯域波長板を用いる場合には、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３の出光面から偏光分離体１４の間に一枚配置するのみで各色の位相変換が可能となる。なお、これらの広帯域波長板の中でも、広帯域１／４波長板を用いることがより好ましい。
【００４２】
なお、光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ（または反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂ）から偏光分離体１４までの間の光路内に配置される偏光回転体１５は、偏光方向を回転できるものであれば特に限定されず、ランダム偏光化素子や位相差板以外の各種偏光回転素子を用いることもできる。
【００４３】
本実施の形態に係る上述の偏光変換光源装置１は、投射型表示装置、直視型ディスプレイ、液晶表示装置、液晶プロジェクタなどの光源装置として用いることができる。
【００４４】
図２は、本実施の形態に係る偏光変換光源装置１と透過型液晶バルブ（ＬＣＤ）２１を用いた液晶プロジェクタ２の構成を示す模式図である。
【００４５】
図２に示すように、本実施の形態に係る透過型液晶プロジェクタ２は、上記偏光変換光源装置１を用いるものである。当該透過型液晶プロジェクタ２は、偏光変換光源装置１に加え、透過型液晶バルブ２１と、偏光板２２と、投射レンズ２３と、を有する。偏光変換光源装置１における光路等の詳細は、上述の通りである。透過型液晶バルブ２１は、偏光変換光源装置１の偏光分離体１４から出光される光が入光するように配置されている。偏光板２２は、透過型液晶バルブ２１を透過した光が入射するように配置されている。また、投射レンズ２３は、偏光板２２を透過した光が入光するように配置されている。偏光変換光源装置１からの光強度が大きく、偏光の揃った偏光光は、透過型液晶バルブ２１、偏光板２２、投射レンズ２３を経由して投影される。なお、偏光分離体１４の透過型液晶バルブ２１側に偏光板を備えていても良い。
【００４６】
図３は、本実施の形態に係る偏光変換光源装置１と反射型液晶バルブ（Ｌｃｏｓ）３１を用いた液晶プロジェクタ３の概念図である。
【００４７】
図３に示すように、本実施の形態に係る反射型液晶プロジェクタ３は、上記偏光変換光源装置１を用いるものである。当該反射型液晶プロジェクタ３は、偏光変換光源装置１に加え、反射型液晶バルブ３１と、ＰＢＳまたは反射型偏光板３２と、投射レンズ３３と、を有する。偏光変換光源装置１における光路等の詳細は、上述の通りである。反射型液晶バルブ３１は、偏光変換光源装置１の偏光分離体１４から出光される光が、ＰＢＳまたは反射型偏光板３２において反射され、入光するように配置されている。また、投射レンズ３３は、反射型液晶バルブ３１において変調され、反射された光が入光するように配置されている。偏光変換光源装置１からの光強度が大きく、偏光の揃った偏光光は、ＰＢＳまたは反射型偏光板３２で反射され、反射型液晶バルブ３１に投影されて変調、反射される。そして、ＰＢＳまたは反射型偏光板３２を透過し、投射レンズ３３を経由して投影される。偏光分離体１４のＰＢＳまたは反射型偏光板３２側に偏光板を備えていても良い。
【００４８】
上述のように、本発明に係る偏光変換光源装置１においては、三つの光源を用いると共に、各光源に対応する反射板を設けることによって、偏光分離体からの反射光を有効に利用することができる。このため、偏光変換光源装置からの出力光の強度を十分に確保することができる。また、白色光源を用いずに異なる波長の光を発する複数の光源を用いるため、光学系の設計が容易になり、また、偏光変換光源装置を小型化することができる。
【００４９】
また、本発明に係る偏光変換光源装置１においては、無偏光ダイクロイックプリズムを用いることにより、無偏光ダイクロイックプリズムから出光する光が無偏光となるため、光を分離し、別途の偏光回転体によって偏光方向を揃える必要がない。つまり、出光する光を分離する必要がなくなるため、光の利用効率を高めることができる。また、出光する光の分離が不要となるため、偏光変換光源装置を小型化することができる。また、各波長の光に対して、光源と、反射体と、無偏光ダイクロイックプリズムと、反射型の偏光分離体とが、同一の軸線上に配置されているため、同一軸線上において偏光変換が実現される。つまり、光を分離して、偏光変換を行う必要がないため、偏光変換光源装置を小型化することができる。
【００５０】
このように、本発明によって、光の利用効率を高く保ちつつ小型化された偏光変換光源装置が提供される。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の偏光変換光源装置は、液晶ディスプレイや、液晶表示装置など、各種光学機器に好適に使用できる。
【符号の説明】
【００５２】
１ 偏光変換光源装置
２ 透過型液晶プロジェクタ
３ 反射型液晶プロジェクタ
１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ 光源
１２ｒ、１２ｇ、１２ｂ 反射体
１３ 無偏光クロスダイクロイックプリズム
１３ｒ、１３ｂ 反射面
１４ 偏光分離体
１５ 偏光回転体
２１ 透過型液晶バルブ
２２ 偏光板
２３ 投射レンズ
３１ 反射型液晶バルブ
３２ ＰＢＳまたは反射型偏光板
３３ 投射レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から出光された光束を偏光方向の揃った偏光に変換する偏光変換光源装置およびそれを用いた投射型液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶ディスプレイなどの液晶表示装置として、光源からの出射光に対して表示画像に対応する変調を施した後、投写光学系を介して投写画像を形成するものが知られている。この液晶表示装置で使用される液晶ライトバルブは、光源からの光の一方の偏光成分のみを使用し、通常は、光源からの光の他方の偏光成分は使用されない。
【０００３】
近年、光源からの光の利用効率改善のため、上述の使用されない偏光光を、偏光変換装置を用いて使用できる偏光光に変換する構成が提案されている。例えば、特許文献１には、多数の偏光板やクロスダイクロイックプリズムなどを偏光変換装置として用いるプロジェクタが開示されている。
