(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投写型表示装置であって、
第１の光を発するように構成された光源と、
レンダリングされた画像を伝送する第２の光を形成するために前記第１の光を変調するように構成された反射型光変調器と、
偏光子と、
導光板であって、該導光板に入射する前記第１の光が通り抜ける光入射面と、前記光変調器に向かって進むために該導光板を出る前記第１の光の一部が通り抜ける第１の外面と、前記第１の外面と反対側で前記偏光子に向かって進むために該導光板を出る前記第２の光の一部が通り抜ける第２の外面と、を有する導光板と、
第１の側壁および第２の側壁に配される、誘電体層または金属層からなる多層膜コーティングであって、前記導光板を通って進む前記第１の光に対して前記第１と前記第２の側壁側で光反射が生じるとき、および前記光変調器からの前記第２の光が前記第１と前記第２の側壁を透過するときに、偏光選択を促進する多層膜コーティングと、を備え、
前記第２の外面は、複数の溝を含み、該溝の各々は、前記第２の外面に垂直な基準軸と、前記基準軸の両側に延在する前記第１と前記第２の側壁と、を有し、前記第１の側壁は、前記光入射面の方を向いており、前記第２の側壁は、前記第１の側壁の向きと反対の前記導光板の側に向いており、前記第１の側壁と前記基準軸との間に規定される第１の角度は、前記第２の側壁と前記基準軸との間に規定される第２の角度よりも小さく、前記第１の側壁と前記第２の側壁は、前記導光板に入射した前記第１の光を前記第１の外面及び前記光変調器へ向けて進ませることを特徴とする、
投写型表示装置。
【請求項２】
前記第１の角度は３０〜６５度の間であり、前記第２の角度は６５〜８５度の間である、ことを特徴とする、請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項３】
前記第１の角度は５０〜６０度の間であり、前記第２の角度は７０〜８０度の間である、ことを特徴とする、請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項４】
前記第１と前記第２の側壁の間で測定される各溝の最大幅は、０．１マイクロメートル以上であり、２つの隣接する溝間の周期は、１００マイクロメートル未満である、ことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の投写型表示装置。
【請求項５】
前記第１と前記第２の側壁の間で測定される各溝の最大幅は、１〜２０マイクロメートルの間であり、２つの隣接する溝間の周期は、１〜２０マイクロメートルの間である、ことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の投写型表示装置。
【請求項６】
前記溝は、光伝搬方向に沿って変化する溝周期で分散配置されており、前記溝周期は、前記光入射面に向かって増加している、ことを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の投写型表示装置。
【請求項７】
前記溝は、光伝搬方向に沿って変化する溝深さで分散配置されており、前記溝深さは、前記光入射面に向かって減少している、ことを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の投写型表示装置。
【請求項８】
前記光変調器は、反射型液晶パネルを含むことを特徴とする、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の投写型表示装置。
【請求項９】
各溝の前記第１および前記第２の側壁は、略平面状であって、該溝の底端で互いに交差している、ことを特徴とする、請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項１０】
投写型表示装置であって、
第１の光を発するように構成された光源と、
レンダリングされた画像を伝送する第２の光を形成するために前記第１の光を変調するように構成された反射型光変調器と、
偏光子と、
