JPH06160628A

JPH06160628A - 位相差板及び投写型表示装置

Info

Publication number: JPH06160628A
Application number: JP4123825A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Suzuki; 敏弘鈴木; Tetsuya Kobayashi; 哲也小林; Tetsuya Hamada; 哲也浜田; Takeshi Goto; 猛後藤; Yoshinori Tanaka; 義規田中; Hisashi Yamaguchi; 久山口
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-05-15
Filing date: 1992-05-15
Publication date: 1994-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】位相差板及び投写型表示装置に関し、入射光
の位置に応じて偏光方向を分布させることができ、また
リア型スクリーンでの反射損を防止し、光の利用効率を
向上し、輝度ムラを改善することのできるようにするこ
とを目的とする。【構成】本発明による位相差板は、進相軸の方向又は
遅相軸の方向１２〜２０が、少なくとも部分的に二次関
数曲線又は近似的に二次関数曲線で分布している構成と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は進相時の方向又は遅相軸
の方向が曲線状に分布した位相差板及びそのような位相
差板を用いた投写型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大画面ディスプレイとして液晶を
使用した投写型表示装置が開発されている。このような
投写型表示装置では、光源から液晶パネルに光を入射
し、液晶パネルで空間変調された画像光を投写レンズに
よりスクリーンに拡大して投写するようになっている。
液晶パネルの前後には偏光板（偏光子と検光子）が配置
される。

【０００３】投写型表示装置は、前面投写型と背面投写
型に分類できる。背面投写型表示装置はリア型スクリー
ンを用いている。この場合、観視者は、液晶パネル及び
投写レンズが配置された側とは反対側からリア型スクリ
ーン上の画像を見るようになっている。投写レンズはリ
ア型スクリーンに向かって拡散光を出し、この拡散光は
リア型スクリーンを透過する。一般的なリア型スクリー
ンはフレネルレンズ及び等方拡散板及び縦方向に配列し
たレンチキュラーレンズにより構成され、フレネルレン
ズはリア型スクリーンに当たった拡散光を概ね平行光ま
たは集光とし、等方拡散板（通常ガラスビーズを分散し
ている）は上下左右に拡散し、レンチキュラーレンズは
等方拡散板とフレネルレンズを透過した光を左右に拡散
し、観視者がどの位置からでも画面を見ることができる
ようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、投写
レンズからリア型スクリーンに入射する光は拡散光であ
り、リア型スクリーンには（中心部を除いて）ある入射
角で入射する。一般に、光がある入射角で境界面に入射
するときに、入射面に平行な振動面を有するｐ偏光と、
入射面に垂直な振動面を有するｓ偏光とに分割して考え
ることができる。また、光がある入射角で境界面に入射
するときに、一部は入射するが、残りの一部はその境界
面で反射する。反射率は、ｓ偏光の方が大きく、ｐ偏光
が小さいことが知られている（図７参照）

【０００５】拡散光がリア型スクリーンに入射する場
合、光のリア型スクリーンへの入射位置に応じて入射面
が変わる。例えば、四角形状のリア型スクリーンについ
て、中央よりも左上隅部の位置（第１の位置）に入射す
る光の入射面は左上がりの平面になり、中央よりも右上
隅部の位置（第２の位置）に入射する光の入射面は右上
がりの平面になる。

【０００６】液晶パネルの前後に偏光板が配置されてい
る場合、投写レンズから、一定の振動面をもった直線偏
光がリア型スクリーンに入射する。ここで、直線偏光の
振動面が、例えば上記右上がりの平面と平行であるとす
ると、この直線偏光のリア型スクリーンへの入射振動面
は、第１の位置では入射面と交差する方向（入射面にお
けるｓ偏光の方向）になり、第２の位置では入射面と平
行な方向（入射面におけるｐ偏光の方向）になる。

【０００７】従って、入射偏光がｐ偏光の方向で入射す
る第２の位置ではリア型スクリーンへの透過の割合が大
きくなるので明るい画像が得られるが、入射偏光がｓ偏
光の方向で入射する位置ではリア型スクリーンでの反射
率が大きいので、反射損が大きくなって光の利用効率が
低下し、輝度ムラの原因になるという問題点があった。
従って、入射光の位置に応じて偏光方向を分布させ、反
射損を低下できるようにすることが望まれていた。

