專利名稱：1/4波長板及使用它的投射型圖像顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在反射型液晶顯示裝置中對高對比度特別有利的1/4波長板和使用它的光學(xué)單元。
在

圖1中表示了上述公開資料的反射型液晶顯示裝置中的光學(xué)單元的簡圖。而且，在此所說的光學(xué)單元是由光源、照明光學(xué)系統(tǒng)、圖像顯示器件和投射鏡頭構(gòu)成的顯示光學(xué)裝置，照明光學(xué)系統(tǒng)把來自光源的光照射到圖像顯示器件上，圖像顯示器件對該照射光進(jìn)行復(fù)原為每個像素的濃淡的光強(qiáng)度調(diào)制，用投射鏡頭進(jìn)行放大顯示。
在圖1中，1是光源，2是偏振光束分光器，3是1/4波長板，4是反射型液晶顯示器件，5是投射鏡頭。
來自光源1的光由偏振光束分光器2分離成反射的S偏振光成分和透過的P偏振光成分。由偏振光束分光器2分離的反射的S偏振光成分透過1/4波長板3，而入射到反射型液晶顯示器件4上。在反射型液晶顯示器件4中，S偏振光成分被偏光變換為P偏振光成分的明亮顯示的光再次透過1/4波長板3，經(jīng)透過偏振光束分光器2的光路，由投射鏡頭5投射到屏幕上。未被反射型液晶顯示器件4進(jìn)行偏光變換的光再次透過1/4波長板3，經(jīng)過反射偏振光束分光器2的光路，射向光源1側(cè)。
如特公平7-38050號公報中詳細(xì)公開的那樣，在此，1/4波長板被用來改善反射型液晶顯示裝置中因與入射偏振光束分光器的光軸相傾斜的入射光所引起的對比度的降低。
作為形成1/4波長板的材料，使用把例如一軸延伸的聚碳酸酯濾光片貼合到玻璃基板上的結(jié)構(gòu)(以下稱為相位差濾光片)或水晶這樣的具有光學(xué)各向異性的結(jié)晶。
圖2是把一軸延伸的聚碳酸酯濾光片貼合到玻璃基板上而形成的1/4波長板的簡圖。在圖2中，6是玻璃基板，7是一軸延伸的聚碳酸酯濾光片，8是1/4波長板的滯相軸。
在圖3中表示了在反射型液晶顯示裝置中所使用的由水晶形成的1/4波長板的簡圖。在圖3中，9是基準(zhǔn)軸，10是滯相軸的角度平行于基準(zhǔn)軸的光學(xué)各向異性的第一結(jié)晶，131是第一結(jié)晶的滯相軸，11是滯相軸的角度垂直于基準(zhǔn)軸的光學(xué)各向異性的第二結(jié)晶，132是第二結(jié)晶的滯相軸，12是把滯相軸131的角度平行于基準(zhǔn)軸9的光學(xué)各向異性的第一結(jié)晶10和滯相軸132的角度垂直于基準(zhǔn)軸9的光學(xué)各向異性的第二結(jié)晶11相貼合而形成的1/4波長板，t是1/4波長板12的厚度，從加工性的角度考慮，在現(xiàn)有技術(shù)中，使用約1.0mm左右的厚度。
在反射型液晶顯示裝置的光學(xué)單元中，由于可見光的波長范圍為400～700nm，所以1/4波長板所要求的遲延值就為100～180nm。在此，所謂遲延值是1/4波長板的滯相軸方向的折射率和與滯相軸垂直的相位超前軸方向的折射率之差(以下稱為復(fù)折射率差)與1/4波長板的板厚的乘積。但是，為了用光學(xué)各向異性的結(jié)晶，例如，由水晶所形成的1/4波長板得到上述遲延值，水晶的復(fù)折射率差為約0.009，因此，需要使1/4波長板的板厚為十幾μm以下。但是，從制造中的成品率和部件強(qiáng)度的觀點(diǎn)看，使板厚為十幾μm以下，事實(shí)上是不可能的，因此，如圖3所示，采取把厚度約1.0mm左右的兩片光學(xué)各向異性結(jié)晶在滯相軸正交的方向上進(jìn)行貼合的方式。使滯相軸的角度平行于基準(zhǔn)軸的光學(xué)各向異性的第一結(jié)晶10的遲延值與滯相軸的角度垂直于基準(zhǔn)軸的光學(xué)各向異性的第二結(jié)晶11的遲延值之差為100～180nm，就能夠得到作為在反射型液晶顯示裝置的光學(xué)單元中使用的1/4波長板所要求的遲延值。