導光板であって、該導光板に入射する前記第１の光が通り抜ける光入射面と、前記光変調器に向かって進むために該導光板を出る前記第１の光の一部が通り抜ける第１の外面と、前記第１の外面と反対側で前記偏光子に向かって進むために該導光板を出る第２の光の一部が通り抜ける第２の外面と、を有する導光板と、
第１の側壁および第２の側壁に配される、誘電体層または金属層からなる多層膜コーティングであって、前記導光板を通って進む前記第１の光に対して前記第１と前記第２の側壁側で光反射が生じるとき、および前記光変調器からの前記第２の光が前記第１と前記第２の側壁を透過するときに、偏光選択を促進する多層膜コーティングと、を備え、
前記導光板の前記第２の外面は、複数の光学素子を含み、該光学素子の各々は、前記第２の外面に垂直な基準軸と、前記基準軸の両側に延在する前記第１と前記第２の側壁と、を有し、前記第１の側壁は、前記光入射面の方を向いており、前記第２の側壁は、前記第１の側壁の向きと反対の前記導光板の側に向いており、前記第１の側壁と前記基準軸との間に規定される第１の角度は、前記第２の側壁と前記基準軸との間に規定される第２の角度よりも小さく、前記第１の側壁と前記第２の側壁は、前記導光板に入射した前記第１の光を前記第１の外面及び前記光変調器へ向けて進ませることを特徴とする、
投写型表示装置。
【請求項１１】
前記光学素子は、それぞれ、前記導光板の前記第２の外面から外側に突出していることを特徴とする、請求項１０に記載の投写型表示装置。
【請求項１２】
前記光学素子は、光伝搬方向に沿って変化する厚さで分散配置されており、前記厚さは、前記光入射面に向かって減少していることを特徴とする、請求項１１に記載の投写型表示装置。
【請求項１３】
前記光学素子は、それぞれ、前記導光板の前記第２の外面に形成された溝であることを特徴とする、請求項１０に記載の投写型表示装置。
【請求項１４】
前記第１の角度は３０〜６５度の間であり、前記第２の角度は６５〜８５度の間である、ことを特徴とする、請求項１０乃至請求項１３のいずれか一項に記載の投写型表示装置。
【請求項１５】
前記第１の角度は５０〜６０度の間であり、前記第２の角度は７０〜８０度の間である、ことを特徴とする、請求項１０乃至請求項１４のいずれか一項に記載の投写型表示装置。
【請求項１６】
前記第１と前記第２の側壁の間で測定される各光学素子の最大幅は、０．１マイクロメートル以上であり、２つの隣接する光学素子間の周期は、１００マイクロメートル未満である、ことを特徴とする、請求項１０乃至請求項１５のいずれか一項に記載の投写型表示装置。
【請求項１７】
前記第１と前記第２の側壁の間で測定される各光学素子の最大幅は、１〜２０マイクロメートルの間であり、２つの隣接する光学素子間の周期は、１〜２０マイクロメートルの間である、ことを特徴とする、請求項１０乃至請求項１５のいずれか一項に記載の投写型表示装置。
【請求項１８】
前記光学素子は、光伝搬方向に沿って変化する周期で分散配置されており、前記周期は、前記光入射面に向かって増加している、ことを特徴とする、請求項１０乃至請求項１７のいずれか一項に記載の投写型表示装置。
【請求項１９】
前記光変調器は、反射型液晶パネルを含むことを特徴とする、請求項１０乃至請求項１８のいずれか一項に記載の投写型表示装置。
【請求項２０】
各光学素子の前記第１および前記第２の側壁は、略平面状であって、該光学素子の頂点で互いに交差している、ことを特徴とする、請求項１０乃至請求項１９のいずれか一項に記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投写型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドマウントシステムで使用されるもののような画像プロジェクタまたはビデオプロジェクタは、一般に、液晶パネルと、液晶パネルに光を照射する照明装置と、を備える。液晶パネルは、入射光を変調することで画像を生成でき、そしてこれが、ユーザへの表示のために投影光学系を通して伝送される。ところが、現在市販されているプロジェクタの一部では、ゴースト像が見られることがあり、これによって表示品質が変わる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