【０００８】本発明の目的は、入射光の位置に応じて偏
光方向を分布させることのできる位相差板を提供するこ
とを目的とし、またリア型スクリーンでの反射損を防止
し、光の利用効率を向上し、輝度ムラを改善することの
できる投写型表示装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による位相差板
は、進相軸の方向又は遅相軸の方向１２〜２０が、少な
くとも部分的に二次関数曲線又は近似的に二次関数曲線
で分布していることを特徴とするものである。また、本
発明による投写型表示装置は、このような位相差板１０
を、液晶パネル３６と偏光板３８の後に配置してなるこ
とを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】上記した構成においては、位相差板は所定の厚
さで、進相軸の方向又は遅相軸の方向が二次関数曲線で
分布している。このため、直線偏光が位相差板に入射す
ると、進相軸の方向の成分と遅相軸の方向の成分に分離
し、この両者で位相差が生じる。特に位相差が半波長で
ある場合には、結果として、直線偏光の振動面が回転
し、出射する直線偏光の振動面は単一の方向ではなく種
々の方向を含むものとなる。従って、このような位相差
板を設けた投写型表示装置では、種々の方向の振動面を
含む直線偏光をリア型スクリーンに入射することがで
き、各入射位置でｐ偏光を受けるようにすることにより
リア型スクリーンでの反射損を防止する。

【００１１】

【実施例】図１を参照すると、位相差板１０は遅相軸１
２、１４、１６、１８、２０を有し、これらの遅相軸１
２、１４、１６、１８、２０の方向は図１で上に凸の二
次関数曲線で分布し、又は近似的に二次関数曲線で分布
している。これらの遅相軸１２、１４、１６、１８、２
０の方向は、曲率が次第に漸増又は漸減する二次関数曲
線群又は近似的に二次関数曲線群で分布している。図１
においては、二次関数曲線群の対称軸は共通な中心線上
にある。なお、位相差板１０では、遅相軸と進相軸とは
垂直な関係にあり、遅相軸の方向で定義する代わりに進
相軸の方向で定義することもできる。

【００１２】これらの遅相軸１２、１４、１６、１８、
２０の方向は、少なくとも部分的に、特定の直交座標系
で特定の位置を原点として、Ａを定数とし、概ね、（ｄｘ／ｄｙ）＝（ｘ／２Ａ）又は、ｙ＝ｘ²／４Ａ−Ａの式で表される。

【００１３】図１においては、点Ｃが位相差板１０のほ
ぼ中央で、わずかに下方にずれた位置に示されている。
この点Ｃは、位相差板１０が後で説明する投写型表示装
置に使用されるときに、投写レンズの光軸と交わる点で
ある。図１では、実質的に最も曲率の大きい二次関数曲
線が外側にあり、実質的に最も曲率の小さい遅相軸２０
が点Ｃの近くで、点Ｃの上方にある。

【００１４】位相差板１０は、例えばポリカーボネート
等の複屈折性高分子や、複屈折性材料を分散した等方性
高分子（アクリル等）を、特定の方向に延伸して所定の
厚さとすることにより作製できる。また、配向方向を
（二次関数的）曲線としたホモジニアス配向液晶を用い
ることもできる。実施例においては、位相差板１０は、
特定の領域の可視光に対して、概ね半波長の位相差を生
じるように形成されている。このような特徴の位相差板
１０は二分の一波長板とも呼ばれる。

【００１５】使用において、直線偏光を図１の紙面の裏
側から位相差板１０に入射させ、位相差板１０を透過し
て、位相差板１０の表側へ出射させる。このときの入射
偏光の振動面が破線の矢印で示されており、出射偏光の
振動面が実線の矢印で示されている。この関係は後の図
においても同様である。

【００１６】図１の（Ａ）においては、入射偏光は図に
おいて垂直方向の一定の振動面を有する。二分の一波長
板からなる位相差板１０においては、入射偏光の振動面
と進相軸との間の角度が進相軸と出射偏光の振動面との
間の角度と等しくなる。従って、出射偏光の振動面は、
偏光が入射した位置の遅相軸１２、１４、１６、１８、
２０の傾きに従って変化する。図１においては、出射偏
光の振動面は、点Ｃを中心として放射状に分布するよう
になる。