【０００４】
特許文献１に記載される偏光変換光源装置では、偏光変換装置への入射光の一方の偏光成分は、偏光分離面を透過し、１／２波長位相差フィルムを透過して直交する偏光光に変換される。一方、入射光の別の一方の偏光成分は、偏光分離面で反射された後、反射鏡によって反射され、変換された偏光光と略同じ方向に出光される。つまり、偏光分離面で反射された偏光光と、偏光分離面を透過して偏光変換された偏光光とは、略位相の揃った光として略同じ方向に出光される。このように、特許文献１に記載の偏光変換光源装置においては、入射光の一の偏光成分を別の一の偏光成分に変換することにより、液晶ライトバルブに入射される光の利用効率が改善される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２５８７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の偏光変換光源装置は、白色光源からの白色光をダイクロイックミラーによって赤、緑、青の各色光に分離し、さらに、赤、緑、青の各色光をクロスダイクロイックにより合成して光学像を形成するため、装置が大型化してしまうという問題がある。図４は、従来の偏光変換光源装置４１を用いた液晶プロジェクタの構成例を示す模式図である。図４に示される偏光変換光源装置４１では、白色光源４２から出光された光は、偏光性を有するダイクロイックプリズム４３で色分解された後、偏光分離体４４ｒ、４４ｇ、４４ｂにより、透過光と反射光に分離される。各色の透過光は透過型液晶バルブ４５ｒ、４５ｇ、４５ｂを透過し、再度、偏光性を有するダイクロイックプリズム４６で合成され、投影レンズ４７を経由し画像が投影される。このような構成の偏光変換光源装置４１では、光源からの光を、各色の偏光分離面に効率よく集光、透過させるために複雑なレンズ設計と長い光路が必要となる。このため、装置の小型化は困難である。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、光の利用効率を高く保ちつつ小型化された偏光変換光源装置およびそれを用いた投射型液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の偏光変換光源装置は、互いに略直交し、所定の波長の光を反射する二つの反射面を有する無偏光クロスダイクロイックプリズムと、互いに異なる波長の光をそれぞれ発する三つの光源と、各光源に対応する三つの反射体と、反射型の偏光分離体と、を有し、第一の光源は、当該光源からの光が前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの第一面に入光するように前記第一面側に配置され、第二の光源は、当該光源からの光が前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第一面と対向する第二面に入光するように前記第二面側に配置され、第三の光源は、当該光源からの光が前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第一面および前記第二面に隣接する第三面に入光するように前記第三面側に配置され、前記偏光分離体は、前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第三面と対向する第四面から出光した光が入光するように前記第四面側に配置され、第一の反射体は、前記偏光分離体において反射され、前記第一面から出光した光が入光するように前記第一面側に配置され、第二の反射体は、前記偏光分離体において反射され、前記第二面から出光した光が入光するように前記第二面側に配置され、第三の反射体は、前記偏光分離体において反射され、前記第三面から出光した光が入光するように前記第三面側に配置されたことを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、三つの光源を用いると共に、各光源に対応する反射板を設けることによって、偏光分離体からの反射光を有効に利用することができる。このため、偏光変換光源装置からの出力光の強度を十分に確保することができる。また、白色光源を用いずに異なる波長の光を発する複数の光源を用いるため、光学系の設計が容易になり、また、偏光変換光源装置を小型化することができる。
【００１０】
本発明の偏光変換光源装置において、前記第一面に入光した前記第一の光源からの光は、前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの第一反射面において反射されると共に第二反射面を透過して前記第四面から出光し、その一部が前記偏光分離体において反射され、当該反射された光は前記第四面に入光し、前記第一反射面において反射されると共に前記第二反射面を透過して前記第一面から出光し、前記第一の反射体において反射されて再度前記第一面に入光し、前記第二面に入光した前記第二の光源からの光は、前記第一反射面を透過すると共に前記第二反射面において反射されて前記第四面から出光し、その一部が前記偏光分離体において反射され、当該反射された光は前記第四面に入光し、前記第一反射面を透過すると共に前記第二反射面において反射されて前記第二面から出光し、前記第二の反射体において反射されて再度前記第二面に入光し、前記第三面に入光した前記第三の光源からの光は、前記第一反射面を透過すると共に前記第二反射面を透過して前記第四面から出光し、その一部が前記偏光分離体において反射され、当該反射された光は前記第四面に入光し、前記第一反射面を透過すると共に前記第二反射面を透過して前記第三面から出光し、前記第三の反射体において反射されて再度前記第三面に入光しても良い。
【００１１】
本発明の偏光変換光源装置において、前記反射体と前記偏光分離体との光路間に、偏光回転体を設けても良い。また、本発明の偏光変換光源装置において、前記偏光回転体が、広帯域１／４波長位相差フィルムであっても良い。また、本発明の偏光変換光源装置において、前記偏光回転体が、少なくとも１枚の１／４波長位相差フィルムと少なくとも１枚の１／２位相差フィルムとの積層体であっても良い。
【００１２】
上記構成によれば、偏光分離体からの反射光の偏光方向を適切に変換することができるため、偏光分離体からの反射光をより有効に利用することができる。
【００１３】