在圖4中表示了用來說明使用相位差濾光片的1/4波長板的熱收縮和液晶顯示裝置的顏色不均的關(guān)系的簡圖。在圖4中，14是相位差濾光片，15是變形部分，16是1/4波長板中的光線通過范圍，8是滯相軸，17是所顯示的圖像，18是顏色不均。由于熱收縮使1/4波長板的厚度變化，1/4波長板的相位差濾光片14中的變形部分15的遲延值從所希望的值變化。由此，在1/4波長板中的光線通過范圍16中，與通過變形部分15的光相關(guān)，不能充分得到1/4波長板所進(jìn)行的對比度改善效果，在單板式的反射型液晶顯示裝置顯示的圖像17中，在與18這樣的失真部分相對應(yīng)的部分產(chǎn)生亮度不均。在三板式的反射型液晶顯示裝置中，由于在RGB的三個光路中分別使用1/4波長板，1/4波長板的變形而產(chǎn)生顏色不均，出現(xiàn)在畫面周邊。
為了降低該亮度不均和顏色不均，需要充分冷卻1/4波長板以避免發(fā)生變形。但是，在圖1的構(gòu)成中，在1/4波長板3的附近具有反射型液晶顯示器件4，當(dāng)反射型液晶顯示器件4吸收光時產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)到1/4波長板3上，因此，把1/4波長板3冷卻到顏色不均不發(fā)生的溫度是困難的。在現(xiàn)有技術(shù)中，沒有考慮該亮度不均和顏色不均的問題。
另一方面，當(dāng)使用具有水晶這樣的光學(xué)各向異性的結(jié)晶作為1/4波長板的情況下，對由溫度上升所引起的亮度不均和顏色不均的影響幾乎不會發(fā)生，但是，光學(xué)各向異性結(jié)晶具有的遲延值對入射光線角度的依賴性成為問題，發(fā)明人重新采取對應(yīng)措施來解決該問題。根據(jù)該依賴性，隨著反射型液晶顯示裝置的照明光學(xué)系統(tǒng)中的F值變小，1/4波長板的遲延值變化，因此，與使用由聚碳酸酯所形成的1/4波長板的情況相比，不能得到充分的對比度的改善效果。
雖然增大反射型液晶顯示裝置的照明光學(xué)系統(tǒng)中F值能夠降低對上述入射光線角度的依賴性的反射型液晶顯示裝置的對比度的影響，但是，增大F值就縮小了來自光源的光束，不能為了謀求高亮度化而使用發(fā)光體較大的例如超高壓水銀燈等，對于液晶顯示裝置中的課題的高亮度化不利。
為了解決上述課題，在本發(fā)明中，提供一種反射型液晶顯示裝置的光學(xué)單元，把從光源出射的照明光經(jīng)過偏振光束分光器而入射到反射型液晶顯示器件中，用投射鏡頭來投射由該反射型液晶顯示器件反射的光；把兩片光學(xué)各向異性結(jié)晶進(jìn)行貼合使之相互的滯相軸大致正交而形成厚度為0.1mm以上0.5mm以下的1/4波長板，將該1/4波長板配置在上述偏振光束分光器與上述反射型液晶顯示器件之間。
圖10是表示使用圖8所示的光學(xué)單元的液晶投影儀裝置的方框圖。
圖5是把兩片光學(xué)各向異性結(jié)晶在與滯相軸正交的方向上進(jìn)行貼合而形成的，板厚為0.1mm以上0.5mm以下的1/4波長板的簡圖。
在圖5中，110是滯相軸131的角度平行于基準(zhǔn)軸9的光學(xué)各向異性的第一結(jié)晶，111是滯相軸132的角度垂直于基準(zhǔn)軸9的光學(xué)各向異性的第二結(jié)晶，112是把第一結(jié)晶10和第二結(jié)晶11貼合而形成的1/4波長板，T是1/4波長板12的厚度，為0.1mm以上0.5mm以下范圍的值。
圖6表示當(dāng)把使用由圖5所示的光學(xué)各向異性結(jié)晶所形成的水晶的1/4波長板用于圖10所示的反射型液晶顯示裝置(后述)時的，1/4波長板的板厚與反射型液晶顯示裝置的對比度的關(guān)系。
