[发明专利]投影图像显示装置和偏振转换器

说明书

技术领域

本发明总体上涉及投影图像显示装置和偏振转换器。更具体地，本发明涉及一种投影图像显示装置，其包括结合有偏振转换器和波片的照明光学器件。

背景技术

投影图像显示装置(投影仪)已经用于在会议和演讲中执行演示文档的放大投影。由于这种应用的投影图像显示装置经常遇到与家庭应用不同的明亮的室内环境，所以努力要提高亮度。

此外，装置的小型化是总体趋势以实现低成本，并且因此，光学系统中的发光密度一直在提高。尽管随着发光密度的提高，冷却空气的流动量可能需要提高，还是希望即使对于高亮度装置也获得更安静的操作。为了在这种投影图像显示装置中有效地调整光偏振的状态，已经使用了PS转换器(偏振转换元件)。

这种PS转换器配置为由PBS(偏振分束器)薄膜分离P-偏振光和S-偏振光，并允许P-偏振光和S-偏振光的其中之一通过半波片同时被转过90度，从而使光偏振的方向在单个方向上对齐。尽管聚碳酸酯薄膜通常用于形成半波片，由于黄化或烧焦而引起的光学特性的降低可能会在提高光强度时成为问题。

为了提高耐久性和抗热性，使用石英波片代替聚碳酸酯薄膜的PS转换器在日本未审查专利申请公报No.2003-302523中公开。由于这种波片设计为在某一波长时产生λ/2的相位差，所以总体而言，其波长有效范围较窄。

为了提高有效波长范围，现有技术中已经公开了在合适地对齐多个波片的方向后使这些波片层叠的技术(在日本应用物理协会的光学论坛编辑并由日本Morikita Shuppan Co.，Ltd.出版的Crystal Optics，1975年第一版中描述)。使用这种技术的石英波片还在日本未审查专利申请公报No.2004-170853中公开。

发明内容

当如前述日本未审查专利申请公报No.2003-302523中描述的那样，由包括共面光轴的石英的结构形成半波片时，两个石英片用于构成零级波片。由于PS转换器设计为在绿光波长时产生λ/2的相位差，例如当这样形成的两片式结构的PS转换器安装在实际装置中时，红光和蓝光的转换效率降低并且该装置的色度变差。为了在较宽的波长范围内获得足够的效率，波片可能还需要另一两片式结构，从而总体包括四个或更多的石英片。这样，增大了波片厚度，结构可能更为昂贵。而且，增加石英片厚度会极大地影响整个装置的亮度，这对于更高亮度的上述趋势是不利的。

另一方面，由一个石英晶片形成零级波片的另一技术也是公知的，其光轴不在面内并且相对于光轴受到倾斜切割。由于在此技术中能够由少至两个晶片获得大的波长范围，所以其在厚度和成本方面是有利的。然而，由于轴线倾斜切割，相位差可能随着入射光的方向和角度而变化较大。由于相位差根据入射光的方向和角度而出现这种变化，所以当安装到实际装置中时，在平坦的白屏内产生亮度不均匀。为了获得优于薄膜波片的光学特性，除了在前述日本未审查专利申请公报No.2004-170853中描述的较复杂的结构，片厚可能需要尽可能地减小。由于厚度减小，加工期间难度增加，并且这还对产量和成本有较大影响。

如上所述，在石英用于制造包括在PS转换器中的半波片的相关技术中，难以同时改善亮度、色度、均匀性和制造成本。

此外，尽管上面针对PS转换器做出了说明，但在投影仪的照明光学器件中，相位差片用在除了PS转换器以外的多个位置中。例如，在用于对RGB液晶面板输出的光束进行合成的色彩合成棱镜之前，从B和R信道输出的P-偏振光束由半波片转换成S-偏振光束(在另一情况中，从B和R信道输出的是S-偏振光束，只有从G信道输出的S-偏振光束由半波片转换成P-偏振光束)。

而且，由于投影图像显示装置的照明光学器件是偏振光学系统，所以存在既使用半波片也使用其它各种相位差片的情况(包括四分之一波片和全波片)。

在石英波片用于形成这些波片的情况中，同样难以同时改善投影图像显示装置的亮度、色度、均匀性和制造成本。

希望提供一种低成本的投影图像显示装置，其具有高亮度能力，不降低光学特性。

根据本发明的实施例，提供一种投影图像显示装置，其包括光源和照明光学器件，照明光学器件包括相位差片，并由从所述光源发射的光束在液晶面板上形成图像。视角特性具有偏差的相位差片设置为：在各种角度分布的入射光束中，对于沿高强度方向指向的光束产生所需的相位差。

当在投影图像显示装置的照明光学器件中在不同位置处分析光强度分布时，根据对于以不同角度入射的光束的位置，可能总是产生某一程度的偏差。