本発明の偏光変換光源装置において、前記偏光分離体が、ワイヤグリッド偏光板であっても良い。また、本発明の偏光変換光源装置において、前記偏光分離体が、複屈折材料を有する多層フィルムであっても良い。
【００１４】
本発明の偏光変換光源装置において、前記光源と前記無偏光ダイクロイックプリズムの間にレンズを具備しても良い。
【００１５】
本発明の投射型液晶表示装置は、前記偏光変換光源装置と、透過型液晶素子と、投射レンズと、を具備し、前記透過型液晶素子は、前記偏光変換光源装置から出光した光が前記透過型液晶素子に入光するように配置され、前記投射レンズは、前記透過型液晶素子から出光した光が前記投射レンズに入光するように配置されたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の投射型液晶表示装置において、前記偏光変換光源装置の出光側に吸収型偏光板を具備しても良い。
【００１７】
本発明の投射型液晶表示装置は、前記偏光変換光源装置と、反射型液晶素子と、ポーラライジングビームスプリッターと、投射レンズと、を具備し、前記反射型液晶素子および前記ポーラライジングビームスプリッターは、前記偏光変換光源装置から出光した光が前記ポーラライジングビームスプリッターを通じて前記反射型液晶素子に入光するように配置され、前記投射レンズは、前記反射型液晶素子から出光した光が前記ポーラライジングビームスプリッターを通じて前記投射レンズに入光するように配置されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、三つの光源を用いると共に、各光源に対応する反射板を設けることによって、偏光分離体からの反射光を有効に利用することができる。このため、偏光変換光源装置からの出力光の強度を十分に確保することができる。また、白色光源を用いずに異なる波長の光を発する複数の光源を用いるため、光学系の設計が容易になり、また、偏光変換光源装置を小型化することができる。このため、光の利用効率を高く保ちつつ小型化された偏光変換光源装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】実施の形態に係る偏光変換光源装置の構成および赤色光の光路を示す模式図である。
【図１Ｂ】実施の形態に係る偏光変換光源装置の構成および青色光の光路を示す模式図である。
【図１Ｃ】実施の形態に係る偏光変換光源装置の構成および緑色光の光路を示す模式図である。
【図２】実施の形態に係る偏光変換光源装置を用いた透過型液晶プロジェクタの構成を示す模式図である。
【図３】実施の形態に係る偏光変換光源装置を用いた反射型液晶プロジェクタの構成を示す模式図である。
【図４】従来の偏光変換光源装置を用いた液晶プロジェクタの構成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明者らは、三つの光源を用いると共に、各光源に対応する反射板を設けることによって、装置を小型化しつつ、偏光分離体からの反射光を有効に利用できることを見出した。以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃは、本実施の形態に係る偏光変換光源装置１の構成を示す模式図である。図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃに示される偏光変換光源装置１は、三つの光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂと、光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂに対応して配置される三つの反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂと、入射された光を反射または透過する無偏光クロスダイクロイックプリズム１３と、反射型の偏光分離体１４と、を有する。
【００２２】
光源１１ｒは、赤色光を発光可能に構成されている。同様に、光源１１ｇは、緑色光を発光可能に構成されており、光源１１ｂは、青色光を発光可能に構成されている。また、光源１１ｒは、光源１１ｒからの光が、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３の図面左側の一表面（第一面）に略垂直に入射するように、当該一表面側に配置されている。同様に、光源１１ｇは、光源１１ｇからの光が、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３の図面下側の一表面（第三面）に略垂直に入射するように、当該一表面側に配置されている。また、光源１１ｂは、光源１１ｂからの光が、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３の図面右側の一表面（第二面）に略垂直に入射するように、当該一表面側に配置されている。
【００２３】
反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂは、光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂに対応して、それぞれ、第一面側、第三面側、第二面側に配置されている。反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂは、反射型の偏光分離体１４において反射された光を集光、反射して、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光させる機能を有する。また、反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂは、光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂからの光を集光する機能を有していても良い。
【００２４】