在圖6中，21表示使用由光學(xué)各向異性結(jié)晶所形成的水晶的1/4波長板的板厚與反射型液晶顯示裝置的對比度的關(guān)系，22是當(dāng)使用由圖2所示的現(xiàn)有的聚碳酸酯所形成的相位差濾光片的1/4波長板(厚度約為0.1mm)時的對比度。線21的實(shí)線部分是實(shí)測值，虛線部分是從實(shí)測值推定的推測值。
圖6表示通過減薄1/4波長板的板厚，上述光學(xué)各向異性結(jié)晶具有的遲延值對入射光線角度的依賴性與板厚成反比，而大致呈直線地被改善，提高了對比度。
如從圖6所看到的那樣，為了得到與由聚碳酸酯所形成的相位差濾光片的1/4波長板同等的對比度，必須把使用由光學(xué)各向異性結(jié)晶所形成的水晶的1/4波長板的板厚作到0.5mm以下。
但是，若考慮1/4波長板的強(qiáng)度和制造上的成品率，由光學(xué)各向異性結(jié)晶所形成的1/4波長板的板厚最好為0.1mm以上。
圖7是本發(fā)明的1/4波長板用作單板式反射型液晶投影儀的光學(xué)單元的1/4波長板的實(shí)施例的簡圖。
在圖7中，從光源1所放射的白色光通過設(shè)有與R，G，B各色相對應(yīng)的彩色濾光片的旋轉(zhuǎn)的彩色輪23而時分地分離成RGB各色。然后，通過偏振光變換器件24而與S偏振光相一致，進(jìn)而由偏振光片25除去不需要光即P偏振光。通過偏振光片25的S偏振光由偏振光束分光器2反射，透過1/4波長板26而入射到反射型液晶顯示器件4上。作為明亮顯示的光，由反射型液晶顯示器件4變換為P偏振光的光透過1/4波長板26之后，透過偏振光束分光器2而由投射鏡頭5進(jìn)行放大投射。未被偏光變換的S偏振光透過1/4波長板26之后，由偏振光束分光器2反射，再次返回到光源1側(cè)。
在此，當(dāng)使用把由光學(xué)各向異性結(jié)晶所形成的例如兩片水晶在滯相軸正交方向上進(jìn)行貼合而形成的1/4波長板來作為1/4波長板26的情況下，把1/4波長板的板厚作成為0.5mm以下，就減少了由溫度上升引起的對亮度不均的影響，能夠得到高亮度和高對比度的反射型液晶顯示裝置。
圖8是使用本發(fā)明的1/4波長板作為三板式反射型液晶投影儀的光學(xué)單元的1/4波長板的實(shí)施例的簡圖。
在圖8中，從光源1所放射的白色光27通過偏振光變換器件28而變換為S偏振光29。S偏振光29由全反射鏡30反射后，入射到G反射RB透過的分色鏡31上，分離成由G光和RB混合光組成的兩條光路。RB混合光由偏振光片32除去包含在RB混合光中的P偏振光，而成為RB光的S偏振光33。
RB光的S偏振光33入射到用于使B光的偏振光轉(zhuǎn)動的偏振光轉(zhuǎn)動器件34中，被分離成R的S偏振光35R和B的P偏振光35B。入射到偏振光束分光器36的R的S偏振光35R被分光器表面所反射，成為R的S偏振光37R，經(jīng)過R光路的1/4波長板38R而入射到反射型液晶顯示器件39R中。
另一方面，入射到偏振光束分光器36中的B的P偏振光35B透過分光器表面，成為B的P偏振光37B，經(jīng)過1/4波長板38B而入射到反射型液晶顯示器件39B中。
在此，反射型液晶顯示器件39R把明亮顯示的光反射為R的P偏振光40R，不起顯示作用的光被原樣反射為R的S偏振光。作為明亮顯示的光即R的P偏振光40R再次通過1/4波長板38R，而入射到偏振光束分光器36中，由于這次是P偏振光，所以透過分光器表面。
同樣，B的反射型液晶顯示器件39B把明亮顯示的光反射為B的S偏振光40B，不起顯示作用的光被原樣反射為B的P偏振光。作為明亮顯示的光即B的S偏振光40B再次入射到偏振光束分光器36中，由于這次是S偏振光，所以被分光器表面反射，與R的P偏振光40R合成起來。
合成的R的P偏振光40R和B的S偏振光40B入射到用于使R光的偏振光轉(zhuǎn)動的偏振光轉(zhuǎn)動器件41中，B的S偏振光40B不變化而成為B的S偏振光43B，R的P偏振光40R進(jìn)行偏振光轉(zhuǎn)動，而成為R的S偏振光43R。與R、B一起成為S偏振光的R的S偏振光43R和B的S偏振光43B接著用B專用偏振光片42切去包含在不需要的B中的不需要的P偏振光成分，來改善B光的對比度。而且，入射到偏振光束分光器44中，被分光器表面反射，成為R的S偏振光45R、B的S偏振光45B。
