(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一のリターダースタックと、偏光ビームスプリッタと、スペーサと、ダイクロイックビームスプリッタと第二のリターダースタックからなる色分離合成光学系において、
前記偏光ビームスプリッタの第一の側面に隣接して前記第一のリターダースタックを配置し、
前記偏光ビームスプリッタの第二の側面に隣接して前記スペーサを配置し、
前記偏光ビームスプリッタの第三の側面に隣接して前記ダイクロイックビームスプリッタを配置し、
前記偏光ビームスプリッタの第四の側面に隣接して前記第二のリターダースタックを配置し、
前記偏光ビームスプリッタの第一の側面と第三の側面とが互いに向かい合っており、
前記偏光ビームスプリッタの第ニの側面と第四の側面とが互いに向かい合っており、
前記第一のリターダースタック及び前記第二のリターダースタックは各々可視光領域に二つのカットオフ波長を有し、
前記第一のリターダースタックの短波長側のカットオフ波長は前記第二のリターダースタックの短波長側のカットオフ波長よりも短波長側に有り、
前記第一のリターダースタックの長波長側のカットオフ波長は前記第二のリターダースタックの長波長側のカットオフ波長よりも長波長側にあることを特徴とする色分離合成光学系。
【請求項２】
少なくとも請求項１に記載の色分離合成光学系と、白色光源と、三原色の各色光に対応した複数の液晶パネルと、投写レンズを備えた投写型液晶表示装置において、
前記白色光源からの照明光を前記偏光ビームスプリッタの張り合わせ界面に対してｐ偏光とし、
前記白色光源からの照明光を前記第一のリターダースタック側から前記偏光ビームスプリッタに入射するように構成し、
前記スペーサの前記偏光ビームスプリッタに隣接する面とは反対側の面に緑色用液晶パネルを備え、
前記ダイクロイックビームスプリッタの第一の出射面に赤色用液晶パネルを備え、
前記ダイクロイックビームスプリッタの第二の出射面に青色用液晶パネルを備え、
第二のリターダースタックに隣接して出射側偏光板及び投写レンズを順に備えたことを特徴とする投写型液晶表示装置。
【請求項３】
少なくとも請求項１に記載の色分離合成光学系と、白色光源と、三原色の各色光に対応した複数の液晶パネルと、投写レンズを備えた投写型液晶表示装置において、
前記白色光源からの照明光を前記偏光ビームスプリッタの張り合わせ界面に対してｓ偏光とし、
前記白色光源からの照明光を前記第ニのリターダースタック側から前記偏光ビームスプリッタに入射するように構成し、
前記スペーサの前記偏光ビームスプリッタに隣接する面とは反対側の面に緑色用液晶パネルを備え、
前記ダイクロイックビームスプリッタの第一の出射面に赤色用液晶パネルを備え、
前記ダイクロイックビームスプリッタの第二の出射面に青色用液晶パネルを備え、
第一のリターダースタックに隣接して出射側偏光板及び投写レンズを順に備えたことを特徴とする投写型液晶表示装置。
【請求項４】
第一のリターダースタックと、偏光ビームスプリッタと、スペーサと、ダイクロイックビームスプリッタと第二のリターダースタックからなる色分離合成光学系において、
前記偏光ビームスプリッタの第一の側面に隣接して前記第一のリターダースタックを配置し、
前記偏光ビームスプリッタの第二の側面に隣接して前記スペーサを配置し、
前記偏光ビームスプリッタの第三の側面に隣接して前記ダイクロイックビームスプリッタを配置し、
前記偏光ビームスプリッタの第四の側面に隣接して前記第二のリターダースタックを配置し、
前記偏光ビームスプリッタの第一の側面と第三の側面とが互いに向かい合っており、
前記偏光ビームスプリッタの第ニの側面と第四の側面とが互いに向かい合っており、
前記第一のリターダースタック及び前記第二のリターダースタックは各々可視光領域に二つのカットオフ波長を有し、
前記第一のリターダースタックの長波長側のカットオフ波長を、前記ダイクロイックビームスプリッタの張り合わせ界面に対してｓ偏光のカットオフ波長よりも長波長側とし、
前記第一のリターダースタックの短波長側のカットオフ波長を、前記ダイクロイックビームスプリッタの張り合わせ界面に対してｐ偏光のカットオフ波長よりも短波長側としたことを特徴とする色分離合成光学系。
【請求項５】
請求項４に記載の色分離合成光学系における前記ダイクロイックビームスプリッタのカットオフ波長が、
前記ダイクロイックビームスプリッタの張り合わせ界面に対する主たる光軸から照明光学系のＦ値から規定される照明光の広がり角度だけずれた角度における光に対する前記ダイクロイックビームスプリッタのカットオフ波長であることを特徴とする色分離合成光学系。
【請求項６】
請求項２または３に記載の投写型液晶表示装置にあって、
投写型液晶表示装置の色分離光学系が、
前記偏光ビームスプリッタの張り合わせ界面における透過光の光軸と反射光の光軸とが含まれる面と、前記ダイクロイックビームスプリッタの張り合わせ界面における透過光の光軸と反射光の光軸とが含まれる面とが概ね９０度となるように配置したことを特徴とする投写型液晶表示装置。
【請求項７】
請求項６に記載の投写型液晶表示装置にあって、
投写型液晶表示装置の色分離合成光学系が、
前記偏光ビームスプリッタと前記ダイクロイックビームスプリッタとの間に、第三のリターダースタックを備えたことを特徴とする投写型液晶表示装置。
【請求項８】
請求項７に記載の投写型液晶表示装置にあって、
投写型液晶表示装置の色分離合成光学系における前記第三のリターダースタックが、赤色光の位相を青色光のそれに対してπずらす機能を備えたリターダースタックであることを特徴とする投写型液晶表示装置。
【請求項９】
第一のリターダースタックと、偏光ビームスプリッタと、第二のリターダースタックと、出射側からなる色分離合成光学系と、緑用液晶パネルと、時分割で赤画像と青画像とを切り替えて表示する赤／青用液晶パネルと、時分割で黄色とシアンとを切り替えて照明することが可能な照明光学系と、投写レンズとを備えた投写型液晶表示装置であって、
