JPH1078511A - 偏光分離器、偏光変換素子およびそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

偏光分離器、偏光変換素子およびそれを用いた液晶表示装置

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JPH1078511A
JPH1078511A JP8234039A JP23403996A JPH1078511A JP H1078511 A JPH1078511 A JP H1078511A JP 8234039 A JP8234039 A JP 8234039A JP 23403996 A JP23403996 A JP 23403996A JP H1078511 A JPH1078511 A JP H1078511A
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transparent medium
polarization
isotropic
liquid crystal
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Ikuo Hiyama
郁夫 檜山
Osamu Ito
理 伊東
Katsumi Kondo
克己 近藤
Masaya Adachi
昌哉 足立
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】軽量で、角度マージンの高い低コストな偏光変
換素子の提供にあり、これを用いて高輝度で面内均一性
の高い投射型液晶表示装置を得ることにある。 【解決手段】等方性透明媒体間に一軸異方性透明媒体を
挟持し、該一軸異方性透明媒体の長軸方向が、前記等方
性透明媒体との界面で、入射光または入射光の入射面に
対しほぼ垂直に配列されている偏光分離器の前記界面で
の反射光または透過光のいずれか一方に、１／２波長板
を偏光軸と４５度傾けて配置したことを特徴とする偏光
変換素子。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、照明装置等の無偏
光光を直線偏光光に変換するための偏光分離器、偏光変
換素子およびそれを用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、液晶表示装置、特に、カラー液晶
表示装置の技術進歩は目覚ましく、ＣＲＴに劣らぬ表示
品質のディスプレイが数多く見られるようになった。さ
らに、投射型液晶表示装置では対角４０〜１００インチ
の大画面の表示が可能な装置が実現されている。
【０００３】しかし、従来は光源からの出射光は無偏光
光であるため、ＴＮ型液晶素子の場合、表示素子の入射
側に配置された偏光板によって、入射光のうちの約半分
が吸収されてしまうために光利用効率が低く、暗い表示
となる。そのために明るくするには、電力消費量が増加
しりと云う問題があった。
【０００４】最近では、無機の材料を用いた偏光変換素
子が実現され、光利用効率の向上が図られている（特開
平５−２４１１０３号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の投射型に使われ
る偏光分離器または偏光変換素子は、４５度にカットし
たガラス上に誘電体多層膜を積層した角度依存性の大き
いものであった。さらには、ガラスを使用しているため
に重量も重く高価なものであった。
【０００６】本発明の目的は、この高価で角度マージン
が狭いと云う問題を解決し、さらには軽量化を図った偏
光分離器、偏光変換素子を提供することにある。
【０００７】本発明の他の目的は、上記偏光変換素子を
用いた液晶表示装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の要旨は次のとおりてある。
【０００９】等方性透明媒体間に一軸異方性透明媒体を
挟持し、該一軸異方性透明媒体の長軸方向が、前記等方
性透明媒体との界面で、入射光または入射光の入射面に
対しほぼ垂直に配列されていることを特徴とする偏光分
離器にある。
【００１０】また、上記偏光分離器の入射光または入射
光の入射面に対しほぼ垂直に配列され、その界面での反
射光または透過光のいずれか一方に、１／２波長板を偏
光軸と４５度傾けて配置した偏光変換素子にある。
【００１１】上記の一軸異方性透明媒体は、その屈折率
異方性Δｎが０.１以上で、屈折率ｎｐを有する等方性
透明媒体と該一軸異方性透明媒体の長軸方向の屈折率が
ほぼ等しいことが望ましい。さらに、等方性透明媒体は
有機高分子で、一軸異方性透明媒体は液晶または高分子
液晶が好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】一般に、屈折率ｎ0からｎ1の媒体
に光が入射するときに、入射角をθ0とすると、ｎ0・ｓ
ｉｎθ0≧ｎ1を満足するときに入射光は全反射する。
【００１３】ここで、図１に示すように、等方性透明媒
体１１、１２の間に屈折率異方性Δｎを有する一軸異方
性透明媒体２０の長軸方向が紙面に垂直方向になるよう
に配置し、等方性透明媒体の屈折率ｎｐと一軸異方性透
明媒体２０の長軸方向の屈折率ｎｅを等しく選定し、傾
斜角αをｎｐ・ｓｉｎα≧（ｎｅ−Δｎ）を満足するよ
うに設定する。
【００１４】このように設定された時、無偏光光である
入射光６０は、等方性透明媒体１２と一軸異方性透明媒
体２０の界面で、一軸異方性透明媒体２０の長軸方向の
屈折率ｎｅとすると、紙面に平行方向の偏光（Ｓ偏光）
