(57)【要約】【課題】本発明は、簡略な構成によってコントラストの低下を抑制することが可能な投写型液晶表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明による投写型液晶表示装置は、ライトバルブ２に照射する光を発生する光源３と、光源３とライトバルブ２との間の光路上に配置され、光源３からライトバルブ２に照射する光の照度分布を均一化させるインテグレータレンズ４と、光路上に配置され、入射光を第１の直線偏光光に変換する偏光変換素子５とを備え、偏光変換素子５は、インテグレータレンズ４から出射された光を、第１の直線偏光光と、第１の直線偏光光と偏光軸が直交する第２の直線偏光光とに分離するとともに、第２の直線偏光光の出射面に設けられた第２の直線偏光光の偏光軸を９０度回転させるλ／２位相差フィルム５ｃと、第１の直線偏光光の出射面に設けられた第２の直線偏光光を吸収する偏光フィルム６０とを備えることを特徴とする。【選択図】図１
2010066351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライトバルブと、
前記ライトバルブに照射する光を発生する光源と、
前記光源と前記ライトバルブとの間の光路上に配置され、前記光源から前記ライトバルブに照射する光の照度分布を均一化させる、第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとから構成されるインテグレータレンズと、
前記光路上に配置され、入射光を第１の直線偏光光に変換する偏光変換素子と、
を備え、
前記偏光変換素子は、前記インテグレータレンズから出射された光を、前記第１の直線偏光光と、前記第１の直線偏光光と偏光軸が直交する第２の直線偏光光とに分離するとともに、前記第２の直線偏光光の出射面に設けられた前記第２の直線偏光光の偏光軸を９０度回転させるλ／２位相差フィルムと、前記第１の直線偏光光の出射面に設けられた前記第２の直線偏光光を吸収あるいは反射する偏光フィルムとを備えることを特徴とする、投写型液晶表示装置。
【請求項２】
ライトバルブと、
前記ライトバルブに照射する光を発生する光源と、
前記光源と前記ライトバルブとの間の光路上に配置され、前記光源から前記ライトバルブに照射する光の照度分布を均一化させる、第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとから構成されるインテグレータレンズと、
前記光路上に配置され、入射光を第１の直線偏光光に変換する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子の出射面側に離間して配置された偏光板と、
を備え、
前記偏光変換素子は、前記インテグレータレンズから出射された光を、前記第１の直線偏光光と、前記第１の直線偏光光と偏光軸が直交する第２の直線偏光光とに分離するとともに、前記第２の直線偏光光の出射面に設けられた前記第２の直線偏光光の偏光軸を９０度回転させるλ／２位相差フィルムを備え、
前記偏光板の所定の位置には、前記第２の直線偏光光を吸収あるいは反射する偏光フィルムが設けられていることを特徴とする、投写型液晶表示装置。
【請求項３】
前記偏光フィルムは、前記偏光変換素子に設けられた前記λ／２位相差フィルムに対して対向して配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の投写型液晶表示装置。
【請求項４】
前記偏光フィルムは、前記偏光板の所定の両端部に設けられることを特徴とする、請求項２に記載の投写型液晶表示装置。
【請求項５】
前記λ／２位相差フィルムおよび前記偏光フィルムは、無機材料の薄膜にて形成されていることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の投写型液晶表示装置。
【請求項６】