前記色分離合成光学系は、
前記偏光ビームスプリッタの第一の側面に隣接して前記第一のリターダースタックを配置し、
前記偏光ビームスプリッタの第二の側面に隣接して前記緑用液晶パネルを配置し、
前記偏光ビームスプリッタの第三の側面に隣接して前記赤／青用液晶パネルを配置し、
前記偏光ビームスプリッタの第四の側面に隣接して前記第二のリターダースタックを配置し、
前記偏光ビームスプリッタの第一の側面と第三の側面とが互いに向かい合っており、
前記偏光ビームスプリッタの第ニの側面と第四の側面とが互いに向かい合っており、
前記第一のリターダースタック及び前記第二のリターダースタックは各々可視光領域に二つのカットオフ波長を有し、
前記第一のリターダースタックの短波長側のカットオフ波長は前記第二のリターダースタックの短波長側のカットオフ波長よりも短波長側に有り、
前記第一のリターダースタックの長波長側のカットオフ波長は前記第二のリターダースタックの長波長側のカットオフ波長よりも長波長側にあることを特徴とする色分離合成光学系であることを特徴とする投写型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの照明光を液晶表示素子に照射し、液晶表示素子において形成された画像をスクリーンに投影する投写型液晶表示装置、特に投写型液晶表示装置における光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大画面画像表示に好適な投写型液晶表示装置の普及には低コスト化が重要な因子である。
【０００３】
低コスト化に最も効果的なのは、液晶表示素子の小型化ならびにそれに伴う投写光学系の小型化である。その一方で、高品位テレビジョンのように画素密度の高い高精細な表示も要求される。反射型の液晶表示素子は、画素のほぼ前面を反射板を兼ねた電極で覆うことにより、小型・高精細の素子においても、透過型の液晶表示素子に比べて高い開口率を維持できるのが特長である。したがって、反射型の液晶表示素子は、小型かつ高精細な投写型液晶表示装置に最適な素子であるといえる。反射型の液晶表示素子を用いた投写型液晶表示装置の投写光学系の従来例は、特開平８−２７１８５４号公報、特開平１０−２０２７３号公報、米国特許第６１８３０９１号明細書、ＷＯ  ９９／１９７５８，Ｐ．Ｍ．Ａｌｔ・カンファレンス・レコード・オブ・ザ・１９９７・インターナショナル・ディスプレイ・リサーチ・カンファレンス・Ｍ１９−Ｍ２８・１９９７年、Ｒ．Ｌ．Ｍｅｌｃｈｅｒ・エスアイディー・９８・ダイジェスト・ｐｐ．２５−２８・１９９８年等に記載されている。特に米国特許第６１８３０９１号明細書に記載されている投写光学系はリターダースタックと偏光ビームスプリッタとを効果的に用いることにより波長分離を行っていることを特徴とする方式である。ここでいうリターダースタックとは、屈折率異方性のある位相差フィルムを多数積層した光学素子であり、三原色光のうち選択した原色光の位相差を他の原色光に対してπだけずらす機能を備える。リターダースタックの詳細については、米国特許第５７５１３８４号明細書に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、米国特許第６１８３０９１号明細書に記載されている投写光学系には次のような課題がある。米国特許第６１８３０９１号明細書に記載されている、偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタの第一の側面に隣接した入射リターダースタックと、偏光ビームスプリッタの第ニの側面に隣接したスペーサと、偏光ビームスプリッタの第三の側面に隣接したダイクロイックビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタの第四の側面に隣接して配置された出射リターダースタックとからなる光の三原色の分離合成システムを備えた投写光学系は、黒表示を行う際、三原色光の境界波長領域で光漏れが生じるため、高いコントラスト比を得ることができない。また、上記の投写光学系を用いた投写型液晶表示装置には、三原色光の境界波長領域において異なる原色の重なりが大きいため、色純度が低下してしまうという問題がある。
【０００５】
パーソナルコンピュータのモニタやＮＴＳＣのテレビジョンの画面における縦横比は３：４が主流であったが、高品位テレビジョンなどの主として画像鑑賞を目的とする用途においては画面の縦横比が９：１６の横長の画面を備える。したがって、投写型液晶表示装置における液晶パネルも横長の形状となるが、同時に投写型液晶表示における色分離合成光学系の大きさが増加するという問題が生じる。
本発明の第一の目的は、三原色光の境界波長領域での光漏れを防止し、高いコントラスト比の投写型液晶表示装置を実現することにある。
【０００６】
本発明の第二の目的は、三原色光の境界波長領域における色純度を低下させる要因となる光を効果的に除去し、色純度の高い画像表示の可能な投写型液晶表示装置を実現することにある。
【０００７】
本発明の第三の目的は、横長の形状の液晶パネルを備えた投写型液晶表示装置における色分離合成光学系の大きさを縮小し、ひいては投写型液晶表示装置の大きさを縮小することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の色分離合成光学系は、第一のリターダースタックと、偏光ビームスプリッタと、スペーサと、ダイクロイックビームスプリッタと第二のリターダースタックからなる色分離合成光学系において、前記偏光ビームスプリッタの第一の側面に隣接して前記第一のリターダースタックを配置し、前記偏光ビームスプリッタの第二の側面に隣接して前記スペーサを配置し、前記偏光ビームスプリッタの第三の側面に隣接して前記ダイクロイックビームスプリッタを配置し、前記偏光ビームスプリッタの第四の側面に隣接して前記第二のリターダースタックを配置し、前記偏光ビームスプリッタの第一の側面と第三の側面とが互いに向かい合っており、前記偏光ビームスプリッタの第ニの側面と第四の側面とが互いに向かい合っており、前記第一のリターダースタック及び前記第二のリターダースタックは各々可視光領域に二つのカットオフ波長を有し、前記第一のリターダースタックの短波長側のカットオフ波長は前記第二のリターダースタックの短波長側のカットオフ波長よりも短波長側に有り、前記第一のリターダースタックの長波長側のカットオフ波長は前記第二のリターダースタックの長波長側のカットオフ波長よりも長波長側に有る。