は、一軸異方性透明媒体２０の短軸方向の屈折率（ｎｅ
−Δｎ）として伝搬するために、紙面に垂直方向の偏光
（Ｐ偏光）はそのまま透過して出射光６１となり、Ｓ偏
光は全反射し、反射光６２となる。このように、一軸異
方性透明媒体を用いることで偏光分離が実現できる。
【００１５】さらに、図１に示すように、１／２波長板
３０をＳ偏光に４５度傾けて配置すれば、全反射光６３
は、１／２波長板３０の透過後は、９０度偏光方向が回
転した透過光６４となる。これにより、偏光変換が達成
でき、無偏光光６０を２分した一方の光を１／２波長板
３０の透過後に合成することで、全て同一の直線偏光に
変換できる。
【００１６】ここで、等方性透明媒体として軽量化を目
的に有機高分子を用いるときには、等方性有機高分子の
屈折率は高々１.７であり、それを補償する異方性の高
分子液晶、または、液晶は、異常方向屈折率が１.７に
対して、屈折率異方性Δｎが０.３程度であるために、
一方の偏光が全反射条件を満たすには、等方性透明媒体
と異方性媒体の界面への入射角は５５度以上が好まし
い。
【００１７】さらに、光源の広がりを考慮し、光源の広
がりの分だけ入射角を大きくする、例えば、使用される
光源は、通常±５度以下であるため、入射角は６０度以
上が好ましい。こうした構成とすることで、入射角度に
対するマージンの広い偏光分離器が達成できる。
【００１８】さらに、後述の実施例で詳述するが、上記
偏光分離器を用いた偏光変換素子を投射型液晶表示装置
に適用することで、横長の断面形状の光束が形成でき、
画面の投射に利用されない光の領域を小さくでき、光源
光の光利用効率を高め、かつ、投射画面の輝度の均一性
を良くすることができる。
【００１９】さらには、偏光変換素子からの光は、光源
からの無偏光光を直線偏光に変換されているために、偏
光変換素子での光吸収を著しく低減でき、温度上昇の少
ない（偏光変換素子の劣化の少ない）高画質な投射画像
を得ることができる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。
【００２１】〔実施例 １〕図１に本発明の一実施例で
ある偏光変換素子の模式断面図を示す。等方性透明媒体
１１，１２としてポリ−(ペンタブロモフェニルメタク
リレート)（屈折率ｎｐ１.７１）を用い、一軸異方性透
明媒体２０としてロディック製のネマチック液晶ＲＤＰ
−２０７７８（異常方向屈折率：ｎｅ＝１.７０８、屈
折率異方性Δｎ＝０.１９６）を用いた。
【００２２】また、等方性透明媒体１２の傾斜角αを６
５度とした。ここで、理論的な臨界全反射角度は６２.
３度である。
【００２３】一軸異方性透明媒体２０である液晶が平行
配向となるよう、等方性透明媒体１１，１２の液晶に接
する両界面に配向膜ＲＮ７１８（日産化学製）を約１０
ｎｍ塗布し、ラビング処理を施した。ラビング面を対向
して配置した等方性透明媒体１１，１２間に、一軸異方
性透明媒体２０である上記の液晶を挟持し、その液晶層
の厚さを約２０μｍとなるように構成した。なお、上記
配向膜の厚さは、入射光の波長に対し充分短くし、液晶
層の厚さは充分大きくした。
【００２４】上記のように構成した偏光分離器に白色の
無偏光光である入射光６０を入射した。一軸異方性媒体
２０に入射した入射光６０は、紙面に垂直方向のＰ偏光
６１（透過光）と、紙面に平行方向のＳ偏光６２（全反
射光）に分離される。
【００２５】これは、前記したようにＰ偏光成分は等方
性透明媒体と同等の伝搬でそのまま一軸異方性媒体層２
０を透過し、Ｓ偏光成分は界面での屈折率差で全反射さ
れる。
【００２６】さらに全反射されたＳ偏光６２は、等方性
透明媒体１２と外部（空気層）との界面で再び全反射さ
れ全反射光６３となる。
【００２７】ここで、Ｓ偏光６２を全反射光６３として
反射するため等方性透明媒体１２の外部（空気層）との
界面に反射媒体、例えば、アルミの蒸着膜を形成する。
さらには、誘電体多層膜からなる増反射コートを施した
アルミ表面鏡を用いることもできる。
【００２８】上記の透過されたＰ偏光６１および全反射
光６３の偏光状態を測定した結果、Ｐ偏光６１は紙面に
垂直方向、全反射光６３は紙面に平行方向と互いに直交
する直線偏光を得ることができた。その時の消光比、即
ち、透過光のＰ偏光とＳ偏光の強度比は１００：１以上
あった。なお、等方性透明媒体１１，１２の入射面およ
び出射面には反射防止膜を施すことが好ましい。
【００２９】さらに、上記構成において、可視域での１
／２波長板３０（位相差板）をその遅延軸が全反射光６
３の偏光方向と４５度傾けて配置した結果、出射光６４
はＰ偏光６１と同一方向に偏波面を有する直線偏光を得
ることができた。
【００３０】この時用いた１／２波長板３０（位相差
板）は、ポリビニルアルコールフィルムを延伸し、１／
２波長板として作用するよう所望の複屈折性を持たせ
た。ここでは、複数枚の位相差板を貼り合わせて、可視
域で１／２波長板になるよう構成した。なお、この１／
２波長板３０は、Ｐ偏光光の出射側に配置してもよい。
【００３１】〔実施例 ２〕図２に本発明の他の一実施
例である偏光変換素子の模式断面図を示す。等方性透明
媒体１１，１２として、ポリ−(ペンタブロモフェニル
メタクリレート)（屈折率ｎｐ＝１.７１）を用い、一軸
異方性透明媒体２０として、ロディック製のネマチック
液晶ＲＤＰ−２０７７８（異常方向屈折率ｎｅ＝１.７
０８、屈折率異方性Δｎ＝０.１９６）を用いた。
【００３２】また、等方性透明媒体１２の傾斜角αを７
０度とした。ここで、理論的な臨界全反射角度は６２.