無偏光クロスダイクロイックプリズム１３は、所定の波長の光を反射し、他の波長の光を透過する二つの反射面１３ｒ、１３ｂを有する。当該反射面１３ｒ、１３ｂは、互いに略直交している。具体的には、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３の反射面１３ｒは、赤色光を反射し、他の色の光を透過する。また、反射面１３ｂは、青色光を反射し、他の色の光を透過する。このため、光源１１ｒからの赤色光は、第一面から無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光し、反射面１３ｂを透過し反射面１３ｒにおいて反射されて、出光面である図面上側の一表面（第四面）から出光する。同様に、光源１１ｂからの青色光は、第二面から無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光し、反射面１３ｒを透過し反射面１３ｂにおいて反射されて、出光面（第四面）から出光する。また、光源１１ｇからの緑色光は、反射体１２ｇによって集光されて無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光し、反射面１３ｒ、１３ｂにおいて反射されることなく透過し、出光面（第四面）から出光する。これにより、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３の出光面から出光した赤色光、青色光、緑色光が合成され、無偏光の合成光（白色光）が得られる。
【００２５】
なお、ここでは、反射面１３ｒ、１３ｂは、赤色光または青色光を反射する構成としているが、本発明はこれに限られない。例えば、緑色光を反射する反射面を用いても良い。この場合、反射面において緑色光が反射されて無偏光クロスダイクロイックプリズム１３の上側の一表面から出光するように、光源１１ｇおよび反射体１２ｇを配置することが必要である。また、光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの配置は、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３の反射面の構成に応じて、適宜変更することができる。
【００２６】
偏光分離体１４は、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３から出光された合成光が入光するように、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３の出光面（第四面）側に配置されている。また、偏光分離体１４は、偏光分離体１４に入光した合成光の一方の偏光成分（以下、第一の偏光）を透過し、もう一方の偏光成分（以下、第二の偏光）を反射するように構成されている。このため、合成光の第一の偏光は偏光分離体１４を透過して出光し、第二の偏光は偏光分離体１４において反射される。なお、偏光分離体１４は平面形状であっても良いし、曲面形状であっても良い。曲面形状とすることで、偏光分離体１４にレンズの機能を付加することができる。
【００２７】
上述のように構成された偏光変換光源装置１において、光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂからの光は、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光し、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３の出光面から合成光として取り出される。当該合成光は、偏光分離体１４に入光し、偏光分離体１４からは第一の偏光が出光する。また、偏光分離体１４において反射された第二の偏光は、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３の出光面である上側の一表面から無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光し、二つの反射面１３ｒ、１３ｂによって再び各色光に分離される。すなわち、反射された合成光のうちの赤色光成分は出光面（第四面）に入光し、反射面１３ｒにおいて反射されると共に反射面１３ｂを透過して第一面から出光する。また、青色光成分は出光面（第四面）に入光し、反射面１３ｒを透過すると共に反射面１３ｂにおいて反射されて第二面から出光する。そして、緑色光成分は出光面（第四面）に入光し、反射面１３ｒおよび反射面１３ｂを透過して第三面から出光する。このように分離された各色光は、反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂによって集光され、再度、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光する。
【００２８】
ここで、例えば、偏光方向をランダム化するランダム偏光化素子や、位相を所定分量だけ変化させる位相差板などの偏光回転体１５を、光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ（または反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂ）から偏光分離体１４までの間の光路内に配置することで、偏光分離体１４において反射された第二の偏光の偏光状態を変化させることができる。このため、偏光分離体１４において反射され、再度、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光された光の一方の偏光成分は、偏光分離体１４を透過することができるようになり、偏光変換光源装置１からの出力光として利用することができる。なお、位相差板を用いる場合は、ランダム偏光化素子を用いる場合と比較して、少ない反射回数で、偏光分離体１４からの反射光の偏光を揃え、出力光として取り出すことが可能である。つまり、位相差板を用いる場合には、ランダム偏光化素子を用いる場合と比較して、反射による光の散逸を抑制し、損失を低減できる。
【００２９】