前記ライトバルブは反射型液晶ライトバルブであり、前記インテグレータレンズと前記反射型液晶ライトバルブとの間の前記光路上に反射型偏光板を備えることを特徴とする、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の投写型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投写型液晶表示装置に関し、特に、液晶ライトバルブを用いた投写型液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の投写型表示装置において、誘導光学系や投写レンズ等の光学系を構成する様々な光学要素にて光漏れや迷光（不要光）が生じ、特に暗い室内で映像をスクリーン上に投写した場合などには暗い映像が十分に暗くならないため、十分なコントラストが得られず臨場感に欠けるという問題があった。
【０００３】
特に、液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置では、液晶ライトバルブが光の偏光特性に応じて透過光を遮断するという特性を有しており、完全に透過光を遮断することができないため、コントラストの向上が強く望まれている。
【０００４】
一般的な誘導光学系（照明光学系）では、光源から出射した光をインテグレータレンズにて均一化した後に液晶ライトバルブに照射している。液晶ライトバルブに照射する光量を増やすために、光源または液晶ライトバルブの光路上に偏光変換素子を配置し、光源から出射された無偏光光を偏光変換素子に透過させることによって所定の直線偏光光に変換した後に液晶ライトバルブに照射している。しかし、偏光変換素子は、入射角度依存性を有しているため、完全に所定の直線偏光光に変換することが不可能であった。従って、偏光変換素子を透過した後に所定の直線偏光光に変換されなかった光は不要光となり、コントラストの低下を招く要因となっていた。
【０００５】
このような問題の対策として、第１の直線偏光光を透過し、偏光方向が第１の直線偏光光の偏光方向に直交する第２の直線偏光光を反射することにより光束を分離する偏光分離面と、該偏光分離面で反射した第２の直線偏光光を第１の直線偏光光と同じ向きに出射する反射面と、同一方向に出射した一方の直線偏光光の出射面に偏光方向を他方の直線偏光光の偏光方向にそろえる偏光回転手段と、を有する偏光変換素子であって、偏光方向を同一とした２種類の直線偏光の偏光変換素子の出射面に２種類の光束の境の光路を遮蔽する出射遮蔽板を配置するように構成している（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−５３７０３号公報（第４頁、第１図）
【特許文献２】特開平１０−３３５７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、２種類の直線偏光光が出射する狭い領域を遮光する効果はあるが、偏光変換素子から出射される広範囲の領域に対して効果がないため、コントラストの低下の問題が生じる。
【０００８】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、簡略な構成によってコントラストの低下を抑制することが可能な投写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】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明による投写型液晶表示装置は、ライトバルブと、ライトバルブに照射する光を発生する光源と、光源とライトバルブとの間の光路上に配置され、光源からライトバルブに照射する光の照度分布を均一化させる、第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとから構成されるインテグレータレンズと、光路上に配置され、入射光を第１の直線偏光光に変換する偏光変換素子とを備え、偏光変換素子は、インテグレータレンズから出射された光を、第１の直線偏光光と、第１の直線偏光光と偏光軸が直交する第２の直線偏光光とに分離するとともに、第２の直線偏光光の出射面に設けられた第２の