專(zhuān)利名稱(chēng)：圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶面板等圖像顯示元件，特別涉及使用反射型圖像顯示元件的圖像顯示裝置。
背景技術(shù)：
美國(guó)專(zhuān)利5327270號(hào)公報(bào)公開(kāi)了這樣一種實(shí)施例在使用反射型液晶顯示元件(reflective liquid crystal display element)的圖像投射裝置中，在通過(guò)偏振光光束分離器(polarization beam splitter)把來(lái)自光源的光導(dǎo)向反射型液晶顯示元件、把由反射型液晶顯示元件反射的光再次用偏振光光束分離器檢光后透影的結(jié)構(gòu)中，在上述偏振光光束分離和上述反射型液晶顯示元件之間設(shè)置1/4相位板(1/4 phaseplate)，進(jìn)行對(duì)比度修正(圖6)。
為使由圖像投射裝置投射的圖像明亮，需要一種聚光光學(xué)系統(tǒng)(condensing optical system)，它具有用于以均勻照度照明照明區(qū)域的光束分割系統(tǒng)(luminous flux dividing system)、用于使照明光的偏振光方向一致的偏振光分離系統(tǒng)(polarization splitting system)、聚光從偏振光分離系統(tǒng)射出(emerge)的多個(gè)光束的聚光透鏡、和使向反射型液晶顯示元件的入射光成為近似遠(yuǎn)心光的濾光透鏡。進(jìn)而，為使具有這些部件的照明系統(tǒng)的利用效率提高，必須使由聚光光學(xué)系統(tǒng)的合成焦點(diǎn)距離(combined focal length)f和聚光透鏡的有效區(qū)域?qū)挾萀決定的照明光學(xué)系統(tǒng)的Fno(＝f/L)變小，由此，必須使在反射型液晶顯示元件上的任意一點(diǎn)聚光的光束的最大入射角度取得更大。
但是，因?yàn)?/4相位板是具有規(guī)定厚度的各向異性的構(gòu)造體，所以由入射角(incident angle)產(chǎn)生的相位差不同。在尋常光線(ordinaryray)的折射率(refractive index)為no、非常光線(extraordinary ray)的折射率為ne的各向異性的物質(zhì)中，對(duì)于尋常光線和非常光線的軸45°傾斜的偏振光軸的光在尋常光線方向傳播的話，則光的相位差表示為φ=2πλ(no-ne)l---(1)]]>式中，λ是波長(zhǎng)，l為光傳播物質(zhì)的厚度。
根據(jù)式(1)，波長(zhǎng)λ的光通過(guò)物質(zhì)而在尋常光線方向和非常光線方向上發(fā)生的光路(optical path)差為(no-ne)l=λ4]]>時(shí)，相位差為φ=π2]]>，以直線偏振光入射的光變換為圓偏振光，成為1/4相位板。
但是，在具有各向異性的上述物質(zhì)中光傾斜入射的話，則成為以如圖5所示在x軸方向和y軸方向上折射率為no、在z軸方向上折射率為ne的折射率橢圓體表示的那樣，在從非常光線方向在yz平面上以α傾斜方向入射波面的傳播方向(矢量a)的場(chǎng)合，對(duì)于互相垂直的電場(chǎng)的尋常光線的折射率no’和非常光線的折射率ne’成為ne′=1cos2αno2+sin2αne2]]>外7no’＝no(2)光的相位差φ’表示為外8φ′=2πλ(no-1/cos2αno2+sin2αne2)1sinα---(3)]]>，相位差φ依從于入射角度α，對(duì)于1/4相位板的入射角度偏離基準(zhǔn)的入射角度(α＝90°)的話，則用公式(3)表示的相位差φ’和從公式(1)得到的值有很大的不同，即使使用1/4相位板也得不到充分的對(duì)比度。