よって、少なくとも上記課題に対処できる改良された投写型表示装置が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本出願は、厚さを縮小できるとともに向上した画像表示を提供できる投写型表示装置について記載する。一実施形態において、投写型表示装置は、第１の光を発するように構成された光源と、レンダリングされた画像を伝送する第２の光を形成するために第１の光を変調するように構成された反射型光変調器と、偏光子と、導光板と、を備える。導光板は、導光板に入射する第１の光が通り抜ける光入射面と、光変調器に向かって進むために導光板を出る第１の光の一部が通り抜ける第１の外面と、第１の外面と反対側で偏光子に向かって進むために導光板を出る第２の光の一部が通り抜ける第２の外面と、を有する。第２の外面は、複数の溝を含み、それらの溝のそれぞれは、第２の外面に垂直な基準軸と、基準軸の両側に延在する第１と第２の側壁と、を有し、第１の側壁は、光入射面の方を向いており、第２の側壁は、第１の側壁の向きと反対の導光板の側に向いており、第１の側壁と基準軸との間に規定される第１の角度は、第２の側壁と基準軸との間に規定される第２の角度よりも小さい。
【０００５】
別の実施形態では、投写型表示装置は、第１の光を発するように構成された光源と、レンダリングされた画像を伝送する第２の光を形成するために第１の光を変調するように構成された反射型光変調器と、偏光子と、導光板と、を備える。導光板は、導光板に入射する第１の光が通り抜ける光入射面と、光変調器に向かって進むために導光板を出る第１の光の一部が通り抜ける１の外面と、第１の外面と反対側で偏光子に向かって進むために導光板を出る第２の光の一部が通り抜ける第２の外面と、を有する。導光板は、複数の光学素子を含み、それらの光学素子のそれぞれは、第２の外面に垂直な基準軸と、基準軸の両側に延在する第１と第２の側壁と、を有し、第１の側壁は、光入射面の方を向いており、第２の側壁は、第１の側壁の向きと反対の導光板の側に向いており、第１の側壁と基準軸との間に規定される第１の角度は、第２の側壁と基準軸との間に規定される第２の角度よりも小さい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】投写型表示装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】投写型表示装置で使用される導光板の構造を示す模式図である。
【図３】導光板を通る照明光のいくつかの異なる部分の伝搬経路を示す模式図である。
【図４】光変調器から導光板を通る画像光の伝搬経路を示す模式図である。
【図５Ａ】比較のための導光板の構造を示す模式図である。
【図５Ｂ】比較のための別の導光板の構造を示す模式図である。
【図６】複数の溝が光伝搬方向に沿って変化する溝深さで外面上に分散配置された導光板の一実施形態を示す模式図である。
【図７】光伝搬方向に沿って変化する周期で溝が分散配置された導光板の別の実施形態を示す模式図である。
【図８】導光板の外面に溝がスタガード配列により配置された配列レイアウトを示す模式図である。
【図９】複数の光学素子が導光板の厚さに埋め込まれた別の実施形態を示す模式図である。
【図１０】導光板の外面に複数の突出した光学素子が設けられた別の実施形態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１は、投写型の表示装置１００の一実施形態を示す模式図である。投写型表示装置１００は、光源１０２と、反射型光変調器１０４と、導光板１０６と、偏光子１０８と、画像光線を伝送するための光アセンブリ１１０と、を備えることができる。
投写型表示装置１００は、眼前表示用のヘッドマウントシステム、または大型スクリーンに実像を投影するビデオプロジェクタにおいて実現され得る。
【０００８】
光源１０２は、ｓ偏光とすることができる第１の偏光状態の照明光Ｓを発し得る。光源１０２は、典型例として、発光デバイス１１２と反射偏光子１１４とを有し得る。発光デバイス１１２は、単色または多色の光を発することが可能な１つ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成できる。