【０００９】
また、上記目的を達成するために、本発明の少なくとも投写型液晶表示装置は、前記色分離合成光学系と、白色光源と、三原色の各色光に対応した複数の液晶パネルと、投写レンズを備えており、前記白色光源からの照明光を前記偏光ビームスプリッタの張り合わせ界面に対してｐ偏光とし、前記白色光源からの照明光を前記第一のリターダースタック側から前記偏光ビームスプリッタに入射するように構成し、前記スペーサの前記偏光ビームスプリッタに隣接する面とは反対側の面に緑色用液晶パネルを備え、前記ダイクロイックビームスプリッタの第一の出射面に赤色用液晶パネルを備え、前記ダイクロイックビームスプリッタの第二の出射面に青色用液晶パネルを備え、第二のリターダースタックに隣接して出射側偏光板及び投写レンズを順に備える。
【００１０】
あるいはまた、上記目的を達成するために、本発明の少なくとも投写型液晶表示装置は、前記色分離合成光学系と、白色光源と、三原色の各色光に対応した複数の液晶パネルと、投写レンズを備えており、前記白色光源からの照明光を前記偏光ビームスプリッタの張り合わせ界面に対してｓ偏光とし、前記白色光源からの照明光を前記第ニのリターダースタック側から前記偏光ビームスプリッタに入射するように構成し、前記スペーサの前記偏光ビームスプリッタに隣接する面とは反対側の面に緑色用液晶パネルを備え、前記ダイクロイックビームスプリッタの第一の出射面に赤色用液晶パネルを備え、前記ダイクロイックビームスプリッタの第二の出射面に青色用液晶パネルを備え、第一のリターダースタックに隣接して出射側偏光板及び投写レンズを順に備える。
【００１１】
また、上記目的を達成するために、本発明の色分離合成光学系は、第一のリターダースタックと、偏光ビームスプリッタと、スペーサと、ダイクロイックビームスプリッタと第二のリターダースタックからなり、前記偏光ビームスプリッタの第一の側面に隣接して前記第一のリターダースタックを配置し、前記偏光ビームスプリッタの第二の側面に隣接して前記スペーサを配置し、前記偏光ビームスプリッタの第三の側面に隣接して前記ダイクロイックビームスプリッタを配置し、前記偏光ビームスプリッタの第四の側面に隣接して前記第二のリターダースタックを配置し、前記偏光ビームスプリッタの第一の側面と第三の側面とが互いに向かい合っており、前記偏光ビームスプリッタの第ニの側面と第四の側面とが互いに向かい合っており、前記第一のリターダースタック及び前記第二のリターダースタックは各々可視光領域に二つのカットオフ波長を有し、前記第一のリターダースタックの長波長側のカットオフ波長を、前記ダイクロイックビームスプリッタの張り合わせ界面に対してｓ偏光のカットオフ波長よりも長波長側とし、前記第一のリターダースタックの短波長側のカットオフ波長を、前記ダイクロイックビームスプリッタの張り合わせ界面に対してｐ偏光のカットオフ波長よりも短波長側とした。
【００１２】
さらに、前記色分離合成光学系における前記ダイクロイックビームスプリッタのカットオフ波長は、前記ダイクロイックビームスプリッタの張り合わせ界面に対する主たる光軸から照明光学系のＦ値から規定される照明光の広がり角度だけずれた角度における光に対する前記ダイクロイックビームスプリッタのカットオフ波長とした。
【００１３】
また、上記の他の目的を解決するために、本発明の投写型液晶表示装置における色分離光学系においては、前記偏光ビームスプリッタの張り合わせ界面における透過光の光軸と反射光の光軸とが含まれる面と、前記ダイクロイックビームスプリッタの張り合わせ界面における透過光の光軸と反射光の光軸とが含まれる面とが概ね９０度となるように配置した。
【００１４】
さらには、前記偏光ビームスプリッタと前記ダイクロイックビームスプリッタとの間に、赤色光の位相を青色光のそれに対してπずらす機能を備えた第三のリターダースタックを備えた。
【００１５】
あるいはまた、さらに投写型液晶表示装置を小型化するために、第一のリターダースタックと、偏光ビームスプリッタと、第二のリターダースタックからなる色分離合成光学系と、緑用液晶パネルと、時分割で赤画像と青画像とを切り替えて表示する赤／青用液晶パネルと、時分割で黄色とシアンとを切り替えて照明することが可能な照明光学系と、投写レンズとを備えた投写型液晶表示装置において、前記色分離合成光学系において、前記偏光ビームスプリッタの第一の側面に隣接して前記第一のリターダースタックを配置し、前記偏光ビームスプリッタの第二の側面に隣接して前記緑色パネルを配置し、前記偏光ビームスプリッタの第三の側面に隣接して前記赤／青用液晶パネルを配置し、前記偏光ビームスプリッタの第四の側面に隣接して前記第二のリターダースタックを配置し、前記偏光ビームスプリッタの第一の側面と第三の側面とが互いに向かい合っており、前記偏光ビームスプリッタの第ニの側面と第四の側面とが互いに向かい合っており、前記第一のリターダースタック及び前記第二のリターダースタックは各々可視光領域に二つのカットオフ波長を有し、前記第一のリターダースタックの短波長側のカットオフ波長は前記第二のリターダースタックの短波長側のカットオフ波長よりも短波長側に有り、前記第一のリターダースタックの長波長側のカットオフ波長は前記第二のリターダースタックの長波長側のカットオフ波長よりも長波長側に有る色分離合成光学系とした。