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，在一個(gè)方面，本發(fā)明的圖像顯示裝置具有反射型液晶顯示元件、把來(lái)自光源的光分割為多個(gè)光束的光束分割系統(tǒng)、把從該光束分割系統(tǒng)射出的光束(emerged luminous flux)導(dǎo)入所述反射型液晶顯示元件的聚光光學(xué)系統(tǒng)。所述聚光光學(xué)系統(tǒng)具有聚光從所述光束分割裝置射出的光的聚光透鏡、把從所述聚光透鏡射出的光束對(duì)于所述反射型液晶顯示元件實(shí)質(zhì)上變?yōu)檫h(yuǎn)心光束的濾光透鏡、把從所述濾光透鏡射出的光束根據(jù)偏振光狀態(tài)分離的偏振光光束分離器、在該偏振光光束分離器和所述反射型液晶顯示元件之間配置的1/4相位板。另外滿足以下的條件。
π/2×0.8＜φ＜π/2×1.2式中，φ是對(duì)于以角度θ入射所述1/4相位板的光線給予該1/4相位板的相位差，θ是設(shè)所述聚光光學(xué)系統(tǒng)的合成焦點(diǎn)距離為f、聚光透鏡的有效區(qū)域?qū)挾葹長(zhǎng)時(shí)由tanθ=L2f]]>定義的角度。
在另一方面，本發(fā)明的圖像投射裝置具有形成對(duì)應(yīng)第一色、第二色、第三色的圖像的第一、第二、第三反射型液晶顯示元件、投射光學(xué)系統(tǒng)、分割來(lái)自光源的光為多個(gè)光束的光束分割系統(tǒng)、把所述多個(gè)光束的每一個(gè)實(shí)質(zhì)上變換為直線偏振光的偏振光變換元件陣列、把來(lái)自所述偏振光變換元件陣列的光束導(dǎo)向所述第一、第二、第三反射型液晶顯示元件的聚光光學(xué)系統(tǒng)。
所述聚光光學(xué)系統(tǒng)具有聚光從所述偏振光變換元件陣列來(lái)的光束的聚光透鏡、把從所述聚光透鏡來(lái)的光束對(duì)于所述第一、第二、第三反射型液晶顯示元件實(shí)質(zhì)上變?yōu)檫h(yuǎn)心光束的濾光透鏡、把從所述濾光透鏡來(lái)的光束分解為第一、第二色的光和第三色的光的色分解光學(xué)元件(color separating optical element)。進(jìn)而，所述聚光光學(xué)系統(tǒng)具有接收來(lái)自所述色分解光學(xué)元件的第一、第二色的光、把該第一、第二色的光、分別導(dǎo)向所述第一、第二反射型液晶顯示元件、有選擇地把從該第一、第二反射型液晶顯示元件射出的光中的圖像光(imagelight)導(dǎo)向所述投射光學(xué)系統(tǒng)的第一偏振光光束分離器；接收來(lái)自所述色分解光學(xué)元件的第三色的光、導(dǎo)向所述第三反射型液晶顯示元件、有選擇地把從所述第三反射型液晶顯示元件射出的光中的圖像光導(dǎo)向所述投射光學(xué)系統(tǒng)的第二偏振光光束分離器；在所述第一、第二偏振光光束分離器和所述第一、第二、第三反射型液晶顯示元件之間配置的1/4相位板。另外滿足以下的條件。
π/2×0.8＜φ＜π/2×1.2式中，φ是對(duì)于以角度θ入射所述1/4相位板的光線給予該1/4相位板的相位差，θ是設(shè)所述聚光光學(xué)系統(tǒng)的合成焦點(diǎn)距離為f、聚光透鏡的有效區(qū)域?qū)挾葹長(zhǎng)時(shí)由tanθ=L2f]]>定義的角度。


圖1是第一實(shí)施例的說(shuō)明圖。
圖2表示入射第一實(shí)施例的1/4相位板的光的偏振光軸方向。
圖3表示紅反射用二色性(dichroic)鏡的特性。
圖4是入射偏振光光束分離器的光線的說(shuō)明圖。
圖5是傾斜入射(obliquely incident)各向異性物質(zhì)時(shí)的折射率的說(shuō)明圖。
圖6是說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)例子的圖。
具體實(shí)施例方式