由分色鏡31反射的G的S偏振光通過偏振光片46而成為除去了P偏振光的G的S偏振光47。入射到偏振光束分光器48中的G的S偏振光47G被分光器表面反射，而成為G的S偏振光49，經(jīng)1/4波長板38G而入射到反射型液晶顯示器件39G中。
在此，明亮顯示的光被反射為G的P偏振光50，再次透過1/4波長板38G后，入射到偏振光束分光器48中，由于這次為P偏振光，所以透過分光器表面后就成為G的P偏振光51。G的P偏振光51通過光路長調(diào)整板58而入射到偏振光束分光器44中，透過分光器表面而成為G的P偏振光45G，通過與R的S偏振光45R、B的S偏振光45B相同的光路，被進(jìn)行色合成。而且，光路長調(diào)整板58是用于把R，B光和G光的光路長度調(diào)整為相等的調(diào)整板。
被色合成的G的P偏振光45G、R的S偏振光45R、B的S偏振光45B由投射鏡頭5放大投射到屏幕(未圖示)上。此時，1/4波長板38R、38B、38G的滯相軸的角度由未圖示的調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整為能夠最適當(dāng)?shù)匕哑窆馐止馄?6、48用作偏振光片的角度上。
在此，使用由光學(xué)各向異性結(jié)晶形成的1/4波長板的板厚為0.5mm以下的1/4波長板作為R光路的1/4波長板38R、B光路的1/4波長板38B、G光路的1/4波長板38G，由此，能夠得到由溫度上升所引起的顏色不均的影響小而且亮度高對比度也高的反射型液晶顯示裝置。
而且，在R光路的1/4波長板38R、B光路的1/4波長板38B、G光路的1/4波長板38G中，在只有一個溫度上升較大而其他兩個的溫度足夠低的情況下，即使僅對溫度上升大的1/4波長板使用由光學(xué)各向異性結(jié)晶形成的1/4波長板的板厚為0.5mm以下的1/4波長板，也能夠得到由溫度上升所引起的顏色不均的影響小而且亮度高對比度也高的反射型液晶顯示裝置。
而且，在R光路的1/4波長板38R、B光路的1/4波長板38B、G光路的1/4波長板38G中的至少一個上貼合校正投射鏡頭5的色差的透鏡，就能夠顯示使RGB光所產(chǎn)生的放大圖像的偏差降低的精細(xì)的圖像。
在圖9中表示了在1/4波長板上貼合色差校正用透鏡而形成的部件的簡圖。在圖9中，53是本發(fā)明的1/4波長板，54是色差校正用的透鏡，55是色差校正用的透鏡的光軸，52是在1/4波長板53上貼合色差校正用的透鏡54而形成的部件。而且，在圖9中，對相同部分使用相同標(biāo)號，而省略其說明。
在本實(shí)施例中，通過把色差校正用的透鏡54粘接到1/4波長板53上，光反射的界面數(shù)與一片1/4波長板的情況等同，能夠校正投射鏡頭的色差，因此，對高亮度化、高對比度化有利。而且，即使貼合的1/4波長板由聚碳酸酯所形成，在色差校正上也沒有問題。
而且，即使在本實(shí)施例所述的構(gòu)成之外的光學(xué)單元中，當(dāng)在偏振光束分光器與反射型液晶顯示器件之間使用本發(fā)明記載的1/4波長板的情況下，也能夠得到同樣的效果。
圖10是使用圖8所示的實(shí)施例的光學(xué)單元的液晶投影儀光學(xué)系統(tǒng)的簡要俯視圖。圖10所示的實(shí)施例表示了使用圖8所示的光學(xué)單元57的，使反射型液晶顯示器件39R、39G、39B與三原色的R、G、B相對應(yīng)的三板式反射型液晶投影儀的裝置整體。
下面使用圖10來詳細(xì)說明三板式反射型液晶投影儀的實(shí)施例。在圖10中，光源1是超高壓水銀燈、金屬鹵素?zé)?、氙燈、水銀氙燈、鹵燈等白色光源。56是光源1和反射型液晶顯示器件39R、39G、39B的電源。從光源1射出的照明光通過光學(xué)單元57，入射到反射型液晶顯示器件39R、39G、39B中，明亮顯示的光通過投射鏡頭5而放大投射圖象光。