一実施形態において、発光デバイス１１２は、例えば白色である同色の光を発するように構成できる。別の実施形態では、発光デバイス１１２は、例えば、赤、緑、青で順に色が高速で切り替わる光を発するように機能し得るものであって、これは、フィールドシーケンシャルカラー表示方式の場合に適し得る。発光デバイス１１２が発する光はランダム偏光とすることができ、これを反射偏光子１１４によってｓ偏光状態の照明光Ｓに変換できる。
【０００９】
一実施形態において、光変調器１０４は、反射型液晶（ＬＣＯＳ（エルコス）：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）パネルとすることができ、これは、シリコン基板１１８と透明基板１２０との間に挟まれた液晶１１６を有し得る。
シリコン基板１１８は、駆動回路と、駆動回路に電気的に接続された画素電極のアレイと、で構成できる。光変調器１０４は、受け取った画像データに従って、入射光を反射し、その偏光状態をアクティブ画素電極によって変調することで、レンダリングされた画像を伝送する画像光Ｉ１を形成できる。一実施形態では、光変調器１０４はマイクロディスプレイとすることができ、これは、頭部装着型装置の場合に特に適し得る。
【００１０】
導光板１０６は、光変調器１０４に平行な平面内で照明光Ｓを伝搬させることが可能な平面導光体であって、光変調器１０４に正面から照射されるように照明光Ｓをリダイレクトできる。導光板１０６は、光変調器１０４と偏光子１０８との間に配置でき、光変調器１０４の表面領域に平行に、それを略覆うことができる。より具体的には、導光板１０６は、その周囲境界が、光変調器１０４の前面表示領域ＤＡの境界を越えたところに位置するように配置され得る。
光源１０２は、導光板１０６の周囲境界の側縁１２２に対向するように配置できる。この構成により、導光板１０６は、その側縁１２２で照明光Ｓを受けて、導光板１０６の平面に沿って照明光Ｓを伝搬させ、それを光変調器１０４に向けて誘導でき、また、光変調器１０４から反射された画像光Ｉ１を偏光子１０８に向けて透過させることができる。
【００１１】
一実施形態において、導光板１０６は、導光板１０６への照明光Ｓの進入を促すため、側縁１２２に隣接して配置された集光光学素子１２４を有し得る。集光光学素子１２４は、導光板１０６に装着されたレンズ（例えば、凸レンズ、フレネルレンズ、プリズムシート／ＢＥＦなど）、または導光板１０６に形成された曲面（例えば、凸面）とすることができる。他の一部の実施形態では、集光光学素子１２４と反射偏光子１１４のそれぞれの位置を入れ替えることができる。
【００１２】
導光板１０６の側縁１２２と反対の別の側縁１２６に、さらに反射体１２８を設けることもできる。反射体１２８によって、導光板１０６の側縁１２６での光漏れを防ぐことができる。他の一部の実施形態では、反射体１２８を省くこともでき、側縁１２６を黒塗りにできる。
【００１３】
偏光子１０８は、光変調器１０４の側と反対の導光板１０６の側に、平行に配置される。一実施形態において、偏光子１０８は、導光板１０６と接触させて配置できる。別の実施形態では、偏光子１０８と導光板１０６との間に空隙があってもよい。偏光子１０８は反射型とすることができる。すなわち、それは、変調された画像光Ｉ１の１つの偏光状態の部分（例えば、ｐ偏光部分）を透過させることができ、そして画像光の他の偏光状態の部分（例えば、ｓ偏光部分）を反射できるものである。
あるいは、偏光子１０８は、吸収型のものとすることができ、すなわち、それは、変調された画像光Ｉ１の１つの偏光状態の部分（例えば、ｐ偏光部分）を透過させることができ、そして画像光の他の偏光状態の部分（例えば、ｓ偏光部分）を吸収できるものである。偏光子１０８を出て光アセンブリ１１０に向かって進む光部分を、画像光Ｉ２として表すことができる。
【００１４】
光アセンブリ１１０は、画像光Ｉ２の光線を収集して、ユーザの目に表示するための投影画像を均一照射で形成できる。例えば、光アセンブリ１１０は、投影レンズ、フィールドレンズ、ビームスプリッタ、プリズム、反射素子などを含むことができる。光アセンブリ１１０の構成部品は、例えば、それがヘッドマウントシステムにおいて実現されるか、またはスクリーンに画像を投影するリアルプロジェクタとして実現されるかなど、投写型表示装置の用途によって異なり得る。