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は、本実施例の投写型液晶表示装置における色分離合成光学系の説明図であり、白表示状態を示している。本実施例の投写型液晶表示装置における色分離合成光学系は、第一のリターダースタック１０１と、偏光ビームスプリッタ１０２と、スペーサ１０３と、三原色の各色光毎に設けられた液晶パネル１０４Ｒ、１０４Ｇ、１０４Ｂと、ダイクロイックビームスプリッタ１０５と、第二のリターダースタック１０６と、出射側偏光板１４６からなる。第一のリターダースタック１０１は、偏光ビームスプリッタ１０２の第一の側面に隣接しており、スペーサ１０３は偏光ビームスプリッタ１０２の第二の側面に隣接しており、ダイクロイックビームスプリッタ１０５は偏光ビームスプリッタ１０２の第三の側面に隣接しており、第二のリターダースタック１０６は偏光ビームスプリッタ１０２の第四の側面に隣接して配置されている。偏光ビームスプリッタ１０２は、２つの４５度プリズムを張り合わせた構成であり、張り合わせ界面に誘電体多層膜を設けて、前記張り合わせ界面に対する偏光状態に応じて入射光を透過ないし反射する特性を備える光学素子である。緑色用の液晶パネル１０４Ｇは、スペーサ１０３における偏光ビームスプリッタ１０２とは反対側の側面に隣接して配置される。赤色用の液晶パネル１０４Ｒは、ダイクロイックビームスプリッタ１０５の第一の出射面に隣接して配置される。青色用の液晶パネル１０４Ｂは、ダイクロイックビームスプリッタ１０５の第ニの出射面に隣接して配置される。ここで用いたダイクロイックビームスプリッタ１０５は、２つの４５度プリズムを張り合わせた構成であり、張り合わせ界面に誘電体多層膜を設けて波長に応じて反射ないし透過する特性を備える光学素子である。ここで用いたダイクロイックビームスプリッタ１０５は、青色光を反射し、赤色光を透過する特性を備える。
【００１７】
図１中には図示されていない光源からの白色光１００であるＷｐは、予めｐ偏光（図１において紙面に水平方向に偏光）で第一のリターダースタック１０１側から偏光ビームスプリッタに入射する。第一のリターダースタック１０１において、Ｗｐのうち緑色の波長成分はπの位相変調を受けｓ偏光（図１において紙面に垂直方向に偏光）となり、Ｗｐのうちマゼンタの波長成分は位相変調を受けずｐ偏光のままであり、夫々Ｇｓ及びＭｐと表す。図１中にＧ／Ｍとあるが、これは緑色（Ｇ）の波長成分を位相変調し、マゼンタ（Ｍ）の波長成分は位相変調しないという機能を意味している。Ｇｓは偏光ビームスプリッタ１０２の界面で反射されスペーサ１０３を介して緑色用液晶パネル１０４Ｇに入射する。緑色用液晶パネル１０４Ｇが白表示状態の時には、前記Ｇｓは偏光状態の変調を受け、ｐ偏光となる（Ｇｐ）。前記Ｇｐは、再びスペーサ１０３を介して偏光ビームスプリッタ１０２に入射するが、今度は界面を透過して第二のリターダースタック１０６に入射し、πの位相変調を受けてｓ偏光となり出射される。一方、第一のリターダースタック１０１から偏光ビームスプリッタ１０２に入射したＭｐは、偏光ビームスプリッタ１０２を透過してダイクロイックビームスプリッタ１０５に入射し、その界面で青色光（Ｂｐ）と赤色光（Ｒｐ）に分離される。分離された青色光（Ｂｐ）は青色用液晶パネル１０４Ｂに入射し、分離された赤色光（Ｒｐ）は赤色用液晶パネル１０４Ｒに夫々入射して、何れも白表示の際にはπの位相変調を受けてｓ偏光となる（夫々Ｂｓ及びＲｓ）。前記Ｂｓ及びＲｓはダイクロイックビームスプリッタ１０５により再び色合成されマゼンタ（Ｍｓ）となり、偏光ビームスプリッタ１０２に入射し、その界面によって反射される。偏光ビームスプリッタ１０２で反射されたＭｓは、先の緑色光（Ｇｐ）と合成され第二のリターダースタック１０６に入射する。このうちＧｐの波長成分が主としてπの位相変調を受けｓ偏光となり、位相変調を受けなかったＭｓと合成されてｓ偏光の白色光１０８（Ｗｓ）となり、第二のリターダースタックから出射する。前記第二のリターダースタックからの出射する白色光は、出射側偏光板１４６によって不要な偏光成分が除去される。前記白色光は、図示されていない投写光学系によりスクリーン等に投写され画像を形成する。
【００１８】
図２に示した投写型液晶表示装置は、図１の投写型液晶表示装置と構成は同じであるが、黒表示状態を示している。図１中には図示されていない光源からの白色光１００であるＷｐは、予めｐ偏光（図１において紙面に水平方向に偏光）で第一のリターダースタック１０１側から偏光ビームスプリッタに入射する。第一のリターダースタック１０１において、Ｗｐのうち緑色の波長成分はπの位相変調を受けｓ偏光となり、Ｗｐのうちマゼンタの波長成分は位相変調を受けずｐ偏光のままであり、夫々Ｇｓ及びＭｐと表す。Ｇｓは偏光ビームスプリッタ１０２の界面で反射されスペーサ１０３を介して緑色用液晶パネル１０４Ｇに入射する。緑色用液晶パネル１０４Ｇが黒表示状態の時には、前記Ｇｓは偏光状態の変調を受けず、ｓ偏光のままとなる（Ｇｓ）。前記Ｇｓは、再びスペーサ１０３を介して偏光ビームスプリッタ１０２に入射し、界面で再び反射されて第一のリターダースタック１０１に入射し、πの位相変調を受けてｐ偏光となり出射される。一方、第一のリターダースタック１０１から偏光ビームスプリッタ１０２に入射したＭｐは、偏光ビームスプリッタ１０２を透過してダイクロイックビームスプリッタ１０５に入射し、その界面で青色光（Ｂｐ）と赤色光（Ｒｐ）に分離される。分離された青色光（Ｂｐ）は青色用液晶パネル１０４Ｂに入射し、分離された赤色光（Ｒｐ）は赤色用液晶パネル１０４Ｒに夫々入射して、何れも黒表示の際には位相変調を受けずｐ偏光のままとなる（夫々Ｂｐ及びＲｐ）。前記Ｂｐ及びＲｐはダイクロイックビームスプリッタ１０５により再び色合成されマゼンタ（Ｍｐ）となり、偏光ビームスプリッタ１０２に入射し、その界面を透過する。偏光ビームスプリッタ１０２を透過したＭｐは、先の緑色光（Ｇｓ）と合成され第一のリターダースタック１０１に入射する。このうちＧｓの波長成分が主としてπの位相変調を受けｐ偏光となり、位相変調を受けなかったＭｐと合成されてｐ偏光の白色光１０９（Ｗｐ）となり、第一のリターダースタックから出射する。前記白色光１０９は、光源方向に戻るため、スクリーン上では黒表示となる。偏光ビームスプリッタ１０２のｐ偏光透過率は１００％ではないため、界面で僅かに反射されて第二のリターダースタック１０６方向に向かう光があるが、第二のリターダースタック１０６に隣接して設けた出射側偏光板１４６により除去されるので、コントラスト比への影響はない。しかしながら、各液晶パネル１０４で僅かに位相変調が生じた場合には、第二のリターダースタックから出射する光は出射側偏光板１４６では除去できず漏れ光１１２となり、スクリーン上での黒表示の輝度レベルが僅かに上昇してコントラスト比の低下につながり問題である。液晶パネル１０４における黒表示時の位相変調量を極力小さくする必要がある。