より詳細には、例えば、光源１１ｒからの赤色光は、図１Ａに示されるように出力光として取り出される。まず、光源１１ｒから発せられた赤色光は、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光し、反射面１３ｒにおける反射を経て、出光面から赤色光Ｒ１として取り出される。取り出された赤色光Ｒ１は、偏光分離体１４に入光し、偏光分離体１４からは、第一の方向に偏光された赤色光Ｒ２が出光する。また、偏光分離体１４において反射された第二の方向に偏光された赤色光は、偏光回転体１５を透過することにより、第二の方向とは異なる方向の偏光を含む赤色光Ｒ３となる。赤色光Ｒ３は、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光し、反射面１３ｒによって再び反射される。反射面１３ｒによって反射された光は、反射体１２ｒによって集光され、再度、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光する。そして、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光した光は、反射面１３ｒによって反射して、赤色光Ｒ４として取り出され、赤色光Ｒ４は、偏光回転体１５を経て、偏光分離体１４に入光する。偏光分離体１４からは、第一の方向に偏光された赤色光Ｒ５が出光する。
【００３０】
また、光源１１ｂからの青色光は、図１Ｂに示されるように出力光として取り出される。まず、光源１１ｂから発せられた青色光は、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光し、反射面１３ｂにおける反射を経て、出光面から青色光Ｂ１として取り出される。取り出された青色光Ｂ１は、偏光分離体１４に入光し、偏光分離体１４からは、第一の方向に偏光された青色光Ｂ２が出光する。また、偏光分離体１４において反射された第二の方向に偏光された青色光は、偏光回転体１５を透過することにより、第二の方向とは異なる方向の偏光を含む青色光Ｂ３となる。青色光Ｂ３は、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光し、反射面１３ｂによって再び反射される。反射面１３ｂによって反射された光は、反射体１２ｂによって集光され、再度、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光する。そして、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光した光は、反射面１３ｂによって反射して、青色光Ｂ４として取り出され、青色光Ｂ４は、偏光回転体１５を経て、偏光分離体１４に入光する。偏光分離体１４からは、第一の方向に偏光された青色光Ｂ５が出光する。
【００３１】
また、光源１１ｇからの緑色光は、図１Ｃに示されるように出力光として取り出される。まず、光源１１ｇから発せられた緑色光は、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光し、反射面１３ｒおよび反射面１３ｂを透過して、出光面から緑色光Ｇ１として取り出される。取り出された緑色光Ｇ１は、偏光分離体１４に入光し、偏光分離体１４からは、第一の方向に偏光された緑色光Ｇ２が出光する。また、偏光分離体１４において反射された第二の方向に偏光された緑色光は、偏光回転体１５を透過することにより、第二の方向とは異なる方向の偏光を含む緑色光Ｇ３となる。緑色光Ｇ３は、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光し、反射面１３ｒおよび反射面１３ｂを透過する。反射面１３ｒおよび反射面１３ｂを透過した光は、反射体１２ｇによって集光され、再度、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光する。そして、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３に入光した光は、反射面１３ｒおよび反射面１３ｂを透過して、緑色光Ｇ４として取り出され、緑色光Ｇ４は、偏光回転体１５を経て、偏光分離体１４に入光する。偏光分離体１４からは、第一の方向に偏光された緑色光Ｇ５が出光する。
【００３２】
上述の光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂとしては、例えば、ＬＥＤを用いることができる。なお、光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの先端にはレンズを取り付けて出光角度を制御してもよい。
【００３３】
光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの周囲に配置される反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂとしては、例えば、凹面鏡を用いることができる。反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂの反射層は、例えば、反射体の主面に、真空蒸着やスパッタリングなどの方法を用い、アルミニウム等の金属を積層することで形成することができる。なお、反射層に用いる材料は、光を反射する材料であれば特に限定されず、アルミニウム、銀などの各種金属材料をはじめとする各種材料を用いることができる。光の反射率、吸光による光量低下を抑制する観点からは、アルミニウムや、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２等の誘電体の多層膜を用いることが好ましい。生産性の観点からは、アルミニウムを用いることが好ましい。アルミニウムとＳｉＯ２、ＴｉＯ２などの層構造を用いても良い。
【００３４】
反射層の厚みは、５ｎｍから３００ｎｍが好ましく、１０ｎｍから２００ｎｍがより好ましい。５ｎｍ以上であれば、反射効率の低下が起きず、３００ｎｍ以下であれば生産性に優れる。
【００３５】
反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂおよび反射層は、少なくとも偏光分離体１４から反射された光を再度反射させる機能を有していれば良く、その形状は制限されない。再度反射された光が平行光となるように、シミュレーション等を用いて設計するとより好ましい。
【００３６】
無偏光クロスダイクロイックプリズム１３は、赤色光、青色光、緑色光の分解、合成が可能であれば特に限定されない。例えば、国際公開２００９／０４１０３８号パンフレットなどに開示のある無偏光クロスダイクロイックプリズムを用いることができる。
【００３７】
偏光分離体１４は、偏光分離可能な反射型の部材であれば特に限定されず、例えば、ワイヤグリッド偏光板や、複屈折材料を用いた多層フィルムなどを用いることができる。特に、ワイヤグリッド偏光板は、可視光における良好な反射特性および透過特性が得られるため好ましい。ワイヤグリッド偏光板としては、例えば、ＷＧＦ（旭化成社製）などが挙げられる。複屈折材料を用いた多層フィルムとしては、例えば、Ｄ−ＢＥＦ（スリーエム社製）などが挙げられる。