【００１５】
一部の実施形態では、投写型表示装置１００は、さらに、光変調器１０４と導光板１０６との間に配置されたフォーカスレンズ１３２を備えることができる。フォーカスレンズ１３２は、目標平面が光変調器１０４上に位置するように、光変調器１０４に集束させるために配置できる。
他の実施形態では、投写型表示装置１００のサイズを縮小するために、フォーカスレンズ１３２を省くことができ、光変調器１０４の平面上に集束させるレンズを光アセンブリ１１０に含むことができる。
【００１６】
図１に関連して、図２は、導光板１０６の構造をより詳細に示す模式図である。導光板１０６は、ガラス製、またはアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリメチル・メタクリレート（ＰＭＭＡ）などの透明樹脂製とすることができ、特に低複屈折材料で構成できる。
導光板１０６は、１．４７〜２．５の間の屈折率を有し得る。導光板１０６は、側縁１２２に光入射面１４０と、導光板１０６の平面に沿って広がる２つの対向する外面１４２、１４４と、を有することができる。外面１４２、１４４は、互いに略平行とすることができ、それぞれ、光入射面１４０の下縁と上縁に接続され得る。導光板１０６の外面１４２は、光変調器１０４に対向する向きとすることができ、略平面状であり得る。導光板１０６の外面１４４は、偏光子１０８に対向する向きとすることができ、三角溝１４６からなるパターンを有して形成され得る。
【００１７】
溝１４６は、光入射面１４０から導光板１０６の反対の側縁１２６へと外面１４４に平行に延びる光伝搬方向Ｘに沿って分散配置されることができる。溝１４６はそれぞれ、溝１４６の底端１５６で互いに交差する２つの傾斜側壁１５２、１５４によって画成されるＶ字状の形状を有し得る。より具体的には、それぞれの溝１４６の基準軸Ｙを、第２の外面１４４に垂直な軸であって、溝１４６の底端１５６で２つの側壁１５２、１５４が互いに交差する位置を通る軸として定義できる。
２つの側壁１５２、１５４は、略平面状であって、基準軸Ｙの両側で２つの方向Ｚ１、Ｚ２にそれぞれ沿って延在しており、側壁１５２は、光入射面１４０の方を向いており、側壁１５４は、側壁１５２の向きと反対の導光板１０６の別の側（すなわち、側縁１２６の方）を向いている。このように、それぞれの溝１４６に関して、側壁１５２は、側壁１５４と比較して、光伝搬方向Ｘに沿って光入射面１４０のより近くにあり得る。
【００１８】
溝１４６はそれぞれ非対称形状を有し、すなわち、側壁１５２と基準軸Ｙとの間の角度Ａ１（０に等しくはない）は、側壁１５４と基準軸Ｙとの間の角度Ａ２（０に等しくはない）とは異なる。より具体的には、側壁１５２と基準軸Ｙとの間の角度Ａ１は、約３０〜約６５度の範囲とすることができ、より好ましくは、５０〜６０度の間とすることができる。側壁１５４と基準軸Ｙとの間の角度Ａ２は、角度Ａ１よりも大きく、約６５〜約８５度の範囲とすることができ、より好ましくは、７０〜８０度の間とすることができる。
【００１９】
また、２つの側壁１５２と１５４の間で光伝搬方向Ｘに沿って測定される、それぞれの溝１４６の最大幅Ｗ１は、少なくとも０．１マイクロメートルに等しく、２つの隣接する溝１４６間の光伝搬方向Ｘに沿った溝周期Ｐは、１００マイクロメートル未満である。より好ましくは、それぞれの溝１４６の最大幅Ｗ１は１〜２０マイクロメートルの間であり、周期Ｐは１〜２０マイクロメートルの間であり、周期Ｐは最大幅Ｗ１以上の大きさである。
【００２０】
再び図２を参照する。誘電体層または金属層からなる多層膜コーティング１５０を、溝１４６の側壁１５２、１５４に塗布できる。多層膜コーティング１５０を構成する層の例として、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｔｉ３Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯなどが含まれ得る。また、多層膜コーティング１５０における各層の厚さは、５ナノメートル〜５０００ナノメートルの間とすることができる。
導光板１０６を通って進む照明光Ｓに対して側壁１５２、１５４で光反射が生じるとき、および光変調器１０４からの画像光Ｉが側壁１５２、１５４を透過するときに、多層膜コーティング１５０によって偏光選択を促進できる。