該反射型液晶顯示器件39R、39G、39B的數(shù)量與進(jìn)行顯示的像素相對應(yīng)(例如，橫1024像素、縱768像素各三色)，來設(shè)置液晶顯示部。而且，由來自外部的驅(qū)動電路(未圖示)的信號輸入來改變與各像素相對應(yīng)的液晶顯示部的偏振光轉(zhuǎn)動角度，因此，投射鏡頭5就把與輸入各個反射型液晶顯示器件39R、39G、39B的信號相對應(yīng)的圖像放大投射到屏幕上。
在此，使用圖8所示的光學(xué)單元作為光學(xué)單元，就能夠?qū)崿F(xiàn)高對比度、高亮度的反射型液晶投影儀。
上述配置例是一個具體例子，本實(shí)施例并不僅限于此，即使更換R、G、B的反射型液晶顯示器件的位置，也能得到本實(shí)施例具有的效果。
而且，即使在分色合成方式中，也不僅限于本實(shí)施例，關(guān)于在偏振光束分光器與反射型液晶顯示器件之間配置1/4波長板的而構(gòu)成的光學(xué)單元，也能夠得到同樣的效果。
如上述那樣，本發(fā)明能夠提供降低由溫度上升引起的顏色不均，且高亮度和高對比度的1/4波長板以及使用它的光學(xué)單元。
權(quán)利要求
1.一種1/4波長板，使相互的滯相軸大致正交地貼合光學(xué)各向異性結(jié)晶來形成，同時，使所形成的板的厚度為0.1mm以上0.5mm以下。
2.一種投射型圖像顯示裝置，設(shè)置有光源、反射型液晶顯示器件、把從上述光源射出的照明光經(jīng)偏振光束分光器而入射到上述反射型液晶顯示器件上的照明光學(xué)系統(tǒng)和投射由上述反射型液晶顯示器件反射的光的投射鏡頭；在上述偏振光束分光器與上述反射型液晶顯示器件之間配置1/4波長板；該1/4波長板是把相互滯相軸大致正交地貼合光學(xué)各向異性結(jié)晶而形成，并把所形成的板的厚度作成為0.1mm以上0.5mm以下。
3.一種投射型圖像顯示裝置，設(shè)置有光源、反射型液晶顯示器件、把從上述光源射出的照明光分離成R、G、B三原色的分色光學(xué)系統(tǒng)、使上述三原色經(jīng)過偏振光束分光器而入射到上述反射型液晶顯示器件上然后合成由上述反射型液晶顯示器件反射的三原色光的色合成光學(xué)系統(tǒng)和放大投射色合成的圖象光的投射鏡頭；在上述偏振光束分光器與上述反射型液晶顯示器件之間配置1/4波長板；該1/4波長板是把相互滯相軸大致正交地貼合光學(xué)各向異性結(jié)晶而形成，把所形成的板的厚度作成為0.1mm以上0.5mm以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的投射型圖像顯示裝置，在上述1/4波長板上貼合色差校正用透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的投射型圖像顯示裝置，在上述1/4波長板上貼合色差校正用透鏡。
全文摘要
本發(fā)明涉及在反射型液晶顯示裝置中對高對比度特別有利的1/4波長板和使用它的光學(xué)單元。降低光學(xué)各向異性結(jié)晶中的遲延值對入射光線角度的依賴性，把由光學(xué)各向異性結(jié)晶所形成的1/4波長板的板厚作成為0.1mm以上0.5mm以下，能夠降低由光學(xué)各向異性結(jié)晶所形成的1/4波長板中的遲延值對入射光線角度的依賴性，降低由溫度上升所產(chǎn)生的顏色不均的影響，同時，能夠?qū)崿F(xiàn)高亮度和高對比度的反射型液晶顯示裝置。
文檔編號G02F1/13GK1435701SQ0310068
公開日2003年8月13日 申請日期2003年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月31日
發(fā)明者鋪田和夫, 中島努, 木村展之 申請人:株式會社日立制作所