３度である。
【００３３】実施例１と同様に、等方性透明媒体１１，
１２の両界面に長鎖アルキル基含有のジアミン成分とテ
トラカルボン酸二無水物を重合したポリイミド系配向膜
を約１０ｎｍ塗布，硬化後、一軸異方性透明媒体２０の
液晶分子が界面に対し約６５度のチルトを持ち平行配向
になるようにラビング処理を施した。
【００３４】ラビング面を対向して配置した等方性透明
媒体１１，１２間に、一軸異方性透明媒体２０である液
晶を挟持し、その液晶層の厚さを約２０μｍとなるよう
に構成した。なお、上記配向膜の厚さは、入射光の波長
に対し充分短くし、液晶層の厚さは充分大きくした。
【００３５】上記の偏光分離器に無偏光の白色光である
入射光６０を入射した。そのＰ偏光６１および全反射光
６３の偏光状態を測定した結果、Ｐ偏光６１は紙面に平
行方向、全反射光６３は紙面に垂直方向と、互いに直交
する直線偏光を得ることができた。その時の消光比、即
ち、Ｐ偏光とＳ偏光の強度比は１００：１以上であっ
た。
【００３６】なお、等方性透明媒体１１の入射面および
出射面には反射防止膜を施すことが好ましい。
【００３７】さらに、上記構成において、可視域での１
／２波長板３０（位相差板）をその遅延軸が全反射光６
３の偏光方向と４５度傾けて配置した結果、出射光６４
は、Ｐ偏光６１と同一方向に偏波面を有する直線偏光を
得ることができた。この位相差板３０は、Ｐ偏光光の出
射側に配置してもよい。
【００３８】〔実施例 ３〕図１および図２において、
等方性透明媒体１１，１２としてポリ−(ビニルナフタ
レン)（屈折率ｎｐ＝１.６８２）を用い、一軸異方性透
明媒体２０として、ロディック製のネマチック液晶ＲＤ
Ｐ−００３６２（異常方向屈折率ｎｅ＝１.６８６、屈
折率異方性Δｎ＝０.１７９）を用いた。
【００３９】また、等方性透明媒体１２の傾斜角αを７
０度とした。ここで、理論的な臨界全反射角度は全反射
光６３.４度である。上記実施例１，２と同等の効果が
得られた。
【００４０】上記に、可視域での１／２波長板３０（位
相差板）を全反射光６３の偏光方向と４５度傾けて配置
した結果、出射光６４は、Ｐ偏光６１と同一方向に偏波
面を有する直線偏光を得ることができた。こ１／２波長
板３０は、Ｐ偏光光の出射側に配置してもよい。
【００４１】〔実施例 ４〕図１および図２において、
等方性透明媒体１１，１２として、ポリ−(α−ナフチ
ルメタクリレート)（屈折率ｎｐ＝１.６４１）を用い、
一軸異方性透明媒体２０として、ロディック製のネマチ
ック液晶ＲＤＰ−２０７７６（異常方向屈折率ｎｅ＝
１.６４５、屈折率異方性Δｎ＝０.１３９）を用いた。
【００４２】また、等方性透明媒体１２の傾斜角αを７
０度とした。ここで、理論的な臨界全反射角度は６６.