直線偏光光の偏光軸を９０度回転させるλ／２位相差フィルムと、第１の直線偏光光の出射面に設けられた第２の直線偏光光を吸収あるいは反射する偏光フィルムとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、偏光変換素子は、インテグレータレンズから出射された光を、第１の直線偏光光と、第１の直線偏光光と偏光軸が直交する第２の直線偏光光とに分離するとともに、第２の直線偏光光の出射面に設けられた第２の直線偏光光の偏光軸を９０度回転させるλ／２位相差フィルムと、第１の直線偏光光の出射面に設けられた第２の直線偏光光を吸収あるいは反射する偏光フィルムとを備えるため、簡略な構成によってコントラストの低下を抑制することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。
【００１２】
〈実施形態１〉
図１は、本発明の実施形態１による投写型液晶表示装置１の構成図である。図１に示すように、投写型液晶表示装置１は、液晶ライトバルブ２（ライトバルブ）と、液晶ライトバルブ２に照射する光を発生する光源系３（光源）と、光源系３と液晶ライトバルブ２との間の光路上に配置され、光源系３から液晶ライトバルブ２に照射する光の照度分布を均一化させる、第１のレンズアレイ４ａと第２のレンズアレイ４ｂとから構成されるインテグレータレンズ４と、光路上に配置され、入射光を１種類の直線偏光光（第１の直線偏光光）に変換する偏光変換素子５と、偏光変換素子５の後段に順次配置されたコンデンサレンズ６と、フィールドレンズ７とを備えている。さらに、コンデンサレンズ６から出射された光のうち１種類の直線偏光光（例えば、ｐ偏光光）を透過する第１の偏光板８と、第１の偏光板８と同様の透過軸を有する反射型偏光板９と、液晶ライトバルブ２から出射された光のうち第１の偏光板８の透過軸に対して９０度異なる偏光軸を有する直線偏光光（例えば、ｓ偏光光）を透過する第２の偏光板１０とを備えている。
【００１３】
また、第２の偏光板１０の後段には投写光学系１１が配置されており、投写光学系１１から出射した光はスクリーン（図示せず）に投写される。
【００１４】
なお、図１では、１色の光の光路に関する投写型液晶表示装置１の構成について示しているが、赤、緑、青の各色についても投写光学系１１を除いて上記と同様の構成とし、各色について備えられた第２の偏光板１０から出射された画像光を光合成素子（図示せず）によって合成した後に投写光学系１１からスクリーンに投写させるようにしてもよい。
【００１５】
液晶ライトバルブ２として、本実施形態１では反射型液晶ライトバルブを用いている。液晶ライトバルブ２は、スクリーンに投写する画像光の各画素に対応する液晶表示素子を多数（例えば、数十万個）平面的に配列したものであり、画素情報に応じて各液晶表示素子を動作させることによって、液晶ライトバルブ２に入射した光を画像光として出射する。なお、本実施形態１では反射型液晶ライトバルブを用いたが、透過型液晶ライトバルブを用いてもよい。透過型液晶ライトバルブを用いた場合は、図１における反射型偏光板９は不要となり、液晶ライトバルブ２後段の光軸Ｃ１上に第２の偏光板１０および投写光学系１１を配置することとなる。
【００１６】
光源系３は、液晶ライトバルブ２に光を照射するために備えられており、光源３ａと、光源３ａから出射した光を反射してインテグレータレンズ４に照射させる反射鏡３ｂとから構成される。一般的に、光源３ａには、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプが用いられるが、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、レーザ、無電極放電ランプなど、その他の発光デバイスを用いてもよい。
【００１７】