【００１９】
漏れ光１１２の生じる原因は、液晶パネル１０４での不要な位相変調の他にも存在する。コントラスト比低下の最も大きな原因は、三原色光の境界波長領域での光漏れである。三原色光の境界波長領域での光漏れの要因としては大きく次の二つがある。一つ目の要因はリターダースタックのカットオフ波長近傍での特性である。リターダースタックのカットオフ波長とは、位相変調が０の波長領域と位相変調がπの波長領域との境界に位置し、位相変調がちょうどπ／２である波長を指す。リターダースタックのカットオフ波長近傍では、位相変調が０とπとの間の値となるため、リターダースタックに入射した直線偏光は楕円偏光となって出射する。二つ目の要因は、偏光ビームスプリッタのｐ偏光に対する特性である。偏光ビームスプリッタ１０２は、ｓ偏光に対しては良好な反射特性を示すのに対し、ｐ偏光に対しては透過特性と反射特性との比を十分に得ることができない。具体的には、偏光ビームスプリッタ１０２のｓ偏光反射率は９９.９９％以上とすることができるのに対し、ｐ偏光透過率はたかだか８０％から９０％程度であり、ｐ偏光の１０％から２０％程度は反射されてしまう。上記の二つの要因により漏れ光１１２が生じる様子を、図１４を用いて緑色光と赤色光の境界波長領域（Ｏ光と称する）を例にとり説明する。
【００２０】
ｐ偏光の白色光１００のうちＯ光は第一のリターダースタック１０１を通過後楕円偏光１００１となる。前記楕円偏光のうちｓ偏光成分（Ｏｓ）は偏光ビームスプリッタ１０２の界面で反射され緑色用パネル１０４Ｇに向かい、反射された光は再び偏光ビームスプリッタ１０２の界面で反射されるため、漏れ光１１２とはならない。一方、前記楕円偏光のうちｐ偏光成分（Ｏｐ）は、偏光ビームスプリッタ１０２の界面を透過する成分（Ｏｐｔ）と、反射される成分（Ｏｐｒ）とに分離される。前記Ｏｐｔ光はダイクロイックビームスプリッタ１０５を介して赤色用液晶パネル１０４Ｒに入射する。赤色用液晶パネル１０４Ｒは黒表示状態であるので、Ｏｐｔ光の偏光状態は変調されないため、再び偏光ビームスプリッタの界面に到達したときに、その大部分は透過するため漏れ光１１２とはならないが、Ｏｐｔ光の１０％から２０％は界面で反射され（Ｏｐｔｒ）、第二のリターダースタック１０６に向かう。第二のリターダースタック１０６に隣接して設けられた出射側偏光板１４６の目的は、画像光の偏光状態とは異なる偏光状態以外の不要光を除去することである。ここでは、ｓ偏光を透過しｐ偏光を除去するように構成されている。第二のリターダースタック１０６でＯｐｔｒ光が変調されてｐ偏光からｓ偏光となると、前記出射側偏光板１４６を透過してしまい、漏れ光１１２となる。この漏れ光１１２の発生を防止するために、本発明の投写型液晶表示装置における第一及び第二のリターダースタック１０１及び１０６を次に説明する構成とした。
【００２１】
図３及び図４は、本発明の投写型液晶表示装置における第一のリターダースタック１０１及び第二のリターダースタック１０６の特性曲線である。図３は、第一のリターダースタック１０１ないしは第二のリターダースタック１０６のクロスニコルの偏光配置下での透過率を示しており、第一のリターダースタック１０１及び第二のリターダースタック１０６の特性曲線は夫々１１１Ｇ及び１１０Ｇである。図４は、第一のリターダースタック１０１ないしは第二のリターダースタック１０６の平行ニコルの偏光配置下での透過率を示しており、第一のリターダースタック１０１及び第二のリターダースタック１０６の特性曲線は夫々１１１Ｍ及び１１０Ｍである。本発明の投写型液晶表示装置における第一のリターダースタック１０１及び第二のリターダースタック１０６の特徴は、第一のリターダースタック１０１におけるカットオフ波長に対し第二のリターダースタック１０６におけるカットオフ波長を異なった波長としたことにある。
【００２２】
さらに、第二のリターダースタック１０６における二つのカットオフ波長の差分であるバンド幅を、第一のリターダースタック１０１におけるバンド幅に対して狭帯域としたことも特徴である。
【００２３】
あるいはまた、第二のリターダースタック１０６における短波長側のカットオフ波長は第一のリターダースタック１０１における短波長側のカットオフ波長に比べて長波長側とし、第二のリターダースタック１０６における長波長側のカットオフ波長は第一のリターダースタック１０１における長波長側のカットオフ波長に比べて短波長側としたことも特徴である。
【００２４】
このような構成としたことにより、不要光となるはずであったＯｐｔ光はほぼ全てが位相変調されることが無いためｐ偏光状態を維持し、第二のリターダースタック１０６と投写光学系との間に設けた出射側１４６偏光板により除去されるため、不要光１１２となることはない。
【００２５】