關(guān)于上述的條件式簡(jiǎn)單進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施例的圖像顯示裝置具有白色光源、顯示圖像的反射型液晶顯示元件、投射光學(xué)系統(tǒng)、把來(lái)自上述白色光源的光分割成多個(gè)光束的光束分割器、把該分割的多個(gè)光束(無(wú)偏振光的光)的每一個(gè)實(shí)質(zhì)上變換為直線偏振光的偏振光變換系統(tǒng)(偏振光變換元件陣列是把偏振光變換元件在橫切光軸的方向上排列多個(gè)形成的)、把從該偏振光變換系統(tǒng)來(lái)的光導(dǎo)向反射型液晶顯示元件的聚光光學(xué)系統(tǒng)。
該聚光光學(xué)系統(tǒng)具有聚光來(lái)自上述偏振光變換系統(tǒng)的光的聚光透鏡和把向反射型液晶顯示元件入射的光實(shí)質(zhì)上變換為遠(yuǎn)心光的濾光透鏡。
在本實(shí)施例的圖像顯示裝置中，進(jìn)而具有在反射型液晶顯示元件和投射光學(xué)系統(tǒng)之間配置的、把來(lái)自反射型液晶顯示元件的光導(dǎo)向投射光學(xué)系統(tǒng)的偏振光光束分離器，和在該偏振光光束分離器和上述反射型液晶顯示元件之間配置的1/4相位板。
投向在偏振光光束分離器和反射型液晶顯示元件之間設(shè)置的1/4相位板(1/4波長(zhǎng)板…1/4 wave plate)的光線的最大入射角度θ可以通過(guò)聚光光學(xué)系統(tǒng)的合成焦點(diǎn)距離f和聚光透鏡的有效區(qū)域?qū)挾萀表示為θ＝tan-1(L/2f)。式中，有效區(qū)域?qū)挾萀是在把來(lái)自光源的光導(dǎo)向反射型液晶顯示元件的照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸垂直的方向上聚光透鏡的有效區(qū)域的寬度，這里希望采用該有效區(qū)域?qū)挾鹊淖畲笾怠?br> 如圖4所示，以最大入射角度θ入射1/4相位板的S偏振光的光用理想的偏振光光束分離器P的偏振光分離膜T反射，透過(guò)1/4相位板Q，入射到反射型液晶顯示元件L。此外，這里θ成為對(duì)照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸的角度、亦即對(duì)于反射型液晶顯示元件的入射角實(shí)質(zhì)上相同的角度。
進(jìn)而由反射型液晶顯示元件L反射的光再次透過(guò)1/4相位板Q入射到偏振光光束分離器P，由此使圖像光以外的不需要的光不導(dǎo)向投射光學(xué)系統(tǒng)那樣檢光。在這樣構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)中，為提高圖像顯示裝置中的光的利用效率，希望配置1/4相位板，使對(duì)于入射上述1/4相位板的最大角度θ的光線由1/4相位板給予的相位差φ滿足π/2×0.8＜φ＜π/2×1.2這樣構(gòu)成的話，可以使由反射型液晶顯示元件L反射的、透過(guò)1/4相位板Q的光中用偏振光分離膜T漏出的P成分的光量(由偏振光分離膜T反射的P偏振光成分的光量)變小，可以得到對(duì)比度高的明亮的投射光(投射圖像)。
進(jìn)而，為得到對(duì)比度高的圖像，通過(guò)配置1/4相位板，使聚光光學(xué)系統(tǒng)的光束的最大角度θ滿足θ≥10°而且相位差φ滿足π/2×0.9＜φ＜π/2×1.1，可以進(jìn)一步使由偏振光分離膜T漏出的P成分的光量，可以提高對(duì)比度。
當(dāng)然不限定于1/4相位板，使用其他光學(xué)元件也可以具有同樣的光能。
(第一實(shí)施例)圖1表示本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖中，1是由高壓水銀燈等組成的光源，2是用于在規(guī)定的方向上放射來(lái)自光源的光的反射器，3是用于形成均勻照明區(qū)域的積光器，具有蠅眼(フライアイ)透鏡3a、3b。