３度である。上記実施例１，２と同等の効果が得られ
た。
【００４３】上記構成に、可視域での１／２波長板３０
（位相差板）を全反射光６３の偏光方向と４５度傾けて
配置した結果、出射光６４は、Ｐ偏光６１と同一方向に
偏波面を有する直線偏光を得ることができた。この１／
２波長板３０は、Ｐ偏光光の出射側に配置してもよい。
【００４４】〔実施例 ５〕図３に本発明の他の一実施
例である偏光変換素子の模式断面図を示す。等方性透明
媒体１１，１２、および、一軸異方性透明媒体２０とし
て、実施例２と同じものを用いた。また、等方性透明媒
体１２の傾斜角αを７０度とした。理論的な臨界全反射
角度は６２.３である。
【００４５】等方性透明媒体１１，１２の液晶に接する
両界面に配向膜ＲＮ７１８（日産化学製）を約１０ｎｍ
塗布し、ラビング処理を施した。ラビングした等方性透
明媒体１１，１２間に、一軸異方性透明媒体２０である
上記の液晶を挟持し、その液晶層の膜さを約２０μｍと
なるように構成した。なお、上記配向膜の厚さは、入射
光の波長に対し充分短くし、液晶層の厚さは充分大きく
した。
【００４６】上記の偏光分離器に無偏光の白色光である
入射光６０を入射した。そのＰ偏光６１および全反射光
６３の偏光状態を測定した結果、Ｐ偏光６１は紙面に垂
直方向、全反射光６３は紙面に平行方向と、互いに直交
する直線偏光を得ることができる。
【００４７】さらに、投射型ディスプレイを考慮した場
合、光源の拡がりが±５度程度である。白色光６０を±
５度の拡がりで入射しても、Ｐ偏光６１および全反射光
６３の偏光状態を測定した結果、Ｐ偏光６１は紙面に垂
直方向、出射光全反射光６３は紙面に平行方向の互いに
直交する直線偏光を得ることができた。その時の消光
比、即ち、透過光のＰ偏光とＳ偏光の強度比は、１０
０：１以上であった。
【００４８】なお、等方性透明媒体１１の入射面および
出射面には反射防止膜を施すことが好ましい。
【００４９】光源の拡がりまで考慮して全反射角度とな
るように傾斜角αを設定することで、角度マージンが広
い偏光変換素子を実現できた。
【００５０】さらにまた、１／２波長板３０（位相差
板）の代わりに、回転子として９０度ツイストネマチッ
ク液晶を用いた。該液晶は、Δｎ・ｄが０.４５μｍの
９０度ツイストしたネマチック液晶で、出射光６４とし
てＰ偏光６１と同一方向に偏波面を有する直線偏光を得
ることができた。この９０度ツイストネマチック液晶３
１は、Ｐ偏光光の出射側に配置してもよい。
【００５１】以上の実施例の等方性透明媒体１１，１２
として、鐘紡製の高屈折率高分子Ｏ−ＰＥＴを使用する
ことができる。
【００５２】また、一軸異方性透明媒体２０として液晶
を用いたが、高分子液晶またはそれを延伸させたものを
使用することができる。等方性透明媒体として有機高分
子を用いることにより軽量化、低コスト化を図ることが
できる。
【００５３】また、上記の実施例では、一軸異方性透明
媒体２０として屈折率異方性Δｎが０.１以上の液晶を
用いたが、入射光の拡がりや設計マージン等を考慮する
と、０.１以上であることが必要で、０.１未満のもので
は入射光の拡がりが±５度でも充分な偏光特性を得るこ
とができなかった。
【００５４】また、透明な有機ポリマーの屈折率は高々
１.７程度であり、傾斜角αは少なくとも５５度以上が
好ましい。一軸異方性透明媒体２０のΔｎが０.２程度
では、傾斜角αは６０度以上、入射光の拡がりを考慮す
ると６５度以上が好ましい。
【００５５】図３に示す実施例では、１／２波長板３０
として９０度ツイストネマチック液晶３１の代わりに、
一軸異方性透明媒体である配向した液晶を使用すること
もできる。
【００５６】〔実施例 ６〕図１において、等方性透明
媒体１１，１２として無機材料のＬａＫ（屈折率ｎｐ＝
１.７４）を用い、一軸異方性透明媒体２０として、メ
ルク製のネマチック液晶Ｅ−６３（異常方向屈折率ｎｅ
＝１.７４４４、屈折率異方性Δｎ＝０.２２７２）を用
いた。
【００５７】また、等方性透明媒体１２の傾斜角αを６
５度とした。ここで、理論的な臨界全反射角度は６０.