【００２１】
図３は、導光板１０６を通る照明光Ｓの異なる部分Ｒ１とＲ２の伝搬経路を示す模式図であり、図４は、導光板１０６を通る画像光Ｉの一部の伝搬経路を示す模式図である。
図４を参照する。光入射面１４０を通して導光板１０６に入射して、ある特定の角度で進む照明光Ｓの部分Ｒ１は、側壁１５２の１つ以上での反射によって外面１４２に向けてリダイレクトされることができ、その後、外面１４２で導光板１０６を出て、光変調器１０４に向けて進むことができる。
光入射面１４０を通して導光板１０６に入射して、別の角度で進む照明光Ｓの別の部分Ｒ２は、（例えば、反射体１２８または側縁１２６によって）側壁１５４に向けてリダイレクトされ、側壁１５４の１つ以上での反射によって外面１４２に向けて誘導されることができ、その後、外面１４２で導光板１０６を出て、光変調器１０４に向けて進むことができる。
【００２２】
図４を参照する。光変調器１０４からの画像光Ｉ１は、外面１４２を通して導光板１０６に進入でき、導光板１０６を透過して、外面１４４および溝１４６の側壁１５２、１５４で導光板１０６を出て、偏光子１０８に向けて進むことができる。
【００２３】
溝１４６の上記非対称形状によって光漏れを低減でき、光源１０２と導光板１０６からなる照射系は、向上した光利用効率およびコントラスト比を有し得る。さらに、溝１４６を備えた導光板１０６によって、ゴースト像の発生を防ぐこともできる。これらの利点ならびに効果は、図５Ａおよび５Ｂに示すような異なる形状の溝を有する別の導光板のサンプルを用いて実施される実験によって観測できる。
図５Ａは、上記の溝１４６とは異なる溝４６を有する、比較のための導光板１０を示す模式図である。溝４６は、導光板１０の外面４４上に、２つの側壁５２、５４によって画成されることで形成されている。側壁５４は、導光板１０の外面４４に垂直であり、側壁５２は、側壁５４に対して約５０度で傾斜している。
図５Ｂは、外面４４’に形成された対称な溝４６’を有する、比較のための別の導光板１０’を示す模式図である。溝４６’は、溝４６’の垂直軸に対してそれぞれ約５０度の同じ角度Ａである２つの対称な側壁５２’、５４’によって画成されている。
【００２４】
光学的試験測定の結果によると、図５Ａおよび５Ｂに示す導光板１０、１０’の光漏れと比較して、溝１４６を備えた導光板１０６は、光漏れが約１０分の１に、またはさらに大きく低減され得ることが分かる。例えば、導光板１０の光漏れは約３．９９×１０−６ｌｍに等しく、導光板１０’の光漏れは約１．４５×１０−５ｌｍに等しいことが観測できる。これに対し、非対称な溝１４６（角度Ａ１、Ａ２がそれぞれ約５０度、約７５度に等しい）を有する導光板１０６は、大幅に低減された約２．７３×１０−７ｌｍに等しい光漏れとなり得る。さらに、導光板１０の平均コントラスト比は約１６５に等しく、導光板１０’の平均コントラスト比は約７５に等しいことが観測できる。これに対し、非対称な溝１４６を有する導光板１０６は、大幅に高い約２９８に等しい平均コントラスト比を有し得る。
【００２５】
また、顕微鏡観測によると、ダイヤモンドブレードで溝４６を切ることによって、側壁５４の縁に残存突起４８が残り得ることが分かり、これは、側壁５４が外面４４に対して垂直であることに起因する可能性がある。残存突起４８は、望ましくないゴースト像を生成するレンズとして作用し得る。これに対し、非対称形状の溝１４６では、残存突起４８の形成を回避でき、これにより、ゴースト像の発生を防ぐことができる。従って、本明細書で記載するような溝１４６を備えた導光板１０６によって、向上した光学性能を得ることができ、すなわち、ゴースト像の発生がなく、光漏れが低減され、より高い画像コントラスト比を得られる。
【００２６】
図６〜８は、外面１４４の溝１４６の異なる構成を示す模式図である。図６では、溝１４６が光伝搬方向Ｘに沿って変化する溝深さＤで分散配置された、導光板１０６の第１の構成を示している。それぞれの溝１４６について、溝深さＤは、溝１４６の基準軸Ｙに沿って測定される底端１５６までの深さと定義できる。