4是使來(lái)自光源的無(wú)偏振光在規(guī)定方向上一致的偏振光變換元件，由偏振光分離膜4a、反射膜4b和1/2相位板4c組成，5是聚光照明光的聚光透鏡，6是用于把光路導(dǎo)入照明光學(xué)系統(tǒng)的反射鏡，7是濾光透鏡，8a、8b、8c是透過(guò)P偏振光、反射S偏振光的偏振光光束分離器，9a、9b是只把綠色波長(zhǎng)區(qū)域的光的偏振光方向變換(關(guān)于紅、藍(lán)色波長(zhǎng)區(qū)域的光不變換偏振光方向)90°的色選擇相位差板，10r、10g、10b是用于顯示各顏色圖像的反射型液晶顯示元件，11是1/2相位板，12r、12g、12b是紅色用的1/4相位板、綠色用的1/4相位板、藍(lán)色用的1/4相位板、13是投射光學(xué)系統(tǒng)，投射光學(xué)系統(tǒng)13可以包含透鏡、衍射光柵、反射鏡等，但是最好僅由透鏡構(gòu)成。
14是透過(guò)藍(lán)色和綠色波長(zhǎng)區(qū)域的光、反射紅色波長(zhǎng)區(qū)域的光的分色鏡。
下面說(shuō)明光學(xué)作用。從光源1射出的光通過(guò)反射器(這里取拋物面鏡，但是橢圓鏡也可以)2在蠅眼透鏡3a的方向上聚光。該光束由蠅眼透鏡3a分離成多個(gè)光束后，該多個(gè)光束聚光在各蠅眼透鏡3b近旁，通過(guò)偏振光變換元件4，由于具光透鏡5以及濾光透鏡7的作用，在反射型液晶顯示元件10r、10g、10b上重合。其結(jié)果，通過(guò)可以以均勻照度的光照明各反射型液晶顯示元件10r、10g、10b，從蠅眼透鏡3b射出的多個(gè)光束通過(guò)偏振光變換元件4變換成S偏振光(P偏振光也可以)。詳細(xì)說(shuō)，用對(duì)應(yīng)各光束的偏振光分離膜4a分離為P偏振光和S偏振光，S偏振光由反射膜4b反射，P偏振光透過(guò)偏振光分離膜4a后，透過(guò)1/2相位板4c變換為S偏振光，在和S偏振光成分相同方向射出，結(jié)果在作為規(guī)定的偏振光(這里是S偏振光)同樣的方向(朝向聚光透鏡的方向，換言之在照明光學(xué)系統(tǒng)的光軸的方向)上射出。
來(lái)自光源由偏振光變換元件4射出的光通過(guò)聚光透鏡5和濾光透鏡7聚光，入射到分色鏡14。分色鏡14具有圖3所示的特性，透過(guò)藍(lán)色和綠色波長(zhǎng)區(qū)域的光，反射紅色波長(zhǎng)區(qū)域的光。分色鏡14反射的紅色光由偏振光光束分離器8a反射，透過(guò)1/4相位板12r，入射到反射型液晶顯示元件10r上。入射到反射型液晶顯示元件10r上的光通過(guò)反射型液晶顯示元件10r被圖像調(diào)制、反射。被圖像調(diào)制的光再次透過(guò)1/4相位板12r，入射到偏振光光束分離器8a。此時(shí)在由反射型液晶顯示元件射出的光中S偏振光成分的光(黑顯示的光)由偏振光光束分離器8a反射，被返回到光源側(cè)而去除。另外，通過(guò)反射型液晶顯示元件被圖像調(diào)制后成為P偏振光成分的光(白顯示的光)透過(guò)偏振光光束分離器8a，被導(dǎo)入投射光學(xué)系統(tǒng)13，投影到屏幕等被投影面上。
此時(shí)，未由液晶顯示元件10r進(jìn)行圖像調(diào)制的光(偏振光方向未被變換為90度的光)，如果不由偏振光光束分離器8a的偏振光分離膜變換為S偏振光(黑顯示的光，即返回光源方向的光)的話對(duì)比度會(huì)降低。因此，把在偏振光光束分離器8a和反射型液晶顯示元件10r之間設(shè)置的1/4相位板12r的超前軸調(diào)整(修正)到規(guī)定的方向，抑制在偏振光光束分離器8a和反射型液晶顯示元件10r上發(fā)生的偏振光狀態(tài)的散亂使變小。具體說(shuō)，向偏振光光束分離器以規(guī)定的角度(這里是45度)以外的角度入射光的場(chǎng)合，有時(shí)會(huì)反射和S偏振光不同的成分的光，這是使對(duì)比度降低的原因。因此，即使對(duì)于向偏振光光束分離器以45度以外的角度入射的光，實(shí)質(zhì)上只把由反射型液晶顯示元件圖像調(diào)制過(guò)的光作為圖像光導(dǎo)入到投射光學(xué)系統(tǒng)那樣構(gòu)成。至少，比不配置1/4波長(zhǎng)板的場(chǎng)合，為使對(duì)比度提高需要設(shè)定1/4波長(zhǎng)板的超前軸的方向。