反射鏡３ｂは、放物面や楕円面に形成されているが、光が偏光変換素子５に集光することができればどのような形状、構造であってもよく、特に限定されるものではない。例えば、インテグレータレンズ４に入射させる光を光軸Ｃと略平行にするには、反射鏡３ｂの形状を放物面にするか、または楕円面にするときには、図７に示すように、光源系３とインテグレータレンズ４との間に光を略平行にするための凹レンズ７０を配置するなどすればよい。図７は、反射鏡３ｂが楕円面である場合における光源３ａから出射する光のシミュレーションを示す図である。図７に示すように、反射鏡３ｂは楕円面とし、凹レンズ７０によって光源系３から出射した光を光軸Ｃに対して略平行にしている。一般的に、光軸Ｃ付近には光源３ａのバルブが存在しており、図７中の７１はバルブによる開口部を示している。
【００１８】
インテグレータ光学系４は、第１のレンズアレイ４ａと第２のレンズアレイ４ｂとから構成されている。また、第１のレンズアレイ４ａおよび第２のレンズアレイ４ｂは、ｘ軸方向が長辺、ｙ軸方向が短辺である長方形の凸レンズ（レンズセル、またはセルという）を、複数行複数列（マトリクス状）に配置した構成からなる。第１のレンズアレイ４ａを構成する複数の凸レンズの各々と、第２のレンズアレイ４ｂを構成する複数の凸レンズの各々とは互いに相対しており、ｚ軸方向に対向して配置されている。
【００１９】
一般的な偏光変換素子５は、偏光変換素子５に入射した光を１種類の直線偏光光に変換して出射するものであり、ｘ軸方向に任意に離間して配置されている。図２は、一般的な偏光変換素子５の構成図である。図２に示すように、偏光変換素子５は、ｚ軸方向（光軸Ｃの方向）に対して傾斜（例えば、４５度）させて配置した複数の偏光分離膜５ａと、偏光分離膜５ａ間であってｚ軸方向に対して傾斜（例えば、４５度）させて配置した複数の反射膜５ｂと、偏光変換素子５の出射面上であって偏光分離膜５ａを透過した光が出射する部分に配置されたλ／２位相差フィルム５ｃとから構成されている。
【００２０】
偏光変換素子５に入射した光は、偏光分離膜５ａにてｓ偏光光とｐ偏光光とに分離される。すなわち、ｐ偏光光は偏光分離膜５ａを透過し、ｓ偏光光は偏光分離膜５ａを反射する。偏光分離膜５ａを透過したｐ偏光光は、λ／２位相差フィルム５ｃにてｓ偏光光に変換された後に偏光変換素子５から出射される。一方、偏光分離膜５ａを反射したｓ偏光光は、反射膜５ｂを反射した後に偏光変換素子５から出射される。このように、偏光変換素子５から出射される光は、概ねｓ偏光光となる。なお、偏光変換素子５から出射される光を概ねｐ偏光光とするためには、偏光分離膜５ａを透過したｐ偏光光の出射面にλ／２位相差フィルム５ｃを配置せず、反射膜５ｂを反射したｓ偏光光の出射面にλ／２位相差フィルム５ｃを配置すればよい。また、本実施形態１による偏光変換素子５については後に詳細に説明する。
【００２１】
図３は、本発明の実施形態１による第１の偏光板８、反射型偏光板９、液晶ライトバルブ２、第２の偏光板１０の作用を示す図である。他の構成要素は図１の通りであるが、ここでは便宜上省略している。図３において、第１の偏光板８に対して直線偏光光ではない無偏光光が入射する場合について説明する。なお、図２におけるｐ偏光光とｓ偏光光の偏光軸はそれぞれｘ軸、ｙ軸と平行であるが、コンデンサレンズ６より後段に関しては、ｐ偏光光とｓ偏光光の偏光軸はそれぞれｙ軸、ｘ軸と平行であるとして述べる。また、図２の偏光分離膜５ａを基準反射面にすると、ｚｘ平面に平行な軸がｐ偏光光の偏光軸となるため、偏光変換素子５を出射したｐ偏光光の偏光軸はｘ軸となる。さらに、図１において、反射型偏光板９を基準反射面にすると、ｙｚ平面に平行な軸がｐ偏光光の偏光軸となるため、ｐ偏光光の偏光軸はｙ軸となる。つまり、後述する第１の偏光板８に入射する不要光（ｓ偏光光）は、偏光変換素子５を出射するｐ偏光光を示す。
【００２２】