４度である。実施例１，２と同様に等方性透明媒体１
１，１２の両界面に日産化学製の液晶用配向膜ＲＮ７１
８を約１０ｎｍ塗布，硬化後、一軸異方性透明媒体２０
の液晶分子が界面に対し平行配向となるようラビング処
理した。
【００５８】ラビング面を対向して配置した等方性透明
媒体１１，１２間に、一軸異方性透明媒体２０である液
晶を挟持し、その液晶層の厚さを約２０μｍとなるよう
に構成した。なお、上記配向膜の厚さは、入射光の波長
に対し充分短くし、液晶層の厚さは充分大きくした。な
お、上記液晶としてはロディック製のネマチック液晶Ｒ
ＤＰ−２０７７８（異常方向屈折率ｎｅ＝１.７０８、
屈折率異方性Δｎ＝０．１９６）を用いた。
【００５９】上記のように構成した偏光分離器に無偏光
の白色光である入射光６０を入射した。一軸異方性媒体
２０に入射した入射光６０は、紙面に垂直方向のＰ偏光
６１（透過光）と、紙面に平行方向のＳ偏光６２（全反
射光）に分離される。
【００６０】上記の透過されたＰ偏光６１および全反射
光６３の偏光状態を測定した結果、Ｐ偏光６１は紙面に
垂直方向、全反射光６３は紙面に平行方向と互いに直交
する直線偏光を得ることができた。その時の消光比、即
ち、透過光のＰ偏光とＳ偏光の強度比は１００：１以上
あった。なお、等方性透明媒体１１，１２の入射面およ
び出射面には反射防止膜を施すことが好ましい。
【００６１】さらに、上記構成において、可視域での１
／２波長板３０（位相差板）をその遅延軸が全反射光６
３の偏光方向と４５度傾けて配置した結果、出射光６４
はＰ偏光６１と同一方向に偏波面を有する直線偏光を得
ることができた。
【００６２】なお、１／２波長板３０（位相差板）は、
ポリビニルアルコールフィルムを延伸し、１／２波長板
として作用するよう所望の複屈折性を持たせたものを用
いた。また、この１／２波長板３０は、Ｐ偏光光の出射
側に配置してもよい。
【００６３】また、本実施例においては、等方性透明媒
体１１，１２としてＬａＫを用いたが、ＬａＦ，ＬａＳ
Ｆ等の光屈折率材料であれば使用することができる。
【００６４】上記のように、等方性透明媒体１１、１２
としての無機材料は、有機高分子と比較して高屈折率の
ものが得易く、それによって入射角度を小さくすること
ができる。
【００６５】〔実施例 ７〕図４に本発明の偏光変換素
子を用いた直視型液晶表示装置用の照明装置の一例の模
式断面図を示す。
【００６６】ＵＳＰ第５３９６３５０号等に開示される
平行光を照射する液晶表示装置のバックライト７０上
に、前記実施例の図１〜３で示した偏光変換素子を多数
個配置することで、効率良く偏光光を照射できる照明装
置を得ることができる。
【００６７】なお、液晶表示装置のバックライトは光源
からの照射光の平行度が悪いため、傾斜角αは、理論的
な臨界全反射角より充分に大きくする必要がある。好ま
しくは、傾斜角αは臨界全反射角＋１０度以上が良い。
【００６８】さらには、バックライト７０上の平行光を
達成する手段として、突起部分と位置合わせすることが
望ましい。
【００６９】なお、突起部は、四角錐の頭部をカットす
ることで形成される台形の小面積側をバックライト７０
に密着させて、多数縦横に並べた構造となっている。こ
れにより、バックライトから出射された光は、突起部の
四角錐内に入射し、四角錐の側面で全反射され、平行度
の高い光となって出射される。この突起部に達しない光
はバックライト（導光体）内をその上下界面で全反射し
ながら伝搬する。
【００７０】従って、この突起部から出射される平行度
の高い光に合わせて偏光変換素子を多数配置することに
より、効率よく偏光変換された光が出射される。
【００７１】〔実施例 ８〕図５は、図１に示す偏光変
換素子を２つ組合せた偏光変換素子の模式断面図であ
る。本実施例のように、２つの偏光変換素子を組み合わ
せた偏光変換素子は、光の利用効率向上と面内の輝度の
均一性向上が達成できる。
【００７２】図６は図５の偏光変換素子を利用した投射
型液晶表示装置の構成図である。
【００７３】この投射型液晶表示装置は、表示画面の縦
横比が９：１６の液晶表示素子９２と、偏光子９１、検
光子９３と、液晶表示素子９２の表示画像を後方のスク
リーン９５に拡大投射するための投射レンズ９４と図５
に示す一軸異方性媒体２０の界面および偏光方向を揃え
る１／２波長板３０を有する偏光変換素子８１から構成
される。
【００７４】なお、図７に図６の光源４０から投射され
た投射光４１の投射光の状態の説明図を示す。
【００７５】光源４０から放射された投射光４１の光束
は、偏光変換素子８１の一軸異方性媒体２０の界面で偏
光方向が互いに直交する２つの直線偏光であるＰ偏光光
とＳ偏光光に分離される。
【００７６】Ｐ偏光光は一軸異方性媒体２０を透過し、
液晶表示素子９２に照射される。一方、Ｓ偏光光は一軸
異方性媒体２０の界面で反射し、等方性透明媒体１２と
外部の界面で全反射（または等方性透明媒体境界の反射
膜で反射）し、１／２波長板３０（または９０度ツイス
トネマチック液晶３１）で直線偏光方向を９０度回転し
Ｐ偏光となる。前述の実施例のようにＰ偏光をＳ偏光に
し、偏光方向を揃えてもよい。
【００７７】従って、光源４０からの放射光束は殆ど偏
光方向の等しい直線偏光光に変換され、従来の偏光変換
を使用しない場合と比較すると、投射光の直線偏光への