由反射型液晶顯示元件10r進(jìn)行圖像調(diào)制以P偏振光入射到偏振光光束分離器8a的光透過(guò)偏振光光束分離器8a由1/2相位板11把偏振光方向變換90°，成為S偏振光，入射到偏振光光束分離器8c，由于在偏振光光束分離器8c上反射，導(dǎo)向投射透鏡13被投影。
透過(guò)分色鏡14的S偏振光的藍(lán)色和綠色光，入射到只變換綠色波長(zhǎng)區(qū)域的光的偏振光方向90°的色選擇性相位差板9a，藍(lán)色波長(zhǎng)區(qū)域的偏振光方向不加變換以S偏振光原樣入射到偏振光光束分離器8b，綠色波長(zhǎng)區(qū)域的偏振光方向被變換為P偏振光，入射到偏振光光束分離器8b。
在偏振光光束分離器8b上，反射作為S偏振光的藍(lán)色波長(zhǎng)區(qū)域的光，透過(guò)作為P偏振光的綠色波長(zhǎng)區(qū)域的光，由此進(jìn)行色分解。由偏振光光束分離器8b反射的藍(lán)色波長(zhǎng)區(qū)域的光，透過(guò)1/4相位板12b，入射到反射型液晶顯示元件10b。從反射型液晶顯示元件10b射出的光中的P偏振光成分(用反射型液晶顯示元件10b改變偏振光方向的成分)再次透過(guò)1/4相位板12b，透過(guò)偏振光光束分離器8b和偏振光光束分離器8c，通過(guò)投射透鏡13被投影到被投影面上。
從反射型液晶顯示元件10b射出的光中的S偏振光成分(用反射型液晶顯示元件10b不改變偏振光方向的成分)由偏振光光束分離器8b反射，被返回到光源側(cè)而被除去。
另外，透過(guò)偏振光光束分離器8b的綠色波長(zhǎng)區(qū)域的光，透過(guò)1/4相位板12g，入射到反射型液晶顯示元件10g。從反射型液晶顯示元件10g射出的光中的S偏振光成分(用反射型液晶顯示元件10g改變偏振光方向的成分)，再次透過(guò)1/4相位板12g，由偏振光光束分離器8b反射，被導(dǎo)入投射透鏡13。
另外，從反射型液晶顯示元件10g射出的光中的P偏振光成分(用反射型液晶顯示元件10g不改變偏振光方向的成分)透過(guò)偏振光光束分離器8b，被返回到光源側(cè)而被除去，即對(duì)于投射光學(xué)系統(tǒng)被遮光。
從偏振光光束分離器8b射出的作為投影光的藍(lán)色區(qū)域的P偏振光的光和綠色區(qū)域的S偏振光的光，入射到只變換綠色波長(zhǎng)區(qū)域的偏振光方向90°的色選擇性相位差板9b，藍(lán)色波長(zhǎng)區(qū)域的偏振光方向不加變換，以P偏振光原樣、綠色波長(zhǎng)區(qū)域的偏振光方向變換為P偏振光，藍(lán)色和綠色波長(zhǎng)區(qū)域的光透過(guò)偏振光光束分離器8c，被導(dǎo)向投射透鏡13被投影。
此時(shí)，修正偏振光光束分離器8b和反射型液晶顯示元件10g、10b之間設(shè)置的1/4相位板12g、12b的超前軸，和在紅色光路中使用的1/4相位板12r同樣進(jìn)行黑顯示的調(diào)節(jié)。
這里，不用說(shuō)去掉了旋轉(zhuǎn)紅色成分的偏振光方向的1/2波長(zhǎng)板(相位板)11，代替色選擇性相位差板9b，配置具有變換藍(lán)色波長(zhǎng)區(qū)域的光的偏振光方向90度、不變化綠色波長(zhǎng)區(qū)域的光的偏振光方向的特性的色選擇性相位差板，把投影透鏡13的配置位置變更到圖1中的偏振光光束分離器的紙面上側(cè)(即光束分離器8a和8c和投影透鏡13幾乎在一直線上排列那樣配置)也可以。