【００３８】
偏光回転体１５として用いるランダム偏光化素子としては、例えば、拡散フィルムやレンズフィルムを挙げることができる。このようなランダム偏光化素子を用いることによって、偏光分離体１４を透過可能とし、光の利用効率を高めることができる。
【００３９】
偏光回転体１５として用いる位相差板としては、例えば、１／４波長位相差フィルムなどの位相差フィルムを挙げることができる。当該位相差フィルムとしては、ＣＯＰ、ＴＡＣ基材の延伸品を用いることができる。また、各色の波長に対応した位相差フィルムを用いることが好ましい。また、複数の位相差フィルムを組み合わせて使用することもできる。なお、波長位相差フィルムに、レンズフィルムや拡散フィルムを組み合わせて用いる場合は、レンズフィルムや拡散フィルムが、位相差回転機能や複屈折を有さないことが好ましい。
【００４０】
なお、位相差フィルムは、第二の偏光を第一の偏光に変換できればよく、位相差フィルムの数や、位相差フィルムの位相回転角度は限定されない。例えば、１枚の１／４位相差フィルムを用いる場合、変換効率がピークとなる波長を調整するために、１／４位相差フィルム１枚と、１／２位相差フィルム１枚と、を組み合わせて用いる構成としても良い。この場合、２枚の位相差フィルムを積層しても良く、２枚の位相差フィルム間に中間層を介在させてもよい。また、１／８位相差フィルムを２枚用いても良い。
【００４１】
また、上記位相差板としては、複数の複屈折結晶を組み合わせて位相差の波長依存性を抑えた広帯域波長板を用いることもできる。広帯域波長板を用いる場合には、無偏光クロスダイクロイックプリズム１３の出光面から偏光分離体１４の間に一枚配置するのみで各色の位相変換が可能となる。なお、これらの広帯域波長板の中でも、広帯域１／４波長板を用いることがより好ましい。
【００４２】
なお、光源１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ（または反射体１２ｒ、１２ｇ、１２ｂ）から偏光分離体１４までの間の光路内に配置される偏光回転体１５は、偏光方向を回転できるものであれば特に限定されず、ランダム偏光化素子や位相差板以外の各種偏光回転素子を用いることもできる。
【００４３】
本実施の形態に係る上述の偏光変換光源装置１は、投射型表示装置、直視型ディスプレイ、液晶表示装置、液晶プロジェクタなどの光源装置として用いることができる。
【００４４】
図２は、本実施の形態に係る偏光変換光源装置１と透過型液晶バルブ（ＬＣＤ）２１を用いた液晶プロジェクタ２の構成を示す模式図である。
【００４５】
図２に示すように、本実施の形態に係る透過型液晶プロジェクタ２は、上記偏光変換光源装置１を用いるものである。当該透過型液晶プロジェクタ２は、偏光変換光源装置１に加え、透過型液晶バルブ２１と、偏光板２２と、投射レンズ２３と、を有する。偏光変換光源装置１における光路等の詳細は、上述の通りである。透過型液晶バルブ２１は、偏光変換光源装置１の偏光分離体１４から出光される光が入光するように配置されている。偏光板２２は、透過型液晶バルブ２１を透過した光が入射するように配置されている。また、投射レンズ２３は、偏光板２２を透過した光が入光するように配置されている。偏光変換光源装置１からの光強度が大きく、偏光の揃った偏光光は、透過型液晶バルブ２１、偏光板２２、投射レンズ２３を経由して投影される。なお、偏光分離体１４の透過型液晶バルブ２１側に偏光板を備えていても良い。
【００４６】
図３は、本実施の形態に係る偏光変換光源装置１と反射型液晶バルブ（Ｌｃｏｓ）３１を用いた液晶プロジェクタ３の概念図である。
【００４７】
図３に示すように、本実施の形態に係る反射型液晶プロジェクタ３は、上記偏光変換光源装置１を用いるものである。当該反射型液晶プロジェクタ３は、偏光変換光源装置１に加え、反射型液晶バルブ３１と、ＰＢＳまたは反射型偏光板３２と、投射レンズ３３と、を有する。偏光変換光源装置１における光路等の詳細は、上述の通りである。反射型液晶バルブ３１は、偏光変換光源装置１の偏光分離体１４から出光される光が、ＰＢＳまたは反射型偏光板３２において反射され、入光するように配置されている。また、投射レンズ３３は、反射型液晶バルブ３１において変調され、反射された光が入光するように配置されている。偏光変換光源装置１からの光強度が大きく、偏光の揃った偏光光は、ＰＢＳまたは反射型偏光板３２で反射され、反射型液晶バルブ３１に投影されて変調、反射される。そして、ＰＢＳまたは反射型偏光板３２を透過し、投射レンズ３３を経由して投影される。偏光分離体１４のＰＢＳまたは反射型偏光板３２側に偏光板を備えていても良い。
【００４８】
上述のように、本発明に係る偏光変換光源装置１においては、三つの光源を用いると共に、各光源に対応する反射板を設けることによって、偏光分離体からの反射光を有効に利用することができる。このため、偏光変換光源装置からの出力光の強度を十分に確保することができる。また、白色光源を用いずに異なる波長の光を発する複数の光源を用いるため、光学系の設計が容易になり、また、偏光変換光源装置を小型化することができる。
【００４９】
また、本発明に係る偏光変換光源装置１においては、無偏光ダイクロイックプリズムを用いることにより、無偏光ダイクロイックプリズムから出光する光が無偏光となるため、光を分離し、別途の偏光回転体によって偏光方向を揃える必要がない。つまり、出光する光を分離する必要がなくなるため、光の利用効率を高めることができる。また、出光する光の分離が不要となるため、偏光変換光源装置を小型化することができる。また、各波長の光に対して、光源と、反射体と、無偏光ダイクロイックプリズムと、反射型の偏光分離体とが、同一の軸線上に配置されているため、同一軸線上において偏光変換が実現される。つまり、光を分離して、偏光変換を行う必要がないため、偏光変換光源装置を小型化することができる。
【００５０】
このように、本発明によって、光の利用効率を高く保ちつつ小型化された偏光変換光源装置が提供される。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の偏光変換光源装置は、液晶ディスプレイや、液晶表示装置など、各種光学機器に好適に使用できる。