図５に、第一のリターダースタック１０１の長波長側のカットオフ波長と第二のリターダースタック１０６の長波長側のカットオフ波長との差分、及び第一のリターダースタック１０１の短波長側のカットオフ波長と第二のリターダースタック１０６の短波長側のカットオフ波長との差分Δλを夫々０ｎｍ、５ｎｍ及び１０ｎｍとした時の漏れ光１１２のスペクトルを示す。図５のスペクトル１２０、１２１及び１２２が夫々上記の差分Δλを０ｎｍ、５ｎｍ及び１０ｎｍとしたときの結果に相当する。第一及び第二のリターダースタックのカットオフ波長間の差分Δλを増加することにより、三原色光の境界波長領域における漏れ光の強度を効果的に低減できることが明らかである。
【００２６】
第一及び第二のリターダースタックのカットオフ波長間に差分Δλを設けることの他の効果は色純度の向上である。図６に、第一及び第二のリターダースタックのカットオフ波長間の差分Δλを０ｎｍ、５ｎｍ及び１０ｎｍと増加させたときの白表示におけるスペクトルを示す。三原色の境界波長領域の光は色純度を低下させるが、図６からも明らかなようにΔλを増加させることにより、三原色の境界波長領域の光強度を低減でき、すなわち三原色の色分離を良好に行うことができ、色純度を向上させることが可能となる。
【００２７】
図７は、本実施例の色分離合成光学系に用いたダイクロイックビームスプリッタ１０５の波長特性と、第一のリターダースタック１０１の波長特性との対応関係を示した図である。ダイクロイックビームスプリッタにおける透過率ないし反射率のカットオフ波長には、偏光依存性及び入射角度依存性が存在する。スペクトル１３０Ｔｐ０は、ダイクロイックビームスプリッタの界面での光軸に沿った方向でのｐ偏光の透過率であり、１３０Ｔｐ＋及び１３０Ｔｐ−は夫々光軸に沿った方向からプラス方向及びマイナス方向に１４度ずらした角度のｐ偏光（Ｆ値にして約２に相当）に対しての透過率スペクトルである。また、スペクトル１３０Ｔｓ０、１３０Ｔｓ＋及び１３０Ｔｓ−は、同じくｓ偏光に対しての透過スペクトルである。このように、ｐ偏光に対するカットオフ波長の方がｓ偏光に対するカットオフ波長よりも短波長側にある。また、入射角度が光軸に沿った方向からプラス方向にずらした角度でのカットオフ波長の方がマイナス方向でのそれよりも短波長側にある。本実施例の特徴は、ダイクロイックビームスプリッタ１０５の透過スペクトルのカットオフ波長を何れも第一のリターダースタック１０１の長波長側のカットオフ波長と短波長側のカットオフ波長との間に配置したことである。もしもダイクロイックビームスプリッタ１０５の透過スペクトルのカットオフ波長が第一のリターダースタック１０１の長波長側のカットオフ波長ないし短波長側のカットオフ波長の外側になった場合、そのはみ出した波長領域の光は光軸からのずれ角度に対し非対称に損失となり、投写画像において三原色毎に異なった輝度傾斜が生じるいわゆるカラーシェーディングの問題が生じる。したがって、ダイクロイックビームスプリッタ１０５の透過スペクトルのカットオフ波長を何れも第一のリターダースタック１０１の長波長側のカットオフ波長と短波長側のカットオフ波長との間に配置することにより、カラーシェーディングの発生を効果的に防止することができる。
【００２８】
（実施例２）
図８及び図９に本実施例の投写型液晶表示装置における色分離合成光学系を示す。図８は白表示状態を示しており、図９は黒表示状態を示している。実施例１の色分離合成光学系と大きく異なる点は、光源からの白色光１００を第二のリターダースタック１０６側から入射し、画像光を第一のリターダースタック１０１側から取り出す構成としたことである。本実施例の色分離合成光学系においても実施例１と同様な不要光発生の問題点があるため、第一のリターダースタック１０１の長波長側及び短波長側のカットオフ波長と第二のリターダースタック１０６の長波長側及び短波長側のカットオフ波長とは夫々異なる波長とした。具体的には、本発明の投写型液晶表示装置における第一のリターダースタック１０１及び第二のリターダースタック１０６の特徴は、第一のリターダースタック１０１におけるカットオフ波長に対し、第二のリターダースタック１０６におけるカットオフ波長を異なった波長とした。
【００２９】
さらに、第二のリターダースタック１０６における二つのカットオフ波長の差分であるバンド幅を、第一のリターダースタック１０１におけるバンド幅に対して狭帯域とした。
【００３０】
あるいはまた、第二のリターダースタック１０６における短波長側のカットオフ波長は第一のリターダースタック１０１における短波長側のカットオフ波長に比べて長波長側とし、第二のリターダースタック１０６における長波長側のカットオフ波長は第一のリターダースタック１０１における長波長側のカットオフ波長に比べて短波長側とした。
【００３１】
（実施例３）
図１０に本実施例の投写型液晶表示装置における色分離合成光学系を示す。本実施例の特徴は、偏光ビームスプリッタ１０２の張り合わせ界面における透過光の光軸と反射光の光軸とが含まれる面と、ダイクロイックビームスプリッタ１０５の張り合わせ界面における透過光の光軸と反射光の光軸とが含まれる面とが概ね９０度となるように配置したことにある。液晶パネルの表示部の形状は通常横長であり、さらに高品位テレビジョンのように縦横比が９：１６のように横方向に細長い形状をとりうる。本実施例のように構成することにより、ダイクロイックビームスプリッタ１０５のサイズを大幅に削減することが可能となり、ひいては光学系全体のサイズを縮小することが可能となる。
【００３２】
（実施例４）
図１１に本実施例の投写型液晶表示装置における色分離合成光学系を示す。本実施例の特徴は、実施例３の色分離合成光学系において、さらに偏光ビームスプリッタ１０２とダイクロイックビームスプリッタ１０５との間に第三のリターダースタック１０７を設けたことにある。第三のリターダースタック１０７は、赤色光をπの位相変調し、青色光に対しては位相変調がほぼ０の特性を備える。偏光ビームスプリッタ１０２の張り合わせ界面における透過光の光軸と反射光の光軸とが含まれる面と、ダイクロイックビームスプリッタ１０５の張り合わせ界面における透過光の光軸と反射光の光軸とが含まれる面とが概ね９０度となるように配置しているので、実施例３においては例えば偏光ビームスプリッタ１０２からダイクロイックビームスプリッタ１０５に入射するｐ偏光は、ダイクロイックビームスプリッタ１０５の張り合わせ界面に対してはｓ偏光となる。逆も同様である。本実施例の色分離合成光学系においては、青色用液晶パネル１０４Ｂにはダイクロイックビームスプリッタ１０５の張り合わせ界面で反射されたｓ偏光が入射し、赤色用液晶パネル１０４Ｒにはダイクロイックビームスプリッタ１０５の張り合わせ界面を透過したｐ偏光が入射する。