図３（ａ）において、第１の偏光板８がｐ偏光光を透過させる場合、反射型偏光板９も第１の偏光板８と透過軸が等しいためｐ偏光光を通過させ、反射型偏光板９を透過したｐ偏光光は液晶ライトバルブ２に到達する。液晶ライトバルブ２に到達したｐ偏光光は、液晶ライトバルブ２にて偏光軸が回転されない場合には、液晶ライトバルブ２を反射した後に反射型偏光板９を透過する（矢印３０）。一方、液晶ライトバルブ２にて偏光軸が９０度回転された場合には、液晶ライトバルブ２を反射した後に反射型偏光板９にて反射され、第１の偏光板８と透過軸が９０度異なる第２の偏光板１０を透過した後に投写光学系１１に到達する（矢印３１）。図３（ｂ）は、第１の偏光板８および第２の偏光板１０の透過軸を示す図である。反射型偏光板９は、一部のｓ偏光光を透過してしまうため、コントラストを向上させるためには第１の偏光板８に入射する光の偏光特性（ｐ偏光光とｓ偏光光との割合）および第１の偏光板８におけるｓ偏光光の吸収性能が重要となる。
【００２３】
図４は、本発明の実施形態１による第１の偏光板８、反射型偏光板９、液晶ライトバルブ２、第２の偏光板１０の作用を示す図である。他の構成要素は図１の通りであるが、ここでは便宜上省略している。図４に示すように、矢印４０〜４５はそれぞれ偏光光を示している。表１および表２において、第１の偏光板８のｐ偏光光透過率を９２％、ｓ偏光光透過率を０．５％とし、反射型偏光板９のｐ偏光光透過率を９０％、ｓ偏光光透過率を０．５％、ｐ偏光光反射率を３％、ｓ偏光光反射率を９２％とし、第２の偏光板１０のｐ偏光光透過率を０．１％、ｓ偏光光透過率を８８％とした場合における消光比（白状態の矢印４５の光量／黒状態の矢印４５の光量）を示す。ここで、消光比とは、図４に示す構成要素を経た矢印４５でのコントラストを表す。なお、液晶ライトバルブ２は、白状態とする場合には矢印４２の偏光光の偏光軸を９０度回転させて１００％反射し、黒状態とする場合には矢印４２の偏光光の偏光軸を回転させずに１００％反射しているとする。
【００２４】
【表１】
2010066351.tif 000003
【００２５】
【表２】
2010066351.tif 000004
【００２６】
表１において、図４に示す矢印４５の黒状態１のｐ偏光光成分は以下の式（１）のように表され、黒状態１のｓ偏光光成分は以下の式（２）のように表される。なお、白状態１については、図４に示す矢印４２の偏光光の偏光軸が９０度回転するため、矢印４２および矢印４３の偏光光成分がｐ偏光光とｓ偏光光とで逆転することになる。
【００２７】
０．５×０．９２×０．９×０．０３×０．００１＝１．２４Ｅ−０５  （１）
０．５×０．００５×０．００５×０．９２×０．８８＝１．０１Ｅ−０５  （２）
表１では、第１の偏光板８に入射する矢印４０の偏光光成分が、ｐ偏光光０．５、ｓ偏光光０．５の場合、すなわちｐ偏光光とｓ偏光光との偏光成分の割合が等しい場合について示している。一方、表２では、ｐ偏光光０．８、ｓ偏光光０．２の場合、すなわち反射型偏光板９の透過軸と等しい偏光軸の偏光光の割合が高い場合について示している。表１および表２より、第１の偏光板８に入射する偏光光の割合をｐ偏光光０．８、ｓ偏光光０．２とした場合の方が、ｐ偏光光０．５、ｓ偏光光０．５とした場合よりも、消光比が高くなっていることが確認できる。
【００２８】
第１の偏光板８に入射する偏光光のｓ偏光光の割合が高いと、第１の偏光板８を透過した偏光光にｓ偏光光が僅かに含まれ、さらにその一部のｓ偏光光が反射型偏光板９を透過してしまう。反射型偏光板９を透過したｓ偏光光は、液晶ライトバルブ２にて反射した後に反射型偏光板９にて高い反射率で第２の偏光板１０の方向に反射され、第２の偏光板１０を高い透過率で透過するため、結果的に消光比が低くなってしまう。従って、矢印４０の偏光光成分の割合をｐ偏光光１、ｓ偏光光０とすることによって、理想的な消光比（コントラスト）を得ることが可能となる。
【００２９】
第１の偏光板８に入射する矢印４０の偏光光成分は、偏光変換素子５によって概ね決定される。従って、偏光変換素子５から出射される１種類の直線偏光光の割合を高くする必要がある。図５は、一般的な偏光変換素子５における入射角に対する偏光光成分を示す図である。図５に示すように、矢印５０ｐ、５１ｐ、５２ｐは、それぞれｘ軸方向に対して０度、−５度、５度で入射した場合におけるｓ偏光光路から出射するｐ偏光光を示し、矢印５０ｓ、５１ｓ、５２ｓは、それぞれｘ軸方向に対して０度、−５度、５度で入射した場合におけるｐ偏光光路から出射するｓ偏光光を示している。また、表３では、矢印５０ｐ〜５２ｐおよび矢印５０ｓ〜５２ｓの透過率の測定データを示している。