【符号の説明】
【００５２】
１ 偏光変換光源装置
２ 透過型液晶プロジェクタ
３ 反射型液晶プロジェクタ
１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ 光源
１２ｒ、１２ｇ、１２ｂ 反射体
１３ 無偏光クロスダイクロイックプリズム
１３ｒ、１３ｂ 反射面
１４ 偏光分離体
１５ 偏光回転体
２１ 透過型液晶バルブ
２２ 偏光板
２３ 投射レンズ
３１ 反射型液晶バルブ
３２ ＰＢＳまたは反射型偏光板
３３ 投射レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに略直交し、所定の波長の光を反射する二つの反射面を有する無偏光クロスダイクロイックプリズムと、互いに異なる波長の光をそれぞれ発する三つの光源と、各光源に対応する三つの反射体と、反射型の偏光分離体と、を有し、
第一の光源は、当該光源からの光が前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの第一面に入光するように前記第一面側に配置され、
第二の光源は、当該光源からの光が前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第一面と対向する第二面に入光するように前記第二面側に配置され、
第三の光源は、当該光源からの光が前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第一面および前記第二面に隣接する第三面に入光するように前記第三面側に配置され、
前記偏光分離体は、前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第三面と対向する第四面から出光した光が入光するように前記第四面側に配置され、
第一の反射体は、前記偏光分離体において反射され、前記第一面から出光した光が入光するように前記第一面側に配置され、
第二の反射体は、前記偏光分離体において反射され、前記第二面から出光した光が入光するように前記第二面側に配置され、
第三の反射体は、前記偏光分離体において反射され、前記第三面から出光した光が入光するように前記第三面側に配置されたことを特徴とする偏光変換光源装置。
【請求項２】
前記第一面に入光した前記第一の光源からの光は、前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの第一反射面において反射されると共に第二反射面を透過して前記第四面から出光し、その一部が前記偏光分離体において反射され、当該反射された光は前記第四面に入光し、前記第一反射面において反射されると共に前記第二反射面を透過して前記第一面から出光し、前記第一の反射体において反射されて再度前記第一面に入光し、
前記第二面に入光した前記第二の光源からの光は、前記第一反射面を透過すると共に前記第二反射面において反射されて前記第四面から出光し、その一部が前記偏光分離体において反射され、当該反射された光は前記第四面に入光し、前記第一反射面を透過すると共に前記第二反射面において反射されて前記第二面から出光し、前記第二の反射体において反射されて再度前記第二面に入光し、
前記第三面に入光した前記第三の光源からの光は、前記第一反射面を透過すると共に前記第二反射面を透過して前記第四面から出光し、その一部が前記偏光分離体において反射され、当該反射された光は前記第四面に入光し、前記第一反射面を透過すると共に前記第二反射面を透過して前記第三面から出光し、前記第三の反射体において反射されて再度前記第三面に入光することを特徴とする請求項１に記載の偏光変換光源装置。
【請求項３】
前記反射体と前記偏光分離体との光路間に、偏光回転体を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の偏光変換光源装置。
【請求項４】
前記偏光回転体が、広帯域１／４波長位相差フィルムであることを特徴とする請求項３に記載の偏光変換光源装置。
【請求項５】
前記偏光回転体が、少なくとも１枚の１／４波長位相差フィルムと少なくとも１枚の１／２位相差フィルムとの積層体であることを特徴とする請求項３に記載の偏光変換光源装置。
【請求項６】
前記偏光分離体が、ワイヤグリッド偏光板であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の偏光変換光源装置。
【請求項７】
前記偏光分離体が、複屈折材料を有する多層フィルムであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の偏光変換光源装置。
【請求項８】
前記光源と前記無偏光ダイクロイックプリズムの間にレンズを具備することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の偏光変換光源装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の偏光変換光源装置と、透過型液晶素子と、投射レンズと、を具備し、
前記透過型液晶素子は、前記偏光変換光源装置から出光した光が前記透過型液晶素子に入光するように配置され、
前記投射レンズは、前記透過型液晶素子から出光した光が前記投射レンズに入光するように配置されたことを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項１０】
前記偏光変換光源装置の出光側に吸収型偏光板を具備することを特徴とする請求項９に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の偏光変換光源装置と、反射型液晶素子と、ポーラライジングビームスプリッターと、投射レンズと、を具備し、
前記反射型液晶素子および前記ポーラライジングビームスプリッターは、前記偏光変換光源装置から出光した光が前記ポーラライジングビームスプリッターを通じて前記反射型液晶素子に入光するように配置され、
前記投射レンズは、前記反射型液晶素子から出光した光が前記ポーラライジングビームスプリッターを通じて前記投射レンズに入光するように配置されたことを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項１】