這里，向偏振光光束分離器8a、8b以入射角度θ入射的光透過(guò)入射角度θ中的相位差φ的1/4相位板12r、12g、12b，由反射型液晶顯示元件10r、10g、10b反射后，再次透過(guò)1/4相位板12r、12g、12b，把透過(guò)(或者反射)偏振光光束分離器8a、8b時(shí)漏出的光量，使用使P偏振光全部透過(guò)、S偏振光全部反射的理想的偏振光光束分離器P和反射光的偏振光狀態(tài)不改變的反射型液晶顯示元件理想的LL表示的話，就成為圖2所示那樣。這里的漏光量，與本來(lái)應(yīng)該透過(guò)的光無(wú)關(guān)，是反射掉的光量。不用說(shuō)，透過(guò)和反射反過(guò)來(lái)也可以。更具體說(shuō)，是用反射型液晶顯示元件調(diào)制的、被變換為應(yīng)該投射到屏幕等被投射面上的圖像光的光，本來(lái)透過(guò)偏振光光束分離器后應(yīng)該導(dǎo)向投射光學(xué)系統(tǒng)的光中由偏振光光束分離器反射的光量。
在圖2中，設(shè)以45°入射偏振光光束分離器P的偏振光分離膜T的光軸為X軸、由射偏振光光束分離器P反射、垂直入射1/4相位板Q以及反射型液晶顯示元件LL的光線c的軸方向?yàn)閆軸、垂直X軸和Z軸的軸為Y軸的話，則在XY平面內(nèi)以入射角度θ入射面板的S偏振光的入射光線a由偏振光光束分離器P反射，透過(guò)以矢量f’的超前軸(滯后軸方向的矢量s’與矢量f’正交)作為Y軸方向的1/4相位板Q，入射到反射型液晶顯示元件LL上。
進(jìn)而，在反射型液晶顯示元件LL中在與z軸對(duì)稱(chēng)的方向上反射的光線b再次透過(guò)1/4相位板Q由偏振光光束分離器P檢光。此時(shí)，入射光線a的入射光強(qiáng)度Io和由做成黑顯示的反射型液晶顯示元件LL反射的光線b不由偏振光光束分離器P檢光漏出的P成分的光強(qiáng)度Ip的比使用瓊斯矢量表示的話，為使S偏振光的入射光線a通過(guò)由偏振光光束分離器P的偏振光分離膜T反射對(duì)于Y軸的S偏振光的方向在XY平面上在右旋方向上傾斜θ，入射1/4相位板Q的光線的偏振光軸β對(duì)于超前軸在f’s’平面上傾斜θ。
進(jìn)而通過(guò)顯示黑的反射型液晶顯示元件LL，入射光線a不改變偏振光狀態(tài)在YZ平面上在對(duì)稱(chēng)Z軸的方向上反射，以入射角度θ入射1/4相位板Q。此時(shí)，1/4相位板，因?yàn)榫哂杏扇肷浣嵌葲Q定的相位差，設(shè)入射角度θ中的1/4相位板Q的相位差為φ，則在以相同的入射角度2次透過(guò)1/4相位板Q后，1/4相位板Q的瓊斯矢量A成為A=exp(i2φ2)00exp(-i2φ2)---(4).]]>另外，為使入射1/4相位板Q的偏振光軸β對(duì)于1/4相位板Q的超前軸f’傾斜θ，1/4相位板Q的瓊斯矢量A’(φ，θ)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)行列式
Aθ=cosθ-sinθsinθcosθ,]]>將式(4)進(jìn)行坐標(biāo)變換，表示為A′(φ，θ)＝AθAA-θ(5)。
另外，入射偏振光光束分離器P的光線a用直線偏振光的瓊斯矢量10]]>表示的話，則2次透過(guò)1/4相位板Q后的光線b的瓊斯矢量ExEy]]>表示為ExEy=AθAA-θ·10---(6).]]>這里，為使入射光線a的偏振光分離膜T中的S偏振光的方向(矢量u)對(duì)于光線b的偏振光分離膜T中的S偏振光的方向(矢量u’)旋轉(zhuǎn)2θ，在偏振光分離膜T中檢光S成分的瓊斯矢量Pδ，具有旋轉(zhuǎn)行列式Pθ=cos2θ-sin2θsin2θcos2θ---(7)]]>表示為Pδ=Pθ1000P-θ=cos22θsin2θcos2θsin2θcos2θsin22θ---(8)]]>入射偏振光光束分離器P的光線b(式(6))使用偏振光光束分離器P的偏振光分離膜T進(jìn)行S檢光，射出瓊斯矢量ExEy]]>表示為ExEy=Pδ·A′(φ,θ)·10]]>