変換効率は約２倍になり、光利用効率が向上するばかり
でなく、偏光子９１における光吸収が約１／５以下に低
下し、偏光子の温度上昇が殆ど生じないために、投射画
像の画質の低下要因である偏光子９１の劣化を抑制する
ことができる。
【００７８】図７における投射光４１は、偏光変換素子
８１の一軸異方性媒体２０の界面で偏光方向が互いに直
交する２つのＰ偏光光とＳ偏光光に分離され、それらが
合成された時の状態を示すもので、その合成光の断面形
状は、横に長い形状となる（図７では上から見た状態を
示したので、縦長に示している）。
【００７９】図７で、斜線で示した領域は表示画面の投
射に利用されていないが、偏光変換を利用しない場合と
比較してその面積は小さく、投射光の光利用効率が大幅
に向上した。
【００８０】また、この時の光源４０から放射される光
束の強度分布は、一般に中央部分が強く、周辺部分が弱
いが、強度の強い中央部の光のうちＳ偏光光が、偏光変
換素子８１の１／２波長板３０により合成されること
で、周辺部分をも照射するために、液晶表示素子９２上
の投射光の照度分布は均一性の高いものが得られる。
【００８１】この時、図１に示す傾斜角αを臨界全反射
角と光源の広がり角度の和とすることで、偏光変換素子
８１からの直線偏光の偏光度を向上することができる。
【００８２】また、本実施例では、等方性透明媒体１
１，１２として有機高分子を用いることにより、従来の
ガラスを用いた偏光分離器の約１／２に軽量化できた。
なお、無機の等方性透明媒体等を使用できることは云う
までもない。
【００８３】また、１／２波長板３０として用いた位相
差板にはポリビニルアルコールに限らず、ポリカーボネ
ート、ポリスチレン等の高分子フィルムも使用できる。
さらに、複数枚の位相差板を光学軸を回転させて配置積
層した複屈折の波長依存性を光学的に補償した１／２波
長板はより効果的である。
【００８４】なお、本実施例の偏光変換素子には、図
２、３に示す偏光変換素子を用いることもできる。
【００８５】また、上記光源４０には、メタルハライド
ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ等の高輝度白
色光源が使用できる。
【００８６】液晶表示素子の液晶には、ツイストネマチ
ック液晶、スーパーツイステッドネマチック液晶、強誘
電液晶、反強誘電液晶、複屈折制御型液晶など偏光状態
を制御して画像を形成することができる液晶を用いる。
【００８７】こうした液晶表示素子の駆動方式として
は、アクティブマトリクス方式、自分割駆動の単純マト
リクス方式が使用できる。この時、アクティブ素子とし
て、ＭＯＳトタンジスタ、ポリシリコンＴＦＴ、アモル
ファスシリコンＴＦＴ、ＭＩＭ等を用いることができ
る。
【００８８】液晶表示素子は、モノクロ表示、または、
カラーフィルタを使用したカラー表示のいずれも使用で
きる。
【００８９】また、光源からの投射光をダイクロイック
ミラー、ダイクロイックプリズム、ホログラム等の色分
離手段で赤、緑、青の３原色に分離し、カラー表示を行
う場合でも同様の投射型液晶表示装置を得ることができ
る。
【００９０】
【発明の効果】以上、詳述したように、本発明の偏光分
離器を用いた偏光変換素子の一軸異方性媒体の屈折率異
方性を利用することで、効率良く、入射角度マージンが
広く、軽量の偏光変換素子が実現できる。
【００９１】さらに、投射型液晶表示装置に利用する
と、表示画像の面内分布の均一性が高い。
【００９２】また、光源光の形状を効率良く利用できる
ので光利用効率の高い投射型液晶表示装置が達成でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏光変換素子の一実施例を示す模式断
面図である。
【図２】本発明の偏光変換素子の一実施例を示す模式断
面図である。
【図３】本発明の偏光変換素子の一実施例を示す模式断
面図である。
【図４】本発明の偏光変換素子を用いた透過型液晶表示
装置のバックライトの一実施例を示す模式断面図であ
る。
【図５】本発明の偏光変換素子の一実施例を示す模式断
面図である。
【図６】本発明の偏光変換素子を用いた投射型液晶表示
装置の模式断面図である。
【図７】本発明の偏光変換素子を用いた投射型液晶表示
装置の光源からの投射光の説明図である。
【符号の説明】
１０…偏光変換素子、１１，１２…等方性透明媒体、１
５…等方性透明媒体の接続面、２０…一軸異方性透明媒
体、２１…液晶分子、３０…１／２波長板、３１…９０
度ツイストネマチック液晶、４０…光源、４１…投射
光、α…傾斜角、５１…入射光の拡がり角、６０…入射
光、６１…Ｐ偏光、６２…Ｓ偏光、６３…全反射光、６
４…透過光、７０…バックライト、８０…偏光変換素子
群、８１…偏光変換素子、９１…偏光子、９２…液晶表
示素子、９３…検光子、９４…投射レンズ、９５…スク
リーン。
フロントページの続き (72)発明者 足立 昌哉 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 等方性透明媒体間に一軸異方性透明媒体
    を挟持し、該一軸異方性透明媒体の長軸方向が、前記等
    方性透明媒体との界面で、入射光または入射光の入射面
    に対しほぼ垂直に配列されていることを特徴とする偏光
    分離器。