【００３３】
実施例１においても述べたように、ダイクロイックビームスプリッタ１０５には、偏光依存性及び入射角度依存性が存在する。ｐ偏光に対するカットオフ波長はｓ偏光に対するカットオフ波長よりも短波長側にあり、夫々に入射角度依存性がある。言い換えれば、ｐ偏光に対するカットオフ波長はｓ偏光に対するカットオフ波長よりも青色側にある。第三のリターダースタック１０７を設けたことにより、青色用パネル１０４Ｂ用の照明光はダイクロイックビームスプリッタ１０５の張り合わせ界面に対してｓ偏光となるので、赤色よりにあるダイクロイックビームスプリッタ１０５のｓ偏光に対するカットオフ波長の入射角度依存性の影響を受けない。また、赤色用パネル１０４Ｒ用の照明光はダイクロイックビームスプリッタ１０５の張り合わせ界面に対してｐ偏光となるので青色よりにあるダイクロイックビームスプリッタ１０５のｐ偏光に対するカットオフ波長の入射角度依存性の影響を受けない。したがって、ダイクロイックビームスプリッタ１０５の偏光依存性と入射角度依存性を原因とする不要な反射光等の迷光の発生を効果的に防止することができ、高コントラスト比な投写型液晶表示装置を実現することができる。
【００３４】
（実施例５）
図１２に本実施例の投写型液晶表示装置の模式図を示す。本実施例の投写型液晶表示装置は、白色光源１４１と、オプティカルインテグレータ１４１、１４２と、レンズ１４３、１４４と、ミラー１４５等から構成される照明光学系と、実施例１から４において述べた色分離光学系と、投写レンズ１４７等から主として構成される。
【００３５】
白色光源１４１から出射される白色光は、オプティカルインテグレータ１４１、１４２、レンズ１４３、１４４及びミラー１４５により液晶パネル１０４上に、実施例１から４で述べた色分離合成光学系を介して照射強度の均一性の高い照明を行う。各液晶パネル１０４で変調を受けた光は再び実施例１から４で述べた色分離合成光学系を介し、投写レンズ１４７によって投写される。図１２中には記載していないが、照明光学系において偏光変換素子を設けておくと光利用効率が増し、輝度を向上することができる。
【００３６】
（実施例６）
図１３に本実施例の投写型液晶表示装置の模式図を示す。本実施例の投写型液晶表示装置は、第一のリターダースタック１０１と、偏光ビームスプリッタ１０２と、第二のリターダースタック１０６と、出射側偏光板１４６からなる色分離合成光学系と、緑用液晶パネル１０４Ｇと、時分割で赤画像と青画像とを切り替えて表示する赤／青用液晶パネル１０４ＲＢと、時分割で黄色とシアンとを切り替えて照明することが可能な照明光学系１５０と、投写レンズ１４７とから構成される。第一のリターダースタック１０１を偏光ビームスプリッタ１０２の第一の側面に隣接して配置し、緑色パネル１０４Ｇを偏光ビームスプリッタ１０２の第二の側面に隣接して配置し、赤／青用液晶パネル１０４ＲＢを偏光ビームスプリッタ１０２の第三の側面に隣接して配置し、第二のリターダースタック１０６を偏光ビームスプリッタ１０２の第四の側面に隣接して配置した。偏光ビームスプリッタ１０２の第一の側面と第三の側面とが互いに向かい合っており、また第ニの側面と第四の側面とが互いに向かい合っている。第一のリターダースタック１０１及び第二のリターダースタック１０６は各々可視光領域に二つのカットオフ波長を有し、第一のリターダースタック１０１の短波長側のカットオフ波長は第二のリターダースタック１０６の短波長側のカットオフ波長よりも短波長側とし、第一のリターダースタック１０１の長波長側のカットオフ波長は第二のリターダースタック１０６の長波長側のカットオフ波長よりも長波長側とした。
【００３７】
図１３では、照明光学系１５０からの照明光１００を第一のリターダースタック１０１側から入射し、第二のリターダースタック１０６側からの出射光１０８を投写レンズ１４７を介して投写する構成を示している。出射側偏光板１４６は第二のリターダースタック１０６に隣接して配置される。逆に照明光学系１５０からの照明光１００を第二のリターダースタック１０６側から入射し、第一のリターダースタック１０１側からの出射光１０８を投写レンズ１４７を介して投写する構成とした場合には、出射側偏光板１４６は第一のリターダースタック１０１に隣接して配置される。
【００３８】
本実施例の投写型液晶表示装置は、黄色光（Ｙｐ）とシアン光（Ｃｐ）とを時分割で切り替えられる照明光学系１５０からの照明光１００を第一のリターダースタック１０１及び偏光ビームスプリッタ１０２により、緑色光（Ｇｓ）と赤色光（Ｒｐ）ないし緑色光（Ｇｓ）と青色光（Ｂｐ）に分離して、夫々緑色用液晶パネル１０４Ｇと赤／青色用液晶パネル１０４ＲＧに入射させる。緑色用液晶パネル１０４Ｇは定常的に緑色光を変調して緑色画像を表示するのに対し、赤／青色用液晶パネル１０４ＲＧは照明光の色の切り替えに同期させて赤色画像と青色画像を高速に時間分割で切り替えて表示する。出射光１０８は時間的に緑色光（Ｇｐ）と赤色光（Ｒｓ）ないしは緑色光（Ｇｐ）と青色光（Ｂｓ）とを合成してそれぞれ黄色光（Ｙｓ）ないしはシアン光（Ｃｓ）となり、高速に時間分割で切り替えて投写レンズ１４７を介して投写される。高速に黄色画像とシアン画像とを切り替えて表示するので、観測者には色合成されたフルカラーの画像として視認される。
【００３９】
従来、赤色用液晶パネルと青色用液晶パネルの２枚のパネルを必要としていたのに対し、赤色画像と青色画像とを時分割で切り替え表示が可能な赤／青色用液晶パネル１０４ＲＢを用いたことにより、さらに色分離合成光学系を縮小化することができ、投写型液晶表示装置を大幅に小型化することが可能である。