【００３０】
【表３】
2010066351.tif 000005
【００３１】
表３に示すように、矢印５２ｐ、すなわち５度で入射した場合におけるｓ偏光光路から出射するｐ偏光光（本来は透過するべきではない偏光成分）の透過率が最も高いことが確認できる。偏光変換素子５は、斜入射光の影響を受けやすく、特に図５に示すｘ軸に対して＋方向の角度から入射するｐ偏光光がｓ偏光光路から出射される割合が高い。従って、ｓ偏光光路から出射されるｐ偏光光の割合を低下させることによって、図４の矢印４５における消光比を向上させることが可能となる。
【００３２】
図６は、本発明の実施形態１による偏光変換素子５の構成図である。図６に示すように、本実施形態１の偏光変換素子５は、インテグレータ光学系４（インテグレータレンズ）の第２のレンズアレイ４ｂから出射された光を、ｓ偏光光（第１の直線偏光光）と、ｓ偏光光と偏光軸が直交するｐ偏光光（第２の直線偏光光）とに偏光分離膜５ａによって分離するとともに、ｐ偏光光の出射面に設けられたｐ偏光光の偏光軸を９０度回転させるλ／２位相差フィルム５ｃと、ｓ偏光光の出射面に設けられたｐ偏光光を吸収する偏光フィルム６０とを備えている。すなわち、図６に示す本実施形態１による偏光変換素子５は、図２に示す従来の偏光変換素子５のｓ偏光光の出射面にｐ偏光光を吸収する偏光フィルム６０をさらに備えたものであり、偏光変換素子５の出射面にはλ／２位相差フィルム５ｃと偏光フィルム６０とが交互に配置されている。
【００３３】
上述の通り、ｓ偏光光路から出射されるｐ偏光光の割合が、ｐ偏光光路から出射されるｓ偏光光の割合よりも高いため、偏光変換素子５のｓ偏光光の出射面にｐ偏光光を吸収する偏光フィルム６０（吸収軸がｐ偏光光と平行な軸）を設けることによって、偏光変換素子５から出射されるｐ偏光光の透過を抑制し、図４の矢印４５における消光比を向上させることが可能となる。特に、液晶ライトバルブ２が反射型液晶ライトバルブである場合では、偏光変換素子５から出射される偏光成分の割合がコントラストに影響を及ぼすため、偏光変換素子５を図６のような構成とすることによってコントラストの向上に効果がある。
【００３４】
なお、λ／２位相差フィルム５ｃがｓ偏光光の出射面に設けられている場合には、ｐ偏光光の出射面にｓ偏光光を吸収する偏光フィルムを設けても効果が得られる。ただし、図６においてλ／２位相差フィルム５ｃの出射面にｐ偏光光を吸収する偏光フィルムを設けると、熱ひずみ等によって偏光フィルムの吸収特性が悪くなる可能性があり好ましくないため、二重にフィルムを設けないことが好ましい。また、偏光フィルムは、透過光の透過率が９５％以上である方が、透過率が９５％以下の偏光フィルムよりも熱の蓄積量が少なくなるため寿命が長くなる。
【００３５】
以上のことから、偏光変換素子５に偏光フィルム６０を設けることによって、偏光変換素子５から不要光が出射される割合が低減され、コントラストの低下を抑制することが可能となる。
【００３６】
なお、本実施形態１における偏光フィルム６０は、所定の偏光光を吸収する特性を有しているが、反射型偏光板のように所定の偏光光を反射させる特性を有していても同様の効果が得られる。また、所定の偏光光を反射させることにより、熱の蓄積が小さくなり熱ひずみの影響を受けにくくなる。
【００３７】
また、本実施形態１において、λ／２位相差フィルム５ｃおよび偏光フィルム６０は、一般的には有機材料にて形成されるが、無機材料を用いた薄膜にてフィルムを形成しても構わない（例えば、特許文献２参照）。無機材料を用いて形成することにより、熱ひずみの影響を受けにくくなる上、寿命が有機材料を用いた場合と比較して長くなる。また、無機材料を用いることにより、図６における位相差フィルム５ｃの出射面にｐ偏光光を吸収あるいは反射する偏光フィルム６０を設けても構わない。
【００３８】