互いに略直交し、所定の波長の光を反射する二つの反射面を有する無偏光クロスダイクロイックプリズムと、互いに異なる波長の光をそれぞれ発する三つの光源と、各光源に対応する三つの反射体と、反射型の偏光分離体と、を有し、
第一の光源は、当該光源からの光が前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの第一面に入光するように前記第一面側に配置され、
第二の光源は、当該光源からの光が前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第一面と対向する第二面に入光するように前記第二面側に配置され、
第三の光源は、当該光源からの光が前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第一面および前記第二面に隣接する第三面に入光するように前記第三面側に配置され、
前記偏光分離体は、前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第三面と対向する第四面から出光した光が入光するように前記第四面側に配置され、
第一の反射体は、前記偏光分離体において反射され、前記第一面から出光した光が入光するように前記第一面側に配置され、
第二の反射体は、前記偏光分離体において反射され、前記第二面から出光した光が入光するように前記第二面側に配置され、
第三の反射体は、前記偏光分離体において反射され、前記第三面から出光した光が入光するように前記第三面側に配置されたことを特徴とする偏光変換光源装置。
【請求項２】
前記第一面に入光した前記第一の光源からの光は、前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの第一反射面において反射されると共に第二反射面を透過して前記第四面から出光し、その一部が前記偏光分離体において反射され、当該反射された光は前記第四面に入光し、前記第一反射面において反射されると共に前記第二反射面を透過して前記第一面から出光し、前記第一の反射体において反射されて再度前記第一面に入光し、
前記第二面に入光した前記第二の光源からの光は、前記第一反射面を透過すると共に前記第二反射面において反射されて前記第四面から出光し、その一部が前記偏光分離体において反射され、当該反射された光は前記第四面に入光し、前記第一反射面を透過すると共に前記第二反射面において反射されて前記第二面から出光し、前記第二の反射体において反射されて再度前記第二面に入光し、
前記第三面に入光した前記第三の光源からの光は、前記第一反射面を透過すると共に前記第二反射面を透過して前記第四面から出光し、その一部が前記偏光分離体において反射され、当該反射された光は前記第四面に入光し、前記第一反射面を透過すると共に前記第二反射面を透過して前記第三面から出光し、前記第三の反射体において反射されて再度前記第三面に入光することを特徴とする請求項１に記載の偏光変換光源装置。
【請求項３】
前記反射体と前記偏光分離体との光路間に、偏光回転体を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の偏光変換光源装置。
【請求項４】
前記偏光回転体が、広帯域１／４波長位相差フィルムであることを特徴とする請求項３に記載の偏光変換光源装置。
【請求項５】
前記偏光回転体が、少なくとも１枚の１／４波長位相差フィルムと少なくとも１枚の１／２位相差フィルムとの積層体であることを特徴とする請求項３に記載の偏光変換光源装置。
【請求項６】
前記偏光分離体が、ワイヤグリッド偏光板であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の偏光変換光源装置。
【請求項７】
前記偏光分離体が、複屈折材料を有する多層フィルムであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の偏光変換光源装置。
【請求項８】
前記光源と前記無偏光ダイクロイックプリズムの間にレンズを具備することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の偏光変換光源装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の偏光変換光源装置と、透過型液晶素子と、投射レンズと、を具備し、
前記透過型液晶素子は、前記偏光変換光源装置から出光した光が前記透過型液晶素子に入光するように配置され、
前記投射レンズは、前記透過型液晶素子から出光した光が前記投射レンズに入光するように配置されたことを特徴とする投射型液晶表示装置。
【請求項１０】
前記偏光変換光源装置の出光側に吸収型偏光板を具備することを特徴とする請求項９に記載の投射型液晶表示装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の偏光変換光源装置と、反射型液晶素子と、ポーラライジングビームスプリッターと、投射レンズと、を具備し、
前記反射型液晶素子および前記ポーラライジングビームスプリッターは、前記偏光変換光源装置から出光した光が前記ポーラライジングビームスプリッターを通じて前記反射型液晶素子に入光するように配置され、
前記投射レンズは、前記反射型液晶素子から出光した光が前記ポーラライジングビームスプリッターを通じて前記投射レンズに入光するように配置されたことを特徴とする投射型液晶表示装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１１８４５２（Ｐ２０１２−１１８４５２Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７０３９８（Ｐ２０１０−２７０３９８）
【出願日】平成２２年１２月３日（２０１０．１２．３）
【出願人】（３０９００２３２９）旭化成イーマテリアルズ株式会社 (771)
【出願人】（５０２３８８７８１）有限会社ハイメック (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月３日（２０１０．１２．３）
【出願人】（３０９００２３２９）旭化成イーマテリアルズ株式会社 (771)
【出願人】（５０２３８８７８１）有限会社ハイメック (5)
【Ｆターム（参考）】
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