=cos22θ·cos(2φ2)+icos2θ·sin(2φ2)sin2θ·cos2θ·cos(2φ2)+isin2θ·cos(2φ2)---(9)]]>使用偏振光光束分離器P檢光的S偏振光成分的光強(qiáng)度IS為IS=Ex·Ex*+Ey·Ey*---(10)]]>設(shè)入射光線a的強(qiáng)度為IO的話，則可以表示為IS=IO(cos22θ+sin22θ·sin2(2φ2))---(11)]]>另外，使用偏振光光束分離器P檢光的P偏振光成分的光強(qiáng)度IP表示為IP＝I-IS這里，取F數(shù)(Fno)為2的話，則光束的最大角度為14°，最大入射角度14°的入射光線a入射到1/4相位板Q的光的偏振光軸因?yàn)閷?duì)于1/4相位板Q的超前軸傾斜14°，因此θ＝14°。另外，14°入射時(shí)的1/4相位板的相位差φ＝π/2×1.2(＝108°)時(shí)，取入射強(qiáng)度IO＝1，設(shè)S偏振光方向強(qiáng)度IS＝0.979P偏振光方向強(qiáng)度IP＝0.021(12)則入射光和P偏振光成分的強(qiáng)度比IO/IP成為IO/IP＝47.6(13)另外同樣，1/4相位板的相位差φ＝π/2×0.8(＝72°)時(shí)的入射光和P成分的強(qiáng)度比IO/IP成為IO/IP＝47.6(14)希望圖2的光學(xué)系統(tǒng)中入射角度(θ)14°的光線由偏振光光束分離器P漏出的光的強(qiáng)度IP和入射光的強(qiáng)度IO的比成為式(13)和式(14)表示的值以上。
此時(shí)，在偏振光光束分離器8a、8b和反射型液晶顯示元件10r、10g、10b之間設(shè)置的1/4相位板12r、12g、12b，通過(guò)在各自的波長(zhǎng)區(qū)域中(紅色波長(zhǎng)區(qū)域?yàn)?90～650nm、綠色波長(zhǎng)區(qū)域?yàn)?00～590nm、藍(lán)色波長(zhǎng)區(qū)域?yàn)?30～500nm、)1/4相位板的相位差φ能夠提高照明光學(xué)系統(tǒng)的利用效率的聚光光學(xué)系統(tǒng)的光束的最大角度(θ)14°中滿足π/2×0.8＜φ＜π/2×1.2可以投影對(duì)比度高的圖像。
根據(jù)上述實(shí)施例，通過(guò)仔細(xì)調(diào)節(jié)1/4相位板的入射角特性，可以對(duì)于照明系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)匦拚?，可以?shí)現(xiàn)明亮的、對(duì)比度高的投射裝置。
權(quán)利要求
1.一種圖像顯示裝置，具有反射型液晶顯示元件，把來(lái)自光源的光分割為多個(gè)光束的光束分割系統(tǒng)，把從該光束分割系統(tǒng)射出的光束導(dǎo)向所述反射型液晶顯示元件的聚光光學(xué)系統(tǒng)，所述聚光光學(xué)系統(tǒng)具有聚光從所述光束分割裝置射出的光的聚光透鏡、把從所述聚光透鏡射出的光束對(duì)于所述反射型液晶顯示元件實(shí)質(zhì)上變?yōu)檫h(yuǎn)心光束的濾光透鏡、把從所述濾光透鏡射出的光束根據(jù)偏振光狀態(tài)分離的偏振光光束分離器、和在該偏振光光束分離器和所述反射型液晶顯示元件之間配置的1/4相位板，其特征在于，另外滿足以下的條件，π/2×0.8＜φ＜π/2×1.2式中，φ是對(duì)于以角度θ入射所述1/4相位板的光線由該1/4相位板給予的相位差，θ是設(shè)所述聚光光學(xué)系統(tǒng)的合成焦點(diǎn)距離為f、聚光透鏡的有效區(qū)域?qū)挾葹長(zhǎng)時(shí)由tanθ=L2f]]>定義的角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的圖像顯示裝置，其特征在于，所述角度θ滿足θ≥10°的條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的圖像顯示裝置，其特征在于，所述相位差φ滿足π/2×0.9＜φ＜π/2×1.1的條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任何一項(xiàng)的圖像顯示裝置，其特征在于，進(jìn)一步具有分別對(duì)應(yīng)紅色波長(zhǎng)區(qū)域、綠色波長(zhǎng)區(qū)域、藍(lán)色波長(zhǎng)區(qū)域的3個(gè)反射型液晶顯示元件，和把來(lái)自所述3個(gè)反射型液晶顯示元件的光投影到被投影面的投影光學(xué)系統(tǒng)。