なお、表１および表２に示すように、本発明では偏光変換素子５から出射される偏光光の偏光成分を揃えるため、反射型偏光板９および反射型液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置１のコントラストの向上に特に効果がある。
【００３９】
〈実施形態２〉
図８は、本発明の実施形態２による投写型液晶表示装置１の構成図である。本発明の実施形態２では、偏光変換素子５の出射面側に離間して配置された偏光板５ｄを備えており、偏光板５ｄの所定の位置にはｐ偏光光を吸収する偏光フィルムが設けられていることを特徴としている。その他の構成および動作については、実施形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。なお、実施形態１と同様に、コンデンサレンズ６より前段に関しては、ｐ偏光光とｓ偏光光の偏光軸はそれぞれｘ軸、ｙ軸と平行であるが、コンデンサレンズ６より後段に関しては、ｐ偏光光とｓ偏光光の偏光軸はそれぞれｙ軸、ｘ軸と平行であるとして述べる。
【００４０】
図２に示すような一般的な偏光変換素子５の構成の場合において、λ／２位相差フィルム５ｃによってｐ偏光光をｓ偏光光としているが、λ／２位相差フィルム５ｃの特性上、ｓ偏光光路から出射するｐ偏光光の割合よりも、ｐ偏光光路から出射するｐ偏光光の割合の方が大きくなる場合が生じる。すなわち、偏光変換素子５の偏光分離特性によれば表３より、ｐ偏光光路の方が不要光となるｓ偏光光の割合が小さく、好ましいが、λ／２位相差フィルム５ｃを考慮するとｓ偏光光路の方が好ましい場合が生じる。一般的なλ／２位相差フィルム５ｃの偏光回転率（ｐ偏光光をｓ偏光光に変換する割合）は約９６％であるため、ｓ偏光光路から出射するｓ偏光光の割合よりも、ｐ偏光光路から出射するｓ偏光光の割合の方が小さくなる。このような問題の対策として、ｐ偏光光路の出射面側に、図９（ｂ）に示すようなｐ偏光光を吸収する偏光フィルム９０を設けた偏光板５ｄを配置すればよい。このように、偏光板５ｄを配置することによって、ｐ偏光光の割合を低くすることができ、図４に示す矢印４５における消光比を向上させることが可能となる。
【００４１】
図９（ａ）は偏光変換素子５の構成の一例を示し、図９（ｂ）は偏光板５ｄの構成の一例を示す図である。図９（ａ）および（ｂ）に示すように、偏光板５ｄの偏光フィルム９０は、偏光変換素子５に設けられたλ／２位相差フィルム５ｃに対して対向して配置されている。なお、偏光フィルム９０は、透過光の透過率が９５％以上である方が、透過率が９５％以下の偏光フィルムよりも熱の蓄積量がすくなくなるため寿命が長くなる。また、偏光フィルム９０は、偏光板５ｄの偏光変換素子５側、コンデンサレンズ６側のどちらに設けてもよく、偏光フィルム９０のｘ軸方向の幅は、λ／２位相差フィルム５ｃのｘ軸方向の幅よりも広くしてもよい。これは、偏光板５ｄを偏光変換素子５の出射面側に配置するため、偏光変換素子５から出射した光の広がりを考慮すると、偏光フィルム９０のｘ軸方向の幅は、λ／２位相差フィルム５ｃのｘ軸方向の幅よりも多少広くすることが好ましいからである。
【００４２】
また、偏光板５ｄの他の構成として、図１０に示すように、偏光フィルム１００を偏光板５ｄの所定の両端部に設けてもよい。図１０に示すような構成にすることによって、偏光板５ｄのｘ軸方向の両端部の光が偏光フィルム１００によって吸収されるため、入射角度が大きい光の光量が減少するため、液晶ライトバルブ２の入射角度特性の影響を軽減することが可能となり、コントラストの高い映像をスクリーンに投写することができる。
【００４３】
図１１は、本発明の実施形態２による液晶ライトバルブ２における入射角度と相対光量比との関係を示す図であり、図１０の偏光板５ｄを用いた場合と用いていない場合とについての比較をしている。ここで、図１０のｙ軸上を０度、ｙ軸を中心にθ方向を＋とする。図１１において、縦軸は相対光量比を示し、横軸はｙ軸を０度としたθ方向からの入射角度を示している。実線１１０は偏光板５ｄを用いない場合、破線１１１は偏光板５ｄを用いた場合の曲線を示している。図１１中の領域１１２において、大きい入射角度における相対光量比が減少していることが確認できる。このことから、液晶ライトバルブ２上の入射角度特性の影響によるコントラストの低下を抑制し、かつ偏光変換素子５から出射される所定の偏光光の割合を高くすることが可能となる。