【００４０】
また、第一のリターダースタック１０１のカットオフ波長と第二のリターダースタックの１０６カットオフ波長を上記のように規定したことにより、三原色の境界波長領域における光漏れを大幅に低減することが可能となり、高コントラスト比の投写型液晶表示装置を実現することができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の色分離合成光学系は、第一のリターダースタックと、偏光ビームスプリッタと、スペーサと、ダイクロイックビームスプリッタと第二のリターダースタックからなる色分離合成光学系において、前記偏光ビームスプリッタの第一の側面に隣接して前記第一のリターダースタックを配置し、前記偏光ビームスプリッタの第二の側面に隣接して前記スペーサを配置し、前記偏光ビームスプリッタの第三の側面に隣接して前記ダイクロイックビームスプリッタを配置し、前記偏光ビームスプリッタの第四の側面に隣接して前記第二のリターダースタックを配置し、前記偏光ビームスプリッタの第一の側面と第三の側面とが互いに向かい合っており、前記偏光ビームスプリッタの第ニの側面と第四の側面とが互いに向かい合っており、前記第一のリターダースタック及び前記第二のリターダースタックは各々可視光領域に二つのカットオフ波長を有し、前記第一のリターダースタックの短波長側のカットオフ波長は前記第二のリターダースタックの短波長側のカットオフ波長よりも短波長側に有り、前記第一のリターダースタックの長波長側のカットオフ波長は前記第二のリターダースタックの長波長側のカットオフ波長よりも長波長側に有るという特徴を備えることにより、主として三原色光の境界波長領域における光漏れを効果的に防止し、また三原色光の境界波長領域において色純度を低下させる不要な波長成分を効果的に除去し、高コントラスト比でかつ高色純度の画像表示が可能な投写型液晶表示装置を実現した。
【００４２】
また、本発明の投写型液晶表示装置における色分離光学系においては、前記偏光ビームスプリッタの張り合わせ界面における透過光の光軸と反射光の光軸とが含まれる面と、前記ダイクロイックビームスプリッタの張り合わせ界面における透過光の光軸と反射光の光軸とが含まれる面とが概ね９０度となるように配置することにより、高品位テレビジョンにおける画面の縦横比が９：１６のような横長な表示を行う液晶パネルを用いた場合においても、色分離合成光学系の大きさを大きくすることが無く、ひいては小型な投写型液晶表示装置を実現することができた。
【００４３】
さらには、前記偏光ビームスプリッタと前記ダイクロイックビームスプリッタとの間に、赤色光の位相を青色光のそれに対してπずらす機能を備えた第三のリターダースタックを備えたことにより、前記ダイクロイックビームスプリッタの偏光依存性と入射角度依存性を原因とする迷光の発生を効果的に防止し、高コントラスト比な投写型液晶表示装置を実現した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係わるもので、実施例１の投写型液晶表示装置における色分離合成光学系の説明図。
【図２】本発明の実施形態に係わるもので、実施例１の投写型液晶表示装置における色分離合成光学系の説明図。
【図３】本発明の実施形態に係わるもので、第一及び第二のリターダースタックの波長特性。
【図４】本発明の実施形態に係わるもので、第一及び第二のリターダースタックの波長特性。
【図５】本発明の実施形態に係わるもので、黒画像表示時のスペクトル。
【図６】本発明の実施形態に係わるもので、白画像表示時のスペクトル。
【図７】本発明の実施形態に係わるもので、ダイクロイックビームスプリッタ及び第一のリターダースタックの波長特性。
【図８】本発明の実施形態に係わるもので、実施例２の投写型液晶表示装置における色分離合成光学系の説明図。
【図９】本発明の実施形態に係わるもので、実施例２の投写型液晶表示装置における色分離合成光学系の説明図。
【図１０】本発明の実施形態に係わるもので、実施例３の投写型液晶表示装置における色分離合成光学系の説明図。
【図１１】本発明の実施形態に係わるもので、実施例４の投写型液晶表示装置における色分離合成光学系の説明図。
【図１２】本発明の実施形態に係わるもので、実施例４の投写型液晶表示装置の説明図。
【図１３】本発明の実施形態に係わるもので、実施例６投写型液晶表示装置の説明図。
【図１４】本発明の実施形態に係わるもので、漏れ光が生じる様子を緑色光と赤色光の境界波長領域（Ｏ光と称する）を例にとり説明する説明図。
【符号の説明】
１００…入射白色光、１０１…第一のリターダースタック、１０２…偏光ビームスプリッタ、１０３…スペーサ、１０４…液晶パネル、１０５…ダイクロイックビームスプリッタ、１０６…第二のリターダースタック、１０７…第三のリターダースタック、１０８…出射光、１１０…第二のリターダースタックの波長特性、１１１…第一のリターダースタックの波長特性、１１２…漏れ光、１３０…ダイクロイックビームスプリッタの波長特性、１４７…投写レンズ。
【図１】
0003730582.tif 000002
【図２】
0003730582.tif 000003
【図３】
0003730582.tif 000004
【図４】
0003730582.tif 000005
【図５】
0003730582.tif 000006
【図６】
0003730582.tif 000007
【図７】
0003730582.tif 000008
【図８】
0003730582.tif 000009
【図９】
0003730582.tif 000010
【図１０】
0003730582.tif 000011
【図１１】
0003730582.tif 000012
【図１２】
0003730582.tif 000013
【図１３】
0003730582.tif 000014
【図１４】
0003730582.tif 000015