5.一種圖像顯示裝置，具有形成對(duì)應(yīng)第一色、第二色、第三色的圖像的第一、第二、第三反射型液晶顯示元件，投射光學(xué)系統(tǒng)，分割來(lái)自光源的光為多個(gè)光束的光束分割系統(tǒng)，把所述多個(gè)光束的每一個(gè)實(shí)質(zhì)上變換為直線偏振光的偏振光變換元件陣列，把來(lái)自所述偏振光變換元件陣列的光束導(dǎo)向所述第一、第二、第三反射型液晶顯示元件的聚光光學(xué)系統(tǒng)，所述聚光光學(xué)系統(tǒng)具有聚光從所述偏振光變換元件陣列來(lái)的光束的聚光透鏡，把從所述聚光透鏡來(lái)的光束對(duì)于所述第一、第二、第三反射型液晶顯示元件實(shí)質(zhì)上變?yōu)檫h(yuǎn)心光束的濾光透鏡，把從所述濾光透鏡來(lái)的光束分解為第一、第二色的光和第三色的光的色分解光學(xué)元件，接收來(lái)自所述色分解光學(xué)元件的第一、第二色的光；把該第一、第二色的光分別導(dǎo)向所述第一、第二反射型液晶顯示元件；有選擇地把從該第一、第二反射型液晶顯示元件射出的光中的圖像光導(dǎo)向所述投射光學(xué)系統(tǒng)的第一偏振光光束分離器，接收來(lái)自所述色分解光學(xué)元件的第三色的光、導(dǎo)向所述第三反射型液晶顯示元件、有選擇地把從所述第三反射型液晶顯示元件射出的光中的圖像光導(dǎo)向所述投射光學(xué)系統(tǒng)的第二偏振光光束分離器，在所述第一、第二偏振光光束分離器和所述第一、第二、第三反射型液晶顯示元件之間配置的1/4相位板，其特征在于，另外滿足以下的條件，π/2×0.8＜φ＜π/2×1.2式中，φ是對(duì)于以角度θ入射所述1/4相位板的光線由該1/4相位板給予的相位差，θ是設(shè)所述聚光光學(xué)系統(tǒng)的合成焦點(diǎn)距離為f、聚光透鏡的有效區(qū)域?qū)挾葹長(zhǎng)時(shí)由tanθ=L2f]]>定義的角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其特征在于，所述角度θ滿足θ≥10°，而且所述相位差φ滿足π/2×0.9＜φ＜π/2×1.1。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種可以獲得高對(duì)比度的投射圖像的圖像顯示裝置。該圖像顯示裝置具有把來(lái)自光源的光分割為多個(gè)光束的光束分割系統(tǒng)和把從該光束分割系統(tǒng)射出的光導(dǎo)入反射型液晶顯示元件的聚光光學(xué)系統(tǒng)。所述聚光光學(xué)系統(tǒng)具有聚光透鏡、把從所述聚光透鏡來(lái)的光實(shí)質(zhì)上變?yōu)檫h(yuǎn)心光束的濾光透鏡、偏振光光束分離器、和在該偏振光光束分離器和所述液晶顯示元件之間配置的1/4相位板。另外，對(duì)于以角度θ入射所述1/4相位板的光線由所述1/4相位板給予的相位差φ滿足π/2×0.8＜φ＜π/2×1.2。
文檔編號(hào)G02B27/28GK1591090SQ200410057609
公開(kāi)日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2004年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月22日
發(fā)明者阿部雅之, 奧山敦 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社