【００１７】図２は本発明の第２実施例を示す図であ
る。この位相差板１０は、図１とほぼ同様の分布の遅相
軸１２、１４、１６、１８、２０を有する。この位相差
板１０は、中央の領域Ａと、周辺の領域Ｂとからなる。
中央の領域Ａにおいては厚さは一定になっているが遅相
軸の方向は誤差を含む。この場合、中央の領域Ａにおい
ては前に述べたリア型スクリーンへの入射角が小さいの
で、ｐ偏光が入射してもｓ偏光が入射しても反射率は小
さいので、位相差板１０の出射偏光の振動面の向きには
あまりとらわれずともよいのである。しかし、周辺の領
域Ｂにおいてはリア型スクリーンへの入射角が大きくな
るので、上記したようにｓ偏光が入射すると反射率は大
きくなるので、できるだけｐ偏光を入射させるのが望ま
しい。このため、周辺の領域Ｂにおいては厚さは一定で
あるとともに遅相軸１２、１４、１６、１８、２０の分
布も誤差が小さいように形成される。図２においては、
出射偏光の振動面は、点Ｃを中心として放射状に分布す
るようになる。

【００１８】図３は本発明の第３実施例を示す図であ
る。この位相差板１０は、投写レンズの光軸と交わる点
Ｃが位相差板１０の下辺部に位置するような設計になっ
ている。位相差板１０は、上に凸の二次関数曲線で分布
する遅相軸１２、１４、１６、１８、２０、２２、２
４、２６を有し、実質的に最も曲率の小さい遅相軸２６
の凸部が点Ｃの近くある。この場合には、出射偏光の振
動面は、点Ｃを中心として半円分だけ放射状に分布する
ようになる。

【００１９】図４は本発明の第４実施例を示す図であ
る。この位相差板１０は、図３と同様に投写レンズの光
軸と交わる点Ｃが位相差板１０の下辺部に位置するよう
な設計になっている。位相差板１０は、下に凸の二次関
数曲線で分布する遅相軸１２、１４、１６を有し、実質
的に最も曲率の小さい遅相軸１６に凸部が点Ｃよりも下
側ある。この場合には、出射偏光の振動面は、点Ｃを中
心として半円分だけ放射状に分布するようになる。

【００２０】図５は本発明の第５実施例を示す図であ
る。この例では、破線の矢印で示されている入射偏光の
振動面が図において水平に向いている。投写レンズの光
軸と交わる点Ｃは位相差板１０の下辺部に位置する。位
相差板１０は、遅相軸１２、１４、１６、１８、２０を
有する。この遅相軸１２、１４、１６、１８、２０の配
置は、図１の位相差板１０の右上四分の一を取り出し、
そして反時計回りに９０度回転したものに相当する。従
って、出射偏光の振動面は、点Ｃを中心として半円分だ
け放射状に分布するようになる。

【００２１】図６は本発明の第６実施例を示す図であ
る。この例では、破線の矢印で示されている入射偏光の
振動面が図において左斜め４５度に向いている。投写レ
ンズの光軸と交わる点Ｃは位相差板１０の下辺部に位置
する。位相差板１０は、遅相軸１２、１４、１６、１
８、２０、２２、２４を有する。この遅相軸１２、１
４、１６、１８、２０の配置は、図１の位相差板１０の
Ｃ点を通る左上がりの直線から上の部分を取り出し、こ
の左上がりの直線を図６の下辺にしたものに相当する。
従って、出射偏光の振動面は、点Ｃを中心として半円分
だけ放射状に分布するようになる。このように、入射偏
光の振動面がどちらを向いていても、出射偏光の振動面
を放射状に分布させることができる。

【００２２】図８は、上記した位相差板１０を用いた本
発明による投写型表示装置を示す図である。この投写型
表示装置は、光源３０が放射する光をＲ反射ダイクロイ
ックミラー３０、Ｇ反射ダイクロイックミラー３２、及
びＢ反射ダイクロイックミラー３４で色分離し、それぞ
れの色の光の波長成分を変調光学系で空間変調し、投写
光学系によりリア型スクリーンに投写するようになって
いる。