  2. 【請求項２】 等方性透明媒体間に屈折率異方性Δｎが
    ０.１以上の一軸異方性透明媒体を挟持し、該一軸異方
    性透明媒体の長軸方向が、前記等方性透明媒体との界面
    で、入射光または入射光の入射面に対しほぼ垂直に配列
    されていることを特徴とする偏光分離器。
  3. 【請求項３】 等方性透明媒体間に、該等方性透明媒の
    屈折率ｎｐと長軸方向の屈折率がほぼ等しい一軸異方性
    透明媒体を挟持し、該一軸異方性透明媒体の長軸方向
    が、前記等方性透明媒体との界面で、入射光または入射
    光の入射面に対しほぼ垂直に配列されていることを特徴
    とする偏光分離器。
  4. 【請求項４】 等方性透明媒体間に、該等方性透明媒の
    屈折率ｎｐと長軸方向の屈折率がほぼ等しく、かつ、屈
    折率異方性Δｎが０.１以上の一軸異方性透明媒体を挟
    持し、該一軸異方性透明媒体の長軸方向が、前記等方性
    透明媒体との界面で、入射光または入射光の入射面に対
    しほぼ垂直に配列されていることを特徴とする偏光分離
    器。
  5. 【請求項５】 前記等方性透明媒体が有機高分子材料か
    らなり、該等方性透明媒体界面への入射光の入射角が５
    ５度以上となるよう構成された請求項１〜４のいずれか
    に記載の偏光分離器。
  6. 【請求項６】 等方性透明媒体間に一軸異方性透明媒体
    を挟持し、該一軸異方性透明媒体の長軸方向が、前記等
    方性透明媒体との界面で、入射光または入射光の入射面
    に対しほぼ垂直に配列されている偏光分離器の前記界面
    での反射光または透過光のいずれか一方に、１／２波長
    板を偏光軸と４５度傾けて配置したことを特徴とする偏
    光変換素子。
  7. 【請求項７】 前記一軸異方性透明媒体が、屈折率異方
    性Δｎが０.１以上である請求項６に記載の偏光変換素
    子。
  8. 【請求項８】 前記一軸異方性透明媒体が、前記等方性
    透明媒の屈折率と長軸方向の屈折率がほぼ等しい請求項
    ６に記載の偏光変換素子。
  9. 【請求項９】 前記一軸異方性透明媒体が、前記等方性
    透明媒の屈折率と長軸方向の屈折率がほぼ等しく、か
    つ、屈折率異方性Δｎが０.１以上である請求項６に記
    載の偏光変換素子。
  10. 【請求項１０】 前記等方性透明媒体が有機高分子から
    なり、該等方性透明媒体界面への入射光の入射角が５５
    度以上となるよう構成された請求項６に記載の偏光変換
    素子。
  11. 【請求項１１】 前記１／２波長板が、９０度ツイスト
    したツイストネマチック液晶セルである請求項６に記載
    の偏光変換素子。
  12. 【請求項１２】 前記一軸異方性性透明媒体が高分子液
    晶である請求項６に記載の偏光変換素子。
  13. 【請求項１３】 等方性透明媒体間に一軸異方性透明媒
    体を挟持し、該一軸異方性透明媒体の長軸方向が、前記
    等方性透明媒体との界面で、入射光または入射光の入射
    面に対しほぼ垂直に配列されている偏光分離器の前記界
    面での反射光または透過光のいずれか一方に、１／２波
    長板を偏光軸と４５度傾けて配置した偏光変換素子を少
    なくても２つ配置し、無偏光光を互いに偏光方向が直交
    する２つの直線偏光光であるＰ偏光光とＳ偏光光とに分
    離する偏光分離面を有することを特徴とする偏光変換素
    子。
  14. 【請求項１４】 無偏光光を互いに偏光方向が直交する
    ２つの直線偏光光であるＰ偏光光とＳ偏光光とに分離す
    る偏光分離面の入射光に対する角度が７０度以下である
    請求項１３に記載の偏光変換素子。
  15. 【請求項１５】 等方性透明媒体間に一軸異方性透明媒
    体を挟持し、該一軸異方性透明媒体の長軸方向が、前記
    等方性透明媒体との界面で、入射光または入射光の入射
    面に対しほぼ垂直に配列されている偏光分離器の前記界
    面での反射光または透過光のいずれか一方に、１／２波
    長板を偏光軸と４５度傾けて配置した偏光変換素子を、
    直視型の液晶表示装置の照明装置上に多数個配置したこ
    とを特徴とする液晶表示装置。
  16. 【請求項１６】 液晶表示素子と該液晶表示素子の表示
    画像をスクリーン面に投射するための光源および投射レ
    ンズを備えた投射型液晶表示装置において、 前記光源からの光束を互いに偏光方向が直交する２つの
    直線偏光光であるＰ偏光光とＳ偏光光とに分離する偏光
    分離面を有する偏光変換素子が、 等方性透明媒体間に一軸異方性透明媒体を挟持し、該一
    軸異方性透明媒体の長軸方向が、前記等方性透明媒体と
    の界面で、入射光または入射光の入射面に対しほぼ垂直
    に配列されている偏光分離器の前記界面での反射光また
    は透過光のいずれか一方に、１／２波長板を偏光軸と４
    ５度傾けて配置した偏光変換素子であることを特徴とす
    る投射型の液晶表示装置。
  17. 【請求項１７】 前記偏光変換素子が少なくても２つ配
    置されて構成されている請求項１６に記載の投射型の液