光伝搬方向Ｘに沿って反射体１２８の側縁１２６から光入射面１４０に向かって、溝深さＤを減少させることができる。例えば、光入射面１４０からより遠い第１の溝１４６の溝深さＤ１は、光入射面１４０に相対的に近い第２の溝１４６の溝深さＤ２よりも、大きくできる。より大きい溝深さＤ１によって、結果的に、側壁１５２、１５４が相対的に大きなサイズとなり、これにより、光入射面１４０から遠く離れた導光板１０６の領域における光の反射が促進され得る。
【００２７】
図７では、導光板１０６の第２の構成を示している。導光板１０６の溝１４６は、それぞれの溝１４６の長さＬが、光伝搬方向Ｘに垂直な横断方向Ｔと平行になるような配列で配置できる。また、溝１４６は、相互に光伝搬方向Ｘに沿って整列され得る。
この構成では、溝１４６は、光伝搬方向Ｘに沿って変化する溝周期Ｐで分散配置される。より具体的には、光伝搬方向Ｘに沿って反射体１２８の側縁１２６から光入射面１４０に向かって、溝周期Ｐを増加させることができる。例えば、光入射面１４０からより遠い第１の溝１４６の溝周期Ｐ１は、光入射面１４０に相対的に近い第２の溝１４６の溝周期Ｐ２よりも、小さくできる。より小さい溝周期によって、結果的に、溝１４６の密度を局所的により高くでき、これにより、光入射面１４０から遠く離れた導光板１０６の領域における光の反射および伝搬が促進され得る。
【００２８】
図８は、導光板１０６の外面１４４に溝１４６がスタガード配列により配置された、別の配列レイアウトを示している。この配列構成では、横断方向Ｔに沿った各列の中に、相互に整列された複数の溝１４６を含むことができ、光伝搬方向Ｘに沿って隣接する溝１４６は相互に位置がずれている。
【００２９】
当然のことながら、溝１４６の上記構成は、組み合わせることもできる。例えば、光伝搬方向Ｘに沿って反射体１２８から光入射面１４０に向かって溝深さＤが減少するとともに、光伝搬方向Ｘに沿って反射体１２８から光入射面１４０に向かって溝周期Ｐが増加するように、図６と７に示す構成を組み合わせた配置とすることができる。
別の可能な構成では、光伝搬方向Ｘに沿って反射体１２８から光入射面１４０に向かって溝深さＤを減少させ、さらに／または光伝搬方向Ｘに沿って反射体１２８から光入射面１４０に向かって溝周期Ｐを増加させて、かつ図８に示すように溝１４６を分散配置できる。
【００３０】
上記実施形態では、導光板の光学性能を向上させるための光学素子として、外面１４４に形成された溝１４６を用いているが、溝１４６に関連した利点ならびに効果は、同様の形状の光学素子の他の構成によって得ることもできる。
図９は、溝１４６の代わりに、複数の光学素子２４６を導光板１０６に設けた、別の実施形態を示す模式図である。光学素子２４６は、２つの外面１４２と１４４の間の導光板１０６の厚さの中に埋め込まれた固体素子とすることができ、光伝搬方向Ｘに沿って分散配置される。
【００３１】
光学素子２４６の各々は、上記の溝１４６の形状と同様の非対称形状を有し、それは、外面１４２の方を指す頂点２５６で互いに交差する２つの傾斜側壁２５２、２５４を有する三角形とすることができる。それぞれの光学素子２４６に関して、側壁２５２は、光入射面１４０の方を向くことができ、側壁２５４は、側壁２５２の向きとは反対の導光板１０６の別の側（すなわち、側縁１２６の方）を向くことができる。
それぞれの光学素子２４６は、外面１４４に垂直であって頂点２５６と交差する基準軸Ｙを有し得る。側壁２５２と基準軸Ｙとの間の角度Ａ１は、３０〜６５度の範囲とすることができ、より好ましくは、５０〜６０度の間とすることができる。側壁２５４と基準軸Ｙとの間の角度Ａ２は、角度Ａ１よりも大きく、６５〜８５度の範囲とすることができ、より好ましくは、７０〜８０度の間とすることができる。また、２つの側壁２５２と２５４の間で光伝搬方向Ｘに沿って測定される、それぞれの光学素子２４６の最大幅Ｗ１は、少なくとも０．１マイクロメートルに等しく、２つの隣接する光学素子２４６間の光伝搬方向Ｘに沿った周期Ｐは、１００マイクロメートル未満である。より好ましくは、それぞれの光学素子２４６の最大幅Ｗ１は、１〜２０マイクロメートルの範囲とすることができ、周期Ｐは、１〜２０マイクロメートルの範囲とすることができる。
【００３２】