【００２３】各変調光学系は、少なくとも液晶パネル３
６と、偏光板３８と、位相差板１０とをこの順番に配置
してなる。投写光学系は投写レンズ４０を含み、リア型
スクリーン４２に矢印で示されるように拡散光の画像光
を投写する。なお、各変調光学系は液晶パネル３６の手
前に偏光板４４を有し、ツイストネマチック型液晶の場
合には、２個の偏光板４４、３８は透過軸が垂直になる
ように配置される。また、偏光板４４の手前に集光レン
ズ（図示せず）等を配置することもある。

【００２４】図８において、液晶パネル３６の後の偏光
板３８は、例えば図に示すように斜め方向の振動面をも
った偏光を出射する。この偏光は位相差板１０に入射
し、上記したように位相差板１０の出射偏光の振動面は
放射状に分布する。従って、位相差板１０から投写レン
ズ４０を介してリア型スクリーン４２に入射する光も、
位相差板１０の出射偏光の振動面と同様にリア型スクリ
ーン４２で放射状に分布する。このようなリア型スクリ
ーン４２への入射偏光の振動面は、リア型スクリーン４
２への各入射位置における入射面と一致し（あるいは入
射面と近い角度になり）、各入射位置においてｐ偏光と
なる。

【００２５】図７に示されるように、一般に、光がある
入射角で境界面に入射するときに、ｐ偏光の反射率はｓ
偏光の反射率よりも大きい。従って、ｐ偏光がリア型ス
クリーン４２の各入射位置から透過し、入射角が大きい
場合でもリア型スクリーン４２での反射の割合が小さく
なり、反射損を低減することができる。よって光の利用
効率が向上し、輝度ムラが改善される。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の位相差板
によれば、入射光の位置に応じて偏光方向を分布させる
ことができる。そのような位相差板を用いた投写型表示
装置では、リア型スクリーンでの反射損を防止し、光の
利用効率を向上し、輝度ムラを改善することができる。
また、スクリーン内での多重反射によるゴーストが防止
され、迷光も低減されてコントラストも向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す図である。

【図２】本発明の第２実施例を示す図である。

【図３】本発明の第３実施例を示す図である。

【図４】本発明の第４実施例を示す図である。

【図５】本発明の第５実施例を示す図である。

【図６】本発明の第７実施例を示す図である。

【図７】入射光の反射率を示す図である。

【図８】投写型表示装置の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１、…位相差板１０〜２６…遅相軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者後藤猛神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者田中義規神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者山口久神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】進相軸の方向又は遅相軸の方向（１０〜
２０）が、少なくとも部分的に二次関数曲線又は近似的
に二次関数曲線で分布していることを特徴とする位相差
板。
【請求項２】進相軸の方向又は遅相軸の方向が、少な
くとも部分的に、特定の直交座標系で特定の位置を原点
として、Ａを定数とし、概ね、（ｄｘ／ｄｙ）＝（ｘ／２Ａ）又は、ｙ＝ｘ²／４Ａ−Ａの式で表されることを特徴とする請求項１に記載の位相
差板。
【請求項３】該位相差板は、全体にわたって、又は部
分的に、特定の領域の可視光に対して、概ね半波長の位
相差を生じるように形成されていることを特徴とする請
求項１に記載の位相差板。
【請求項４】進相軸の方向又は遅相軸の方向が、曲率
が次第に漸増又は漸減する二次関数曲線群又は近似的に
二次関数曲線群で分布していることを特徴とする請求項
１に記載の位相差板。
【請求項５】光源（３０）と、該光源が放射する光を
空間変調する変調光学系（３６、３８）と、該変調光学
系により変調された光をリア型スクリーン（４２）に投
写する投写光学系（４０）とからなる投写型表示装置に
おいて、該変調光学系が、少なくとも液晶パネル（３
６）と、偏光板（３８）と、請求項１から４のいずれか
に記載の位相差板（１０）とをこの順番に配置してなる
ことを特徴とする投写型表示装置。