    晶表示装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040038520A (ko) * 2002-11-01 2004-05-08 엘지전자 주식회사 각도 분포형 렌즈
WO2011125479A1 (ja) * 2010-03-31 2011-10-13 日本電気株式会社 偏光導光板、照明装置および投射型表示装置
JP2016153896A (ja) * 2013-04-02 2016-08-25 マスターイメージ ３ディー アジア リミテッド ライアビリティ カンパニー 立体映像装置

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10206814A (ja) * 1997-01-23 1998-08-07 Sharp Corp 投影型カラー液晶表示装置
JP4483763B2 (ja) * 2005-10-19 2010-06-16 セイコーエプソン株式会社 照明装置および画像表示装置
DE202007019714U1 (de) 2006-09-29 2016-08-30 Reald Inc. Polarisationsumwandlungssystem für stereoskopische Projektionen
MX2009012113A (es) 2007-05-09 2010-03-15 Real D Sistema de conversion de polarizacion y método para proyección estereoscópica.
CN111766715A (zh) * 2013-05-29 2020-10-13 Volfoni研发公司 用于立体图像投影仪的光学偏振装置
KR101574285B1 (ko) 2013-12-16 2015-12-03 유한회사 마스터이미지쓰리디아시아 향상된 밝기를 갖는 입체 영상 장치 및 입체 영상 제공방법
KR101702024B1 (ko) 2015-04-06 2017-02-02 유한회사 마스터이미지쓰리디아시아 원격정렬형 입체영상장치 및 이를 이용한 입체영상상영방법

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4913529A (en) * 1988-12-27 1990-04-03 North American Philips Corp. Illumination system for an LCD display system
US5217794A (en) * 1991-01-22 1993-06-08 The Dow Chemical Company Lamellar polymeric body
FR2685500B1 (fr) * 1991-12-20 1994-12-23 Thomson Csf Separateur optique de polarisations et application a un systeme de visualisation.
JPH06138413A (ja) * 1992-10-29 1994-05-20 Canon Inc プレート型偏光分離装置及び該偏光分離装置を用いた偏光照明装置
JP2765471B2 (ja) * 1994-02-15 1998-06-18 日本電気株式会社 投写型液晶表示装置
US5729306A (en) * 1994-09-30 1998-03-17 Sharp Kabushiki Kaisha Light splitting and synthesizing device and liquid crystal display apparatus including the same
JPH09146061A (ja) * 1995-11-17 1997-06-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 液晶プロジェクション装置
US5867316A (en) * 1996-02-29 1999-02-02 Minnesota Mining And Manufacturing Company Multilayer film having a continuous and disperse phase

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040038520A (ko) * 2002-11-01 2004-05-08 엘지전자 주식회사 각도 분포형 렌즈
WO2011125479A1 (ja) * 2010-03-31 2011-10-13 日本電気株式会社 偏光導光板、照明装置および投射型表示装置
JP2016153896A (ja) * 2013-04-02 2016-08-25 マスターイメージ ３ディー アジア リミテッド ライアビリティ カンパニー 立体映像装置
JP2017509002A (ja) * 2013-04-02 2017-03-30 マスターイメージ ３ディー アジア リミテッド ライアビリティ カンパニー 向上した明るさを有する立体映像装置及び立体映像提供方法

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