上記の溝１４６と同様に、光学素子２４６は、導光板１０６の光入射面１４０に向かって増加する周期Ｐで、さらに／または光入射面１４０に向かって減少する厚さＴＨで、分散配置できる。それぞれの光学素子２４６について、厚さＴＨは、光学素子２４６の頂点２５６と対向する辺との間で基準軸Ｙに沿って測定され得る。また、図７および８に示す平面配置はいずれも、光学素子２４６にも適用可能である。
【００３３】
図１０は、図２に示す溝１４６の代わりに、複数の光学素子３４６を導光板１０６に備えた別の実施形態を示す模式図である。光学素子３４６は、導光板１０６の材料で構成されて、外面１４４から外側に突出した三角形の中実部分として形成できる。それぞれの光学素子３４６に関して、基準軸Ｙはその頂点３５６を通ることができ、側壁３５２は光入射面１４０の方を向くことができ、側壁３５４は、側壁３５２の向きとは反対の導光板１０６の側（すなわち、側縁１２６の方）を向くことができる。
上記と同様に、光学素子３４６の各々は非対称形状を有し、すなわち、側壁３５２と基準軸Ｙとの間の角度Ａ１（０に等しくはない）は、側壁３５４と基準軸Ｙとの間の角度Ａ２（０に等しくはない）とは異なる。より具体的には、側壁３５２と基準軸Ｙとの間の角度Ａ１は、約３０〜約６５度の範囲とすることができ、より好ましくは、５０〜６０度の間とすることができる。側壁３５４と基準軸Ｙとの間の角度Ａ２は、角度Ａ１よりも大きく、約６５〜約８５度の範囲とすることができ、より好ましくは、７０〜８０度の間とすることができる。
【００３４】
また、２つの側壁３５２と３５４の間で測定される、それぞれの光学素子３４６の最大幅Ｗ１は、少なくとも０．１マイクロメートルに等しく、２つの隣接する光学素子３４６間の周期Ｐは、１００マイクロメートル未満である。より好ましくは、それぞれの光学素子３４６の最大幅Ｗ１は、１〜２０マイクロメートルの範囲とすることができ、周期Ｐは、１〜２０マイクロメートルの範囲とすることができる。
【００３５】
上記と同様に、光学素子３４６も、導光板１０６の光入射面１４０に向かって増加する周期Ｐで、さらに／または光入射面１４０に向かって減少する厚さＴＨ’で、分散配置できる。それぞれの光学素子３４６について、厚さＴＨ’は、頂点３５６と外面１４４の平面との間で基準軸Ｙに沿って測定され得る。また、図７および８に示す平面配置はいずれも、光学素子３４６にも適用可能である。注目されるのは、上述のような多層膜コーティング１５０を、それぞれの光学素子３４６に配することもできるということである。
【００３６】
光入射面１４０を通して導光板１０６に入射して、ある特定の角度で進む照明光Ｓの部分Ｒ１は、側壁３５２の１つ以上での反射によって外面１４２に向けてリダイレクトされることができ、その後、外面１４２で導光板１０６を出て、光変調器１０４に向けて進むことができる。光入射面１４０を通して導光板１０６に入射して、別の角度で進む照明光Ｓの別の部分Ｒ２は、反射体１２８で側壁３５４に向けて反射され、側壁３５４の１つ以上での反射によって外面１４２に向けてリダイレクトされることができ、その後、外面１４２で導光板１０６を出て、光変調器１０４に向けて進むことができる。
また、光変調器１０４からの画像光Ｉ１は、外面１４２を通して導光板１０６に進入でき、導光板１０６を透過して、外面１４４および光学素子３４６の側壁３５２、３５４で導光板１０６を出て、偏光子１０８に向けて進むことができる。
【００３７】
本明細書で記載した構造の利点として、前方照射構成において反射型光変調器に照射するための導光板を用いることにより、投写型表示装置の厚さを縮小できることが含まれる。また、導光板は、効果的にゴースト効果を除去するとともに表示輝度ならびにコントラスト比を向上させることが可能な溝または光学素子を含むように構成できる。
【００３８】
これらの構造の実現化について、具体的な実施形態の文脈において説明している。これらの実施形態は、例示的なものであって、限定するものではない。数多くの変形、変更、追加、および改良が可能である。これらおよび他の変形、変更、追加、および改良は、添付の請求項で規定される本発明の範囲に含まれ得る。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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