【００４４】
さらに、ｘ軸を回転中心とした方向からも大きい入射角度で液晶ライトバルブ２に入射する光の相対光量比を減少させるために、図１２に示すように偏光フィルム１２０、１２１を偏光板５ｄに設けてもよい。これにより、光軸Ｃ１に対して大きい入射角度で液晶ライトバルブ２に入射する光の相対光量比を減少させることが可能となる。なお、偏光フィルムの形状は、偏光フィルム１２０、１２１に限らず、光軸Ｃ１から離れた位置に設けていれば同様の効果が得られる。
【００４５】
なお、本実施形態２における偏光フィルム１００、１２０、１２１は、所定の偏光光を吸収する特性を有しているが、反射型偏光板のように所定の偏光光を反射させる特性を有していても同様の効果が得られる。また、所定の偏光光を反射させることにより、熱の蓄積が小さくなり熱ひずみの影響を受けにくくなる。
【００４６】
本実施形態２において、λ／２位相差フィルム５ｃおよび偏光フィルム１００、１２０、１２１は、一般的には有機材料にて形成されるが、無機材料を用いた薄膜にてフィルムを形成しても構わない（例えば、特許文献２参照）。無機材料を用いて形成することにより、熱ひずみの影響を受けにくくなる上、寿命が有機材料を用いた場合と比較して長くなる。
【００４７】
なお、表１および表２に示すように、本発明では偏光変換素子５から出射される偏光光の偏光成分を揃えるため、反射型偏光板９および反射型液晶ライトバルブを用いた投写型液晶表示装置１のコントラストの向上に特に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態１による投写型液晶表示装置の構成図である。
【図２】一般的な偏光変換素子の構成図である。
【図３】本発明の実施形態１による第１の偏光板、反射型偏光板、液晶ライトバルブ、第２の偏光板の作用を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１による第１の偏光板、反射型偏光板、液晶ライトバルブ、第２の偏光板の作用を示す図である。
【図５】一般的な偏光変換素子における入射角に対する偏光光成分を示す図である。
【図６】本発明の実施形態１による偏光変換素子の構成図である。
【図７】本発明の実施形態１による反射鏡が楕円面である場合における光源から出射する光のシミュレーションを示す図である。
【図８】本発明の実施形態２による投写型液晶表示装置の構成図である。
【図９】本発明の実施形態２による偏光変換素子および偏光板の構成の一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態２による偏光板の構成図である。
【図１１】本発明の実施形態２による液晶ライトバルブにおける入射角度と相対光量比との関係を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態２による偏光板の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  投写型液晶表示装置、２  液晶ライトバルブ、３  光学系、３ａ  光源、３ｂ  反射鏡、４  インテグレータ光学系、４ａ  第１のレンズアレイ、４ｂ  第２のレンズアレイ、５  偏光変換素子、５ａ  偏光分離膜、５ｂ  反射膜、５ｃ  λ／２位相差フィルム、５ｄ  偏光板、６  コンデンサレンズ、７  フィールドレンズ、８  第１の偏光板、９  反射型偏光板、１０  第２の偏光板、１１  投写光学系、６０  偏光フィルム、７０  凹レンズ、７１  開口部、９０  偏光フィルム、１００  偏光フィルム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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